文摘

背景。糖尿病已达到全球流行的比例,与2型糖尿病(T2DM)病人体内包含超过90%的受试者患糖尿病。心血管自主神经病变(可以)经常发生在2型糖尿病。心率变异性(HRV)反映了神经交感和副交感神经之间的平衡(ANS)和自主神经系统的一个标志。HRV在2型糖尿病和改善减少了体育活动和锻炼。外部增加脉冲循环,通过被动模拟慢跑设备(JD),恢复HRV nondiseased久坐不动的对象在一个会话。我们假设应用程序的JD更长一段(7天)可以提高HRV在2型糖尿病的参与者。方法。我们进行了非随机研究十2型糖尿病受试者(年龄44岁- 73岁)被召集来,用身体活动干预,被动模拟慢跑设备(JD) 7天。JD移动脚重复和交替的方式;的向上运动踏板后跟前脚攻向下的运动反对半刚性的保险杠模拟出脚与地面在慢跑。心率变异性(HRV)分析使用心电图在坐姿的每个主题在第一天(基线,提单),经过七天的JD (JD7)和停药后7天的JD (Post-JD)。即时域变量计算,标准偏差的正常RR间隔(SDNN),标准偏差的三角洲RR间隔(SDΔNN)和的平均值的平方根的平方和相邻RR间隔(RMSSD)之间的差异。频域措施决定使用一个标准的快速傅里叶频谱分析,以及庞加莱图的参数(SD1和SD2)。结果。七天的JD显著增加SDNN, SDΔ神经网络、RMSSD和SD1和SD2基线值。后者Post-JD参数仍然增加。JD不修改HRV的频域的措施。结论。一个被动模拟慢跑设备增加的HRV时域和庞加莱变量2型糖尿病。这种干预提供轻松身体活动作为一种新颖的方式,利用被动的有利影响身体活动为提高HRV在2型糖尿病受试者。

1。介绍

糖尿病已达到全球流行的比例。2015年,据估计,在全球范围内1 11 20 - 79岁的成年人(4.15亿成年人)有糖尿病,并且据估计到2040年增加到6.42亿。全球经济的糖尿病负担预计将超过2万亿美元(美元)到2030年1]。百分之九十的糖尿病病例是2型糖尿病(T2DM)病人体内2]。糖尿病与无数的终末器官损伤和基础疾病如冠状病毒疾病的严重程度与死亡率的增加2019 (COVID-19)和肺炎和疾病严重程度3]。心血管并发症是死亡的主要原因,发病率,在患有2型糖尿病和残疾。心脏的自主神经系统(ANS)控制是一个复杂的相互作用,涉及传入神经冲动传输从心中固有神经元,额外的心脏胸内的神经节,脊髓、脑干和处理的各个部分神经系统调节神经输出到心脏通过交感神经和副交感神经4]。糖尿病危害心血管自主神经病变(可以)是一种诊断的条件在糖尿病患者患者的25 - 75%的2型糖尿病发病率(5]。糖尿病的病理生理学可以仍在调查中,但高血糖的影响及其各种生化途径已被证明的重要性(4,5]。

心率变异性(HRV)是一个测量平衡自主神经系统(ANS)内的交感神经系统(SNS)和副交感神经系统(PSN)和减少HRV ANS功能障碍的一个标志。最近的系统回顾和荟萃分析表明,2型糖尿病与HRV降低(6,7]。体育锻炼(主要是有氧训练)可以改善2型糖尿病(HRV8- - - - - -10]。

体育活动和锻炼保持的两个支柱干预糖尿病和已被证明是积极的调节器为提高HRV,而反过来(久坐和久坐不动的生活方式)被证明能减少HRV [11,12]。体育活动也已被证明能够起到至关重要的作用在降低心血管疾病的风险,糖尿病,肥胖,和其他慢性疾病及其有利影响与内分泌系统,特别是在老年人(13,14]。

我们先前已经表明,被动模拟慢跑设备(JD)导致前脚脉动,同样作为运动或慢跑15),减少久坐不动的时间16,17),减少久坐引起海拔血压(18),减少急性高血糖的峰值由口服葡萄糖挑战[19,降低24小时血糖变异性在2型糖尿病和非糖尿病的受试者(16]。一个30分钟会议JD坐在和仰卧的姿势改善心率变异性在人类受试者的异质群体20.]。我们假设一个更长的持续时间(7天)的JD可能改善2型糖尿病受试者的HRV。

