阻塞性睡眠呼吸暂停成人在中等强度运动中行走的能量消耗和功能性有氧能力:一项横断面研究

背景

与阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)相关的自主神经调节异常可能限制心肺对运动的反应，进而可能损害功能性有氧能力(FAC)和行走经济。我们的目的是比较OSA患者与健康成年人(非OSA)的行走经济性和FAC特征，并研究它们与OSA严重程度(呼吸暂停-低通气指数[AHI])的关系。

方法

共有26名成人(阻塞性睡眠呼吸暂停，n= 13;non-OSA,n= 13)参与了这项横断面研究。在本研究中，患有OSA的参与者年龄在25 - 60岁之间，体重指数为25 kg/m²到39公斤/米²他们最近接受了一项AHI≥5的第三方睡眠研究。参与者完成了最大综合心肺运动测试，在85%无氧阈值(at)下进行三次独立的恒定工作率(CWR)跑步机测试，以及10分钟步行测试(10MWT)。采用校正体重、年龄和BMI的多元线性回归分析来检验相关性。

结果

OSA和非OSA患者VO有显著差异_2峰(29.7±5.6 mL/kg/min vs. 37.5±6.5 mL/kg/min，p= 0.03)和净VO₂(12.7±5 vs.19±6 mL/kg/min，p= 0.02)。在OSA组中，10MWT速度和距离显著降低p< 0.001)。阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)患者在次最大运动和10分钟步行测试中步行的能量消耗较高p< 0.001)。AHI评分与10MWT距离相关(R²= 0.85,p< 0.001)，步行的能量消耗(R²= 87,p< 0.001)，以及VO₂在无氧阈值时(R²= 0.92,p< 0.001)。

结论

本研究结果表明，OSA患者的FAC降低，行走的能量消耗增加。AHI解释了在10MWT中行走能量消耗的87%的方差。结果表明，患有更严重的阻塞性睡眠呼吸暂停的个体在功能表现方面受到更大的损害。

步行是人类最常见的需要代谢能量的身体活动形式。它是多种生理系统共同作用的结果，以维持所需的代谢需求的步行速度。身体系统的任何损伤都可能对行走经济和功能性有氧能力(FAC)产生灾难性的影响。同时，阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)患者，重复的上气道阻塞导致夜间气体交换异常(Guilleminault和Abad2004)，动脉氧饱和度降低，交感肾上腺活性慢性升高(Carlson等。1993；Somers等人。1995)．此外，睡眠障碍已被证明会限制成年人的身体能力(Puri等。2017)，通常与白天身体机能的显著损害、疲劳和白天嗜睡有关，这可能会限制日常生活活动(Aguillard等人)。1998)．相比之下，最大耗氧量降低(Mendelson等。2018)，表明OSA患者在完成日常生活活动时消耗更多的能量和使用更大比例的最大代谢能力。尽管广泛和持续的科学关注，但对OSA患者在给定次最大行走速度下的步行能量消耗和机械效率的了解很少进行研究。

先前关于OSA的研究已经报道，OSA的存在对最大摄氧量(VO)测量的有氧能力有负面影响₂(Berger et al.。2019；Lin等人。2006；纳纳斯等人。2010；Ucok等人。2009；Vanhecke等人。2008Vanuxem等。1997)．同样，当使用基于年龄、性别、基线活动水平和运动后高血压的nomogram计算时，OSA严重程度与耗氧量衰减率相关(Mansukhani等。2013)．然而，用呼吸暂停低通气指数(AHI)衡量的疾病严重程度是否是行走经济的重要预测因素仍不清楚。如图所示。1，主要的假设是OSA患者可能表现出步行经济的下降，从而步行能量消耗的增加间接解释为功能性有氧能力的下降。

据我们所知，阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)患者次最大运动时的行走表现和净耗氧量尚不明确。因此，本研究的目的是:(1)与健康个体相比，描述OSA患者步行性能和功能性有氧能力的功能决定因素;(2)研究OSA患者步行性能结果与OSA患者步行性能结果之间的关系。对水平行走和次最大运动期间的生理和功能特征进行量化，可能会为评估运动干预后的治疗结果提供新的临床意义的视角。

