譚景旺，韓甲，沈玉芹，徐純鑫，宋亞剛，李娟，吳雪萍

1.上海體育學(xué)院，a.運動科學(xué)學(xué)院，b.體育教育訓(xùn)練學(xué)院，c.體育休閑與藝術(shù)學(xué)院，上海市200438；2.上海市同濟大學(xué)附屬同濟醫(yī)院，上海市200065；3.上海市殘疾人康復(fù)職業(yè)培訓(xùn)中心，上海市200127

大量研究表明全身振動訓(xùn)練(whole body vibration,WBV)可以對肌肉骨骼系統(tǒng)[1-2]、循環(huán)系統(tǒng)[3]、呼吸系統(tǒng)[4]等人體多個系統(tǒng)產(chǎn)生影響。作為運動訓(xùn)練和康復(fù)領(lǐng)域中一種重要的干預(yù)方式，全身振動訓(xùn)練的研究類型、研究數(shù)目、受益人群正在不斷增加，全身振動訓(xùn)練理論正逐漸豐富[5]。然而，另外一種振動形式，即水平方向的振動，卻似乎未得到國內(nèi)學(xué)者關(guān)注。通過檢索文獻發(fā)現(xiàn)，國外學(xué)者在20世紀末就已開展相關(guān)研究并獲得較為可靠的研究結(jié)果。為了呼應(yīng)垂直方向的“WBV”，同時也為了豐富振動訓(xùn)練理論、擴增振動訓(xùn)練效益、為治療和訓(xùn)練提供新的解決方案，本文在搜集、整理、研讀國外水平振動訓(xùn)練文獻的基礎(chǔ)上對其進行綜述，并以對心血管系統(tǒng)的影響為核心論述水平振動訓(xùn)練的效果和機理。

1 全身水平振動訓(xùn)練的起源與命名

全身水平振動訓(xùn)練起源于20世紀末，在開始時間上與WBV相近，相關(guān)研究由美國紐約西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院Adams和Sackner研究團隊率先發(fā)起。當(dāng)時，水平振動設(shè)備被稱為非侵入式運動通氣裝置(noninvasive motion ventilation,NIMV)，原因在于其主要用途是幫助肺通氣障礙患者改善通氣功能。該課題組通過后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，水平振動設(shè)備產(chǎn)生效果的機制在于能夠提供水平方向的“加速度”，并在此基礎(chǔ)上提出全身周期性加速度(whole body periodic acceleration,WBPA)這一術(shù)語[6]。筆者經(jīng)文獻檢索后發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)水平振動相關(guān)研究還尚未開始，相關(guān)術(shù)語或釋義還無從參考，而WBV的內(nèi)涵和外延已初具體系。事實上，國內(nèi)WBV研究開始的時間與國外相近，只是當(dāng)時國內(nèi)學(xué)者在命名上未與國際同步[7]。

為了利于交流，在借鑒我國臺灣簡志龍命名方法基礎(chǔ)上，本文將全身周期性加速度更改為全身水平振動訓(xùn)練，作為水平振動方向的術(shù)語[6]。將全身水平振動訓(xùn)練定義為：一種通過振動平臺產(chǎn)生水平方向正弦波，使接振體在Z軸(從頭到腳)方向產(chǎn)生往復(fù)運動，在增加血流速、提高內(nèi)皮剪切力、促使一氧化氮(nitric oxide,NO)釋放基礎(chǔ)上，影響心血管系統(tǒng)的新型治療和/或訓(xùn)練方法。這一方面可與WBV相呼應(yīng)，為振動訓(xùn)練領(lǐng)域里的學(xué)者交流提供便利；另一方面，從水平和垂直這兩種振動波傳遞方向上對振動訓(xùn)練進行劃分也會使振動訓(xùn)練理論體系更清晰。

2 全身水平振動訓(xùn)練對心血管系統(tǒng)的影響

全身水平振動訓(xùn)練能夠利用振動平臺產(chǎn)生的水平加速度改變血流速，舒張血管，改善血管內(nèi)皮功能，進而影響心血管系統(tǒng)功能。在此基礎(chǔ)上，全身水平振動訓(xùn)練的作用表現(xiàn)在肺動脈高壓、冠狀動脈血流儲備(coronary flow reserve,CFR)以及腦血流量等方面。