2。材料和方法

2.1。IRB批准

这项研究及其知情同意表格是西方机构审查委员会批准的(WIRB Puyallup,佤邦98374 - 2115),2018年4月(1184829)。这项研究是在ClinicalTrials.gov注册NCT03550105(06-08-2018)和2018年9月至2019年5月进行。本研究是一项更大的研究评估日常血糖反应,肌肉力量和耐力,在健康的志愿者和2型糖尿病。所有2型糖尿病受试者之前被他们的初级护理医师诊断为2型糖尿病和目前在胰岛素和或其他药物治疗控制血糖。受试者招募了来自个人联系的口碑。研究方案是口头沟通提供的主题和经批准的书面知情同意。所有人都有机会提问。感兴趣的对象执行书面知情同意。

2.2。研究参与者和协议

这项研究报告的心电图分析HRV十步2型糖尿病的个体。入选标准在当前协议被他们的主要个体先前诊断医师在治疗2型糖尿病,目前,在年龄在25岁和85岁之间。排除标准包括无法提供知情同意,干扰的位置连续葡萄糖监测设备(CGM)在研究期间,和缺乏遵守JD协议。参与者被要求不喝咖啡或含咖啡因的饮料在任何研究的天。活动参与者的决心使用国际体力活动问卷(IPAQ)简式。IPAQ分数身体活动水平低,中度或高度(21]。数据采集是8和10点之间的坐姿。所有受试者接受金融报酬为他们的参与。研究首次约会,一个标准的两起心电图是放置在30分钟的参与者和收集;最后20分钟是用于分析(基线,提单)。参与者被指示在慢跑的使用设备(JD),要求使用设备每天至少90分钟。七天后JD (JD7)使用,研究参与者回到网站30分钟心电图收集、JD返回。心电图是停药后7天的重复使用JD (Post-JD)。所有的研究进行坐姿。研究综合报告的标准试验(配偶)流程图和清单文件(ESM_File_电子辅助材料S1)。

身体质量指数(BMI)是计算描述参与者如下:BMI正常体重- 18.5到24.9,overweight-25 29.9, obese-30或更多。表1列出了研究对象的特点。其他参与者的人口和活动信息可以在表中找到1(电子辅助材料文件,ESM_File_S1)。没有试图招募任何特定的主题特征;因此,任何试图控制年龄、性别或体质指数。

2.3。被动模拟慢跑设备(JD)

便携设备模拟慢跑(JD)先前描述(17- - - - - -20.,22]。后者包含计算机控制的直流电动运动的脚踏板放置在底盘重复点击半刚性的表面模拟慢跑等运动活动主题时坐在或躺在床上。它与底盘的尺寸重约4.5公斤 厘米。是放在地板上的应用程序和安全的坐在床上的踏板仰卧的应用程序。脚踏板快速、重复交替左、右踏板运动向上抬起前脚约2.5厘米,紧随其后的是主动向下挖掘与半刚性的保险杠放置在底盘。通过这种方式,它模拟脚影响对地面的影响(15]。每次脚踏板罢工保险杠,一个小型脉冲被添加到循环。研究的节奏~ 190 /分钟(图的步骤1)。

2.4。HRV分析

三个主要的心电图是用来记录心率使用每秒1000点的采样率(科罗拉多斯普林斯,LabChart 7 PRO, ADInstruments有限公司80906)。

方法用于HRV分析坚持标准工作组开发的欧洲心脏病学会的北方一个电生理学23]。RR间隔得到的数字化心电图信号的采样率1000点/秒。连续RR间隔,是连续对QRS复合物之间的时间间隔,发现通过使用R波检测(科罗拉多斯普林斯,LabChart7 Pro, ADInstruments有限公司)。

