心率变异性(heart rate variability,HRV)是植物神经系统的交感神经和副交感神经调控心脏窦房结的自主节律活动,体现为心脏每次跳动间期会有几十毫秒的差异。心率变异性(HRV)能有效反映心脏跳动周期的差异性变化,是自主神经系统变化的敏感指标[1],常用于对心脏交感神经与副交感神经的张力以及平衡性的评估[2],也是评价自主神经功能最常用的无创检查方法之一。针对HRV的分析方法主要有两个方面:时域分析和频域分析。时域分析用于反映窦性心搏间R波距离(RR间期)的变异性,常用指标包括:平均正常RR间期标准差(SDNN,反映心脏的整体变异性)、正常R-R间期均值标准差(SDANN,反映交感神经的张力),以及主要反映心脏迷走神经活性的全程相邻RR间期之差的平均方根(RMSSD)、相邻RR间期差值大于50 ms的数量(NN50)、NN50在总心搏数中所占的百分比(pNN50)。既往研究表明HRV的下降与心脑血管疾病、糖尿病、呼吸系统疾病、癫痫等疾病的预后不良相关[3]。在精神疾病中,HRV被认为是一种有效的临床生物学标记物,代表副交感神经抑制和交感神经激活的联合作用,能够反映机体对内外环境的适应性反应[4]。
抑郁症是一种精神障碍,其临床特征有显著而持久的心境低落、兴趣减退和快感缺失等,具有高患病率、高复发率、高自杀率及高致残率的特征[5]。世界卫生组织全球疾病负担研究显示,在非感染性疾病所致失能的疾病中,抑郁障碍高居首位[6]。最新的中国精神障碍流行病学调查发现抑郁障碍终生患病率高达6.8%[7]。当前有效治疗抑郁症的方法主要有药物治疗、心理治疗以及运动治疗等。20世纪初有研究者开始关注运动与情绪的关系,结果发现运动可以改善人的心情,对治疗抑郁症可能存在益处[8]。此后,陆续开展的相关研究都表明运动可以改善抑郁症患者的负面情绪,促进其功能恢复,减轻患者的病耻感[9-10]。Cooney等[11]对运动治疗、药物治疗、心理治疗抑郁症患者进行了全面的比较,研究发现运动治疗与药物治疗、心理治疗作用相当。
虽然运动对抑郁症有一定治疗作用,但目前对于运动改善抑郁症状的机制仍不清晰,因此通过运动治疗抑郁症仍处在探索阶段。但抑郁症常常伴随自主神经系统的紊乱,而HRV是衡量自主神经系统活动的重要指标。既往研究发现:抑郁症患者HRV明显降低,且伴有焦虑特征的抑郁症患者HRV降低更明显[12⇓-14]。Meta分析的结果显示:抑郁症严重程度与HRV存在明显负相关[12],抑郁症状越严重的患者HRV指标越低;处于缓解期的抑郁症患者若HRV降低可能是再次发作的危险因素,因此评估和监测HRV对于抑郁症具有一定的预防作用[15]。此外,治疗前HRV指标可以作为评估甚至预测抗抑郁治疗效果的生物学标记物[16-17]。HRV指标可作为抑郁症潜在的生物学标记物,可能参与抑郁症的发生及病情演变。经常参加体育运动的个体与缺乏运动者相比HRV升高,具有较高的交感及副交感神经调节能力[18-19]。在适度的、有规律的运动下,心脏自主神经系统的整合功能和副交感神经的调控能力得以提高,交感-副交感平衡呈现副交感优势,从而升高了HRV指标[20-21]。运动可以提高副交感的调控能力,进而提高HRV指标。因此,运动极有可能是改善抑郁症患者HRV指标的重要途径。
2016年国家卫生健康委员会、教育部等部门联合印发《关于加强心理健康服务的指导意见》,强调“高校要积极开展心理健康教育活动,对于抑郁问题要早期发现,早期干预”。2021年9月国家卫健委将抑郁症筛查作为学生健康体检内容之一,要求建立学生心理健康档案,加强对抑郁症、焦虑症等常见精神障碍和心理行为问题的干预。新入学的年龄为17~19岁的大学生刚处于中学进入大学的适应阶段,在心理发育上由不成熟逐渐发展到成熟,面对崭新的学习和生活环境,相较于高年级学生来说更容易出现心理问题。近期的调查研究发现,新入学的年龄为17~19岁的大学生中抑郁症的发病率已高达31.2%[22]。面对如此庞大的大学生抑郁症群体,采用个别心理咨询虽然能解决个体问题,但是由于抑郁症群体同高校心理老师在数量上的极度不平衡,单个心理咨询无法提高学生的受益面。17~19岁青少年群体生活场所较为固定,考虑到运动极有可能是改善抑郁症患者HRV指标的重要途径,且大学校园配有良好的运动场地和器材,对于17~19岁青少年的抑郁问题,更适合采用运动治疗的方法。
