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摘 要：为探讨心肺耐力、身体成分与血管机能水平之间的关系，对某社区667名参与者的心肺耐力、身体成分和血管机能相关指标进行检测。研究结果：年龄与VO2max、身体成分和血管机能水平具有明显的相关性；VO2max与CAVI和血压呈负相关，在控制年龄变量后，VO2max与ABI呈正相关，VO2max在不同CAVI水平上呈显著性差异，BMI与CAVI、ABI和血压均具有明显相关性，在控制年龄变量后，体脂比例与CAVI和ABI呈负相关关系，肌肉比例与CAVI和ABI呈正相关关系，并且2项指标在ABI正常组和异常组之间表现出显著性差异；VO2max和身体成分在不同心血管疾病风险等级上均具有显著性差异。结论：随着年龄增长，体适能和血管机能水平均发生不同程度的降低。心肺耐力和身体成分与CAVI和ABI有关，可以间接反映出早期血管僵硬和阻塞程度。肥胖是诱导糖尿病、心血管等慢性疾病的危险因子，心肺耐力与肌肉含量可能是影响慢性疾病的保护因子。
关键词：心肺耐力；身体成分；血管机能；心血管疾病
中图分类号：G 804.2 文章编号：1009-783X（2017）04-0379-06 文献标识码：A
Abstract： In this study， the related indicators including Vo2max， body composition and vascular function of 667 participants in a community were tested. The relationship between cardiorespiratory fitness， body composition and vascular function was discussed. The results showed that there was a significant correlation between age and cardiorespiratory fitness， body composition and vascular function. VO2max was negatively correlated with CAVI and blood pressure. VO2max was positively correlated with ABI when age variable was controlled. There were significant differences in VO2max among different levels of CAVI. There was a significant correlation between BMI and CAVI， ABI and blood pressure. After controlling age variable， body fat% was negatively correlated with CAVI and ABI， while body muscle% was positively correlated with them. There were significant differences in body fat% and body muscle% between normal and abnormal ABI groups. VO2max and body composition had significant differences among different risks of cardiovascular disease. In conclusion， with the growth of age， there are declines in physical fitness and vascular function in different degrees. Cardiorespiratory fitness and body composition which are correlated with CAVI and ABI could indirectly reflect the early vascular stiffness and obstruction. Obesity is a risk factor for chronic diseases which can induce diabetes and cardiovascular diseases. Cardiorespiratory fitness and muscle content may be protective factors for chronic diseases.
Keywords： cardiorespiratory fitness； body composition； vascular function； cardiovascular disease