研究设计和参与者

在这项横断面研究中，从当地睡眠医学诊所和当地社区招募了26名志愿者作为便利样本;13例OSA患者和13例健康成人参与了本研究。符合纳入标准的患者被纳入研究，并被邀请到乔治梅森大学的功能性能实验室。在研究参与者入组5年内完成了夜间诊断性多导睡眠描记术(PSG)评估，并用于确定是否存在OSA和睡眠参数。OSA的严重程度是通过呼吸暂停-低通气指数(AHI)来确定的，该指数衡量的是每小时睡眠中出现的呼吸暂停和低通气(每次事件10秒或更长时间)的次数。

这项研究的参与者是年龄在25到60岁之间的成年人，身体质量指数(BMI)在25到39公斤/米之间²她最近接受了一项第三方睡眠研究，AHI值为5或更高;他们能够在跑步机上行走;是不吸烟的;也没有心血管代谢和肺部疾病报告曾经或正在接受医生治疗任何形式的心血管、肺部或代谢疾病和/或有任何凝血史或血管疾病的参与者被排除在本研究之外。参与者还被要求对身体活动准备问卷(PARQ)上的所有问题回答“不”⁺)，并不是由健康史问卷和美国运动医学学院(ACSM)风险评估模型(美国运动医学学院)确定的心脏事件的高风险2018)．

每位研究参与者都接受了身高、体重和身体质量指数的标准评估，以及颈围和腹围测量、静息心率和血压测量。使用生物阻抗分析检测体成分(Tanita公司，东京，日本)。

道德的考虑

研究方案在启动前由乔治梅森大学的相关机构审查委员会批准。根据《赫尔辛基宣言》(世界医学大会)，获得每位参与者的书面知情同意是参加研究的一个条件2014)．

身体活动问卷

每周的身体活动状态通过使用七天身体活动回忆问卷(PARQ)确定(Hayden-Wade等人)。2003；Sallis等人。1997)．确定所有参与者的体力活动(PA)状态和总PA持续时间。

心肺运动测试

参与者被要求在两个不同的场合参观实验室。第一次就诊时，测定峰值耗氧量和厌氧阈值(AT)。此外，参与者在跑步机上使用个性化的斜坡方案进行了最大综合心肺运动测试(ICPET)。跑步机方案的工作量是根据每个参与者的体重和身高以及他们自己选择的舒适步行速度预先确定的(Myers et al。1992)．ICPET在Medgraphics®间接量热气体分析系统(Cardio₂(明尼苏达州圣保罗)用于气体交换测量。CPET测试准备遵循美国运动医学学院(ACSM)(美国运动医学学院)的指导方针2018)．利用以下标准确定AT: 1) v斜率法，定义为二氧化碳输出(VCO)线性的拐点₂)对抗氧气摄取(VO₂)面板;2)潮末氧张力增加点(PETO₂）;3)氧气通气当量(VE/VO)的增加点₂)和伴随而来的末潮二氧化碳的减少(PETCO₂)(海狸等。1986；马库斯等人。1971；Wasserman等人。1973)．从电动跑步机运动测试中获得的主要数据包括峰值摄氧量(VO)_2峰)及VO₂- AT -厌氧阈值(AT)的肺气体交换分析。在整个运动测试过程中使用持续的心电图(ECG)监测来评估心律和心率。

恒功率试验(CWRT)

第二次就诊安排在第一次就诊后3-5天内。次最大运动包括在电动跑步机上进行三次方波测试，运动强度与at的85%相同，使用ACSM代谢方程计算速度和等级。测试开始时休息3分钟，然后在80% at的情况下进行3次恒定工作率(CWR)从休息到工作率的过渡，每回合以1英里/小时的速度进行8分钟的主动恢复(图2)。2)．

摄氧量(VO)₂)和at时的步行速度。净VO₂(签证官_2净， mL/kg/min)通过减去VO的静息值计算₂来自VO₂在跑步机运动期间，以稳定状态工作率，对应于85%的at (VO)_2净＝签证官_2锻炼−签证官_2休息)(勒德洛和韦安德2017)．稳态VO₂是通过平均最近2分钟VO₂连续3个6分钟回合的数值。次最大运动时步行的能量消耗相当于AT的85%。

