申 華 劉海斌 侯 杰 覃開蓉*

1 (大連理工大學(xué)電信學(xué)部 生物醫(yī)學(xué)工程系， 大連 116023)2(大連理工大學(xué)體育科學(xué)研究所， 大連 116023)3 (大連東軟信息學(xué)院電子工程系， 大連 116023)

急性上肢啞鈴訓(xùn)練對頸總動脈硬度和血液動力學(xué)的影響

申 華1,3劉海斌2侯 杰1覃開蓉1*

1(大連理工大學(xué)電信學(xué)部 生物醫(yī)學(xué)工程系， 大連 116023)2(大連理工大學(xué)體育科學(xué)研究所， 大連 116023)3(大連東軟信息學(xué)院電子工程系， 大連 116023)

抗阻力訓(xùn)練對于動脈硬度的影響存在著相互矛盾的結(jié)果。為研究不同負荷的急性上肢啞鈴訓(xùn)練對頸總動脈硬度和血液動力學(xué)的影響，選擇10名健康男性志愿者，年齡(21 ± 2)歲，分別進行5 kg和7 kg負荷的啞鈴上肢曲臂訓(xùn)練各50次，兩種負荷中間休息30 min。用彩色超聲多普勒記錄靜息狀態(tài)及不同啞鈴負荷訓(xùn)練后頸總動脈的管徑和軸心流速波形，用電子自動血壓計同步測量心率和肱動脈血壓?；跈z測的實驗數(shù)據(jù)，用經(jīng)典血液動力學(xué)理論對頸總動脈硬度、壓力-應(yīng)變彈性模量以及相關(guān)血液動力學(xué)參數(shù)進行分析和計算。結(jié)果表明，受試者經(jīng)過急性上肢啞鈴訓(xùn)練后，心率、最大軸心流速、收縮壓和最大壁面切應(yīng)力等血液動力學(xué)參數(shù)明顯增大，而頸總動脈管徑、平均流量率、平均血壓等參數(shù)沒有明顯變化。此外，在經(jīng)過5 kg啞鈴訓(xùn)練后，最大流量率和平均軸心流速顯著增加，最小軸心流速顯著減小，頸總動脈硬度、壓力-應(yīng)變彈性模量、舒張壓、最小壁面切應(yīng)力和振蕩剪切指數(shù)無明顯變化；而7 kg啞鈴訓(xùn)練后，頸總動脈硬度、壓力-應(yīng)變彈性模量、振蕩剪切指數(shù)明顯增加，舒張壓、最小壁面切應(yīng)力顯著降低，平均軸心流速和軸心流速最小值無明顯變化。上肢急性啞鈴訓(xùn)練會明顯改變部分血液動力學(xué)參數(shù)，在高負荷訓(xùn)練時會急性增加頸總動脈的硬度。

上肢；急性啞鈴訓(xùn)練； 頸總動脈； 血液動力學(xué)； 動脈硬度

引言

動脈硬化程度(arterial stiffness)增加被公認為心腦血管疾病的獨立危險因子之一[1]。頸總動脈作為腦循環(huán)系統(tǒng)的主要供血器官之一，其結(jié)構(gòu)和功能的異常與動脈粥樣硬化、冠心病、糖尿病、腦中風(fēng)等疾病之間具有密切的聯(lián)系[2-3]。研究表明，頸總動脈硬度受局部的血液動力學(xué)因素調(diào)節(jié)[4-5]。因此，頸總動脈硬度和血液動力學(xué)參數(shù)的檢測、分析與調(diào)控對于深入了解血管疾病的發(fā)生發(fā)展，以及血管疾病的診斷和治療均具有十分重要的臨床意義。