为探讨HRV在有氧运动治疗青少年抑郁症的作用,本研究筛查2022年新入学的南京某高校新入学的大学生,以60例年龄为17~19岁患有轻、中度抑郁症的学生为研究对象,采取有氧运动进行干预,观察HRV在运动治疗抑郁症中的动态变化,分析运动改善青少年抑郁症的生物学机制,并给出相应的治疗建议。
1 资料与方法
1.1 研究对象
对2022年新入学的南京某高校17~19岁青少年进行抑郁筛查,选取60例轻、中度抑郁症学生作为研究对象,研究目的和方法均告知所有研究对象,征得本人知情同意后签署书面知情同意书。本研究通过南京大学医学院附属鼓楼医院医学伦理委员会伦理审查,伦理编号2022-303-02。入组患者随机分为两组,其中,对照组30例,因研究过程中抑郁症状加重接受药物治疗2例,剔除本研究,完成本研究共28例,其中男13例,女15例,病程(3.50±2.86)月;研究组30例,因不能完成有氧训练中途脱落5例,剔除本研究,完成本研究共25例,其中男9例,女16例,病程(3.04±2.12)月。两组学生的性别及病程差异无统计学意义(P>0.05)。
1.2 入组标准、排除标准及剔除标准
入组标准:(1)符合美国精神疾病诊断与统计手册(DSM-5)抑郁症诊断标准;(2)HAMD-17抑郁量表总分v满足:7≤v<24;(3)经知情同意自愿参加本研究。
排除标准:(1)严重的躯体疾病如心、肝、肾、脑功能损害,内分泌等疾病者;(2)脑器质性精神障碍者;(3)精神分裂症、双相障碍、急性应激障碍等其他精神障碍病史;(4)目前正在接受药物、心理等治疗。
剔除标准:(1)受试者不愿继续参与研究,要求退出;(2)受试者出现新的精神症状,如出现躁狂、幻觉妄想等,经评估不适用轻中度抑郁诊断;(3)研究过程中需用其他可能影响轻中度抑郁症临床疗效的治疗方法(心理治疗、重复经颅磁治疗、电休克治疗、药物治疗等)。
1.3 干预方法
研究组给予12周的有氧运动干预,在学校体育部老师指导及监督下以集体运动的方式进行。在治疗开始前,对研究组的抑郁症学生进行有氧运动指导,让每位受试者充分理解有氧运动流程并能正确完成训练任务。
每周进行3次的有氧运动训练,分别在周一、周三、周五的下午进行,训练计划见表1。佩戴运动手环监测心率,本研究全程进行心率采集,研究结束后录入电脑进行回放、分析。每周运动安排采取循序渐进的原则,每次运动首先进行10 min准备活动,以动态拉伸为主,拉伸小腿、大腿前群、大腿后群、臀部、腰背、肩部及颈部肌肉和韧带,并充分活动各个关节,防止在运动中受伤。周一的训练计划:准备活动结束后交替进行慢跑、健步走,慢跑3 min后健步走2 min,持续6个循环,心率维持在120~160次/min。周三的训练计划:准备活动结束后进行跳绳,跳绳3 min后休息1 min为1个循环,持续5个循环。随着受试者有氧能力的提高,可通过逐渐缩短休息时间或延长跳绳时间来增加训练量。周五的训练计划:2 000 m变速跑,加速跑50 m后慢跑50 m,依次交替进行,心率维持在120~160次/min。每次运动训练结束后都要进行10 min以上的静态拉伸放松,深度放松参与运动的肌群,减轻运动后的肌肉反应,避免积劳成疾。在12周的有氧运动训练中,本研究也会根据研究组抑郁症学生的个人身体运动适应状况适时调整训练计划,保证有氧运动能正常进行。
表1 每周训练计划Tab.1 Training plan in a week |
