重復離心運動防治代謝性疾病研究進展

羅 維 ，周 越，湯 強

體力活動不足是導致肥胖和代謝性疾病的重要因素（顧正秋 等，2019； Sallis，2009），規律的體育運動在預防代謝性疾病和促進健康中發揮重要作用（鄧建偉 等，2019；張紅品 等，2020）。日常生活和體育運動中骨骼肌收縮方式主要包括向心、等長和離心收縮。離心運動（eccentric exercise，ECC）是下蹲、下坡跑/走、放下重物等身體活動的重要組成部分，即施加在骨骼肌上的外力超過骨骼肌本身產生的張力時，肌肉肌腱系統在收縮中被迫拉長，發揮抗重力和制動作用的過程（Hody et al.，2019）。傳統意義上ECC 主要作為運動員和健康人群提高肌肉力量的練習方式，國內ECC 相關研究多以誘導骨骼肌損傷為切入點（邱俊強 等，2019； 徐飛 等，2019）。

近年來，ECC 以其低代謝需求和高功率產出特征作為延緩和改善代謝性疾病的有效手段在臨床康復領域受到關注（Chen et al.，2017b）。Gluchowski 等（2015）研究認為，長期以來存在代謝性疾病人群無法承受ECC 中的機械應力以及由此導致的肌肉損傷的觀點，事實上，與向心運動相比，相同絕對負荷下ECC 產生的代謝需求更小，其心血管負荷和自感疲勞等級更低，更有利于實現代謝性疾病人群運動安全。Deyhle 等（2016）研究認為，一次不適應的ECC 引起的肌肉損傷和延遲性肌肉酸痛隨著ECC的重復進行而顯著減輕，長期規律的ECC 可避免骨骼肌損傷且刺激骨骼肌再生，即產生重復效應（repeated-bout effect）。前期研究發現，高糖環境會抑制骨骼肌細胞增殖分化，同時誘發胰島素抵抗（insulin resistance，IR）（羅維等，2015； Luo et al.，2019）；與平地跑相比，IR 小鼠進行以ECC 為主的下坡跑時可實現更高跑速，且8 周中等強度下坡跑運動不僅未誘發骨骼肌損傷，還有效改善了IR 小鼠糖脂代謝，提高了其葡萄糖耐量和胰島素敏感性（Ai et al.，2020； Luo et al.，2020）。因此，重復性ECC 可能是更有利于實現代謝性疾病及其風險人群運動安全的有效運動方式。

本研究通過總結國內外重復性ECC 防治代謝性疾病的相關研究，梳理重復性ECC 對人體代謝、骨骼肌質量與功能、身體成分、心血管功能、炎癥、日常生活自理能力、運動依從性等的影響，厘清重復性ECC 對代謝性疾病防治的應用成果、潛在機制以及應用風險防范。

1 重復性ECC的代謝性疾病防治效應

本研究從代謝、骨骼肌質量與功能、身體成分、心血管功能、炎癥、生活自理能力、運動依從性7 個方面來闡述重復性ECC 的代謝性疾病防治效應（表1）。

表1 重復性ECC的代謝性疾病防治效應Table 1 Effects of Repeated Eccentric Exercise on Prevention and Improvement of Metabolic Diseases

