低氧锻炼减控体重效果：基于随机对照实验的meta分析
2020-12-29吕中凡刘杨婷
吕中凡， 史 鹏， 刘杨婷
(1.辽宁师范大学 体育学院,辽宁 大连 116029； 2.辽宁省运动人体科学实验室,辽宁 大连 116029)
肥胖问题是21世纪的流行病，全球范围内超重/肥胖的人数持续增加.Gregg等[1-2]通过全球40 a大数据分析显示中国是全球肥胖人数最多的国家.超重和肥胖是心血管疾病、糖尿病、慢性肾病、多种癌症的危险因素.另外，超重/肥胖造成腰椎、膝、髋关节负荷过大，促进骨性关节炎的发展，限制其功能能力，膝关节置换手术风险比例随之升高[3-4].研究证明，适量体育活动、控制日常饮食等一般治疗方案被认为是最有效的减肥策略.运动疗法具有安全、无副作用、娱乐性强的特点，长期进行体育锻炼进行减脂对于身体的长期发展更加有利[5].中等强度持续训练(MICT)与高强度间歇训练(HIIT)是治疗肥胖最常用的方法，对于减控体重、改善身体形态、提高心肺功能具有良好的效果[6].但MICT因其运动时间过长、过程单调乏味等原因降低运动锻炼的坚持性[7-8].HIIT的安全性有待探讨，其在心血管疾病等慢性病患者肥胖的治疗中处于实验阶段，临床推广需要进行进一步求证探索[9].
低氧暴露在改善肥胖人群身体成分、心肺功能和基础代谢方面具有显著效果，为减肥和控制体重提供了一种新型治疗措施[7,10].由于高原气压随着海拔高度升高空气中O2含量降低，由此导致这种环境下的机体缺氧，新陈代谢规律发生变化，会消耗更多的能量以满足机体代谢的需要[11].机体在无运动负荷时，主要依靠脂肪代谢进行供能，增加的能源物质以脂质代谢为主[12].低氧刺激导致细胞内活性氧大量产生，进而激活HIF-1参与其他分子转录的调控，启动细胞内低氧反应的基因调控系统，从而在维持体重、葡萄糖稳态等机体代谢调节中发挥重要作用，从而有效预防肥胖[11,13].但是，人体在缺氧状态下会启动相应调节机制，可以激活一系列炎症因子导致炎性损害，并对超重/肥胖人群产生其他负面影响，如高血压和高胆固醇血症[14].Menéndez[15]、Morishima[16]等研究低氧环境在脂质代谢和体重管理等方面未取得积极的效果.虽然低氧环境降低体重、改善脂质代谢的有效性尚且存在争议，但是低氧刺激影响能量平衡促进新陈代谢，不失为一种干预肥胖的有效方法[17-18].
已有研究探讨运动锻炼在低氧环境中对超重/肥胖人群身体成分和脂质代谢的影响.Camacho[10,19]等通过研究表明，超重或肥胖女性在低氧环境下进行HIIT训练比常氧环境下改善身体成分更有效；而Hobbins[20]系统综述低氧锻炼减控体重的效果，且认为低氧锻炼改善超重/肥胖人群身体成分和HCL等脂质代谢指标的效果存在争议.Groote[21]、Shin[22]等研究认为低氧锻炼与常氧锻炼相比，在血压和TC、TG等脂质代谢指标中具有更加良好的效果；而Menéndez[15]、Klug[23]等研究认为低氧锻炼对超重/肥胖人群血压、TC和血糖的干预效果与常氧锻炼不存在显著性差异或干预效果不如常氧锻炼.综上，低氧锻炼干预超重/肥胖人群身体成分、脂质代谢、血压等效果的相关研究存在严重分歧，亟待进行合并效应分析.Ramos[18]、王航平[24]等通过元分析探讨低氧锻炼对身体成分、脂质代谢等指标的影响，由于合并文献少(13篇、8篇)和纳入文献质量问题，两项研究在BMI等指标上存在分歧.另外，研究并未评估文献敏感性，研究结果的准确性受到质疑.因此，本研究期望通过系统回顾以往该领域相关文献，通过数据合并和定量分析验证以下假设：与常氧锻炼相比，低氧锻炼能够更大程度地减轻超重/肥胖人群的体重，更进一步改善脂质代谢和血压等相关指标.期望为低氧锻炼减肥提供理论支撑，为低氧刺激的临床治疗提供循证依据.
