运动应答效率在增进人体健康方面的作用

边鹏飞 徐盛嘉 赵寒治 孟凡华

（陆军工程大学 军事基础系，江苏 南京 211101）

在过去 30 年中，肥胖现象越来越普遍。在 1980 年至2008 年间，全球平均体重指数（BMI）增加了0.4，导致约14.4 亿成年人被归类为超重（BMI≥25），5.03 亿成年人被归类为肥胖（BMI≥30）[1]。这些增长在西方国家最为明显，美国 35%的成年人被归类为肥胖，英国和澳大利亚紧随其后[1]。肥胖是许多并发症的主要原因，包括心血管疾病，II型糖尿病，血脂异常和癌症[2]。因此，肥胖增加了全球医疗保健的重大负担，与治疗肥胖及其相关疾病相关的成本预计将在美国每年增加660 亿美元，英国到2030 年每年增加20亿英镑。因此，需要寻求更好地预防和治疗肥胖[2]。

然而，至今这些努力几乎没有阻止日益增加的肥胖率。在某种程度上，这是由于肥胖原因的复杂、多因素所致，虽然人们很容易相信肥胖只是一种相对过度摄入的能量，但支撑这种情况的原因可能是多种多样的。这些包括增加的糖摄入量、肠道微生物群的改变、遗传、以及社会、文化和环境影响[3]。然而，最近肥胖率爆发的常见原因是缺乏运动。肥胖的增加伴随着运动的显著减少，而热量摄入没有变化，这表明缺乏运动可能是导致肥胖率上升的主要原因。此外，增加运动会增加热量消耗并促进脂肪减少，这表明运动在预防和治疗肥胖及其相关的并发症方面可能是重要的[4]。

除了运动和肥胖之间的反向关系，运动还降低了许多其他慢性疾病的风险，包括癌症和心血管疾病，并且已经证明治疗II 型糖尿病的有效性，运动的积极健康益处可能大于药物治疗，特别是心血管疾病[5]。

因此，运动具有重要、广泛的促进健康的方面作用，有助于降低慢性病和肥胖的风险，并可作为这些问题的治疗手段[4]。尽管如此，在过去 30 年中，肥胖和其他慢性疾病发病率的大幅增加，与运动率的降低有关[2]。因此，运动的减少与全球肥胖的增加之间存在合理的关系。人们似乎意识到这一点，许多人表示，参与运动的动机源于希望加强体重管理和减少与年龄相关的衰退[6]。但目前许多成年人根本不参加任何运动，且未能达到指南的标准[2]。同样，其原因是多方面的，包括缺乏信心，时间压力和缺乏兴趣等。所有这些因素似乎都导致了对运动训练计划的不了解和不坚持，从而导致肥胖和慢性疾病的发病率增加[7]。

为了消除阻碍坚持运动的因素，提出运动应答效率的概念，即个体与最有可能在最短时间内实现最佳健康改善的相匹配的训练类型。从这个角度来看，运动应答效率可以被描述为个体与训练类型的适当匹配，从而对人体产生积极响应。因此，探索运动应答效率的概念可能提供一种可行的策略，能够积极促进对抗肥胖和降低慢性疾病率。

1 运动应答的个体差异

训练类型多种多样。然而，无论采用哪种方式，运动都可以被概念化为连续统一体，从较低强度，较长持续时间的运动到较高强度，较短持续时间的运动[8]。这些不同的运动刺激已经表现出广泛的健康促进作用，包括脂肪组织的减少、葡萄糖代谢的增加、血压的降低和骨矿物质密度的增加[8]。越来越多的短时高强度的运动被证明可以促进健康和体重管理[9]，尽管这种高强度运动对于部分人可能难以接受。