2.1 肺動脈高壓

亞硝基左旋精氨酸甲酯(L-nitro-arginine methylester,LNAME)是內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)抑制劑的一種，具有降低心輸出量、提高血壓的作用。Adams等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，注射L-NAME后進行全身水平振動訓(xùn)練(2~4 Hz,0.5~1 cm,0.2~0.8 g)60 min，可使心輸出量提升15%，主動脈血壓下降26%，肺動脈血壓降低46%。Adams等[9]的研究還發(fā)現(xiàn)，全身水平振動訓(xùn)練(2.5~4 Hz,0.4~0.7 g)可改善窒息引起的主動脈壓〔(82±19)mmHg到(66±8)mmHg〕和肺動脈壓〔(26±8)mmHg到(7±3)mmHg〕升高，降低主動脈〔(54±23)RU到(44±19)RU〕和肺部血管阻力〔(11±8)RU到(7±3)RU〕，提示全身水平振動訓(xùn)練在降低血壓上具有積極效果。同時，分別在15 min、30 min、60 min、90 min、120 min和150 min觀測相應(yīng)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)全身水平振動訓(xùn)練對血壓的影響可以維持至150 min左右。兩項研究雖是動物實驗，在證據(jù)水平上弱于臨床實驗，但就實驗結(jié)果而言，全身水平振動訓(xùn)練在一定程度上有助于解決肺動脈高壓問題。

2.2 CFR

CFR是指冠狀動脈最大程度擴張時的血流量與靜息狀態(tài)下血流量的比值，該指標(biāo)主要用來評價冠狀動脈微循環(huán)狀況以及心肌灌注狀況，目前被認為是反映冠狀動脈血流動力學(xué)改變的敏感指標(biāo)之一，冠狀動脈血流儲備降低會導(dǎo)致心肌供血供氧不足從而產(chǎn)生危險[10-11]。Sakaguchi等[12]通過研究發(fā)現(xiàn)，單次全身水平振動訓(xùn)練(45 min,2.2 m/s2,140/min)能夠使受試者CFR從(2.3±0.3)增加至(2.6±0.4)，表明單次全身水平振動訓(xùn)練可改善心臟微循環(huán)功能，推測其原因可能與全身水平振動訓(xùn)練增強血管內(nèi)皮剪切力、促使NO產(chǎn)生有關(guān)。Fukuda等[13]的研究也發(fā)現(xiàn)，全身水平振動訓(xùn)練(45 min,2.2 m/s2,140/min)在不改變心率和收縮壓的情況下，可使受試者CFR從(3.3±1.0)增加至(3.7±1.1)，使左前降支狹窄患者CFR從(2.4±0.4)增加至(2.7±0.5)，體現(xiàn)出全身水平振動訓(xùn)練在改善冠狀動脈微循環(huán)上的積極作用。

2.3 腦血流量

大腦要實現(xiàn)其正常代謝和功能，需要充足的腦血流量，當(dāng)發(fā)生缺血或缺氧性腦損傷(如腦卒中)時，NO會參與血流量的調(diào)節(jié)[14]。Wu等[15]發(fā)現(xiàn)，全身水平振動訓(xùn)練(2 Hz,0.6 g,15 min)能增加豬的腦部血流量，并且恢復(fù)缺血組織血流情況的效果要優(yōu)于心肺復(fù)蘇。Adams等[16]的研究發(fā)現(xiàn)，全身水平振動訓(xùn)練(2 Hz,0.6 g,15 min)可以增加心臟和腦的血流量。同時，Adams等[17]還發(fā)現(xiàn)全身水平振動訓(xùn)練(4 Hz,0.35 g)可使豬大腦(183%)和腦干(177%)血流量得到增長。Adams等[18]認為，全身水平振動訓(xùn)練對腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)和膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(glial-derived neurotrophic factor,GDNF)的積極影響也與腦血流量的增加有關(guān)。因此，可以認為全身水平振動訓(xùn)練對改善腦血流量具有積極作用，提示其或許可應(yīng)用在腦卒中的治療和預(yù)防上。

3 全身水平振動訓(xùn)練對心血管系統(tǒng)的影響機制

全身水平振動訓(xùn)練改善心血管系統(tǒng)問題的原因在于能夠促使血管擴張、降低血管阻力，其中NO發(fā)揮著重要作用。全身水平振動訓(xùn)練通過拍頻現(xiàn)象提高血流速，血流速增加提高血管內(nèi)皮剪切力，通過磷脂酰肌醇3激酶/絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶(phosphoinositide 3-kinase/serine threonine kinase,PI3K-Akt)和絲裂原細胞外信號調(diào)節(jié)激酶/細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(mitogen extra‐cellular signal regulated kinases/extracellular signal regulated ki‐nase,MEK-ERK1/2)等信號傳導(dǎo)通路促使NO產(chǎn)生，繼而促使血管舒張。見圖1。

