血流限制的低强度有氧训练对2型糖尿病患者糖代谢和睡眠时长的影响

郑玉婵 谈笑 田宜鑫 潘颖 谭朝文 马晓缓 喻乾 赵彦

1 南京体育学院（南京 210014）2 乌普萨拉大学（乌普萨拉） 3 海军青岛特勤疗养中心（青岛 266000）4 南京师范大学体育科学学院（南京 210000） 5 常州市体育医院（常州 213100）

糖尿病是一种严重的进行性疾病，可引起眼、脑、肾等并发症。2021年，全球糖尿病患者超过5亿人，患病率超过10%[1]。睡眠、吸烟、缺乏运动和饮食不良等均是糖尿病及其并发症相关的行为风险因素[2]。且睡眠和糖尿病之间密切相关，睡眠时间和2 型糖尿病患病风险之间存在U型相关，睡眠时间为7～8小时对应的风险最低[3]。而当睡眠时间限制在4～5小时并持续1周后，受试者糖耐量和胰岛素敏感性降低[4]，糖尿病风险增加[5]。另一方面，2 型糖尿病也是导致睡眠障碍和睡眠质量恶化的因素之一。有研究报告称，糖尿病患者中重度阻塞性睡眠呼吸暂停综合征的患病率高达36%[6]。这可能是因为睡眠和糖尿病之间通过胰岛素敏感性和炎症因子相互联系[7]，当2型糖尿病患者血糖得到控制的同时，患者睡眠问题也可以得到改善[8]。

有氧运动可以有效降低2型糖尿病患病风险[9]，进而降低睡眠障碍患病率，改善老年人的睡眠问题[10-11]。但是，考虑到2型糖尿病患者进行高强度运动时，发生心血管事件风险增加，糖尿病并发症和患者年龄还可能引起运动损伤和低血糖等，高强度训练可能并不适合所有2 型糖尿病患者。因此，应当寻求一种更加适合2型糖尿病患者的运动方式。血流限制的低强度有氧训练（blood flow-restriction low-intensity aerobic training，LI-BFRT）是将低强度有氧训练和血流限制相结合，以较小的训练强度达到改善最大摄氧量[12]、葡萄糖摄取量[13]和降低糖化血红蛋白[14]的一种训练方式，它以其特殊的机制产生与高强度训练类似的效果[13]。目前的研究证实，血流限制训练在糖尿病患者中的应用也是可以被考虑的训练方式[15]，而血流限制的低强度有氧训练对2型糖尿病患者糖代谢改变后睡眠质量的影响目前尚无报道。

因此，本研究通过探讨血流限制的低强度有氧训练对2 型糖尿病患者糖脂代谢和睡眠相关指标的影响，为2型糖尿病患者相关症状的改善提供一种新型、安全有效的训练方式。

1 对象与方法

1.1 实验对象及分组

选取某社区卫生服务中心的2 型糖尿病患者36名，男女不限，年龄45～75 岁。在进行运动干预之前，对所有受试者进行临床检查，并由临床医生和康复医生进行评估，以确保受试者适合运动并保证运动干预的安全性。纳入标准：①随机血糖≥11.1 mmol/L；②空腹血糖≥7.0 mmol/L；③口服糖耐量试验（OGTT 测试）≥11.1 mmol/L；④糖化血红蛋白（glycasylated Hemoglobin A1C，HbA1c）≥6.5%；⑤病程超过1 年。排除标准：①1型糖尿病；②空腹血糖＞16.7 mmol/L，反复出现低血糖或者血糖波动较大；③身体质量指数（body mass index，BMI）＞33 kg/m2；④骨骼肌肉系统疾病、运动系统异常或者运动禁忌症患者；⑤严重的糖尿病并发症，包括心血管疾病、脑血管疾病、糖尿病视网膜病变、肾脏疾病、糖尿病酮症酸中毒和糖尿病足溃疡；⑥神经肌肉疾病、肌肉减少症、严重骨质疏松症、痴呆症；⑦有规律的中等强度运动习惯；⑧静息收缩压≥160 mmHg 或静息舒张压≥ 100 mmHg；⑨心电图异常；⑩最近6 个月内有可能影响糖代谢的其他与糖尿病治疗无关的合并症或药物应用。