世界衛生组织在2014年发布的《2014年全球非传染性疾病现状报告》中指出，目前全球死亡人数中约有68%死于非传染性慢性疾病，而中国源于慢性疾病的死亡率可能已经超过了80%，非传染性慢性病已经成为人类健康的头号杀手[1]。不良的生活习惯及运动不足导致肥胖、高血压、高血脂等危险因素的发生，而这些因素又是诱导糖尿病、心脑血管等慢性疾病的主要因子。这些慢性疾病的发生过程总是伴随着机体血管机能水平的异常改变，血管病变可以认为是绝大部分慢性疾病共同的发病机理；因此，预防血管病变对降低慢性疾病的发病风险有着十分重要的意义。已有大量研究表明，运动可以产生健康效益，对降低血压，改善血脂，降低血糖，预防和治疗慢性疾病具有良好的作用[2-3]，但其机制仍然并不十分清楚。体适能是反映身体活动水平的一个客观指标，主要包括健康体适能和竞技体适能，本研究的体适能是指健康体适能，其主要包括心肺耐力、身体成分、肌肉力量等，VO2max是评定心肺耐力最主要的指标[4]。长期运动可以提高心肺耐力，增加肌肉含量，而身体适能的提高可能有助于降低慢性疾病发生率和全因死亡率。Berry等对2万 642名参与者进行了10年的跟踪研究，考察心肺耐力与心血管疾病之间的关系，结果发现，低水平心肺耐力者心力衰竭和心肌梗死发病率分别为14.3%和9.7%，而高水平心肺耐力者发病率分别只有4.2%和4.5%[5]。美国有氧中心纵向研究（ACLS）认为，心肺耐力与各类人群全因死亡率和心血管疾病死亡率呈高度相关[6]。血管病变是许多慢性疾病共同的生理基础，体适能水平是否能够反映血管机能水平的研究还比较少；因此，本研究通过调查受试者的体适能与血管机能水平，探讨心肺耐力和身体成分与血管机能水平之间的关系，为帮助人们更好地理解运动的健康促进效应提供支撑。 1 研究对象与方法
1.1 研究对象
在福州某社区随机选取667名测试对象，其中男性318名，女性349名，年龄范围在20～70岁。最终测试有效数据为618例，其中男性298例，女性320例。
1.2 测量方法
1.2.1 最大摄氧量（VO2max）测试
本研究采用Astrand-rhyming功率自行车负荷试验测量VO2max。Astrand-rhyming法是要求受试者以次大强度持续6 min运动，间接检测VO2max的一种方法。该方法适用于15～70岁年龄范围内受试者，有效性较高，操作简便，也常作为流行病学研究中采用的方法[7]。本实验要求将有心脏、肺部等器质性疾病的受试者排除在外。依据受试者年龄、性别及有无锻炼基础来选择相应的运动负荷，调整适宜负荷强度持续蹬骑6 min，在实验进行到第5和第6分钟时测量心率，要求目标心率达到125～175次/min，取它们的平均值带入特制的计算图中，计算出最大摄氧量，测得的值乘以该年龄系数进行修正，将计算出的最大摄氧量值除以体重即为最大摄氧量的相对值。
1.2.2 身高质量指数（BMI）
采用国民体质测试仪测量身高和体重，并把测试结果代入公式BMI=（体重/kg）/（身高/m2），计算出BMI值。
1.2.3 体成分测试
运用生物电抗阻分析法，采用身体成分分析仪TBF-418B对身体成分进行测量。测试之前输入受试者身高，要求受试者双足赤脚站在平台上，双手握住电极，维持大约20 s即可完成测试，可以检测身体脂肪比例和身体肌肉比例等身体成分指标。
1.2.4 血管机能水平评定
血管机能评定采用福田VS-1000动脉硬化检测仪进行测量，该测量仪器可以提供18个指标检测，包括四肢血压、心踝血管指数（CAVI）、踝臂指数（ABI）等血管机能指标。CAVI反映早期动脉硬化程度，ABI反映血管阻塞程度，是临床早期检测血管机能水平重要的2项指标。
测定方法：要求受试者保持休息安静状态，以仰卧姿势平躺在床上。在受试者上臂和脚踝处安装袖带，将心音传感器放置在第二肋间胸骨上，并将测量电极安放在两手腕上，调整好呼吸，全身保持放松状态进行测量。整个检测过程大约需要5 min时间，测量过程中如出现不稳定波形时，要求受试者重新测量，得出稳定的检测数据。
1.2.5 心血管疾病风险测试
采用AGEsReader糖基化检测仪进行检测。仪器工作原理是通过自动吸收人体组织中的AGEs发射的荧光来计算体内AGEs含量，可以有效预测糖尿病、心血管病变等疾病的发病风险。AGEsReader采用波长300～420 nm激光照射人体手臂皮肤，通过检测皮肤组织中AGEs发射的自体荧光值AF来评估皮肤组织中AGEs的含量。
测试方法：受试者为坐位，用激光照射受试者右前臂无明显皮肤病变的部位，照射时间为5～10 s，连续测试3次，共采集3次数据，计算出3次数据的平均值作为该受试者自我荧光AF值，并根据受试者年龄计算出心血管疾病风险等级。
1.3 数理统计法
采用SPSS 18.0统计软件进行数据分析。对收集的体适能和血管机能数据进行相关性分析，对不同血管机能，心血管疾病风险等级水平受试者体适能指标采用一般线性模型分析。
2 研究结果
2.1 年龄与体适能及血管机能水平的关系
随着年龄的增长，身体机能逐渐发生潜在的变化，为了解年龄对体适能和血管机能的影响作用，对年龄与体适能和血管机能相关指标进行偏相关分析。其中，体适能指标包括VO2max、BMI、体脂比例和肌肉比例。从表1中可以看出，年龄与2类指标均具有明显的相关性（P<0.01）。年龄与VO2max和肌肉比例呈负相关，而与BMI和体脂比例呈正相关，年龄的增长伴随着体适能水平的下降。年龄与ABI呈负相关，与收缩压（SBP）、舒张压（DBP）和CAVI呈正相关，尤其与CAVI相关性較高（r=0.583，P<0.01），说明随着年龄增长，血管机能水平在不断降低。
2.2 体适能与血管机能水平的关系
将体适能和血管机能相关指标进行pearson相关分析，并以年龄为控制变量，进行偏相关分析，且数据均符合正态分布。从表2中可以看出，心肺耐力和体成分与血管机能相关指标之间具有相关性。其中，VO2max与CAVI、SBP和DBP呈负相关（P<0.01，P<0.05），相关性较弱，在控制年龄变量后，仅与ABI呈弱相关（P<0.01）。BMI与ABI、SBP和DBP呈显著正相关（P<0.01，P<0.05），控制年龄变量后，与CAVI呈负相关，与SBP和DBP呈正相关（P<0.01），且相关性相对较强。体脂比例与R-ABI之间有着较弱的负相关性（P<0.01），但控制年龄变量后，与CAVI和ABI均呈负相关（P<0.01）。肌肉比例与R-ABI呈较弱的正相关（P<0.01），控制年龄变量后，与CAVI和ABI均呈正相关（P<0.01），与体脂比例相比较，正好呈现相反的相关趋势。
