下坡行走对慢性阻塞性肺病稳定期患者心肺功能、运动能力和骨密度的影响

刘玉琳

下坡行走对慢性阻塞性肺病稳定期患者心肺功能、运动能力和骨密度的影响

刘玉琳

重庆城市管理职业学院智慧康养学院，重庆，401331。

目的：本研究旨在探讨长期下坡行走方式对COPD稳定期患者心肺运动功能、运动能力及BMD的影响。方法：将36名受试者进行前测（心肺运动功能、运动能力、双能X射线骨扫描），将受试者随机分为对照组（C组）、有氧运动组（A组）、下坡行走组（DW组），进行12周，每周4次的干预，其中C组受试者予常规治疗；DW在常规治疗的基础上加入在跑步机上完成的下坡走干预，A组在常规治疗的基础上加入在跑步机上完成的平地行走。干预结束后2天内进行后测。利用spss软件进行配对样本T检验和单因素方差分析。结论：FEV1、FVI1/FVC、Peak VO2/kg、Peak Power、Peak VCO2、6min行走指标方面DW组和A组后测结果显著高于前测结果和C组后测结果（p＜0.05），DW组后测结果高于A组，不具有显著性差异（p＞0.05）。股四头肌等长收缩PT、等速收缩PT指标方面，DW组后测结果显著高于前测结果、和A组、C组后测结果（p＜0.05）。股骨颈、大转子三角区骨密度，DW组测指标显著高于前测结果和C组后测结果（p＜0.05）。结论：下坡行走能够提高慢性阻塞性肺病稳定期患者心肺功能、肌力、肌耐力和骨密度，且在肌力和骨密度的提升效益显著优于目前常用的平地有氧行走。

下坡行走；慢性阻塞性肺病；心肺功能；肌力；骨密度

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一种以持续气流受限为特征的可以预防和治疗的疾病，其气流受限多呈进行性发展，与气道和肺组织对烟草烟雾等有害气体或有害颗粒的慢性炎性反应增强有关[1]。在我国COPD患者人数接近1亿，10年间患病人数翻倍。40岁以上人群患病率为13.7%，60岁以上人群患病率高达27.0％，目前COPD居我国全因死亡原因的第3位，疾病负担第2位[2]。以肌肉萎缩和运动耐力下降为主要特征的骨骼肌功能障碍和以骨量流失为主要表现的骨质疏松（osteoporosis，OP）是COPD患者常见的肺外表现，中晚期患者中普遍存在。运动训练是肺康复的基本组成部分，有助于对运动耐量、运动能力和骨密度（bone mineral density，BMD）的提升[3]。但是由于COPD患者肺功能受损，气流持续受到限制，在运动中呼吸和运动系统常不能满足身体机能恢复所需运动强度和运动量需求，且骨骼肌易疲劳，发生运动意外危险性较高，导致运动处方实施受阻。近年新兴训练方式如振动训练、表面肌电刺激等应用于COPD患者的运动康复，但因为设备昂贵，难以普及。在临床中仍以有氧步行为主要运动方式，其对运动耐量有较好的干预效果，但对肌力、下肢功能、BMD等方面效益不佳。下坡步行（Downhill walking，DW）是一种将股四头肌耐力运动与有氧训练相结合的离心运动，通过反复离心收缩会增加肌力，与传统平地行走相比具有低能量消耗、低通气成本和低心率的优势，更适合可能非常适合COPD 患者的训练方式[4]。国外的前瞻性研究表明，下坡行走对COPD患者肌力和老年OP患者BMD有显著裨益并可以为老化的骨骼肌提供保护，使其充分应对和适应增加的氧化应激和延缓退化[5-6]。目前国内中对下坡行走在COPD患者中的应用尚未引起关注。有关长期下坡行走干预对COPD患者心肺运动功能、运动能力和BMD评估研究较少，本研究旨在探讨长期下坡行走对COPD稳定期患者心肺运动功能、运动能力及BMD的影响，为下坡行走作为运动康复手段在COPD患者中应用提供参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究从与我院合作的社区医院和康养中心招募36位COPD患者参与本研究。本研究经过所有受试者及受试者家属均签署知情同意书，并购买意外保险。本研究经过学院伦理审查并批准。

