高强度间歇训练和中强度持续训练对2型糖尿病患者血管健康的影响

张红梅，谢秀峰，肖 燕，王娟娟，李晓静

0 引 言

对于大多数糖尿病患者来说，微血管和大血管并发症是发病和死亡风险增加的主要原因[1]。随着糖尿病的进展，患者出现心血管系统的亚临床表现，最终导致缺血性心脏病和颈动脉狭窄[2]。颈动脉内中膜厚度(carotid intima-media thickness，cIMT)和脉搏波速(pulse wave velocity，PWV)是公认的血管结构和动脉硬化测量指标，与心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)风险紧密相关[3]。与非糖尿病患者相比，2型糖尿病患者cIMT和PWV增加[4]。改善cIMT和PWV可能减缓或逆转2型糖尿病患者的血管变化，提高其生活质量[5]。

针对2型糖尿病，目前主要提倡通过体育活动改善和控制包括血糖、血压和内皮功能在内的多种脑血管疾病危险因素。美国糖尿病协会指出，2型糖尿病患者每周应该至少进行150 min的中等强度身体活动或75 min高强度体力活动[6]。研究表明，高强度间歇训练(high intensity interval training，HIIT)与中强度连续训练(moderate continuous training，MCT)相比，可以引起相同甚至更显著的心血管和血糖变化[7]。

虽然有研究提示HIIT治疗对血糖控制变量没有影响，但HIIT对2型糖尿病患者动脉硬度和结构指数的影响仍有待确定。此外，目前国内尚未有研究比较不同类型的有氧运动(HIIT和MCT)对动脉硬化和结构指标的影响。因此，本研究旨在探讨HIIT与MCT对2型糖尿病患者中央动脉和外周动脉结构和功能的影响。

1 资料与方法

1.1 研究对象选取2018年10月至2019年7月在内蒙古医科大学附属医院老年病科就诊的115例2型糖尿病患者。纳入标准：①被诊断为2型糖尿病的成年人；②没有大血管或微血管并发症；③ BMI<48 kg/ m2；④患者身体状况允许参加锻炼计划。排除标准：①有药物、酒精依赖；②合并严重器官功能障碍；③精神障碍、无法进行正常沟通者。本研究获得了内蒙古医科大学附属医院伦理委员会的批准(批准号：YKD2018234)，所有患者均签署知情同意书。

1.2方法本研究采用了意向治疗分析(intention-to-treat analysis，ITTA)，随机分为对照组(n=38，不接受运动训练)、MCT组(n=38，按要求进行MCT运动)和HIIT组(n=39，按要求进行HIIT运动)。同时按方案分析(per-protocol analyses，PPA)，即只包含至少完成70%干预训练次数的参与者。本次纳入研究并分配至各组的患者共115例，其中96例参与者完成了全程干预措施，78例参与者完成的训练次数≥70%。评估干预前后患者动脉结构、功能指标和血流动力学变量的变化。所有评估项目均在一次访问中进行。参与者被要求在访问前禁食至少8 h，禁酒24 h。符合条件的参与者在完成所有预期的评估后被随机分配。

1.3运动训练MCT组和HIIT组的所有参与者每周进行3次有监督的锻炼，由研究人员使用心率极谱带进行监督，保证两组患者的能量消耗大致相同。运动时间的长短以每周消耗10 kcal/kg为目标，并考虑个体峰值摄氧量。MCT组和HIIT组患者均接受了基于心率储备(heart ratereserve，HRR)制定的强度个性化的周期运动方案。在整个运动训练中，两组参与者都按照规定的运动强度上限进行锻炼，MCT和HIIT运动方法的详见参考文献[8]。