为了进一步深入了解VO2max和身体成分与动脉血管机能之间的相互关系，对血管机能水平进行分组比较。按照本测试仪器上的分类标准，将不同年龄阶段CAVI分为标准、较硬和硬3个等级。ABI的分类标准普遍认为小于0.9为血管闭塞，0.9～1.3为正常，大于1.3为动脉钙化；但临床实践证明，ABI值小于1已经出现血管阻塞现象[8]，因此，本研究将ABI值在1～1.3范围内定为正常，其余为异常。 表4列举了ABI正常组和异常组体适能指标的比较结果。结果显示：控制年龄变量后，虽然2组VO2max和BMI没有明显差异，但体脂比例和肌肉比例却表现出显著性差异（P<0.05），正常组的体脂比例明显低于异常组，异常组表现出较低的肌肉含量。
2.3 体适能和血管机能指标与心血管疾病风险之间的关系
心血管疾病风险是由多种因素综合的结果，为了探讨体适能与心血管疾病发病风险之间的关系，对不同风险等级的相关指标进行方差分析，见表5。从表5中可以看出，随着VO2max降低，心血管风险逐渐升高，在控制年龄变量后，虽然VO2max在不同风险等级具有差异性，但却没有统计性意义。BMI在各组中没有显示出差异性。脂肪比例高的人患心血管疾病风险明显高于脂肪比例较低的人群，同样，具有较高肌肉含量的人比肌肉含量低的人具有较低的心血管风险。CAVI和ABI在不同心血管风险水平上呈现显著性差异（P<0.05），CAVI和ABI越高，心血管疾病风险越大，虽然不同心血管疾病风险的ABI值都处于正常范围内，但不同风险等级之间ABI值仍然存在着明显差异。在血压方面，DBP在不同心血管风险水平上呈显著性差异，DBP越高，风险等级越高。
3 讨论与分析
3.1 CAVI和ABI在预测动脉血管病变及心血管疾病风险中的作用
血管病变是一个漫长渐进的生理过程，当多种危险因素作用于人体血管时，早期的血管病变在结构形态上并未发生明显的变化，这时主要表现为血管功能的异常，即动脉血管内皮功能障碍，血管弹性降低。随着病变的进一步发展，动脉壁上出现脂质条纹，再逐渐发展为动脉粥样斑块造成管腔狭窄，或斑块脱落导致血管腔闭塞，引起心脑血管事件[9]；因此，对血管功能和结构异常的早期诊断在预防心血管突发事件上具有重要意义。
CAVI是一种有效评估早期动脉血管硬化的新指标，在血管病变早期，CAVI就能够反映出动脉僵硬度异常的改变，并且早于影像学检测的异常发现，适合发生动脉硬化人群的早期诊断。CAVI是测量脉搏从心脏到脚踝动脉的传导速度，通过心电图、心音图和肱踝脉搏波形记录，并通过公式计算求得的指数，是一种不依赖于血压的评价指标，主要反映主动脉、股动脉和踝动脉整体的僵硬度[10]。国内外研究显示，CAVI小于8为正常，介于8到9之间属于临界值，大于9疑似动脉硬化；但随着年龄的增长，CAVI也逐渐增大，因此，在不同年龄阶段有着不同的参考范围[11-12]。ABI是评价外周动脉阻塞程度的指标，它是指踝部动脉收缩压与肱动脉收缩压的比值[13]。国外大量临床试验证实ABI是诊断外周动脉病的一个重要指标，是预测心脑血管事件和死亡率的强有力的因子[14]。
从表5中可以看出，不同等级心血管疾病风险CAVI和ABI表现出明显差异，说明CAVI和ABI可以作为推测心血管疾病风险的指标。大量研究证明，CAVI升高是早期动脉粥样硬化的危险因素。潘展群对168名疑诊冠状动脉粥样硬化患者进行了研究，根据冠状动脉造影的结果将患者分为正常组、动脉硬化组和动脉硬化严重组。结果发现，3个组的CAVI分别为8.2、9.1、10.1，CAVI随着动脉硬化程度的增加而升高，即使是正常组的值也比正常人要高，说明CAVI不仅可以反映动脉僵硬程度，而且对早期动脉结构未发生异常的患者具有预测性作用。除此之外，同时比较了CAVI、最大颈动脉内中膜厚度（Max IMT）和平均颈动脉内中膜厚度（Mean IMT）与动脉粥样硬化病变程度相关性，发现与Max IMT和Mean IMT相比，CAVI与动脉粥样硬化的相关系数更高，说明CAVI预测动脉粥样硬化的准确性更高[15]。另外的一份研究探讨了高血压患者CAVI对早期动脉粥样硬化的预测作用，结果发现早期动脉粥样硬化患者CAVI明显高于无动脉粥样硬化，并通过逻辑回归分析，认为CAVI对高血压患者早期动脉硬化诊断具有预测作用[16]。ABI也是能够反映血管病变的重要诊断指标之一。一项对2 797名参与者历时9年多的跟踪调查发现，ABI<0.9与冠心病死亡率、临床外周血管病和心肌梗死发生率有很强的关系，ABI在0.9～1.0范围内与冠心病致死率有关，与女性临床外周血管病和脑卒中有关[17]。Sadeghi等对125名疑似冠心病患者进行检查，发现ABI阳性组动脉粥样硬化危险因素占比和动脉狭窄程度明显高于ABI阴性组，ABI阳性组患者左冠状动脉、右冠状动脉、左前降支、左回旋支和第一对角支阻塞程度明显高于ABI阴性组，说明ABI检测是评价动脉粥样硬化风险因素和冠状动脉阻塞程度的一种有效方法[18]。由此可见，CAVI和ABI在预测动脉血管病变方面具有不同的应用价值，CAVI有利于发现早期动脉血管弹性的变化，而ABI能够推测血管病变的存在，可以作为外周血管病和冠心病的诊断参考指标。
3.2 年龄对体适能和动脉血管机能水平的影响
随着年龄的增长，身体器官功能开始逐渐衰退。心肌收缩力减弱，心脏功能逐渐衰退，心肺功能降低，除此之外，年龄增长引起骨骼肌质量下降，肌肉含量降低，肌力减退。有研究显示，年龄在50岁之后，每年身体肌肉含量将减少0.46 kg[19]，80岁以后，整个身体的Ⅱ型肌纤维比例将减少50%[20]。从本研究结果来看，年龄增长除了引起身体机能的减弱外，还同时伴随着血管机能水平的降低。有研究表明，随着年龄增长，CAVI逐渐增大，到50岁之后，CAVI异常率明显增加[21]。韩晓鸣等[22]考察了40～70岁不同年龄段血管弹性和ABI区别，结果发现，41～50岁、51～60岁和61～70岁3个年龄段的血压、血管弹性和ABI均有显著性差别（P<0.05），且随着年龄段增高而增加。还有其他一些研究认为，40岁以后的ABI总体水平开始上升，是血管开始钙化的聚变时期，ABI的明显上升导致血管机能病变的比例大幅度提升。本研究的结果也证实了上述观点。年龄增长容易引起血管退行性变化，加上循环血流速度的降低，容易使脂质沉淀于血管内膜上形成粥样斑块，动脉僵硬度增加。除此之外，衰老總是伴随着组织抗氧化能力的降低，氧化应激增加，促进血管内皮炎症反应，同时抑制内皮细胞抗血栓因子的生成，促进动脉粥样硬化。 3.3 心肺耐力对动脉血管机能水平的影响
