心肺适能(cardiorespiratory fitness, CRF)指心肺系统在运动时向骨骼肌供氧的能力,用于评估心肺功能储备水平,可反映心血管､呼吸､肌肉､骨骼和神经等在运动中的综合生理功能[1]｡心肺运动试验(cardiopulmonary exercise test, CPET)中采用活动平板或功率踏车测得的峰值耗氧量(peak oxygen consumption,VO₂peak)是评价CRF的“金标准”,VO₂peak越高表示CRF水平越好,其与受试者的年龄､身高､体质量密切相关,此外,VO₂peak实测值占预测值的百分比也常用于评价CRF,健康人群VO₂peak占预测值百分比通常≥84%[2]｡一项纳入750302名美国退伍军人､中位随访10.2年的前瞻性队列研究显示,CRF为心血管疾病及其全因病死率的独立危险因素[3]｡近年来,CRF与卒中的发生､发展及预后的关系逐渐受到关注｡研究显示,卒中后低CRF是一种普遍且持久的现象,较低的CRF与卒中的发生及不良预后相关[4-5],而较高的CRF对于卒中的一级､二级预防及康复均有一定的促进作用[6-7]｡笔者拟对卒中患者CRF下降的机制､评估方法､变化情况及相关康复策略进行综述｡

卒中患者CRF下降是原发及继发性因素共同作用的结果｡原发性因素包括卒中患者异常运动模式导致的肌肉激活所需能量消耗增加,主动肌与拮抗肌交互失调导致的运动效率降低,是卒中后CRF下降的始动及核心机制[8]｡继发性因素包括以下几方面:(1)卒中后运动功能障碍和长时间卧床制动使卒中患者的活动量减少,骨骼肌废用性萎缩,肌肉内毛细血管减少,炎性因子增加及线粒体功能异常,导致肌肉对氧的利用能力下降,与耐力相关的慢速收缩型(I型)肌纤维比例下降,肌肉更易疲劳[9],进而影响卒中患者在CRF测试中的表现;(2)卒中后常继发脑-心轴激活､自主神经调节紊乱,发生“卒中-心脏综合征”,表现为心肌损伤､心律失常和心力衰竭等[10],CRF是评估心功能储备能力的标志物, 心功能障碍可直接导致CRF降低; (3)卒中患者皮质脊髓束损伤可致其支配的呼吸肌功能下降,且常并发肺部感染,导致气体交换效率下降[11];(4)卒中后患者易出现焦虑､抑郁等情绪障碍,可加重患者的疲劳感,影响CPET表现｡Deijle等[12]纳入119例短暂性脑缺血发作或轻型卒中[美国国立卫生研究院卒中量表(NIHSS)评分≤3分]患者的横断面研究显示,CRF与发病后疲劳严重程度评分≥4分之间存在弱负相关(β=-0.061,SE=0.022,P= 0.007),但在控制焦虑和抑郁因素后,这一相关性消失(β=-0.030,SE=0.022,P= 0.177),提示卒中患者的心理状态可能影响CRF｡上述研究结果提示,卒中后的继发性改变增加了运动困难和能量消耗,从而形成恶性循环,最终可导致患者CRF下降｡

目前临床评估卒中患者CRF的方法主要包括CPET及特定的场地步行测试｡

CPET是一种客观评估心肺储备功能和运动耐力的无创性检测方法,其综合应用呼吸气体实时监测分析技术､活动平板或功率踏车技术,实时监测在不同负荷下机体摄氧量和二氧化碳水平的动态变化,是目前测定CRF的“金标准”[1]｡