續表1

1.1 代謝

研究表明，雖一次不適應的ECC 誘發暫時性的IR，但隨著ECC 的重復進行，機體糖代謝和脂代謝能力均得到顯著提高，進而發揮改善IR 的作用。Julian 等（2019）以肥胖青少年人群為研究對象發現，與向心運動相比，12 周漸增負荷的離心自行車運動對IR 的改善效果更明顯，提出ECC 是適合于肥胖人群的最佳運動方式。Reidy 等（2018）以臥床5 天人群為研究對象發現，臥床5 天導致胰島素敏感性受損，而8 周ECC 顯著提高不同年齡段人群胰島素敏感性。Chen 等（2017b）以老年男性為研究對象發現，與向心運動相比，12 周ECC 更顯著改善機體胰島素敏感性和血脂代謝，該研究認為運動醫學研究領域應更多關注ECC 這一運動方式。Chen 等（2017a）以老年肥胖女性為研究對象發現，與上樓梯運動相比，持續12 周下樓梯運動能夠更有效地改善機體胰島素敏感性。Paschalis等（2011）以青年女性為研究對象發現，一次急性ECC 后誘發暫時性IR，而8 周規律ECC 顯著增加靜息能耗，降低血脂，改善IR。Masood 等（2014）以慢性跟腱疼痛患者為研究對象發現，12 周離心抗阻訓練顯著提高腓腸肌葡萄糖攝取和糖原合成能力，同時促進神經系統功能改善。綜上，雖然一次急性ECC 可能使代謝功能受損，但隨著ECC 的重復進行，代謝能力得到明顯改善。

1.2 骨骼肌質量與功能

促進骨骼肌再生與重塑是提高機體葡萄糖攝取與糖原合成能力，進而防治多種代謝性疾病的有效途徑（羅維等，2019； Fujimoto et al.，2019； Li et al.，2019）。大量研究表明，由于ECC 對骨骼肌產生更大的機械刺激，一次不適應的ECC 誘導骨骼肌超微結構損傷，重復進行的ECC則顯著促進骨骼肌質量和功能提高，這一促進作用甚至比對胰島素敏感性的促進更明顯。Julian 等（2019）以肥胖青少年人群為研究對象發現，與向心運動相比，12 周離心自行車運動更顯著提高骨骼肌質量和功能。Reidy 等（2018）和Tanner 等（2015）以臥床5 天人群為研究對象發現，臥床5 天導致骨骼肌在一定程度萎縮，而8 周ECC 明顯促進骨骼肌再生和骨骼肌蛋白質合成，提高肌力。Chen 等（2017b）以老年男性為研究對象發現，與向心運動相比，12 周ECC 更顯著提高肌力，且并未發生延遲性肌肉酸痛。Chen 等（2017a）以老年肥胖女性為研究對象發現，與上樓梯運動相比，持續12 周下樓梯運動能夠有效提高肌力。Majorczyk 等（2016）以青年人群為研究對象發現，第一次不適應的ECC 導致骨骼肌損傷，但間隔28 天后再次重復性ECC 能夠減弱炎癥反應并促進骨骼肌再生。Marcus 等（2009）以糖耐量受損老年女性為研究對象發現，12 周較低強度離心抗阻運動雖無法改善胰島素敏感性，但能夠顯著促進股四頭肌質量和肌力增加。綜上，一次不適應的ECC 常用作誘發骨骼肌損傷模型的手段，但重復性ECC 在提高骨骼肌質量及肌力方面效果顯著。

1.3 身體成分

機體脂肪含量與胰島素敏感性呈顯著負相關，脂肪組織堆積導致機體出現慢性炎癥反應，進而誘導IR 等代謝性疾病發生風險顯著增加（Kullman et al.，2013）。研究發現，相較于向心運動，ECC 一方面顯著促進骨骼肌質量增加，另一方面還通過提高靜息能耗，顯著降低機體脂肪含量，發揮代謝性疾病防治功效。Julian 等（2019）以肥胖青少年人群為研究對象發現，與向心運動相比，12 周離心功率自行車運動能夠更顯著降低體脂含量，提高骨骼肌質量，進而改善胰島素敏感性。Tanner 等（2015）以臥床5 天人群為研究對象發現，8 周ECC 明顯降低體脂含量，增加瘦體重。Panayiotou 等（2013）以男性高膽固醇血癥患者為研究對象發現，一次急性ECC 后靜息能耗顯著增加，重復性ECC 后機體脂代謝能力均顯著改善。綜上，無論是一次急性ECC 還是重復性ECC 均可以通過提高基礎代謝率進而增加靜息能耗，達到降低體脂的目的。