长期有氧运动可以改善糖尿病、心血管等慢性疾病，心肺耐力是反映身体有氧运动水平的客观指标，因此，心肺耐力在一定程度上可以反映慢性疾病的风险水平。本研究结果显示，VO2max与CAVI呈负相关，虽然控制年龄变量后，相关性消失，但在不同CAVI水平中，VO2max仍然表现出明显的差异性。我们可以认为，一方面VO2max受到年龄因素的影响较大，随着年龄增长VO2max下降明显，另一方面说明VO2max与CAVI有关，可以反映出早期血管僵硬程度。血管的弹性和舒张功能是由影响血管的舒张因子和收缩因子之间的平衡状态决定的，也是动脉粥样硬化进程中早期的重要事件。长期有氧训练能够提高红细胞变形能力，变形能力的提高有助于血液循环过程中红细胞ATP的释放，ATP被认为是血管舒张的调节分子。运动过程中血流速度加快，刺激红细胞释放大量ATP，ATP与血管内皮细胞和平滑肌细胞上的P2Y嘌呤受体结合，能够刺激内皮细胞NO、前列腺素和内皮超进化因子生成，促进血管扩张[23]。除此之外，运动可以增加血液对血管的应切力，改善血管内皮功能，降低动脉粥样硬化并发症，其机制与增加血管内皮细胞eNOS的表达，促进NO分泌有关[24]。长期有氧运动还可以改善血管的抗氧化功能，抑制NADPH氧化酶活性，降低ROS的生成，减少NO的灭活[25]。同时还可以抑制NF-κB的活性，减少细胞粘附因子的分泌，预防和降低炎症反应[26]。还有大量研究认为，长期规律性有氧训练可以降低血清内皮素-1水平，增强动脉血管的扩张性，横断面研究表明，耐力型运动员血清内皮素-1水平明显低于力量型运动员和不运动人群，并表现出较高的动脉血管扩张能力[27]。可以看出，长期有氧训练可以改善血管内皮功能，增强血管弹性，防止动脉硬化。在校正年龄变量后，VO2max与ABI具有一定的相关性，但在不同ABI组中却并没有表现出明显的差异性，可能说明VO2max更多地是反映血管的弹性状态。
流行病学研究表明，提高心肺耐力是降低慢性疾病事件的保护性因子，心肺耐力是体质健康的核心要素[28]。已有大量研究认为，心肺耐力与各种慢性疾病及全因死亡率相关。美国有氧中心纵向研究（ACLS）认为，心肺耐力与各类人群全因死亡率和心血管疾病死亡率呈高度相关[6]。Kodama等[29]对心肺耐力产生的剂量—效应进行了meta分析，研究认为最大摄氧量每升高1MET，全因死亡率和心血管疾病死亡率风险将分别降低13%和15%。因此，心肺耐力也可以作为全因死亡率和心血管疾病死亡率的重要的预测因子。
3.4 身体成分对动脉血管机能水平的影响
本研究显示，BMI与CAVI呈负相关，在控制年龄变量后，BMI和体脂比例与CAVI呈负相关，而肌肉比例呈正相关，随着肥胖或脂肪量的增加，CAVI反而越小，但在不同CAVI等级中，BMI和体脂比例却并没有显示出明显差异，但体脂比例对心血管疾病风险仍然具有明显的负面效应。这种现象说明脂肪在一定范围内可能会对预防血管硬化具有一定的保护作用，血管硬化主要是由于血管的弹性纤维和复合糖类的减少导致的，脂肪本身具有一定的弹性，一定量的脂肪可能会抑制血管弹性纤维的减少，这还需要以后更多的研究加以论证，同时说明较低的脂肪含量反而对血管产生不良的影响。侯宪国在对身体成分与血管机能相关性的研究中也得出同样的结果[30]。肥胖是诱导糖尿病和心脑血管疾病的重要风险因素之一，糖尿病的发生总是伴随着血管内皮功能的紊乱，抑制内皮细胞NO的生成，降低血管的舒张功能，容易导致动脉粥样硬化的發生。BMI是反映肥胖的指标，但却无法准确地反映出脂肪的分布、脂肪和肌肉的含量，尤其是在正常和超重等级中显得更为模糊；因此，BMI并不能真正准确地反映肥胖程度。从表2中可以看出，BMI与ABI呈正相关，在校正年龄因素后，体脂比例与ABI呈负相关，而肌肉比例与ABI呈现正相关的关系，在ABI正常组和异常组中，体脂和肌肉比例同样也表现出明显的差异。说明体脂和肌肉比例是影响ABI的重要因素，具体表现在，随着脂肪含量增多，肌肉含量的减少，血管的阻塞程度越严重。研究认为，过多脂肪促使体内游离脂肪酸的分泌，导致血脂、胆固醇、血糖和胰岛素水平的异常改变，胰岛素抵抗，血液粘滞性增加，容易发生动脉粥样硬化、糖尿病和缺血性心脏病等慢性疾病[31]。骨骼肌不仅是运动系统的主要器官，也是人体最大的内分泌和代谢器官。骨骼肌是葡萄糖和甘油三酯能量消耗最主要的代谢器官，骨骼肌含量的增加有利于血糖浓度的降低[32]。随着年龄增长，骨骼肌含量减少将引起基础代谢降低，脂肪氧化能力下降，腹部肥胖等身体变化。肌肉质量的维持可以降低诸如代谢综合征、2型糖尿病和心脑血管疾病等慢性病的发病风险[33]。
从表5可以看出，身体成分可以预测心血管疾病风险，肥胖是心血管疾病事件的危险因子，而肌肉比例是降低心血管疾病风险的保护因子。大量研究证明，运动锻炼可以有效地改善身体成分，增加骨骼肌含量，提高基础代谢，控制体重，有效地降低糖尿病和心脑血管疾病风险。Sigal等对2型糖尿病患者进行22周的有氧和抗阻训练，结果发现，22周的运动训练明显改善了糖尿病患者的身体成分，糖化血红蛋白（HbA1c）水平明显降低，HbA1c值每降低1%，大血管病变的发生率将减少15%～20%[34]，微血管并发症风险减少37%[35]。因此，可以认为运动锻炼在预防和降低糖尿病和心血管疾病风险中具有重要的意义。
4 结论与建议
4.1 结论
CAVI能够有效反映早期动脉血管弹性的功能性变化，ABI可以推测血管结构性病变的存在，反映血管阻塞程度。随着年龄增长，体适能和血管机能水平均发生不同程度地下降。心肺耐力和体成分可能与CAVI和ABI有关，可以反映出早期血管僵硬和阻塞程度。肥胖是诱导糖尿病、心血管等慢性疾病的危险因子，心肺耐力与肌肉含量可能是影响慢性疾病的保护因子。 4.2 建议
