綠色鍛煉對(duì)心率變異性和血壓影響的系統(tǒng)評(píng)價(jià)

李漢森，陳欣，劉昊為，楊宗乾，張國棟

1.西南大學(xué)體育學(xué)院體育科學(xué)研究所，重慶 400715

2.慕尼黑工業(yè)大學(xué)體育與健康科學(xué)學(xué)院，德國 慕尼黑 80992

經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展誘發(fā)了一系列“現(xiàn)代文明疾病”，包括多類心血管與精神疾病，影響著城市居民的生活質(zhì)量［1-2］。有研究表明，體育運(yùn)動(dòng)是應(yīng)對(duì)“現(xiàn)代文明疾病”的重要方法之一［3］，對(duì)改善居民生理與心理健康狀況具有重要作用［4-6］。與體育運(yùn)動(dòng)類似，綠色環(huán)境也被發(fā)現(xiàn)對(duì)人體健康有積極的影響［7-8］。隨著全球?qū)ι鷳B(tài)保護(hù)的逐步重視，“綠色接觸”逐漸被推崇為一種放松途徑甚至治療手段［9-10］。

在此背景下，綠色鍛煉的概念于21 世紀(jì)初被提出［11］，指一種在自然環(huán)境中的鍛煉方式［12-13］。心理方面，綠色鍛煉被認(rèn)為有助于減少焦慮與抑郁情緒，并可改善社交狀態(tài)［14-15］。生理方面，現(xiàn)有證據(jù)主要集中于綠色鍛煉對(duì)唾液皮質(zhì)醇水平、血壓以及心率變異性的影響［16-19］。其中，心率變異性與血壓往往被配對(duì)研究，前者可以表征交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)的平衡［20-21］，反映生理放松程度［22］，而后者受到自主神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控，可判斷心血管狀態(tài)［23］。因此，探究綠色鍛煉對(duì)心率變異性以及血壓的影響，有助于了解其在改善自主神經(jīng)功能和防治高血壓中的作用。

在推行生態(tài)文明建設(shè)的今天，綠色鍛煉不僅是接觸自然的有效途徑，也是加深人與自然聯(lián)系的重要因素［24］。目前，雖有研究表明綠色鍛煉相較于非綠色鍛煉更有利于心理與生理健康，但這種差異仍存在爭議，還需要更多的數(shù)據(jù)支持［14-15］。因此，本研究借助系統(tǒng)評(píng)價(jià)的方法，對(duì)國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)行整理與分析，以求整體上了解綠色鍛煉對(duì)心率變異性和血壓的影響，尤其是相較于非綠色鍛煉的優(yōu)勢，從而對(duì)居民綠色鍛煉的開展與未來研究提供理論支持與參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 文獻(xiàn)檢索

本研究搜索的外文數(shù)據(jù)庫分別為Pubmed、Web of Science（all database）、Embase、Medline、環(huán)境保護(hù)文獻(xiàn)庫（Green FILE）、環(huán)境科學(xué)全文庫（Environment Complete）、教育資源文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫（ERIC）和運(yùn)動(dòng)科學(xué)全文數(shù)據(jù)庫（Sport Discus）；中文數(shù)據(jù)庫分別為中國知網(wǎng)、維普和萬方。檢索時(shí)間范圍為各個(gè)數(shù)據(jù)庫建庫至2020年7月8日。搜索策略與操作步驟分別按照Pubmed和中國知網(wǎng)的檢索界面整理如表1所示。

表1 搜索關(guān)鍵詞及搜索策略Table 1 Search keywords and search strategies

1.2 納入標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量評(píng)價(jià)

PICOS是Participants（研究對(duì)象），Intervention（干預(yù)），Control（對(duì)照），Outcome（結(jié)局），Study design（研究設(shè)計(jì)）的縮寫，是循證醫(yī)學(xué)中的常用原則。如表2所示，參考相關(guān)文獻(xiàn)［13-14，25］設(shè)計(jì)了本研究的PICOS。為了揭示綠色鍛煉對(duì)生理的影響及其相較于非綠色鍛煉的差異，本研究納入了隨機(jī)對(duì)照、非隨機(jī)對(duì)照、前后對(duì)照以及含有以上試驗(yàn)設(shè)計(jì)的研究。