地上10分钟行走试验(10MWT)

参与者被要求在一条25米长的室内步道上尽可能远地行走10分钟。每2.5分钟和10分钟后记录一次跑步距离。这项测试的目标是完成10分钟的步行。参与者被鼓励不间断地完成测试。10MWT期间的步行表现用10分钟内走过的总距离、步行速度和步行的能量消耗来表示。地上行走的能量消耗是指一个人每公斤体重每行走一段距离所消耗的氧气量。在本研究中，它来源于10MWT，并计算为VO的量₂除以速度，其中速度定义为10分钟内行走的距离(\(能量\成本\步行=\frac{VO_2}{速度}\ \大)\)(即mL. kg⁻¹．米⁻¹沃特斯和马尔罗伊1999)．

统计分析

估计样本量的计算是基于检测峰值耗氧量的差异为8.8 ml/kg/min，标准差为6.3，估计功率为80% (Rizzi等。2013)．因此，估计样本量被计算为每组至少8名受试者。在招募过程中进行了便利抽样，这是一种非概率抽样。参与者是通过传单或小册子在支持小组或临床中心招募的，由易于联系或联系到的人组成。

为了便于描述，数据以均值和标准偏差的形式表示。检测正常后，进行OSA组与非OSA组(对照组)的统计学比较。测定生理有氧能力的指标为VO_2峰和签证官₂-at-AT，而净VO₂能量消耗从CWR协议中获得。功能性步行结果变量由10MWT得出，包括10分钟内的步速(米/米)和地上步行能量消耗(mL.kg)⁻¹．米⁻¹)和距离(m)。

两组的基线特征进行了独立的比较t以及。采用协方差分析(ANCOVA)来确定FAC、步行能量成本和净VO是否存在显著差异₂使用体重、BMI和年龄作为模型中的协变量，在两组之间出现了差异。进行了校正体重、年龄和BMI的多元线性回归，以检查VO之间的相关性_2峰(mL.kg⁻¹.min⁻¹)， 10MWT距离(m)，步行能量消耗(mL.kg)⁻¹.min⁻¹)、跑步机步行能量消耗和AHI。统计显著性设为p≤0.05。所有数据分析均使用STATA版本16统计程序(StataCorp, College Station, Texas 77,845 USA)进行。

26例受试者中，13例OSA患者平均AHI为45±28，平均年龄、体重和BMI分别为47.53±9.6岁、88±1Kg和29±5 kg/m²,分别。非osa组也包括13名患者，平均年龄、体重和BMI分别为40±9岁、67±11 kg和23±3 kg/m²,分别。大多数OSA患者(69%)有严重AHI, 15%有中度AHI, 15%有轻度AHI。两组参与者都以85% at的最大和次最大强度进行跑步机CPET。13例OSA患者中有6例为持续气道正压通气(CPAP)使用者。参加者的基本体格及人口特征载于表中1．除体重外，两组间基线值无显著差异。通过7-PAR获得的身体活动水平没有发现两组之间的差异(p= 0.64)1)．

最大心肺容量数据见表2．VO有显著性差异_2峰(阻塞性睡眠呼吸暂停综合症29.69±5.6毫升/公斤/分钟和non-OSA 37.49±6.5毫升/公斤/分钟,p= 0.03)。与非OSA组相比，OSA患者显著(P< 0.001)行走表现较低，与非OSA组相比，OSA患者往往具有更高的行走能量成本，以及更高的能量消耗(表3.)．的签证官_2净在控制了年龄、体重、BMI和速度m/min后，CWR期间OSA患者的死亡率明显低于非OSA患者(13±6 vs. 19±5)。p= 0.02)。在表3.，在10MWT期间，OSA参与者的行进距离明显低于非OSA参与者(p< 0.001)。在次极限运动中，氧脉冲VO₂/HR (mL O₂(11.70±3.31 vs. 19±5,10.56±2.85，p= 0.1)。