加强身体锻炼能够提高心肺耐力，有效改善身体成分，减缓因衰老引起的身体机能衰退，改善血管机能水平，对预防和治疗心血管等慢性疾病具有良好的作用。要注重血管早期功能性病变的预防，防止血管向结构形态疾病状态的转变。完善身体检查评估体系，可逐渐将健康体适能等指标纳入到身体功能性诊断的评价体系中。
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关键词：心肺耐力；身体成分；血管机能；心血管疾病
中图分类号：G 804.2 文章编号：1009-783X（2017）04-0379-06 文献标识码：A
Abstract： In this study， the related indicators including Vo2max， body composition and vascular function of 667 participants in a community were tested. The relationship between cardiorespiratory fitness， body composition and vascular function was discussed. The results showed that there was a significant correlation between age and cardiorespiratory fitness， body composition and vascular function. VO2max was negatively correlated with CAVI and blood pressure. VO2max was positively correlated with ABI when age variable was controlled. There were significant differences in VO2max among different levels of CAVI. There was a significant correlation between BMI and CAVI， ABI and blood pressure. After controlling age variable， body fat% was negatively correlated with CAVI and ABI， while body muscle% was positively correlated with them. There were significant differences in body fat% and body muscle% between normal and abnormal ABI groups. VO2max and body composition had significant differences among different risks of cardiovascular disease. In conclusion， with the growth of age， there are declines in physical fitness and vascular function in different degrees. Cardiorespiratory fitness and body composition which are correlated with CAVI and ABI could indirectly reflect the early vascular stiffness and obstruction. Obesity is a risk factor for chronic diseases which can induce diabetes and cardiovascular diseases. Cardiorespiratory fitness and muscle content may be protective factors for chronic diseases.
Keywords： cardiorespiratory fitness； body composition； vascular function； cardiovascular disease
世界衛生组织在2014年发布的《2014年全球非传染性疾病现状报告》中指出，目前全球死亡人数中约有68%死于非传染性慢性疾病，而中国源于慢性疾病的死亡率可能已经超过了80%，非传染性慢性病已经成为人类健康的头号杀手[1]。不良的生活习惯及运动不足导致肥胖、高血压、高血脂等危险因素的发生，而这些因素又是诱导糖尿病、心脑血管等慢性疾病的主要因子。这些慢性疾病的发生过程总是伴随着机体血管机能水平的异常改变，血管病变可以认为是绝大部分慢性疾病共同的发病机理；因此，预防血管病变对降低慢性疾病的发病风险有着十分重要的意义。已有大量研究表明，运动可以产生健康效益，对降低血压，改善血脂，降低血糖，预防和治疗慢性疾病具有良好的作用[2-3]，但其机制仍然并不十分清楚。体适能是反映身体活动水平的一个客观指标，主要包括健康体适能和竞技体适能，本研究的体适能是指健康体适能，其主要包括心肺耐力、身体成分、肌肉力量等，VO2max是评定心肺耐力最主要的指标[4]。长期运动可以提高心肺耐力，增加肌肉含量，而身体适能的提高可能有助于降低慢性疾病发生率和全因死亡率。Berry等对2万 642名参与者进行了10年的跟踪研究，考察心肺耐力与心血管疾病之间的关系，结果发现，低水平心肺耐力者心力衰竭和心肌梗死发病率分别为14.3%和9.7%，而高水平心肺耐力者发病率分别只有4.2%和4.5%[5]。美国有氧中心纵向研究（ACLS）认为，心肺耐力与各类人群全因死亡率和心血管疾病死亡率呈高度相关[6]。血管病变是许多慢性疾病共同的生理基础，体适能水平是否能够反映血管机能水平的研究还比较少；因此，本研究通过调查受试者的体适能与血管机能水平，探讨心肺耐力和身体成分与血管机能水平之间的关系，为帮助人们更好地理解运动的健康促进效应提供支撑。 1 研究对象与方法