| 训练计划 | 周一 | 周三 | 周五 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 准备活动 | 动态拉伸小腿、大腿前群、大腿后群、臀部、腰背、肩部及颈部肌肉和韧带,充分活动各个关节,10 min | ||||||
| 主体训练内容 | 慢跑3 min后健步走2 min为 1个循环,持续6个循环 | 跳绳3 min后休息1 min为 1个循环,持续5个循环 | 2 000 m变速跑,加速跑50 m后慢跑50 m,依次交替进行 | ||||
| 放松内容 | 静态拉伸放松小腿、大腿前群、大腿后群、臀部、腰背、肩部及颈部的肌肉和韧带,10 min | ||||||
本研究要求研究组的抑郁症学生在12周的有氧运动干预过程中除了参加集体的有氧运动训练外,不进行其他的体育锻炼,防止其他因素影响实验结果。而对照组的抑郁症学生在入组后的12周内不接受任何治疗,只做自我调整。本研究在12周的有氧运动期间通过运动手环监测受试者心率,研究组有氧运动期间心率维持在120~160次/min,非有氧运动期间不进行其他大强度或者体力活动,非干预期间心率维持在54~115次/min;对照组在入组后的12周内不进行其他大强度或者体力活动,心率维持在58~118次/min。
1.4 评估方法
采用HAMD-17评估所有受试者基线(治疗前)及入组12周后抑郁严重程度:HAMD-17总分大于等于24分为严重抑郁,总分大于等于7分且小于24分为轻、中度抑郁,总分小于7分则无抑郁症状。用减分率来评估患者的治疗效果。减分值=治疗前分值-治疗后分值;减分率=减分值/治疗前分值×100%,其中HAMD减分率大于等于50%评为有效[23]。HAMD-17量表小于7分评为临床痊愈。
心率变异性评估:所有受检者均佩戴美国DMS公司生产的Version12.5十二导动态心电图机,治疗前后连续24 h记录动态心电图信息,采集时间结束后录入电脑进行回放。由2名心电图医师采取人机对话的模式,剔除干扰和伪差,通过软件分析计算正常窦性R-R间期的总体标准差(SDNN),正常R-R间期均值标准差(SDANN)以及相邻R-R间期的均方根(RMMSD)。SDNN的标准值是141±39,SDANN的标准值是127±35,RMMSD 的标准值是27±12[24]。SDNN和SDANN值越低,会产生精神萎靡、食欲下降、肌肉紧张、头痛等临床表现,进而有抑郁的病症。
1.5 统计学方法
采用SPSS 20.0软件进行统计分析,计量资料采用平均值±标准差( ±s)表示,采用独立样本t检验、配对样本t检验以及秩和检验;计数资料采用卡方检验,相关分析采用线性相关法(Pearson相关法);采用马氏距离剔除异常值,当观测点的马氏距离等于或大于6时被认为是异常点,相关分析时被剔除[25]。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 研究组与对照组疗效比较
研究组中有效14例,无效11例,有效率达56.0%,痊愈8例,痊愈率达32.0%;对照组中有效5例,无效23例,有效率17.9%,痊愈1例,痊愈率3.6%。2组有效率与痊愈率差异均有显著性(P<0.05),结果提示:研究组痊愈率及有效率均显著高于对照组。具体见表2。
表2 研究组与对照组疗效比较Tab.2 Comparison of efficacy between the study group and the control group |
| 组别 | 有效数/例 | 有效率/% | P值 | 痊愈数/例 | 痊愈率/% | P值 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 研究组(25例) | 14 | 56.0 | 0.004 | 8 | 32.0 | 0.007 |
| 对照组(28例) | 5 | 17.9 | 1 | 3.6 |