HRV评估的时间和频率域方法使用三个连续5分钟RR间隔基线(提单),经过七天的JD (JD7)和停药后7天的JD (Post-JD)。异位打造成过早心室收缩都从心电图波形和缺失的数据被插入比来自最近的有效数据分析正常RR间隔(NN)。用于时域分析的变量包括所有正常的标准差RR间隔(SDNN),标准偏差的三角洲RR间隔(SDΔNN),的平方根的均值之间的差异的平方和相邻NN间隔(RMSSD)。频域措施决定使用一个标准的快速傅里叶频谱分析,和下面的计算神经网络时间间隔:极低频功率(甚低频,0.01 - -0.04赫兹),低频功率(低频,0.04 - -0.15赫兹)和高频电源(高频,0.15 - -0.4赫兹)。低频和高频的归一化单位(LFnu和HFnu),代表每个电源组件的相对价值总功率的比例24- - - - - -26]。

2.4.1。Poincaŕe措施

庞加莱图是基于的前提以及交感神经和副交感神经的变化调制的心率影响随后的RR间隔。与频域测量,庞加莱图分析是对变化的趋势[RR间隔25]。庞加莱图提供了一个分散的RR间隔绘制与前面的RR区间作为一个非线性的方法。分析需要拟合椭圆的情节,其中心与中心的标记。分散的点,这是垂直于线的身份,措施庞加莱散点图的宽度和反映了短期HRV。身份措施的分散的点线的长度分布图,指出长期HRV,这反映了RR间隔的标准差(SDNN)。(SD1)宽度和长度(庞加莱SD2)确定拟合椭圆的宽度和长度来描述图的形状数学(25,27]。

2.5。统计分析

分析心电图数据被输入进STATISTICA (StatSoft Inc .,塔尔萨)进行分析。每个参数的平均值计算为每个时代和平均值和标准偏差进行分析。针对小样本的大小,分析了每个变量使用非参数Wilcoxon配对签署等级测试,比较JD7和Post-JD提单值。为了确定T2D JD的效果,我们计算了非参数共同语言效果(cl)的重要变量。值代表一个值的概率随机选择从JD7将不同于一个值随机选择从提单28,29日]。我们进行了事后样本量计算使用SDNN的主要终点和改变这个端点使用30%,与1型错误的概率 )和2型错误( );所需的样本规模 0.95需要产生的力量。统计分析使用STATISTICA (StatSoft Inc .,塔尔萨)。一个< 0.001被认为是具有统计学意义的价值。数据中位数和四分位范围(Q1和Q3),在适当的时候数据表示为 用文本表示和传说。

3所示。结果

研究小组是由十2型糖尿病的参与者,被他们的主要诊断医生和糖尿病药物。研究人口的年龄 年( )有三个男七女。根据BMI,七的十参与者超重或肥胖。基于全球高血压的国际社会实践指南(30.),六个十参与者高血压有两个没有接受治疗的开始研究。这些未经处理的参与者和他们的主要医师提醒需要治疗。年龄、BMI基线血压,和药物为每个表中列出1。最近的均值糖化血红蛋白的研究开始之前 %。自我报告的身体活动水平很低的九10个参与者(表1和电子辅助材料文件,ESM_File_S1)。

3.1。JD对心率变异性的影响

七天的JD增加下列措施HRV的基线,SDNN, SDΔNN、RMSSD SD1, SD2翘尾因素的JD停止后至少7天。JD SDDN增加(提单,与JD7女士17.0(16.2,21.6),28.4(26.4,29.1)女士和Post-JD, 28.5(27.3, 30.4)女士, ),SDΔ神经网络(提单,16.8与JD7女士(15.2,21.9),27.3(26.1,29.3)和Post-JD女士,女士26.6 (25.8,30.3), ),和RMSSD(提单,与JD7女士16.7(15.0,21.8),21.7(26.0,29.0)女士,Post-JD, 26.4(25.8, 30.0)女士, )。同样,以下庞加莱参数JD后增加:SD1(提单,11.9(10.8,15.5)和JD7女士,19.3(18.5,20.7)女士和Post-JD, 18.8(18.2, 21.4)女士, )和SD2(提单,与JD7女士18.0(16.2,21.3),29.9(26.0,32.4)和Post-JD女士,女士29.7 (22.7,34.5), )(图2)。没有明显的变化在频域中的HRV指标(表2)。