鉴于运动对健康有广泛的益处，人们很容易相信运动对所有人都有益处，并且对这种运动有适当的标准，可预测的适应性应答。然而，最近的研究对这些长期存在的观念提出了质疑[10]。现在有大量证据表明，对任何特定的运动训练计划都有个体差异。例如，研究了20 周有氧训练计划中的个体间差异，训练引起的VO2max变化范围从大约100 ml/min 的下降到超过1,000ml/ min 的增加[11]。虽然大多数受试者在训练计划后表现出对给定工作负荷的心率（HR）应答降低，但大约100 名个体（约14%的受试者）表现出HR 应答的增加，表明身体健康状况的下降。此外，在分析来自6 种不同运动干预措施的汇总数据时，Bouchard 等人[11]报道，运动后，8%的受试者空腹胰岛素有不良变化，12%有收缩压的不利变化，10%有甘油三酯增加，13%有高密度脂蛋白减少，可能会增加疾病风险的不良应答。最后，对于对抗肥胖的特殊兴趣，运动期间消耗的能量以及随后的运动对食欲的影响存在显著的变化[12]。

表现出运动后风险因素增加的个体称为不良应答者，而那些在测量的适应度变量中没有显示出可测量改善的个体称为无应答者。运动应答存在异质性可能是由于测量误差和随机的日常变化，并且可能与临床无关。在最近的一篇综述中[13]，表明运动无应答者，即表现出对运动无益应答的个体可能不存在。然而，当涉及疾病相关指标的变化时，例如心肺健康和空腹胰岛素，似乎并非所有运动都对所有人产生相同的有益效果。

2 运动应答异质性和缺乏运动应答的原因

个人运动应答的驱动因素是广泛而多样的。运动应答通常通过比较给定测量的干预前和干预后的评分来确定。然而，对于任何测量来说，固有的是技术误差和随机的受试者内的差异，真实的驱动因素是遗传、环境或表观遗传[14]。作为遗传因素影响的一个例子，单核苷酸多态性（single-nucleotide polymorphism, SNP）已经被证明会影响老年受试者对抗阻训练的适应性应答[15]。对运动适应的环境影响的一个例子是压力，经历过高水平生活压力的个体可能表现出对训练刺激的适应性降低[16]。最后，作为表观遗传修饰和翻译控制机制的例证，microRNA 可以调节对运动的适应性应答，或者通过使DNA 内的特定点更易于翻译，或者通过抑制翻译或在翻译发生之前引起降解来控制信使RNA[17]。

测量特异性运动的非应答者或低应答者的存在可能存在问题，因为它表明一个人群可能从运动训练中获得很少或没有获益。运动的这种低应答既是一种感觉模式，也特定于测量指标，表明改变运动训练类型、强度、体积或持续时间，或额外的测量，可能有助于降低运动的不应答。

研究探讨了不止一种训练类型的运动应答。 Hautala等[18]对73 名参与者在随机交叉设计中进行了单独的耐力和抗阻训练计划，并确定在两次干预后最大摄氧量（VO2peak）的改善。在有氧（范围-5%-22%）和抗阻（范围-8% - 16%）训练之后，VO2peak 改善存在个体差异，说明某些受试者在特定训练类型后没有表现出任何改善。然而，在有氧训练后具有最低VO2peak改善的受试者在抗阻训练后表现出更大的改善。

此外，当增加测量次数时，运动不应答似乎消失。Karavirta 等[19]说明，虽然少数受试者在组合的有氧和力量训练计划后表现出VO2peak或肌肉最大自主收缩方面的负面训练应答，但没有受试者表现出对两者的负面应答。同样，Bonafiglia 等人[20]让个体接受耐力和短跑间歇训练，确定训练后VO2peak，乳酸阈值和心率的改善。虽然一些受试者表现出对这些指标中的一种没有应答，但很少（耐力训练后5%，短跑间歇训练后24%）存在无应答者。

3 运动应答的效率及提高途径

鉴于之前的研究，很明显并非所有人都表现出对每种训练类型的有利适应性，说明并非所有人都从推荐的运动指南中获得相同的益处，并且并非都获得相同的减少疾病风险因素。相反，将个人与他们最有可能获得有益适应的训练类型相匹配可能会更有利。目前，这种方法通常是通过反复试验来实现的，通过进行持续数周或数月的运动干预，发现是否有所改善。如有，则继续干预，如果没有，则可以尝试不同的训练类型。然而，这种方法在消耗过多时间。鉴于缺乏运动坚持的一个原因是时间压力，这种方法并不可行。此外，许多目前没有达到运动指导的人对运动感到焦虑和不自信，未能证明改善可能进一步降低个人信心和兴趣，限制未来进行运动的潜力。

