负重（weight-loading）对肥胖成人心率变异性（HRV）的短期影响

《Physiological Reports》：Short-term effects of weight-loading on heart rate variability in obese adults

　　

负重可减少体脂，但其对心脏自主神经调节的影响尚不清楚。研究人员在患有I类肥胖的成人中，考察了自由生活状态下负重期间的HRV。51名参与者（27名女性）被随机分配佩戴重背心（体重的11%）或轻背心（1%），每天8小时，持续15天。在第0天之前和第15天获取24小时心电图（ECG）记录。在四个预定义时段分析心率（HR）、相对心率储备（%HRR）以及时域和频域HRV指标：早晨（休息）、下午（背心使用）、晚上和夜间。在下午时段，高负荷与低负荷相比增加了HR（p = 0.0496）和%HRR（p = 0.03），同时降低了SDNN（正常心动周期间隔的标准差；p = 0.01）和RMSSD（相邻NN间隔差值的均方根；p = 0.002）。在女性中（而非男性），高负荷与下午期间较低的高频功率（PHF）、较高的低频功率（PLF）以及增加的PLF/PHF比值相关，这与副交感神经调节降低一致。在休息期间未观察到组间差异。这些发现表明，负重增加了心血管工作量，并在主动背心使用期间短暂改变了自主神经调节，女性在其中表现出更一致的反应，且未发现持续的休息适应性。

论文解读：负重对肥胖成人心率变异性（HRV）短期影响的临床研究

研究背景与目的

肥胖以过量体脂堆积为特征，定义为体重指数（BMI）≥30 kg/m2，是一项重大的公共卫生问题，也是多种非传染性疾病在不同器官系统中的主要风险因素。随着其全球患病率持续上升，了解过量脂肪与心血管功能障碍之间的生理机制联系已成为研究的优先事项。自主神经系统（ANS）失调被认为是连接肥胖与不良心脏代谢结局的一个潜在环节。ANS通过其副交感神经和交感神经分支调节各种生理过程，包括心率（HR）及其变异性（HRV）、血压和能量消耗。HRV的时域和频域分析提供了反映ANS对窦房结影响的逐搏间隔变化的非侵入性测量，因此被视为心脏自主神经调节、应激反应和整体心血管健康的标志物。较高的静息HRV与改善的心脏代谢健康相关，而较低的静息HRV与肥胖、代谢综合征和心血管疾病相关。

体力活动通过增加胰岛素敏感性和减少腰围等方式改善心脏代谢健康。即便是低强度的承重活动（如站立）也与改善的胰岛素敏感性、更高的能量消耗和腰围减小有关。同样，加入外部负重（例如通过加权背心）已被证明可以促进减脂并增加局部能量消耗，即使在没有增加结构化体力活动的情况下也是如此。此前有人提出过一个感知骨骼负荷并调节脂肪量的负重稳态系统，ATLAS试验也证实外部施加的负重可在35天内减少肥胖成人的脂肪量并增加瘦体重。然而，肥胖中过量脂肪所施加的内源性机械负荷似乎并未激活相应的减脂补偿机制，这表明肥胖中的慢性负荷可能通过尚待确定的途径使这种稳态机制失调。这些观察结果引出了一个问题，即ANS是否可能作为负荷依赖性生理反应的介导者。负重作为一种类运动的机械刺激，增加了代谢需求和心血管工作量，这种情况已知会在体力活动期间减弱副交感神经调节。然而，自由生活条件下负重对自主神经调节HRV的短期影响尚未确定，负重引起的ANS反应是否存在性别差异也未知。因此，研究人员开展了这项ATLAS试验的预设子研究，假设与较低负重相比，较高负重将与主动背心使用期间符合副交感神经调节降低的HRV变化相关，且在第15天（预期身体成分发生有意义变化的时间框架之前）进行评估。

