连续性及高强度间歇运动对2型糖尿病血糖调控影响的研究进展

闫增印，闫平平，秦春莉，罗炯

90%～95%的2型糖尿病是因胰岛素分泌减少，或是有胰岛素阻抗、肝糖合成受损或线粒体功能受损，使葡萄糖无法经由胰岛素的刺激转运至体内的细胞储存［1-3］。而规律运动可以帮助预防和改善2型糖尿病人血糖调控，降低发生心血管疾病的风险［4］，对抑制全球2型糖尿病的急速增长极具现实意义。相关研究报道，大部分糖尿病患者并没有进行适度的运动，其中约有1/3的2型糖尿病患没有规律的运动习惯［5-6］。多数研究发现，适宜的有氧运动不仅能增加1型糖尿病人的心肺顺应性、降低血脂低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）及三酰甘油和改善血管内皮增生功能，亦能减少2型糖尿病患者的糖化血红蛋白（HbA1c）、三酰甘油和胰岛素阻抗［7-9］。但在上述研究中，多数是有氧训练强度控制在低至中高强度、抗阻介入有氧训练或伸展性运动，而涉及较大或高强度的研究较少。但据美国体力活动指南介绍，获得同样的健康益处时，较大强度的运动所需要的时间只需中等强度运动所需时间的一半［9］。

本文价值：

本文对近10国内外有关高强度间歇运动对2型糖尿病血糖调控的研究文献进行了综述分析，指出葡萄糖转运蛋白4（glucose transporter 4，GLUT4）是协助血液中的葡萄糖进入到骨骼肌细胞中进行储存及利用的最重要蛋白。当胰岛素阻抗现象出现时，会造成胰岛素的信息传递路径出现问题，使信息无法正常传输，GLUT4没法被移转至细胞表面，造成碳水化合物吸收不良，连带引起长时间血糖过高进而导致2型糖尿病的产生。故如何改善胰岛素信息传递路径，并加强GLUT4诱发至细胞表面的能力，是改善胰岛素阻抗现象以及2型糖尿病的重要课题。

连续性有氧及高强度间歇训练（high intensity intervaltraining，HIIT）运动作为一种时效性运动处方，可以有效地提高糖尿病患者运动的依从性。目前被广为接受的运动处方为3次/周，每周总计150 min以上的中等强度有氧运动，且训练频率越高、训练量越大对2型糖尿病的病情改善更有效。对于高强度间歇运动处方，患者可根据自身身体状况选择适宜的运动方式，即一次性HIIT、短期（2～8周）HIIT及长期HIIT（≥12周）等皆有显著的改善效果。故对于那些可以参加高强度间歇运动的2型糖尿病患者而言，间歇运动是一种不错的选择，但间歇运动强度、间歇时间、持续时间、适宜人群、安全性等方面有待进一步的研究。抗阻训练同样能增强胰岛素的作用，而有氧运动与阻力运动搭配、HIIT与抗阻运动搭配是否对2型糖尿病有更大的改善尚更多的研究去验证。

连续性运动的本质是规律性有氧运动，其内容体系一般遵循美国运动医学会建议：中等强度的有氧运动是指每周进行5次以上且每次至少30 min的有氧运动，或每周总运动时间达150 min以上；较高强度的有氧运动是指每周进行3次以上且每次至少20 min，或总运动时间达75 min以上，这样的方式对促进心肺适能及维持身体健康有益［7，9］。抗阻介入有氧运动是指在每次有氧运动前或运动中穿插抗阻训练，主要是针对相关的动作肌群进行操作强度≤50%的1次最大反复次数（repetition maximal，RM）的阻力运动（设置相应组数及次数）。高强度间歇训练（high intensity intervaltraining，HIIT）是采用短时间高强度运动与短时间低强度（或休息）运动交替进行，其高强度设置一般超90%最大摄氧量（VO2max），也有研究认为运动强度≥70% VO2max就基本满足HIIT的要求［10-12］。与中等强度持续性运动相似，HIIT可以增强人体骨骼肌氧化能力，提高胰岛素敏感性，降低心血管疾病发生风险［13］，并且在提高心肺能力和糖耐量方面显著优于中等强度的有氧运动［14-15］。研究发现间歇有氧训练方式较连续有氧训练更能有效改善血糖情况，尽管HIIT总运动量有所减少，但其对血糖控制和胰岛素敏感性仍有正面影响［16］。另一方面，因HIIT两组运动间存在间歇期，可以缓和高强度运动带来的不适，故目前其在世界范围内健身行业中受到越来越多的青睐，并成为预防和治疗2型糖尿病的较佳选择［1］。因此，对于2型糖尿病患者以HIIT进行训练介入，是否具有更好的血糖调控效益，是本综述探讨的主要议题。