3.2。年龄和性别对HRV和JD诱导的影响HRV的增加

表2 s总结了HRV年轻之间的值(< 59岁)老(> 60岁),和没有差异在年轻人和老年人之间的基线(提单)。两个年轻人和老年人增加以下的HRV时域和庞加莱参数基线:SDNN, SDΔ神经网络、RMSSD SD1 SD2,在JD7翘尾因素Post-JD(表2 s)。男性和女性参与者之间没有显著差异(表3 s)的HRV指标。

4所示。讨论

目前的研究表明七天的JD提高了短期的HRV时域和庞加莱措施。JD HRV措施的影响在停药后至少7天的JD且不依赖于性别或年龄(ESM_File_S1、表2 s,t3)。

我们比较我们的数据在2型糖尿病SDNN和RMSSD规范数据公布Nunan et al。31日)和谢弗和金斯堡(25短期HRV)在非糖尿病的受试者。我们的数据确认,SDNN和RMSSD都明显降低2型糖尿病。规范的数据( )对于SDNN 与2型糖尿病的女士 和RMSSD女士 女士相比, ms。其他调查也表明,2型糖尿病受试者SDNN已经减少。赖昌星等人还表明,2型糖尿病受试者,特别是那些处于危险或与已知的心血管自主神经病变(可以)显著降低SDNN相比。在2型糖尿病患者轻度至中度(数据 ),SDNN是 和那些有严重的女士 值女士参加基线(类似于我们的2型糖尿病 ms) (32]。此外,自主功能障碍表现为抑郁和交感迷走神经的活动已被证明很早就开始,甚至在糖尿病的发病之前,和与肥胖、高血压和代谢综合症(33- - - - - -35]。Cha et al。36)评估HRV和心血管疾病之间的关系在T2DM病人使用短期HRV,跟着他们的平均7.8年。他们发现,那些早期的和明确的可以降低SDNN和RMSSD。此外,时间和频域的HRV指标独立预测二型糖尿病患者的心血管结果(36]。在糖尿病患者的存在可以被证明能增加死亡率的相对风险3.4(95%置信区间CI: 2.66 - 4.47, )(4),有较高的血管迷走性晕厥的速度比刻意(37]。糖尿病引起的病理生理学可以复杂,是多因素的,包括各种因素之间的相互作用,如持续时间2型糖尿病,高血压,体内神经元死亡和高血糖。高血糖血糖波动和诱导活性氧(ROS)和氧化应激反应被认为是可能的主要原因(38- - - - - -40]。此外,高血糖诱导活性氧也已被证明能够提供周围神经损伤微脉管系统(39,41]。氧化应激被急性血糖偏移(或增加血糖变异性)可以诱导氧化损伤,有毒先进的糖化产品,和核转录因子激活卡巴β和蛋白激酶C通路,导致内皮损伤(34]。Steno-2试验与严格的血糖控制和改变生活方式在2型糖尿病自主神经病变(减少38,41]。鉴于diabetes-induced可以的多因子的性质,干预措施,应对许多病理生理的原因将是有益的,包括运动、血糖控制,减少氧化应激,减少炎性表型,改善微血管流。

就是这样一种干预提高自主功能锻炼。在2型糖尿病,Bhati et al。8)进行运动训练系统回顾及其对心脏自主神经功能的影响。他们得出的结论是,运动训练改善自主神经功能失调导致积极的变化如图所示,大多数研究[8]。Benichou et al。6),使用一个系统回顾和荟萃分析,评价2型糖尿病对HRV参数的影响。他们得出的结论是,2型糖尿病与HRV的整体降低,交感神经和副交感神经活动减少,这可能解释为改变葡萄糖代谢的影响(6]。

最近,皮卡德et al。9)进行了系统回顾和荟萃分析在运动训练HRV在2型糖尿病的影响。他们包括21个研究九被随机分配。包括运动干预是多种多样的,包括耐力,阻力,结合耐力电阻和高间隔训练。他们表明,运动训练后,所有HRV参数包括SDNN和RMSSD增加,以及频域参数,表明运动训练改善自主神经系统活动(9]。

被动模拟慢跑(JD)是一种下肢被动运动的方法模拟慢跑使用电动踏板装置,将脚掌交替运动。的向上运动踏板后跟前脚攻向下的运动反对半刚性的保险杠模拟脚对地面的开发;后者介绍了脉动对身体类似慢跑(15]。此外,被动腿运动被证明能增加微脉管系统流,这是氮oxide-dependent [42]。跳动的剪切应力对血管内皮大量有益健康的影响(22,43- - - - - -48]。可以使用JD坐在和仰卧的姿势。我们以前学习的影响一个30分钟会议JD坐在和懒散的短期HRV在异构群成人话题。JD提高HRV时域和庞加莱参数是不分年龄和性别(20.]。

