低氧鍛煉減控體重效果：基于隨機對照實驗的meta分析

呂中凡， 史 鵬， 劉楊婷

(1.遼寧師范大學 體育學院,遼寧 大連 116029； 2.遼寧省運動人體科學實驗室,遼寧 大連 116029)

肥胖問題是21世紀的流行病，全球范圍內超重/肥胖的人數持續增加.Gregg等[1-2]通過全球40 a大數據分析顯示中國是全球肥胖人數最多的國家.超重和肥胖是心血管疾病、糖尿病、慢性腎病、多種癌癥的危險因素.另外，超重/肥胖造成腰椎、膝、髖關節負荷過大，促進骨性關節炎的發展，限制其功能能力，膝關節置換手術風險比例隨之升高[3-4].研究證明，適量體育活動、控制日常飲食等一般治療方案被認為是最有效的減肥策略.運動療法具有安全、無副作用、娛樂性強的特點，長期進行體育鍛煉進行減脂對于身體的長期發展更加有利[5].中等強度持續訓練(MICT)與高強度間歇訓練(HIIT)是治療肥胖最常用的方法，對于減控體重、改善身體形態、提高心肺功能具有良好的效果[6].但MICT因其運動時間過長、過程單調乏味等原因降低運動鍛煉的堅持性[7-8].HIIT的安全性有待探討，其在心血管疾病等慢性病患者肥胖的治療中處于實驗階段，臨床推廣需要進行進一步求證探索[9].

低氧暴露在改善肥胖人群身體成分、心肺功能和基礎代謝方面具有顯著效果，為減肥和控制體重提供了一種新型治療措施[7,10].由于高原氣壓隨著海拔高度升高空氣中O2含量降低，由此導致這種環境下的機體缺氧，新陳代謝規律發生變化，會消耗更多的能量以滿足機體代謝的需要[11].機體在無運動負荷時，主要依靠脂肪代謝進行供能，增加的能源物質以脂質代謝為主[12].低氧刺激導致細胞內活性氧大量產生，進而激活HIF-1參與其他分子轉錄的調控，啟動細胞內低氧反應的基因調控系統，從而在維持體重、葡萄糖穩態等機體代謝調節中發揮重要作用，從而有效預防肥胖[11,13].但是，人體在缺氧狀態下會啟動相應調節機制，可以激活一系列炎癥因子導致炎性損害，并對超重/肥胖人群產生其他負面影響，如高血壓和高膽固醇血癥[14].Menéndez[15]、Morishima[16]等研究低氧環境在脂質代謝和體重管理等方面未取得積極的效果.雖然低氧環境降低體重、改善脂質代謝的有效性尚且存在爭議，但是低氧刺激影響能量平衡促進新陳代謝，不失為一種干預肥胖的有效方法[17-18].

已有研究探討運動鍛煉在低氧環境中對超重/肥胖人群身體成分和脂質代謝的影響.Camacho[10,19]等通過研究表明，超重或肥胖女性在低氧環境下進行HIIT訓練比常氧環境下改善身體成分更有效；而Hobbins[20]系統綜述低氧鍛煉減控體重的效果，且認為低氧鍛煉改善超重/肥胖人群身體成分和HCL等脂質代謝指標的效果存在爭議.Groote[21]、Shin[22]等研究認為低氧鍛煉與常氧鍛煉相比，在血壓和TC、TG等脂質代謝指標中具有更加良好的效果；而Menéndez[15]、Klug[23]等研究認為低氧鍛煉對超重/肥胖人群血壓、TC和血糖的干預效果與常氧鍛煉不存在顯著性差異或干預效果不如常氧鍛煉.綜上，低氧鍛煉干預超重/肥胖人群身體成分、脂質代謝、血壓等效果的相關研究存在嚴重分歧，亟待進行合并效應分析.Ramos[18]、王航平[24]等通過元分析探討低氧鍛煉對身體成分、脂質代謝等指標的影響，由于合并文獻少(13篇、8篇)和納入文獻質量問題，兩項研究在BMI等指標上存在分歧.另外，研究并未評估文獻敏感性，研究結果的準確性受到質疑.因此，本研究期望通過系統回顧以往該領域相關文獻，通過數據合并和定量分析驗證以下假設：與常氧鍛煉相比，低氧鍛煉能夠更大程度地減輕超重/肥胖人群的體重，更進一步改善脂質代謝和血壓等相關指標.期望為低氧鍛煉減肥提供理論支撐，為低氧刺激的臨床治療提供循證依據.