纳入标准：①经医师符合《慢性阻塞性肺疾病诊断标准（WS 318-2010）》对CODP诊断和分组标准；②患者处于 COPD 稳定期；③无有创或无创机械通气治疗。

排除标准：①任何新的系统性疾病（重症）；②患恶性肿瘤；③心肺手术史。

1.2 研究方法

1.2.1 实验设计所有受试者进行前测（心肺运动功能、运动能力、双能X射线骨扫描），将受试者随机分为对照组（control，C组n=12人）、有氧运动组（aerobic exercise ，A组，n=12）、下坡行走组（DW组，n=12），进行12周，每周4次的干预，其中C组受试者予常规治疗；DW在常规治疗的基础上加入在跑步机上完成的下坡走干预，A组在常规治疗的基础上加入在跑步机上完成的平地行走（详见表1）。干预结束后2天内进行后测。

表1 各组运动方案

注：*日常运动方案：吸氧、化痰、舒张支气管（SALMETERO粉吸入剂 250μg，1-2吸/日）；#整个运动过程利用美国suntech运动血压监测仪Tango+检测心电和血压预警心源性运动风险，受试者运动过程中利用穿着跑台安全挂件，意外跌倒发生时可立即悬挂腾空避免意外。

1.2.2 实验仪器美国产icon-PETL15618跑台及安全套件、意大利产Cosmed 2900心肺运动仪、德国产ISOMED-2000等速测试仪、美国产GE双能射线骨密度仪、美国suntech运动血压监测仪Tango+。

1.2.3 观测指标 心肺运动功能指标：利用Cosmed 2000心肺运动仪对患者第1s用力通气量（forced expiratory volume ，FEV1）用力肺活量（forced vital capacity，FVC）峰值公斤摄氧量（Peak VO2/kg）、峰值功率（Peak Powoer）、CO2排出量（Peak VCO2）等指标进行测试。

运动能力指标：利用 ISOMED-2000等速肌力测试系统，测试股四头肌等长伸肌峰值力矩（peak torque，PT），评价肌力；利用5 次坐立试验（Five times sit to standtest，FTSST）评价下肢功能；利用6min步行距离（6min-walkdistance，6MWD）评估运动耐力。

BMD检测：利用GE双能X线骨密度仪对患者惯用腿Ward’s三角区、大转子、股骨颈进程BMD，误差系数＜4%

1.3 数理统计分析

利用SPSS 22.0 MAC版统计软件进行数据，所有参数平均数±标准差形式表达，利用paired sample T- test、One Way ANOVA比较各项参数组内、组间差异，本研究中所有数据的统计显著水平定为 α= 0.05。

2 结 果

2.1 受试者基线和实验完成状况

表2 受试者基线和实验完成状况

表2可知：本研究共计纳入36 例稳定期COPD 患者进行干预，利用电脑程序随机化分组后，C组、A组、DW组每组12名受试者。各组之间基线状态相关参数均无显著统计学差异（p＞0.05），可排除基线差异导致的组间后测结果差异。12周干预中A组和DW组各1人因缺席干预次数过多被排除出实验，造成样本脱落，但完成率仍高于90%，对实验结果无统计学影响。

2.2 心肺运动功能测试结果

表3 心肺运动功能比较结果

注：*表示与前测比较具有显著性差异，p＜0.05；#表示与C组比较具有显著性差异，p＜0.05

表3可知，经过12周干预，FEV1、FVI1/FVC、Peak VO2/kg、Peak Power、Peak VCO2指标方面DW组和A组后测结果显著高于前测结果和C组后测结果（P＜0.05），DW组后测结果高于A组后测结果，但不具有显著性差异（P＞0.05）。

2.3 运动能力测试结果

表4 运动能力测试比较结果

*表示与前测比较具有显著性差异，P＜0.05；#表示与C组比较具有显著性差异，P＜0.05；&表示与A组比较具有显著性差异，P＜0.05

表4可知，经过12周干预，6MWD指标方面，DW组和A组后测结果显著高于前测结果和C组后测结果（P＜0.05），DW组后测结果高于A组后测结果，但不具有显著性差异（P＞0.05）。FTSST、等长收缩PT、等速收缩PT指标方面，DW组和A组后测结果显著高于前测结果和C组后测结果（P＜0.05），DW组后测结果显著高于A组后测结果（P＜0.05）。