本研究使用有效公共衛(wèi)生實(shí)踐項(xiàng)目（Effective Public Health Practice Project，EPHPP）量表進(jìn)行偏倚風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［26］。該量表包含對(duì)選擇偏倚、研究設(shè)計(jì)、混雜因素、盲法、數(shù)據(jù)收集和納入排除的評(píng)價(jià)，每一項(xiàng)評(píng)價(jià)分為強(qiáng)、中、弱3 個(gè)等級(jí)。綜合評(píng)價(jià)根據(jù)被評(píng)為弱的子項(xiàng)目的數(shù)量多少分為強(qiáng)（無弱項(xiàng)）、中（1 個(gè)弱項(xiàng)）、弱（2 個(gè)或更多弱項(xiàng)）3 個(gè)等級(jí)。文獻(xiàn)的檢索納入以及質(zhì)量評(píng)價(jià)由兩位作者進(jìn)行，兩位作者對(duì)操作結(jié)果進(jìn)行討論并做出決定，若是通過討論仍無法統(tǒng)一意見，則將結(jié)果交由第3 位作者咨詢意見后再作決定。

表2 研究納入標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Study inclusion criteria

1.3 指標(biāo)

涉及心率變異性指標(biāo)包括正常心率間期的標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation of normal-normal interval，SDNN）、相鄰NN間期差值的均方根（root mean square of successive differences in adjacent NN intervals，RMSSD）、龐加萊圖短軸SD1、低頻功率（low frequency power，LF）、高頻功率（high frequency power，HF）以及低頻高頻比（LF/HF）；血壓指標(biāo)包括收縮壓（systolic blood pressure，SBP）和舒張壓（diastolic blood pressure，DBP）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

本研究的圖形數(shù)據(jù)使用GetData Graph Digitizer獲取，數(shù)據(jù)內(nèi)容包括平均值與標(biāo)準(zhǔn)差。當(dāng)研究內(nèi)存在多個(gè)綠色或非綠色鍛煉對(duì)照組時(shí)，采用亞組合并的方法合并數(shù)據(jù)。使用Review Manager 5.3 進(jìn)行meta 分析。在合并結(jié)局指標(biāo)時(shí)，由于血壓結(jié)果為連續(xù)型變量，且各研究單位一致，因此選擇均數(shù)差（mean difference，MD）進(jìn)行合并。心率變異性結(jié)果由于研究單位較難統(tǒng)一，因此選擇標(biāo)準(zhǔn)化均數(shù)差（standard mean difference，SMD）進(jìn)行合并。使用卡方檢驗(yàn)對(duì)納入研究進(jìn)行異質(zhì)性分析，參考I2檢驗(yàn)值來反映異質(zhì)性部分在總效應(yīng)中的比重，當(dāng)I2< 50%時(shí)使用固定效應(yīng)模型，當(dāng)I2> 50%時(shí)使用隨機(jī)效應(yīng)模型，并采用更換模型與逐一剔除法來進(jìn)行敏感性分析以尋找異質(zhì)性來源。

2 結(jié)果

2.1 文獻(xiàn)檢索結(jié)果

從數(shù)據(jù)庫中一共檢索出相關(guān)文獻(xiàn)1 138 篇，其中Pubmed 141篇，Web of Science 360篇，Embase 154篇，Medline 131篇，Green FILE 4篇，Environment Complete 21篇，ERIC 5篇，Sport Discus 124篇，中國知網(wǎng)135篇，萬方32 篇，維普31 篇。根據(jù)標(biāo)題與摘要排除后剩余38篇，最后一步排除的16篇文獻(xiàn)中，有4篇韓國文獻(xiàn)無法獲取全文（圖1）。最終納入22篇，包括英文文獻(xiàn)18篇，韓文文獻(xiàn)3篇，日文文獻(xiàn)1篇，總計(jì)包含參與者（受試者）1 233人。所納入文獻(xiàn)中有6篇研究第一作者均為韓國學(xué)者Song Chorong，但由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在差異，且測試環(huán)境與參與者不同，因此未對(duì)其研究進(jìn)行刪除或合并。

