運動應答效率在增進人體健康方面的作用

邊鵬飛 徐盛嘉 趙寒治 孟凡華

（陸軍工程大學 軍事基礎系，江蘇 南京 211101）

在過去 30 年中，肥胖現象越來越普遍。在 1980 年至2008 年間，全球平均體重指數（BMI）增加了0.4，導致約14.4 億成年人被歸類為超重（BMI≥25），5.03 億成年人被歸類為肥胖（BMI≥30）[1]。這些增長在西方國家最為明顯，美國 35%的成年人被歸類為肥胖，英國和澳大利亞緊隨其后[1]。肥胖是許多并發癥的主要原因，包括心血管疾病，II型糖尿病，血脂異常和癌癥[2]。因此，肥胖增加了全球醫療保健的重大負擔，與治療肥胖及其相關疾病相關的成本預計將在美國每年增加660 億美元，英國到2030 年每年增加20億英鎊。因此，需要尋求更好地預防和治療肥胖[2]。

然而，至今這些努力幾乎沒有阻止日益增加的肥胖率。在某種程度上，這是由于肥胖原因的復雜、多因素所致，雖然人們很容易相信肥胖只是一種相對過度攝入的能量，但支撐這種情況的原因可能是多種多樣的。這些包括增加的糖攝入量、腸道微生物群的改變、遺傳、以及社會、文化和環境影響[3]。然而，最近肥胖率爆發的常見原因是缺乏運動。肥胖的增加伴隨著運動的顯著減少，而熱量攝入沒有變化，這表明缺乏運動可能是導致肥胖率上升的主要原因。此外，增加運動會增加熱量消耗并促進脂肪減少，這表明運動在預防和治療肥胖及其相關的并發癥方面可能是重要的[4]。

除了運動和肥胖之間的反向關系，運動還降低了許多其他慢性疾病的風險，包括癌癥和心血管疾病，并且已經證明治療II 型糖尿病的有效性，運動的積極健康益處可能大于藥物治療，特別是心血管疾病[5]。

因此，運動具有重要、廣泛的促進健康的方面作用，有助于降低慢性病和肥胖的風險，并可作為這些問題的治療手段[4]。盡管如此，在過去 30 年中，肥胖和其他慢性疾病發病率的大幅增加，與運動率的降低有關[2]。因此，運動的減少與全球肥胖的增加之間存在合理的關系。人們似乎意識到這一點，許多人表示，參與運動的動機源于希望加強體重管理和減少與年齡相關的衰退[6]。但目前許多成年人根本不參加任何運動，且未能達到指南的標準[2]。同樣，其原因是多方面的，包括缺乏信心，時間壓力和缺乏興趣等。所有這些因素似乎都導致了對運動訓練計劃的不了解和不堅持，從而導致肥胖和慢性疾病的發病率增加[7]。

為了消除阻礙堅持運動的因素，提出運動應答效率的概念，即個體與最有可能在最短時間內實現最佳健康改善的相匹配的訓練類型。從這個角度來看，運動應答效率可以被描述為個體與訓練類型的適當匹配，從而對人體產生積極響應。因此，探索運動應答效率的概念可能提供一種可行的策略，能夠積極促進對抗肥胖和降低慢性疾病率。

1 運動應答的個體差異

訓練類型多種多樣。然而，無論采用哪種方式，運動都可以被概念化為連續統一體，從較低強度，較長持續時間的運動到較高強度，較短持續時間的運動[8]。這些不同的運動刺激已經表現出廣泛的健康促進作用，包括脂肪組織的減少、葡萄糖代謝的增加、血壓的降低和骨礦物質密度的增加[8]。越來越多的短時高強度的運動被證明可以促進健康和體重管理[9]，盡管這種高強度運動對于部分人可能難以接受。

