精准化运动处方对脑卒中患者心肺适能及睡眠质量的影响研究

钱贞，卢同波，何俊，阮秋香，汪超兰，王鑫

近年来脑卒中患者的心肺疾病引起越来越多的关注，有研究显示，75%脑卒中患者存在心肺适能下降[1]，其心肺功能水平下降至年龄、性别与之相匹配的正常人的50%～80%[2]。脑卒中患者由于神经系统功能障碍凸显，其心肺疾病常被忽视，而心肺疾病的存在常会限制患者康复治疗方案的执行，导致其脑卒中后功能恢复受限或早期死亡[3]。

影响脑卒中患者康复效果的因素众多，其中睡眠问题较突出。与没有睡眠问题的患者相比，有睡眠问题的患者生活质量下降，神经功能恢复较慢[4]，而目前治疗睡眠障碍主要依靠药物，但疗效不佳，较少涉及药物以外的方案，本研究创新性地尝试通过心肺运动试验（cardiopulmonary exercise testing，CPET）评估脑卒中患者心肺适能并依据评估结果制定精准化运动处方，从运动干预的角度，探索精准化运动处方对脑卒中患者心肺适能及睡眠质量产生的影响。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选取2020年4月至2021年8月在常州市德安医院康复科住院的脑卒中患者64例为研究对象。纳入标准：（1）新发脑卒中（脑梗死或脑出血），符合《中国各类主要脑血管病诊断要点2019》[5]中相关诊断标准，病情稳定；（2）具有独立步行10 m的能力（借助/不借助辅助步行设备）；（3）能理解并配合简单指令，确保能配合测试及训练；（4）坐位平衡2级；（5）匹兹堡睡眠质量指数（Pittsburgh Sleep Quality Index，PSQI）[6]>7分；（6）年龄≥18岁。排除标准：（1）3个月内发生过心绞痛、心肌梗死、心力衰竭；（2）既往有心脏手术史；（3）存在严重的主动脉狭窄、心律失常、肺栓塞；（4）血糖、血压控制不稳定；（5）存在关节疼痛、肢体骨折、间歇性跛行等影响运动表现的疾病；（6）存在精神障碍，不能有效沟通；（7）正在服用β-受体阻滞剂。本研究经常州市德安医院伦理委员会批准，所有患者对本研究知情同意并签署知情同意书。

1.2 研究方法 按照随机数字表法将患者分为对照组、试验组，各32例。收集患者的年龄、性别、体质量、身高、体质指数（BMI）、病程、脑卒中类型、病灶侧等基本资料。

两组患者进入康复训练前均进行CPET以及PSQI评估，之后对照组进行常规康复训练，试验组在常规康复训练的基础上根据CPET客观定量评估的结果，制定精准化运动处方并依据处方进行有氧训练。

1.3 CPET

1.3.1 CPET设备及准备工作 采用德国生产的Carefusion运动心肺功能测试系统（型号：Matster Screen）以及中国生产的蝶和四肢联动运动设备（型号：XPACE-5P）对两组患者进行CPET。每次进行CPET前，将设备进行环境、容积、气体自动定标，定标通过后再进入测试环节。规定1名能熟练准确操作CPET设备的康复科主治医师负责所有患者CPET测试，在测试前1 d提醒患者24 h内不要进行较激烈的身体运动，保证充足的睡眠，测试前2 h禁食。此外，为保证测试的安全，心肺功能评估室需准备好急救所需设备，如急救药品、吸氧装置、吸痰装置、除颤仪等。