圖1 文獻(xiàn)篩選流程圖Figure 1 Flow diagram of study selection process

2.2 納入研究的基本情況

如表3所示，文獻(xiàn)的發(fā)表時(shí)間范圍為2011—2020年，實(shí)驗(yàn)的開展地主要為日本，其次為韓國與英國。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面，納入隨機(jī)對(duì)照研究7 篇，交叉隨機(jī)對(duì)照研究10 篇，非隨機(jī)交叉對(duì)照研究2 篇，前后對(duì)照研究3篇。在干預(yù)方面，有14篇研究采取森林步行的方式，4 篇采取公園步行，2 篇采取城市綠化區(qū)步行，1 篇采取森林中騎車與橡皮筋練習(xí)，還有1 篇同時(shí)包含森林步行與綠化區(qū)步行（綠化城郊）。結(jié)局指標(biāo)主要為心率變異性、血壓和情緒狀態(tài)。

2.3 文獻(xiàn)質(zhì)量評(píng)價(jià)

如表3所示，所納入的研究中，只有5篇質(zhì)量評(píng)價(jià)為強(qiáng)，有15篇評(píng)價(jià)為中，2篇評(píng)價(jià)為弱。多數(shù)研究未對(duì)盲法進(jìn)行陳述，僅有1篇研究記錄了盲法的具體設(shè)置，但該研究卻因參與者間存在試驗(yàn)外部接觸而無法保證盲法的有效性［27］。有3篇研究直接向參與者暴露了試驗(yàn)意圖［28-30］。所納入的研究中，僅有5篇研究對(duì)分組成員的多項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行了展示［18，28，31-33］。

表3 納入研究的基本情況Table 3 Information of included studies

2.4 綠色鍛煉對(duì)運(yùn)動(dòng)后心率變異性的影響

在13 篇心率變異性相關(guān)研究中，有4 篇結(jié)果為綠色鍛煉后測量的心率變異性（表4）。在心率變異性指標(biāo)中，除LF/HF 的增加表明心率變異性的降低外，其他指標(biāo)的增長都意味著心率變異性的積極變化。

由于這4 篇研究選擇的結(jié)局指標(biāo)差異較大，因此未對(duì)結(jié)果進(jìn)行meta 分析。如表4 所示，其中僅有2 篇短期干預(yù)研究結(jié)果顯示綠色鍛煉相比非綠色鍛煉可以提高心率變異性，另外差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的2 篇研究中，有一篇為中長期干預(yù)（8 周），可見相比非綠色鍛煉，綠色鍛煉對(duì)運(yùn)動(dòng)后心率變異性的作用不明確。

表4 綠色鍛煉對(duì)運(yùn)動(dòng)后心率變異的影響Table 4 Effects of green exercise on heart rate variability (HRV)

2.5 綠色鍛煉對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中心率變異性的影響

基于8 項(xiàng)研究meta 分析結(jié)果表明，相較于非綠色鍛煉，綠色鍛煉過程中伴隨更高的HF（SMD=0.45；95%CI：0.35～0.56；P< 0.001）（圖2A）?；? 項(xiàng)研究meta 分析結(jié)果表明綠色鍛煉伴隨更低的LF/HF 水平（SMD=-0.37；95%CI：-0.48～-0.26；P< 0.001）（圖2B）。

圖2 綠色鍛煉對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中HF（A）和LF/HF（B）的影響Figure 2 Effects of green exercise on HF (A) and LF/HF (B)

