冠心病(coronary heart disease,CHD)是指由于冠状动脉粥样硬化造成心脏供血动脉狭窄,供血不足,引心肌功能障碍和器质性改变的疾病｡多年来,CHD已发展成心血管患者死亡的首要原因｡据《中国卫生健康统计年鉴2019》报告:2018年中国城市居民CHD死亡率为120.18/10万,农村居民CHD死亡率为128.24/10万,男性CHD死亡率高于女性,2002年~2018年CHD的年总体死亡率呈上升趋势,年患病率也逐年增高｡2016年中国心血管病患者出入院总人次数为1002.63万人次,占我国出入院总人次数的6.3%,为社会带来了极大的疾病负担和经济负担｡
CHD运动处方(CHD exercise prescription,CHDEP)是指根据CHD患者的个人身体状况､运动能力设计的个体化健康促进方案｡CHDEP作为心脏康复(cardiac rehabilitation,CR)中的主要内容,可改善CHD患者的预后并带来诸多临床益处,包括心血管､呼吸､运动等系统功能和生活质量的改善｡目前在长期随访中(≥36个月)CHDEP已被证明可以降低26%的CHD死亡率,并被很多国家的健康指南列为非药物治疗CHD中最常用和最基础的治疗方式｡
本文主要从身体活动(physical activity,PA)与CHD的关系､不同运动方式如中等强度活动(moderate intensity continuous training,MICT)､高强度间歇训练(high-interval intens ity training,HIIT)､有氧运动(aerobic exercise,AE)和抗阻训练(resistance training,RE)等在CHDEP中的应用和CHDEP的制订3个方面进行介绍,希望能为CHD的防治提供理论依据｡
1. PA与CHD的关系
1.1 我国居民PA的现状
PA是21世纪重要的公共卫生问题之一,在流行病学研究中已发现PA不足是CHD发展的重要风险因素｡
我国九省市的健康与营养调查结果显示:1991~2011年18~60岁居民PA呈下降趋势,近年来不论男女,PA也都显著下降｡2014年国民体质监测结果显示,约1/3的成年人PA不足,其中20~49岁青壮年PA处于较低水平,20~59岁人群PA达标率仅为22.8%。
1.2 PA不足的危害
PA不足会导致超重与肥胖,体重指数每增加1个单位,CHD的发生风险增加3%~5%｡与正常体重者相比,超重或肥胖者的CHD的风险分别增加13%和39%｡此外,PA不足还会增加卫生经济负担,在美国,以CHD为代表的慢性疾病的医疗保健费用每年会花费近5万亿美元｡据有关部门统计数据显示2020年我国60岁及以上的老年人口总量为2.64亿人,占总人口的18.7%,预计到2050年我国老年人口将达到4.37亿,约占总人口的30%以上｡此外,受人口老龄化影响,以心血管疾病为代表的慢病患病率也在显著增加,据《中国心血管健康与疾病报告2022》显示,我国心血管疾病患病人数为3.3亿,其中CHD人数为1139万,人口老龄化和心血管疾病患者的迅速增加,给中国的医疗体系也带来了巨大挑战｡有研究发现,低PA水平患者比中高PA水平患者每年住院和门诊的总费用会高出5万元左右｡
1.3 PA对CHD患者的益处
有规律的PA能降低CHD患者20%~30%的全因死亡率,并提高CHD患者的心血管功能和生活质量｡有研究发现PA量与心血管风险呈负相关,并存在剂量-反应关系,为更好地预防心血管疾病,心血管疾病临床实践指南建议的体力活动剂量为:150~300min中等强度体育活动/周[强度为峰值摄氧量(peak oxygen up-take,VO₂peak)的50%~80%]或75~150min高强度体育活动/周(强度为VO₂peak的85%~95%)｡
Sattelmair等汇集了33项调查PA和CHD一级预防研究的数据发现:不论男女,只要消耗热量≥1100kcal/周(1kcal=4.184kJ),其CHD患病率会下降20%;即使是参加休闲活动,消耗热量<550kcal/周的人,其CHD风险仍然显著降低｡Hambrecht等评估了62例CHD患者运动干预1年前后PA与CHD进展之间的关系,结果显示PA的量与CHD进展呈反比关系,当热量消耗≥1500kcal/周可以减缓CHD患者的疾病进展｡