这项研究并不是为了解决JD修改HRV的机制;然而,一些潜在的机制可以解释观察到的变化在2型糖尿病人群基于我们之前的数据。高血糖和大型血糖波动被认为是发展的最重要的因素之一(可以4,34]。严格的血糖控制和改变生活方式在2型糖尿病减少的发展可以5]。JD的先前的研究表明,七天,在无控的饮食环境,减少葡萄糖远足,降低了24小时血糖曲线下面积,并减少葡萄糖变异性(16]。此外,在非糖尿病的受试者,JD使用也使高血糖的峰值和地区曲线下口服葡萄糖引起的挑战[19]。氧化应激已经涉及到可能的发病机制。使用全身周期加速度(WBPA即pGz谓词设备JD),我们发现pGz减少活性氧在模型中增加氧化应激和抗氧化能力的增加表达(44,49- - - - - -53]。炎症也扮演了一个角色。在横断面的设计研究中,Bhati et al。54)提出了亚临床炎症病理生理联系,内皮功能障碍,可以在2型糖尿病。他们发现亚临床炎症标记物,如白细胞介素(il - 6和地震)和c反应蛋白与抑郁呈负相关心脏迷走神经和全球HRV参数,而没有更高,以挪士与有利心脏迷走神经活动有关(54]。在模型中严重的炎症激活(大肠杆菌内毒素),我们表明,WBPA诱导炎症激活之前或之后执行,增加生存,并降低炎症激活,包括核转录因子的激活卡巴β(19,55),减少炎性表型。微血管流也被卷入。WBPA已经证明可以改善血流介导的血管舒张(衡量内皮功能)56在动物模型中,改善微血管流57,58)和人类的四肢和心肌缺血45,59]。

一氧化氮(NO)可能发挥作用在提高HRV在这项研究中观察到。具体来说,神经元一氧化氮合酶(nNOS),已sympathoinhibitory效应作用于不同的站点在生理条件下的神经系统,包括室旁核、孤束核,延髓吻侧腹,颈动脉体和神经在肾脏60- - - - - -62年]。nNOS通过选择性抑制nNOS抑制剂1 - 2 trifluoromethyl咪唑(修剪)或nNOS基因敲除小鼠显著降低HRV [63年,64年]。有增强迷走神经的控制人没有收到捐赠药物或精氨酸(65年]。此外,生产一氧化氮通过内皮一氧化氮合酶(以挪士),推导出一个重要的血管舒张药从而增加微血管流。eNO有潜力改善外周及中枢神经微脉管系统提供通过改善生物利用度。JD和WBPA没有被证明增加生物利用度19,58,66年,67年),在细胞水平上增加基因和蛋白的表达以挪士nNOS,通过phospho-inositol 3 /蛋白激酶(激酶)通路(52,68年]。基于JD的多个目标的影响,这是一个可行的、非药物的方法来减少缺乏身体活动和影响血糖控制和内皮功能22]。

最近,药理治疗糖尿病和葡萄糖转运蛋白2型抑制剂钠(SGLT2i),有一个合理的安全性,还显示了承诺在可以69年- - - - - -71年]。建议的机制的影响既是副交感神经活动增强剂和抑制剂的交感神经活动回顾71年]。糖尿病动物模型,用SGLT2i治疗改善受损的一种蛋白激酶的磷酸化和以挪士,恢复以挪士,减少活性氧生成,减少炎症标记物的表达(72年]。因此,看来这也药理干预目标的多个病理生理途径参与。