1 研究方法

1.1 文獻搜集與數據來源

中文檢索：采用高級檢索形式，以“低氧鍛煉/訓練/運動”“高原訓練”為檢索主題詞聯合“超重/肥胖”在中國知網(CNKI)進行混合檢索，共檢索出191篇文獻；英文檢索：以“Hypoxia training” “Hypoxia exercise” “Plateau training”聯合“Obesity”“Overweight”進行混合檢索，布爾運算符“AND”用于連接檢索關鍵詞，檢索數據庫為Web of Science、PubMed、EBSCO、Cochrane圖書館，共檢索出516篇文獻.檢索年限為數據庫建立至2020年2月.將檢索文獻導入Endnote X9文獻管理軟件進行去重后共獲得609篇文獻.

1.2 納入與排除標準

由2名研究人員分別獨立按照文獻的納入與排除標準進行文獻篩選，納入共同符合的文獻，對于判斷結果存在爭議的文獻則與第3人共同討論決定是否納入.文獻納入標準：①RCT設計；②人類實驗；③研究對象為超重(BMI>25 kg/m2)或肥胖(BMI>30 kg/m2)人群；④低氧組在自然或模擬海拔高度≥2 000 m、O2濃度≤16.4%(體積分數，下同)的環境下進行鍛煉，常氧組在平原(海拔高度20～60 m)且O2濃度在21%左右的地區進行鍛煉；⑤結局變量包括身體成分(體重、BMI、BFR、體脂含量)、血脂(TC、TG、HDL-C、LDL-C)、血壓(SBP、DBP)中的一項、部分或全部.文獻排除標準：①會議摘要、綜述；②同一組數據重復發表；③綜合干預實驗；④報告數據不完整；⑤臨床研究.文獻篩選流程見圖1.

圖1 文獻篩選流程圖Fig.1 Literature screening flowchart

1.3 文獻質量評價

由2名研究人員分別獨立對納入的22項研究進行方法學質量評價，存在嚴重分歧的條目則與第3人共同討論決定是否納入.運用Cochrane風險評估工具[25]從選擇偏倚、實施偏倚、測量偏倚、失訪偏倚、報告偏倚和其他偏倚6條目進行評價，對每條目采用“偏倚風險較低”“偏倚風險未知”和“偏倚風險較高”進行判定.總體來講，由于部分研究缺乏隨機序列、分配隱藏、被試盲性、退出失訪的詳細描述，所以可能存在偏倚風險，評價結果見表1.

表1 納入研究的方法學質量評價

1.4 文獻編碼

對納入meta分析的22項研究進行文獻編碼，文獻提取內容按照第一作者、低氧組(n、M、SD)、常氧組(n、M、SD)、干預措施(方式、強度、周期)、低氧環境(海拔高度、O2濃度)、結局變量的格式錄入Excel表格.各項研究的基本特征見表2.

表2 納入研究基本特征

meta分析共納入22項研究，文獻跨度為2008—2019年，在542名參與者(低氧組273名，常氧組269名)中分析了低氧鍛煉對超重/肥胖人群身體成分、脂質代謝和血壓的效果，年齡跨度為13～68歲.運動方式包括有氧運動、抗阻運動、間歇運動、有氧聯合抗阻運動4種形式；干預周期為2周到8月不等；運動強度采用VO2max、HRmax、運動后心率、THR和1 RM 表示.運動強度可以分為4個等級：低強度為50%～60% HRmax(30%～40% VO2max)、中等強度為60%～80% HRmax(50%～60%VO2max)、中高強度為80%～90% HRmax(60%～70% VO2max)、高強度為90%～100% HRmax(70%～80%VO2max)[42]；THR范圍在60%～80% HRmax之間，同時根據Karvonen方程[43]實現VO2max、HRmax、THR轉化為運動后心率，進而判定運動強度.低氧訓練環境為自然或模擬海拔高度為1 900～3 500 m，海拔高度每增加100 m，O2濃度便下降0.76%，因此，可以推理出各項研究所選擇或模擬的海拔高度和O2濃度.結局變量包括體重(20)、BMI(14)、BFR(16)、體脂含量(15)、TC(13)、TG(15)、HDL-C(15)、LDL-C(16)、SBP(9)和DBP(9).