鑒于運動對健康有廣泛的益處，人們很容易相信運動對所有人都有益處，并且對這種運動有適當的標準，可預測的適應性應答。然而，最近的研究對這些長期存在的觀念提出了質疑[10]。現在有大量證據表明，對任何特定的運動訓練計劃都有個體差異。例如，研究了20 周有氧訓練計劃中的個體間差異，訓練引起的VO2max變化范圍從大約100 ml/min 的下降到超過1,000ml/ min 的增加[11]。雖然大多數受試者在訓練計劃后表現出對給定工作負荷的心率（HR）應答降低，但大約100 名個體（約14%的受試者）表現出HR 應答的增加，表明身體健康狀況的下降。此外，在分析來自6 種不同運動干預措施的匯總數據時，Bouchard 等人[11]報道，運動后，8%的受試者空腹胰島素有不良變化，12%有收縮壓的不利變化，10%有甘油三酯增加，13%有高密度脂蛋白減少，可能會增加疾病風險的不良應答。最后，對于對抗肥胖的特殊興趣，運動期間消耗的能量以及隨后的運動對食欲的影響存在顯著的變化[12]。

表現出運動后風險因素增加的個體稱為不良應答者，而那些在測量的適應度變量中沒有顯示出可測量改善的個體稱為無應答者。運動應答存在異質性可能是由于測量誤差和隨機的日常變化，并且可能與臨床無關。在最近的一篇綜述中[13]，表明運動無應答者，即表現出對運動無益應答的個體可能不存在。然而，當涉及疾病相關指標的變化時，例如心肺健康和空腹胰島素，似乎并非所有運動都對所有人產生相同的有益效果。

2 運動應答異質性和缺乏運動應答的原因

個人運動應答的驅動因素是廣泛而多樣的。運動應答通常通過比較給定測量的干預前和干預后的評分來確定。然而，對于任何測量來說，固有的是技術誤差和隨機的受試者內的差異，真實的驅動因素是遺傳、環境或表觀遺傳[14]。作為遺傳因素影響的一個例子，單核苷酸多態性（single-nucleotide polymorphism, SNP）已經被證明會影響老年受試者對抗阻訓練的適應性應答[15]。對運動適應的環境影響的一個例子是壓力，經歷過高水平生活壓力的個體可能表現出對訓練刺激的適應性降低[16]。最后，作為表觀遺傳修飾和翻譯控制機制的例證，microRNA 可以調節對運動的適應性應答，或者通過使DNA 內的特定點更易于翻譯，或者通過抑制翻譯或在翻譯發生之前引起降解來控制信使RNA[17]。

測量特異性運動的非應答者或低應答者的存在可能存在問題，因為它表明一個人群可能從運動訓練中獲得很少或沒有獲益。運動的這種低應答既是一種感覺模式，也特定于測量指標，表明改變運動訓練類型、強度、體積或持續時間，或額外的測量，可能有助于降低運動的不應答。

研究探討了不止一種訓練類型的運動應答。 Hautala等[18]對73 名參與者在隨機交叉設計中進行了單獨的耐力和抗阻訓練計劃，并確定在兩次干預后最大攝氧量（VO2peak）的改善。在有氧（范圍-5%-22%）和抗阻（范圍-8% - 16%）訓練之后，VO2peak 改善存在個體差異，說明某些受試者在特定訓練類型后沒有表現出任何改善。然而，在有氧訓練后具有最低VO2peak改善的受試者在抗阻訓練后表現出更大的改善。

此外，當增加測量次數時，運動不應答似乎消失。Karavirta 等[19]說明，雖然少數受試者在組合的有氧和力量訓練計劃后表現出VO2peak或肌肉最大自主收縮方面的負面訓練應答，但沒有受試者表現出對兩者的負面應答。同樣，Bonafiglia 等人[20]讓個體接受耐力和短跑間歇訓練，確定訓練后VO2peak，乳酸閾值和心率的改善。雖然一些受試者表現出對這些指標中的一種沒有應答，但很少（耐力訓練后5%，短跑間歇訓練后24%）存在無應答者。

3 運動應答的效率及提高途徑

鑒于之前的研究，很明顯并非所有人都表現出對每種訓練類型的有利適應性，說明并非所有人都從推薦的運動指南中獲得相同的益處，并且并非都獲得相同的減少疾病風險因素。相反，將個人與他們最有可能獲得有益適應的訓練類型相匹配可能會更有利。目前，這種方法通常是通過反復試驗來實現的，通過進行持續數周或數月的運動干預，發現是否有所改善。如有，則繼續干預，如果沒有，則可以嘗試不同的訓練類型。然而，這種方法在消耗過多時間。鑒于缺乏運動堅持的一個原因是時間壓力，這種方法并不可行。此外，許多目前沒有達到運動指導的人對運動感到焦慮和不自信，未能證明改善可能進一步降低個人信心和興趣，限制未來進行運動的潛力。

