定量评估有氧运动对脊髓损伤患者心肺功能的影响

潘钰，徐泉，杨晓辉，萧演清，吴琼，闫澍妤，屠媛媛

·临床研究·

定量评估有氧运动对脊髓损伤患者心肺功能的影响

潘钰，徐泉，杨晓辉，萧演清，吴琼，闫澍妤，屠媛媛

目的定量评估脊髓损伤患者心肺运动功能，探讨有氧运动对脊髓损伤患者心肺功能、运动功能及日常功能的影响。方法选取2014年12月至2016年6月本科34例不完全性脊髓损伤患者(ASIA C级和D级)，另取23例正常对照者作为对照组，进行心肺运动试验测试。患者随机分成常规康复组(n=17)和有氧运动组(n=17)，有氧运动组接受有氧运动训练4周。评估训练前后患者进行心肺运动试验、ASIA运动和感觉评分、脊髓损伤步行指数Ⅱ(WISCIⅡ)和脊髓功能性独立评分(SCIM)。结果脊髓损伤患者峰值摄氧量(VO2peak)、无氧阈(AT)、峰值能量代谢当量(METpeak)、峰值氧脉搏(VO2/HRpeak)、峰值呼吸交换率(RERpeak)、峰值分钟通气量(VEpeak)、峰值功率(WRpeak)、峰值收缩压(SBPpeak)较对照组降低(t＞2.714,P＜0.05)。有氧运动组4周训练后VO2peak、AT、METpeak、VO2/HRpeak、WRpeak较训练前改善(t＞2.431,P＜0.05)。常规康复组4周训练后METpeak和WRpeak较治疗前明显改善(t＞3.282,P＜0.01)。两组患者训练4周后ASIA运动评分和SCIM评分较前明显改善(t＞2.985,P＜0.01)。结论不完全性脊髓损伤患者心肺功能下降，给予中等强度的有氧运动，可有效改善心肺储备功能。

脊髓损伤；心血管疾病；心肺运动试验；有氧运动

[本文著录格式]潘钰，徐泉，杨晓辉，等.定量评估有氧运动对脊髓损伤患者心肺功能的影响[J].中国康复理论与实践, 2017,23(4)：415-419.

CITED AS：Pan Y,Xu Q,Yang XH,et al.Cardiopulmonary quantitatively assessment for spinal cord injury during aerobic exercise[J]. Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(4)：415-419.

脊髓损伤是导致运动、感觉、二便功能障碍的严重致残和致死性疾病。随着急性期急救治疗和对败血症、肾功能衰竭、肺炎等并发症医疗管理水平的提高，心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)并发症逐渐成为脊髓损伤患者死亡的首要原因[1]。

据报道，脊髓损伤后有症状的CVD患病率约30%～50%，无肢体运动功能障碍人群有症状的CVD患病率仅为5%～10%[2]；而无症状CVD在脊髓损伤人群中患病率甚至高达60%～70%[3]。脊髓损伤患者容易并发CVD的原因包括脊髓损伤后运动减少、体质量增加、血脂异常、血压不稳、慢性炎症反应、血糖异常、不良生活方式等[1,4]。脊髓损伤患者CVD的发生与损伤平面和损伤程度有关，损伤程度越重，损伤平面越高，CVD的患病率越高[5-6]。因久坐不动和运动能力下降，慢性颈段髓损伤患者心肺储备功能明显下降[7]。

运动是改善脊髓损伤患者心肺储备功能的有效手段之一[8]。研究表明上肢功率车有氧运动可提高脊髓损伤患者峰值耗氧量(VO2peak)[9]。然而脊髓损伤患者由于交感神经受损，运动后常并发低血压[7]，因此如何定量评估脊髓损伤患者心肺运动功能，个体化指导运动处方，以保证有效安全的有氧运动，提高脊髓损伤患者心肺功能，是患者和医生都需要重视的康复问题。

本研究拟采用心肺运动试验(Cardiopulmonary Exercise Test,CPET)定量评估不完全性脊髓损伤患者心肺储备功能，进而指导有氧运动康复处方，评估有氧运动对患者心肺功能和运动功能、日常生活的影响，以期建立脊髓损伤患者有效安全的心肺评估和康复训练指导方案。

