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类风湿关节炎患者运动干预后通过生物电阻抗分析评估水合状态与体细胞量的变化

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DOI：

10.3791/65692

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2023年7月14日

 ,  ,  ,  , 
1Faculty of Higher Studies Ignacio Zaragoza, National Autonomous University of Mexico, 2Master's and Doctoral Program in Medical, Dental and Health Sciences, National Autonomous University of Mexico, 3Clinical Nutrition Service, National Institute of Medical Sciences and Nutrition Salvador Zubirán, 4Research Coordination, National Medical Center November 20

本文内容

摘要

本方案通过生物电阻抗矢量分析，评估类风湿关节炎患者在接受旨在改善心血管功能、力量和协调性的动态运动训练后，其水合状态与体细胞质量的变化情况。文中详细描述了该动态运动训练的具体步骤、所用仪器及其局限性。

摘要

类风湿关节炎（RA）是一种致残性疾病，可导致类风湿性恶病质等并发症。尽管体育锻炼已被证明对 RA 患者有益，但其对水合状态和体细胞质量的影响仍不明确。由于疼痛、炎症和关节改变的存在，患者的活动常受到限制，且因水合水平改变，传统的体成分评估方法变得不可靠。生物电阻抗法是估算体成分的常用方法，但其存在局限性，因为该方法主要针对一般人群开发，未考虑体成分的变化。而生物电阻抗向量分析（BIVA）则提供了一种更全面的方法。BIVA 通过将电阻（R）和电抗（Xc）按身高进行校正后进行图形化解读，从而提供有关水合状态和细胞质量完整性的有价值信息。

本研究纳入了12名类风湿关节炎（RA）女性患者。研究开始时，采用生物电阻抗向量分析（BIVA）方法获取患者的水合状态和体细胞质量测量数据。随后，患者参与了一项为期六个月的动态运动计划，内容包括心肺耐力、力量和协调性训练。为评估水合状态和体细胞质量的变化，使用BIVA置信区间软件比较了经身高校正后的电阻（R）和电抗（Xc）参数的差异。结果显示有显著变化：运动干预后，电阻降低，而电抗升高。作为分类方法，BIVA可有效将患者划分为脱水、水分过多、正常、运动员型、消瘦型、恶病质型和肥胖型等类别。这使其成为评估RA患者状况的有力工具，因其提供的信息独立于体重或预测方程。总体而言，本研究中BIVA的应用揭示了运动干预对RA患者水合状态和体细胞质量的影响。其优势在于能够提供全面的信息，并克服传统体成分评估方法的局限性。

引言

类风湿关节炎（RA）是一种致残性疾病，由于急性关节疼痛、肌肉力量下降以及身体功能受损，影响患者的日常功能和独立性，这些均与该疾病固有的炎症过程相关1,2。在疾病晚期，持续的炎症可导致结构性改变，进而引起关节畸形、关节功能障碍以及类风湿性恶病质，后者是此类患者预后不良的危险因素3,4。

类风湿性恶病质的特征是身体成分发生改变，例如体重稳定但肌肉量减少以及脂肪量增加，这些变化可能显著影响患者的生活质量3,5,6。目前有多种技术可用于评估身体成分，其中应用最广泛的是生物电阻抗分析（BIA）。然而，当在身体成分异常的个体中使用常规BIA分析时，其估算结果可能存在局限性，因为这些分析所依据的预测方程是针对健康或正常水合状态人群建立的7,8。

一种不同的方法称为生物电阻抗向量分析（BIVA），该方法基于图形化的阻抗-电抗（RXc）图利用阻抗向量。它采用经身高校正后的阻抗、电阻（R）和电抗（Xc）数据，生成一个能够反映机体水合状态及细胞质量完整性的向量。BIVA 可将患者分类为脱水、水过多、正常、运动员、瘦型、恶病质和肥胖等类别，因此对类风湿关节炎（RA）患者具有重要应用价值8,9,10位于主轴上方或下方的向量（椭圆的左半部分或右半部分）与较高的细胞质量和较低的细胞质量相关联 在软组织中分别表示。与主轴平行的矢量前后位移与脱水和液体超负荷相关。运动员型定义为细胞质量较高者，可能伴有脱水；瘦型分类指细胞质量较低者，可能伴有脱水；肥胖型分类则适用于细胞质量较高者，可能伴有液体超负荷。BIVA对恶病质的分类由高电阻和低电抗值确定，表现为矢量向图右侧移动，提示细胞质量减少，可能伴有水合状态的改变11 (图1).