2.2 研究组与对照组基线及12周末HAMD-17评分比较
治疗前,研究组与对照组基线HAMD-17评分无显著性差异(P>0.05);研究组与对照组12周末HAMD-17评分均较基线显著降低(P<0.01);研究组12周末HAMD-17评分较对照组显著降低(P<0.001);研究组12周末HAMD-17评分前后减分值较对照组下降更明显(P<0.001)。结果提示:研究组和对照组学生12周后抑郁均较治疗前有所改善,但研究组抑郁改善更明显。具体见表3。
表3 研究组与对照组HAMD-17的比较Tab.3 Comparison of HAMD-17 between the study group and the control group |
| 组别 | 基线 | 12周末 | 减分值 |
|---|---|---|---|
| 研究组(25例) | 18.36±2.50 | 9.04±2.39* # | 9.32±2.84# |
| 对照组(28例) | 19.00±2.67 | 15.82±4.58** # | 3.18±5.81# |
注:*同组干预前后比较;#两组组间比较;*P<0.001;**P<0.01;# P<0.001。 |
2.3 研究组与对照组基线及12周末HRV比较
治疗前,研究组和对照组的SDNN、SDANN及RMSSD值无显著性差异(P>0.05);研究组在12周末SDNN、SDANN及RMSSD值均较基线显著增高,差异有统计学意义(P<0.001),而对照组在12周末SDNN及SDANN值较基线无明显变化(P>0.05);研究组12周末SDNN、SDANN及RMSSD值均较对照组为高,差异有统计学意义(P<0.001)。研究组12周末SDNN、SDANN及RMSSD值前后差值较对照组变化更明显(P<0.001)。结果提示:12周后研究组SDNN、SDANN及RMSSD值较基线均显著提高,而对照组SDNN、SDANN及RMSSD值较基线无变化,表明有氧运动治疗可以显著增加抑郁症学生的HRV。具体见表4、5、6。
表4 研究组与对照组SDNN比较Tab.4 Comparison of the SDNN between study group and control group |
| 组别 | 基线 | 12周末 | 前后差值 |
|---|---|---|---|
| 研究组(25例) | 109.84±20.69 | 130.08±18.83* # | -20.24±13.30# |
| 对照组(28例) | 106.71±23.50 | 110.64±20.58# | -3.92±11.58# |
注:*同组干预前后比较;#两组组间比较;*P<0.001;# P<0.001。 |
表5 研究组与对照组SDANN比较Tab.5 Comparison of the SDANN between study group and control group |
| 组别 | 基线 | 12周末 | 前后差值 |
|---|---|---|---|
| 研究组(25例) | 75.96±14.94 | 97.76±15.14* # | -21.80±12.90# |
| 对照组(28例) | 73.93±16.64 | 78.39±16.05# | -4.46±13.38# |
注:*同组干预前后比较;#两组组间比较;*P<0.001;# P<0.001。 |
表6 研究组与对照组RMSSD比较Tab.6 Comparison of the RMSSD between study group and control group |
| 组别 | 基线 | 12周末 | 前后差值 |
|---|---|---|---|
| 研究组(25例) | 30.36±8.37 | 48.84±9.15* # | -18.48±8.06# |