1 资料与方法

1.1 一般资料

1.1.1 患者组

2014年12月至2016年6月本科收治的脊髓损伤患者34例，其中男性18例，女性16例；平均年龄(44.79±19.59)岁；美国脊柱损伤协会(American Spinal InjuryAssociation,ASIA)分级C级4例，D级30例。

纳入标准：①C1～T12节段脊髓损伤，男女不限；②发病时间1～12个月；③ASIA评定均为C级或D级；④无颅脑疾病和严重心脏病；⑤患者对本研究知情并同意。

本研究经本院伦理委员会同意。

排除标准：瘫痪肢体有严重痉挛或关节活动范围严重受限；有严重感染或严重并发症(心、肺、肝、肾)。

患者按随机数字表法分为有氧运动组(n=17)和常规康复组(n=17)。

1.1.2 对照组

取同期社区健康者23例作为对照组，其中男性12例，女性11例；平均年龄(45.48±19.16)岁；无神经系统、肌肉骨骼系统和心血管系统疾病，对本研究知情并同意。

1.2 CPET检查方法

采用肺功能测试系统(MasterScreen,GareFusion Germany 234 GmbH)进行CPET检查，静息状态下测定受试者的肺功能，连续动态监测记录进出气流、氧气和二氧化碳测定，全导联心电图、袖带无创血压、脉搏氧饱和度，从静息状态(≥3 min)，无功率负荷热身运动(≥3 min)，选取线性递增功率进行症状限制性最大负荷运动至运动受限，并继续记录≥5 min的恢复情况。

受试者固定于四肢联动功率车上，接好面罩、呼出气采集管、心电图、袖带血压、红外血氧饱和度监测仪，休息2 min；采用症状自限性运动方案，运动至受试者最大耐受量。运动过程中，受试者呼出气通过呼出气采集管连接至分析仪，通过breath-by-breath方式测定摄氧量(oxygen uptake,VO2)和二氧化碳排出量(carbon dioxide production,VCO2)，并实时监测心电图和经皮血氧饱和度。每隔2～3分钟测定一次血压，以保证运动安全。判断受试者是否达到其最大运动负荷主要根据是症状自限，即经最大努力也不能维持在四肢运动训练器80次/min以上。CPET终止指征：①受试者自觉极度疲劳，需要停止测试；②VO2peak达到平台期或者开始下降；③出现不良心血管事件。试验室备有氧气、除颤器、急救药品等。

1.3 CPET观察指标

CPET检查测量VO2peak、无氧阈(anaerobic threshold,AT)、峰值能量代谢当量(metabolic equivalent of energy,METpeak)、峰值氧脉搏(VO2/HRpeak)、峰值呼吸交换率(respiratory exchange rate,RERpeak=VCO2/VO2)、峰值分钟通气量(minute ventilation,VEpeak)、峰值功率(peak work rate,WRpeak)、最大心率(peak heart rate, HRpeak)、静息心率(rest heart rate,HRrest)、静息收缩压(rest systolic blood pressure,SBPrest)、静息舒张压(rest diastolic blood pressure,DBPrest)、峰值收缩压(peak systolic blood pressure,SBPpeak)、峰值舒张压(peak diastolic blood pressure,DBPpeak)等指标。

1.4 有氧运动处方和常规康复训练方法

有氧运动组患者根据CPET实验结果，选择VO2peak的40%～60%作为有氧运动强度，每天四肢运动功率车运动30 min，每周5 d，连续4周。两组常规接受肢体运动疗法治疗，包括关节活动度、肌力训练、平衡训练和步态训练等。

1.5 康复评估

脊髓损伤患者由经过培训的康复医学科医生分别在治疗前和治疗4周后进行临床疗效评价。评价内容包括ASIA运动评分、ASIA感觉评分、脊髓损伤步行指数Ⅱ(Walking Index for Spinal Cord Injury II,WISCIⅡ)[10]和脊髓功能性独立评分(Spinal Cord Independence Measure,SCIM)。

1.6 统计学分析

采用SPSS 19.0软件进行统计学处理。组间差异计数资料用Fisher检验；计量资料用配对t检验。显著性水平ɑ=0.05。

2 结果

2.1 一般情况

对照组和患者组在性别、年龄、体质量指数方面无显著性差异(P＞0.05)。见表1。常规康复组和有氧运动组在性别、年龄、体质量指数和ASIA分级方面无显著性差异(P＞0.05)。见表2。