类风湿关节炎（RA）的传统药物治疗主要侧重于减轻疼痛、炎症以及延缓关节损伤的进展，而对身体成分的改变关注较少12。在该人群中常用的非药物治疗中，基于运动的干预措施已被证明在改善功能、疲劳、疼痛、关节活动度、有氧能力、肌肉力量、耐力、柔韧性以及心理状态方面具有积极效果。重要的是，这些干预措施在不加重症状或对无严重既往关节损伤的患者造成关节损害的情况下即可实现上述益处13,14,15,16,17。然而，目前对于此类患者在运动干预后体液分布和体细胞质量状态的变化如何实施评估仍知之甚少。这些患者常伴有疼痛、炎症及结构性关节改变，限制了其可参与的活动类型，也进一步增加了使用传统方法进行身体成分评估的复杂性。本方案旨在展示如何通过生物电阻抗矢量分析（BIVA）来评估类风湿关节炎患者在接受动态运动干预后体液平衡和体细胞质量状态的变化。此外，本方案还详细说明了该动态运动干预项目的内容，包括心肺耐力、力量和协调性训练组成部分，以及具体操作步骤、所用仪器、局限性和一般注意事项。

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方案

本方案已获得墨西哥国家医学与营养科学研究所Salvador Zubirán人类研究与伦理委员会的批准，并遵循其指导方针（编号：1347）。在参与本研究之前，已从所有人类受试者获得知情同意。仅纳入功能分级为I至III级、无全关节或部分关节成形术18,19、且不符合假体植入指征的患者。排除标准包括患有心血管疾病、癌症、慢性肾病、妊娠，或其他与类风湿关节炎重叠的自身免疫性疾病的患者。

1. 受试者招募

  1. 招募患者。
    注：本研究中，十二名类风湿关节炎女性患者来自风湿病门诊。
  2. 确保患者在过去6个月内接受稳定的药物治疗；治疗方案可包括以下任何一种：抗疟药（例如氯喹、羟氯喹）、改善病情抗风湿药（DMARD）（例如甲氨蝶呤、来氟米特）以及糖皮质激素（例如泼尼松）20。
    ​注：根据风湿病专科医生的评估，如有必要，可在干预期间调整药物治疗方案。