從運動生理學(xué)的觀點，可把運動分為有氧運動和抗阻力運動兩類[6]。簡單來說，有氧運動是一種取決于有氧能量產(chǎn)生過程的相對較低強度的物理訓(xùn)練，包括跑步和自行車運動等；而抗阻力運動是一種應(yīng)用肌肉收縮力量對抗阻力的中等強度和高等強度的物理訓(xùn)練，也就是力量訓(xùn)練。大量研究證實[7-10]，無論是長期有氧耐力運動還是急性有氧運動，都對改善血管彈性、降低血管硬度產(chǎn)生有效的作用?？棺枇τ?xùn)練能夠促進健康和防止疾病也已經(jīng)被美國心臟協(xié)會、美國運動醫(yī)學(xué)學(xué)院和美國糖尿病協(xié)會所認可[11-12]。然而，抗阻力運動對動脈硬度或彈性的影響存在很多相互矛盾的結(jié)果報道[13-16]。有些研究認為阻力訓(xùn)練能減小動脈的順應(yīng)性，增加動脈硬度[13-14]；也有研究通過對健康年輕男性、絕經(jīng)期的女性以及老年男性分別進行抗阻力訓(xùn)練的結(jié)果表明，動脈順應(yīng)性沒有明顯變化[15-16]。這些矛盾的結(jié)果究竟是因為被測對象的性別、年齡差異，還是因為抗阻力訓(xùn)練的方式以及強度不同，目前還沒有明確的結(jié)論。

Miyachi曾全面考察了抗阻力訓(xùn)練對動脈硬度影響的相關(guān)文獻，并用元分析(meta-analysis)的方法進行了相關(guān)統(tǒng)計學(xué)研究[17]。分析結(jié)果表明，高強度的抗阻力訓(xùn)練與年輕人的動脈硬度增加之間具有較高的相關(guān)性，而中等強度的抗阻力訓(xùn)練對中、老年人的動脈硬度卻沒有明顯影響。Miyachi的分析結(jié)果提示，抗阻力運動的強度可能是動脈硬度增加的關(guān)鍵因子之一。然而，這一結(jié)論是針對不同年齡人群的實驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析得出的，那么動脈硬度增加究竟是因為年齡差異引起的，還是由于運動強度增加引起的，以及中等強度的訓(xùn)練對年輕人的動脈硬度是否有影響，這些問題都沒有給出明確的結(jié)論。因此，還需要對相同年齡的人群開展進一步的實驗驗證性研究，才能使問題得到澄清。

上下肢的阻力運動對于不同位置的動脈硬度會產(chǎn)生不同的影響，這在很多研究中已經(jīng)得到證實[18-24]。上肢運動能夠減少運動和非運動肢體的外周動脈硬度，而下肢運動僅影響運動單側(cè)肢體的外周動脈[18-20]。最近，本實驗小組對于急性無氧功率自行車運動對頸總動脈彈性模量和局部血液動力學(xué)的影響進行了相關(guān)的研究，發(fā)現(xiàn)急性無氧功率自行車運動可明顯改變頸總動脈部位的血液動力學(xué)特征，急性地增加頸總動脈的彈性模量[21-22]。還有一些文獻報道證實[23-24]，上肢阻力運動增加主動脈的硬度，而下肢阻力運動對主動脈的硬度沒有明顯影響，甚至抑制主動脈硬度的增加。這些研究結(jié)果表明，身體不同部位的阻力運動對于不同部位動脈的彈性會產(chǎn)生不同的影響。作為最常見的一種抗阻力運動方式，上肢抗阻力啞鈴運動對于頸總動脈硬度和血液動力學(xué)有何影響，目前尚未見相關(guān)文獻報道。

目前無損評估動脈功能的方法有很多，多采用多普勒超聲成像技術(shù)采集或者分析計算相關(guān)的血液動力學(xué)參數(shù)，如動脈的順應(yīng)性和硬度、脈搏波速和血流介導(dǎo)擴張等[25-26]，但這些文獻中普遍缺乏較深入的血液動力學(xué)分析。

本研究選取一組年輕健康男性作為測試對象，分別進行兩組快節(jié)奏(每秒鐘1次)不同運動強度(5 kg、7 kg)的急性上肢啞鈴訓(xùn)練，然后以血液動力學(xué)分析為手段，研究不同強度的上肢抗阻力運動如何調(diào)節(jié)頸總動脈硬度、管徑以及其他血液動力學(xué)參數(shù)。本研究不僅驗證了Miyachi關(guān)于抗阻力訓(xùn)練對動脈硬度影響的元分析結(jié)果，還為尋找合理運動方式改善動脈功能提供了有效的血液動力學(xué)信息，同時也為進一步深入研究不同運動訓(xùn)練方式調(diào)控動脈功能的血液動力學(xué)機制提供一定的方法學(xué)基礎(chǔ)。

