動脈系は、心臓からの断続的な血流を動脈樹全体に渡る連続した安定した流れに変換し、それによって心臓にかかる後負荷を軽減するよう設計された血管のネットワークである。 動脈硬化の増加によるこのクッション機能の変化は、収縮期高血圧、左心室肥大、および冠動脈灌流障害を引き起こし、1-3により心血管系のリスクが増加します4-6

老化、肥満、糖尿病、脂質異常などのいくつかの危険因子が動脈硬化の決定因子として特定されてきました7。-14 その他の危険因子には、心肺体力の低下15-20および身体活動の低下が含まれます。 これらは、互いに動脈硬化との関係を交絡および/または仲介する可能性があり、または、示唆されているように、身体活動は心肺フィットネスとは無関係に動脈硬化に良好な影響を与える可能性があります15,18。 さらに、心肺フィットネスおよび/または身体活動は、体組成への有益な影響(すなわち、体脂肪の減少)23-25を通じて動脈硬化に影響を与える可能性があり、それ自体が若年者における動脈硬化の強い決定因子である7-9

これらの考察を考慮して、北アイルランドの若年成人の集団ベースコホートで、心肺フィットネス、身体活動および動脈硬化との関連性を調べた。 2つの動脈セグメント(弾性大動脈セグメントと筋性大動脈脚セグメント)の硬さ(脈波伝播速度で推定)との関連性が調査された。

方法

研究集団

この研究は、現在進行中の縦断研究、ヤングハート(YH)プロジェクトの一部として実施され、最初に北アイルランドの若者(n=1015、12歳または15歳)の無作為サンプルにおける冠危険因子の有病を調査した。 最初の2つのスクリーニング段階(YH1およびYH2)のサンプリング手順、研究デザインおよび回答率については、他で詳しく述べられている26,27。最初のコホートのすべての対象者は、20歳から25歳のときに第3のスクリーニング段階(YH3:1997年10月から1999年10月)に参加するように勧められた。 今回の解析では、この時点で動脈硬化、心肺機能、身体活動に関する完全なデータが得られていた405人(女性203人)が対象となった。 表1は、研究対象者の主な特徴を示している。 各被験者は文書によるインフォームドコンセントを提供し、この研究はQueen’s University of Belfastの医療倫理委員会によって承認された。

P値

22.8 (1.7)

64.6 (12.0)

58.8 (20.4)

106.7 (10.0)

NS

2.0 (0.82)2.92 (0.92)28 (0.29)

0.001 (0.0)016

33.1 (6.1)

0.526

76.4

16 (8-26)

16 (10-20)16 (5-13.1)

26.9 (5.3)

2.0

table 1. 研究集団の特徴(The Young Hearts Study, Phase 3)