1 运动改善2型糖尿病的可能生理机制

人体中80%～90%的血糖是由肌肉吸收，故肌肉对于碳水化合物吸收能力是影响胰岛素敏感性的重要原因［17-18］。胰岛素信号传导路径损害使得胰岛素敏感性下降，其主要原因有年龄、体脂过高、血脂上升及低度全身炎性反应［18-21］、肥胖及活动量过低［22］。肥胖可能会使血液中游离脂肪酸浓度过高［23］。空腹及餐前血液中三酰甘油过高会连带造成血液中游离脂肪酸过高［24］，当血脂及游离脂肪酸进入细胞时，会以长链脂肪酸的形态进入细胞，并分解成神经酰胺，而累积过多的神经酰胺可能会损害Akt路径及胰岛素信息传递路径［25-26］，导致葡萄糖转运蛋白4（glucose transporter 4，GLUT4）无法成功被转移至细胞表面，造成胰岛素阻抗的现象。运动训练能有效提升胰岛素的敏感度、GLUT4被诱发至肌肉细胞表面的能力，降低餐后血脂肪及全身炎性反应，进而控制血糖。运动引发的上述生理反应变化可能通过如下机制获得解释（见图1）。

（1）运动训练能更好地诱发GLUT4转运至肌肉细胞表面，包括活化腺苷酸活性蛋白激酶（AMPK）［27］、提升胰岛素的信号传递能力［22］、增加一氧化氮（NO）合成及提升钙离子浓度等因素［28］。在肌肉收缩过程中，三磷腺苷（ATP）被消耗转化为二磷腺苷（AMP），进而增加并活化AMPK。此外，肌肉收缩同样会导致NO浓度及钙离子浓度升高。除胰岛素信号传导路径外，AMPK、NO浓度及钙离子同样会直接刺激GLUT4转移至细胞表面［28］，并协助血糖的转运，降低胰岛素阻抗。但运动对GLUT4的刺激时间不长，只能维持约48 h［29］。故3次/周以上的规律运动习惯能有效提升诱发GLUT4转移至细胞表面的能力。对具有胰岛素阻抗的患者，因胰岛素作用受损难以将葡萄糖摄取入骨骼肌，而有氧和阻力运动会通过非胰岛素依赖性机制增加骨骼肌对葡萄糖的回收。可见，运动训练的生理机制是通过调节骨骼肌中葡萄糖摄取和增加代谢信号蛋白〔如腺苷酸活性蛋白激酶和蛋白激酶B（Akt）及其底物AS160〕的活性达到降低血糖的目的 。此外，增加脂质的氧化、促进线粒体作用也是运动改善胰岛素敏感性的一种机制。

图1 运动训练增强葡萄糖摄取的生理机制Figure 1 Physiological mechanism of exercise training to enhance glucose uptake

（2）运动训练具有抗炎作用，其可通过降低全身炎性反应使胰岛素敏感性升高。低度全身炎性反应时体内巨噬细胞中的toll样受体（TLR）及核因子κB（NF-κB）被活化，巨噬细胞释放促炎性反应的细胞激素，进而造成胰岛素敏感性降低［30］。此外，运动过程会导致白介素6（IL-6）大量释放，可能会使血液中的IL-6浓度增加100倍［31］，而大量的IL-6被发现能够降低体内肿瘤坏死因子（TNF-α）浓度，并刺激抗炎反应的细胞激素如介白素-1ra和IL-10的释放［32］，进而达到降低低度全身炎性反应的效果。

