运动后肌肉代谢反射激活起始时健康年轻人和老年人心脏节律的自主神经控制

《Physiological Reports》：Autonomic control of cardiac rhythm at the onset of muscle metaboreflex activation following exercise in healthy young and old adults

　　

交感神经系统（SNS）和副交感神经系统（PNS）对肌肉代谢反射激活（MMA）期间心脏节律的控制是运动生理反应的重要组成部分，但人们对其了解甚少。因此，研究人员在健康年轻人和老年人中检查了运动后MMA起始时SNS和PNS对心脏节律的控制。14名年轻人（26±2岁）和10名老年人（62±3岁）进行了90秒单腿等长小腿运动，强度为70%最大自主收缩（MVC），并进行了0% MVC对照试验，在运动结束前5秒开始单侧循环闭塞（CO）并持续至运动后30秒，以分离MMA。在30秒基线期和运动后MMA（70% MVC）或继续休息（0% MVC）的前30秒内，分析了绝对和归一化低频（aLF、nLF）和高频（aHF、nHF）频带以及LF/HF。在年轻人中观察到LF/HF的时间-试验交互作用（p=0.043），即在70% MVC试验中，MMA的前0-10秒内LF/HF高于10-30秒。在老年人中未观察到这种交互作用（p=0.490）。这些结果表明，健康年轻人在运动后MMA起始时表现出副交感神经对心脏节律控制的恢复，而健康老年人则缺乏这种恢复。

**研究背景与问题**
运动时，自主神经系统（autonomic nervous system, ANS）通过中枢命令（central command）和运动加压反射（exercise pressor reflex）的协同作用，快速调节心血管功能以满足骨骼肌代谢需求。运动停止后，中枢命令和肌机械反射（muscle mechanoreflex）输入消失，但肌肉代谢反射（muscle metaboreflex activation, MMA）仍可因代谢产物蓄积而持续激活，导致交感神经活动（sympathetic nervous system, SNS）维持升高，同时副交感神经活动（parasympathetic nervous system, PNS）增强以尝试恢复心率（heart rate, HR）和血压（blood pressure, BP）。然而，运动后MMA起始时心脏节律的自主神经控制机制，尤其是SNS和PNS的瞬时贡献，尚不明确。此外，衰老伴随SNS活动增强和PNS活动降低，增加心血管疾病风险，因此探究不同年龄人群在运动后MMA起始时的自主神经反应具有重要意义。研究人员假设健康年轻人在运动后MMA起始时会出现PNS活动恢复，而健康老年人的恢复程度较低。

**研究内容与结论**
本研究利用连续小波变换（continuous wavelet transform, CWT）心率变异性（heart rate variability, HRV）分析，在14名年轻人（26±2岁，6男8女）和10名老年人（62±3岁，6男4女）中，评估运动后MMA起始时的心脏自主神经控制。参与者进行90秒单腿等长小腿运动（70%最大自主收缩，maximal voluntary contraction, MVC）或继续休息（0% MVC对照），并在运动结束前5秒开始单侧大腿循环闭塞（circulatory occlusion, CO）并持续30秒以分离MMA。通过分析30秒基线期和MMA起始30秒内的HRV参数（绝对低频功率aLF、绝对高频功率aHF、归一化低频功率nLF、归一化高频功率nHF及LF/HF比值），发现年轻人表现出PNS对心脏节律控制的恢复，而老年人缺乏这种恢复。该研究发表于《Physiological Reports》，揭示了年龄相关的自主神经调节差异，为理解衰老对心血管风险的影响提供了新视角。

**关键技术方法**
研究人员采用连续小波变换（CWT）对心电图记录的R-R间期（RRI）数据进行时频域HRV分析，提取低频（LF: 0.04–0.15 Hz）和高频（HF: 0.15–0.4 Hz）频带的瞬时功率，包括绝对功率（aLF, aHF）和归一化功率（nLF, nHF）及LF/HF比值。实验在宾夕法尼亚州立大学米尔顿·S·赫希医学中心临床研究中心进行，样本来自14名年轻健康成年人（26±2岁，6男8女）和10名老年健康成年人（62±3岁，6男4女）。数据经去伪迹和去趋势预处理后，通过小波系数积分获得瞬时功率，并插值至4 Hz（每0.25秒一个数据点）。统计分析采用重复测量方差分析（ANOVA），事后检验使用配对t检验及Holm-Bonferroni校正。

**研究结果**
**3.1 年轻人**
**3.1.1 HR、RRI与MAP**：在70% MVC试验中，MMA起始时HR显著升高（0-10秒最高，随后渐进下降），RRI显著降低，并随时间恢复至基线水平；平均动脉压（MAP）在70% MVC试验中高于0% MVC对照，证实了运动后肌肉代谢反射激活。
**3.1.2 HRV**：aHF在MMA起始时（0-5秒）显著低于基线，随后恢复；aLF无显著变化；LF/HF在0-10秒显著升高，随后恢复至基线；nHF在0-5秒降低后恢复，nLF则相反。这些结果表明年轻人PNS活动在MMA起始时先被抑制，随后快速恢复，而SNS活动无明显变化，PNS在心脏节律控制中占主导地位。
**3.2 老年人**
**3.2.1 HR、RRI与MAP**：HR升高幅度较小（约8 b·min^-1，相比年轻人约16 b·min^-1），RRI降低幅度也较小，二者在20-30秒内即恢复至基线；MAP在70% MVC试验中持续高于基线，证实MMA激活。
**3.2.2 HRV**：aHF在MMA起始时无显著变化，aLF在30秒内出现微小但非运动特异性增加；LF/HF无显著时间×试验交互作用；nHF在0-5秒降低，nLF升高，但该变化在两种试验中均出现，提示与运动无关。这些结果表明老年人缺乏PNS恢复，LF/HF和aHF保持稳定，与年轻人形成对比。
**3.3 按性别分列的数据**：图形展示显示年轻和老年男女性别间可能存在差异，但未进行正式统计分析。

**讨论与结论**
讨论指出，年轻人中PNS的恢复源于运动停止后中枢命令和肌机械反射的解除，使心迷走神经流出（cardiac vagal outflow）增加，从而主导心脏节律控制。老年人中PNS恢复的缺失与年龄相关的整体PNS活动降低及心M₂毒蕈碱受体密度和功能下降有关，导致运动后心迷走神经反应性减弱。结论部分翻译如下：本研究结果表明，健康年轻人在运动后MMA起始时表现出副交感神经对心脏节律控制的恢复，这些结果强调了副交感神经活动变化在MMA起始时对心脏控制的主导作用。相反，健康老年人中缺乏这种副交感神经控制的恢复。除了已知的随年龄增长的副交感神经活动降低外，衰老似乎减弱了运动后的心迷走神经反应性。未来需要更详细地研究这些自主神经变化的机制。