2. 受试者预测试

注意：在开始动态运动计划前1周进行预测试。使用多频生物电阻抗分析设备（见材料表），测量时患者需空腹4至5小时。

  1. 检测前的步骤
    1. 确保这些测量由经过标准化培训且经验丰富的人员进行。
    2. 使用0.05%氯己定清洁设备，并确保双手已清洗。
    3. 向患者解释操作流程，并获取其体重（kg）和身高（cm）的测量值。
    4. 要求患者脱掉双鞋及右脚袜子，并移除所有与皮肤接触的金属物品。
    5. 让患者仰卧5分钟，双腿和双臂伸直，确认其肢体未与身体其他部位接触。
  2. 生物电阻抗测量（BIA）
    1. 使用70%酒精清洁患者手背和右足底部。
    2. 在手背放置两个电极：一个位于第三掌指关节，另一个位于尺骨茎突水平的腕部中点。
    3. 在右足放置两个电极：一个位于第三跖趾关节，另一个位于内踝与外踝之间。电极之间的间距应为5–10 cm。
    4. 连接设备的四根导线。连接后，将红色夹子接至靠近指甲和趾甲的电极，黑色夹子接至其余电极。导线不得交叉。
    5. 设备屏幕上将显示四个不同频率（5、50、100和200 kHz）的阻抗值（Z）。记录50 kHz频率下的电阻和电抗值。这些数值对于恶病质患者的分类至关重要。
      注：采用四极多频设备进行生物电阻抗分析，可准确获得单一50 kHz频率下的电阻和电抗值，以及200 kHz与5 kHz阻抗值之比（200/5 kHz）。
  3. 通过BIVA对恶病质进行分类
    1. 下载BIVA容差R-Xc图软件（见材料表）并打开。
      注：该软件为电子表格，底部包含七个工作表。
    2. 进入第二个工作表参考人群；选择与目标参考人群对应的一行；复制该行内容，并粘贴至标为黄色的第二行。
      注：参考人群应根据待评估人群的年龄范围、种族、性别和BMI进行选择。
    3. 进入第五个工作表受试者，在第二行输入患者数据：A列为患者编号；B列输入数字1；接下来两列可选择性填写患者姓名。
    4. 在E列输入患者性别，男性用M表示，女性用F表示。在F列和G列输入先前记录的50 kHz频率下的电阻和电抗值。随后两列分别输入身高（cm）和体重（kg）。
    5. 在J列输入第二个工作表中所选参考人群对应的编号。
    6. 在K列输入1至10之间的数字，该数值将在“点图”工作表中使用；下一列输入患者年龄。
      注：可选择1至10之间的数值，因为BIVA容差软件最多可同时绘制10名患者的图形。
    7. 软件顶部设有选项栏。找到插件选项并点击，然后选择出现的计算选项并点击，观察经身高和相位角校正后的电阻和电抗值。
    8. 接着切换至第3个工作表点图，查看基于所选参考人群的BIVA图。此时将弹出对话框，请选择在步骤2.3.6中输入K列的组代码，点击确定，BIVA图将显示以几何图形表示的患者向量。
    9. 观察BIVA图中的50%、75%和95%容差椭圆，以及I、II、III、IV四个象限。使用BIVA对患者进行恶病质分类时，其向量必须位于右下象限（象限IV），且处于75%容差椭圆之外（图1）。
      注：若患者向量位于任一象限内且处于<75%容差椭圆范围内，则视为具有正常体成分分类21。

3. 动态锻炼方案

注意：该项目由物理治疗师实施并进行监督。预计每位患者的干预疗程为48次。锻炼在隶属于“INCMNSZ”医院风湿病与免疫学部门物理治疗区域的机械疗法训练室内进行，每周两次，每次持续90分钟。