研究変数 男性(n=202) 女性(n=203)
データは平均(標準偏差)または中央値(四分位範囲)である。 PWVは脈波伝播速度、Vo2maxは予測最大酸素摂取量。
※4つの皮弁は上腕二頭筋、上腕三頭筋、上腸骨、肩甲骨下。
†データは男性189人、女性166人と‡男性159人、女性155人だけ利用可能です。 男女間の差は独立標本に対するStudent t検定またはχ2検定により求めた。
年齢、y 22.4 (1.6) 0.1 (0.1) 男性、女性。034
身長、cm 178.2 (6.6) 164.5 (6.2) <0.0.001
体重、kg 75.6 (11.8) <0.0.001
Body mass index, kg/m2 23.8 (3.2) 23.9 (4.0)0.3) NS
Sum of 4 skinfolds,* mm 44.5 (18.8) <0.1 (0.1) (0)未満 Sum of 4 skinfolds,* mm Sum of 4 skinfolds,* mm
収縮期血圧、mmHg 118.7 (11.5) 106.7 (10.6) <0.001
拡張期血圧、mmHg 76.6 (9.2) 71.0 (10.0) 118.7 (11.5) 108.0 (10.0)1 (9.5) <0.001
平均動脈圧、mm Hg 90.6 (8.0).7) 83.0(9.0) <0.001
Total cholesterol, mmol/L† 4.49(0.88) 4.75 (0. 88) 0.006
LDL-colesterol, mmol/L† 2.85 (0.82) 2.92 (0.79) NS
HDL-cholesterol, mmol/L† 1.0 (0.82) 2.92 (0.79)
1.47 (0.40) <0.001
Triglycerides, mmol/L† 0.82 (0.43) 0.77 (0.42) NS
Fasting plasma glucose, mmol/L‡ 4.47 (0.54) 4.31 (0.35) <0.001
心拍、bpm 71.1 (11.4) 73.8 (10.6) 0.1 (0.1) 0.001 (0.1) 0.001 (0.1) 0.001 (0.1)
総エネルギー摂取量、kcal 3146 (824) 1985 (581) <0.0.001
脂肪摂取量、総エネルギー摂取量の割合 32.7 (5.8) 0.1 (6.1)
アルコールを飲む人, % 85.6 0.017
飲酒者のアルコール摂取量、g/日 43 (28-72) <0.0.001
喫煙者, % 36.1 36.0 NS
喫煙者のタバコ消費、タバコ/日 10 (10-20) 10 (5-13.1)16 (10-20) 10 (5-13.1) 16 (10-20) 16 (10-20) 17 (10-20)5) 0.002
Vo2max, mL/kg per minute 38.3 (8.3) 0.001
Sports physical activity score 2.0 2.02.0 2.0 2.0 2.02.0 2.02.073 (0.81) 2.44 (0.65) <0.001
Works physical activity score 2.81 (0.63) 2.57 (0.53) <0.001 <0.001
Leisure physical activity score 2.37 (0.67) 2.38 (0.)55) NS
Total physical activity score 7.90 (1.34) 7.40 (1.21) <0.001
PWV aortoiliac segment, m/s 3.26 (0.49) 2.91 (0.)35) <0.001
PWV aortodorsalis pedis, m/s 5.19 (0.53) 4.74 (0.)。47) <0.001

Cardiorepiratory Fitness and Physical Activity

Cardiorepiratory fitness is measured using a submaximal cycle ergometer test described in detail elsewhere.27. 簡単に言うと、被験者は、通常15分間続く試験の間、一定のペース(ペダル回転数50~70回/分)でペダルを漕ぐことを要求された。 心拍数が約 170 bpm になるまで、3 分ごとに仕事量を増加させた。 心拍数は各ワークロードの最後の15秒間を平均した(Polar Vantage心拍計,Polar,Finland). オンライン呼吸ガス分析器(Quinton QMC)を用いて酸素摂取量を試験中モニターし、最大酸素摂取量(Vo2max)は170bpmでのVo2を年齢調整した推定最大心拍数に外挿することによって予測し、1分あたりのmL/kgで表示した。 仕事、スポーツ、スポーツ以外の余暇活動のスコアは、5段階のリッカート尺度に基づいて計算され、これらの3つのスコアを加算して身体活動総スコアが算出された。

動脈硬化

我々は、左心室の収縮によって生じた圧力波の結果として動脈壁を伝播する拡張の波が、既知の距離で遠位部位に到達するのにかかった通過時間(TT)を決定することによって、PWVを推定するのに非侵襲的光学方法を使用した30,31。 TT測定は光電式プローブを用い、ECGのR波をトリガーとして行われた(単位:ミリ秒)。 胸骨ノッチから大腿動脈までの距離および胸骨ノッチから足背動脈までの距離(0.1 cm単位)を、これらの動脈部位それぞれに到達する脈波のTTで除して、大動脈および足背動脈のPWV(m/s単位で表示)をそれぞれ決定した。 静かな温度調節された部屋で15分間仰臥位で休息した被験者に、訓練を受けた技術者1名がすべての測定を行った。 すべての測定は体の左側で行われた。 8201>10 サイクル未満に基づく TT の推定値、または分散係数が >20% である推定値は却下された。 すべての被験者は、測定が行われた日に喫煙とカフェインを含む飲料を控えていた。