常用的CPET设备包括跑步机和功率自行车,但卒中患者测试表现易受到肢体功能障碍的影响,需根据病情调整测试设备｡有研究者提出四肢联动式踏车可调动更多肌群以避免因过早出现下肢疲劳而终止测试,可测得更准确的VO₂peak[13]｡单臂曲柄运动试验仅通过健侧上肢完成测试,不受下肢功能影响,适用于下肢损伤严重的患者[14]｡Lee等[15]采用水下跑步机对21例卒中患者进行心肺适能测试,结果显示,测得的VO₂peak水平高于常规陆地跑步机[22.0ml/(kg·min)比20.0ml/(kg·min),P=0.02],可能是由于水的浮力降低了重力和静水压,增加了患者回心血量,有利于诱发更好的心肺反应｡半卧位功率踏车在功率自行车基础上进行了改良,由于半卧体位更具稳定性且可降低姿势控制的干扰,因此适用于存在平衡步态障碍的患者[16]｡半卧位功率踏车及功率自行车对具备一定运动功能的卒中患者可能更加适宜[16],但尚需对卒中患者在不同体位下的CPET测试表现进行大样本的观察研究｡

对改良Rankin量表(mRS)评分4~5分的严重失能卒中患者的CRF评估更具挑战性｡Saengsuwan等[17]设计的机器人辅助倾斜床可使无法独立步行的严重残疾患者在直立倾斜60°时进行周期性下肢踏步运动;此外,悬吊式机器人外骨骼辅助测试设备可利用悬吊设备负担体质量的50%,在外骨骼辅助下使用跑步机测量患者的CRF[18]｡以上机器人辅助的CRF评估方法均具有一定可行性及重测信度(组内相关系数0.65~0.94),但设备复杂,需要悬吊设备与测试CPET的跑台相结合,因而限制了其推广应用｡

CPET作为运动激发试验,需密切监测测试过程中患者的心电图和生命体征及症状变化,严格执行终止条件,保证测试安全｡

尽管CPET是评价CRF的“金标准”,但检测设备昂贵,人员需专业培训,难以覆盖所有医疗机构｡美国卒中协会提出可采用场地步行测试评估卒中患者的CRF[19]｡场地步行测试指在固定距离或固定时间内,在平坦､硬质的地面(如走廊)上进行的步行能力评估方法,适用于卒中患者的场地步行测试包括6min步行试验(6 min walking test,6MWT)和递增穿梭步行试验(incremental shuttle walk test, ISWT)｡

2.2.1 6MWT:6MWT是使受试者在30m的直线道路上以尽可能快的速度折返步行,测量其在6min内通过的距离,可较好地反映受试者日常体力活动下的运动耐量和心肺功能状态,目前主要用于心血管疾病及慢性呼吸系统疾病的疗效及预后评价[20]｡近年来,6MWT与卒中患者CRF的相关性备受关注｡一项研究纳入92例平均发病(105.9±12.9)d的卒中患者,于入组时及入组18个月后分别进行6MWT,结果显示,6MWT距离与卒中患者入组18个月后VO₂peak成正相关(男性r=0.65,女性r=0.44),多元线性回归分析显示,由6MWT距离､年龄､性别､mRS评分构建的预测卒中患者VO₂peak的模型调整后R²值达0.612[21]｡另一项研究纳入70例发病时间≥6个月的慢性卒中患者,基于6MWT距离､年龄､性别和体质量指数构建预测卒中患者VO₂peak模型,其调整后R²值为0.68[22]｡Liu等[23]为卒中患者在6MWT过程中佩戴心脏动力学监测设备,将测得的心输出量和每搏输出量纳入方程16.855+(-0.060×年龄)+(0.196×体质量指数)+(0.01×6MWT距离)+(-0.416×每搏输出量)+(3.587×心输出量)构建预测卒中患者VO₂peak模型,结果显示,与单纯纳入6MWT距离的模型相比,该预测模型提高了6MWT距离对VO₂peak的预测能力(R²值分别为0.70､0.44)｡然而,有研究纳入40例发病6个月内的亚急性期卒中患者,亚组分析显示,在NIHSS评分0分的无神经功能缺损患者(17例)中,6MWT距离与VO₂peak相关性较高(r=0.826),而NIHSS评分1~8分的遗留轻度至中度神经功能缺损患者(23例)中6MWT距离与VO₂peak相关性则较低(r=0.38),提示神经损伤程度可能影响6WMT距离对CRF的预测价值[24]｡与多数研究以VO₂peak作为因变量不同,有研究将6MWT距离作为因变量,关注步行速度及CRF对6MWT距离的影响,该研究纳入50例发病6个月以上的慢性卒中患者,采用10m步行测试评估步行速度,以CPET所得的VO₂peak评估CRF,线性回归结果显示,步行速度对6MWT距离的决定系数高于VO₂peak(R²值分别为0.614､0.280),提示6MWT距离更多地受患者步行速度的影响,而非CRF[25],卒中患者的6MWT距离与CRF的相关性尚待探讨｡总之,6MWT无需特殊器械,是一种操作简便的测试方法,对卒中患者CRF有一定的预测作用,是CPET可能的替代方案,但仍需探索其对不同卒中阶段､不同程度神经功能障碍卒中患者CRF的预测价值,筛选合理参数构建预测VO₂peak的模型｡