对所有受试者进行基本信息的收集和体检，并记录受试者身高、体重、血压、睡眠障碍情况等。根据年龄和HbA1c 结果，利用Rstudio Version 3.5.2 软件，将所有入选受试者随机分为低强度训练（low-intensity training）组（LI 组）和血流限制的低强度有氧训练（blood flow-restriction low-intensity aerobic training，LI-BFRT）组（LI-BFR 组），每组18 人。两组受试者性别、年龄、血压等基本资料见表1 ，两组间无显著性差异，具有可比性。所有受试者在进行运动干预前均已签署知情同意书，本研究方案得到无锡市惠山区康复医院伦理委员会和瑞典乌普萨拉大学伦理委员会的批准（HK-LLWYH-202002，NCT04946799）。

表1 受试者基本资料（ ± s）

表1 受试者基本资料（ ± s）

年龄（岁）男/女（n）病程（年）身高（cm）体重（kg）BMI（kg/m2）收缩压（mmHg）舒张压（mmHg）睡眠障碍人数（n）LI组（n=18）64.00 ± 4.31 7/11 10.22 ± 4.70 161.28 ± 6.43 59.32 ± 6.63 22.84 ± 2.58 128.67 ± 7.87 77.06 ± 7.46 18 LI-BFR组（n=18）61.83 ± 5.76 6/12 6.78 ± 5.62 164.10 ± 6.43 64.43 ± 6.37 23.44 ± 2.74 126.61 ± 14.13 79.89 ± 10.35 17

1.2 训练方案

本研究在南京市某社区卫生服务中心进行。查阅国内外文献后确定各组受试者的运动方案[16-17]。干预前，根据受试者身体检查时得到的静息心率（heart rate，HR）和最大心率（maximum heart rate，HRmax）计算出每位受试者的心率储备（heart rate reserve，HRR），并确定运动时靶心率（靶心率=HR+40%HRR），各组具体运动强度见表2。12周运动干预过程中每次运动的流程如下：LI组受试者先进行5 min的热身运动，然后根据受试者身高调整功率自行车（Bike Reha，荷兰）座椅高度，控制阻力，使受试者在功率自行车上进行5 min、强度为40%HRR 的踏车训练，结束后完全间歇1 min，重复踏车和间歇循环6组，最后进行5 min的放松训练；LI-BFR 组在LI 组训练的基础上，增加50%安静状态动脉闭塞压（arterial occlusion pressure，AOP）的血流限制，血流限制时间与踏车时间相匹配，在间歇时释放压力，并在下一组踏车训练时提前5 s 进行加压；血流限制采用11～16 英寸加压袖袋（Smart Cuffs Tools，2 型，美国），在受试者双侧大腿根部位置进行[17]。训练每周进行3 次，持续12 周。受试者在餐后60～120 min 进行运动，运动前后监测血糖、血压，以确保训练安全进行。运动期间佩戴Polar 心率测量仪（BHTGOFIT，北京博浩通科技发展有限责任公司）监控运动强度，并保持功率自行车转速在50～60 r/min。整个干预期间受试者保持原有生活习惯和饮食不变，但要避免进行其他较高强度运动。为减少实验误差，训练开始后每2 周重新测量LI-BFR 组受试者AOP。见表2。

表2 受试者训练方案（ ± s）

表2 受试者训练方案（ ± s）

热身时间（min）训练时间/间歇时间（min）静息心率（次/min）靶心率（次/min）训练强度训练组数（sets）放松时间（min）频率（次/周）周数LI组（n=18）5 5/1 74.39 ± 10.86 85.79 ± 10.84 40%HRR LI-BFR组（n=18）5 5/1 73.11 ± 10.75 88.40 ± 12.25 40%HRR+50%AOP 6 5 3 1 2 6 5 3 1 2