1 方法

1.1測試對象

10名健康的年輕男性，年齡(21 ± 2)歲，身高(172 ± 6)cm，體重(65 ± 8)kg。所有測試對象均沒有心臟病、糖尿病、高血壓、高血脂等心腦血管疾病。所有測試對象均不吸煙也沒有長期的服藥史，且測試前24 h沒有服用過任何影響心率或者血壓的藥品或食品，也沒有做過劇烈的身體運動。受試者在實驗前了解本實驗實施的詳細流程以及可能存在的潛在風(fēng)險，并填寫書面同意書。

1.2實驗設(shè)計

首先利用彩色超聲多普勒檢測系統(tǒng) (ProSound Alpha 7, Aloka，日本)對測試對象在靜息狀態(tài)(Rest)下的頸總動脈管徑波形和軸心流速波形進行測量，同時利用電子血壓計(PM8000, 邁瑞公司，中國)測量肱動脈的收縮壓ps_mea、舒張壓pd_mea以及心率(HR)(參見圖1(b))。接著進行曲臂交互抬舉啞鈴的動作，運動姿勢為：坐于椅上，掌心向上，雙手抓握啞鈴中部(參見圖1(a))，吸氣時，臂彎舉啞鈴至肩部，然后呼氣，如此雙手交替進行，每組負荷連續(xù)做50次，頻率為平均1次/s。每組負荷完成后立即用彩色超聲多普勒對頸總動脈進行管徑和流速測量，同時進行心率和血壓的測量。間隔30 min后進行下一負荷或者下一個測試對象的測量，測量流程如圖2所示。

1.3血液動力學(xué)參數(shù)計算

(1) 血壓

文獻[27]中假設(shè)頸總動脈的平均血壓pm和舒張壓pd與肱動脈處的平均壓pm_mea和舒張壓pd_mea近似相等。對頸總動脈平均血壓pm采用如下近似公式計算[21]:

(1)

式中，pm為頸總動脈的平均血壓，pm_mea為肱動脈處的平均壓，ps_mea與pd_mea分別為肱動脈的平均收縮壓和平均舒張壓。

研究表明，生理血壓范圍內(nèi)的動脈血壓和直徑呈線性關(guān)系，也就是說頸總動脈的血壓波形和直徑波形相似[28]。因此，可用頸總動脈平均壓pm和舒張壓pd(=pd_mea)對頸總動脈處的直徑波形的平均值和最小值進行標(biāo)定，即可得到頸總動脈的血壓波形。將頸總動脈處血壓波形的最大值近似為頸總動脈收縮壓ps。

(2) 動脈硬度(β)

動脈硬度β可由以下公式來計算[29]

(2)

式中，ps和pd分別是收縮壓和舒張壓;Rs和Rd分別是一個心動周期中半徑波形的最大值和最小值。

(3) 壓力—應(yīng)變彈性模量(Ep)

動脈壓力-應(yīng)變彈性模量是動脈在單位面積所承受的壓力與其在壓力作用下應(yīng)變的比值，在已知收縮壓、舒張壓和一個心動內(nèi)管徑變化的最大值和最小值的情況下，壓力-應(yīng)變彈性模量Ep表示為[29]

(3)

(4) 流速和血流量率

假定頸總動脈為均勻直圓管，管壁做小變形運動，且動脈中的血液脈動流為充分發(fā)展的軸對稱、不可壓縮層流，血液為牛頓流體。則動脈任意半徑處的流速均可用軸心流速u(0,t)的第n階諧波分量u(0,ωn)表達為[21,30]：

(4)

血流量率可通過下式計算

(5)