1.4 心血管功能

與向心運動相比，相同絕對負荷下ECC 的代謝需求更小，其心血管負擔及自感疲勞等級更低，更有利于實現代謝性疾病人群運動安全（Gluchowski et al.，2015）。Fitze等（2019）以穩定性冠心病患者為研究對象發現，與向心運動相比，在輸出功率相近的情況下，ECC 后機體血乳酸水平相對較低，肌氧飽和度較高，產生了更小的心血管負荷，冠心病患者對ECC具有更好的耐受性。Chen等（2017a）以老年肥胖女性為研究對象發現，相同絕對負荷下，下樓梯運動產生的心血管刺激顯著低于上樓梯運動。Steiner等（2004）以男性冠心病患者為研究對象發現，與向心運動相比，相同心血管負荷下ECC 的輸出功率更高，且更顯著地促進了骨骼肌力量的增加，該研究認為，離心耐力訓練模式是在心血管需求較低的情況下提高骨骼肌力量并最終提高骨骼肌質量的最佳的安全有效選擇，尤其適用于心血管疾病人群。Drexel 等（2008）以久坐人群為研究對象發現，8 周ECC 不僅產生更小的心血管負荷，還有利于降低心血管意外發生風險。綜上，ECC 是心血管功能受限的代謝性疾病患者及其風險人群有效且相對安全可行的理想運動方式。

1.5 炎癥

慢性炎癥導致疾病發生，被認為是糖尿病、心血管疾病和癌癥等常見疾病的發病基礎（朱小烽 等，2018；Collins et al.，2018）。Drexel 等（2008）以久坐人群為研究對象發現，8 周ECC 可使C 反應蛋白（C-reactive protein）水平降低25%，與他汀類藥物產生相同的治療效果。Reidy等（2018）以臥床5 天人群為研究對象發現，8 周ECC 后骨骼肌中抗炎性M2 型巨噬細胞數量顯著增加，促進骨骼肌再生。Majorczyk 等（2016）以青年人群為研究對象發現，一次不適應的ECC 引起的炎癥反應和骨骼肌損傷在重復運動后得到緩解并促進骨骼肌再生。綜上，一次不適應的ECC 可能誘發損傷產生炎癥，但重復性ECC 可以緩解慢性炎癥反應并產生抗炎的積極效應。

1.6 生活自理能力

提高生活自理能力是老年代謝性疾病患者及風險人群參與運動鍛煉的重要目的，對于提高其生活質量至關重要。研究證實，相較于其他運動方式，ECC 可更有效改善代謝性疾病人群骨骼肌質量、功能和神經系統協調性，進而有效提高平衡能力、抗跌倒能力和認知水平。例如，Chen 等（2017a）以老年肥胖女性為研究對象發現，12 周下坡跑運動顯著提高老年人股四頭肌緩沖制動能力和協調性，降低墜樓風險。Marcus 等（2009）以糖耐量受損女性為研究對象發現，12 周離心抗阻運動顯著提高股四頭肌肌力，增加6 min 步行距離，增強老年人平衡能力和抗跌倒能力。Marcus 等（2008）以2 型糖尿病患者為研究對象發現，相較于只進行有氧運動，合并離心抗阻運動能夠顯著提高下肢骨骼肌質量，進而提高功能表現，降低跌倒風險。從認知的角度，對認知要求高的運動更有利于維持和增強大腦功能。Callisaya 等（2017）研究認為，與向心運動相比，ECC 對集中注意力有更高的要求，更有利于促進大腦健康，維持和改善認知水平。此外，Boudenot等（2015）研究認為，以離心收縮為主的下坡跑運動通過增加地面對人體的反作用力，使運動中骨骼承受的沖擊力增加，且坡度為-9°時地面對人體的反作用力最大。因此，下坡跑這一離心收縮為主的運動方式有利于促進骨生成和增加骨密度，進而降低代謝性疾病人群骨折發生風險。綜上，ECC 通過改善代謝性疾病患者骨骼肌質量、功能和神經系統協調性等，提高其平衡能力、抗跌倒能力和認知水平，從而有效提升患者的生活自理能力。