1.3 指标检测

1.3.1 基本指标检测

血压、HR采用欧姆龙电子血压计（OMRON，HEM-8713）测量。HRmax=210－年龄×0.8；HRR=HRmax－HR；靶心率=HR+40%HRR。

1.3.2 安静时动脉闭塞压检测

运动干预前和开始后每2 周对LI-BFR 组受试者进行AOP检测，目的是将AOP控制在50%，保证实验的严谨。AOP 是指安静状态下，动脉血液停止流入远端肢体所需要的最低加压袖袋的压力值。受试者卧位休息5 min 后，将手持血管多普勒探头（Smart Tools，美国）置于胫骨后动脉（内踝后缘和跟腱间的中点）上方，以捕捉听诊器脉搏。同时，将标准尼龙血压袖带（Smart Cuffs Tools，2型，美国）连接在受试者的腹股沟到髌骨连线上1/3处（股四头肌腹股沟褶皱区域），然后充气至听诊器脉冲中断的点，记录不能再听到脉搏的最低压力值，则为测量到的AOP 值，随后缓慢放气[16]。为减小测量误差，每次均由同一位操作者进行测量，具体数值见表3。

12周运动干预后，LI-BFR组AOP较干预前显著增加（P＜0.01），使血管内血流受到限制所需要的最低压力显著增大（表3）。

表3 LI-BFR组不同时间AOP测量值和50%AOP（ ± s）

表3 LI-BFR组不同时间AOP测量值和50%AOP（ ± s）

AOP：动脉闭塞压。**P＜0.01，12周与0周相比。

0周2周4周6周8周10周12周50% AOP（mmHg）93.27 ± 8.62 94.38 ± 7.88 95.54 ± 9.40 95.42 ± 8.63 96.81 ± 9.40 96.96 ± 9.15 99.12 ± 9.28**AOP（mmHg）186.54 ± 17.25 188.77 ± 15.76 191.08 ± 18.81 190.85 ± 17.25 193.62 ± 18.79 193.92 ± 18.31 198.23 ± 18.57**

1.3.3 睡眠指标检测

通过三维加速度计（GT3x，Actigraph，美国）收集运动干预前后睡眠数据。使用Actifelife 6.13.4软件初始化GT3x 并将受试者信息输入。受试者除淋浴和游泳时外，其他时间在非利手手腕佩戴GT3x。佩戴时间结束后，利用Actifelife 6.13.4 软件导出睡眠数据。根据文献资料，受试者佩戴GT3x 的有效时间（每天佩戴时间）至少7 天时，获取的数据才具有可靠性，为获得有效数据，通常将佩戴时间定为2 周[18]。因此，为确保GT3x的数值有效，且排除因运动训练所引起的受试者日常生活习惯所致影响，要求所有受试者在干预开始前7天至干预周期开始后7天，以及干预结束前7天至干预结束后7 天两个阶段佩戴GT3x，分别取每个阶段的平均值，具体佩戴时间参考图1。睡眠指标包括：上床时间：受试者上床准备睡觉的时间；起床时间：受试者起床时间；在床时长：从上床到起床的总时间；睡眠时长：受试者整体睡眠的时间；睡眠效率：睡眠时长占在床时长的比例。计算12 周干预后在床时长增加值（在床时长增加值=干预后在床时长－干预前在床时长）和睡眠时长增加值（睡眠时长增加值=干预后睡眠时长－干预前睡眠时长）。

图1 指标检测时间

1.3.4 血液样本的采集和指标检测

运动干预前后安排受试者进行体检并留取血样。受试者禁食8 h后，清晨空腹状态下，抽取受试者静脉血10 ml，测试空腹血糖（fasting plasma glucose，FPG）、空腹胰岛素（fasting insulin，FINS）和糖化血红蛋白（glycasylated hemoglobin A1C，HbA1c）含量，均由P800全自动生化分析仪或HC880全自动糖化蛋白分析仪完成。稳态模型评估胰岛素抵抗（homeostasis model assessment- insulin resistance，HOMA-IR）计算方式如下：HOMA-IR=FPG×FINS/22.5。定量胰岛素敏感性检测指数（quantitative insulin sensitivity check index，QUICKI）计算方式如下：QUICKI = 1/[log（FINS，μU/mL）+ log（FPG，mg/dL）]。同时，为了观察各组受试者空腹血糖变化值，计算FPG增加值（空腹血糖增加值=干预后空腹血糖－干预前空腹血糖）。