最近的證據表明，通過增加訓練量，強度或持續時間，可以減少運動的無應答或低應答[13]，然而，在高危人群中，增加運動強度的可能性很低且難以接受[21]，而由于缺乏可用的運動時間，增加的運動量和持續時間也不太可能成功。相反，通過將個體與他們表現出最大適應潛力的訓練類型相匹配可能有效，包括：（1）能在較短的時間內減少疾病風險因素。鑒于缺乏時間經常被認為是不遵守鍛煉指南的原因，如果能夠通過有針對性的訓練在更短的時間內推動更大的改進，將是非常有益的。（2）能更好地促進運動堅持。來自營養遺傳學領域的研究表明，當個體接受個性化的飲食干預時，他們更有可能在更長的時間內堅持這種運動干預[21]。此外，通過增加從運動中獲得的改善，個人所實現的滿足和享受可能會增加，從而進一步促進長期的運動堅持。

仍需完全闡明哪些變量可以預測最有效的訓練類型。從肥胖的角度來看，Leońska[22]最近的研究探索了SNP 對一組未經訓練的女性受試者的脂肪量變化和有氧適應性改善的影響，在為期12 周的有氧訓練計劃后，有75%的受試者體重減輕，脂肪量減少，特別是肥胖風險等位基因數量較多的受試者在訓練后往往脂肪減少[23]。然而，目前，雖然我們了解各種 SNP 響適應性，減脂和健康生物標志物對訓練的應答，如先前討論的肥胖相關SNP，但目前很少有研究試圖利用這些信息來為訓練計劃設計提供信息[24]。此外，Bordoni等人[25]對遺傳變異與身體成分或肥胖之間的關系研究也可能受到測量特征的影響，例如水合狀態修改了基因型和身體成分之間的關系，使得難以準確量化這些SNP 的影響。

Jones[26]利用總基因型評分將受試者分類，分為更有利地響應大運動量，中等強度的抗阻訓練者，和更有利地響應小運動量，高強度抗阻訓練者。然后將受試者隨機分組，在8 周的訓練干預中接受“匹配的”（即與其基因型分數匹配的訓練）或“不匹配”訓練。與不匹配組相比，匹配訓練組中的受試者在力量測試和耐力測試方面顯著改進。此外，83%的訓練干預高應答者來自匹配組，而 82%的低應答者和非應答者來自不匹配的訓練組。研究結果表明，遺傳信息可能在適應性應答與訓練類型相匹配方面具有前景。

已經報道了與有氧訓練相關的類似結果。Timmons 等人[27]在訓練干預前發現了一個由29 個RNA 組成的特殊分子標記，其預測了在訓練干預后 VO2max的改善。同樣，Davidsen等人[28]在12 周的阻力訓練計劃之后，發現了4 種在低應答者和高應答者之間差異表達的miRNA，進一步證實了個體與未來最具應答性的訓練類型相匹配。

目前，初步研究表明，基線遺傳和miRNA 標記的組合可能能夠預測特定干預的訓練應答的程度。這提高了預期對特定干預措施應答較低的個體進行單獨干預的可能性，預計這些干預措施將表現出更大的改善，從而獲得更多的健康益處。遺傳信息可能提供幫助，但需要更多深入研究。

4 結論

運動對肥胖和疾病風險和治療的廣泛和良好的健康益處，但個體對不同運動的應答存在差異，運動應答效率可將個體與其最有可能獲得最大改進的訓練類型相匹配，增加運動對疾病的保護作用并促進長期運動堅持。這是一種節約時間的方法，可以最大限度地提高高危人群的健康狀況，抵消與久坐不動的生活方式相關的風險?；蛐推ヅ溆柧毧梢栽鰪娪柧氝m應性，生物標記物、包括甲基化、miRNA 和遺傳學指標，可以在干預前加強對訓練反應程度的預測，從而允許訓練方案的早期個性化設計。需要進一步的研究來探索這種方法在訓練誘導的結果和高危人群的運動堅持方面的效果。