1 研究方法
1.1 文献搜集与数据来源
中文检索：采用高级检索形式，以“低氧锻炼/训练/运动”“高原训练”为检索主题词联合“超重/肥胖”在中国知网(CNKI)进行混合检索，共检索出191篇文献；英文检索：以“Hypoxia training” “Hypoxia exercise” “Plateau training”联合“Obesity”“Overweight”进行混合检索，布尔运算符“AND”用于连接检索关键词，检索数据库为Web of Science、PubMed、EBSCO、Cochrane图书馆，共检索出516篇文献.检索年限为数据库建立至2020年2月.将检索文献导入Endnote X9文献管理软件进行去重后共获得609篇文献.
1.2 纳入与排除标准
由2名研究人员分别独立按照文献的纳入与排除标准进行文献筛选，纳入共同符合的文献，对于判断结果存在争议的文献则与第3人共同讨论决定是否纳入.文献纳入标准：①RCT设计；②人类实验；③研究对象为超重(BMI>25 kg/m2)或肥胖(BMI>30 kg/m2)人群；④低氧组在自然或模拟海拔高度≥2 000 m、O2浓度≤16.4%(体积分数，下同)的环境下进行锻炼，常氧组在平原(海拔高度20～60 m)且O2浓度在21%左右的地区进行锻炼；⑤结局变量包括身体成分(体重、BMI、BFR、体脂含量)、血脂(TC、TG、HDL-C、LDL-C)、血压(SBP、DBP)中的一项、部分或全部.文献排除标准：①会议摘要、综述；②同一组数据重复发表；③综合干预实验；④报告数据不完整；⑤临床研究.文献筛选流程见图1.
图1 文献筛选流程图Fig.1 Literature screening flowchart
1.3 文献质量评价
由2名研究人员分别独立对纳入的22项研究进行方法学质量评价，存在严重分歧的条目则与第3人共同讨论决定是否纳入.运用Cochrane风险评估工具[25]从选择偏倚、实施偏倚、测量偏倚、失访偏倚、报告偏倚和其他偏倚6条目进行评价，对每条目采用“偏倚风险较低”“偏倚风险未知”和“偏倚风险较高”进行判定.总体来讲，由于部分研究缺乏随机序列、分配隐藏、被试盲性、退出失访的详细描述，所以可能存在偏倚风险，评价结果见表1.
表1 纳入研究的方法学质量评价
1.4 文献编码
对纳入meta分析的22项研究进行文献编码，文献提取内容按照第一作者、低氧组(n、M、SD)、常氧组(n、M、SD)、干预措施(方式、强度、周期)、低氧环境(海拔高度、O2浓度)、结局变量的格式录入Excel表格.各项研究的基本特征见表2.
表2 纳入研究基本特征
meta分析共纳入22项研究，文献跨度为2008—2019年，在542名参与者(低氧组273名，常氧组269名)中分析了低氧锻炼对超重/肥胖人群身体成分、脂质代谢和血压的效果，年龄跨度为13～68岁.运动方式包括有氧运动、抗阻运动、间歇运动、有氧联合抗阻运动4种形式；干预周期为2周到8月不等；运动强度采用VO2max、HRmax、运动后心率、THR和1 RM 表示.运动强度可以分为4个等级：低强度为50%～60% HRmax(30%～40% VO2max)、中等强度为60%～80% HRmax(50%～60%VO2max)、中高强度为80%～90% HRmax(60%～70% VO2max)、高强度为90%～100% HRmax(70%～80%VO2max)[42]；THR范围在60%～80% HRmax之间，同时根据Karvonen方程[43]实现VO2max、HRmax、THR转化为运动后心率，进而判定运动强度.低氧训练环境为自然或模拟海拔高度为1 900～3 500 m，海拔高度每增加100 m，O2浓度便下降0.76%，因此，可以推理出各项研究所选择或模拟的海拔高度和O2浓度.结局变量包括体重(20)、BMI(14)、BFR(16)、体脂含量(15)、TC(13)、TG(15)、HDL-C(15)、LDL-C(16)、SBP(9)和DBP(9).