2.2.2 ISWT:ISWT要求患者在10m步行直路上按照录音提示不断增加速度往返,直至不能完成时,记录其步行总距离[24]｡一项横断面研究将年龄､性别和体质量指数作为自变量构建预测慢性期卒中患者VO₂peak的模型,基于ISWT测试结果的方程为VO₂peak=26.782-(0.180×年龄)+(4.096×性别)+(0.008×ISWT距离)-(0.210×体质量指数),基于6MWT测试结果的方程为VO₂peak=22.239+(0.020×6MWT距离)+(4.039×性别)-(0.157×年龄)-(0.265×体质量指数),其中女性=1,男性=2,结果显示,前者的预测能力低于后者(R²值分别为0.58､0.68),提示ISWT距离对卒中患者的VO₂peak有一定的预测效应,但不及6MWT[22]｡ISWT作为递增速度的极量测试,其表现可能受运动功能的制约,卒中患者易因偏瘫所致运动能力不足而过早终止测试,因此不能准确反映CRF｡

2008年,一项前瞻性队列研究纳入了46405名男性[平均(43.7±10.0)岁]和15282名女性[平均(42.9±10.8)岁],以CPET测得的VO₂peak四分位数进行分组,平均随访(18.8±8.0)年,结果显示,与CRF最低四分位组相比,最高四分位组发生卒中的多变量校正HR在男性中为0.60(95%CI:0.43~0.82),在女性中为0.57(95%CI:0.29~1.12),提示高CRF是成年男性卒中的独立保护因素[26]｡此后多项研究均表明,CRF与卒中的发生风险成负相关,且不受年龄､性别､种族等影响[3-4]｡一项荟萃分析纳入14项临床研究共1409340名受试者,随访时间为3.9~25.2年,采用定性分析和剂量反应分析法,结果显示,与低CRF者相比,高CRF者的卒中发生风险降低了42%(RR= 0.58,95% CI:0.51~0.66;I²=64.8%,P< 0.01),其中缺血性卒中的发生风险降低29%(RR=0.71,95% CI:0.54~0.93; I²= 76.1%,P=0.002),出血性卒中的发生风险降低31%(RR=0.69,95% CI:0.47 ~ 1.00;I²=59.1%, P=0.044)[6]｡有研究纳入16878名健康男性进行跑步机CPET测试,并按年龄别测试时间最低的20%､中间的40%及最高的40%分为高､中､低CRF组,平均随访10年,分析卒中发生及死亡情况,结果显示,与低CRF组(2850名)相比,高CRF组(7007名)卒中相关病死率降低68%(RR=0.32,95% CI:0.12~0.82)[27]｡上述研究表明,高CRF水平健康人群卒中发生风险低,且卒中相关病死率低｡