2.6 綠色鍛煉前后血壓的變化

基于10 項(xiàng)研究的meta 分析結(jié)果表明，綠色鍛煉后SBP低于運(yùn)動(dòng)前（MD=-5.25；95%CI：-7.47～-3.02；P< 0.001）（圖3A）。DBP 方面同樣觀測到類似變化（MD=-4.03；95%CI：-5.63～-2.42；P< 0.001）（圖3B）。

圖3 綠色鍛煉前后SBP（A）和DBP（B）變化Figure 3 Changes of SBP (A) and DBP (B) before and after green exercise

2.7 綠色鍛煉相比非綠色鍛煉對(duì)血壓的影響

基于11篇研究的meta分析結(jié)果表明，相比非綠色鍛煉，綠色鍛煉后的SBP 更低（MD=-5.27；95%CI：-8.60～-1.93；P< 0.01）（圖4A）。同樣，DBP水平也低于非綠色鍛煉（MD=-4.60；95%CI：-7.80～-1.40；P< 0.01）（圖4B）。

圖4 綠色鍛煉相比非綠色鍛煉對(duì)SBP（A）和DBP（B）的影響Figure 4 Effects of green exercise on SBP (A) and DBP (B) compared with non-green exercise

2.8 敏感性分析

為驗(yàn)證結(jié)果穩(wěn)定性，嘗試更換為固定效應(yīng)模型后，I2值未發(fā)生改變。使用逐一剔除法后發(fā)現(xiàn)，剔除兩篇文獻(xiàn)后［33，36］，綠色鍛煉與非綠色鍛煉的對(duì)比中，SBP 結(jié)果合成異質(zhì)性I2由56%降低至0%，DBP 的I2則由75%降低至30%。這說明這兩篇研究是異質(zhì)性的主要來源，但這兩篇研究質(zhì)量評(píng)價(jià)均為強(qiáng)，并且從研究設(shè)計(jì)上無法確認(rèn)異質(zhì)性的產(chǎn)生原因。若去除這兩篇文獻(xiàn)并采用固定效應(yīng)模型計(jì)算，相對(duì)于非綠色鍛煉，綠色鍛煉對(duì)SBP 的凈效應(yīng)為-5.06（95%CI：-7.60～-2.51，P< 0.001），對(duì)SBP的凈效應(yīng)為-3.86（95%CI： -5.67～-1.96，P< 0.001），可見結(jié)果方向與統(tǒng)計(jì)學(xué)意義均未發(fā)生改變，說明meta分析結(jié)果較穩(wěn)定。

2.9 發(fā)表偏倚

由于心率變異性HF 與LF/HF 納入的研究數(shù)量僅為8 和6 篇，因此未制作漏斗圖。綠色鍛煉前后血壓對(duì)比的漏斗圖中，更多的研究分布于漏斗右側(cè)，但整體卻接近對(duì)稱分布，說明發(fā)表偏倚可能較低，見圖5。類似的，綠色與非綠色鍛煉血壓比較的漏斗圖中，各研究也呈現(xiàn)近似均勻的分布，未見明顯的發(fā)表偏倚，見圖5。

圖5 血壓效應(yīng)的發(fā)表偏倚診斷Figure 5 Diagnosis of publication bias in the effects on blood pressure

3 討論

心率變異性會(huì)在運(yùn)動(dòng)中暫時(shí)降低，并在休息中逐漸恢復(fù)［34］。從本研究來看，尚無法確定綠色鍛煉對(duì)事后心率變異性恢復(fù)的作用。從表3 可以看出，納入研究的測試指標(biāo)、受試者以及測量時(shí)間點(diǎn)存在差異。由于心率變異性受到受試者生理節(jié)律、年齡以及指標(biāo)選擇等因素影響，因此可能導(dǎo)致了不同研究中差異化的結(jié)果［47-48］。長期的合理運(yùn)動(dòng)干預(yù)可以提高靜息狀態(tài)的心率變異性［49］。本研究僅納入一篇中長期干預(yù)研究，該研究結(jié)果表明綠色與非綠色鍛煉對(duì)靜息心率變異性的影響無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，作者推測這與受試者擁有較高的基準(zhǔn)心率變異性有關(guān)［27］。由于僅納入一篇相關(guān)文獻(xiàn)，長期干預(yù)的影響還有待于在以后進(jìn)一步更新與討論。