3.1 提高血流速

進行全身水平振動訓(xùn)練時，人體被動地接受振動平臺產(chǎn)生的加速度，促使血管內(nèi)血液產(chǎn)生拍頻現(xiàn)象，進而使血流速得以加快。拍頻現(xiàn)象是指兩種不同頻率振動波(正弦波)相互影響時產(chǎn)生的抵消與疊加現(xiàn)象[6]。心臟在節(jié)律性收縮舒張過程中會產(chǎn)生振動波，心臟收縮的頻率平均60~100次/min，全身水平振動平臺的振動頻率100~140次/min，這兩者通過交互能夠產(chǎn)生疊加現(xiàn)象。全身水平振動設(shè)備提供的振動頻率接近受迫系統(tǒng)(心臟)的振動頻率時，疊加效果最好，振幅最大[19]。由于人體內(nèi)血液的流動屬于脈動型流動，血液在流動過程中本就會由于心臟搏動而產(chǎn)生加速度，當(dāng)接觸全身水平振動平臺后，振動平臺產(chǎn)生的水平加速度和血液流動的加速度相互影響，使血液流動狀況發(fā)生變化。心臟搏動和水平振動交涉后變成大小不同的燈籠型波形，燈籠最寬處振幅最強，是兩種波振幅疊加后的結(jié)果。在燈籠最寬處，血管內(nèi)單位時間內(nèi)通過的血流量最多[6]。

全身水平振動訓(xùn)練增加血流速的效果來自于眾多研究者的實驗支持。Sackner等[20]通過觀察受試者干預(yù)前后脈搏波的變化情況，發(fā)現(xiàn)全身水平振動訓(xùn)練(140/min,2.2 m/s2)能夠顯著改變脈搏波，證實其能夠增加血流速。Adams等[17]通過動物實驗發(fā)現(xiàn)全身水平振動訓(xùn)練(4 Hz,0.35 g)可使豬多器官和組織血流量得到增長，具體增長幅度表現(xiàn)為心外膜71%、心內(nèi)膜93%、腎皮質(zhì)53%、回腸粘膜69%、胃竇粘膜72%和肝臟86%，干預(yù)前后差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。脾和骨骼肌血流量提升幅度雖無統(tǒng)計學(xué)意義，但提升比例也達到38%和158%。Adams等[21]的另外一項研究也發(fā)現(xiàn)，全身水平振動訓(xùn)練能夠顯著提高血流速，與穩(wěn)定血流相比，提高300%~1000%。

3.2 促使NO釋放

NO是重要的內(nèi)源性血管舒張因子，能夠舒張血管平滑肌、抑制血小板聚集，在抑制血栓形成、提高血流速方面發(fā)揮著重要作用。剪切力是指血管中血流流經(jīng)內(nèi)皮細胞時在切線方向上對細胞產(chǎn)生的作用力，實驗已證實血管內(nèi)皮剪切力與NO的合成及釋放具有很強相關(guān)性[22-23]。搏動性血流、血流速度加快以及血管內(nèi)壓增高所致的切應(yīng)力，是刺激內(nèi)皮細胞合成釋放NO的主要生理因素。因為NO極其不穩(wěn)定，直接測量NO含量變化存在較大困難，為此國外學(xué)者普遍采用重搏切跡(dicrotic‐notch,DN)評估NO的產(chǎn)生情況。重搏切跡是指心臟收縮期結(jié)束將要進入舒張期時，由于心室松弛、壓力下降，主動脈或肺動脈壓力會短暫性地高于心室壓力，在動脈壓力曲線上會出現(xiàn)略微上升的波形，此波形被稱為重搏切跡。收縮期和重搏切跡的比值代表著血管的松弛程度，a/b值越大，血管的松弛程度越大，表明NO的產(chǎn)生量越多[6]。