2.4 BMD测试结果

表5 各部位BMD比较结果

*表示与前测比较具有显著性差异，P＜0.05；#表示与C组比较具有显著性差异，P＜0.05

表5可知，经过12周干预，股骨颈和大转子BMD方面DW组后测结果显著高于前测结果和C组后测结果（P＜0.05），DW组后测结果高于A组后测结果，但不具有显著性差异（P＞0.05）。

3 讨 论

3.1 下坡行走对COPD患者心肺功能的影响

本研究发现下坡走干预可以显著提升COPD稳定期患者FEV1、FVI1/FVC、Peak VO2/kg、Peak Power、Peak VCO2等指标，下坡行走能显著提升心肺活动能力，且效果与平地有氧运动相似。这一结果与先前的结果基本一致[4,7]。 Camillo在早期的研究中发现下坡行走对稳定期COPD患者Peak VO2/kg、Peak Power有正面影响、其近年研究中进一步发现对老年COPD患者进行长期下坡走干预后，FEV1和FVC增加约17%[4、7]。 Azar Moezy研究发现对于下坡走对中晚期COPD患者心肺运动功能的改善亦有作用[8]。COPD患者心肺功能增强可能归因于呼吸肌性能的改善，特别是腹部肌肉。COPD患者由于炎症、吸烟、环境污染等原因，呼吸肌力量和耐力下降。下坡行走作为有氧运动可以增加呼吸肌力量和呼吸深度从而增大患者肺容积，延长呼吸时间，改善气体交换频率，为机体提供充足的氧气供应，减轻运动疲劳[4-8]。此外也有学者认为由于COPD对降低气道弹性和增加气道阻力的负面影响，下坡走可能通过增加呼吸肌力量代偿气管弹性不足，进而导致呼吸功能改善[5]。许多COPD患者由于受到身体机能限制可行性的运动较少、运动强度上限较低，导致运动效果较差。下坡走与传统的平地进行的有氧活动相比具有心肺负担小的特点，能够以比平地有氧运动更小的运动负荷，获得相似的运动效果[4]。对于呼吸困难的COPD患者而言至关重要，未来具有较大的临床应用价值。

3.2 下坡行走对COPD患者运动能力的影响

本研究表明经过12周下坡行走干预可以显著提升稳定期COPD患者FTSST、6MWD和股四头肌肌力，其中FTSS和股四头肌力干预效果明显优于平地有氧运动。与在平坦地面上行走相比，下坡行走会引起更多的股四头肌离心收缩，从而大限度地刺激肌肉产生张力，并延长收缩时长。有研究表明下坡运动可以增加受试者的离心向心肌肉收缩速率，从而增加动作完成度[9]；也有研究证实下坡行走改善的肌肉激活模式，并有助于改善步态和神经肌肉速率[10]。也有研究认为下坡行走通过改善下肢肌肉延展性，达到改善运动能力的目的[11]。本研究中股四头肌肌力的增加与前人研究一致。其机制可能与运动过程中离心收缩的大量参与有关。也有学者提出下坡行走对下肢肌力的可能具有潜在“上限”[5]，在此基础上继续训练可能不会发生进一步的改进。在未来的研究可以进一步探讨。本研究中以完成利用5次坐立试验为内容的FTSST，也与COPD患者生活质量和疾病严重程度相关。本研究中FTSST成绩显著提升说明患者下肢平衡功能和移动能力得到改善，除与下肢肌力提升有关外，下坡行走导致的神经肌肉速率和下肢肌肉延展性提升均有助于与患者下肢功能改善。本研究中体现运动耐量的6MWD测试结果在经过下坡走干预后显著提升。6MWT的改善通常认为与患者下肢肌肉力量和平衡能力增加有关。下坡走还可以通过改善患者呼吸肌力量进而能少消耗能量和增加摄氧量，提高运动经济性效益[11]。下坡步行被证明是一种可靠且有效的诱导股四头肌疲劳的方法，长期训练后可使患者的对肌肉疲劳生物力学适应性[12]。由于步行在日常生活中相关性较高，是COPD患者主要活动形式，但步行为全身动员运动，会导致COPD患者的高代谢负荷[5]。对于COPD患者而言，下坡行走可能是一种更加的替代方式，因为它在比水平行走，代谢负荷更低同时可以诱导更多的股四头肌离心收缩。

