두 가지 운동 프로그램이 심박수 변이도, 체온, 중추신경계 피로 및 심장마비 후 피질 각성에 미치는 영향 1부
Oct 09, 2023
추상적인:심혈관 질환(CVD)은 전 세계적으로 사망의 주요 원인입니다. 심장 재활(CR) 프로그램의 혜택은 전반적으로 합의되어 있습니다. 그러나 운동 중 심장병 환자에 대한 점진적인 생리적 영향은 아직 연구되지 않았습니다. 본 연구는 고강도 인터벌 트레이닝(High Intensity Interval Training)의 CR 프로그램에 속하는 심장마비 환자(HAP)를 대상으로 열화상 측정, 심박 변이도(HRV), 혈압, 중추신경계 피로, 피질 각성 등의 생리적 매개변수를 분석하는 것을 목표로 합니다. HIIT) 및 중강도 연속 훈련(MICT)을 건강한 참가자와 비교했습니다. 이 환자-대조군 연구에서는 HAP 환자 2명(남성, 각각 35세와 48세)과 건강한 사람 2명(남성, 각각 38세와 46세)을 1:1:1:1 할당 비율로 무작위 배정했습니다. 심장 MICT, 심장 HIIT, 제어 MICT 및 제어 HIIT의 네 그룹 중 하나로 분류됩니다. 최대 심박수(HR)의 약 85~95%에서 HIIT를 실시한 후 최대 심박수(HR)의 약 40%에서 1분간 회복 간격을 두고, 최대 심박수(HR)의 약 70~75%에서 MICT를 실시했습니다. 결과 측정에는 온도 측정, HRV, 혈압, CNS 피로 및 피질 각성이 포함되었습니다. HAP는 대조군 참가자보다 MICT에서 CNS 피로를 두 배 이상 나타내지만 HIIT는 HAP와 대조군에서 거의 동일한 CNS 피로를 나타냅니다. 또한 두 HAP 그룹 모두 흉부 온도가 더 높았습니다. HIIT 프로토콜은 HAP의 MICT에 비해 운동 중 더 나은 생리적 반응을 보여주었습니다.
Cistanche는 항피로 및 체력 강화제 역할을 할 수 있으며 실험 연구에 따르면 Cistanche tubeulosa 달임은 체중을 견디는 수영 쥐에서 손상된 간 간세포 및 내피 세포를 효과적으로 보호하고 NOS3 발현을 상향 조절하며 간 글리코겐을 촉진할 수 있는 것으로 나타났습니다. 합성하여 항피로 효능을 발휘합니다. 페닐에타노이드 글리코시드가 풍부한 Cistanche tubeulosa 추출물은 ICR 생쥐의 혈청 크레아틴 키나제, 젖산 탈수소효소 및 젖산 수치를 크게 감소시키고 헤모글로빈(HB) 및 포도당 수치를 증가시킬 수 있으며, 이는 근육 손상을 감소시켜 항피로 역할을 할 수 있습니다. 생쥐의 에너지 저장을 위한 젖산 농축을 지연시키는 것입니다. 복합 Cistanche Tubulosa 정제는 쥐의 체중 부하 수영 시간을 유의하게 연장하고 간 글리코겐 보유량을 증가시키며 운동 후 혈청 요소 수치를 감소시켜 항피로 효과를 나타냈습니다. 시스탄치스 달임은 운동하는 쥐의 지구력을 향상시키고 피로 해소를 촉진할 수 있으며, 부하 운동 후 혈청 크레아틴 키나아제의 상승을 감소시키고 운동 후 쥐의 골격근 미세구조를 정상으로 유지하는 효과가 있음을 나타냅니다. 체력 강화 및 피로 회복 효과가 있습니다. Cistanchis는 또한 아질산염에 중독된 쥐의 생존 시간을 크게 연장하고 저산소증과 피로에 대한 내성을 강화했습니다.
