脊柱不同姿态对心功能参数、心率变异性及呼吸频率影响的研究

【作者】 王昊； 高晓嶙； 吴东哲； 王文迪；

【机构】 国家体育总局体育科学研究所；

【摘要】 研究目的:由不良姿态引起的各种疾病已经引起了公众的广泛关注。良好的体态是正常人体骨骼和肌肉组织的体现。心交感神经的节前神经元走行于脊髓T1-5的侧角内其节前纤维由相应脊段发出终止于椎旁神经节或椎前神经节,已有研究证明T1-5脊髓节段与心、肺和上肢心血管系统的交感神经支配相关,并且对脊柱部位进行推拿后,血压和心率等心血管系统发生变化理论上脊柱姿态的改变可能会影响脊柱两侧交感神经的张力,导致自主神经和心血管系统发生改变。为揭示脊柱姿态对人体心功能参数及心率变异性指标的影响,为探寻不良脊柱体态导致心功能及自主神经的影响,为体态纠正及姿态训练促进健康的生理学机制提供理论与实验依据。研究方法:受试者为12名健康成年男性(年龄(岁)24.7±1.3,身高(cm)174.3±6.1,BMI(kg/m2)23.7±3)。受试者在实验测试前禁食4小时且24小时内不得饮用含咖啡因的饮料、酒精及其他干扰测试结果的食物及药物。排除标准:存在心脑血管、代谢性疾病、运动系统、呼吸系统和神经系统疾病,近期进行手术及外伤疼痛史受试者则排除在外。测试前,由测试者教授动作,确保受试者掌握全部动作要领。采用无创心排量NICOM Reliant系统监护设备(Cheetah Medical公司,美国)及FIRSTBEAT系统(version4.7.3.1 Copyfight Firstbeat Technologies Ltd.,Jyvaskyla,Finland)全程动态监测坐立位7种脊柱姿态(包括中立位:受试者下肢固定不动,双腿分开反坐在椅子上,双手扶椅背,分别保持两个90度,躯干保持正直中立位;前屈位:在重力作用下,头自然下垂;脊柱前曲;后伸位:在重力作用下,头自然后仰,脊柱后伸;左侧屈位:在重力作用下,脊柱自然向左侧弯曲;右侧屈位:在重力作用下,脊柱自然向右侧弯曲;左旋转位:躯干向左旋转45度,右手放在左侧大腿外侧;右旋转位:躯干向右旋转45度,左手放在右侧大腿外侧)的心功能参数(包括每分输出量(cardiac output,CO),每搏输出量(stroke volume,SV)、每博指数(stroke volume index,SVI)、心指数(Cardiac index,CI)、心率(heart rate,HR))及心率变异性(heart rate variability,HRV)指标(包括RR间期、时域指标:全程相邻NN间期之差的均方根RMSSD、频域指标:低频LF、高频HF、低高频之比LF/HF)。实验过程中保证所有动作均在自然放松状态完成,尽量避免肌肉主动收缩,每个姿态维持3min,每次动作间隔3min,保证动作间隔之后各指标恢复基线水平。实验室室温为20℃-24℃,湿度为50%～56%。统计学方法:采用SPSS 26.0统计软件对本研究相关数据进行录入及分析,计量指标以均值±标准差(x±S)表示,首先通过Shapiro-Wilks test正态性检验分析发现除HF/ms2外均符合正态分布,将HF/ms2经对数转换后符合正态分布。之后采用重复测量方差分析对7种不同姿态的心功能参数、心率变异性指标及呼吸频率进行检验。P <0.05为差异有统计学意义。研究结果:1.心功能参数:CI:脊柱前屈位CI显著低于脊柱中立位和左屈位(p=0.016,p=0.046),脊柱左旋位CI显著低于脊柱中立位和左屈位(p=0.013,p=0.035),脊柱后伸位CI显著高于脊柱前屈位和左屈位(p=0.006,p=0.006);CO:脊柱躯干前屈、左旋位CO显著低于脊柱中立位(p=0.006,p=0.014),脊柱后伸位CO显著高于脊柱前屈、右屈、左旋位(p=0.002,p=0.032,p=0.006),脊柱左旋位CO显著低于右旋位(p=0.045);HR:脊柱后伸位HR显著高于脊柱中立位、前屈、左屈(p=0.001,p=0.005,p=0.008),脊柱前屈位HR显著低于左旋、右旋HR(p=0.02,p=0.007)。SV:脊柱左旋位的SV明显低于脊柱中立位、后伸、右屈和右旋位(p=0.0003,p=0.014,p=0.007,p=0.024,p=0.031);左屈位SV显著高于左旋转位(p=0.024),前屈位SV显著低于中立位(p=0.017),左旋位SVI显著低于中立位、后伸位、左屈位、右屈位和右旋位(p=0.0003,p=0.015,p=0.007,p=0.031,p=0.021)。2.心率变异性参数:RR:脊柱后伸位RR显著低于脊柱前屈、左屈、右屈位(p=0.047,p=0.026,p=0.025);脊柱右屈位RR显著高于脊柱右旋转位(p=0.020);RMSSD:脊柱左屈位RMSSD显著低于右屈位(p=0.031),LF:脊柱左屈位LF显著低于左旋位(p=0.020);LF/HF:脊柱中立位的LF/HF显著低于脊柱后伸、前屈和右旋姿势(p=0.037,p=0.041,p=0.008),脊柱右侧旋转姿态的LF/HF显著高于右屈位(p=0.004),脊柱右旋位的LF/HF显著高于左旋为(p=0.044)。3.呼吸频率:七种脊柱姿态对呼吸频率的影响未见显著差异(p=0.254),研究表明HRV的低频LF与高频HF的界定范围(0.15赫兹)会受到呼吸频率的影响,尤其是慢呼吸时会干扰高频的频段。本研究发现脊柱不同姿态对胸廓及肺的挤压并未对呼吸频率造成显著影响,提示本研究的7种脊柱姿态可以进行心率变异性的对比。研究结论:本研究发现脊柱的前屈、后伸、侧屈和脊柱的旋转姿态可导致心率、心功能参数和心率变异性的改变。其变化的幅度与不同的姿态相关,特别是脊柱后伸位时会导致心率显著增加,脊柱左屈位时心率显著降低,脊柱的前屈、后伸、右旋位时心率变异性指标LF/HF显著升高。其原因分析可能与心脏容量、前负荷和后负荷、肺解剖和脊柱交感神经走行密切相关。本研究认为保持脊柱的中立位是最好的休息姿势。偏离脊柱的中立位会影响心血管和自主神经系统,有降低SV,加快心率,相对增加交感神经张力的风险。更多还原