大多数OSA患者未使用CPAP(7[54])，只有6例患者使用CPAP(6例[46%])。研究结果显示，步行在代谢消耗方面没有显著差异(p= .45)和峰值耗氧量(p= .8) CPAP用户与非CPAP用户之间的差异。

采用多元回归模型调整混杂因素(包括年龄、体重和BMI)，评估步行能量消耗、10MWT速度、距离和VO之间的关系_2峰，以及AHI严重程度。研究结果显示AHI显著预测步行的能量消耗(F= 27.6,p< 0.001,R²= 0.87)， AHI解释了在10MWT中行走能量消耗的87%的方差。VO之间缺乏显著相关性_2峰和AHI严重程度(P= 0.4)。AHI与步行速度、距离和VO之间的显著相关性₂在厌氧阈值(p< 0.001)见表4．

这项研究的一个主要发现是，与非阻塞性睡眠呼吸暂停患者相比，阻塞性睡眠呼吸暂停患者的行走能力和有氧行走能力受损。我们的研究结果表明，与对照组相比，OSA组行走的代谢成本较高，其最大耗氧量较对照组降低。AHI所反映的OSA严重程度与at时的耗氧量有关，而at是有氧运动表现的可靠预测指标。OSA严重程度(AHI)与步行能量消耗水平、步行距离和净VO之间存在显著相关性₂在次极限跑步机测试中。总的来说，这些发现表明，患有更严重的阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的人在完成日常生活活动时更有可能消耗更多的能量，这可能会增加疲劳的感觉。在本研究中，OSA和非OSA患者的通气效率(VE/VO)没有显著差异₂和VE /公司₂斜率)和峰值和次极大氧脉冲(VO₂/HR被用作呼吸和心脏性能的代理)表明，心肺反应对运动的作用并不是参与者步行性能的限制因素。

现有的文献评估心肺反应的阻塞性睡眠呼吸暂停患者使用马达驱动的跑步机报告矛盾的结果。在几项研究中，健康成年人和OSA患者的最大运动能力没有差异(Mortari et al。2014；Flore等人。2006)．这一矛盾的发现可能归因于研究参与者的选择标准(新诊断为OSA)、合并症的存在以及不同程度的OSA严重程度可能限制了结果的泛化性(Flore等)。2006)．与我们的发现一致，其他调查OSA患者对运动测试反应的研究显示运动能力下降(Lin et al。2006；纳纳斯等人。2010；Ucok等人。2009；Vanhecke等人。2008；Vanuxem等人。1997)．正如预期的那样，本研究中报道的耗氧量峰值值在先前报道的OSA人群的参考范围内(29.6±6 mL/kg/min) (Mortari等。2014)．系统评价显示VO减少_2峰非肥胖患者(体重指数< 30 kg/m²)，与我们的参与者组相似(Berger et al.;2019；门德尔松等人。2018)．

在许多病因中，阻塞性睡眠呼吸暂停患者的功能性有氧能力可能会降低，并影响行走时的能量消耗。众所周知，睡眠碎片化和白天嗜睡会影响有氧能力，这可能部分导致OSA患者运动耐受性下降和步行能量消耗增加(Hong和Dimsdale)2003；马丁1981；Mougin等人。1991)．由于方法上的限制，一个潜在的生理机制是最大乳酸浓度降低和乳酸消除延迟。此前有报道称，与年龄匹配的对照组相比，这可能表明糖酵解和氧化代谢受损(Vanuxem等)。1997)．以往的研究结果可能解释了OSA患者功能性有氧能力受损的报道。