1.7 運動依從性

研究表明，與其他運動方式相比，由于心血管負荷相對較小，同等絕對負荷下ECC 產生的主觀疲勞感等級更低，更有利于代謝性疾病人群堅持運動，提高運動干預措施的依從性，因此ECC 可以成為不愿意或不能進行向心運動人群的一種可行的訓練方式，特別是肥胖、糖尿病甚至充血性心力衰竭等對運動耐受力較低的人群（Drexel et al.，2008）。目前重復性ECC 防治代謝性疾病的相關研究中（表1），除3 篇文獻未提及、1 篇文獻依從性為89%以外，其余ECC 干預方案的依從性均在90%以上，說明代謝性疾病人群對于重復性ECC 具有較好的適應性和耐受性。

2 重復性ECC防治代謝性疾病的機制

目前重復性ECC 防治代謝性疾病的效果已在諸多研究中被證實，但其防治機制尚未被完全闡明?，F有研究認為，重復性ECC的代謝性疾病防治效應可能是神經系統、骨骼肌纖維和結締組織等共同適應的結果（Deyhle et al.，2016； Hody et al.，2019； Paschalis et al.，2012）。

2.1 神經系統適應

離心收縮主要募集快肌纖維參與收縮，因此運動初期不適應的ECC誘導的骨骼肌超微結構損傷主要發生在快肌纖維。隨著ECC的重復進行，神經系統協調性增加，神經肌肉控制系統逐漸產生適應，使得骨骼肌工作出現同步化和節省化，募集更多的慢肌纖維參與收縮，單位肌纖維承受的負荷得以分散（Steiner et al.，2004）。因此，在神經系統適應下骨骼肌能承受更大的機械負荷，運動性損傷得以緩解和消除，發揮預防和改善代謝性疾病的功效。

2.2 骨骼肌纖維適應

在ECC 初期，不適應的機械應力導致肌纖維中肌小節被急性拉長、骨骼肌細胞膜破損，誘發骨骼肌微損傷和延遲性肌肉酸痛（Kullman et al.，2013）。隨著ECC 的重復進行，骨骼肌細胞膜得到修復并加強，肌纖維中串聯的肌小節數量增加，使得骨骼肌收縮時單個肌小節承受的張力減少，而易受損的肌小節已在初次ECC 中被破壞并清除（Mado et al.，2019），以上因素共同作用使得重復性ECC 中骨骼肌微損傷和延遲性肌肉酸痛得到減輕，發揮預防和改善代謝性疾病的功效。

2.3 結締組織適應

ECC 初期產生的不適應的機械應力導致機體筋膜、韌帶等結締組織的完整性被破壞，在隨后的恢復過程中，這些被破壞的結締組織再生和重塑并在結構上得到加強（McHugh，2003）。因此，重復性ECC 使得機體結締組織損傷得到減輕，進而減少肌肉酸痛，提高糖、脂代謝能力。