Vmax、Vmin和Vmean分別指一個心動周期內(nèi)軸心血流速度波形的最大、最小和平均值。Qmax、Qmin、Qmean是指一個心動周期內(nèi)血流量波形的最大、最小和平均值。它們分別代表收縮期、舒張期以及一個心動周期內(nèi)頸總動脈對腦血管的最大、最小和平均供血情況。

(5) 壁面切應(yīng)力

壁面切應(yīng)力τ通過以下公式計算[21,30-31]

(6)

同時以τmax、τmin和τmean分別表示一個心動周期內(nèi)壁面切應(yīng)力波形的最大、最小和平均值，也代表作用在血管內(nèi)皮層的血流摩擦力最大、最小和平均值。

(6) 振蕩剪切指數(shù)(OSI)

振蕩剪切指數(shù)定義為[21]

(7)

式中，T為心動周期，振蕩剪切指數(shù)(OSI)代表切應(yīng)力的前后振蕩程度。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

利用檢測的軸心流速和管徑波形及血壓數(shù)據(jù)，用商業(yè)軟件包Matlab R2009b (The MathWorks, Inc)根據(jù)式(1) ～ 式(7)編程計算運動前后被測對象的頸總動脈血流流速、壁面剪切應(yīng)力、流量率、頸總動脈血壓以及相關(guān)的血液動力學(xué)參數(shù)。由于血液密度和粘度的個體差異對計算和分析結(jié)果影響較小[32]，取所有樣本的血液密度為ρ=1 050 kg/m3，黏度為η=0.004 Pa·s[33]。方程中流速、切應(yīng)力等信號均按傅里葉級數(shù)展開，由于諧波數(shù)n大于20的高階諧波分量可以忽略不計，最大諧波數(shù)n取20。

利用商業(yè)軟件GraphPad Prism(GraphPad Software, Inc)對所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析, 結(jié)果按照“平均值 ± 標(biāo)準方差”給出(如圖3～圖11所示)，用student-t檢驗方法分析不同負荷運動后狀態(tài)與靜息狀態(tài)各數(shù)據(jù)參量的差異，P<0.05表示存在顯著性差異(圖中用“*”表示)。

2 結(jié)果

2.1急性上肢啞鈴訓(xùn)練對頸總動脈供血的影響

如圖3所示，與運動前的靜息狀態(tài)相比，5和7 kg負荷運動后被測對象的心率顯著增加。

圖4顯示運動前后頸總動脈管徑的變化情況。頸總動脈管徑在運動后相較于靜息狀態(tài)下無明顯變化，說明急性上肢啞鈴訓(xùn)練對頸總動脈管徑的影響不明顯。

如圖5所示，與靜息狀態(tài)相比，5 kg負荷運動后頸總動脈軸心流速的最大值、平均值顯著增加，最小值顯著減小；7 kg負荷運動后，頸總動脈軸心流速的最大值顯著增加，平均流速和流速最小值無明顯變化。

圖6顯示運動前后流量率最大值、平均值和最小值的變化情況。在5 kg負荷運動后，流量率最大值顯著增加，流量率平均值和最小值沒有明顯變化；7 kg負荷運動后流量率最大值、平均值和最小值均沒有明顯變化。

2.2急性上肢啞鈴訓(xùn)練對血管受力的影響

如圖7所示，與運動前靜息狀態(tài)相比，運動后的收縮壓顯著升高，平均血壓無明顯變化。舒張壓在5 kg負荷時無明顯變化，7 kg負荷時顯著降低。這說明隨著運動負荷的增加，收縮壓顯著升高，而舒張壓顯著降低。

從圖8可知，與運動前靜息狀態(tài)相比，5 kg負荷運動后壁面最大切應(yīng)力和平均切應(yīng)力顯著性增大，最小切應(yīng)力無明顯變化；7 kg負荷運動后壁面最大切應(yīng)力顯著性增大，壁面平均剪應(yīng)力無明顯變化，壁面最小切應(yīng)力顯著性減小。當(dāng)運動負荷增大時，壁面切應(yīng)力出現(xiàn)了明顯的振蕩性。

