基于运动负荷试验阈值指导的社区轻度创伤性脑损伤患者监督式虚拟有氧运动可行性研究

《Restorative Neurology and Neuroscience》：Feasibility of a Modified Exertional Bike Test to Threshold Supervised Virtual Aerobic Exercise in Community-Dwelling Individuals with Mild Traumatic Brain Injury

　　

轻度创伤性脑损伤（mTBI）常引发一系列症状，使患者难以安全参与有氧运动。尽管运动负荷评估已被用于评价运动耐受性，但关于利用测试衍生指标指导社区成年患者有氧运动干预强度的可行性数据尚未见报道。本研究为一项更大规模先导随机对照试验的二次分析，旨在探讨改良运动负荷自行车测试（MEBT）能否有效个体化指导监督式虚拟有氧运动，且不加重mTBI患者的症状。纳入过去12个月内确诊为mTBI的18–55岁成人，完成MEBT后被随机分配至12周监督式虚拟有氧运动干预组或主动平衡对照组。有氧组以MEBT所得症状阈值或力竭时心率的65–80%进行运动。采用描述性疗程结局、Spearman相关及Fisher's z检验评估：（1）症状阈值心率干预指标的可行性；（2）心率–症状关系随时间的变化；（3）mTBI相关混杂因素对心率–症状关联的影响。参与者完成了95.6%的有氧运动疗程，症状加重（增加≥3个单位）仅见于3.8%的疗程。12名参与者中有10名随时间呈现降低或负向的心率–症状严重度关联。此外，Fisher's z检验显示混杂变量未显著改变心率–症状关联。亚症状阈值运动可限制症状加重、解耦心率–症状关系，并随时间改善运动耐受性。上述发现凸显了mTBI后症状引导的虚拟有氧运动的可行性，并支持推进更大规模的疗效试验。

一、研究背景与问题提出

轻度创伤性脑损伤（mTBI）是美国急诊就诊中日益常见的疾病类型，1997年至2019年间就诊率增长了三倍。mTBI不仅是急性事件，还可能演变为慢性疾病状态，与一系列不良健康结局、情绪障碍、行为异常及认知功能损害相关，并与多种神经退行性疾病存在病理关联。既往mTBI管理建议强调急性期症状消退前的充分休息，但越来越多的证据表明，过度或长期休息可能不利于康复。相反，伤后早期适度参与体育运动可能对mTBI患者有益。

有氧运动作为一种非药物、经济有效的干预手段，已被证实可改善认知表现、情绪及神经元功能，并促进神经可塑性。临床前研究亦提示伤前体力活动水平可能调节脑损伤后的症状表现并提供神经保护。然而，过早或过强地引入有氧运动可能加重症状并恶化预后。mTBI后继发的自主神经功能障碍，如心率变异性异常和收缩功能受损，使得运动强度的安全把控成为关键问题。

目前，布法罗脑震荡跑步机测试（BCTT）及其自行车测力计变体已被验证可用于运动员脑震荡后的运动耐受性评估，但运动负荷测试衍生的指标能否有效指导社区非运动员mTBI人群的长期有氧运动干预强度，尚缺乏直接证据。此外，传统面对面运动干预要求患者出行，可能因海拔变化、陌生环境感知负荷等因素加重症状，构成mTBI患者参与运动康复的额外障碍。因此，亟需一种安全、可耐受且可远程监督的有氧运动干预模式，并验证以运动负荷测试指标进行个体化强度设定的可行性。

二、研究设计与主要方法

本研究为一项更大规模先导随机对照试验（ClinicalTrials.gov: NCT06494592）的二次分析。研究对象为2023年1月至2025年6月间从美国大波士顿地区招募的社区mTBI成人患者。纳入标准为过去12个月内经医生诊断的mTBI、年龄18–55岁、经体力活动准备问卷（PAR-Q）筛查适合运动。排除标准包括中重度TBI、意识丧失超过30分钟、心脏功能障碍、神经疾病等。最终24名参与者（16名女性，平均年龄30.04±10.75岁）纳入分析，随机分配至有氧运动组（n=12）或主动平衡对照组（n=12）。

研究采用改良运动负荷自行车测试（MEBT），该测试包含三部分：热身阶段、六分钟Astrand-Rhyming自行车测试（用于估算次极量VO₂max）及症状阈值阶段（逐渐增加负荷直至症状阈值，即症状严重度较基线增加3个单位，或达到主观疲劳量表（Borg RPE）18分的力竭状态）。测试记录心率（HR）、RPE及症状严重度，并以症状阈值或力竭时的心率作为后续运动干预的强度依据。

有氧运动组接受每周三次、每次30分钟的监督式虚拟有氧运动干预，持续12周，运动强度设定为MEBT所得症状阈值心率的65–80%。运动内容为地板式有氧操，由两名训练有素的研究人员通过符合HIPAA标准的Zoom会议远程监督。若运动中出现症状加重（≥3个单位），则降低强度至阈值心率的60%或40%。平衡对照组接受同等时长的非有氧平衡训练。