3 代謝性疾病及其風險人群開展ECC的風險防范

重復性ECC 是有利于實現代謝性疾病患者及其風險人群運動安全的有效方式，但由于相同心血管負荷下離心收縮功率輸出可達到向心收縮的4～5 倍，對骨骼肌產生更大機械刺激（Zoll et al.，2006）。一次不適應的ECC可能引起骨骼肌超微結構損傷，誘發延遲性肌肉酸痛和暫時性IR（邱俊強 等，2019；徐飛 等，2019； Hody et al.，2019）。因此，代謝性疾病及其風險人群參加ECC 時，除一般運動風險篩查外，還需注意以下幾點：1）由于在相同心血管負荷下，ECC 對骨骼肌產生更大的機械刺激，初始運動負荷應相對較低，循序漸進、逐級遞增，在發揮代謝性疾病防治效應的同時，避免出現嚴重骨骼肌損傷和葡萄糖代謝受損所導致的恢復周期過長（Julian et al.，2019）；2）應結合年齡、性別、運動水平等個體差異及運動目的優化運動強度、持續時間和間隔時間的設置，盡可能制定個性化ECC 方案（Green et al.，2010）；3）實施ECC時，應進行必要的醫務監督，根據訓練實際情況合理調整訓練計劃；4）不當的ECC 易誘發肌肉酸痛并影響依從性，運動方案設計應充分考慮依從性，尤其是對于未經訓練的人群和老年人群（Meyer et al.，2003）；5）ECC 后恢復期應適當補充碳水化合物、蛋白質，并進行熱療等物理放松（Kim et al.，2019），促進骨骼肌再生和損傷修復，若出現明顯肌肉酸痛則應在72 h 內避免高強度肌肉活動（Paschalis et al.，2012）；6）代謝性疾病人群的藥物使用（非甾體類、他汀類藥物等）會影響ECC 的代謝性疾病防治效果，運動干預中應充分考慮這一問題（Zoll et al.，2006）。

4 結論與展望

4.1 結論

1）運動初期不適應的ECC 誘發的骨骼肌超微結構損傷和暫時性IR 實質上是機體的代償性保護機制。

2）隨著ECC 的重復進行，機體產生適應后可在相對較低心血管負擔下進行較高負荷的肌肉運動，在代謝、骨骼肌質量與功能、身體成分、心血管功能、炎癥、生活自理能力、運動依從性等方面發揮代謝性疾病防治功效，可見ECC 是心血管系統、呼吸系統、運動能力等受限人群有效且相對安全可行的理想運動方式（圖1）。

圖1 一次不適應的ECC和重復性ECC對人體的影響Figure 1.Effects of One Maladaptive Eccentric Exercise and Repeated Eccentric Exercise on Human Body

3）重復性ECC 的代謝性疾病防治效應實質是機體各系統產生適應的結果。

4）代謝性疾病及其風險人群開展ECC 時，應根據個體差異不斷優化運動方案，確保有效性的同時積極防范風險：從運動方式來看，雖然ECC 實施需借助特定場地設施，但條件缺乏時也可通過在向心收縮階段與同伴相互輔助或“快上慢下”等練習方式來實現；從運動強度來看，ECC 初始運動強度可與向心運動保持一致或稍低，如耐力運動中一般為50%～65%最大攝氧量強度，之后根據機體適應程度逐漸增加；從運動時長來看，耐力運動初始運動時長一般為30 min，之后逐漸增加至1 h，抗阻運動時長則視運動強度、重復次數和運動組數而定；從運動間隔時間來看，2 次ECC 間隔時間一般為2～3 天，骨骼肌完成微損傷修復且機體產生一定適應后再進行下次ECC，ECC后機體的不適應現象一般在第2 次練習后有所改善；從循序漸進的角度來看，ECC 方案實施過程中應每2～3 周增加運動量，可通過增加運動強度或/和運動時間來實現，確保運動方案防治代謝性疾病效果。

4.2 展望與建議

1）重復性ECC 有效預防和改善代謝性疾病已得到研究證實，但目前學界對ECC 的代謝性疾病防治效應認識不足，未來有必要對這一效應加以重視并促進其轉化應用。

2）ECC 防治代謝性疾病的機制與向心運動存在差異，但現有重復性ECC 防治代謝性疾病的相關研究鮮少涉及機制層面，后續需通過更多研究予以完善。

3）考慮到安全性及倫理問題，現有重復性ECC 防治代謝性疾病相關研究多以輕癥患者和代謝性疾病風險人群為研究對象，且運動強度設置相對較低，后期有必要針對不同病程的代謝性疾病人群進一步研究設計個性化ECC 方案。

4）ECC 的開展需借助特定儀器設備，后續應開發更多便于推廣的ECC 方式和手段，在不同病程代謝性疾病人群中探究更具吸引力且功效更大化的ECC 方案。