一项研究纳入1403名40~59岁的健康中年男性,根据基线和入组7年后2次CPET的VO₂peak值与该队列VO₂peak中位数的比较情况将参与者分为保持高CRF水平组(545名)､CRF由高转低组(157名)､保持低CRF组(544名)和CRF由低转高组(157名),第2次CPET后开始随访,中位随访23.6年,对于基线VO₂peak水平高于中位数的高CRF人群(702名),与保持高CRF水平组相比,CRF由高转低组的卒中发生风险升高(HR=2.35,95%CI:1.49~3.63),而基线VO₂peak水平低于中位数的低CRF人群(701名)中,CRF由低转高组较保持低CRF组的卒中发生风险下降(HR=0.40,95% CI:0.21~0.72)[28]｡2023年,一项研究纳入9646名受试者在入组时和入组3.7年后分别进行CPET测试,所有受试者在第2次测试时无卒中病史,第2次测试后中位随访5年,结果显示,两次测试之间VO₂peak对应的代谢量每增加1个单位,缺血性卒中发生风险则下降9%(HR=0.91,95%CI:0.88~0.94),提示CRF的改善与缺血性卒中发生风险降低成独立正相关[29]｡因此,提高CRF或可降低卒中的发生率,对卒中一级预防有重要意义｡

发病前低CRF水平是卒中发生的重要危险因素,而卒中事件本身亦可导致患者的CRF低于健康同龄人,且这种降低自卒中急性期开始贯穿整个病程[30]｡

第1届国际卒中恢复与康复会议将卒中急性期定义为发病1周以内,亚急性期定义为发病7d至6个月,发病超过6个月则定义为慢性期[31]｡目前关于急性期卒中患者CRF的研究极少,且多以缺血性卒中患者为研究对象｡2020年的一项研究纳入了29例发病5~11d､入组时行CPET的缺血性卒中患者,中位年龄69(58,75)岁,除1例患者因氧分压降低终止测试外,余患者均完成CPET,结果显示,患者的平均VO₂peak为(15.1 ± 4.6)ml/(kg·min)[32],低于同龄健康人[17 ~ 23ml/(kg·min)][33]｡6MWT距离也可在一定程度上反映CRF[21],Qu等[34]纳入30例平均发病时间(8.2±2.9)d的急性缺血性卒中患者,平均(59.8±9.4)岁,Fulg-Myer运动功能评分均为100分,基于6MWT距离比较其与健康对照组[71名;平均(57.9±9.5)岁]的CRF,结果显示,急性缺血性卒中患者的6MWT距离低于健康对照组[(419.7±82.4)m比(459.5±81.8)m,P=0.029],提示即使运动功能未受累的急性缺血性卒中患者仍可出现CRF下降｡但目前尚缺乏针对神经功能障碍较重的急性缺血性卒中患者的CRF研究,CPET测试的最佳方式和安全性仍需探索｡

一项综述纳入81项CRF相关研究共3082例未经康复训练的卒中患者[30],结果显示,亚急性期(平均发病时间11~76d)和慢性期(平均发病时间6个月~4.5年)卒中患者的平均VO₂peak分别为14.34ml/ (kg·min)和16.54ml/(kg·min); 亚急性期卒中患者的CRF在发病后3个月具有上升趋势,但CRF水平仅为健康同龄人的50%左右;而慢性期卒中患者的CRF无变化规律,VO₂peak并未随着时间延长而增加,且仍低于健康同龄人｡上述研究结果提示发病6个月内的卒中患者可能存在提高CRF的关键窗口期｡但是,目前尚缺乏关于其与卒中复发关系的前瞻性研究证据｡

目前,常规的卒中康复策略多针对原发神经损伤进行,较少涉及改善CRF｡而近年来探索提升CRF改善卒中患者神经功能预后的研究逐渐受到关注,主要包括有氧运动､高强度间歇训练(high-intensity interval training,HIIT)和其他特殊运动形式｡

