超重或肥胖大學生最大運動中腦氧合及血液動力學研究

張軍 張致偉

(1.浙江工商大學體育工作部 浙江杭州 310018;2.上海師范大學體育學院 上海 201418)

根據中國衛生部門的統計數據顯示，目前我國18歲以上居民超重率為30.6%，肥胖率為12%。在大學生群體中，超重與肥胖界定是以體重指數（BMI）為主要指標，17.9≤BMI≤23.9定義為正常體重指數，24≤BMI≤27.9為超重體重指數，BMI≥28則界定為肥胖。對于健康成人來說，不論是進行單次或長期運動訓練都可增加心輸出量與每搏輸出量。同時，運動也會影響腦血流量和腦氧合的表現，在低強度與中強度運動時，大腦中的氧合血紅蛋白逐步增加。然而，關于肥胖人群在運動中血液動力學與腦氧合的關系及作用機制的研究較少，最大運動中肥胖者的腦氧合狀態表現與正常體重者有無差異，肥胖對于心血管功能的影響是否會表現在腦氧合狀態，目前也尚未有定論。基于此，該文對最大運動對肥胖或超重成人的血液動力學與腦氧合狀態的影響及生理機制進行研究。

1 研究對象與方法

1.1 實驗參與者

在浙江工商大學招募超重或肥胖（BMI≥24kg/m2）及體重正常（17.9≤BMI≤23.9kg/m2）健康大學男生。受試者條件包括：（1）年齡≥20歲，男性健康大學生；（2）無規律運動習慣；（3）無嚴重心血管疾病、哮喘、糖尿病或其他重大疾病病史；（4）無上下肢功能損傷。

1.2 實驗設計與流程

2019年10月10日至11月30日在浙江工商大學健康體適能與運動訓練監控實驗室進行。受試者填寫基本資料后，進行功率自行車測試，測量受試者最大攝氧量、最大做功率等。最大運動測試過程中持續收集受試者攝氧量、血液動力學，并以近紅外光譜技術來測量右半腦前額葉的氧合變化，每10min記錄受試者血液動力學、腦血氧合狀態，一直持續到運動停止后30min。

1.3 研究工具

用Inbody720進行身體成份分析，用活動量簡易自我評價量表評估是否符合執行運動，以非侵入式心臟監測系統[1]監測血液動力學變化，以近紅外光譜技術[2]進行監測腦部氧合狀態。

1.4 測量方法

以功率自行車進行遞增式運動測試，用能量代謝測量系統測量受試者的最大攝氧量。測試流程為受試者維持功率自行車踩踏速度每分鐘50～60rpm，開始運動第0～4min，自行車功率為30W，后每2min功率增加30W，直至達到個人峰值。過程中每2min記錄受試者心跳、血壓、血氧飽和度，以自覺量表監測受試者努力程度。

1.5 統計分析

以SPSS 20統計軟件分析數據，運用混合設計二因子方差分析檢驗因變量在正常組與超重或肥胖組間的差異。

2 結果與分析

2.1 受試對象基本資料和最大運動測試表現

共有32名受試者完成實驗，其中在平均年齡、肌肉質量上，兩組無顯著性差異，而在平均體重、腰圍、臀圍上超重/肥胖組顯著大于正常組。超重/肥胖組的平均BMI、體脂率分別為29.0±5.4kg/m2、30.6±7.8%，都達到肥胖等級，顯著大于正常組。安靜狀態下，心輸出量與體重（r=0.420，P=0.017）、BMI（r=0.420，P=0.017）成正比，體重、BMI越大者，安靜心輸出量越大。在最大運動測試表現方面，休息狀態時心率無顯著差異，而舒張壓超重/肥胖組顯著大于正常組；無氧閾狀態時的百分比無顯著差異，而無氧閾值時的負荷超重/肥胖組顯著小于正常組。正常組最大攝氧量、最大攝氧量/預期值、大運動負荷都顯著大于超重組，表明過多的身體脂肪在運動中會增加心臟的負荷，導致運動耐力下降，進而影響最大攝氧量表現。此外，腹部因脂肪堆積會使橫膈膜上升，肺容量減少，造成通氣障礙，發生二氧化碳滯留及缺氧現象，引起超重/肥胖者運動中出現換氣不順暢、呼吸氣喘和疲乏等癥狀[3]，因此腹部脂肪可能也是影響超重/肥胖者運動表現的原因之一。