此外,有研究总结了PA量与CHD之间的关系:(1)PA量达到指南推荐剂量的1/3即可产生健康益处;(2)较低PA水平人群转入较高PA水平时,其CHD死亡率明显降低,且基线PA水平越低,提高PA水平后,CHD死亡率降低则越明显;(3)目前没有确切证据表明超过指南推荐3~5倍的体力活动量存在风险;(4)目前也没有明确的最佳PA活动阈值｡
从卫生经济学的角度出发,有研究发现,CHD患者的PA总量和强度越大,CHD患者支出的医疗保健费用就越少｡增加患者的PA水平,尤其达到较高水平,可以减少CHD及其相关心血管疾病造成的经济负担,有研究者证明基于运动锻炼的CR患者的总医疗费用普遍低于常规护理患者,如平均每位有规律PA患者的总医疗费用减少2378美元(美国)､1083欧元(英国)｡
2. 不同运动方式在CHDEP中的应用
2.1 MICT在CHDEP中的应用
MICT是指以强度为VO₂peak的50%~80%进行运动｡MICT最常采取的运动方式为AE｡AE是全身大肌群参与的,以氧化供能为主要方式,有明确的节奏且持续较长时间的运动｡常见的AE方式包括步行､慢跑､骑自行车､游泳和有氧舞蹈等,对于刚开始运动的CHD患者,步行因其安全､几乎不需要监督,也不受场地限制,是最常采用的运动方式｡
MICT运动作为CHDEP的一项主要内容,在全球范围内被广泛推荐｡MICT安全可行,对大多数稳定型CHD患者几乎没有禁忌证｡MICT已被证明有良好的短期和长期临床效益,包括降低死亡率和发病率､提高有氧能力(VO₂peak可显著改善12%~31%)､缓解并发症(如呼吸困难､睡眠障碍和抑郁)､调节血脂､降低内脏脂肪和动脉粥样硬化引起的血管内皮功能障碍｡此外,有研究在使用36项简单健康调查问卷评估心理健康时发现,MICT相比HIIT更具优势,干预后MICT组的心理健康得分较干预前提高了13%,而HIIT组的心理健康得分仅提高了7%｡MICT往往需要较长的持续时间才能产生较好的效果,并且其运动方式较为单一,长期应用患者易表现出疲倦和厌恶情绪,依从性较差,因此医护人员在运动处方的制定时,应注意定期更换MICT运动的模式来提高患者的依从性｡
2.2 HITT在CHDEP中的应用
自2007年美国心脏协会推荐HIIT训练作为运动处方的一种运动模式以来,许多团队采用HIIT训练来对CHD､充血性心力衰竭(congestive heart failure,CHF)､代谢综合征人群进行干预,发现经过短时间HIIT训练后,在静息状态下,患者的心肺功能､血流动力学指标､左心室功能都有明显提高｡在最新的北美和欧洲CHD患者指南中,也推荐HITT作为运动处方一种可选的锻炼方式｡
HIIT指以比相应的无氧阈值更高的强度(VO₂peak的85%~95%)持续一定时间(10s~5min),并在相邻的两次高强度运动中设定短暂的间隔休息时间的运动｡在间隔休息时间常常采取低强度运动或彻底的休息,以便让训练者从刚才短时间剧烈运动中获得部分恢复｡
HIIT这种训练和休息穿插进行的模式,允许患者在疲劳之前进行更高强度的活动,积累更高的运动量,进而更好地提升其有氧工作能力;同时HIIT耗氧量较大,能够提升外周肌肉摄氧及氧利用能力｡典型的HIIT训练包括1个10min的热身,强度为VO₂peak的50%~70%,然后是1组4×4的工作-休息循环(3~4min训练/3~4min主动休息,进行4组)或1组10×10(30~60s训练/30~60s主动休息,进行10组)的工作-休息循环,强度为VO₂peak的85%~95%(主观疲劳感觉评分:15~18分),最后以1个10min的放松活动结束,强度为VO₂peak的50%~70%｡间歇性运动和连续性运动可导致不同的生理反应,其中间歇性运动会募集更多的快肌纤维并诱导更大的代谢变化,有利于线粒体的发育｡此外,HIIT也可以用不同的锻炼模式进行,如骑自行车､跑步､划船､游泳等,跑步､自行车等都是大肌群参与的有氧运动属于连续性运动,可提高心肺的耐力｡有研究认为,当消耗热量的相同时,HIIT在改善VO₂peak方面比MICT训练更有效,其中HITT组的VO₂peak改善了17.9%~23%;与之对比MICT组VO₂peak仅改善了7%~7.9%｡