圖9顯示運動前后頸總動脈的振蕩剪切指數(shù)變化情況。從圖中可以看出，5 kg負荷運動后頸總動脈振蕩剪切指數(shù)雖有增加，但不顯著；7 kg負荷運動后頸總動脈振蕩剪切指數(shù)顯著性升高。說明隨著運動負荷增大，頸總動脈振蕩剪切指數(shù)顯著增大。

2.3急性上肢啞鈴訓(xùn)練對頸總動脈硬度和血管彈性的影響

由圖10可知，5 kg負荷運動后頸總動脈硬度無顯著變化，而7 kg負荷運動后頸總動脈硬度顯著增大。

圖11反映了運動前后頸總動脈的壓力-應(yīng)變彈性模量的變化情況。在負荷為5 kg時，壓力-應(yīng)變彈性模量變化不顯著，而負荷為7 kg時，壓力-應(yīng)變彈性模量顯著增加。

3 討論

本研究的目的是為了評估不同強度的急性上肢啞鈴訓(xùn)練對年輕男性測試對象頸總動脈硬度和血液動力學(xué)參數(shù)的影響。通過實驗數(shù)據(jù)的分析和計算發(fā)現(xiàn)，急性上肢啞鈴訓(xùn)練對于頸總動脈的血液動力學(xué)特征有明顯的調(diào)控作用。受試者經(jīng)過5 kg和7 kg急性啞鈴訓(xùn)練后，心率、最大軸心流速、平均收縮壓和最大壁面切應(yīng)力等血液動力學(xué)統(tǒng)計參數(shù)明顯增大，而頸總動脈管徑、平均流量率、平均血壓等統(tǒng)計參數(shù)沒有明顯變化；經(jīng)過5 kg啞鈴訓(xùn)練后，最大流量率和平均軸心流速統(tǒng)計值顯著增加，最小軸心流速統(tǒng)計值顯著減小，頸總動脈硬度、壓力-應(yīng)變彈性模量、舒張壓、最小壁面切應(yīng)力和振蕩剪切指數(shù)等統(tǒng)計值無明顯變化，而負荷從5 kg增加到7 kg時，與靜息狀態(tài)下相比頸總動脈硬度、壓力-應(yīng)變彈性模量、振蕩剪切指數(shù)等統(tǒng)計值明顯增加，舒張壓、最小壁面切應(yīng)力等統(tǒng)計值顯著降低，平均流速和流速最小值等統(tǒng)計值無明顯變化。

盡管本研究得出的結(jié)論與文獻[34-35]中得出的部分結(jié)論相符合，如運動后血流速度增加，振蕩剪切指數(shù)增加等；但也有部分結(jié)論與其他文獻報道的上肢運動對于動脈的血流特性的影響有著明顯區(qū)別。如文獻[35-36]中提出，實施握力計(hand grip)運動前后，心率、肱動脈血壓均沒有明顯變化，但隨著負荷的增大，肱動脈血流流量率會有比較明顯的增大；而本研究中在實施啞鈴訓(xùn)練后，心率、頸總動脈收縮壓均明顯增加，但是頸總動脈管徑和平均流量率均未見明顯變化。這充分說明，運動方式是動脈血流特性變化的重要影響因素。