| 对照组(28例) | 30.96±10.81 | 33.82±8.19# | -2.86±9.08# |
注:*同组干预前后比较;#两组组间比较;*P<0.001;# P<0.001 。 |
2.4 HAMD-17评分与HRV相关分析
基线所有抑郁症学生HAMD-17评分与SDNN分值呈显著负相关,有统计学差异(r=-0.343,P=0.012);基线所有抑郁症学生HAMD-17评分与SDANN分值呈显著负相关,有统计学差异(r=-0.328,P=0.017);基线所有抑郁症学生HAMD-17评分与及RMSSD分值呈显著负相关,有统计学差异(r=-0.401,P=0.003)。抑郁严重程度与SDNN、SDANN及RMSSD值负相关,抑郁程度越重,SDNN、SDANN及RMSSD值越低,具体见图1。
3 分析与讨论
3.1 有氧运动治疗青少年抑郁症的可行性
近年来青少年患抑郁障碍的比例逐年攀升,青少年的心理健康状况已引起社会广泛重视[26-27]。刚入学的大学生面临全新的生活环境,以及教育教学方式的改变等外在因素的影响,因此更容易出现焦虑、抑郁等心理问题[28]。目前,抑郁症的治疗方法主要有药物治疗、心理治疗以及运动治疗等,但抑郁症患者常常因为担心药物副作用而拒绝药物治疗[29],而高校里短缺的心理咨询人才远远不能满足激增的抑郁患者的需要[30-31]。既往研究都表明运动可改善抑郁症患者的负面情绪,促进其功能恢复,减轻患者的病耻感,且运动治疗不会出现明确的副作用[9-10]。为了尽快地帮助轻中度抑郁症青少年恢复健康,有氧运动方法不失为一种较好的治疗手段。在本研究中,研究组30例抑郁症学生中仅有5例不能完成12周的有氧运动干预,治疗脱落率低于既往药物临床研究[32],可见有氧运动治疗更容易被接受,依从性高。此外,接受有氧运动治疗也可以避免药物治疗带来的副作用和费用问题,同时也避免了持续性心理治疗给轻中度抑郁青少年带来的病耻感,在轻中度抑郁症青少年人群中更容易推广。
3.2 有氧运动改善轻中度抑郁症状
本研究发现:研究组及对照组12周末HAMD-17评分均显著低于基线,且12周末研究组HAMD-17评分显著低于对照组,研究组痊愈率及治疗有效率更高。对照组的研究数据结果提示,轻中度抑郁症即使不采用任何的治疗方法,随着时间的推移,抑郁症状也有可能得到改善,这与抑郁症是一种自限性疾病,具有自发缓解的特征有关。12周末研究组HAMD-17前后减分值显著高于对照组,提示有氧运动可以有效改善轻中度抑郁症学生的抑郁症状,这与国内外诸多研究结果一致[9-10]。目前有关有氧运动改善抑郁症状的作用机制存在多种假说,如单胺类假说、内啡肽假说、神经营养因子假说等[33],但运动改善抑郁的机制尚未阐述清楚。其中研究较多的是单胺类假说及内啡肽假说。单胺类假说认为抑郁症患者的神经突触间隙单胺类神经递质不足,导致出现抑郁情绪,而有氧运动可以提高单胺类神经递质,从而改善抑郁情绪[33]。内啡肽假说认为有氧运动可以舒展身体,使得身体的肌肉、韧带放松,同时提高新陈代谢,促进血液循环,增加大脑供血,促进人体内啡肽的释放,增加愉悦感,使得抑郁症患者的心情得到放松[34]。此外,有氧运动时人会分泌多巴胺;可帮助患者改善大脑功能,缓解不良情绪,挖掘自身潜能。本研究中参与有组织的集体有氧运动时,抑郁症学生与他人交流的机会增多,其注意力发生转移,减轻了负性思维,使得不良情绪得到发泄[35],进而减轻抑郁症状。
3.3 有氧运动增加抑郁症学生HRV