MCT组训练方案：准备阶段(第1～4周)，进行持续中等强度的锻炼(40%～60%HRR)；训练阶段(第5～52周)，以40～60%的HRR进行持续骑车运动。

HIIT组训练方案：准备阶段(第1～4周)与MCT组相同；低强度训练阶段(第5～8周)，前两周参与者首先70%HRR的强度骑车运动2 min，然后40%～60%HRR的强度运动1 min，以此循环，后两周强度上升为80%HRR的骑车强度运动2 min，然后40%～60%HRR的强度运动1 min，以此循环；高强度训练阶段(第9～52周)，以其90%HRR进行1 min的骑车锻炼，然后以40%～60%HRR运动1 min，以此循环。

1.4颈动脉内膜中层厚度(infantmusculartorticollis,cIMT)测定以管腔内膜界面前缘与右颈动脉远壁中外膜界面前缘的距离来定义cIMT。该测量使用配备13 MHz线性探头的超声扫描仪进行，并在分流器前约1 cm的颈动脉段内获取扩张曲线。

1.5颈动脉血压测定假设颈动脉血压与舒张波形呈线性关系，其中平均动脉压和肱动脉舒张压(bachialdiastolic blood pressure，bDBP)是恒定的，进而计算颈动脉血压。由动脉硬化检测软件计算扩张曲线并得到比例系数(δ)。颈动脉收缩压(carotid systolic bloodpressure，cSBP)计算公式如下：

cSBP(t) = δ ·ΔD(t) + bDBP

ΔD(t)为扩张波形。

1.6脉搏波速测定超声成像后立即用压平法测量脉搏波速。定位左侧的颈动脉、股动脉、桡动脉和胫骨后端动脉，并用压敏传感器标记获取相应压力曲线的点。颈动脉和股动脉、桡动脉和胫后动脉远端之间的距离直接通过Complior分析软件(ALAM Medical，法国)测量。取颈动脉至股动脉(carotid femoral pulse wave velocity，CF PWV)、颈动脉至桡动脉(carotid radial pulse wave velocity，CR PWV)、颈动脉至胫骨后端远端后动脉(carotid distal pulse wave velocity，CD PWV)的PWV值，分别作为上、下肢中央动脉、外周动脉硬化的指标，详细操作见参考文献[9]。

2 结 果

2.1 患者的基线资料对照组、MCT 组和HIIT组在年龄、性别、体重等基线数据方面差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 入组患者的基本临床特征

2.2PPA分析动脉指标结构和功能的变化在对性别、基线中高强度体力活动(moderate-to-vigorous physical activity，MVPA)、平均动脉压(mean arterial pressure，MAP)进行调整后，与对照组比较，MCT组(β=-5.03,P= 0.024)和HIIT(β=-3.76,P= 0.039)在cIMT变化方面存明显差异。而在干预治疗12个月后，只有HIIT组患者的扩张性系数(β=0.00，P= 0.032)和CD PWV (β=0.20，P= 0.02)有显著的改善。见表2。

表2 2型糖尿病患者PPA分析血流动力学、结构和功能指标的的变化

2.3ITTA分析动脉指标结构和功能的变化在校正性别、MAP和基线MVPA后， MCT组(β=-4.32,P<0.01)和HIIT(β=-3.63,P<0.01)组的cIMT变化较对照组下降。HIIT组对CD PWV(β=-0.13,P<0.01)和扩张性系数(β= 0.00,P<0.01)也有改善作用，对CR PWV亦有明显改善(β=-0.10,P=0.031)。组间其他变量均未观察到显著变化(P>0.05)。见表3。

表3 2型糖尿病患者ITTA分析血流动力学、结构和功能指标的的变化

3 讨 论

本研究通过有监督的锻炼来分析MCT与HIIT对2型糖尿病患者动脉结构和功能的影响，发现长期MCT和HIIT可改善cIMT。此外，研究结果表明，HIIT可以延迟和对抗动脉硬化指数的变化，尤其是对CD PWV、CR PWV和扩张性系数的影响，有利于2型糖尿病患者心血管疾病的改善。