最近的证据表明，通过增加训练量，强度或持续时间，可以减少运动的无应答或低应答[13]，然而，在高危人群中，增加运动强度的可能性很低且难以接受[21]，而由于缺乏可用的运动时间，增加的运动量和持续时间也不太可能成功。相反，通过将个体与他们表现出最大适应潜力的训练类型相匹配可能有效，包括：（1）能在较短的时间内减少疾病风险因素。鉴于缺乏时间经常被认为是不遵守锻炼指南的原因，如果能够通过有针对性的训练在更短的时间内推动更大的改进，将是非常有益的。（2）能更好地促进运动坚持。来自营养遗传学领域的研究表明，当个体接受个性化的饮食干预时，他们更有可能在更长的时间内坚持这种运动干预[21]。此外，通过增加从运动中获得的改善，个人所实现的满足和享受可能会增加，从而进一步促进长期的运动坚持。

仍需完全阐明哪些变量可以预测最有效的训练类型。从肥胖的角度来看，Leońska[22]最近的研究探索了SNP 对一组未经训练的女性受试者的脂肪量变化和有氧适应性改善的影响，在为期12 周的有氧训练计划后，有75%的受试者体重减轻，脂肪量减少，特别是肥胖风险等位基因数量较多的受试者在训练后往往脂肪减少[23]。然而，目前，虽然我们了解各种 SNP 响适应性，减脂和健康生物标志物对训练的应答，如先前讨论的肥胖相关SNP，但目前很少有研究试图利用这些信息来为训练计划设计提供信息[24]。此外，Bordoni等人[25]对遗传变异与身体成分或肥胖之间的关系研究也可能受到测量特征的影响，例如水合状态修改了基因型和身体成分之间的关系，使得难以准确量化这些SNP 的影响。

Jones[26]利用总基因型评分将受试者分类，分为更有利地响应大运动量，中等强度的抗阻训练者，和更有利地响应小运动量，高强度抗阻训练者。然后将受试者随机分组，在8 周的训练干预中接受“匹配的”（即与其基因型分数匹配的训练）或“不匹配”训练。与不匹配组相比，匹配训练组中的受试者在力量测试和耐力测试方面显着改进。此外，83%的训练干预高应答者来自匹配组，而 82%的低应答者和非应答者来自不匹配的训练组。研究结果表明，遗传信息可能在适应性应答与训练类型相匹配方面具有前景。

已经报道了与有氧训练相关的类似结果。Timmons 等人[27]在训练干预前发现了一个由29 个RNA 组成的特殊分子标记，其预测了在训练干预后 VO2max的改善。同样，Davidsen等人[28]在12 周的阻力训练计划之后，发现了4 种在低应答者和高应答者之间差异表达的miRNA，进一步证实了个体与未来最具应答性的训练类型相匹配。

目前，初步研究表明，基线遗传和miRNA 标记的组合可能能够预测特定干预的训练应答的程度。这提高了预期对特定干预措施应答较低的个体进行单独干预的可能性，预计这些干预措施将表现出更大的改善，从而获得更多的健康益处。遗传信息可能提供帮助，但需要更多深入研究。

4 结论

运动对肥胖和疾病风险和治疗的广泛和良好的健康益处，但个体对不同运动的应答存在差异，运动应答效率可将个体与其最有可能获得最大改进的训练类型相匹配，增加运动对疾病的保护作用并促进长期运动坚持。这是一种节约时间的方法，可以最大限度地提高高危人群的健康状况，抵消与久坐不动的生活方式相关的风险。基因型匹配训练可以增强训练适应性，生物标记物、包括甲基化、miRNA 和遗传学指标，可以在干预前加强对训练反应程度的预测，从而允许训练方案的早期个性化设计。需要进一步的研究来探索这种方法在训练诱导的结果和高危人群的运动坚持方面的效果。