抑郁症常伴随自主神经系统的紊乱,而HRV是衡量自主神经系统活动的重要指标。HRV检查是一种无创评估心脏自主神经功能的方法,反映心率的变化情况[17]。监测HRV可以评估心脏交感神经和副交感神经对于心血管活动的影响。既往有多项研究已发现抑郁症患者心脏交感神经活动增强,副交感神经活动减弱,从而导致抑郁症患者HRV降低[12,34-35]。HRV指标可作为评估甚至预测抗抑郁治疗效果的生物学指标,SDNN及SDANN是最常用的HRV时域指标[17]。在本研究中,经过12周有氧运动干预治疗,研究组SDNN、SDANN及RMSSD值较治疗前显著增加,对照组SDNN、SDANN及RMSSD值较治疗前未有明显变化,研究组12周末SDNN、SDANN及RMSSD前后减分值较对照组变化更明显,这一研究结果提示有氧运动治疗可以显著增加抑郁症学生的HRV。既往研究也提示适度的、有规律的运动可以提高健康人群心脏自主神经系统的整合功能,提高副交感神经的调控能力,提高副交感神经的兴奋性,从而升高HRV指标[20-21,36]。也有研究发现运动治疗联合药物治疗较单纯药物治疗对HRV的改善更明显[37]。
下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴功能紊乱和肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)过度激活是抑郁症重要发病机制之一[38]。抑郁症患者HPA轴过度激活促进促肾上腺素皮质激素释放(CRH)增加,进而促进RAAS轴的醛固酮分泌增加,引起交感神经活动增强,导致交感神经和迷走神经的平衡性被打破,产生HRV下降[39]。既往动物研究发现:适宜的运动可以降低心理应激对大鼠下丘脑CRH mRNA表达,维持机体生理功能的稳定[40]。临床研究也发现:有氧运动可以增加心脏的泵血功能,提高副交感神经的活性,减轻HPA轴过度激活导致的CRH过度分泌,从而修复原先被打破的交感-副交感神经的平衡性,升高HRV指标[41]。神经解剖学发现下丘脑外侧下行投射纤维与调控副交感神经的迷走神经背侧运动核之间有联系,而外侧下丘脑涉及加工积极的情绪和激励[42],对情绪调控有明显作用。众多研究均表明有氧运动通过增加副交感神经活性,进一步增加外侧下丘脑的敏感度,使得产生多巴胺及内啡肽,让运动者产生更多的愉悦感和积极性,有助于改善患者抑郁情绪。
功能磁共振研究发现抑郁症在压力状态下对中央自主神经网络的整合功能减弱[43]。整合功能的减弱引起孤束核释放γ-氨基丁酸(GABA)减少,GABA是一种抑制性神经递质,对自主神经系统进行调控,GABA功能下降会导致自主神经系统的平衡性下降,从而表现为HRV降低[44]。2016年一项研究采用磁共振波谱检测运动后健康人大脑皮层GABA含量发现:运动人群的脑内GABA水平较非运动人群显著升高[45],提示运动可增加机体GABA水平,故运动可以降低抑郁症的发病率[46]。2019年一项研究中将65例抑郁症患者分为运动组和非运动组进行对照研究发现:经6周运动干预后,运动组体内血浆中GABA浓度较非运动组显著升高[47]。由此可见:抑郁症患者经过运动调整后GABA水平升高,从而恢复对自主神经系统的调控,进而升高HRV。
3.4 HRV与抑郁严重度的相关性
本研究发现受试者HAMD-17评分值与SDNN、SDANN及RMSSD值呈显著负相关,这说明抑郁症学生抑郁程度越重,SDNN、SDANN及RMSSD值越低。既往研究也发现HRV的时域指标和抑郁严重程度相关[16]。研究结果说明抑郁程度越重,其自主神经系统功能损伤越严重;HRV可以间接反映抑郁症学生的抑郁严重度,从而为HRV作为评估抗抑郁治疗效果的生物学标记物提供证据支持。
4 结论
本研究对青少年抑郁症患者进行有氧运动干预,并动态评估抑郁严重度及HRV指标。研究发现:有氧运动可提高17~19岁轻中度抑郁症学生的自主神经功能,改善抑郁症状;HRV可成为评估有氧运动治疗抑郁症疗效的生物学指标。
本研究人群为青少年,在成人或老年人群中是否有相似的结果,需要在今后的研究中进一步验证。探索不同运动类型(有氧运动/无氧运动)对抑郁症的疗效及对HRV的影响,对运动干预结束后进行随访跟踪,为制定运动治疗抑郁症的相关指南提供临床证据。