3.3 下坡行走对COPD患者BMD的影响

本研究中经过12周下坡行走干预受试股骨颈和个大转子BMD显著提升，但平地有氧运动的受试者BMD则未出现显著提升。先前大量动物实验研究表明，与平地运动相比，下坡运动能够在更短的时间内显著提升OP动物的BMD[13-16]。近期研究发现在健康人在下坡运动干预后能骨生成标志物和成骨活动增加[17]。下坡运动中由于较多离心收缩参与，短期肌肉损伤增加，诱导 HO-1 的过度表达，导致抗氧化酶活性增强，降低COPD患者长期炎症反应和氧化应激以及炎症导致的骨代谢失衡，改善骨骼形成，对抗COPD和衰老引起的肌肉和骨骼退化[9、18]。下坡跑运动中下肢也承受的地面冲击载荷是平地运动的1.6-2.2倍，较低的运动强度接受较多的振动冲击[19]，更适合气流受限的COPD患者，并能够缩短运动干预对BMD改善的周期。

4 结 论

下坡行走能够在较低运动强度下提高稳定期COPD患者心肺功能、肌力、肌耐力、下肢功能和BMD，且在肌力和BMD的提升效益显著优于目前临床常用的平地有氧行走。下坡行走因其可在较低运动强度下创造较大运动收益的特点而适合在因持续气流受限而导致运动强度受限的COPD患者中推广。

[1] Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease.Global strategy for the diagnosis，management and prevention of chronic obstructive pulmonary disease 2019 report[EB/OL]. [2018-12-02]. https://goldcopd.org/gold-reports/.

[2] WANG C, XU J Y, YANG L, et al．Prevalence and risk factors of chronic obstructive pulmonary disease in China (the China Pulmonary Health [CPH] study): a national cross-sectional Study[J].Lancet, 2018, 391(10131): 1706～1717.

[3] 中华医学会呼吸病学分会慢性阻塞性肺疾病学组.慢性阻塞性肺疾病诊治指南（2013 年修订版）[J].中国医学前沿杂志（电子版），2014，6（02）：67～80.

[4] Camillo C A , Osadnik C R , Burtin C , et al. Effects of downhill walking in pulmonary rehabilitation for patients with COPD: a randomised controlled trial[J]. European Respiratory Journal, 2020, 56(03): 26～39.

[5] Zeng Y, Jiang F, Chen Y, Chen P, Cai S. Exercise assessments and trainings of pulmonary rehabilitation in COPD: a literature review[J]. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 2018; 13: 2013～2023

[6] Akpinar B , Thorhauer E , Tashman S , et al. Tibiofemoral Cartilage Contact Differences Between Level Walking and Downhill Running[J]. The Orthopaedic Journal of Sports Medicine, 2019, 7(04): 2325967119836164.

[7] Camillo C A , Burtin C , Hornikx M, et al. Physiological responses during downhill walking: A new exercise modality for subjects with chronic obstructive pulmonary disease?[J]. Chronic Respiratory Disease, 2015, 12(02): 155～158.

[8] Moezy A, Erfani A , Mazaherinezhad A , et al. Downhill walking influence on physical condition and quality of life in patients with COPD: A randomized controlled trial[J]. Medical journal of the Islamic Republic of Iran, 2018(32): 49～49.

[9] X Hu, Pickle N T, Grabowski A M , et al. Muscle Eccentric Contractions Increase in Downhill and High-Grade Uphill Walking[J]. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2020(08): 573～666.

[10] Park G Y, Sang S Y, Kwon Y C, et al. Changes in Gait Parameters and Gait Variability in Young Adults during a Cognitive Task While Slope and Flat Walking[J]. Healthcare, 2020, 8(01): 30.