1.4 统计学方法

所有数据均采用SPSS 25.0 统计软件进行分析处理。采用配对样本t检验，比较干预前后组内差异。采用独立样本t检验，比较干预前各指标组间差异。采用单因素协方差分析（ANCOVA），比较干预后各指标组间差异，以组别为自变量，各指标干预前水平为协变量，各指标干预后的水平为因变量，进行单因素协方差分析。由于FINS 和HOMA-IR 结果不符合正态分布，进行对数转换后，进行分析。上床时间和起床时间不符合正态分布，且无法转换，采用非参数Wilcoxon 和Kruskal Wallis 进行分析。采用Pearson 相关分析对糖代谢指标和睡眠指标进行相关性分析。除特殊说明外，数据采用平均值± 标准差（±s）表示，并以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 不同运动方式对2型糖尿病患者糖代谢指标的影响

由表4 可知，运动干预前，LI 组和LI-BFR 组FPG、HbA1c、FINS、HOMA-IR 和QUICKI 之间差异均无统计学意义（P＞0.05）。12周运动干预后，与干预前相比，LI组仅FPG 显著降低（P＜0.01），HbA1c、FINS、HOMA-IR和QUICKI 变化均无统计学意义（P＞0.05）；LI-BFR 组FINS 降低（P＜0.05），并且FPG、HbA1c 和HOMA-IR 显著降低（P＜0.01），同时，LI-BFR 组受试者QUICKI 增加（P＜0.01）。

表4 不同运动方式对2型糖尿病患者糖代谢指标的影响（ ± s）

表4 不同运动方式对2型糖尿病患者糖代谢指标的影响（ ± s）

* P＜0.05，** P＜0.01，与干预前相比；#P＜0.05，与LI组相比。

LI组（n=18）干预前8.69 ± 1.68 7.26 ± 0.68 0.95 ± 0.29 0.53 ± 0.33 0.32 ± 0.03 FPG（mmol/L）HbA1c（%）FINS（μU/mL）HOMA-IR QUICKI干预后6.80 ± 1.18**#6.32 ± 0.85**#0.95 ± 0.22*0.42 ± 0.23**#0.33 ± 0.02**干预后7.91 ± 1.08**6.94 ± 0.69 0.94 ± 0.29 0.48 ± 0.32 0.33 ± 0.03 LI-BFR组（n=18）干预前8.54 ± 1.22 7.18 ± 0.84 0.99 ± 0.24 0.57 ± 0.24 0.32 ± 0.02

12 周运动干预后，与LI 组相比，LI-BFR 组受试者FPG、HbA1c 和HOMA-IR 下降更加显著（P＜0.05），其他指标两组间差异均无统计学意义（P＞0.05）。

2.2 不同运动方式对2型糖尿病患者睡眠指标的影响

由表5 可知，干预前，各组指标间没有显著差异（P＞0.05）。12周干预结束后，与干预前相比，LI组受试者上床时间和起床时间变化无统计学意义（P＞0.05），睡眠时长显著增加（P＜0.01），在床时长和睡眠效率增加（P＜0.05）；LI-BFR 组受试者上床时间和起床时间变化无统计学意义（P＞0.05），在床时长增加（P＜0.05），睡眠时长和睡眠效率增加（P＜0.01）。

表5 不同运动方式对2型糖尿病患者睡眠指标的影响（ ± s）

表5 不同运动方式对2型糖尿病患者睡眠指标的影响（ ± s）

上床时间和起床时间不符合正态分布，采用M（Qu-QL）表示。*P＜0.05，**P＜0.01，与干预前相比；#P＜0.05，与LI组相比。

LI 组（n=18)LI-BFR 组（n=18)干预后22:27（22：02-23：11）6:38（6:22-7:09)484.85 ± 70.97*433.38 ± 70.37**0.89 ± 0.04**#干预后22：46（22：10-23：46）6:26（6：12-7:05）453.66 ± 63.31*394.50 ± 62.03**0.87 ± 0.05*干预前22:46（22：13-23：40）7:08（6：35-7：48）413.62 ± 69.09 354.94 ± 66.77 0.86 ± 0.05上床时间（时：分）起床时间（时：分）在床时长（min)睡眠时长（min)睡眠效率（%)干预前22：20（21:20-23:09)6:31（5：57-6：54）442.36 ± 70.47 376.60 ± 63.82 0.85 ± 0.06