主要关键技术方法

研究人员开展了一项单中心随机对照试验（ATLAS试验）的子研究，该主试验在瑞典哥德堡的Sahlgrenska大学医院Gothia Forum进行（2021-2022年）。研究纳入了51名I类肥胖（BMI 30-35 kg/m2）、年龄18-65岁的成人（26名被分配至低负荷组，25名至高负荷组），排除了糖尿病、心血管疾病、既往减重手术、行动不便或慢性疼痛者。参与者按1:1比例随机化，分别佩戴加载至体重11%的高负荷（HL）背心和加载至体重1%的低负荷（LL）背心，每天至少佩戴8小时，其中至少两小时保持站立，干预持续35天。研究人员在基线（第-13天）和干预第15天使用3通道24小时ECG记录仪（采样256 Hz）获取心电图，并按四个特定1小时时段（早晨08:00-10:00静息、下午14:00-16:00主动背心使用、晚上19:00-21:00自由生活无背心、夜间02:00-04:00睡眠无背心）分析HR、%HRR及HRV时域（如SDNN、RMSSD、SDANN、HRV三角指数HRVI）和频域（如总功率P_Total、高频功率P_HF、低频功率P_LF、P_LF/P_HF比值）指标。ECG数据经自动处理及手动审查，遵循国际推荐标准进行质量控制和HRV参数计算，统计分析采用非参数方法（Mann-Whitney U检验和Wilcoxon符号秩检验），结果以中位数和四分位距（IQR）呈现，p < 0.05为显著差异。

研究结果

3.1 研究参与者

共有51名参与者（LL组26人，HL组25人，包括27名女性和24名男性）被纳入分析，两组在年龄和性别上平衡良好。总体上有98%的心搏为正常心搏并被纳入分析，少数参与者因非正常心搏过多在特定时段或域分析中被排除。

3.2 基线昼夜变化

基线时不同时间段HR、相对%HRR和HRV指标的昼夜变化与先前观察结果一致，且HL与LL组之间无显著差异。

3.3 高负荷与低负荷对心率、工作量和血压的影响

在下午时段，HL组的HR比LL组高约7%（p = 0.0496），相对%HRR高约6%（p = 0.03），证实了方案依从性且HL与LL差异足够。两组间未观察到24小时HR、舒张压或收缩压的显著差异，表明干预未导致持续的心血管变化。

3.4 高负荷与低负荷对HRV指标的影响

3.4.1 时域分析：在下午时段，HL组的SDNN（p = 0.01）和RMSSD（p = 0.002）显著低于LL组；RMSSD在晚上时段仍较低（p = 0.013）。组间SDANN或HRVI无显著差异。

3.4.2 频域分析：在下午时段，HL组的总频谱功率（P_Total）较LL组降低（p = 0.022）；HL组P_{HF n.u.}数值降低，P_{LF n.u.}和P_{LF n.u.}/P_{HF n.u.}比值数值增加，但组间这些差异未达到统计学显著性。

3.5 HRV反应的性别分层分析

性别分层分析显示女性与男性之间存在不同反应，有助于解释整体队列中较大的个体间变异性。在女性中，与LL相比，HL与下午时段HR（p = 0.008）和%HRR（p = 0.012）的显著增加相关，男性中未观察到此类差异。时域HRV测量中，HL组女性在下午（p = 0.005）和晚上时段RMSSD显著降低；男性中HL组仅在下午时段SDNN低于LL组（p = 0.021）。频域分析进一步支持该模式：女性中HL组下午时段P_{HF n.u.}显著降低（p = 0.021），P_{LF n.u.}显著增加（p = 0.049），P_{LF n.u.}/P_{HF n.u.}比值增加（p = 0.026）；男性在任何频域参数中组间均无显著差异。HL组女性中P_{LF n.u.}/P_{HF n.u.}比值在晚上时段仍升高，提示潜在的延续效应。

讨论与结论总结

讨论部分指出，该研究探索了短暂负重如何影响作为ANS调节窦房结及其 firing 变异性指标的HRV参数。携带11% versus 1%体重持续15天（每天8小时）增加了心血管工作量，并与副交感神经调节指标（较低RMSSD和P_HF）的降低相关，同时伴随符合自主神经调节向低频成分转变的模式。这些效应在女性中观察更为一致，并提示在多数参与者不再佩戴背心的晚上时段存在短暂的延续效应。然而，未观察到持久的自主神经或心血管适应，因为两个早晨休息时段之间的HRV保持不变。这些发现共同表明，负重在主动负荷期间引起自主神经调节和心血管功能的急性改变，一些短暂效应可能在背心移除后短时间持续，但在研究期间内未观察到静息自主神经调节的持续变化。