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키워드:심혈관 질환; 심박수 변동성; 열화상; 중추신경계 피로; 예지
1. 소개
세계보건기구(WHO)[1]에 따르면 심혈관 질환(CVD)은 전 세계적으로 사망 원인 1위입니다. 2019년에는 약 1,790만 명이 CVD로 사망했는데, 이는 전 세계 전체 사망자의 32%에 해당합니다. 이들 사망 중 85%는 심장마비와 뇌졸중으로 인한 것이었습니다[1]. 2019년 유럽에서는 CVD로 인한 사망자가 390만 명으로 전체 사망자의 45%에 해당하며, 이는 두 번째로 흔한 사망 원인인 암보다 상당히 높은 수치입니다[2]. 또한, 2019년 비전염성 질환으로 인한 조기 사망(70세 미만) 1,700만 명 중 38%가 심혈관 질환으로 인해 발생했습니다[1].
심장 재활(CR)은 급성 심장 사건이나 만성 심혈관 질환 후 회복 중인 환자를 위한 다학제적 과정으로, 사망률과 이환율을 줄이고 삶의 질을 향상시킵니다[3]. CR은 심장발작 후 육체적인 회복뿐만 아니라 정신적, 사회적 회복도 탁월하여 일상생활에 최대한 정상화할 수 있는 최적의 치료법입니다. 그러나 CR 적응증이 있는 환자의 10%만이 이러한 유형의 프로그램에 참석하므로 환자의 회복을 조건화할 수 있는 이러한 유형의 프로그램에 대한 순응도가 낮습니다[5]. 현재 CR 프로그램에는 두 가지 유형의 교육이 사용됩니다. 중강도 연속 훈련(MICT)은 CR의 심장 환자에게 일상적으로 처방됩니다. 일반적으로 2단계 심장 재활의 초기 단계에서 처방되는 강도의 상한은 예비 심박수의 60~70%입니다. 이 운동 강도는 지구력과 환자가 견딜 수 있는 정도에 따라 10~30분 동안 지속적으로 수행됩니다[6]. 고강도 인터벌 트레이닝(HIIT)은 수년 동안 건강한 성인을 위한 효과적인 트레이닝 유형으로 사용되어 왔습니다. 그러나 고위험 심장 환자를 위한 CR 프로그램에 HIIT를 정기적으로 시행하는 것은 아직 확립되지 않았습니다. 최근 임상 연구[7-9]에서는 HIIT를 CR 프로그램에 구현했습니다. HIIT 프로그램을 사용하면 환자는 중간 강도의 회복 간격을 번갈아 가며 2~3분 동안 더 높은 강도로 운동할 수 있습니다. 이러한 임상 연구에서 작업 간격의 범위는 심박수의 80~95% 강도이고, 휴식 간격은 재활 세션당 30~45분 동안 심박수의 50~70% 범위였습니다[7-9] . 16개 연구(n=969 명의 환자)를 평가한 최근 메타 분석에서는 연구가 중등도에서 격렬한 강도와 격렬한 강도 사이에 있는 것이 유익할 것이라고 결론지었습니다[10].
고혈압, 고지혈증, 당뇨병, 비만 등은 이러한 운동 프로그램으로 감소될 수 있는 심혈관 위험 인자이며[11,12], 결과적으로 심혈관 질환의 중요한 위험 인자인 만성 전신 염증의 감소에 영향을 미칩니다[13] [14]. 규칙적인 운동의 실천은 주로 CVD 환자의 건강에 유익한 항염증 효과와 관련되어 있으며, 혈청 C 반응성 단백질 수치 감소[12], 심박출량 향상[15], 박출량[15], 혈관 내피 기능 [9] 및 심박수 변이도의 변화 [16].
CR 프로그램의 이점은 국제적으로 합의되어 있지만[1,2] 운동 중에는 체온, 심박 변이도(HRV), 혈압, 피질 각성 등에 점진적인 생리적 효과가 나타나며 이는 아직 CR 프로그램에서 연구되지 않았습니다. . 진짜 질문은 운동 중 심장병 환자와 건강한 사람 사이의 생리학적 차이는 무엇이며, 임상적으로 건강한 사람이나 모호한 심장 임상 상태를 나타내는 사람의 질병 출현을 예측하는 것이 가능합니까?
