不同運動方式對超重男性青年心肺適能和身體成分的影響

劉 靜,劉亞華,陳 迪,萬 瓊

肥胖是代謝性疾病和心血管疾病的重要危險因素[1]。流行病學數據顯示,體力活動不足是成年人肥胖的主要原因之一[2]。規律運動尤其是長時間中等強度持續運動(moderate-intensity continuous training,MICT),簡稱有氧運動,有助于改善身體成分和心血管危險因素并預防肥胖相關并發癥[3]。缺乏時間是制約多數人參加體力活動的最大障礙,因此MICT較為費時(超過40～60 min)限制了其在肥胖管理中的應用。如何花費更少時間達到同樣或更佳的鍛煉效果成為眾多普通人追求的目標。近年來的研究發現,高強度間歇運動(high-intensity interval training,HIIT)作為一種省時有效的新穎運動方式,對于健康人和高血壓、糖尿病、冠心病等患者在心血管和代謝方面的健康效應與傳統MICT方式效果相似甚至更佳[4, 5]。在大多數研究中,傳統HIIT的訓練時間僅為傳統MICT的50%～60%[4, 5]。鑒于HIIT的時效性特點,有學者認為可替代MICT并作為肥胖/超重患者的主要運動康復手段。然而不同運動方式對身體成分尤其是脂肪分布的影響尚未明確。本研究旨在對比HIIT和MICT對超重青年心肺適能和身體成分的影響,為該特定人群優化運動康復方案提供依據。

1 對象與方法

1.1 對象 通過電話、現場招募等方式選取2022年5-8月北京市某社區64名無規律運動習慣的超重男性青年,按照隨機數字表法將其分為HIIT組(n=22)、MICT組(n=22)和對照組(C組,n=20),HIIT組和MICT組分別進行不同運動方式干預,C組保持日常生活習慣不變。納入標準:(1)男性,年齡18～25歲;(2)體重指數(body mass index,BMI)24～28 kg/m2;(3)過去3個月體重保持穩定(±2 kg);(4)除每周參加2次學校組織的體育課外,無規律運動習慣;(5)受試者身體健康,無心血管疾病、代謝性疾病、內分泌疾病以及骨骼肌肉疾病,無長期服藥史,2個月內未使用處方藥。試驗前向受試者說明本研究的目的、意義、流程以及潛在風險并簽訂知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 遞增負荷試驗 在心內科醫師及運動生理專家監督下,利用自行車測功儀(Monark,839E,瑞典)通過遞增負荷試驗對心肺適能進行評估。先進行3 min準備活動(35 W),隨后每3 min增加25 W。運動過程中利用心肺測試系統(MAX-Ⅱ,德國)記錄攝氧量(oxygen uptake,VO2),記錄運動過程中的心率、血壓,利用主觀疲勞感覺(ratings of perceived exertion,RPE)量表(6～20級)評價疲勞程度。終止試驗的標準為:呼吸交換率(respiratory exchange rate,RER=VCO2/VO2)>1.10;主觀疲勞感覺(rate of perceived exertion,RPE)>18;受試者主訴力竭;收縮壓>250 mmHg,舒張壓下降>10 mmHg;心率>90%最大預測心率(最大預測心率=220-年齡)。試驗終止時的VO2即為最大攝氧量(maximal oxygen uptake,VO2max),記錄力竭時間(min)。

1.2.2 身體成分測定 利用雙能X線骨密度儀(dual energy X-ray absorptiometry,DEXA)(GE Lunar Prodigy,美國)測定身體成分,指標包括:全身脂肪含量、去脂體重、體脂百分比,軀干、android區域、gynoid區域脂肪含量及百分比(某區域脂肪含量占該區域總質量的百分比)。測試前1 h進行儀器預熱與校準,采用全身掃描模式,計算機自動識別軀干、android和gynoid區域。根據身體脂肪的部位劃分[6],軀干為領口到骨盆頂端切線區域(不包括手臂);android 區域位于上腹部,包括骨盆頂端切線到肋骨下緣切線之間的部分;gynoid區域以骨盆頂端切線為上限,高度為 android 區2倍的部分,包括臀部和大腿的一部分。