还有研究指出,经过HIIT训练之后患者运动后心率恢复更快,最大心率(maxheartrate,HRmax)得到了提高,Ca2+的循环速度加快,心肌细胞对Ca2+的敏感性提高,值得注意的是MICT训练则没有上述变化｡此外,有研究发现CHF患者应用HIIT训练后,心脏的病理结构发生了重塑,且心脏的收缩舒张功能也得到了逆转,射血分数及收缩舒张期的血流量得到了增加;研究者通过磁共振成像扫描发现CHD患者经过3个月HIIT训练后肝脏脂肪含量显著减少,是MICT的2倍(2.8%比1.4%)｡关于HITT和MICT对CHD患者AE能力的改善效果目前研究还存在冲突｡一项关于CHF的多中心试验表明,在改善左心室舒张末期容积和提高VO₂peak方面HITT相比MICT并没有明显的优势,造成这种结果的可能原因为:(1)受试者的年龄偏大,以前研究的受试者平均年龄约为70岁左右,其本身的心血管机能比较差,所以只要训练,提升效果都比较明显,两组结果差别不大;(2)在监督受试者训练时发现,在HIIT组中51%的受试者训练强度没有达到规定的90%~95%HRmax,而MICT组中却有超过80%的受试者以超过60%~70%HRmax的强度训练,这种状况下MICT组的运动强度就与HITT组极为接近,导致两组差异较小｡Hannan等发现4周的HIIT训练在提升CHD患者VO₂peak方面比MICT更好,但长期(12个月)来看二者效果并无显著差异｡另一些比较不同运动方式对CHF患者康复效果的Meta分析结果显示:(1)不同的运动方式对于以VO₂peak为代表的运动能力的提高并没有显著差异;(2)左心室射血分数和左心室舒张末期容积只在HITT中得到了较明显的改善｡
在安全性上,目前HIIT与MICT发生不良事件的概率类似,都保持在一个非常低的水平(<1%)｡在给CHD患者应用HIIT时,必须基于心肺运动测试的结果在低风险CHD患者中使用,以免发生危险,CHD患者由于其心肺能力较差,在选用HIIT方案时应选择类似4×4或3×3的运动方案,这种方案运动与休息时间几乎相等,可让CHD患者得到较好的缓冲｡
MICT和HIIT都能提高CHD患者的心肺功能,但具体哪种训练对CHD患者的症状改善效果更好还存在着争议;可以确定的是让病情稳定的CHD患者采用比60%~70%HRmax更高的强度进行训练可以产生更好的康复效果,但HITT传统的90%~95%HRmax的训练强度在实际临床应用中比较难达到,应根据患者的具体情况酌情降低,短期来看HITT效果更好,长期应用其效果和MICT相似｡此外,对于通过前期的风险筛查确定为低风险的CHD患者,可以在CR中适当地加入HIIT以更好地提高患者的心血管水平｡在未来的研究中,在对比HITT和MICT训练的效果时,应进一步细化受试者的年龄分层,针对各个年龄段的CHD患者进行研究,同时对训练时的运动强度做到精准把控,尽量让受试者的运动强度符合预期的实验设计,在运动处方方面考虑HIIT和MICT结合｡
2.3 RE在CHDEP中的应用
RE指通过肌肉主动收缩来克服外界阻力的训练手段｡RE不仅能增强CHD患者躯体功能,预防肌肉萎缩,可有效维持机体的独立性,还能有效提高左心室舒张压,增加心脏的血流灌注,使心肌耗氧量得到有效减少,在改善心肌缺血方面具有积极意义｡有研究发现,与常规的护理措施相比,应用弹力带RE可显著提高老年CHD患者的6min步行能力｡
RE提高CHD患者心肺功能的机制:RE通过增强躯干肌力,增强肌肉收缩力,加速血液回心,提高了机体微循环灌注量,进而改善组织微循环;同时RE施加的负荷还能提高心肌的收缩力,增加每搏输出量,改善心肌泵血功能｡
单纯的RE尚不足以提供足够的泵血机能改善效果,目前CR常采用RE+AE的循环阻力训练｡王奕发现,循环阻力训练的模式可增强经皮冠状动脉治疗(percutaneous coronary intervention,PCI)患者的心输出量和心搏指数,减少微循环滞留和更新时间,有效提升心脏