meta分析結(jié)果表明，相比非綠色鍛煉，綠色鍛煉過程中伴隨更高的HF和更低的LF/HF。由于HF和LF/HF分別反映了副交感神經(jīng)和交感神經(jīng)活動(dòng)性，對(duì)生理放松有指示作用［36］，因此本結(jié)果說明綠色鍛煉有助于生理放松。有證據(jù)表明，觀看自然環(huán)境可以引起生理放松［39］，這一定程度解釋了綠色鍛煉更好的放松效果。

本研究發(fā)現(xiàn)，綠色鍛煉后SBP和DBP都出現(xiàn)降低，該現(xiàn)象與運(yùn)動(dòng)后交感神經(jīng)張力下降和外周阻力降低有關(guān)［50-51］，但運(yùn)動(dòng)環(huán)境也可能改變這一效果。本研究納入的2篇文獻(xiàn)表明，在鬧市區(qū)步行后血壓明顯增加，這可能與噪聲及空氣污染有關(guān)［29，52］。本結(jié)果說明，在森林和城市公園鍛煉有利于躲避城市負(fù)面因素以促進(jìn)健康。

本研究還發(fā)現(xiàn)，相比非綠色鍛煉，綠色鍛煉對(duì)于降低SBP 和DBP 更有效。由于血壓變化受到自主神經(jīng)的調(diào)控，因此與心率變異性的結(jié)果呈現(xiàn)一致性［23］。此外，還有研究認(rèn)為，除了視覺，樹木釋放的化學(xué)物質(zhì)也可能是增強(qiáng)副交感神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)而降低血壓的原因之一，但其機(jī)制仍不明確［53］。目前，運(yùn)動(dòng)療法是預(yù)防與治療高血壓的重要手段［54］，根據(jù)本研究結(jié)果，綠色鍛煉是一個(gè)有效的降壓途徑。

本研究存在一些局限性。在環(huán)境方面，有證據(jù)表明不同類型綠色環(huán)境的健康效益存在差異［46］，但本研究僅涉及森林與城市公園，更多的城市綠地的環(huán)境效益仍待調(diào)查。對(duì)于森林環(huán)境，所納入的研究都未對(duì)森林進(jìn)行評(píng)估與分級(jí)，這忽略了森林差異帶來的影響［55］。類似的，不同的城市環(huán)境也可能帶來截然不同的效果［56］。因此，未來的研究可能還需加入環(huán)境評(píng)價(jià)方法以確認(rèn)關(guān)鍵環(huán)境特征。在運(yùn)動(dòng)方面，綠色鍛煉的生理效益可能隨運(yùn)動(dòng)的形式與強(qiáng)度而變化，而納入文獻(xiàn)主要采取步行干預(yù)，更多的綠色運(yùn)動(dòng)形式仍有待探索［57-58］。

在全面回顧綠色鍛煉文獻(xiàn)之后，我們發(fā)現(xiàn)綠色鍛煉過程中伴隨更高的副交感神經(jīng)活動(dòng)性，但綠色鍛煉后心率變異性的變化規(guī)律受限于干預(yù)時(shí)長和測量方式，尚無法判斷。綠色鍛煉可以有效降低SBP與DBP，且降壓效果優(yōu)于非綠色鍛煉，因此可能是一種預(yù)防與治療高血壓的有效手段。對(duì)于城市居民，建議在空閑時(shí)間選擇綠色步行的方式進(jìn)行日常鍛煉，地點(diǎn)可以選擇綠色城郊、森林或是城市公園，避免在鬧市區(qū)進(jìn)行鍛煉。