全身水平振動訓(xùn)練促使NO釋放的研究體現(xiàn)在細胞、動物以及臨床實驗上。細胞實驗方面：Wu等[24]的實驗表明，額外施加全身水平振動刺激(60~180/min,3.5 m/s2)的內(nèi)皮細胞產(chǎn)生的eNOS、信使RNA(mRNA)和磷酸化eNOS(phosphorylation eNOS,p-eNOS)含量明顯高于常規(guī)血流狀態(tài)下的內(nèi)皮細胞。Ad‐ams等[25]進行的動物實驗發(fā)現(xiàn)，全身水平振動訓(xùn)練(180/min,3.9 m/s2,1 h)后，豬eNOS和p-eNOS分別增加(2.3±0.4)倍和(6.6±0.1)倍。Uryash等[26]發(fā)現(xiàn)，全身水平振動訓(xùn)練(180~600/min,30 min,2.9 m/s2)能夠提高大鼠血管NO含量，將a/b值從(1.6±0.2)提升到(3.6±0.3)。臨床研究方面，Sackner等[20]發(fā)現(xiàn)全身水平振動訓(xùn)練(2.2 m/s2,45 min,140/min)可使正常人a/b值從(2.3±1.0)提升到(53±44)，心率從(64±11)次/min提升到(76±10)次/min，患者a/b值從(1.6±0.5)提升到(62±39)。此外，Sackner等[27]還比較了中等強度運動和全身水平振動訓(xùn)練在釋放NO上的功效，結(jié)果發(fā)現(xiàn)全身水平振動訓(xùn)練(2.2 m/s2,140/min)促使NO產(chǎn)生的效果已接近中等強度運動。Takase等[28]發(fā)現(xiàn)單次全身水平振動訓(xùn)練(2~3 Hz,0.25 g,45 min)可明顯改善受試者血流介導(dǎo)的血管舒張功能(flow-mediated vasodilatation,FMD)，曲線下面積從(4.5±4.2)s.%增加至(10.2±11.6)s.%，證實全身水平振動訓(xùn)練在促使NO釋放、舒張血管上的效果。

分子層面研究揭示了全身水平振動訓(xùn)練促使NO產(chǎn)生的機制。PI3K-Akt與MEK-ERK1/2是兩種重要的信號傳導(dǎo)通路，其在促進細胞生長、增殖、促進血管生成等方面發(fā)揮著重要作用[29-32]。Wu等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，全身水平振動訓(xùn)練(60~180/min,3.5 m/s2)可以通過激活PI3K/Akt路徑增加內(nèi)皮型NO含量與peNOS，通過MEK-ERK1/2信號傳導(dǎo)通路上調(diào)eNOS表達。Li等[33]通過細胞實驗發(fā)現(xiàn)，全身水平振動訓(xùn)練促使NO產(chǎn)生的機制在于PI3K/Akt介導(dǎo)下的eNOS激活與表達。因此，可以推測全身水平振動訓(xùn)練促使NO釋放的機制在于PI3K/Akt以及MEK-ERK1/2信號傳導(dǎo)通路上。

4 全身水平振動訓(xùn)練的實施

圖1 全身水平振動訓(xùn)練舒張血管示意圖

在實施全身水平振動訓(xùn)練時要特別注意訓(xùn)練時間、訓(xùn)練頻率、振動參數(shù)以及禁忌癥等方面。訓(xùn)練時間方面，Sackner[6,34]研究團隊認為30~45 min干預(yù)或許能達到最佳效果。訓(xùn)練頻率方面，Wu等[35]發(fā)現(xiàn)全身水平振動訓(xùn)練的干預(yù)效果或能維持24 h，預(yù)示著鍛煉者每天干預(yù)1次即可，但這種頻率在何種振動參數(shù)下有效還有待研究。振動參數(shù)方面，有效的振動頻率為120~180/min，140/min可能為最佳，已有研究所用振動平臺的振幅為10~20 mm，加速度0.2~0.6 g[6]。禁忌癥方面，低血壓患者、前庭功能失調(diào)者以及血管擴張劑使用者應(yīng)慎用全身水平振動訓(xùn)練。

5 小結(jié)

目前研究已表明全身水平振動訓(xùn)練可在肺動脈高血壓、冠狀動脈血流儲備、血流量等方面發(fā)揮積極作用，其機制或許在于提高血流速、增加血管內(nèi)皮剪切力、激活PI3K/Akt和MEKERK1/2信號傳導(dǎo)通路產(chǎn)生NO、舒張血管。全身水平振動訓(xùn)練可能是一種安全的、能夠改善心血管功能的新型訓(xùn)練方法，但其機制研究和高質(zhì)量臨床試驗均較為缺乏，需要更進一步深入研究。