1.3.2 CPET过程 将进入CPET测试环节的脑卒中患者安全地转移到蝶和四肢联动运动设备上，并佩戴好收集气体的面罩、测量血压的袖套，连接12导联心电图，根据患者的运动习惯、年龄、性别、身高、体质量等选择10～15 W/min的功率递增方案（斜坡式），进行症状限制性最大递增CPET。CPET过程分为4期：（1）静息期：观察心电图、心率和血压变化，持续3 min；（2）热身期：无负荷运动，速度80踏/min[7]，持续3 min；（3）功率负荷期：按功率递增方案逐渐增加，持续8～12 min，记录心电图和血压，1次/2 min；（4）恢复期：阻力卸载后，继续做无负荷蹬踏3 min，静息观察3 min，注意血压、心率恢复情况。当患者出现以下情况中的任何一项即终止测试：（1）疲劳，主动要求终止测试；（2）呼吸交换率（RER）≥1.1；（3）速度<70踏/min；（4）出现美国运动医学学会（American College of Sports Medicine，ACSM）规定的绝对和相对运动终止指征[8]。记录患者CPET过程中峰值摄氧量（VO2peak）、峰值摄氧量占预计值百分比（VO2peak%pred）、峰值代谢当量（peak metabolic quivalent of energy，METpeak）、峰值心率（peak heart rate，HRpeak）、峰值负荷（负荷peak）、无氧阈（anaerobic threshold，AT）、峰值呼吸交换率（peak respiratory exchange ratio，RERpeak），采用Borg Scale自感劳累分级（6～20级）[9]评估运动终止时患者呼吸困难和腿部劳累情况，并记录CPET测试终止的原因。

1.4 PSQI评估 采用PSQI评估患者的睡眠质量。PSQI由主观睡眠质量、睡眠潜伏期、睡眠持续性、习惯性睡眠效率、睡眠紊乱、使用睡眠药物、白天功能紊乱7个因子组成，各因子评分项：0分为没有困难，1分为轻度困难，2分为中度困难，3分为重度困难。PSQI总分为0～21分，>7分表示存在睡眠障碍，评分越高表示睡眠质量越差。

1.5 康复训练方案

1.5.1 常规康复训练 康复训练包括良肢位摆放、翻身转移、坐站训练、肌力训练、步行训练、平衡协调训练、关节活动度训练、手功能训练、日常生活能力训练、理疗等，以上训练1次/d，5次/周，共进行12周。

1.5.2 精准化运动处方 精准化运动处方包括4个方面：运动强度（每位患者的运动强度由CPET实测的心率按照一定公式获得）、运动时间、运动频率、运动种类 。每位患者的精准化运动处方根据CPET结果制订：（1）运动强度：用目标心率规范患者的运动强度，目标心率常根据运动负荷试验测得的最大心率制订，即目标心率=（最大心率-静息心率）×（40%～80%）[8]+静息心率，本研究选用50%～60%的中等强度，运动期间患者的心率需控制在该范围，用指脉氧仪对人体血氧进行检测；（2）运动时间：热身10～15 min，达到靶强度30 min，恢复整理10～15 min，总计50～60 min；（3）运动频率：1次/d，5 d/周；（4）运动种类：选用蝶和四肢联动运动设备进行训练，前3次运动在心电、血压监护及指脉氧仪监测下进行，保证运动安全性；（5）注意事项：嘱患者穿运动鞋及宽松衣服，运动中同时结合患者的主观劳累感受，建议Borg Scale自感劳累分级控制在11～13级。精准化运动处方训练共进行12周。

1.6 观察指标 两组患者康复训练前后均进行CPET、PSQI评估，记录患者完成情况。比较两组患者一般资料，康复训练前后CPET主要评估指标、Borg Scale自感劳累分级（呼吸困难、腿部劳累）及睡眠质量。

1.7 统计学方法 采用SPSS 22.0统计学软件分析数据。符合正态分布的计量资料以（±s）表示，两组间比较采用独立样本t检验，组内康复训练前后比较采用配对t检验；不符合正态分布的计量资料以M（P25，P75）表示，两组间比较采用Mann-Whitney U检验，组内康复训练前后比较采用Wilcoxon配对符号秩检验；计数资料以相对数表示，两组间比较采用χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者一般资料比较 两组患者年龄、性别、BMI、病程、脑卒中类型、病灶侧比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表1。两组患者均完成了2次CPET、PSQI评估。