统计分析采用RStudio完成，使用描述性统计、Spearman相关系数评估个体心率–症状关联，采用Fisher's r-to-z转换比较组间及亚组间相关性差异，并以Zou置信区间辅助推断。

三、研究结果

（一）参与者基线特征

24名参与者中，有氧组平均年龄28.2±8.67岁，平衡组31.9±12.6岁。有氧组女性占91.7%，平衡组女性占41.7%。两组在种族、教育年限、伤前体力活动水平（IPAQ）等方面无显著差异。有氧组平均伤后时间为133±129天，平衡组为69±60.4天。有氧组干预出勤率为96%，平衡组为92.5%。

（二）基线症状评分

所有参与者在MEBT前均报告了至少一种脑震荡样症状。最常见的五种症状为疲劳、脑雾、头痛、记忆困难和光敏感，约半数参与者将症状严重度评为2–3级（轻至中度）。组间比较显示，有氧组的光敏感和脑雾严重度显著高于平衡组。

（三）MEBT期间心率与症状变化

MEBT期间未报告不良事件。参与者平均运动10.16±2.76分钟，全部完成第一阶段测试。24名参与者中，2名（8.33%）在第一阶段结束时因达到症状阈值而终止测试，7名（29.16%）在第二阶段达到症状阈值，15名（62.5%）因力竭或达到估算最大心率而结束测试。平均最大心率为162.47±18.61次/分，平均最大RPE为16.16±1.80。达到症状阈值的9名参与者中有6名被随机分配至有氧组。

（四）次极量VO₂max估算

有氧组平均估算相对VO₂max为38.64±10.85 mL/kg/min，平衡组为37.08±6.84 mL/kg/min，两组间无显著差异。多数参与者处于健康成人正常范围。

（五）MEBT个体化症状阈值有氧运动疗程

12周干预期间，有氧组完成了432次疗程中的413次（95.6%），其中16次（3.8%）报告了症状加重（≥3个单位），涉及头痛、颈痛、头晕/呕吐和疲劳等症状。5名参与者平均至少75%的运动时间维持在阈值心率的65–80%区间内，7名参与者平均约50%时间高于该区间。平衡组完成了399次疗程（92.3%），全程无参与者报告症状加重。

（六）12周平均心率–症状严重度关联

有氧组中，9/12名参与者的个体Spearman相关系数呈正相关，即心率升高伴随症状严重度增加；其余3名呈无相关或负相关。平衡组中，7/12名参与者呈负相关、无相关或无法计算（症状无变异），5名呈正相关，提示平衡组的心率–症状关系无明确方向性模式。

（七）心率–症状关联的逐月变化

有氧组中，2名参与者在第1至第2月相关性减弱、第3月复又增强，其变化主要由头痛驱动。其余10名参与者的相关性强度随时间递减，部分转为负相关或无法计算。有氧组的心率–症状关联逐渐向平衡组趋近，表现为Fisher's z值逐月下降及无法计算比例增加，提示两组间心率–症状耦合差异随时间缩小。

（八）混杂因素对心率–症状关系的修饰

Fisher's z检验显示，基线心肺适能、年龄及伤后时间均未显著改变有氧组内亚组间的心率–症状严重度关联，提示已知的mTBI恢复混杂因素未对心率–症状关系产生有意义的修饰作用。

四、讨论与结论

本研究表明，MEBT能够安全有效地识别个体化心率阈值，用于指导mTBI患者的监督式虚拟有氧运动干预。尽管部分参与者运动强度超出预设的65–80%阈值心率区间，但保守的80%上限有效限制了症状加重，症状恶化仅见于3.8%的疗程。心率与症状在干预早期呈现耦合关系，但随着持续运动暴露，多数参与者的心率–症状关联逐渐减弱甚至解耦，提示运动耐受性改善。

研究人员提出，mTBI患者可能因动脉CO₂敏感性下降而导致运动时脑血流调节异常，进而引发心率升高与症状加重。持续有氧运动可能通过改善脑血管调节和自主神经功能，促进副交感–交感平衡恢复，从而降低运动诱发症状的风险。尽管心率作为运动强度生物标志物具有一定价值，但mTBI后自主神经与代谢过程的解耦现象提示，单一心率指标可能不足以精确反映运动耐受性，未来研究应考虑整合其他生理标志物。

研究结论指出，基于MEBT症状阈值心率的个体化亚症状阈值有氧运动干预，在社区mTBI人群中具有可行性和安全性。持续运动暴露可促进心率–症状关系的解耦，改善运动耐受性并稳定症状，支持将症状阈值运动作为可扩展的康复策略，并值得在更大样本中进一步验证。