12 周干预后，与LI 组相比，LI-BFR 组睡眠效率增加更加显著（P＜0.05），其他指标两组间差异均无统计学意义（P＞0.05）。

2.3 糖代谢指标和睡眠指标的相关性分析

由表6 可知，LI 组中糖代谢指标和睡眠指标间没有相关性；LI-BFR 组中FPG 增加值和睡眠效率、睡眠时长呈负相关，FINS与在床时长增加值、睡眠时长增加值呈负相关，HOMA-IR 与在床时长增加值、睡眠时长增加值呈负相关，而QUICKI 则与在床时长增加值、睡眠时长增加值呈正相关。

表6 糖代谢指标和睡眠指标的相关性分析

3 讨论

3.1 不同运动方式对糖代谢的影响

本研究对2型糖尿病患者分别进行12周血流限制的低强度有氧训练和单纯低强度有氧训练干预，结果显示，在低强度有氧训练的基础上同时进行血流限制，可以将二者的影响相叠加，带来更佳训练效果。结合本研究中干预前后LI 组和LI-BFR 组受试者的FPG 和HbA1c的变化，以及干预后组间比较结果来看，血流限制的低强度有氧训练可以有效降低2型糖尿病患者血糖且效果优于单纯的同等强度有氧训练。关于血流限制的低强度有氧训练对运动期间葡萄糖摄取和肌肉抗氧化功能的研究发现，血流限制的有氧训练可增加大腿部位肌肉净葡萄糖摄取和利用[19]。同时，血流限制的低强度有氧训练引起的5'AMP 活化蛋白激酶（5'-AMP-activated protein kinase，AMPK）增加[19]，可以促进骨骼肌内葡萄糖转运蛋白4（glucose Transporter 4，GLUT4）的合成和易位[20]，进一步增加过氧化氢增殖物激活受体γ辅激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-tor-1，PGC-1α）的表达，增强骨骼肌葡萄糖摄取和利用的效果[21-22]。这可能是引起LI-BFR 组血糖改善效果优于LI 组的最直接的原因之一。并且，血流限制的低强度有氧训练在单纯有氧训练的基础上，可以促进骨骼肌体积和肌肉力量增加[23]，通过激活肌纤维的卫星细胞（satellite cells，SCs）[24]，促进胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor 1，IGF-1）释放，并且释放量达到同等强度训练的2倍[23]，增加肌肉体积[25]，增强骨骼肌对葡萄糖和氨基酸的吸收，降低2型糖尿病患者空腹血糖和糖化血红蛋白[17，26]，并增加胰岛素敏感性，改善糖代谢[15]。此外，血流限制的低强度有氧训练可以在单纯有氧训练的基础上增加机体能量消耗[27]，且低强度有氧训练也可以刺激胰岛β细胞，增加胰岛素分泌，改善胰岛素抵抗，降低血糖[15]。本研究结果也发现，12 周运动干预后，HbA1c、FINS、HOMA-IR 和QUICKI 仅在LI-BFR 组中变化显著；与LI 组相比，LI-BFR 组受试者FPG、HbA1c 和HOMA-IR降低明显，与以往研究结论一致。综上可以推断血流限制的低强度有氧训练较单纯低强度有氧训练在降低血糖、胰岛素抵抗和增加胰岛素敏感性等方面效果更加显著。