1.1 研究对象
在福州某社区随机选取667名测试对象，其中男性318名，女性349名，年龄范围在20～70岁。最终测试有效数据为618例，其中男性298例，女性320例。
1.2 测量方法
1.2.1 最大摄氧量（VO2max）测试
本研究采用Astrand-rhyming功率自行车负荷试验测量VO2max。Astrand-rhyming法是要求受试者以次大强度持续6 min运动，间接检测VO2max的一种方法。该方法适用于15～70岁年龄范围内受试者，有效性较高，操作简便，也常作为流行病学研究中采用的方法[7]。本实验要求将有心脏、肺部等器质性疾病的受试者排除在外。依据受试者年龄、性别及有无锻炼基础来选择相应的运动负荷，调整适宜负荷强度持续蹬骑6 min，在实验进行到第5和第6分钟时测量心率，要求目标心率达到125～175次/min，取它们的平均值带入特制的计算图中，计算出最大摄氧量，测得的值乘以该年龄系数进行修正，将计算出的最大摄氧量值除以体重即为最大摄氧量的相对值。
1.2.2 身高质量指数（BMI）
采用国民体质测试仪测量身高和体重，并把测试结果代入公式BMI=（体重/kg）/（身高/m2），计算出BMI值。
1.2.3 体成分测试
运用生物电抗阻分析法，采用身体成分分析仪TBF-418B对身体成分进行测量。测试之前输入受试者身高，要求受试者双足赤脚站在平台上，双手握住电极，维持大约20 s即可完成测试，可以检测身体脂肪比例和身体肌肉比例等身体成分指标。
1.2.4 血管机能水平评定
血管机能评定采用福田VS-1000动脉硬化检测仪进行测量，该测量仪器可以提供18个指标检测，包括四肢血压、心踝血管指数（CAVI）、踝臂指数（ABI）等血管机能指标。CAVI反映早期动脉硬化程度，ABI反映血管阻塞程度，是临床早期检测血管机能水平重要的2项指标。
测定方法：要求受试者保持休息安静状态，以仰卧姿势平躺在床上。在受试者上臂和脚踝处安装袖带，将心音传感器放置在第二肋间胸骨上，并将测量电极安放在两手腕上，调整好呼吸，全身保持放松状态进行测量。整个检测过程大约需要5 min时间，测量过程中如出现不稳定波形时，要求受试者重新测量，得出稳定的检测数据。
1.2.5 心血管疾病风险测试
采用AGEsReader糖基化检测仪进行检测。仪器工作原理是通过自动吸收人体组织中的AGEs发射的荧光来计算体内AGEs含量，可以有效预测糖尿病、心血管病变等疾病的发病风险。AGEsReader采用波长300～420 nm激光照射人体手臂皮肤，通过检测皮肤组织中AGEs发射的自体荧光值AF来评估皮肤组织中AGEs的含量。
测试方法：受试者为坐位，用激光照射受试者右前臂无明显皮肤病变的部位，照射时间为5～10 s，连续测试3次，共采集3次数据，计算出3次数据的平均值作为该受试者自我荧光AF值，并根据受试者年龄计算出心血管疾病风险等级。
1.3 数理统计法
采用SPSS 18.0统计软件进行数据分析。对收集的体适能和血管机能数据进行相关性分析，对不同血管机能，心血管疾病风险等级水平受试者体适能指标采用一般线性模型分析。
2 研究结果
2.1 年龄与体适能及血管机能水平的关系
随着年龄的增长，身体机能逐渐发生潜在的变化，为了解年龄对体适能和血管机能的影响作用，对年龄与体适能和血管机能相关指标进行偏相关分析。其中，体适能指标包括VO2max、BMI、体脂比例和肌肉比例。从表1中可以看出，年龄与2类指标均具有明显的相关性（P<0.01）。年龄与VO2max和肌肉比例呈负相关，而与BMI和体脂比例呈正相关，年龄的增长伴随着体适能水平的下降。年龄与ABI呈负相关，与收缩压（SBP）、舒张压（DBP）和CAVI呈正相关，尤其与CAVI相关性較高（r=0.583，P<0.01），说明随着年龄增长，血管机能水平在不断降低。
2.2 体适能与血管机能水平的关系
将体适能和血管机能相关指标进行pearson相关分析，并以年龄为控制变量，进行偏相关分析，且数据均符合正态分布。从表2中可以看出，心肺耐力和体成分与血管机能相关指标之间具有相关性。其中，VO2max与CAVI、SBP和DBP呈负相关（P<0.01，P<0.05），相关性较弱，在控制年龄变量后，仅与ABI呈弱相关（P<0.01）。BMI与ABI、SBP和DBP呈显著正相关（P<0.01，P<0.05），控制年龄变量后，与CAVI呈负相关，与SBP和DBP呈正相关（P<0.01），且相关性相对较强。体脂比例与R-ABI之间有着较弱的负相关性（P<0.01），但控制年龄变量后，与CAVI和ABI均呈负相关（P<0.01）。肌肉比例与R-ABI呈较弱的正相关（P<0.01），控制年龄变量后，与CAVI和ABI均呈正相关（P<0.01），与体脂比例相比较，正好呈现相反的相关趋势。
为了进一步深入了解VO2max和身体成分与动脉血管机能之间的相互关系，对血管机能水平进行分组比较。按照本测试仪器上的分类标准，将不同年龄阶段CAVI分为标准、较硬和硬3个等级。ABI的分类标准普遍认为小于0.9为血管闭塞，0.9～1.3为正常，大于1.3为动脉钙化；但临床实践证明，ABI值小于1已经出现血管阻塞现象[8]，因此，本研究将ABI值在1～1.3范围内定为正常，其余为异常。 表4列举了ABI正常组和异常组体适能指标的比较结果。结果显示：控制年龄变量后，虽然2组VO2max和BMI没有明显差异，但体脂比例和肌肉比例却表现出显著性差异（P<0.05），正常组的体脂比例明显低于异常组，异常组表现出较低的肌肉含量。
2.3 体适能和血管机能指标与心血管疾病风险之间的关系