從血液動力學(xué)的觀點[4-5]來說，壁面切應(yīng)力被認為是循環(huán)血液施加于內(nèi)皮細胞的摩擦力，是保護血管正常生理狀態(tài)的重要因素。壁面切應(yīng)力作為血流介導(dǎo)擴張的主要刺激，可以調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞的致動脈硬化基因和動脈硬化保護基因表達。之前的很多研究主要以非活動的上肢肱動脈作為觀測窗口[34-38]，通過大量的實驗證明有節(jié)律的下肢訓(xùn)練模式(如自行車，跑步，踢腿等)和上肢訓(xùn)練模式(handgrip)能夠引起明顯的剪切率變化。其中自行車和跑步等下肢運動對肱動脈血流的影響是全身的，使得肱動脈在運動后出現(xiàn)明顯的振蕩血流。而上肢運動(如handgrip)對肱動脈血流的影響是局部的，平均血流雖然增大，但是未見明顯的反流出現(xiàn)。因為頸總動脈血液動力學(xué)一定程度上反映了腦血管的整體血液動力學(xué)情況[4-5]，因此本研究選取頸總動脈作為觀測窗口。如圖8所示，當(dāng)啞鈴負荷從5 kg增加到7 kg時，頸總動脈壁面切應(yīng)力的最大值顯著性增大，最小值顯著減小。Ku[39]等的研究表明，切應(yīng)力、振蕩剪切指數(shù)與頸總動脈粥樣硬化斑塊厚度密切相關(guān)。Green[34-37]報道的結(jié)果也證實不同的運動方式和運動強度可引起肱動脈處產(chǎn)生不同程度的反向流，振蕩剪切指數(shù)將產(chǎn)生不同的改變，并對肱動脈的內(nèi)皮功能產(chǎn)生不同的影響。本研究中，當(dāng)負荷增加為7 kg時，振蕩剪切指數(shù)與靜息狀態(tài)相比明顯增大(如圖9所示)。OSI在高運動負荷下的這種變化對于頸總動脈內(nèi)皮功能將產(chǎn)生何種影響，以及是否與頸總動脈粥樣硬化相關(guān)，都需要進一步研究。

本研究的實驗數(shù)據(jù)表明，中等負荷(5 kg)啞鈴運動后收縮壓顯著增加，舒張壓未見明顯變化。但隨著運動負荷增加到7 kg，收縮壓顯著增加，而舒張壓會顯著減小。這表明，高負荷的啞鈴運動對于高血壓患者來說，也許存在著某種程度的損害和負面影響。

研究表明動脈的彈性模量及硬度會隨著血壓的升高而增大，而動脈粥樣硬化時其彈性模量的變化，可以定量地表達動脈壁固有特性的改變[40]。本研究定量分析了不同強度的啞鈴訓(xùn)練對頸動脈硬度和壓力-應(yīng)變彈性模量的影響。如圖10、圖11所示，啞鈴負荷為5 kg時，頸總動脈硬度和壓力-應(yīng)變彈性模量沒有明顯變化，而負荷增加到7 kg時，動脈硬度和壓力-應(yīng)變彈性模量顯著增加。這充分說明運動強度的增加，對于動脈硬度的增加具有直接的影響?？紤]到本實驗中啞鈴訓(xùn)練持續(xù)的時間很短，這種動脈表觀硬度的增大，主要是由于動脈中層的平滑肌細胞收縮引起的，屬于急性運動引起的功能性變化。這種動脈功能性變化在停止運動訓(xùn)練后多長時間內(nèi)能夠恢復(fù)，以及如果長期進行此類運動訓(xùn)練是否會導(dǎo)致動脈發(fā)生結(jié)構(gòu)性的適應(yīng)性重建，使得動脈壁的固有彈性降低，硬度永久性增加，還有待進一步研究。

由于本實驗選取的被測者平均年齡在21歲左右，分析結(jié)果表明，中等負荷(5 kg)的啞鈴訓(xùn)練對年輕被測對象的頸總動脈硬度沒有顯著影響，而高強度(7 kg)的啞鈴訓(xùn)練則直接導(dǎo)致動脈硬度顯著增加，這說明運動強度可能是動脈硬度變化的重要影響因子。這一分析結(jié)果與Miyachi[28]關(guān)于抗阻力運動對動脈硬度影響的元分析結(jié)論基本一致，但是證明了中等強度的急性啞鈴訓(xùn)練對于青年人的頸總動脈彈性也沒有明顯影響。本研究的結(jié)論說明，合理地選擇運動方式和運動強度對保持心腦血管健康具有重要意義。