1.5 統計學方法

將錄入Excel表格的數據以.xls格式導入Stata 12.0軟件，利用meta-analysis模塊進行統計分析.通過異質性檢驗選擇合并效應模型進行主效應檢驗.通過Egger’s線性回歸檢驗文獻發表偏倚.通過亞組分析探討低氧環境對低氧訓練減控體重效果的影響.通過“metainf”命令進行文獻敏感性分析.采用Q檢驗研究間異質性，I2<50%，可認為研究間同質，選擇固定效應模型進行分析；I2≥50%，可認為研究間異質，選擇隨機效應模型進行分析.常氧鍛煉和低氧鍛煉之間結局效果大小及訓練干預前后的差異采用SMD和95%CI表示，以0.21.2為大效應[18].檢驗水平定為α=0.05.

2 研究結果

2.1 異質性檢驗和主效應檢驗

在身體成分4個變量中，低氧鍛煉對體重(SMD=0.817,95%CI=[0.424,1.211];I2=73.6%)、BMI(SMD=0.545,95%CI=[0.329,0.760];I2=43.8%)、BFR(SMD=0.968,95%CI=[0.199,1.737];I2=90.4%)和體脂含量(SMD=0.651,95%CI=[0.188,1.115];I2=74.6%)有著更顯著的干預效果，效果量分別為中、小、中、中(表3).在脂質代謝4個變量中，低氧鍛煉與常氧鍛煉相比干預效果不存在顯著性差異(P>0.05).在血壓2個變量中，低氧鍛煉與常氧鍛煉相比干預效果不存在顯著性差異(P>0.05).綜上，低氧鍛煉對改善身體成分有著更明顯的效果，但在改善脂質代謝和血壓上與常氧鍛煉效果無異.

表3 異質性檢驗和主效應檢驗

2.2 文獻發表偏倚

meta分析的可靠程度取決于納入研究間是否存在發表偏倚，本研究采用Egger’s回歸檢驗研究發表偏倚.Egger’s回歸模型以標準化的效應量為Y變量，以效應估計量的精確性為X變量，構建線性回歸方程.回歸方程的截距為偏移量，其越接近0，說明存在發表偏倚的情況就越小，若P>0.05且95%CI包含0,則說明不存在發表偏倚.

表4 Egger’s 回歸發表偏倚檢驗

Egger’s線性回歸分析顯示：在體重、BMI、BFR中，P<0.05且95%CI中不包含0，發表偏倚較為明顯，說明低氧鍛煉減控體重效果顯著，在已發表文獻中多呈現陽性結果；而在體脂含量、TC、TG、HDL-C、SBP中，P>0.05且95%CI包含0；在DBP中，P<0.05但95%CI中不包含0，不存在發表偏倚，說明低氧鍛煉效果存在嚴重爭議，尚需繼續進行研究.

2.3 亞組分析：低氧環境對低氧鍛煉減肥效果的影響

為進一步探討不同低氧環境對低氧鍛煉改善身體成分、脂質代謝和血壓的影響，本研究對海拔高度和O2濃度進行相互轉換，并以海拔高度為分組變量，納入研究涉及1 900～3 500 m海拔高度下的低氧鍛煉，將海拔高度分為“≤2 500 m”和“>2 500 m”2個亞組，分別分析海拔高度對結局變量的影響(表5).

表5 海拔高度對低氧鍛煉減肥效果影響的亞組分析

與常氧鍛煉相比，在不同海拔高度下進行運動鍛煉均對體重、BMI有更顯著的干預效果(P<0.05)，而在≤2 500 m(體重：SMD=0.906；BMI：SMD=0.798)下鍛煉效果要優于在>2 500 m(體重：SMD=0.756；BMI：SMD=0.417)；在BFR和體脂含量上，在≤2 500 m的海拔高度進行運動鍛煉的效果要顯著好于>2 500 m的海拔高度.其中,BFR：SMD=1.034,95%CI=[0.251,1.818]，為中等效應；體脂含量：SMD=0.904，95%CI=[0.375,1.432]，為中等效應.在TG上，在≤2 500 m海拔高度進行運動鍛煉的效果要顯著好于>2 500 m的海拔高度，SMD=0.676,95%CI=[0.156,1.195]，為中等效應.在TC、HDL-C、LDL-C、SBP和DBP上，在不同海拔高度下進行運動鍛煉與常氧鍛煉相比均不存在顯著性差異(P>0.05).綜上，在海拔高度在1 900～2 500 m之間進行運動鍛煉有著更加明顯的效果.