（3）高强度有氧运动能增加肌肉对葡萄糖摄取量的5倍，HIIT同样能增强2型糖尿病患者骨骼肌氧化能力、胰岛素敏感性和血糖控制情况［33-34］。FRANCOIS等［35］研究指出，HIIT改善血糖控制的原因在于其能调控肌肉纤维，并迅速消耗肌肉内的肝糖原，提高运动后胰岛素敏感性，并可持续24～48 h。BOURNE等［36］研究发现在2型糖尿病患者中，2周HIIT能显著增加GLUT-4，并可在训练后48～72 h内降低平均血糖。COLBERG等［37］发现采用HIIT 20 min后胰岛素作用可持续24 h，但采用低强度有氧运动60 min也能增强肥胖者的胰岛素作用，故认为每天进行中或高强度运动是增强胰岛素作用的较佳方式，HIIT是短期和长期改善血糖控制的有效策略。

2 运动训练对血糖的调控

2.1 有氧运动对血糖的调控 有氧运动训练的主要训练目标包括提升摄氧量以及改善心血管的功能，其训练方式包含走路、慢跑、脚踏车、游泳和划船等。长时间、多次反复的肌肉收缩被认为能有效诱发胞质中的GLUT4至细胞表面，使得胰岛素阻抗现象降低，且能有效提升胰岛素敏感性、降低血糖及提升生理代谢功能等［37-38］。

目前，3次/周、总计150 min以上的中等强度有氧运动（如走路、脚踏车等）被普遍认为是调控血糖较理想的方法［39-41］。KIRWAN等［39］对2型糖尿病患者进行连续7 d、50～60 min/d的中等强度的走路及脚踏车运动训练，结果发现7 d有氧运动训练能有效减少肝脏葡萄糖输出而降低血糖，提示胰岛素敏感性在有氧运动训练后获得提升。AZIZI等［40］针对中年2型糖尿病患者进行40 min/次、5次/周的走路运动，观察3周后发现中低强度有氧运动能改善空腹血糖及胰岛素敏感性指标。BELLO等［41］对2型糖尿病患者进行3次/周、60 min/次的走路运动训练，结果显示能有效改善机体血糖情况；再给予3次/周、30 min/次的脚踏车运动训练，持续观察8周后发现该方法能有效改善患者的空腹血糖及血脂指标。

关于运动频率和持续时间方面，VAN DIJK等［42］指出，持续45 min/d中等强度（最大踏车功率的50%，约6个代谢当量，即6 MET）的有氧踏车运动，相较于分成3次、15 min/次的日常生活活动（约3 MET）更能改善血糖控制。AINSWORTH等［43］将2型糖尿病患随机分为对照组、30 min/d踏车组及隔日60 min踏车组，30 min/d踏车组每日进行50%最大功率的30 min踏车，隔日60 min踏车组则每两日进行1次60 min踏车，结果显示30 min/d踏车组与隔日60 min踏车组皆能降低2型糖尿病患者的血糖，说明运动频率减少时可通过增加运动持续时间达到相同的运动量，进而达到维持血糖的效果。VANCEA等［44］同样地将2型糖尿病患者分成每周运动3次、5次及不运动组（使用跑步机，1 h/次），结果发现每周运动5次的受试者血糖及其他试验室检查的控制情况优于每周于运动3次及不运动组。

综上所述，有氧运动模式能持续进行1～3周便能有效改善2型糖尿病的身体情况，包括提升血糖清除率、降低空腹血糖等；若能持续进行8～12周以上，同样能有效改善2型糖尿病患者的危险因素，且有氧运动训练时间越长、每周训练次数越多运动训练效果越明显。