1.2.3 運動方案 MICT組和HIIT組在自行車測功儀上(Monark 839E,瑞典)完成3次/周、共12周的運動干預。HIIT組以90%VO2max強度蹬車4 min,間歇3 min為1組,反復重復直到完成300 kJ做功量;MICT組始終以60%VO2max強度進行持續蹬車,直到完成300 kJ做功量。運動過程中對受試者進行嚴格醫務監督,實時記錄心率,運動后測量血壓和RPE的變化并記錄運動過程中的不良反應。受試者運動依從性用實際完成的訓練次數占運動處方計劃次數的百分比表示。

1.3 統計學處理 使用SPSS for Windows 20.0進行統計學處理和分析。連續型變量先進行正態性檢驗,2組間比較采用獨立樣本t檢驗,3組間比較采用單因素方差分析,組內試驗前后比較采用配對t檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 HIIT和MICT的可行性和安全性 共有64例受試者符合納入標準,共58例(58/64=90.6%)完成全部試驗與測試,失訪6例(6/64=9.4%)。HIIT組20例(20/22=90.9%)完成全部訓練,2例失訪(2/22=9.1%);MICT組18例(18/22=81.8%)完成全部訓練,4例失訪(4/22=18.2%);失訪率組間比較,差異無統計學意義。12周運動干預過程中,HIIT組和MICT組平均每周參加訓練次數分別為(2.9±0.1)次和(2.8±0.2)次,訓練計劃完成率(運動依從性)分別為97.9%[705/(12×3×20)]和96.4%[625/(12×3×18)],組間比較差異無統計學意義(P>0.05)。兩組受試者運動期間以及運動后均無不良反應事件發生。

2.2 試驗前受試者基線變量特征 MICT組和HIIT組受試者在年齡、身高、體重、BMI等基線變量間比較,差異無統計學意義,具有可比性(表1)。

2.3 運動負荷與生理反應 訓練時的運動負荷及生理反應見表2所示。兩組做功量均為300 kJ,HIIT組功率、平均心率、峰值心率、收縮壓、舒張壓和RPE均高于MICT組(P<0.05),運動時間為MICT組的56.1%(P<0.05)。

表1 3組超重男青年試驗前受試者基線變量特征

表2 2組超重男青年完成300 kJ的功量運動負荷與生理反應

2.4 心肺適能的變化與試驗前比較 試驗后HIIT和MICT組VO2max、力竭時間均升高,差異具有統計學意義(P<0.05),C組VO2max和力竭時間的變化無統計學意義(P>0.05)。試驗后組間比較,HIIT和MICT組VO2max、力竭時間均高于C組,差異具有統計學意義(P<0.05),HIIT和MICT組比較差異無統計學意義(P>0.05)。見表3。

表3 3組超重男青年心肺適能的變化

2.5 體重和BMI的變化 與試驗前比較,試驗后各組體重和BMI的變化均無統計學意義(P>0.05)。試驗后組間比較,體重和BMI的變化均無統計學意義(P>0.05)。見表4。

2.6 身體成分的變化 與試驗前比較,試驗后MICT組全身脂肪含量、體脂百分比、android區域脂肪含量與百分比下降,去脂體重增加,差異均有統計學意義(P<0.05),HIIT和C組身體成分各指標的變化均無統計學意義(P>0.05)。試驗后組間比較,MICT組全身脂肪含量、體脂百分比、android區域脂肪含量與百分比低于HIIT和C組,差異均有統計學意義(P<0.05)。見表5。