泵血能力,而循环阻力训练可显著改善CHD患者血管内皮功能,降低血脂水平,增强VO₂peak水平,提高生活质量｡此外,有研究探讨了HIIT+RE的运动模式发现,HIIT+RE组的体重降低,体脂率下降2%左右;与对照组相比,HIIT+RE组的PA能力显著提高,国际体力活动问卷､增量穿梭步行测试和36项简单健康调查问卷得分较对照组分别提高了60%､50%和30%,并且HIIT+RE在运动过程中的收缩压也更低,平均为126mmHg(1mmHg=0.133kPa),对照组则为133mmHg。
3. CHDEP的制订
3.1 评估与风险分层
在CR中,对CHD患者的准确评估是临床工作者制订好CHDEP的关键,CHD患者的评估包括病史的搜集､身体检查和运动分级试验(gradede xercise test,GXT)(表1)｡病史和身体检查主要包括一般的身体状况､心血管危险因素评估､患者的医疗诊断､服药史､家庭病史､职业､社会心理状况｡GXT主要是为医生提供患者准确的血流动力学信息,如心率储备､摄氧量储备､最大摄氧量､HRmax和发生心肌缺血时(心绞痛､ST段压低)对应的工作负荷,以此来确定运动时不能超过的缺血阈值,保证患者的安全｡
3.2 CHD患者MICT运动处方的制订
根据患者运动并发症的风险(低,中或高),为CHD患者确定适当MICT强度的指南各不相同｡一般而言,对于心电图正常且对分级运动有血流动力学反应的CHD患者,美国运动医学会指南表明最小强度阈值为患者心率储备或摄氧量储备的40%~50%之间;对于运动中出现不良体征或症状(如心绞痛､心电图ST段改变､低血压､心律失常)的患者,MICT运动训练强度应设置能引起任何不良体征或症状的运动心率以下至少10bpm｡对于中高风险的CHD患者一般以VO₂peak的40%~50%强度开始,待身体功能改善之后再逐渐进阶到VO₂peak的50%~75%强度,在运动过程中要监测患者心率､血压､心电图的变化,确保运动强度维持在安全水平｡
在训练频率方面,一级预防和二级预防建议的MICT频率为每周2~5次,只要强度和持续时间足够,大多数CHD患者每周只需进行2~3次MICT就可改善心肺功能(表2)｡然而,对于合并较多危险因素的患者(如肥胖､高血压､高血脂､糖尿病)需要进行更高频率的训练｡增加训练频率有助于随着时间的推移改善这些风险因素,但是卫生保健专业人员应该认识到AE的频率与骨科损伤风险之间存在直接关系,因此,临床工作者必须指导患者缓慢增加运动频率和持续时间,并注意过度训练造成伤害的迹象或症状｡此外变换MICT的运动模式可能有助于降低过度使用伤害的风险并提高患者的依从性｡
在持续时间方面,指南中推荐的CHD患者参与MICT运动的时间为20~60min,但最近的指南表明,一天之内进行多次较短时间的运动(如3次,每次10min的运动)与单次较长时间的持续运动都能改善功能能力并带来生理益处,但二者之间具体谁的效果更好还需要更多的研究来证明｡最后,卫生保健人员必须认识到运动强度和持续时间通常呈负相关,在考虑CHD患者的进阶时应先延长运动时间,待患者达到要求之后再考虑增加运动强度。
3.3 CHD患者HITT运动处方的制订
在当代CHD和CHF药理学和介入治疗的背景下,越来越多的证据支持HITT在CR中的安全性和有效性｡最近对MICT和HIIT进行的安全性评估研究中指出,MICT和HITT在心血管康复环境下发生心血管危险事件的风险较低,MICT每129456h发病1次,HITT每23182h发病1次｡另一项针对HIIT在CR中可行性研究发现,在一个康复中心4000多例患者中,心血管事件发生频率仅为1/170000h｡
虽然HITT发生心血管危险事件的风险较低,但出于对患者安全的考虑,建议在CR康复的Ⅱ期或Ⅲ期病情稳定后,患者才能应用HIIT,并在开始HIIT之前,先进行GXT测试,并确定心电图为阴性的结果｡因为HIIT运动处方的制订通常基于从GXT提取的数据,如HRmax｡一般来说,没有进行过基线GXT的患者应该从传统的AE开始CR数周至数月｡如果在训练期间没有症状,那么临床医生可以根据患者情况实施HIIT锻炼｡
在训练频率方面,为了获得与HIIT相关的VO₂peak改善,CHD患者的训练频率应每周≥2次;CHF患者的训练频率应每周≥3次(表3)｡出现这种差异可能与CHF患者心肌损伤更严重有关,需要更大的频率才能获得类似的效果｡