潜在的な交絡因子/中間変数

身長、体重、皮膚肥厚、血圧、脂質、グルコースレベル、喫煙行動、アルコール摂取、栄養摂取の評価は、以前に詳しく説明されている23,26。-28,30

統計解析

Vo2maxと身体活動スコア(決定因子)と2種類の動脈セグメントのPWV(結果)の関係を調べるために、多重線形回帰モデルを使用した。 解析は、年齢、性別、平均動脈圧、身長・体重を調整した初期モデル(モデル1)に基づき、いくつかの段階を経て行われた。 喫煙状況(非喫煙者、軽喫煙者、重喫煙者、喫煙者の1日当たりのタバコ吸引本数の性差中央値で決定)、アルコール摂取(非、中、重飲酒者、重飲酒者。 脂肪の摂取量(総エネルギー摂取量に対する割合)、および体脂肪率(4つの皮膚厚の合計で表される)など、決定因子と結果の間にある中間変数について調査された。 主効果を評価した後、線形回帰モデルに主決定因子と性別の交互作用項を追加した。 交互作用項の確率値が有意であった場合(すなわち、<0.05)、層別分析を行い、結果を男性と女性で分けて提示した。 すべての分析は,Statistical Package of Social Sciences, 10.1 for Windows (SPSS Inc) を用いて行った。

結果

心肺機能と動脈硬化

Vo2maxは弾性大動脈セグメントと筋性大動脈脚セグメントの両方のPWVと逆で有意に関連していた。 これらの関連は、筋肉質セグメントでわずかに強く、ライフスタイル変数、体脂肪率、および身体活動とは独立していた(すなわち、交絡も媒介もされない)(表2)。

2*

-0.20 (0.018)19 (0.003)

table 2. 2つの動脈セグメントにおける心肺フィットネスと脈波伝播速度の関連性

主決定因子 モデル 脈波伝播速度 Velocity
Aortoiliac Segment Aortodorsalis Pedis Segment
データは標準化回帰係数(P値)である。 Vo2maxは心肺体力を示す。
モデル1:年齢、性別、身長、体重、平均動脈圧を調整、モデル2、モデル1はさらに身体活動総スコアを調整、モデル3、モデル2はさらに喫煙行動、アルコール摂取、脂肪の合計摂取量を調整、モデル4、モデル3はさらに体脂肪率(4つの皮膚膨満の合計により推定)を調整した。
*スポーツ関連の身体活動で調整すると、大動脈腸骨脈波速度および大動脈足底脈波速度でそれぞれβ=-0.14 (P=0.031) およびβ =-0.18 (P=0.004) となりました。
Vo2max 1 -0.14 (0.018) -0.20 (<0.001)
-0.20 (0.018) -0.21 (<0.001)
3 -0.18 (0.004) -0.21 (0.001)
4 -0.18 (0.008) -0.20 (0.002)

身体活動と動脈硬化

スポーツ関連の身体活動スコアは大動脈足底セグメントのPWVのみと逆で有意に関連していた(表3). 他のライフスタイル変数と体脂肪率で調整しても、後者の関連の強さは減衰しなかったが、Vo2maxでさらに調整するとかなり減少した(≒40%)。

-0.05 (0.32)

2

4

0.05 (0.31)

3

f -0.02 (0.75)