有氧运动是指由大肌群参与的､以有氧代谢为主的运动形式[35]｡研究显示,无论是发病急性期还是慢性期,有氧运动均有助于提升卒中患者VO₂peak和改善运动功能[36-37],其机制包括增强心血管系统效率和提高神经可塑性等[38]｡目前的康复指南建议对病情稳定､可耐受的亚急性期及慢性期卒中患者每周进行至少3~5d且每天至少20min的有氧运动(I类推荐,B-R级证据)[39]｡有氧运动通常为中等强度运动,而运动强度在临床实践中常以心率进行衡量,使目标心率为最大心率的55%~70%,或通过代入公式[储备心率(即最大心率-静息心率)×(40% ~ 60%)+静息心率]得出[35],其中最大心率通过CPET测试或由年龄预测公式计算,常用的公式包括经典公式(最大心率= 220-年龄),及Tanaka公式(最大心率= 208-0.7×年龄)[40]｡在有氧运动训练过程中应循序渐进,并结合患者主观反应及自觉疲劳量表评分逐渐增加至目标心率强度｡

临床上卒中患者的有氧运动形式包括减重跑步机或步态训练器步行及功率自行车骑行等[37]｡部分卒中患者因肢体功能障碍较重,无法耐受中等强度的有氧运动,或无法在训练中达到目标心率,需结合其他辅助方法,如血流限制法､功能性电刺激等,增强训练中的心肺反应｡有研究纳入34例平均发病(47.06±42.26)d､下肢Fugl-Meyer运动功能评分15~20分的中度运动功能障碍卒中患者,试验组(17例)采用血流限制法结合下肢功率踏车的有氧运动训练(5d/周,2次/d,10min/次)联合常规康复训练,对照组(17例)仅进行普通功率踏车(5d/周,2次/d,10min/次)联合常规康复训练,训练3周后,与对照组比较,试验组患者的股直肌厚度增加[(0.25±0.15)cm比(0.05±0.10)cm, P<0.05]､股直肌横截面积增大[(0.90±0.40)cm²比(0.15±0.25)cm², P<0.05]｡血流限制法采用弹性包裹装置在肢体近端施压以创造出缺血低氧环境,有助于促进肌肉募集和蛋白生成,而肌肉质量和代谢的改善是提升CRF的重要生理环节[41],因此,将有氧运动与血流限制法相结合可能是提高卒中患者CRF的潜在方法｡将功能性电刺激与功率自行车结合的模式目前多用于多发性硬化及脊髓损伤患者,一项研究纳入16例亚急性期卒中患者,分为功能性电刺激+辅助功率自行车的试验组(8例)与仅辅助功率自行车的对照组(8例),训练方案为5d/周､30min/次,干预4周后,试验组的VO₂peak较训练前提高[(17.8 ± 3.1)ml/(kg·min)比(16.0 ± 2.8)ml/(kg·min), P=0.02],对照组的VO₂peak较训练前无改善[(20.08 ± 5.79)ml/(kg·min)比(20.30 ± 7.00)ml/(kg·min), P=1.00],但训练后两组VO₂peak差异无统计学意义(P>0.05),可能与样本量小有关,但试验组训练后VO₂peak改善的结果仍提示功能性电刺激辅助训练对于提升卒中患者的CRF具有潜在价值[42]｡另外,将步行等有氧运动转移至水中,也可能有助于提升患者CRF｡一项荟萃分析纳入3项随机对照试验共69例亚急性期和慢性期卒中患者,结果显示,与陆地干预(33例)相比,水中训练(36例)在改善卒中患者CRF方面呈现出积极效应(d=0.66,95%CI:0.14~1.19, P<0.05),提示水中训练对提高卒中患者的CRF效果优于陆上训练[43]｡水的浮力能够为负重能力差的卒中患者提供支撑,使患者比在陆地上更早进行直立及步态训练;静水压可促进血液回流､增加本体感觉输入,水中抗阻训练可提高肌力;适宜的水温亦可降低患者肌张力､缓解痉挛[43]｡未来还需探索更适合卒中患者的新型运动方法｡

上述研究表明,有氧运动是提高卒中患者CRF的有效方式之一,可通过制定以频率､强度和运动类型为核心的个体化运动处方实现更佳的康复效果｡未来需在提升有氧运动对卒中患者临床康复效果的基础上进行更深层次的机制探讨｡