表4 3組超重男青年體重和BMI的變化

表5 3組超重男青年身體成分的變化

3 討 論

間歇訓練分為兩大類,即HIIT和沖刺間歇訓練:前者運動強度為80%～100%VO2max,運動時間為60～240 s;后者運動強度>100%VO2max,運動時間為8～30 s[7]。沖刺間歇訓練可誘導血漿腎上腺素以及心率的急劇升高,適合健康的年輕人,基于安全性考量,可能并不適合臨床患者(包括超重和肥胖)[8]。為避免訓練過程中發生心血管事件和肌肉關節損傷,本研究選擇損傷方案風險較低的HIIT方案。HIIT方案涵蓋運動強度、運動方式、運動時間、間歇時間、重復次數等數個變量,因此造成不同研究間的可比性較低。針對臨床患者(如冠狀動脈疾病、慢性阻塞性肺疾病、2型糖尿病和慢性心臟病)的研究中,HIIT在誘導一系列心血管和代謝益處同時能夠最大限度降低心血管應激[4, 5]。本研究采用相似的運動方案,盡管所有受試者在運動時接近或達到最大疲勞程度(RPE18～20),但峰值血壓(收縮壓<250 mmHg)和心率(<90%最大心率)均在正常范圍內[9],且耐受性和安全性良好,無不良事件發生。

本研究發現,HIIT和MICT均可改善超重青年VO2max,且兩種運動方式的效果并無顯著性差異,這與前期針對不同年齡、不同健康狀況和臨床疾病患者的多項研究結果一致[4, 5],由于HIIT的運動時間僅為MICT的56.1%,且受試者在運動中和運動后并無不良反應,因此HIIT在提升體能方面較傳統MICT更具時效性。心肺適能是健康和死亡風險的獨立預測因子,VO2max每增加3.5 ml/(kg·min),全因病死率降低15%,心血管疾病病死率降低19%[10],因此本研究為超重人群利用HIIT作為健康風險管理的重要手段提供了證據。此外,有氧能力水平與肥胖患者生活質量正相關[11]。在本研究中,HIIT和MICT組運動負荷試驗的力竭時間均增加,提示運動耐量得到改善。Hansen等[12]證實,肥胖患者運動耐量與全因以及心血管死亡率呈負相關。總之,HIIT組和MICT均可改善中老年2型糖尿病患者有氧能力和運動耐量。

身體脂肪尤其是腹部脂肪(包括內臟脂肪組織)過度沉積是胰島素抵抗、心血管疾病和死亡率增加的獨立危險因素,而內臟脂肪組織面積/體積的微小差異即可顯著改變風險分布[13]。雖然有學者建議并推薦將HIIT作為肥胖/超重患者體重管理的康復手段,然而至今尚缺乏有力證據,尤其是針對超重人群的隨機對照試驗。本研究發現,經過12周HIIT后體重和體脂等參數均未發生顯著性改變,而MICT組軀干和android區域脂肪含量下降,表明HIIT對超重患者身體成分并無明顯益處,傳統MICT仍然是該人群體重管理的主要康復運動方式。

已證實,規律運動能夠對脂肪產生益處,即使體重未降低仍可減少內臟脂肪含量[3]。有氧運動顯著增加激素介導的脂肪分解和隨后的循環脂肪酸利用率,當運動強度增加時,工作肌肉中脂肪酸攝取與氧化隨之增加[14]。盡管優先減脂的確切機制尚不清楚,但內臟脂肪組織脂解被認為對脂解激素的變化尤為敏感[15]。由于HIIT顯著增加兒茶酚胺(腎上腺素和去甲腎上腺素)和生長激素含量[16],從而刺激脂肪分解,似乎暗示HIIT可能對降低內臟脂肪有效。然而上述假設尚缺乏直接證據,結合本研究結果我們推測,由于HIIT時脂肪氧化總量較低(明顯低于MICT),因此僅通過HIIT提高脂肪分解和脂肪酸利用率并不一定會顯著增加脂肪酸氧化以及脂肪含量降低。

綜上所述,不同運動方式均可提升超重男性青年心肺適能,且兩種方式效果相似,然而僅MICT可改善身體成分,因此超重青年采用不同運動方式進行體力活動時,HIIT在提升心肺適能方面具有時效性(運動時間約為MICT的一半),MICT則是改善身體成分的主要手段。