表3. 2つの動脈セグメントにおける身体活動と脈波伝播速度の関連性

主な決定要因 モデル 脈波 Velocity
Aortoiliac Segment Aortodorsalis Pedis Segment
Data is standardized regression coefficient (P values.)。
Vo2maxは心肺体力、Mは男性、Fは女性である。 モデル1は年齢、性別、身長、体重、平均動脈圧で調整、モデル2はモデル1をさらに喫煙行動、アルコール摂取、脂肪の総摂取量で調整、モデル3はモデル2をさらに体脂肪率(4つの皮質の合計で推定)で調整、モデル4はモデル3をさらにVo2maxで調整したもの。
スポーツ身体活動 1 -0.11 (0.015)
-0.0 (0.014)-0.1 (0.0)03 (0.57) -0.10 (0.023)
3 -0.02 (0.66) -0.10 (0.037)
0.01 (0.83) -0.06 (0.23)
Work physical activity 1 0.04 (0.31)33)
2 0.04 (0.44) 0.04 (0.32)
3 0.04 (0.41) 0.05 (0.26)
4 0.05 (0.33) 0.06 (0.19)
レジャー身体活動 1 M 0.05 (0.33)26 (<0.001) M 0.11 (0.097)
F -0.05 (0.)51) f -0.09 (0.16)
2 m 0.27 (<0.)001) m 0.12 (0.084)
f -0.05 (0.50) f -0.05 (0.50) f -0.05 (0.50) f -0.05 (0.50) m 0.12 (0.00)08 (0.25)
m 0.27 (<0.001) m 0.12 (0.075)
f -0.04 (0.53) f -0.04 (0.53) -0.04 (0.53) f -0.00 (0.00)08 (0.26)
4 m 0.29 (<0.001) m 0.15 (0.034)
f -0.06 (0.00)38)

逆に、男性のみ、(スポーツ以外の)余暇関連の身体活動と両動脈セグメントのPWVの間に正の関連が見られたが、大動脈腸骨セグメントのPWVのみにより強く、有意だった(それぞれ余暇関連の身体活動と大動脈腸骨セグメントおよび足底動脈セグメントのPWV間の関連における性との相互作用をP=0.001およびP=0.021とした)。 ここでも、これらの関連は、他のライフスタイル変数や体脂肪率で調整しても減衰しなかった。 しかし、Vo2maxでさらに調整すると、関連性が強まり、余暇の身体活動と大動脈脚部セグメントのPWVとの関連は有意になった。

考察

我々の研究の主な発見は、心肺フィットネスが(PWVによって測定される)動脈硬化と逆相関していたことであった。 身体活動レベルに関しては、スポーツ関連の身体活動のみが動脈硬化と有利に(すなわち、逆に)関連し(この現象は心肺フィットネスによって媒介された)、一方、男性のみでは余暇の身体活動が動脈硬化と不利に(すなわち、陽性に)関連した。 これらの関連はすべて、他のライフスタイル変数や体脂肪率とは無関係であった。 これは、同一集団における心肺フィットネスと身体活動の動脈硬化との関連を報告した最初の集団ベースの研究である(関係における互いの交絡および/または媒介の役割を調査する)。 9373>

心肺フィットネスと動脈硬化の間の強い関連性は、若年者32および高齢者17におけるVo2maxレベルと動脈硬化を関連付ける他の集団ベースの研究、および小規模の研究で報告されたものをほぼ反映しています15,18,19。 さらに、いくつかの運動トレーニング研究により、健常者15,18,33および心臓病患者の両方において、心肺体力の向上が動脈硬化の有益な変化を伴うことが示されています34。 しかし、筋力(または抵抗)トレーニングは動脈硬化の増大と関連することを示す説得力のある証拠が存在するので、そのような運動は有酸素性(すなわち、大筋群を含む)でなければならない35-37。有酸素性身体活動が動脈適応と有利に関連するにはVo2maxを増加させなければならないかどうかは、15、18、21、33では明らかでない。 最近の2つの介入研究では、3ヵ月の有酸素運動トレーニングプログラムが動脈硬化を有意に低下させたことが示され、動脈硬化のこの低下はVo2maxの付随する増加(および他の危険因子の有益な変化)とは無関係であると主張した15,18。これらの増加は両研究で実際に見られ、1つの研究では有意ですらあったが15、残念ながら、こうした議論を支えるデータ(すなわち、Vo2maxと無関係な身体活動の増加の役割)は示されていない。 本研究では、統計解析モデルを用いて、この疑問に具体的に取り組んだ。 スポーツ関連活動(例えば、ジョギング、水泳、テニス)は、定義上、余暇に行う活動(例えば、歩行、自転車)よりも強度が高く、動脈硬化と有利に関連し、この関連は同時に行われたVo2maxのレベルによって高度に媒介されたことが分かった。 このことは、若年成人における運動処方がVo2maxの改善を目標とする場合、運動の動脈硬化に関連した有益性が最も高くなることを示唆している。 調査した決定因子と動脈硬化との関連における性差の背後にあるメカニズムの説明は、エストロゲン依存性の現象である可能性があるが、このコホートではその説明はありそうにない(他の性相互作用が見つからなかったからである)。 そこで我々は、女性と比較して男性が余暇に行う身体活動の種類の違いが、この性差を説明する可能性があると仮定した。 そこで、余暇の身体活動得点に寄与する4項目(テレビ視聴、歩行、自転車、通勤・通学自転車)をさらに検討した。 その結果、テレビ視聴は女性よりも男性で有意に(P=0.006)余暇活動得点に寄与し、歩行は男性よりも女性で有意に(P<0.001)余暇活動得点に寄与し、我々の仮説を確認することが出来た。