  1. 评估训练环节
    1. 询问患者关节是否存在疼痛或不适。
      注意：采用视觉模拟评分法（VAS）评估疼痛。若患者报告任一关节的 VAS 评分高于 7/10，则由物理治疗部门进行更具体的评估（例如，仅存在疼痛时采用电疗，存在僵硬时采用热疗，同时存在疼痛和炎症时采用冷疗）。
    2. 每次训练前测量生命体征。
  2. 热身
    注意：热身持续 15 分钟，分为多个阶段的全身动态热身。激活阶段：在静止位置进行简单、轻柔且全面的动作，覆盖所有活动范围，重复 10 至 15 次。准备阶段：在最后阶段进行轻柔的动态练习，模拟工作阶段将要执行的动作，重复 10–15 次。
    1. 激活阶段
      1. 选择最合适的热身运动，涵盖上肢和下肢关节及其活动范围。
        1. 上肢：指导患者在无不适的情况下完成各关节的活动范围。指导者应带领患者以正常速度完成动作，并提醒患者避免进入引起疼痛的活动范围。
        2. 下肢：指导患者在站立位进行热身，双脚置于地面稳定表面上。当患者坐在椅子上时，指导其以无痛的速度完成各关节的活动范围。
          注意：若部分患者无法长时间站立，应采用坐姿，选择带有直背支撑的稳定椅子，双脚平放于地面。应包括髋、膝、踝及足部的可用活动范围。
    2. 准备阶段
      1. 指导患者完成包含每个节段（下肢或上肢）两个以上关节的功能性动作模式。
      2. 在此阶段提供监督，确保患者在运动中感到舒适，并在其出现不适时调整活动范围。
  3. 工作阶段
    注意：工作阶段持续 60 分钟，分为三个各 20 分钟的阶段。
    1. 有氧运动：在跑步机上进行训练。
      注意：选择无默认坡度的跑步机。
      1. 确保紧急停止装置正常工作，并向患者说明安全措施。建议患者穿着运动鞋。
      2. 向患者说明跑步机启动时需进行的适应性调整，以避免异常步态。
      3. 根据患者行走时的正常感受，为其设定基础速度。
      4. 在跑步机上运动 5 分钟后调整速度。使用脉搏血氧仪（见材料表）监测心率，逐步提高速度，直至心率达到最大心率（HRmax）的 55% 至 75%14,31。
        注意：若患者心率超过 HRmax 的 75%，应降低速度至理想心率区间。指导患者寻找舒适的节奏。
      5. 10 分钟后，使用主观用力评分量表询问患者的自我评估。
        注意：采用改良 Borg 主观用力评分量表评估主观用力程度。
      6. 在最后 5 分钟将跑步机速度降至患者舒适水平，并在第 5 分钟结束时完全停止。
      7. 跑步机使用结束后，询问患者是否存在疼痛或不适。
    2. 抗阻训练
      注意：采用针对关节活动度的练习与肌肉力量训练相结合的方式。每项练习完成 8–10 次为一组。使用轻度（0.5–2.6 kg）和中度（0.7–3.2 kg）阻力带，每 2 周逐步增加阻力。运动剂量根据患者干预时的具体状况而定。
      1. 上肢
        1. 指导患者双手持一根木棍（<1 kg）进行上肢活动度练习。
        2. 教授患者包含两个以上关节活动范围的组合练习（例如肩关节和肘关节屈曲）。
        3. 指导患者将阻力带两端握于手中，将带子末端缠绕于手掌以确保抓握牢固。
          注意：若患者手部不适，指导者应轻轻将阻力带固定于其手腕。
        4. 指导患者将阻力带一端置于地面并用脚踩住，然后对抗阻力带完成肘关节屈曲。肘关节伸展时应在返回中立位过程中进行离心收缩。
          注意：患者应站立，保持稳定的足部支撑和良好姿势。若患者感到不适，应在坐位下完成该练习。
        5. 指导患者将阻力带缠绕于手掌，确保无过度压力。另一端由患者另一只手在体侧髋部水平握住。然后指导患者在肘关节中立位时屈曲至 90°。
          注意：患者可在动作之间休息 20 秒。
      2. 下肢
        1. 指导患者坐在稳定椅子上，髋关节和膝关节屈曲 90°，将阻力带两端系紧形成环状带。患者应在股骨远端（膝关节上方）用橡胶带环绕双腿。在此位置，指导患者对每条腿进行髋关节屈曲，抬高至起始位置以上 20 至 30 度。
          注意：为保证正确对齐，避免髋关节旋转和膝关节屈曲。若患者感到不适，应减小活动范围。
        2. 指导患者坐在稳定椅子上，髋关节和膝关节屈曲 90°，将阻力带两端系紧形成环状带。患者应在股骨远端（膝关节上方）用橡胶带环绕双腿。在此位置，指导患者进行轻微髋关节屈曲（高于基础位置 10°以上）及髋关节外展。
          注意：为保证正确对齐，避免髋关节旋转和过度膝关节屈曲。若患者感到不适，应减小活动范围。
        3. 指导患者坐在稳定椅子上，髋关节和膝关节屈曲 90°，将阻力带两端系紧形成环状带。患者应用橡胶带在踝部环绕最近的椅腿和自身腿部。指导患者以缓慢节奏返回基础位置。
          注意：为保证正确对齐，患者应保持舒适的坐姿，避免通过髋关节屈曲代偿。必要时，患者可用双手握住椅底以增加稳定性。可单腿依次完成动作，或交替进行。
        4. 指导患者保持站立位。然后要求其将阻力带两端系紧形成环状带，并将带子套于踝部。指导患者完成坐位与站立位之间的重复转换动作。
          注意：若患者在练习中感到不适，应重新评估并降低难度，例如使用更高的椅子以减少膝关节屈曲，或使用第二把椅子供患者支撑以辅助动作完成。
    3. 娱乐性游戏
      注意：通过实施源自特定运动（如足球、篮球或排球）的适应性动作系列，整合柔韧性和协调性训练，设置 4 至 7 个包含多关节动作和不同练习的站点，每站完成两组 8 至 15 次重复（难度每 2 周递增）。
      1. 根据每次训练中适合患者的运动动作为其选择最合适的练习，并设置练习站点。每个站点的设计必须考虑患者的限制条件。
      2. 用两把椅子间隔 1.3 米设置一个足球球门。
      3. 指导患者在距足球球门前 3 米处用脚踢一个直径 30 厘米的塑料球。
      4. 通过增加每站的重复次数或组数，以及在循环中增加新站点来控制难度。
        注意：示例站点设计：（1）将一个“Ula Ula”环固定在 1.3 米长的木棍顶端，让患者站在距环 2 米的投掷点，用手将直径 30 厘米的塑料球投向“Ula Ula 环”。每位患者至少投中 5 次，最多可投 10 次。（2）沿房间墙壁拉一根绳子模拟排球网，绳子最低高度为 1.7 米，每侧各站两名患者。指导患者将直径 40 厘米的气球至少 10 至 15 次从绳子上方传递过去。（3）让两名患者相距 3 米站立，指导他们用手投掷直径 30 厘米的塑料球。每位患者每只手至少投掷 10 次。患者之间必须始终相互监督。
  4. 整理放松
    注意：整理放松持续 15 分钟，包括主动静态拉伸。
    1. 全身性拉伸应轻柔进行，避免对关节施加压力。拉伸过程不应引起患者不适。
    2. 每个拉伸动作保持 15 至 20 秒。