2.2 抗阻运动训练对血糖的影响 骨骼肌收缩能增进GLUT4的功能，从而更好地协助葡萄糖顺利进入细胞内，增加胰岛素敏感性，是人体的一种天然疗法。WINDING等［45］对27例受试者进行全身性渐进式阻力训练（共5个动作，60%～80%肌肉一次收缩所能够产生的最大肌力（1RM），每个动作做8次，每次做3组，3次/周），训练16周后发现受试者胰岛素敏感性明显提高，炎性程度及空腹血糖降低，脂泌素分泌增加。ARORA等［46］对30例受试者进行全身性渐进式阻力训练（共7个动作，每个动作做8～10次，60%～100%1RM，每次做3组，3次/周），训练8周后发现受试者HbA1c、总胆固醇及血压均明显降低。COLOSIO等［47］对20例受试者采用同样的全身性渐进式阻力训练（共6个动作，60%～75% 1RM，每个动作做8～10次，每次做3组，3次/周），训练10周后发现受试者HbA1c和血糖明显降低。KANG等［48］对17例女性受试者进行循环式阻力训练（7个动作，最大心率70%，65%1RM，每个动作做12次，3次/周），训练12周后发现受试者肌肉质量增加、体脂肪减少、HbA1c明显下降。刘政潭［49］对13例受试者采用全身性阻力训练（6个动作，每个动作做8～10次，每次做3组，3次/周），训练12周后发现受试者空腹血糖、HbA1c明显下降。美国糖尿病协会（ADA）指出阻力训练除了可以降低血糖，也可减少骨质疏松症和骨折的风险，并建议除了有氧运动外每周进行至少2次阻力训练［50］，例如健身房重训器材、阻力带、举起重量物品、利用自身体质量来训练肌肉（如俯卧撑、仰卧起坐、深蹲等）。COLBERG等［37］建议2型糖尿病患者在非连续日每周进行2～3次的中强阻力运动，可选择8～10个主要肌群动作，每个动作执行10～15下，并重复1～3次。

综上可知骨骼肌收缩运动可以借适当阻力训练来进行，由于阻力训练强度常会使血压快速上升引发心血管问题，因此需严格控制运动强度，避免运动伤害的发生。抗阻训练时间一般在8～12周，多以全身性的抗阻为主（针对全身大肌肉群），运动强度为60%～80%的RM，也有渐进式方式进行的（重量从轻到重），训练频率约为3次/周。

2.3 连续与间歇有氧运动对血糖的调控 HIIT为反复剧烈运动（高于70% VO2max与休息相结合），可显著降低总运动量及所需时间［35］。尽管HIIT总运动量减少，但对血糖控制和胰岛素敏感性仍有正面影响［36］。MITRANUN等［16］将2型糖尿病患者随机分配到久坐组、持续有氧运动训练组和间歇有氧运动训练组，间歇有氧运动训练组以4 min 85% VO2max及1 min低强度恢复，重复执行6次为干预方法，3次/周、持续12周；持续有氧运动训练组则以65% VO2max执行30 min的连续运动为干预方法，3次/周、持续12周；结果显示两组体脂含量、心肺功能、血管内皮功能和空腹血糖均有改善，但HbA1c仅在间歇有氧运动训练组有改善。KARSTOFT等［12］将2型糖尿病患者随机分为对照组、间歇训练组和持续训练组，间歇训练组进行跑步机≥70% VO2max跑步及40% VO2max慢跑各3 min，重复60 min；持续训练组则以≥55% VO2max持续跑步60 min；5次/周进行4个月，结果发现只有间歇训练组胰岛素敏感性增加49.8%，周边组织对葡萄糖利用率提升14.5%，另外两组则无明显改变。IELLAMO等［51］将2型糖尿病（慢性心衰竭）患者分为中等强度持续运动组和HIIT组，中等强度持续运动组以45%～60%最大心率进行30 min跑步机训练，HIIT组则以跑步机进行75%～80%最大心率快走4 min，再以45%～50%最大心率快走3 min，循环进行4次；两组患者均进行3次/周、共12周的训练，结果发现两组糖代谢指标及空腹血糖均改善，且HIIT组胰岛素改善情况较大。LIUBAOERJIJIN等［52］回顾性分析了不同强度运动训练对2型糖尿病血糖控制及HbA1c的影响，结果显示与强度较低的运动组相比，HIIT可更好地改善HbA1c情况。综上可认为间歇运动是有效的改善血糖控制的运动选择。