仕事、余暇、スポーツ関連の活動スコアを区別したことは、我々の研究の重要な特徴であり、これにより身体活動-動脈硬化の関係をより深く理解することができたが、さもなければ一般的な総合習慣活動スコアを用いることで覆い隠されていたであろう(データは示されていない)。 身体活動の測定は困難であり、自己報告の身体活動は想起バイアスと誤判定の影響を受ける(本研究のように実験室技術を使用して客観的に測定できる心肺フィットネスと異なる)。 このことが、動脈硬化と(スポーツ関連の)身体活動との間に心肺フィットネスよりも弱い関連が見つかったことの説明になるかもしれません。 この制限にもかかわらず、我々の研究は、個人が行った身体活動の詳細な特徴付け(すなわち、頻度、時間、強度だけでなく、活動の種類も)が不可欠であり、身体活動と動脈硬化との関係をより良く理解するためにアンケートから抽出する必要があることを明確に示している。 したがって、観察された関連は他の機序によって説明されるかもしれない。 他の伝統的な心臓血管リスク因子(空腹時LDL、HDL、総コレステロール、トリグリセリド、血漿グルコース値など)の調整をさらに行っても、報告された関連の強さは低下しなかった(データは示されていない)。 他の変数では、安静時心拍数(大動脈セグメントではβ-0.18からβ-0.15、、大動脈脚セグメントではβ-0.20からβ-0.13、、への変化)だけがかなりの程度そうなっていた。 38,39あるいは、安静時心拍数の減少は持久力トレーニングに対する適応として知られているので、少なくとも部分的には、高い心肺フィットネスと低い動脈硬化を結びつける一つのメカニズムになる可能性があります。 しかし、上記の関連性が有意であったことから、他の因子も関与している可能性があります。 40 運動中、血流は増加し、管内力が高まり、内皮による一酸化窒素 (NO) およびプロスタサイクリンなどの血管拡張因子の放出が促進されます41。 しかし、一定の運動強度では、動脈血流速度の増加は、腹部大動脈の近位部よりも遠位部でかなり大きく、42 このことは、弾性部よりも筋肉部と心肺機能との間に強い関連性があることを説明するかもしれない20, 32, 43。 さらに、有酸素運動トレーニング44,45の結果として、動脈壁内のコラーゲンとエラスチンの相対的割合が変化すること(特に、より運動に関与する四肢を灌流する動脈)46も、観察された有益な関連性を説明する別のメカニズムになり得るだろう。 我々の知見の臨床的意義は、左室肥大、心不全、および脳卒中などの動脈硬化関連疾患の病因において、心肺フィットネスが果たす重要な役割にある。 実際、心肺フィットネスは、心血管系および全死因死亡の強力で独立した危険因子である。 若くて一見健康な成人集団で得られた本研究の結果は、これらの有益な関連のルーツが幼少期にあることを示唆し、動脈硬化が体力と硬化関連の疾病の間の因果関係の経路にある可能性があるという概念を支持するものである。 従って、公衆衛生の観点から、心肺体力の向上は心血管系疾患の一次予防のための重要な手段である。 これは、定期的にスポーツ活動を行うことで達成できるかもしれない。

The British Heart Foundation and the Wellcome Trust supported this study.

脚注

ColinBoreham教授(University of Ulster, Jordanstown, Northern Ireland, BT37 0QB United Kingdom、応用医学部およびスポーツ学)に対応したものである。 Eメール
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