在间隔休息时长方面,对于CHF患者来说间隔休息时间从30s~4min都没有统计学上的显著差异;然而恢复强度与恢复类型上存在差异,40%~60%VO₂peak强度的主动恢复比<40%VO₂peak强度的被动恢复效果更好｡原因可能是更大强度的主动恢复优化了磷酸肌酸的再合成,加快了乳酸氧化速度,促进了糖异生｡对于CHD患者来说,间隔休息时长,恢复强度､恢复类型都没有显著差异,可能是CHD患者受心血管的影响要小于CHF患者｡总之,为了促进患者更快的从训练中得到恢复,HIIT的设计方案中应包含>40%VO₂peak强度的主动恢复｡
在训练周期方面,有研究对比了训练课时长从28~42min,训练周期无论是≥36节,还是<36节,最后的VO₂peak峰值都没有显著差异｡这说明每次HIIT训练的总时长对CHD和HF患者的康复效果影响不大,同时意味着HIIT训练不一定需要很长的疗程来进行｡有研究表明,对于CHD和CHF患者,在VO₂peak中产生显著适应性所需的最小训练周期为6周,当训练周期过长(>12周时),训练收益并没有很大改善,VO₂peak的最大收益将在第7~12周之间获得,因此<7周或>12周的训练都不是最理想的｡
3.4 CHD患者RE运动处方的制订
针对CHD患者的预防和康复锻炼计划主要采用AE,RE也已被证明可在CHD患者的一级和二级预防中提供诸多益处,但考虑到RE对心肌的负荷较大以及对CHD患者的并发症影响较大,因此确定患者什么情况可以参与以及何时可以参与至关重要,一般不建议对具有不稳定心绞痛､严重瓣膜狭窄和严重心律失常的患者使用RE｡
除了上述的临床状况外,建议CHD患者在左心室功能正常或轻微下降(左心室射血分数>35%)和功能能力≥5运动当量时开始RE｡对于心肌梗死(myocardial infarction,MI)和PCI患者至少分别于术后5周和2~3周开始传统的RE｡在开始RE之前,MI患者应进行4周的有氧耐力训练,而PCI患者应至少进行2周的有氧耐力训练｡
只要提供恰当的指导并使用适合其能力的负载(一般为肌肉最大负荷重量的40%~50%),大多数的CHD患者都可以安全地开始RE｡此外,应指导CHD患者避免进行剧烈的以等长收缩为主的抓握动作,因为这可能导致血压急剧增加｡一般的RE计划主要包括1~2组,每组10~15次,每周2~3次的大肌群活动｡具体每个阶段的RE制定原则详见表4｡
4. 总结与展望
基于CHDEP已经在临床实践中得到了较广泛的应用｡PA与心血管风险呈负相关,且PA的剂量与患者的健康收益密切相关,消耗热量≥1500kcal/周可降低心血管风险,并延缓CHD的进程,但最大收益的PA阈值尚未确定;PA的强度和运动总量与医疗卫生保健费用呈负相关,适量有规律的PA可成为发展中国家和发达国家应对CHD的有效战略｡
目前MICT运动因安全且患者耐受性较好,仍然是CHD患者运动处方中最常采用的运动,但因为运动模式较为单一,长期应用易使患者产生厌烦情绪｡HITT是近几年新兴起来的一种运动模式,短期HITT在有氧能力提升方面似乎比MICT更好,如VO₂peak和左心室射血分数提升明显,但HITT在CHD患者中长期应用的效果与MICT相差无几｡在安全性方面,MICT和HIIT目前发生不良事件的概率类似并且均处于较低水平,在给CHD患者应用HIIT时应基于GXT分级测试结果为低风险方能使用,且在使用时应尽量选择4×4的运动-间歇方案｡
RE在CR康复中已被广泛应用,其中AE+RE联合模式相比单一的运动模式所带来的健康收益要更多,持续时间更长,并且目前已经出现训练效果更好的HIIT+RE联合运动模式｡
MICT和HITT具体那个训练效果更好,还需要更多研究来证明｡在未来还可以研究HITT和MICT结合的运动处方,探讨二者不同占比对CHD患者的影响｡此外,最近的一项研究发现较低强度北欧步行(6min步行,强度为静息心率基础上增加20~40bpm)取得的成绩要优于HIIT和MICT,且疲劳和不适感更轻,这表明北欧步行提高PA能力更强,有望成为替代传统MICT的另一种新兴运动模式,未来可针对其如何结合MICT和HIIT以产生更好的治疗效果展开研究｡
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