心血管疾病风险是由多种因素综合的结果，为了探讨体适能与心血管疾病发病风险之间的关系，对不同风险等级的相关指标进行方差分析，见表5。从表5中可以看出，随着VO2max降低，心血管风险逐渐升高，在控制年龄变量后，虽然VO2max在不同风险等级具有差异性，但却没有统计性意义。BMI在各组中没有显示出差异性。脂肪比例高的人患心血管疾病风险明显高于脂肪比例较低的人群，同样，具有较高肌肉含量的人比肌肉含量低的人具有较低的心血管风险。CAVI和ABI在不同心血管风险水平上呈现显著性差异（P<0.05），CAVI和ABI越高，心血管疾病风险越大，虽然不同心血管疾病风险的ABI值都处于正常范围内，但不同风险等级之间ABI值仍然存在着明显差异。在血压方面，DBP在不同心血管风险水平上呈显著性差异，DBP越高，风险等级越高。
3 讨论与分析
3.1 CAVI和ABI在预测动脉血管病变及心血管疾病风险中的作用
血管病变是一个漫长渐进的生理过程，当多种危险因素作用于人体血管时，早期的血管病变在结构形态上并未发生明显的变化，这时主要表现为血管功能的异常，即动脉血管内皮功能障碍，血管弹性降低。随着病变的进一步发展，动脉壁上出现脂质条纹，再逐渐发展为动脉粥样斑块造成管腔狭窄，或斑块脱落导致血管腔闭塞，引起心脑血管事件[9]；因此，对血管功能和结构异常的早期诊断在预防心血管突发事件上具有重要意义。
CAVI是一种有效评估早期动脉血管硬化的新指标，在血管病变早期，CAVI就能够反映出动脉僵硬度异常的改变，并且早于影像学检测的异常发现，适合发生动脉硬化人群的早期诊断。CAVI是测量脉搏从心脏到脚踝动脉的传导速度，通过心电图、心音图和肱踝脉搏波形记录，并通过公式计算求得的指数，是一种不依赖于血压的评价指标，主要反映主动脉、股动脉和踝动脉整体的僵硬度[10]。国内外研究显示，CAVI小于8为正常，介于8到9之间属于临界值，大于9疑似动脉硬化；但随着年龄的增长，CAVI也逐渐增大，因此，在不同年龄阶段有着不同的参考范围[11-12]。ABI是评价外周动脉阻塞程度的指标，它是指踝部动脉收缩压与肱动脉收缩压的比值[13]。国外大量临床试验证实ABI是诊断外周动脉病的一个重要指标，是预测心脑血管事件和死亡率的强有力的因子[14]。
从表5中可以看出，不同等级心血管疾病风险CAVI和ABI表现出明显差异，说明CAVI和ABI可以作为推测心血管疾病风险的指标。大量研究证明，CAVI升高是早期动脉粥样硬化的危险因素。潘展群对168名疑诊冠状动脉粥样硬化患者进行了研究，根据冠状动脉造影的结果将患者分为正常组、动脉硬化组和动脉硬化严重组。结果发现，3个组的CAVI分别为8.2、9.1、10.1，CAVI随着动脉硬化程度的增加而升高，即使是正常组的值也比正常人要高，说明CAVI不仅可以反映动脉僵硬程度，而且对早期动脉结构未发生异常的患者具有预测性作用。除此之外，同时比较了CAVI、最大颈动脉内中膜厚度（Max IMT）和平均颈动脉内中膜厚度（Mean IMT）与动脉粥样硬化病变程度相关性，发现与Max IMT和Mean IMT相比，CAVI与动脉粥样硬化的相关系数更高，说明CAVI预测动脉粥样硬化的准确性更高[15]。另外的一份研究探讨了高血压患者CAVI对早期动脉粥样硬化的预测作用，结果发现早期动脉粥样硬化患者CAVI明显高于无动脉粥样硬化，并通过逻辑回归分析，认为CAVI对高血压患者早期动脉硬化诊断具有预测作用[16]。ABI也是能够反映血管病变的重要诊断指标之一。一项对2 797名参与者历时9年多的跟踪调查发现，ABI<0.9与冠心病死亡率、临床外周血管病和心肌梗死发生率有很强的关系，ABI在0.9～1.0范围内与冠心病致死率有关，与女性临床外周血管病和脑卒中有关[17]。Sadeghi等对125名疑似冠心病患者进行检查，发现ABI阳性组动脉粥样硬化危险因素占比和动脉狭窄程度明显高于ABI阴性组，ABI阳性组患者左冠状动脉、右冠状动脉、左前降支、左回旋支和第一对角支阻塞程度明显高于ABI阴性组，说明ABI检测是评价动脉粥样硬化风险因素和冠状动脉阻塞程度的一种有效方法[18]。由此可见，CAVI和ABI在预测动脉血管病变方面具有不同的应用价值，CAVI有利于发现早期动脉血管弹性的变化，而ABI能够推测血管病变的存在，可以作为外周血管病和冠心病的诊断参考指标。
3.2 年龄对体适能和动脉血管机能水平的影响
随着年龄的增长，身体器官功能开始逐渐衰退。心肌收缩力减弱，心脏功能逐渐衰退，心肺功能降低，除此之外，年龄增长引起骨骼肌质量下降，肌肉含量降低，肌力减退。有研究显示，年龄在50岁之后，每年身体肌肉含量将减少0.46 kg[19]，80岁以后，整个身体的Ⅱ型肌纤维比例将减少50%[20]。从本研究结果来看，年龄增长除了引起身体机能的减弱外，还同时伴随着血管机能水平的降低。有研究表明，随着年龄增长，CAVI逐渐增大，到50岁之后，CAVI异常率明显增加[21]。韩晓鸣等[22]考察了40～70岁不同年龄段血管弹性和ABI区别，结果发现，41～50岁、51～60岁和61～70岁3个年龄段的血压、血管弹性和ABI均有显著性差别（P<0.05），且随着年龄段增高而增加。还有其他一些研究认为，40岁以后的ABI总体水平开始上升，是血管开始钙化的聚变时期，ABI的明显上升导致血管机能病变的比例大幅度提升。本研究的结果也证实了上述观点。年龄增长容易引起血管退行性变化，加上循环血流速度的降低，容易使脂质沉淀于血管内膜上形成粥样斑块，动脉僵硬度增加。除此之外，衰老總是伴随着组织抗氧化能力的降低，氧化应激增加，促进血管内皮炎症反应，同时抑制内皮细胞抗血栓因子的生成，促进动脉粥样硬化。 3.3 心肺耐力对动脉血管机能水平的影响