새로운 평가 및 제어 방법은 성능뿐만 아니라 건강과 같은 다양한 스포츠 영역에도 적용됩니다. 그 중 하나는 자율신경계 상태와 다양한 자극에 대한 반응을 이해하는 도구로서 HRV를 분석하는 것입니다[17, 18]. 이는 심장 및 심혈관 병리와 직접적으로 관련된 사실입니다[19]. HRV 분석은 심전도의 RR파 간의 밀리초(ms) 차이에 대한 연구를 기반으로 합니다. 그런 다음 선형, 빈도 또는 비선형 분석 방법을 사용하여 자율신경계 반응을 분석할 수 있습니다[20,21]. 다른 방법은 열화상 분석을 사용하는 것으로, 이를 통해 미세순환 이상 및 모세혈관 장애를 연구하여 부상을 예방하고 초기 단계에서 발견할 수 있습니다[22,23].
이 사례 대조 연구는 건강한 참가자와 비교하여 HIIT 및 MICT의 CR 프로그램에 속하는 심장 환자의 열 측정, HRV, 혈압 및 피질 각성의 생리적 매개 변수를 분석하는 것을 목표로 합니다.
2. 재료 및 방법
2.1. 참가자들
Évora 병원(포르투갈)의 심장병실 내에서 두 명의 환자가 모집되었습니다. 심장마비를 겪었고 혈관성형술 및 저위험 의학적 권고 후 2개월 후에 심장 전문의에 의해 심장 재활(CR) 3상으로 의뢰된 두 명의 환자가 이 사례 대조 연구에 포함되는지 평가되었습니다. 포함 기준은 좌심실 박출률이 45% 이상이고 뉴욕심장협회(NYHA) 기능 등급 I, II 또는 III인 18~80세였습니다. 또한, 심각한 운동 불내증, 조절되지 않는 부정맥, 조절되지 않는 협심증, 심한 신장 또는 폐 질환, 운동 테스트 또는 훈련을 방해하는 근골격 또는 신경근 질환, 허혈의 징후 또는 증상 등의 기준을 충족하는 환자는 연구에서 제외되었습니다. 대조군에는 심혈관 질환이 없는 건강한 참가자 2명이 포함되었습니다.
무작위화 및 마스킹
이 환자-대조군 연구에는 HAP 환자 2명(남성, 각각 35세와 48세), 건강한 대조군 2명(남성, 각각 38세와 46세) 등 4명의 참가자가 1:1:1로 무작위 배정되었습니다. 심장 HIIT(n=1), 심장 MICT(n=1), 대조군 HIIT(n=1) 및 대조군 MICT(n {{12)의 네 그룹 중 하나에 대한 1 할당 비율 }}) (1 번 테이블). 모든 군은 나이와 체중이 비슷했고, 두 심장마비 환자(HAP)는 관상동맥질환 정도, 관상동맥 위험인자, 관상동맥 사건의 종류, 좌심실 박출률 등에서 유사했다(Table 1).
2.2. 결과 측정 및 평가
2.2.1. 운동 테스트
처음에 참가자들은 첫 번째 방문 시 동의서를 읽고 서명했으며, 두 HAP는 심장 전문의가 수행하는 임상 평가에 제출되었습니다. 의지적 피로, 위험 또는 허혈 증상을 기록하기 위한 감독된 등급별 운동 테스트는 개입 전 브루스 프로토콜을 사용하여 런닝머신에서 수행되었습니다. 이 테스트는 금식하지 않은 상태에서 약물 치료를 받은 상태에서 수행되었습니다. 심전도는 지속적으로 기록되었으며, 혈압은 3분마다 팔 커프를 사용하여 측정되었습니다.