本研究中运动不耐受的发现表明，OSA患者步行的高能量消耗以及速度和距离的降低可能导致白天过度嗜睡。许多观察性研究显示睡眠剥夺影响下OSA患者的运动表现下降(Aguillard et al.)。1998；马丁1981；Van Helder和Radomski1989)．健康男性在白天极度嗜睡已被证明会降低对任务的耐受性，并在运动测试中增加感知运动的评级(Temesi等。2013)．因此，我们不能排除睡眠剥夺对我们研究中OSA参与者的表现产生影响的可能性。必须考虑的几个因素包括阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)患者运动后乳酸清除延迟和儿茶酚胺浓度增加。据报道，与年龄和体重匹配的对照组相比，在OSA患者中，乳酸阈值在较低的工作量水平下达到，乳酸异常积聚与运动能力直接相关(Bonanni et al.)。2004)．这些发现至少可以部分解释为，肌肉的氧化能力较低，促进了OSA患者对无氧代谢的依赖。虽然局部肌肉代谢损伤尚不清楚，但它可能支持代谢性酸中毒的早期发作和随后感知疲劳的增加(Keyser2010)．Vanuxem等(1997)报告乳酸消除速度缓慢，这可能表明氧化代谢的主要缺陷继发于夜间低氧血症的重复事件。不幸的是，乳酸浓度在我们的研究中没有评估，需要进一步评估。此外，低氧血症和复氧的重复循环诱导自主系统不稳定，通过改变肌肉生物能量反应降低有氧性能(Bonanni等)。2004；Vanuxem等人。1997)．一些研究表明，骨骼肌纤维和活性肌肉的生物能量系统的结构变化与慢性缺氧条件下观察到的调节平行(Beitler等。2014；Sauleda等人。2003)．骨骼肌异常，如骨骼肌纤维的结构和生物能量变化(Sauleda等。2003)，在先前的肌肉活检研究中在OSA患者中发现，这可能导致他们的最大运动能力较低。低净VO₂在次最大强度运动中，部分原因可能是发生在较低肌肉收缩水平的糖原分解纤维的补充(Chwalbinska-Moneta等人)。1989)．这些患者抗疲劳能力的降低可能与行走能量消耗的增加和工作量的减少有关，即使在控制了混杂因素(如分析中的体重、BMI和速度)后也是如此。

在这项研究中，必须强调的是，两组之间身体成分的差异可能是行走表现和有氧能力方面一些无法解释的差异的合理解释。更广泛文献中的研究已经调查了步态特征的生物力学改变与体重分布变化之间的关系(Ko等。2010；Maciejczyk等人。2014)．超重或肥胖者的步行可能受到身体成分的影响。已有研究表明，体重超标的肥胖者步幅较短，步态速度较慢，有氧能力受损(Pataky et al.)。2014)．本研究进一步分析了高BMI的OSA患者(n= 8)和体重正常的OSA患者。结果显示两者并无显著差异(p> 0.05)在步行能量消耗、10MWT速度、距离和VO方面_2峰。

先前关于OSA严重程度与身体表现之间关系的研究结果与我们的结果基本一致。在比林斯等人的一项研究中。2016)，低水平的娱乐活动(如步行)与更严重的睡眠呼吸暂停相关，使用呼吸暂停-低呼吸指数来定义，尤其是在男性和肥胖个体中。我们的研究结果表明，OSA的严重程度可能在一定程度上导致行走能量消耗的增加和VO的降低₂与年龄、体重和BMI无关。Mansukhani等人的一项研究也支持这一观点。2013)，该研究为睡眠相关呼吸的严重程度与FAC有关提供了有力证据。

我们的研究有一些局限性。首先，我们研究的横断面设计不允许我们建立因果关系。其次，OSA组的一些参与者使用了CPAP，这可能会混淆我们的结果。然而，关于长期使用CPAP对运动能力的影响，有相互矛盾的证据。此前有报道称，夜间使用CPAP可改善肥胖OSA患者的运动耐受性和呼吸困难(Pendharkar等。2011)．相反，其他研究报告了相互矛盾的发现，CPAP治疗没有改变峰值耗氧量(VO)_2峰)．在某种程度上，我们的发现可能受到20%使用CPAP的患者的影响。尽管如此，阻塞性睡眠呼吸暂停患者和非阻塞性睡眠呼吸暂停患者在行走速度和机械效率方面存在显著差异。然而，未来的研究应考虑CPAP的影响。本研究的另一个局限性是OSA患者的体重，因为我们的研究结果可能在一定程度上受到OSA患者体重的影响，这可能会影响我们样本的步态特征。然而，在本研究中，瘦人与肥胖OSA患者在步行能量消耗、10MWT速度、距离和VO方面的差异未见显著性差异_2峰，这可能会排除体重对感兴趣结果的潜在影响。此外，在本研究中，我们在统计分析中使用体重和BMI作为混杂因素来解释内脏肥胖和脂肪分布，但可能存在与肥胖相关的未知混杂因素，我们没有加以控制。此外，其中2例OSA和轻度AHI患者在5年内进行了睡眠呼吸暂停PSG检查，并在3-6个月内进行了检测。时间效应可引起呼吸暂停低通气指数(AHI)的变化。尽管如此，读者在理解研究结果时应该牢记这一局限性。最后，本研究的参与者数量少，且局限于一个研究中心，这可能会干扰研究结果，并使其难以推断数据。