2.2 CPET结果

所有受试者均完成CPET检查，测试过程中没有发生任何心血管不良事件。患者组VO2peak、AT、METpeak、VO2/HRpeak、RERpeak、VEpeak、WRpeak、SBPpeak低于对照组(P＜0.05)，VO2peak平均值是对照组VO2peak平均值的62.12%；HRrest明显高于对照组(P＜0.01)。见表3。

有氧运动组治疗4周时VO2peak、AT、METpeak、VO2/HRpeak、WRpeak较治疗前改善(P＜0.05)；常规康复组治疗4周时METpeak、WRpeak较治疗前明显改善(P＜0.01)。见表4。

2.3 康复评估

两组ASIA运动评分和SCIM评分均明显改善(P＜0.01)。见表5。

表3 患者组和对照组CPET比较结果

表4 脊髓损伤患者有氧运动组和常规康复组治疗前后CPET比较

表5 有氧运动组和常规康复组治疗前后康复指标比较

3 讨论

脊髓损伤患者是CVD的高发人群[2-3]，CVD的发生受脊髓损伤严重程度和神经损伤水平影响[5-6]。因神经损伤导致运动功能下降，全身活动减少是引起脊髓损伤患者发生CVD的重要因素之一[3,11]。脊髓损伤患者全身活动减少与低水平高密度脂蛋白、高水平低密度脂蛋白、高三酰甘油和总胆固醇、糖代谢异常、肥胖、有氧能力下降均有相关性[12-14]。运动能力下降和活动减少会引起心肺储备功能下降[16]，进而导致CVD发生。而定量评估脊髓损伤患者心肺储备功能和加强有氧运动，有助于脊髓损伤患者预防CVD和提高心肺功能[3,15]。

CPET是临床上动态和静态定量评估心肺功能的重要手段，通过评估心肺储备功能，判断疾病严重程度、手术风险、疾病预后及制定心肺康复处方。CPET测定的VO2peak是评估心肺功能的重要指标之一，常用来预测CVD导致死亡的风险[16-17]。CPET评估测试装置一般将测定气体、心电图的主机连接到运动平板或功率自行车，需要测试者完成平板运动或功率车运动，适用于无肢体瘫痪者。脊髓损伤患者因四肢运动功能障碍，很难完成平板跑台运动及下肢功率车运动。以往国外研究常采用上肢功率车[15]或上肢测力计[18]来测量VO2peak。单纯上肢功率车或测力计测量VO2peak可能因不能动员全身肌肉做功参与，而导致测量的VO2peak低于实际值，不能准确反映瘫痪患者的心肺储备功能[19]。脑卒中患者CPET的研究发现采用四肢联动功率车测量VO2peak高于采用下肢功率车测定的VO2peak，可行性好、安全有效[20]。目前尚没有关于应用四肢联动功率车对脊髓损伤患者进行CPET评估的研究报道。

本研究采用四肢联动功率车连接CPET评估用主机，选取线性递增功率的方案，完成34例不完全性脊髓损伤患者(ASIA C级和D级)CPET评估。结果发现脊髓损伤患者VO2peak、AT、METpeak、VO2/HRpeak、RERpeak、VEpeak、WRpeak低于对照组，其中VO2peak平均值是对照组的62.12%。研究结果提示，不完全性脊髓损伤患者心肺储备能力下降。Machač等[7]报道四肢瘫患者用上肢功率车检测VO2peak是对照组的59%。本研究采用四肢联动功率车较大程度地调动不完全性脊髓损伤患者的四肢肌肉参与运动，可能导致VO2peak值高于应用上肢功率车检测值。CPET结果还显示脊髓损伤患者的SBPpeak低于对照组，HRrest高于对照组。提示脊髓损伤患者由于全身活动减少，静息心率明显增加，而由于自主神经功能损伤，收缩压对运动刺激反应下降。脊髓损伤患者血管对运动反应性下降，也是脊髓损伤患者CVD高发的原因之一[3]。