表1 两组患者一般资料比较Table 1 Comparison of general data between two groups

2.2 两组患者康复训练前后心肺功能比较 两组患者康复训练前VO2peak、VO2peak%pred、METpeak、HRpeak、负荷peak、AT、RERpeak、Borg Scale自感劳累分级（呼吸困难）、Borg Scale自感劳累分级 （腿部劳累）比较，差异无统计学意义（P>0.05）；试验组患者康复训练 12周后 VO2peak、VO2peak%pred、METpeak、HRpeak、负荷peak、AT高于对照组，Borg Scale自感劳累分级（呼吸困难）、Borg Scale自感劳累分级（腿部劳累）低于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）；两组患者康复训练12周后RERpeak比较，差异无统计学意义（P>0.05）。

康复训练前、12周后对照组患者VO2peak、VO2peak%pred、METpeak、HRpeak、负荷 peak、AT、RERpeak、Borg Scale自感劳累分级（呼吸困难）、Borg Scale自感劳累分级（腿部劳累）组内比较，差异无统计学意义（P>0.05）；康复训练12周后试验组患者VO2peak、VO2peak%pred、METpeak、HRpeak、负荷peak、AT高于组内康复训练前，Borg Scale自感劳累分级（呼吸困难）、Borg Scale自感劳累分级（腿部劳累）低于组内康复训练前，差异有统计学意义（P<0.05）；康复训练前、12周后试验组患者RERpeak组内比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表2。

表2 两组患者康复训练前后心肺功能比较（±s）Table 2 Comparison of cardiopulmonary fitness between two groups before and after rehabilitation training

表2 两组患者康复训练前后心肺功能比较（±s）Table 2 Comparison of cardiopulmonary fitness between two groups before and after rehabilitation training

注：VO2peak=峰值摄氧量，VO2peak%pred=峰值摄氧量占预计值百分比，METpeak=峰值代谢当量，HRpeak=峰值心率，负荷peak=峰值负荷，AT=无氧阈，RERpeak=峰值呼吸交换率

VO2peak（ml·kg-1·min-1） VO2peak%pred（%） METpeak康复训练前 康复训练组别 例数12周后 t配对值 P值 康复训练前 康复训练12周后 t配对值 P值 康复训练前 康复训练12周后 t配对值 P值对照组 32 12.69±3.19 12.77±3.27 0.360 0.721 50.94±10.73 51.16±11.27 0.546 0.589 3.91±0.90 3.91±0.89 0.102 0.919试验组 32 12.88±3.07 14.48±2.72 7.830 <0.001 49.00±10.28 57.25±8.64 7.415 <0.001 3.82±1.15 4.46±0.92 6.635 <0.001 t值 0.248 2.272 0.737 2.428 0.376 2.440 P值 0.805 0.027 0.464 0.018 0.708 0.018 HRpeak（次/min） 负荷peak（W） AT（ml·kg-1·min-1）康复训练前 康复训练组别12周后 t配对值 P值 康复训练前 康复训练12周后 t配对值 P值 康复训练前 康复训练12周后 t配对值 P值对照组 107.09±10.79 108.59±12.73 1.326 0.195 50.28±10.05 51.87±10.29 1.594 0.121 5.27±2.60 5.28±2.45 0.013 0.989试验组 106.66±9.59 119.94±11.12 10.411 <0.001 53.06±10.46 66.84±10.02 10.255 <0.001 6.58±3.89 8.32±3.62 9.137 <0.001 t值 0.171 3.796 1.085 5.894 1.574 3.949 P值 0.864 <0.001 0.282 <0.001 0.121 <0.001 RERpeak Borg Scale自感劳累分级（呼吸困难）（级） Borg Scale自感劳累分级（腿部劳累）（级）康复训练前 康复训练组别12周后 t配对值 P值 康复训练前 康复训练12周后 t配对值 P值 康复训练前 康复训练12周后 t配对值 P值对照组 1.08±0.13 1.10±0.13 1.833 0.076 15.59±1.04 15.94±1.05 1.938 0.062 15.94±1.32 16.19±1.40 1.856 0.073试验组 1.05±0.11 1.05±0.11 0.641 0.526 15.19±1.23 12.47±1.50 12.841 <0.001 15.59±0.91 12.94±1.54 12.441 <0.001 t值 1.040 1.411 1.425 10.721 1.214 8.818 P值 0.302 0.163 0.159 <0.001 0.230 <0.001