[11] Hill MW, Hosseini EA, McLellan A, et al. Delayed Impairment of Postural, Physical, and Muscular Functions Following Downhill Compared to Level Walking in Older People[J]. Front Physiol. 2020, 21(11): 544～559.

[12] Lima L , Nosaka K , Chen T C , et al. Decreased running economy is not associated with decreased force production capacity following downhill running in untrained, young men[J]. European Journal of Sport Science, 2020: 1～23.

[13] 陈祥和，陆鹏程，刘 波，等.不同力学刺激方式对T2DM小鼠骨中Notch途径及骨形成代谢的影响[J].北京体育大学学报，2021，44（02）：80～89.

[14] 陈祥和，彭海霞，孙 朋，等.不同力学刺激对T2DM小鼠骨中TGF-β/Smad途径及骨形成的影响[J].上海体育学院学报，2018，42（03）：95～102.

[15] 杨永杰，高 丽. 上坡和下坡跑对生长期大鼠大鼠骨代谢和炎症相关基因表达的影响[A]. 中国体育科学学会.第十一届全国体育科学大会论文摘要汇编[C].中国体育科学学会：中国体育科学学会，2019：2.

[16]Kang Y S, Kim C H , Kim J S. The effects of downhill and uphill exercise training on osteogenesis-related factors in ovariectomy-induced bone loss[J]. J Exerc Nutrition Biochem, 2017, 21(03): 1～10.

[17] Alkahtani SA, Yakout SM, Reginster JY, et al. Effect of acute downhill running on bone markers in responders and non-responders[J]. Osteoporos Int. 2019, 30(02): 375～381.

[18] Vernillo G , Aguiar M , Savoldelli A , et al. Regular changes in foot strike pattern during prolonged downhill running do not influence neuromuscular, energetics, or biomechanical parameters[J]. European Journal of Sport Science, 2019.

[19] Chan ZYS, Au IPH, Lau FOY, et al. Does maximalist footwear lower impact loading during level ground and downhill running?[J] Eur J Sport Sci. 2018, 18(08): 1083～1089.

Effects of Downhill Walking on Cardiopulmonary Function, Exercise Capacity and Bone Mineral Density in Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease in Stable Stage

LIU Yulin

Wisdom Health Care School, Chongqing City Management College, Chongqing, 401331, China.

Purpose: This study aims to investigate the effects of long-term downhill walking on cardiopulmonary motor function, exercise capacity and BMD in patients with stable COPD. Method: 36 subjects were pre-tested (cardiopulmonary exercise function, exercise capacity, dual-energy X-ray bone scan), and the subjects were randomly divided into control group (group C), aerobic exercise group (group A) , Downhill walking group (DW group), intervened 4 times a week for 12 weeks, among which subjects in group Creceived conventional treatment; DW added the downhill walking intervention completed on a treadmill on the basis of conventional treatment, A On the basis of conventional treatment, the group added level walking on a treadmill. A post-test was performed within 2 days after the end of the intervention. Use spss software to perform paired sample T test and one-way analysis of variance. Result: FEV1, FVI1/FVC, Peak VO2/kg, Peak Power, Peak VCO2, 6-minute walking index, DW group and A group post-test index are significantly higher than the pre-test index and C group post-test index (p<0.05), The post-test index of DW group was higher than that of A group, and there was no significant difference (p>0.05). In terms of quadriceps isometric contraction PT and isokinetic contraction PT indicators, the post-test indicators of the DW group were significantly higher than the pre-test indicators, and the post-test indicators of groups A and C (p<0.05). The bone mineral density of femoral neck and greater trochanter triangle area, DW group measured index was significantly higher than the pre-measured index and C group post-measured index (p <0.05). Conclusion: Walking downhill can improve the cardiopulmonary function, muscle strength, muscle endurance and bone density of patients with chronic obstructive pulmonary disease in stable stage, and the improvement of muscle strength and bone density is significant due to traditional aerobic exercise.

Downhill walking; Chronic obstructive pulmonary disease; Cardiopulmonary function; Muscle strength; Bone mineral density

1007―6891（2022）03―0030―05

10.13932/j.cnki.sctykx.2022.03.08

2021-07-31

2021-08-07

G804.22

A