有氧运动是改善脊髓损伤患者心肺功能的有效手段之一。研究发现采用减重平板步行、上肢功率车以及结合功能性电刺激均能改善脊髓损伤患者心肺功能[3]。本研究采用与测试CPET同样的四肢联动功率车对17例脊髓损伤患者进行有氧运动4周，以VO2peak的40%～60%作为有氧运动强度，全部患者对训练反应良好，训练中和训练后未出现低血压和体位性低血压；治疗4周复测CPET，发现有氧训练组患者VO2peak、AT、METpeak、VO2/HRpeak、WRpeak较治疗前改善，提示通过CPET实验制定的有氧运动处方，采用四肢运动功率车训练能有效改善不完全性脊髓损伤患者的心肺储备功能，且患者耐受性好，安全可靠。常规康复组患者接受传统运动疗法训练，主要包括四肢肌力训练、核心肌群训练、坐立位平衡训练等；治疗4周CPET结果显示，METpeak、WRpeak较治疗前显著改善，而VO2peak等反应心肺储备功能的重要指标无明显改善。研究结果提示传统康复训练可一定程度地提高脊髓损伤患者的活动能力，但不能显著提高其心肺功能。

神经损伤患者进行一定强度的有氧运动不仅可以改善心肺储备功能，还有助于神经功能恢复。脑卒中研究发现，脑卒中患者进行3～9个月高强度的有氧运动，6分钟步行时间明显改善[21]。Meta分析有氧运动改善脑卒中患者VO2peak和WRpeak的同时，患者步行速度和耐力明显改善[22]。脊髓损伤患者有氧运动对运动功能影响的研究较少。有学者临床观察发现中等强度的有氧运动可减少脊髓损伤患者无症状菌尿的发生[23]。我们研究中对有氧训练组和传统康复组患者运动、感觉、步行和日常生活能力评估，发现两组患者的运动评分和日常生活能力均不同程度提高，与治疗前比较有显著性差异。

我们分析有氧运动介入时间较短，且未进行长时间随访，可能影响其对运动功能疗效的观察。另外有氧运动对脊髓损伤患者预防和治疗CVD长期疗效还需要大样本、多中心研究进一步探讨。

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Cardiopulmonary QuantitativelyAssessment for Spinal Cord Injury duringAerobic Exercise

PAN Yu,XU Quan,YANG Xiao-hui,XIAO Yan-qing,WU Qiong,YAN Shu-yu,TU Yuan-yuan
Department of Physical Medicine and Rehabilitation,Beijing Tsinghua Changgung Hospital,Tsinghua University, Beijing 102218,China

PAN Yu.E-mail：panyu@btch.edu.cn

Objective To quantitatively assess the cardiopulmonary exercise function of spinal cord injury(SCI)patients and observe the effect of aerobic exercise on cardiopulmonary function,motor function and activities of daily living.Methods From December,2014 to June,2016,34 incomplete SCI patients(ASIA C and D)and 23 healthy controls received cardiopulmonary exercise test(CPET).SCI patients were randomly divided into conventional rehabilitation group(n=17)and aerobic exercise group(n=17).The aerobic exercise group received aerobic exercise for four weeks.They were assessed with CPET,motor and sensory function,walking index for spinal cord injury II (WISCI II)and spinal cord independence measure(SCIM)before and four weeks after training.Results Oxygen uptake(VO2)peak,anaerobic threshold(AT),metabolic equivalent of energy(METpeak),VO2/heart rate(HR)peak,respiratory exchange rate(RER)peak,minute ventilation (VE)peak,work rate(WR)peakand systolic blood pressure(SBP)peakwere lower in the patients than in the controls(t＞2.714,P＜0.05).VO2peak、AT、METpeak、VO2/HRpeak、WRpeakincreased in the aerobic exercise group after training(t＞2.431,P＜0.05).METpeakand WRpeakimproved in the conventional rehabilitation group after training(t＞3.282,P＜0.01).The scores of motor in ASIA and SCIM improved in both groups after training(t＞2.985,P＜0.05).Conclusion The cardiopulmonary function decreased in incomplete SCI patients,which could be improved by moderate intensity aerobic exercise.

spinal cord injury;cardiovascular disease;cardiopulmonary exercise test;aerobic exercise

R651.2

A

1006-9771(2017)04-0415-05

2016-11-08

2017-01-04)

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.04.011

北京清华长庚医院，清华大学医学中心，北京市102218。作者简介：潘钰(1973-)，女，汉族，辽宁沈阳市人，博士，主任医师，主要研究方向：脊髓损伤康复及神经康复。E-mail：panyu@btch.edu.cn。