1.5 统计学方法
将录入Excel表格的数据以.xls格式导入Stata 12.0软件，利用meta-analysis模块进行统计分析.通过异质性检验选择合并效应模型进行主效应检验.通过Egger’s线性回归检验文献发表偏倚.通过亚组分析探讨低氧环境对低氧训练减控体重效果的影响.通过“metainf”命令进行文献敏感性分析.采用Q检验研究间异质性，I2<50%，可认为研究间同质，选择固定效应模型进行分析；I2≥50%，可认为研究间异质，选择随机效应模型进行分析.常氧锻炼和低氧锻炼之间结局效果大小及训练干预前后的差异采用SMD和95%CI表示，以0.2
2 研究结果
2.1 异质性检验和主效应检验
在身体成分4个变量中，低氧锻炼对体重(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%)和体脂含量(SMD=0.651,95%CI=[0.188,1.115];I2=74.6%)有着更显著的干预效果，效果量分别为中、小、中、中(表3).在脂质代谢4个变量中，低氧锻炼与常氧锻炼相比干预效果不存在显著性差异(P>0.05).在血压2个变量中，低氧锻炼与常氧锻炼相比干预效果不存在显著性差异(P>0.05).综上，低氧锻炼对改善身体成分有着更明显的效果，但在改善脂质代谢和血压上与常氧锻炼效果无异.
表3 异质性检验和主效应检验
2.2 文献发表偏倚
meta分析的可靠程度取决于纳入研究间是否存在发表偏倚，本研究采用Egger’s回归检验研究发表偏倚.Egger’s回归模型以标准化的效应量为Y变量，以效应估计量的精确性为X变量，构建线性回归方程.回归方程的截距为偏移量，其越接近0，说明存在发表偏倚的情况就越小，若P>0.05且95%CI包含0,则说明不存在发表偏倚.
表4 Egger’s 回归发表偏倚检验
Egger’s线性回归分析显示：在体重、BMI、BFR中，P<0.05且95%CI中不包含0，发表偏倚较为明显，说明低氧锻炼减控体重效果显著，在已发表文献中多呈现阳性结果；而在体脂含量、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，不存在发表偏倚，说明低氧锻炼效果存在严重争议，尚需继续进行研究.
2.3 亚组分析：低氧环境对低氧锻炼减肥效果的影响
为进一步探讨不同低氧环境对低氧锻炼改善身体成分、脂质代谢和血压的影响，本研究对海拔高度和O2浓度进行相互转换，并以海拔高度为分组变量，纳入研究涉及1 900～3 500 m海拔高度下的低氧锻炼，将海拔高度分为“≤2 500 m”和“>2 500 m”2个亚组，分别分析海拔高度对结局变量的影响(表5).
表5 海拔高度对低氧锻炼减肥效果影响的亚组分析
与常氧锻炼相比，在不同海拔高度下进行运动锻炼均对体重、BMI有更显著的干预效果(P<0.05)，而在≤2 500 m(体重：SMD=0.906；BMI：SMD=0.798)下锻炼效果要优于在>2 500 m(体重：SMD=0.756；BMI：SMD=0.417)；在BFR和体脂含量上，在≤2 500 m的海拔高度进行运动锻炼的效果要显著好于>2 500 m的海拔高度.其中,BFR：SMD=1.034,95%CI=[0.251,1.818]，为中等效应；体脂含量：SMD=0.904，95%CI=[0.375,1.432]，为中等效应.在TG上，在≤2 500 m海拔高度进行运动锻炼的效果要显著好于>2 500 m的海拔高度，SMD=0.676,95%CI=[0.156,1.195]，为中等效应.在TC、HDL-C、LDL-C、SBP和DBP上，在不同海拔高度下进行运动锻炼与常氧锻炼相比均不存在显著性差异(P>0.05).综上，在海拔高度在1 900～2 500 m之间进行运动锻炼有着更加明显的效果.
2.4 文献敏感性分析
3 讨论与分析
该项meta分析的主要目的是分析低氧锻炼减控体重的效果，讨论其与常氧锻炼相比是否能够进一步改善超重/肥胖人群身体成分、脂质代谢和血压；次要目的是探讨在何种低氧环境下进行运动锻炼的效果最佳.研究发现，低氧锻炼与常氧锻炼相比，能够显著性降低超重/肥胖人群体重、BMI、BFR和体脂含量等身体成分指标，但在改善脂质代谢和降低血压上则与常氧锻炼效果无显著性差异.此外，亚组分析发现在海拔高度为1 900～2 500 m的环境下进行运动锻炼能够进一步改善超重/肥胖人群身体成分以及改善TG等脂质代谢指标.