2.3 两组患者康复训练前后PSQI总分及各因子评分比较 两组患者康复训练前主观睡眠质量、睡眠潜伏期、睡眠持续性、习惯性睡眠效率、睡眠紊乱、使用睡眠药物、白天功能紊乱评分及PSQI总分比较，差异无统计学意义（P>0.05）；试验组患者康复训练12周后主观睡眠质量、睡眠潜伏期、睡眠持续性、睡眠紊乱、使用睡眠药物、白天功能紊乱评分及PSQI总分均低于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）；两组患者康复训练12周后习惯性睡眠效率评分比较，差异无统计学意义（P>0.05）。

康复训练前、12周后对照组患者主观睡眠质量、睡眠潜伏期、睡眠持续性、习惯性睡眠效率、睡眠紊乱、使用睡眠药物、白天功能紊乱评分及PSQI总分组内比较，差异无统计学意义（P>0.05）；康复训练12周后试验组患者主观睡眠质量、睡眠潜伏期、睡眠持续性、习惯性睡眠效率、睡眠紊乱、使用睡眠药物、白天功能紊乱评分及PSQI总分均低于组内康复训练前，差异有统计学意义（P<0.05），见表3。

表3 两组患者康复训练前后PSQI总分及各因子评分比较（分）Table 3 Comparison of the total score of PSQI and scores of its seven domains between two groups before and after rehabilitation training

3 讨论

脑卒中是全世界死亡和过早残疾的三大原因之一[10]。目前，脑卒中后的康复治疗主要针对神经系统功能障碍，忽视了患者心肺疾病并存潜在的危害，而这将阻碍患者运动耐力的恢复，增加运动中心血管不良事件的发生风险。美国心脏协会和美国卒中协会联合声明建议脑卒中患者应进行CPET，以准确评估其心肺适能[11]。CPET是通过检测运动状态时个体呼吸和代谢的相关指标综合评估心肺功能水平的测试方法。脑卒中患者进行CPET，可以使医生了解其心肺功能状态，判断其运动康复风险，从而确定个体合适的运动量，制订精准合理的运动处方[12]。CPET主要参数中的最大摄氧量（VO2max）是评估个体运动能力和心肺适能的金标准[11]，但由于脑卒中患者存在的功能障碍较多，要获得VO2max比较困难，临床上通常用VO2peak代表最大运动能力。目前国内外关于脑卒中患者如何进行有氧训练的研究偏少，而通过CPET评估后制定精准化运动处方进行特殊人群的康复训练的研究更罕见。

本研究结果显示，脑卒中患者均顺利完成2次CPET评估，两组患者基础VO2peak在12～13 ml·kg-1·min-1，与BAERT等[13]研究得出的脑卒中患者的VO2peak波动于 11.4～17.3 ml·kg-1·min-1一致。两组患者基础VO2peak%pred约为50%，提示脑卒中患者心肺功能下降至正常人群水平的一半。KIM等[14]研究显示，基础心肺功能水平是预测亚急性期脑卒中患者功能恢复的重要因素，VO2peak越低，功能恢复越差。本研究结果显示，试验组经过12周精准化运动处方训练后，VO2peak、VO2peak%pred均较训练前升高，而对照组VO2peak、VO2peak%pred训练前后基本无变化，表明精准化运动处方的实施能明显改善脑卒中患者的心肺功能和患者行走耐力，提高日常活动能力，而常规康复训练对患者的心肺功能改善情况不明显，与MARZOLINI等[15]研究类似。此外，脑卒中患者心肺功能的改善对预防脑卒中再发也具有重要意义，KIM等[14]研究显示，提高脑卒中患者的心肺功能可降低心血管事件的发生率及二次脑卒中的发生风险；国内也有研究显示按照安全有效的运动处方进行规范的心血管康复治疗，有助于改善脑卒中患者的预后及预防其复发[16]。