4. 测试后评估

注意：测试后评估必须安排在最后一次锻炼课程结束后的那一周内。

  1. 重复进行身体成分测量以获得BIVA分类，方法如预测试中所述。
    注意：为了比较动态运动计划实施前后的变化，需要计算电阻差值除以身高的均值（dR/H）、电抗差值除以身高的均值（dXc/H），以及这些差值的标准差和皮尔逊相关系数，计算公式如下8：相关系数公式，r，方程，统计方法，数据分析示意图。
  2. 为获得电阻和电抗的变化值，请下载BIVA置信度分析软件（见材料表）并打开。
    注意：该软件为电子表格格式；在底部可以看到五个工作表。
  3. 在第四个工作表“配对数据”中，检查是否存在十列，需在其中输入所需数据。
    1. 在A列中填写组别编号。在B列中填写被评估患者的数量。
    2. 在C列中输入先前获得的dR/H均值。下一列中输入其标准差。
    3. 在E列中输入dXc/H的均值，在其后一列中输入标准差。在G列中输入先前获得的相关系数。
      注意：在H列中选择输入1，表示在图表中仅显示置信椭圆；若选择2，则同时显示置信椭圆和差值均值向量。
    4. 在接下来的两列中，可选择是否输入组别名称及用于测量的设备名称。
  4. 当所有必要数据填写完成后，切换至第五个工作表“配对图”。此处将显示差值均值的图形，并可定位电阻与电抗均值的向量位置，同时显示置信椭圆。
  5. 为评估变化是否具有统计学意义，请在工具栏中找到补充功能选项并点击。系统将弹出Hotelling's T²检验统计量8的对话框，可从中查看p值。

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结果

结果显示，六名患有类风湿关节炎（RA）的女性患者参与了为期48次的动态运动训练项目。患者的平均年龄为52.7 ± 13.1岁，体重指数（BMI）为26.8 ± 4.6。平均病程为15.5 ± 6.1年，疾病活动度通过28项疾病活动评分（Disease Activity Score 28）评估，平均得分为1.9 ± 1，属于低活动度。在功能障碍方面，健康评估问卷残疾指数（Health Assessment Questionnaire Disability）的平均得分为0.5 ± 0.3。另外六名未参与运动训练项目的受试者，其平均年龄为55.8 ± 7岁，体重指数（BMI）为27.2 ± 4.8，病程为21.8 ± 10年，疾病活动度与接受动态运动训练的组别相似。

表1展示了各组的药物治疗方案，以及C反应蛋白（CRP）和红细胞沉降率（ESR）的浓度。根据负责治疗的风湿病学家的意见，在干预期间，任何患者的药物治疗方案均无需调整。

图2A展示...