2.4 HIIT的血糖调控效益 FEX等［53］分析了HIIT对2型糖尿病危险因素的影响，结果发现12周的HIIT训练对患者空腹血糖、腰围、臀围、附着脂肪量、收缩压、静态心率和VO2max均有显著改善。在血糖调节方面，ADAMSON等［54］采用HIIT对中年人代谢健康和身体功能的影响进行了探讨，HIIT组执行10趟6 s的冲刺训练，每次冲刺间恢复1 min，2次/周，训练8周后发现，HIIT组有氧能力比对照组显著改善（VO2max增加8%），血糖曲线下面积减少约6%。LITTLE等［34］对2型糖尿病患者进行为期2周、3次/周的HIIT，每次试验包括10趟60 s踏车训练90%最大心率，以60 s为休息间隔，在试验前及试验后48～72 h监测患者24 h葡萄糖，结果发现训练后患者全天平均血糖明显低于训练前。JELLEYMAN等［55］研究结果显示，2周及以上的HIIT能明显提高2型糖尿病（或代谢症候群）患者的胰岛素敏感性，降低空腹血糖。LEVINGER等［56］回顾性评估HIIT对心脏疾病患者的安全性时发现，执行HIIT后24 h内患者不良反应发生率约为8%，建议患者应在病情稳定时进行HIIT，并定期接触中度运动，在运动期间和运动后能进行适当监测。WORMGOOR等［57］提出在对2型糖尿病患者进行HIIT运动干预时，需根据个体身体状况和具体执行情况进行调整，并跟踪观察。由此可见，HIIT可以改善血糖控制情况，特别是对餐后血糖情况较差的患者。值得注意的是HIIT属于短时间高强度运动，与低中等强度运动相比有较长恢复期，对于部分心血管疾病患者运动间隔时间和强度需做相对调整，以确保其实施的安全性和实效性。

3 小结

3.1 结论 （1）无论是连续性有氧运动还是HIIT均能有效提高糖尿病患者胰岛素敏感性、诱发GLUT4至肌肉细胞表面，降低餐后血糖及全身炎性反应。（2）目前被广为接受的有氧运动处方为3次/周，每周总计150 min以上的中等强度有氧运动，且训练频率越高、训练量越大对2型糖尿病的病情改善越有效。（3）抗阻训练同样能增强胰岛素的作用，而有氧运动与阻力运动搭配、HIIT与抗阻运动搭配是否对2型糖尿病有更大的改善尚更多的研究去验证。

3.2 展望 （1）目前有关运动介入对2型糖尿病的影响研究中，多数文献集中在整体生活形态及一般性综合性运动，对不同运动型态（有氧、阻力或间歇运动等）、有无减重或低氧合并运动等干预处方式有待进一步探讨。（2）目前2型糖尿病运动处方种类颇多，但国内对间歇运动处方实施情况不容乐观，主要面临的问题有患者知晓率、参与率与依从性较差，缺乏相关理论知识及实践经验，未来需要加强该方面的临床研究。（3）对2型糖尿病患者而言，间歇运动是一种不错的选择，但HIIT在运动过程中要加强安全监测，以免引起损伤，尤其在间歇运动强度、时间、持续时间、适宜人群及安全性等需要进一步深入研究。

作者贡献：闫增印、闫平平负责文章的构思与设计、文献及资料的收集与整理、论文撰写及修订；秦春莉负责论文可行性分析、英文的修订；罗炯负责英文文献修订、文章的质量监控及审校、监督管理。

本文无利益冲突。