3.1 低氧锻炼对身体成分具有更显著的改善作用
低氧锻炼与常氧锻炼相比在降低体重和减少体脂方面具有更明显的效果，meta分析与Ramos[18]、王航平[24]等系统评价的结果相一致.低氧环境对于机体而言是一种刺激，机体在接受低氧暴露或低氧锻炼后将会发生一系列适应性变化[24,44].低氧锻炼减控体重可能与缺氧暴露的机制存在关联，涉及提高去甲肾上腺素和相关代谢水平.增加微细动脉直径，产生外周动脉血管舒张和降低动脉血压.提高糖酵解相关酶的活性，增加线粒体数目和糖转运蛋白载体GLUT-4水平，促进胰岛素敏感性,增加血浆血清素和抑制瘦素水平等[7,34].冯连世等[33]认为高原环境和模拟低氧环境下的有氧运动可通过多种信号通路调控肥胖者骨骼肌脂肪酸氧化能力，理论上更有利于脂肪的动员和利用.Kayser等[45]认为能够增加基础代谢和能量消耗的低氧锻炼更有益于超重/肥胖人群体重减轻，这种代谢速率的增加可能通过刺激GLUT-4转运的信号通路优化底物利用率和提高线粒体氧化能力而导致的.Mawson等[46]认为，在低氧条件下，机体会消耗更多的能源物质满足机体代谢的需要，而在所增加的能量中主要以脂肪氧化功能为主.低氧环境下机体对氧气的利用率较高，脂肪作为高能物质最容易被集中利用.缺氧时运动锻炼可以增加静止时脂肪氧化，锻炼带给机体的后续作用要高于常氧锻炼效果[19].低氧锻炼相比常氧锻炼改善超重/肥胖人群身体成分的效果更佳已成为事实.
低氧锻炼对身体成分具有显著的改善作用，但对于探寻减控体重的最佳海拔高度或O2浓度的研究相对较少.亚组分析认为在海拔高度为1 900～2 500 m的环境下进行运动锻炼的效果要明显好于在大于2 500 m的海拔高度.Park等[36]分别模拟了O2浓度为16.5%(海拔高度2 000 m)和14.5%(海拔高度3 000 m)下运动锻炼减控体重的效果，发现O2浓度为16.5%的低氧环境下降低体脂含量和体脂率的效果较好.周兆年[47-48]认为低氧使人体储蓄必要的CO2，将有益于人体健康.但是随着海拔升高CO2含量降低，会导致机体气体失衡，形成酸少碱多的碱血症，这可能破坏正常的新陈代谢和能量平衡，损害机体神经和免疫系统.生活在海拔高度3 000 m以上的男性居民可能会存在高原红细胞增多症，由慢性低氧引起红细胞增生过度，进而加剧全身缺氧，可发展成出血、血栓形成或局部组织坏死等各种并发症[49].适当的低氧刺激能够促进新陈代谢，有利于减轻体重和降低体脂，而在人体难以适应的更高海拔环境下，机体会启动相应调节机制，激活一系列炎症因子导致炎性损害，并对超重/肥胖人群产生其他负面影响，如高血压和高胆固醇血症[14].高原环境下，锻炼的强度和持续时间根据机体适应能力而不断调整，一般高海拔地区运动负荷会更低，若不做出适当调整，非但不能起到减控体重的效果，更可能影响机体健康.