2.4 文獻敏感性分析

3 討論與分析

該項meta分析的主要目的是分析低氧鍛煉減控體重的效果，討論其與常氧鍛煉相比是否能夠進一步改善超重/肥胖人群身體成分、脂質代謝和血壓；次要目的是探討在何種低氧環境下進行運動鍛煉的效果最佳.研究發現，低氧鍛煉與常氧鍛煉相比，能夠顯著性降低超重/肥胖人群體重、BMI、BFR和體脂含量等身體成分指標，但在改善脂質代謝和降低血壓上則與常氧鍛煉效果無顯著性差異.此外，亞組分析發現在海拔高度為1 900～2 500 m的環境下進行運動鍛煉能夠進一步改善超重/肥胖人群身體成分以及改善TG等脂質代謝指標.

3.1 低氧鍛煉對身體成分具有更顯著的改善作用

低氧鍛煉與常氧鍛煉相比在降低體重和減少體脂方面具有更明顯的效果，meta分析與Ramos[18]、王航平[24]等系統評價的結果相一致.低氧環境對于機體而言是一種刺激，機體在接受低氧暴露或低氧鍛煉后將會發生一系列適應性變化[24,44].低氧鍛煉減控體重可能與缺氧暴露的機制存在關聯，涉及提高去甲腎上腺素和相關代謝水平.增加微細動脈直徑，產生外周動脈血管舒張和降低動脈血壓.提高糖酵解相關酶的活性，增加線粒體數目和糖轉運蛋白載體GLUT-4水平，促進胰島素敏感性,增加血漿血清素和抑制瘦素水平等[7,34].馮連世等[33]認為高原環境和模擬低氧環境下的有氧運動可通過多種信號通路調控肥胖者骨骼肌脂肪酸氧化能力，理論上更有利于脂肪的動員和利用.Kayser等[45]認為能夠增加基礎代謝和能量消耗的低氧鍛煉更有益于超重/肥胖人群體重減輕，這種代謝速率的增加可能通過刺激GLUT-4轉運的信號通路優化底物利用率和提高線粒體氧化能力而導致的.Mawson等[46]認為，在低氧條件下，機體會消耗更多的能源物質滿足機體代謝的需要，而在所增加的能量中主要以脂肪氧化功能為主.低氧環境下機體對氧氣的利用率較高，脂肪作為高能物質最容易被集中利用.缺氧時運動鍛煉可以增加靜止時脂肪氧化，鍛煉帶給機體的后續作用要高于常氧鍛煉效果[19].低氧鍛煉相比常氧鍛煉改善超重/肥胖人群身體成分的效果更佳已成為事實.

低氧鍛煉對身體成分具有顯著的改善作用，但對于探尋減控體重的最佳海拔高度或O2濃度的研究相對較少.亞組分析認為在海拔高度為1 900～2 500 m的環境下進行運動鍛煉的效果要明顯好于在大于2 500 m的海拔高度.Park等[36]分別模擬了O2濃度為16.5%(海拔高度2 000 m)和14.5%(海拔高度3 000 m)下運動鍛煉減控體重的效果，發現O2濃度為16.5%的低氧環境下降低體脂含量和體脂率的效果較好.周兆年[47-48]認為低氧使人體儲蓄必要的CO2，將有益于人體健康.但是隨著海拔升高CO2含量降低，會導致機體氣體失衡，形成酸少堿多的堿血癥，這可能破壞正常的新陳代謝和能量平衡，損害機體神經和免疫系統.生活在海拔高度3 000 m以上的男性居民可能會存在高原紅細胞增多癥，由慢性低氧引起紅細胞增生過度，進而加劇全身缺氧，可發展成出血、血栓形成或局部組織壞死等各種并發癥[49].適當的低氧刺激能夠促進新陳代謝，有利于減輕體重和降低體脂，而在人體難以適應的更高海拔環境下，機體會啟動相應調節機制，激活一系列炎癥因子導致炎性損害，并對超重/肥胖人群產生其他負面影響，如高血壓和高膽固醇血癥[14].高原環境下，鍛煉的強度和持續時間根據機體適應能力而不斷調整，一般高海拔地區運動負荷會更低，若不做出適當調整，非但不能起到減控體重的效果，更可能影響機體健康.