5。研究的局限性

有限制,必须承认。本研究包括异构的小样本参与2型糖尿病与ANS功能障碍,有超过一半是谁也高血压和轻度至中度肥胖;因此,我们无法控制这些变量或“药物使用。这人口是一个相当典型的患者在初级保健诊所经常看到。尽管小样本大小,我们显示7天的JD临床上显著的影响HRV的各种参数(SDNN, SDΔNN、RMSSD SD1 SD2),超过90%的概率值选择随机从JD7不同价值选择随机提单。我们也没有测量附加标准化测试来评估的完整性俺们建议明确诊断可以(73年)和缺乏进一步的研究,进一步描述附加在心血管系统过程控制。然而,当前的研究人口明显显示HRV降低比规范数据,比我们之前研究JD在异构的人口(20.]。在先前的研究中,在坐的位置在基线,SDNN 女士,RMSSD 女士,SD1 女士,SD2 女士,与当前基线SDNN是2型糖尿病的参与者 女士,RMSSD 女士,SD1 女士,SD2 女士(20.(以前的数据呈现 )。这些显著的差异确认ANS功能障碍的严重程度在当前的学习小组。最近,研究人员已经表明,低频分量(0.05 - -0.15赫兹)photoplethysmography (PPG)信号反映了自主控制血压(74年]。分是一个容易访问和可穿戴技术(ECG)相比,可用于监测各种心血管参数在健康和疾病如血氧饱和度、心率、血压、呼吸、内皮功能、血管和微血管流,和自主功能(75年- - - - - -80年]。的使用和分析PPG信号也许在这项研究提供了进一步的了解。在目前的研究中,我们使用线性时间域的HRV分析;其他调查人员利用非线性HRV分析方法,基于混沌理论等分析趋势波动,相关函数,赫斯特指数、分形维数,和李雅普诺夫指数;这些也被报道使用附加分(81年]。这些方法可能是有用的对HRV的进一步研究。最后,我们也没有研究缩短或延长使用JD(超过7天),由于设备的有限的可用性。

6。结论

目前的研究表明七天的JD通络改善短期的HRV时域和庞加莱措施。没有年龄或性别的影响,似乎至少在停药后7天的JD。这些数据,再加上我们之前发现2型糖尿病受试者,支持JD的早期应用药物、行为和生活方式修改为通络治疗医疗设备。运动仍然是一个关键而重要的治疗糖尿病。JD不是代孕锻炼而是一个简单,轻松方式减少缺乏身体活动,因为它可以使用在工作久坐的活动,欢迎干预对于那些不锻炼导致身体和认知的局限性或长期坐着工作的环境。

数据可用性

在生成的数据集和/或分析在当前研究可从相应的作者以合理的要求。

伦理批准

所有程序中执行研究涉及人类受试者按照道德标准机构和/或国家研究委员会1964年赫尔辛基宣言及其后来的修正案或类似的道德标准。这项研究及其知情同意西方机构审查委员会批准(WIRB) (WIRB Puyallup,佤邦98374 - 2115)2018年4月,WIRB 1184829。

同意

知情同意是获得所有个体参与者包括在这项研究中。同意也获得了照片在图1。

的利益冲突

JAA执行研究Sackner健康产品有限公司,是美国copatent保持者温柔的慢跑者,一个被动的设备模拟慢跑。JRL是研究科学家顾问Sackner健康产品LLC。VB是一个兼职的研究协调员和员工Sackner健康产品的公司。马斯是总统Sackner健康产品的有限责任公司,是一个我们copatent保持者温柔慢跑慢跑者被动模拟装置。

作者的贡献

JAA负责研究设计,数据分析,和写作的手稿。JRL负责数据采集,数据分析,和写作的手稿。VB是负责所有研究主题的数据文件和数据采集后的手稿和写作1^圣汇票。MAS参与研究设计,数据分析,和写作的手稿。何塞·a·亚当斯,何塞·r·洛佩兹和Veronica班德拉斯同样这项工作。作者回顾了所有数据和手稿,支持其结论和同意出版。

确认

我们感激地承认克里斯蒂娜Staalstrom参与者招募她的帮助。这项研究是由Sackner健康产品有限公司。

补充材料

ESM_File _S1:配偶清单,研究图和表。这个文件包含合并的报告标准试验(配偶)检查表和图的研究。表1包含额外的研究参与者的摘要统计,身体活动水平和糖化血红蛋白。表2和3年代年龄和性别的影响在慢跑设备引起的心率变异性变化(JD)。表4显示了7天慢跑设备之间的差异(JD7)和7天完成后JD (Post-JD)和HRV的基线(提单)参数对整个学习小组。(补充材料)