2.2.2. 열화상 측정, 심박수 변이도 및 피질 각성
두 번째 방문에서 각 참가자는 인구 통계 데이터, 병력, 약물 사용, CVD 가족력 및 흡연 상태를 포함하는 표준화된 설문지를 작성했습니다. 그런 다음 말초 혈관 반응은 러닝머신 전후 프로토콜이라는 두 가지 다른 순간에 열화상 시스템을 사용하여 수집되었습니다. 모든 열화상은 유럽 온도학 협회 지침[24]에 따라 수집되었습니다. 각 참가자의 온도 기록은 온도 20°C, 습도 40%로 제어되고 일정한 방에서 얻어졌습니다. 참가자들은 데이터 수집 20분 전부터 시험실에 입실하여 적응을 하였으며, 일주기리듬 조절을 위해 모든 데이터 수집은 아침에 이루어졌다[25]. 열화상 이미지를 분석하기 위해 신체를 머리, 가슴, 복부, 오른팔, 오른손, 왼팔, 왼팔뚝, 왼손 등 여러 부분으로 나누었습니다. 피부 표면 온도 분석은 이전 절차에 따라 각 신체 부위의 중심점을 찾고, 등쪽과 손바닥 중심의 원(직경 70 x 70 mm)을 통해 수행되었습니다[26].
심박 변이도(HRV)는 H10 가슴 끈(Polar ©nc., Kempele, Finland)으로 측정하고 RS800CX 모니터(Polar Inc., Kempele, Finland)를 사용하여 기록했습니다. 이 무선 장치는 참가자의 가슴 근육 아래에 배치되어 안정적인 녹음이 가능했습니다[27]. 그런 다음 Kubios HRV 소프트웨어(v. 3.3)[28]를 사용하여 HRV 데이터를 전처리하고 분석했습니다. 가능한 아티팩트를 수정하기 위해 중앙값 필터가 적용되었습니다. 이 필터를 사용하면 이전 비트의 평균과 비교하여 0.25초보다 짧거나 긴 RR 간격을 식별할 수 있습니다. 수정은 식별된 아티팩트를 3차 스플라인 보간으로 대체합니다. 모든 HRV 지수는 MATLAB Release 2019a(The MathWorks, Inc., Natick, MA, USA)를 사용하여 추출되었습니다. 시간 영역, 주파수 영역 및 비선형 측정값이 추출되었습니다. 본 연구에서는 시간 영역과 비선형 영역만 고려했습니다. 다음 측정항목이 계산되었습니다.
• 시간 영역 분석: (a) 인접 RR 간격(RMSSD) 간의 차이의 제곱근;
• 비선형 분석) 비선형 지표: 심장박동에서 단기 푸앵카레 그래프까지의 RR 변동성(폭)(SD1), 심장박동에서 장기 푸앵카레 그래프까지의 RR 변동성(길이)(SD2), 단기 변동성 디트렌드 변동 분석(알파-1), 디트렌드 변동 분석의 장기 변동(알파-2), 시계열의 규칙성과 복잡성을 측정하는 샘플 엔트로피(SampEn) .
대뇌 피질의 각성은 이전에 사용된 표준 프로토콜을 사용하여 Lafayette Instrument Flicker Fusion Control Unit 모델 12,021(Lafayette, IN, USA)에 의해 임계 깜박임 융합 임계값(CFFT)으로 측정되었습니다[29]. 참가자들은 테스트 전에 연습 시험을 수행하여 절차를 숙지했습니다. 이러한 관행은 이전 연구와 일치하여 기본 표본 이전에 이루어졌습니다[17]. 세 번의 상승 시험이 수행되었습니다. 각각의 테스트에서 시간은 학생이 테스트 시작부터 버튼을 누르는 순간까지 조명의 변화를 감지하는 데 걸린 시간으로 정량화되었습니다[30]. 본 연구에서는 CFFT(Critical Flicker Fusion Threshold)가 교육, 약국, 스포츠, 군사 등 다양한 맥락에서 널리 사용되고 피질 각성 및 중추 피로를 평가하기 위해 사용되었습니다[31-36].
마지막으로 피로에 대한 인식은 시각적 아날로그 척도(VSA)로 측정되었으며 주관적 피로는 {{0}}-100 척도(0은 피로가 없음, 100은 극심한 피로)와 유사한 VSA를 사용하여 측정되었습니다. [37].