3.2 低氧鍛煉改善脂質代謝和血壓的效果并不明顯

低氧鍛煉改善超重/肥胖人群脂質代謝的效果與常氧鍛煉效果不存在顯著性差異.王航平等[24]通過元分析得出低氧鍛煉能夠更有效降低肥胖人群血清TC水平，而對于其他脂質代謝指標無顯著性效果.Ramos[18]等通過元分析得出低氧鍛煉顯著降低LDL-C水平，而在TG上的干預效果則與常氧鍛煉無異.低氧鍛煉改善脂質代謝的系統評價存在嚴重分歧，當然這源于原始研究間的分歧，在TC指標上只有Klug等[23]的研究具有明顯效果；在TG指標上僅有3項研究[21-22,39]起到明顯效果；在HDL-C上僅有陳立軍等[30]的研究具有明顯效果；在LDL-C指標上僅有2項研究[36,39]起到明顯效果.低氧鍛煉改善脂質代謝的機制仍在闡明中，大量研究證明低氧和運動對脂質代謝的影響存在協同效應，運動鍛煉改善血脂水平與運動后脂質氧化水平增加有關，而低氧同樣可以激活啟動過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)和PPARγ輔助活化因子1α(PGC1α)，在介導肌肉脂肪酸氧化的適應性調節中發揮重要作用[50].因此，低氧訓練導致脂肪氧化水平的進一步提高，理論上其改善脂質代謝的效果要優于常氧鍛煉.Voor[51]、Sharma[52]等對世代居住在高原地區的居民進行調查發現，其心血管疾病死亡率顯著低于平原居民，其體重顯著低于平原居民，且血清TC濃度、血壓也顯著低于平原居民.研究認為可能與實證研究中運動干預措施和低氧環境有關.Ramos等[18]則認為高強度低氧鍛煉是增加運動后脂肪氧化和降低TG最有效的方法；Camacho[19]、Shin[22]、Yang[41]等認為低氧鍛煉改善TG等脂質代謝相關指標的持續時間在4～12周為宜.本研究中1 900～2 500 m的海拔高度下進行運動鍛煉干預TG的效果最佳.另外，研究可能存在文獻檢索疏漏的可能，某些研究樣本含量較少，不能保證統計檢驗力，這也有可能影響合并結果的準確性.

低氧鍛煉改善超重/肥胖人群血壓的效果與常氧鍛煉效果不存在顯著性差異.雖然低氧訓練降低高血壓的發病機制的研究相對較少，但是王茹等[53]認為低氧訓練是運動鍛煉與低氧暴露的結合，可以從運動與血壓的關系和低氧暴露與血壓的關系出發進行討論低氧訓練與血壓的關系.運動鍛煉降低肥胖人群血壓已成為事實，在這里就不需要過多贅述.而低氧暴露降低血壓仍然存在爭論，羅熒荃等[54]認為低氧是高血壓的發病機制，平原人暴露于高原初期，SBP、DBP均顯著性升高，且隨高原駐留時間延長而呈現逐步升高的趨勢；孫星炯[55]、Hanna[56]等認為盡管低氧是高血壓的發病機制，但是長期低氧暴露下機體交感神經降低而副交感神經激活導致血壓降低，這也是久居高原人群比平原人群血壓低的原因.Tripathy等[57]對不同海拔高度的藏族居民的血壓情況進行調查，發現世居高原人群血壓普遍偏低，且高海拔地區居民低于低海拔地區.這可能與血管平滑肌舒張、側支循環、血管形成增加以及紅細胞和血紅蛋白水平較高有關[58].高鈺琪[59]將個體進入高原6個月以后稱為完全習服，完全習服后人體生理指標趨于相對穩定，體力勞動能力達到良好水平.元分析所納入的實驗研究低氧干預周期普遍太短(4～8 周)，難以對高原環境產生強大的習服能力.低氧鍛煉干預超重/肥胖人群血壓的效果存在嚴重分歧，后續有必要繼續進行實證研究，提高樣本含量，嚴格設置運動干預措施和低氧訓練環境，尤其適當延長干預周期，為低氧訓練降低血壓提供更多堅實的證據.

4 結 語

低氧暴露與運動鍛煉的結合為超重/肥胖人群提供了減控體重效果更佳的干預措施.本研究利用meta分析法納入22項研究對低氧鍛煉干預超重/肥胖人群身體成分、脂質代謝和血壓的效果進行系統評價，認為低氧鍛煉與常氧鍛煉相比，能夠顯著降低肥胖青少年體重、BMI、BFR和體脂含量，有更好的減控肥胖青少年體重、塑造良好身體形態的效果，但是對于改善脂質代謝和血壓方面的效果并不顯著.研究認為可能與實證研究中運動干預措施和低氧環境有關.亞組分析也認為，在海拔高度在1 900～2 500 m之間進行運動鍛煉有著更加明顯的效果.研究可能存在文獻檢索疏漏的可能，某些研究樣本含量較少，不能保證統計檢驗力，這也有可能影響合并結果的準確性.所以后續研究需要提高樣本含量、延長干預周期探討不同氧氣濃度下運動鍛煉減控體重的效果；同時，也需要后續元分析繼續尋找更多高質量的文獻對研究進行驗證.