2.2 安靜與最大運動測試時身體指標、腦氧合與血液動力學指標相關情況

安靜狀態時心輸出量、收縮壓與體重、BMI、體脂肪、脂肪率都呈顯著正相關。體重、BMI、體脂肪、脂肪率越大者，安靜時心輸出量與安靜收縮壓也越大。安靜時心臟收縮指數與體重、BMI、體脂肪呈顯著負相關。體重、BMI、體脂肪越大者，安靜時心臟收縮指數越小。此外體重與舒張末容積成正比。體重越大，舒張末容積越大。最大運動時舒張壓與體重、BMI、體脂肪、脂肪率呈顯著正相關。體重、BMI、體脂肪、脂肪率越大者，最大運動時舒張壓也越大。最大運動時舒張末容積與體重、BMI、體脂肪呈顯著正相關。體重、BMI、體脂肪越大者，最大舒張末容積越大。此外體重與最大運動時每搏輸出量成正比，BMI與最大運動時早期舒張填充率成正比。而最大運動測試時，最大攝氧量與腦氧合中氧合血紅蛋白（O2Hb）（r=0.390，P=0.044）、還原血紅蛋白（HHb）（r=0.469，P=0.014）和總血紅蛋白tHb（r=0.442，P=0.021）成正比，最大攝氧量越大，腦中O2Hb、HHb和tHb越大。腦氧合與最大強度時的血液動力學參數無顯著相關。

2.3 最大運動測試中超重/肥胖組與正常組的血液動力學差異

在最大運動測試中的血液動力學方面，不同運動強度之間的心輸出量、每搏輸出量和射血分數有顯著差異，不同運動強度顯著改變血液動力學表現。最大運動強度時正常組的心輸出量（18.9±3.9L/min）、每搏心輸出量（106.7±23.2mL）、射血分數（72.4±11.8%）和超重/肥胖組的心輸出量（21.2±7.0L/min）、每搏心輸出量（125.8±43.7mL）、射血分數（71.1±7.3%）顯著大于其他強度。超重/肥胖組和正常組的心輸出量從安靜時上升至最大強度過程中，兩組未達到顯著差異。雖然最大運動過程測試中兩組間的血液動力學變化表現無顯著差異，但發現正常組的心輸出量從安靜時到70%Wmax時上升的百分比顯著大于超重/肥胖組。心輸出量、每搏輸出量及射血分數中強度因子主要效果都達到顯著差異，而組別因子主要效果則都未達到顯著差異，同樣組別與強度因子的交互作用也都未達到顯著水平。兩組在最大運動測試中的變化幅度（Δ）計算公式，以休息狀態為基準點，Δ＝（各強度下數值－休息時數值）/休息時數值×100%。正常組心輸出量自安靜時至70%最大運動負荷增加幅度（179.7±70.7%）顯著大于超重組（137.0±31.4%）。

2.4 最大運動測試中超重/肥胖組與正常組的腦氧合差異

在腦氧合方面，結果顯示不同強度之間的O2Hb表現有顯著差異，兩組在70%Wmax時都顯著大于其他各強度，而不同強度之間的HHb、tHb表現有顯著差異，兩組在最大強度（100%Wmax）時都顯著大于休息狀態。O2Hb、HHb和tHb在強度因子主要效果上都達到顯著差異。O2Hb和HHb在組別與強度因子交互作用上都達到顯著水平，單純主要結果分析發現，運動停止后30min正常組的O2Hb顯著高于超重/肥胖組；運動停止后10min正常組的HHb顯著高于超重/肥胖組。O2Hb、HHb和tHb在組別因子主要效果上都未達到顯著差異，此外tHb在組別與強度因子交互作用上也未達到顯著水平。兩組在最大運動測試中腦氧合變化值（Δ）的計算方式，以休息時狀態為基準點，變化值（Δ）＝各強度下數值－休息時數值。正常組腦氧合tHb自安靜時至50%Wmax變化值（7.0±7.3μmol/L）顯著大于超重/肥胖組（1.7±4.2μmol/L）。

隨著運動強度增加，在30%Wmax至70%Wmax中，腦前額葉中的O2Hb迅速上升，在70%Wmax后開始下降。而tHb則是隨著運動強度的增加而上升，至最大運動強度時達到峰值。運動中腦tHb上升的幅度，正常組從運動開始至50%最大做功負荷上升的幅度顯著大于超重/肥胖組。tHb是O2Hb和HHb的總和，被視為腦血流量多寡的指標，而運動時的腦血流量增加，提供大腦更多氧氣，提升大腦血氧合狀態。肥胖者由于常伴隨有血脂增加、血管彈性降低、左心室順應性減少等現象，導致血流量下降[4]。此外，過多的體重會刺激交感神經系統[5]，加速腦中的氧化速度與代謝反應，降低腦中氧氣供應能力及腦血流量，降低上升幅度，這可能是造成超重/肥胖組tHb上升的幅度小于正常組的原因[6]。

3 結語

在最大運動測試中，心輸出量、每搏輸出量、射血分數隨著運動強度增加而增加。超重/肥胖大學生在高強度（70%最大運動負荷）時，心輸出量上升幅度顯著小于正常組。過多的體重在運動中會增加心臟的負荷，減少了超重/肥胖大學生運動時心輸出量增加的幅度。正常組與超重/肥胖組的腦前額葉中O2Hb隨著運動強度增加逐漸上升，在70%最大運動負荷后下降，tHb則是逐漸上升至最大運動負荷，但超重/肥胖組在50%最大運動負荷時，tHb上升幅度顯著小于正常組。