长期有氧运动可以改善糖尿病、心血管等慢性疾病，心肺耐力是反映身体有氧运动水平的客观指标，因此，心肺耐力在一定程度上可以反映慢性疾病的风险水平。本研究结果显示，VO2max与CAVI呈负相关，虽然控制年龄变量后，相关性消失，但在不同CAVI水平中，VO2max仍然表现出明显的差异性。我们可以认为，一方面VO2max受到年龄因素的影响较大，随着年龄增长VO2max下降明显，另一方面说明VO2max与CAVI有关，可以反映出早期血管僵硬程度。血管的弹性和舒张功能是由影响血管的舒张因子和收缩因子之间的平衡状态决定的，也是动脉粥样硬化进程中早期的重要事件。长期有氧训练能够提高红细胞变形能力，变形能力的提高有助于血液循环过程中红细胞ATP的释放，ATP被认为是血管舒张的调节分子。运动过程中血流速度加快，刺激红细胞释放大量ATP，ATP与血管内皮细胞和平滑肌细胞上的P2Y嘌呤受体结合，能够刺激内皮细胞NO、前列腺素和内皮超进化因子生成，促进血管扩张[23]。除此之外，运动可以增加血液对血管的应切力，改善血管内皮功能，降低动脉粥样硬化并发症，其机制与增加血管内皮细胞eNOS的表达，促进NO分泌有关[24]。长期有氧运动还可以改善血管的抗氧化功能，抑制NADPH氧化酶活性，降低ROS的生成，减少NO的灭活[25]。同时还可以抑制NF-κB的活性，减少细胞粘附因子的分泌，预防和降低炎症反应[26]。还有大量研究认为，长期规律性有氧训练可以降低血清内皮素-1水平，增强动脉血管的扩张性，横断面研究表明，耐力型运动员血清内皮素-1水平明显低于力量型运动员和不运动人群，并表现出较高的动脉血管扩张能力[27]。可以看出，长期有氧训练可以改善血管内皮功能，增强血管弹性，防止动脉硬化。在校正年龄变量后，VO2max与ABI具有一定的相关性，但在不同ABI组中却并没有表现出明显的差异性，可能说明VO2max更多地是反映血管的弹性状态。
流行病学研究表明，提高心肺耐力是降低慢性疾病事件的保护性因子，心肺耐力是体质健康的核心要素[28]。已有大量研究认为，心肺耐力与各种慢性疾病及全因死亡率相关。美国有氧中心纵向研究（ACLS）认为，心肺耐力与各类人群全因死亡率和心血管疾病死亡率呈高度相关[6]。Kodama等[29]对心肺耐力产生的剂量—效应进行了meta分析，研究认为最大摄氧量每升高1MET，全因死亡率和心血管疾病死亡率风险将分别降低13%和15%。因此，心肺耐力也可以作为全因死亡率和心血管疾病死亡率的重要的预测因子。
3.4 身体成分对动脉血管机能水平的影响
本研究显示，BMI与CAVI呈负相关，在控制年龄变量后，BMI和体脂比例与CAVI呈负相关，而肌肉比例呈正相关，随着肥胖或脂肪量的增加，CAVI反而越小，但在不同CAVI等级中，BMI和体脂比例却并没有显示出明显差异，但体脂比例对心血管疾病风险仍然具有明显的负面效应。这种现象说明脂肪在一定范围内可能会对预防血管硬化具有一定的保护作用，血管硬化主要是由于血管的弹性纤维和复合糖类的减少导致的，脂肪本身具有一定的弹性，一定量的脂肪可能会抑制血管弹性纤维的减少，这还需要以后更多的研究加以论证，同时说明较低的脂肪含量反而对血管产生不良的影响。侯宪国在对身体成分与血管机能相关性的研究中也得出同样的结果[30]。肥胖是诱导糖尿病和心脑血管疾病的重要风险因素之一，糖尿病的发生总是伴随着血管内皮功能的紊乱，抑制内皮细胞NO的生成，降低血管的舒张功能，容易导致动脉粥样硬化的發生。BMI是反映肥胖的指标，但却无法准确地反映出脂肪的分布、脂肪和肌肉的含量，尤其是在正常和超重等级中显得更为模糊；因此，BMI并不能真正准确地反映肥胖程度。从表2中可以看出，BMI与ABI呈正相关，在校正年龄因素后，体脂比例与ABI呈负相关，而肌肉比例与ABI呈现正相关的关系，在ABI正常组和异常组中，体脂和肌肉比例同样也表现出明显的差异。说明体脂和肌肉比例是影响ABI的重要因素，具体表现在，随着脂肪含量增多，肌肉含量的减少，血管的阻塞程度越严重。研究认为，过多脂肪促使体内游离脂肪酸的分泌，导致血脂、胆固醇、血糖和胰岛素水平的异常改变，胰岛素抵抗，血液粘滞性增加，容易发生动脉粥样硬化、糖尿病和缺血性心脏病等慢性疾病[31]。骨骼肌不仅是运动系统的主要器官，也是人体最大的内分泌和代谢器官。骨骼肌是葡萄糖和甘油三酯能量消耗最主要的代谢器官，骨骼肌含量的增加有利于血糖浓度的降低[32]。随着年龄增长，骨骼肌含量减少将引起基础代谢降低，脂肪氧化能力下降，腹部肥胖等身体变化。肌肉质量的维持可以降低诸如代谢综合征、2型糖尿病和心脑血管疾病等慢性病的发病风险[33]。
从表5可以看出，身体成分可以预测心血管疾病风险，肥胖是心血管疾病事件的危险因子，而肌肉比例是降低心血管疾病风险的保护因子。大量研究证明，运动锻炼可以有效地改善身体成分，增加骨骼肌含量，提高基础代谢，控制体重，有效地降低糖尿病和心脑血管疾病风险。Sigal等对2型糖尿病患者进行22周的有氧和抗阻训练，结果发现，22周的运动训练明显改善了糖尿病患者的身体成分，糖化血红蛋白（HbA1c）水平明显降低，HbA1c值每降低1%，大血管病变的发生率将减少15%～20%[34]，微血管并发症风险减少37%[35]。因此，可以认为运动锻炼在预防和降低糖尿病和心血管疾病风险中具有重要的意义。
4 结论与建议
4.1 结论
CAVI能够有效反映早期动脉血管弹性的功能性变化，ABI可以推测血管结构性病变的存在，反映血管阻塞程度。随着年龄增长，体适能和血管机能水平均发生不同程度地下降。心肺耐力和体成分可能与CAVI和ABI有关，可以反映出早期血管僵硬和阻塞程度。肥胖是诱导糖尿病、心血管等慢性疾病的危险因子，心肺耐力与肌肉含量可能是影响慢性疾病的保护因子。 4.2 建议
加强身体锻炼能够提高心肺耐力，有效改善身体成分，减缓因衰老引起的身体机能衰退，改善血管机能水平，对预防和治疗心血管等慢性疾病具有良好的作用。要注重血管早期功能性病变的预防，防止血管向结构形态疾病状态的转变。完善身体检查评估体系，可逐渐将健康体适能等指标纳入到身体功能性诊断的评价体系中。
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