本研究结果显示，两组患者康复训练前METpeak、HRpeak、负荷peak、AT间无差异；康复训练后试验组METpeak、HRpeak、负荷peak、AT较组内治疗前升高，且较对照组亦升高，说明精准化运动处方训练能提高脑卒中患者的运动强度和运动耐力。有研究指出运动能力每增加1 MET可降低12%的心血管疾病病死率[17]，但目前传统的康复训练模式不足以产生有训练效应的心肺反应。SUTBEYAZ等[18]研究显示，康复训练中能引起偏瘫患者心率改变的训练时间不到3 min。而本研究突破传统康复训练模式，在此基础上对脑卒中患者的心肺功能进行精确评估，并增加精准化运动处方进行有氧训练，达到了一定的效果，患者METpeak较基础增加了0.64 MET，AT也明显升高，提示训练后脑卒中患者在大肌群参与、中～高强度、持续较长时间的有氧训练的耐受能力明显提升。本研究结果还显示，康复训练后试验组Borg Scale自感劳累分级（腿部劳累）、Borg Scale自感劳累分级（呼吸困难）较训练前降低，同时低于对照组，表明安全、规律、精准的有氧运动能改善患者的运动表现，提高运动耐受性，降低运动不适感，使患者更有信心将运动持之以恒坚持下去，从而进一步促进患者的身心健康和提高生活质量，而传统的康复模式对改善患者的心肺功能储备及运动倦怠感方面无明显收益。

脑卒中患者的后遗症会对其心理健康和生活质量产生严重影响[19]，这些后遗症中除了肢体、言语、吞咽障碍问题，睡眠障碍也较常见，高达70%的急性脑卒中患者存在各种睡眠障碍，包括睡眠呼吸暂停、失眠和日间嗜睡[20]。睡眠质量差可能对脑卒中患者的免疫系统有不良影响，增加疼痛敏感性，导致抑郁和焦虑，最终影响功能恢复，降低生活质量[21]。尽管脑卒中后睡眠障碍的后果和潜在的临床影响是严重的，但该症状并未得到很好地治疗。目前临床上主要依靠苯二氮类抗抑郁药物改善脑卒中后睡眠障碍的症状，较少涉及药物以外的方案，虽然这些药物具有一定效果，但长期使用会使机体耐受、成瘾，严重者甚至出现呼吸抑制或昏迷。本研究使用精准化运动处方干预脑卒中患者的睡眠障碍问题，结果显示，康复训练后试验组患者主观睡眠质量、睡眠潜伏期、睡眠持续性、睡眠紊乱、使用睡眠药物、白天功能紊乱评分及PSQI总分均较训练前降低，且低于对照组，提示精准化运动处方对脑卒中患者的睡眠质量有积极的影响，特别是在主观睡眠质量、白天功能紊乱方面改善较大。关于运动能改善脑卒中患者睡眠障碍的机制可能存在以下可能：调节睡眠昼夜节律、缓解焦虑情绪、改善脑血流量及速度、调节内环境稳态、减轻炎性反应等，值得广大临床工作者进一步探索和论证。尽管本研究得出精准化运动处方能改善脑卒中患者的心肺功能，但其潜在的生理机制尚不明确，是否可能与运动引起肌肉代谢功能改变、炎性反应减轻、血流动力学反应提高、血管内皮功能改善等有关，值得进一步验证。

综上所述，精准化运动处方能有效改善脑卒中患者心肺适能及睡眠质量。但本研究为单中心研究，且样本量有限、训练时间较短，后期拟进行多中心、大样本量、长期的研究进一步论证本研究结论。

作者贡献：钱贞提出研究思路，制定具体研究方案，包括负责CPET具体操作及精准化运动处方的制定；何俊负责脑卒中患者的选取、基本信息的采集、干预前后相关量表的收集整理、统计学分析、绘制图表；阮秋香负责数据收集、采集；汪超兰负责CPET定标及测试完成后仪器整理；钱贞、卢同波负责论文起草；钱贞、王鑫负责最终版本修订，对论文负责；所有作者确认论文终稿。

本文无利益冲突。