关于负重对心血管工作量的影响，HL组在主动自由生活背心佩戴期间HR和%HRR增加，反映了更大的心血管工作量；先前研究多在受控环境中检查加权背心的HR反应，而自由生活环境中长期负重对心血管功能的影响据研究所知尚未被研究。结果与一般体力活动的既定生理反应一致，表明负重即使在无结构化锻炼的情况下也能增加心血管工作量；女性在HL下观察到的HR和%HRR较大增加表明负重期间相对生理 Strain 更高，可能引发更统一的ANS反应。

关于ANS对负重的反应，分析显示负重期间HRV降低（较低SDNN、RMSSD和P_{HF n.u.}）对应于副交感神经调节降低；此外RMSSD在晚上仍降低，提示背心移除后副交感神经调节降低的短期延续效应。P_{LF n.u.}和P_{LF n.u.}/P_{HF n.u.}比值的数值变化也被观察到，但这些指数不应直接解释为交感迷走平衡的测量。肥胖个体常表现为慢性HRV降低，符合副交感神经调节降低及ANS调节向低频成分改变，与长期代谢失调和心血管风险增加相关。虽然心血管调节中交感神经影响的持续升高被认为是有害的，但短暂的交感神经激活（如体力活动期间）可能促进有益生理反应（如脂解、产热、抗炎效应）。本研究发现类似于运动期间典型的急性反应；加权背心负重代表一种生理中间刺激，通过增加重力负荷和激活姿势肌肉，观察到的主动背心使用期间RMSSD和P_HF降低与增加机械和代谢需求时的ANS反应一致，反映体力工作期间短暂的副交感神经撤退。休息期间无效应表明观察到的变化主要是对主动负荷的短期反应而非持续性调节适应，15天干预可能太短而无法诱导HRV指标的持久静息状态适应。

关于HRV变化的性别差异，性别分层分析显示女性（特别是主动背心使用期间及之后）的HRV变化更为一致。女性平均相对瘦体重比例低于男性，由于背心重量按总体重而非瘦体重计算，女性可能对负重体验到更大的相对努力；背心未按解剖调整可能使女性不适感更强。既往研究报道女性HRV测量值（如较高P_HF和RMSSD）高于男性（尽管静息HR较高），常解释为女性副交感神经影响更大；但使用药物阻断ANS评估时，静息时窦房结ANS调节或固有HR无显著性别差异。本干预研究中女性表现出更一致的HRV反应（尤其是RMSSD和P_{HF n.u.}降低及P_{LF n.u.}和比值的反应），但HRV测量的生理背景非常复杂，不允许可靠直接量化交感迷走平衡，因此应谨慎解释并视为假设生成。

方法学与局限性包括：随机设计、遵循ICH指南、多时段全面HRV评估及高质量ECG记录为优势；无法设盲、背心使用时长/活动自我报告、加速度计数据未与HRV测量窗同步、未控制呼吸率和姿势、第15天而非第35天评估、无循环类I肥胖（BMI 30-34.9 kg/m2）外人群的普遍代表性、未作为主要终点且未针对性设计性别效应检验、未记录月经周期相位及未采集下午循环生物标志物等为局限性。

结论：佩戴高负荷加权背心增加了心血管工作量，并在主动背心使用期间诱导了符合副交感神经调节降低的HRV指标短暂变化。这些效应在女性中更为明显，并有一些迹象表明短暂延续效应至晚上时段。然而，在背心使用之外未检测到静息自主神经或心血管功能的持续变化。因此，负重——像一般体力活动一样——似乎急性影响ANS调节和心血管功能，但其长期临床意义仍不确定。未来研究应评估负重干预是否能在减脂的同时保持或增加瘦体重，以及短暂HRV反应是否转化为ANS调节的有意义长期适应；负重与药物肥胖治疗的潜在整合也值得进一步研究。

（论文发表于《Physiological Reports》）