2.3. 프로토콜 및 실험 절차
평가 절차와 관련하여 참가자들은 권장된 대로 앉은 자세에서 기본 HRV 수집 전에 15분 동안 휴식을 취해야 했습니다[38,39]. 15분 동안 휴식을 취한 후 5분의 기준선을 수집했습니다. 세션 시작과 종료 시 혈압, 중추신경계 피로, 피질 각성을 측정했습니다. 열화상 측정에 의한 말초 혈관 반응은 런닝머신 전과 후 프로토콜의 두 가지 다른 순간에 수집되었습니다. 심박수 변동성은 런닝머신 전, 도중, 후 프로토콜에서 수집되었습니다(그림 1). 그 후 참가자들은 생리학자의 감독을 받는 CR 프로그램(HIIT 및 MICT)의 우발적인 런닝머신 세션을 수행했습니다(그림 1).
평가 및 데이터 수집은 연구원들이 데이터 관리에 눈이 멀도록 훈련받은 외부 에이전트에 의해 수행되었습니다.
런닝머신에서의 훈련 세션은 최대 심박수(peakHR) 50~60%에서 5~10분간 워밍업으로 시작되었고 최대 심박수(peakHR) 40%에서 5분간 쿨다운으로 끝났습니다. HIIT 시험에는 Bruce 프로토콜을 사용하여 런닝머신에서 감독된 등급별 운동 테스트를 통해 예측된 85~95% peakHR에서 총 20분, 40% peakHR에서 1분의 회복 간격이 포함되었습니다. 고강도 운동 동안 참가자들은 보그 척도에서 15~17까지 운동 강도를 점차적으로 높이도록 동기를 부여 받았습니다. MICT 프로토콜은 에너지 소비를 HIIT 프로토콜과 동일시하기 위해 27.5분 동안 70~75%의 피크 HR을 유도하는 중간 강도의 지속적인 운동으로 구성되었습니다(그림 2).
훈련 강도가 높아짐에 따라 환자의 심박수, 인지된 운동 속도(보그 척도), 심장 증상도 고려되었습니다.
2.4. 윤리적 고려사항
모든 작업은 헬싱키 선언에 따라 수행되었으며 ClinicalTrials.gov(NCT03538119)에 등록되었습니다. 윤리 승인은 에보라 대학 윤리 위원회(참조 번호: 17039)로부터 받았습니다. 모든 참가자는 본 연구에 참여하기 전에 서면 동의서에 서명했습니다.
3. 결과
3.1. 열화상 측정
런닝머신에서 프로토콜을 시작하기 전 HAP 그룹과 건강한 참가자 그룹 사이의 온도는 매우 유사했습니다. 프로토콜 이전부터 프로토콜 이후까지 두 HIIT 그룹 모두 온도가 상승한 오른쪽 손의 온도를 제외하고 연구에서 평가된 모든 신체 변수에서 항상 온도가 감소했습니다(온도 차이: 0.8 HAP에서는 ± 0.5 ◦C 대 대조에서는 1.0 ± 0 ◦C). 대조적으로 MICT 그룹은 프로토콜 이전부터 프로토콜 이후까지 온도를 유지했습니다. 왼손의 온도에서는 동일한 현상이 관찰되지 않았으며 동일하게 유지되었습니다(표 2, 그림 3).
흉부 온도 차이는 심장 이상 사건이 발생한 환자에서 사건이 없는 환자보다 더 컸습니다(온도 차이: HIIT에서 2.3 ± 1.2 оC 대 MICT에서 3.0 ± 1.6 оC). 건강한 참가자 그룹에서는 온도가 거의 동일하게 유지되었습니다. MICT 그룹의 복부 온도 차이도 더 컸습니다(온도 차이: HAP의 경우 3.7 ± 1.8 ◦C 대 대조군의 경우 2.8 ± 0.0 ◦C). HIIT 그룹(온도 차이: HAP에서 1.5 ± 1.0 ◦C 대 대조군에서 1.0 ± 0.0 ◦C)(표) 2).
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