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讨论

在类风湿关节炎中，疾病的恶性循环已被描述，这指的是由炎症机制引起的关节结构改变；这些改变连同慢性炎症状态，导致患者经历剧烈疼痛和炎症的阶段，并出现关节结构变化，进而造成功能障碍，增加发生代谢性和心血管疾病的风险，以及出现如类风湿性恶病质等身体成分的改变22。已证明运动可减轻该疾病的症状，提高生活质量，降低其他疾病的风险23，并对这些患者的身体成分产生积极影响。有多种方法可用于测定身体成分；然而，生物电阻抗分析（BIA）是其中应用最广泛的方法之一，因其具有无创性、易于获取且操作简便。通过BIA进行的身体成分分析使用低频电流。该电流提供电阻值（R），这些值由电流通过体内液体时产生，从而可估算细胞内液和细胞外液的含量24。BIA方法提供的另一项测量指标是电抗（Xc），即细胞膜对电流通过所施加的阻力，可用于估算个体的细胞质量；利用R值、Xc值和体重，可通过预测方程计算出无脂肪质量、总体水和脂肪质量24。不同类型的BIA设备具有不同的变异性。本方案中描述的设...

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披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

作者谨此感谢意大利帕多瓦大学医学与外科科学系的 Piccoli 教授和 Pastori 教授提供 BIVA 软件。同时感谢墨西哥国家医学与神经科学研究所（INCMNSZ）免疫学与风湿病学系的 Luis Llorente 博士和 Andrea Hinojosa-Azaola 博士对患者的风湿病学评估。本研究由墨西哥国家科学技术委员会（CONACyT）资助，资助项目包括 Mariel Lozada Mellado 在攻读博士学位期间获得的奖学金（CVU 777701）以及研究项目基金 000000000261652。资助方在研究设计、数据收集、分析与解释，以及报告撰写和论文投稿决策过程中均未发挥任何作用。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
70% 酒精棉片NANA可使用任意品牌
功率自行车NANA可使用任意品牌
BIVA  tolerance software 2002NANA为学术用途开发的软件，可在 http://www.renalgate.it/formule_calcolatori/bioimpedenza.htm 网站的 "LE FORMULE DEL Prof. Piccoli" 部分下载
BIVA confidence softwareNANA为学术用途开发的软件，可在 http://www.renalgate.it/formule_calcolatori/bioimpedenza.htm 网站的 "LE FORMULE DEL Prof. Piccoli" 部分下载
椅子NANA可使用任意品牌
氯己定NANA可使用任意品牌，浓度为 0.05%
检查床NANA可使用任意品牌
导联线方插座BodyStatSQ-WIRES
长型 Bodystat 0525 电极BodyStatBS-EL4000
塑料球NANA可使用任意品牌，直径 30 cm
脉搏血氧仪NANA可使用任意品牌
Quadscan 4000  设备BodyStatBS-4000阻抗测量范围：20 - 1300 Ω 欧姆
测试电流：620 μA
频率：5、50、100、200 kHz
准确度：5 kHz 阻抗：± 2 Ω
50 kHz 阻抗：± 2 Ω
100 kHz 阻抗：± 3 Ω
200 kHz 阻抗：± 3 Ω
50 kHz 电阻：± 2 Ω
50 kHz 电抗：± 1 Ω
50 kHz 相位角：± 0.2°
校准：配备一个电阻器用于定期独立验证，阻抗读数应在 496 至 503 Ω 之间。
弹力带NANA可使用任意品牌，阻力范围为 0.5 kg 至 3.2 kg
固定式自行车NANA可使用任意品牌
跑步机NANA可使用任意品牌
木棍NANA可使用任意品牌，长度 1.5 m，重量 <1 kg

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