3.2 低氧锻炼改善脂质代谢和血压的效果并不明显
低氧锻炼改善超重/肥胖人群脂质代谢的效果与常氧锻炼效果不存在显著性差异.王航平等[24]通过元分析得出低氧锻炼能够更有效降低肥胖人群血清TC水平，而对于其他脂质代谢指标无显著性效果.Ramos[18]等通过元分析得出低氧锻炼显著降低LDL-C水平，而在TG上的干预效果则与常氧锻炼无异.低氧锻炼改善脂质代谢的系统评价存在严重分歧，当然这源于原始研究间的分歧，在TC指标上只有Klug等[23]的研究具有明显效果；在TG指标上仅有3项研究[21-22,39]起到明显效果；在HDL-C上仅有陈立军等[30]的研究具有明显效果；在LDL-C指标上仅有2项研究[36,39]起到明显效果.低氧锻炼改善脂质代谢的机制仍在阐明中，大量研究证明低氧和运动对脂质代谢的影响存在协同效应，运动锻炼改善血脂水平与运动后脂质氧化水平增加有关，而低氧同样可以激活启动过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)和PPARγ辅助活化因子1α(PGC1α)，在介导肌肉脂肪酸氧化的适应性调节中发挥重要作用[50].因此，低氧训练导致脂肪氧化水平的进一步提高，理论上其改善脂质代谢的效果要优于常氧锻炼.Voor[51]、Sharma[52]等对世代居住在高原地区的居民进行调查发现，其心血管疾病死亡率显著低于平原居民，其体重显著低于平原居民，且血清TC浓度、血压也显著低于平原居民.研究认为可能与实证研究中运动干预措施和低氧环境有关.Ramos等[18]则认为高强度低氧锻炼是增加运动后脂肪氧化和降低TG最有效的方法；Camacho[19]、Shin[22]、Yang[41]等认为低氧锻炼改善TG等脂质代谢相关指标的持续时间在4～12周为宜.本研究中1 900～2 500 m的海拔高度下进行运动锻炼干预TG的效果最佳.另外，研究可能存在文献检索疏漏的可能，某些研究样本含量较少，不能保证统计检验力，这也有可能影响合并结果的准确性.
低氧锻炼改善超重/肥胖人群血压的效果与常氧锻炼效果不存在显著性差异.虽然低氧训练降低高血压的发病机制的研究相对较少，但是王茹等[53]认为低氧训练是运动锻炼与低氧暴露的结合，可以从运动与血压的关系和低氧暴露与血压的关系出发进行讨论低氧训练与血压的关系.运动锻炼降低肥胖人群血压已成为事实，在这里就不需要过多赘述.而低氧暴露降低血压仍然存在争论，罗荧荃等[54]认为低氧是高血压的发病机制，平原人暴露于高原初期，SBP、DBP均显著性升高，且随高原驻留时间延长而呈现逐步升高的趋势；孙星炯[55]、Hanna[56]等认为尽管低氧是高血压的发病机制，但是长期低氧暴露下机体交感神经降低而副交感神经激活导致血压降低，这也是久居高原人群比平原人群血压低的原因.Tripathy等[57]对不同海拔高度的藏族居民的血压情况进行调查，发现世居高原人群血压普遍偏低，且高海拔地区居民低于低海拔地区.这可能与血管平滑肌舒张、侧支循环、血管形成增加以及红细胞和血红蛋白水平较高有关[58].高钰琪[59]将个体进入高原6个月以后称为完全习服，完全习服后人体生理指标趋于相对稳定，体力劳动能力达到良好水平.元分析所纳入的实验研究低氧干预周期普遍太短(4～8 周)，难以对高原环境产生强大的习服能力.低氧锻炼干预超重/肥胖人群血压的效果存在严重分歧，后续有必要继续进行实证研究，提高样本含量，严格设置运动干预措施和低氧训练环境，尤其适当延长干预周期，为低氧训练降低血压提供更多坚实的证据.
4 结 语
低氧暴露与运动锻炼的结合为超重/肥胖人群提供了减控体重效果更佳的干预措施.本研究利用meta分析法纳入22项研究对低氧锻炼干预超重/肥胖人群身体成分、脂质代谢和血压的效果进行系统评价，认为低氧锻炼与常氧锻炼相比，能够显著降低肥胖青少年体重、BMI、BFR和体脂含量，有更好的减控肥胖青少年体重、塑造良好身体形态的效果，但是对于改善脂质代谢和血压方面的效果并不显著.研究认为可能与实证研究中运动干预措施和低氧环境有关.亚组分析也认为，在海拔高度在1 900～2 500 m之间进行运动锻炼有着更加明显的效果.研究可能存在文献检索疏漏的可能，某些研究样本含量较少，不能保证统计检验力，这也有可能影响合并结果的准确性.所以后续研究需要提高样本含量、延长干预周期探讨不同氧气浓度下运动锻炼减控体重的效果；同时，也需要后续元分析继续寻找更多高质量的文献对研究进行验证.