3.2 不同运动方式对睡眠的影响

血流限制的低强度有氧训练可以对2型糖尿病患者睡眠产生有益影响。在低强度有氧训练的基础上，施加血流限制，可以增加肥胖患者的能量消耗[27]，进一步延长睡眠时长[28]。本研究结果发现，12 周运动干预后，LI-BFR 组受试者睡眠时长显著增加，虽然和LI 组相比并没有显著性差异，但LI-BFR组睡眠时长从干预前的377 min增加至433 min。睡眠时长控制在7～8 h范围内（睡眠时间和2型糖尿病患病风险之间U型相关的低值），可以减少睡眠对糖尿病患者产生不良影响的风险[3]。而LI 组睡眠时长仍低于7 h，与LI-BFR 组相比，受试者出现胰岛素抵抗和胰岛素敏感性降低的风险增加。研究发现，老年人进行运动干预后，白细胞介素6（interleukin，IL-6）和肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）显著降低，并表现出睡眠时长和睡眠效率显著升高[29]。而血流限制的有氧训练也可以引起IL-6 升高，TNF-α降低[30]。这说明血流限制的低强度有氧训练可以通过调节IL-6和TNF-α，增加睡眠时长和睡眠效率，进而引发睡眠时长和睡眠效率之间的差异。在本研究中，12周运动干预后，虽然两组受试者在床时长和睡眠时长方面没有显著性差异，但LI-BFR组受试者睡眠效率改善更佳。此外，血流限制的低强度有氧训练可以增加PGC-1α表达[20]，进一步通过运动激活核心时钟基因Bmal1和脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF），在降低血糖的同时，调节睡眠深度和觉醒持续时间[30]。

综上所述，推测血流限制的低强度有氧训练可以通过增加能量消耗、调节因子释放等调节在床时长和睡眠时长，从而增加睡眠效率，改善睡眠。但相关机制研究尚不充分，仍有待进一步研究。

3.3 睡眠和糖代谢指标间相关性分析

睡眠时间和2 型糖尿病患病风险之间存在U 型相关[5]。一项针对学生的研究表明，近三分之二的胰岛素抵抗者拥有较短的睡眠时长，且一半以上睡眠受损的参与者存在胰岛素抵抗[28]。可见，胰岛素抵抗与睡眠时长之间可能存在相关性。而以往关于睡眠和胰岛素抵抗的研究也发现，睡眠时长与胰岛素抵抗之间存在正相关，即较短的睡眠时长和较高的胰岛素抵抗之间存在相关性[31]。本研究结果显示，在LI-BFR 组中，干预后HOMA-IR 和睡眠时长增加值呈负相关，即HOMA-IR 越低时，睡眠时长增加越大，与上述研究相符。同时，在床时长增加值也随之降低。但是同等强度的单纯有氧训练则没有表现出相关性。推测增加血流限制训练能够在降低受试者胰岛素抵抗的同时，更好地改善受试者睡眠时长。此外，2型糖尿病和睡眠之间通过胰岛素敏感性等相互联系[7]。在本研究中，LI组中睡眠和糖代谢指标间并没有表现出显著性相关，但是LI-BFR 组则表现出睡眠时长增加值和QUICKI、在床时长增加值和QUICKI均呈正相关，进一步证实睡眠和胰岛素敏感性等相关。同时，本研究还发现，当2型糖尿病患者FPG增加值提高时，睡眠效率随之降低；当FINS 增加时，在床时长增加值和睡眠时长增加值减少。而以往的研究也显示，2 型糖尿病患者的睡眠时长、在床时间、整体睡眠质量变化等与其HOMA-IR、FPG和HbA1C之间存在相关性[5，28，31-32]。结合本研究相关性分析结果，推测血流限制低强度有氧训练干预2型糖尿病患者糖代谢的同时，可能影响其睡眠，增强干预效果。

4 结论

本研究发现，低强度有氧训练可以改善2 型糖尿病患者糖代谢，结合血流限制后在降低FPG、HbA1c、HOMA-IR 方面效果更加显著，并且LI-BFRT 在降低FINS，增加QUICKI的效果方面明显优于单纯低强度有氧训练。血流限制的低强度有氧训练和单纯低强度有氧训练均能增加在床时长和睡眠时长，还可以促进2型糖尿病患者睡眠效率。血流限制的低强度有氧训练可能是一种能够改善2型糖尿病患者糖代谢和睡眠时长的新型、安全有效的训练方式。