4 結(jié)論

本研究報告了上肢急性啞鈴訓(xùn)練對頸總動脈血液動力學(xué)特征的影響。實驗結(jié)果表明，受試者在經(jīng)過5 kg和7 kg兩種負荷的急性上肢啞鈴訓(xùn)練后，一部分血液動力學(xué)參數(shù)在不同運動強度下，呈現(xiàn)出較為一致的變化；還有一部分血液動力學(xué)參數(shù)隨運動強度變化呈現(xiàn)差異性的變化。一致性體現(xiàn)在5 kg負荷和7 kg負荷運動后，頸總動脈管徑、平均流量率、平均血壓等參數(shù)沒有明顯變化，而心率、最大軸心流速、收縮壓和最大壁面切應(yīng)力等血液動力學(xué)參數(shù)均明顯增大。差異性體現(xiàn)在經(jīng)過5 kg啞鈴訓(xùn)練后，頸總動脈硬度、壓力-應(yīng)變彈性模量、舒張壓、最小壁面切應(yīng)力和振蕩剪切指數(shù)無明顯變化，而當(dāng)負荷從5 kg增加到7 kg時，與靜息狀態(tài)下相比頸總動脈硬度、壓力-應(yīng)變彈性模量、振蕩剪切指數(shù)明顯增加，舒張壓、最小壁面切應(yīng)力顯著降低。本研究證明抗阻力上肢急性啞鈴訓(xùn)練會明顯改變部分血液動力學(xué)參數(shù)，而高負荷運動會急性增加頸總動脈的硬度和彈性模量。長期的急性啞鈴訓(xùn)練是否會引起頸總動脈彈性的結(jié)構(gòu)性變化，還有待進一步的實驗驗證。

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EffectsofAcuteDumbbellTrainingsofUpperLimbsontheCommonCarotidArterialStiffnessandHemodynamics

SHEN Hua1,3LIU Hai-Bin2HOU Jie1QIN Kai-Rong1*

1(DepartmentofBiomedicdEngmeeringFacultyofElectronicInformationandElectricalEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116023,China)2(SportsScienceInstitute;DalianUniversityofTechnology,Dalian116023,China)3(DepartmentofElectronicEngineering,DalianUniversityofNeusoftInformation,Dalian116023,China)

There are conflicting results on the impact of resistance trainings on arterial stiffness. To investigate the acute effects of resistance exercise trainings of upper limbs by different workload dumbbells on the arterial stiffness and hemodynamics in the common carotid arteries, ten male healthy young volunteers with average age 21 years (21±2years) underwent two groups of resistance exercise trainings of upper limb with the different workloads on dumbbells. At rest and right after the exercise training, a color ultrasonic doppler test was used to measure the waveforms of arterial diameter and center-line velocity in the right common carotid artery. The heart rate, systolic and diastolic blood pressures were simultaneously measured on the left brachial artery using a sphygmomanometer. All measured data were analyzed based upon Womersely theory. Furthermore, the arterial stiffness, pressure-strain elastic modulus, and associated hemodynamic parameters were calculated. The results of statistical analysis showed that the heart rate and maximum wall shear stress were significantly increased after dumbbells exercises while arterial diameter, mean flow rates and mean blood pressure were not significantly changed; in one cardiac cycle, significant increases could be observd in the maximum center-line velocities and mean systolic blood pressure. After 5 kg workload, maximum flow rate and mean center-line velocities were significantly increased and minimum velocity decreased while arterial stiffness, pressure-strain elastic modulus, diastolic blood pressure, minimum shear stress and OSI were not changed. When dumbbells workload was increased from 5 kg to 7 kg, arterial stiffness, pressure-strain elastic modulus and OSI were significantly increased while the diastolic blood pressure, minimum shear stress signifieantly reduced. No significant changes were detected in mean center-line velocities and minimum velocity. These results indicated that resistance arm exercise trainings by dumbbells induced significant effects on the local hemodynamic parameters in the common carotid arteries, and acute dumbbells exercise trainings in high intensity of upper limb increased the stiffness of the common carotid artery.

upper limbs; acute exercise trainings by dumbbells; common carotid artery; hemodynamics; arterial stiffness

10.3969/j.issn.0258-8021. 2014. 03.03

2013-11-27， 錄用日期:2014-03-27

國家自然科學(xué)基金(31370948)；國家科技支撐計劃(2012BAJ18B06)；遼寧省教育廳一般項目研究(L2012490)

R318.01

A

0258-8021(2014) 03-0274-09

*通信作者(Corresponding author)，E-mail: krqin@dcut.edu.cn