本研究的主要发现是，与非阻塞性睡眠呼吸暂停患者相比，阻塞性睡眠呼吸暂停患者行走时的能量消耗增加，行走时的功能性有氧能力降低。OSA患者往往表现出较低的机械效率，这可以从他们较低的净VO中得到证明₂在无氧阈值。在10MWT期间，OSA参与者的步行表现(以速度和行走距离表示)较低，而步行的能量消耗较高。这表明阻塞性睡眠呼吸暂停患者倾向于消耗更多的精力来完成日常生活活动，这可能会降低他们的身体活动水平，增加他们的疲劳感。阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)患者行走经济功能受损可能对身体功能状态和心血管健康造成损害。对OSA患者的运动经济和FAC反应的研究在生理学上与理解睡眠中缺氧-再氧反应发生的适应性变化有关。未来的研究需要阐明步行经济对各种针对性干预的反应机制。此外，使用肌肉活检或红外光谱(NIRS)的调查方法可以在这种情况下深刻地描述肌肉氧化能力和骨骼肌的功能方面，并阐明OSA患者运动耐受性受损的情况。

在当前研究中分析的识别数据集可根据合理要求从通讯作者处获得。

你好:

低通气指数

:

厌氧测试

体重指数:

身体质量指数

CPAP:

持续气道正压

轨:

恒定工作速率

心电图:

心电图

前沿空中管制官:

功能性有氧能力

ICPET:

综合心肺运动试验

阻塞性睡眠呼吸暂停综合症:

阻塞性睡眠呼吸暂停

10次参与者:

10分钟步行试验

PSG:

多导睡眠描记术

签证官₂马克斯:

最大摄氧量

特别感谢Nourah Bint Abdulrahman公主大学的科学研究院长通过沙特阿拉伯利雅得的快速研究资助计划资助该项目。

本研究由诺赫·宾特·阿卜杜勒拉赫曼公主大学科学研究院长通过快速研究资助计划资助。

作者及隶属关系

1. 沙特阿拉伯王国利雅得Nourah bint Abdulrahman公主大学健康与康复科学学院康复科学系

   Monira Aldhahi

2. 美国底特律韦恩州立大学医学院生理学系

   重宫殿

3. 美国华盛顿乔治华盛顿大学肺、重症监护和睡眠医学部

   Vivek耆那教徒的

4. 美国林奇堡大学健康科学学院运动生理学系

   杰弗里·e·赫里克

贡献

所有作者都对这篇手稿做出了很大贡献。MA, SP和JH对研究的概念和设计做出了贡献(MA, SP, JH)。对MA和SP进行实验，获取数据，进行招募。构思分析数据(MA)稿件起草(MA, SP, JH, VJ)所有作者都参与了手稿的准备工作，并对重要的知识内容进行了审查。作者阅读并批准最终的手稿。

相应的作者

对应到杰弗里·e·赫里克．

伦理批准并同意参与

本研究中涉及人类参与者的所有程序和研究方案均在开始前根据乔治梅森大学机构审查委员会的道德标准获得批准。研究入组前，每位参与者均获得知情同意。根据《赫尔辛基宣言》(世界医学大会)，获得每位参与者的书面知情同意是参加研究的条件之一2014)．

发表同意书

不适用。

相互竞争的利益

作者宣称他们之间没有利益冲突。

出版商的注意

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