HIIT是一种在短时间内进行多次高､低强度交替重复运动的训练方法,其中高强度通常指心率超过70%~90%最大心率或储备心率×(70%~90%)+静息心率的运动强度[44]｡一项随机对照研究纳入mRS评分≤2分､平均发病时间(1.8±1.2)年的慢性卒中患者84例,随机分配至3次/周､20min/次的HIIT组(42例)和3次/周､20~30min/次的中等强度有氧运动组(42例),经12周训练后,HIIT组VO₂peak的提升幅度高于中等强度有氧运动组[3.52ml/(kg·min)比1.71ml/(kg·min),组间差异为1.81ml/(kg·min);95% CI:0.58~3.04,P=0.004],提示HIIT对于卒中患者VO₂peak的改善效果优于有氧运动[45]｡一项荟萃分析纳入11项随机对照研究共458例平均发病(28.6±21.87)个月的慢性期卒中患者,分为HIIT组(229例)和常规康复训练组(229例),结果显示,与常规康复训练组比较,HIIT组VO₂peak改善更明显,平均差异为2.89ml/(kg·min)(95% CI:1.72~4.06, P=0.001),HIIT组的6MWT距离的改善优于常规康复训练组,平均差异为93.98m(95% CI:38.56~149.41,P< 0.01),HIIT可能通过提高卒中患者耐力和能量代谢效率利于卒中后患者CRF恢复[44]｡尽管目前多项康复指南[46-47]主要推荐有氧运动提高卒中患者CRF,但HIIT可能是卒中患者提升CRF更高效的潜在训练方法｡目前研究关于HIIT训练方案的异质性较大,尤其是关于高､低强度间歇的时长绝对值和比例尚无统一标准,不同研究有长间歇HIIT(高强度运动3~4min,高强度与低强度时间比为1∶1或4∶3)､短间歇HIIT(高强度运动15~60s,高强度与低强度时间比为1∶1)等不同方案[48-49],其对卒中患者CRF改善的优劣有待进一步探索｡

由于HIIT的高强度和交替模式可使心率反应增加,对于心血管系统的负荷更高,尽管目前未见报道应用HIIT发生严重不良事件较常规有氧运动增加,但仍应在卒中患者训练前排查是否患有严重心脏疾病,并在训练时严密监测生命体征及心电情况｡

一些特殊的运动形式也可能有助于提高卒中患者的CRF｡普拉提是一种注重力量､核心稳定性､柔韧性､肌肉控制､姿势和呼吸的身心锻炼形式,多以垫上和器械训练为主,有研究者应用针对卒中患者改良的“神经普拉提”,以垫上训练为主,增加弹力带､Bobath球等辅助工具,纳入20例发病时间>2年的慢性期卒中患者随机分配至试验组(常规康复训练+3次/周,1h/次的神经普拉提训练)和仅行常规康复训练的对照组,持续训练8周后,结果显示,试验组患者的VO₂peak较入组时提高[(14.3±2.5)ml/(kg·min)比(12.1 ± 2.9)ml/(kg·min),P<0.05],而对照组则轻微下降[(14.4±4.7)ml/(kg·min)比(14.7±4.7)ml/(kg·min),P<0.05],提示神经普拉提对卒中患者CRF的改善优于常规康复训练[50]｡有研究尝试探索太极拳改善卒中患者CRF的可能性[51],拟纳入226例发病2~6个月的亚急性期卒中患者,干预12周后比较VO₂peak及患者步行能力,其结果尚未发表｡

综上所述,CRF对于卒中患者的一级､二级预防及康复预后均有重要意义,临床医师应重视对卒中患者CRF的评估,并进一步开发简便､可靠的替代工具或预测模型｡同时需加强在卒中康复实践中制定个体化的精准运动处方以更好地提高患者CRF,并深入探索有氧运动､HIIT及其他康复形式改善CRF的生理机制,以助促进卒中防治和康复水平提升｡