2型糖尿病与中枢性肥胖密切相关，而中枢性肥胖又与动脉粥样硬化有关[10]。2型糖尿病患者与健康人群相比有更高的动脉硬化指数[11]。与MCT相比，HIIT对2型糖尿病患者血流调控的血管扩张功能(flow mediated dilation，FMD)有不同的影响[12-13]。与FMD不同，PWV提供了动脉壁的结构和功能信息，可以作为FMD的补充测量。在2型糖尿病患者中，运动似乎可以减轻动脉硬化，但不同运动强度的效果仍存在争议。流行病学证据表明，较低总量和强度的锻炼对降低血管风险的效果最好[14]。然而，大多数研究使用高强度持续训练来分析运动强度对血管风险的影响。长时间持续性高强度运动会导致ROS升高，从而增加氧化应激，降低一氧化氮生物利用度，减少运动对内皮细胞的积极影响[36,38]。通过将高强度的运动限制在较短的时间段内，HIIT有可能减少高强度运动对一氧化氮生物利用度的影响[15]。除了运动强度在改善血管健康方面具有潜在作用，体育活动导致的能量消耗增加也与CVD风险降低相关[16]。

本研究结果表明，1年的运动干预后仅有HIIT组被观察到外周动脉硬化指数的减少，尤其是CD PWV和 CR PWV，而CF PWV则没有变化。组内中央血管硬化程度恶化，但CD PWV有改善趋势。由于CF PWV是CD PWV的一个组成部分，外周血管的硬化程度改善可能比CD PWV单独数据所暗示的程度更大。然而，只有CF PWV的降低与心血管风险和全因死亡率的降低有关[17]。Francois等[18]使用与本研究相似的HIIT方案，分析了HIIT对2型糖尿病患者动脉硬化程度的影响。在12周的干预后，HIIT组的CFPWV降低了1.6 m/s，而CRPWV没有变化。这些结果与本研究之间的差异可能与干预的持续时间以及评估时间有关。本研究是一项为期1年的干预，对血管健康变量进行了两次时间点评估(基线和1年随访)。因此观察到的结果可能不会反映运动训练对血管健康的短期(2～4周)和中期变化。最近的一项meta分析研究了不同运动方式对成人中央和外周动脉硬化指数的影响，发现只有有氧运动对动脉硬化程度有影响，尤其是对外周血管(CR PWV和CD PWV)，而MCT组患者未出现显著性效果，这与本研究结果相同[19]。

外周动脉比中央动脉有更多的肌层和弹性，对运动训练的适应能力更高，这可能是有氧运动有效改善外周动脉硬化指数的原因[20]。此外，HIIT运动通过活动大量骨骼肌，使肌纤维动员达到最大化，这可能促进了局部肌纤维和血管的适应[21]。因此我们推测，外周硬化指标(CD PWV)上的改善可能是由HIIT运动的该项特点导致的，HIIT对动脉硬化重塑具有一定的调节作用。内皮细胞中PGC-1α的过表达可提高线粒体的抗氧化能力[22]。HIIT能够促进局部肌肉中PGC-1α的上调，且上调幅度大于MCT，这也可能是HIIT对动脉硬化有效的原因[23]。除了结构的改变，HIIT组还出现了颈动脉扩张系数的增加，而MCT组没有此变化。

本研究还观察到MCT和HIIT组都出现cIMT的结构变化。cIMT是一个公认的预测2型糖尿病患者心血管事件的指标[24]。颈动脉对动脉粥样硬化的发展非常敏感，可用于判断患者出现微血管和大血管并发症的风险[25]。本研究是国内首次探究HIIT和MCT对cIMT的改善效果。Francois等[18]使用HIIT进行了为期12周的干预，并没有发现运动干预对cIMT的效果，可能是因为研究时间较短，没有足够的时间观察内-中膜层的结构变化。Byrkjeland等[26]进行了1年的MCT干预也没有观察到2型糖尿病患者cIMT的变化，但无早期动脉粥样硬化患者的cIMT有所改善。反复暴露于与运动训练相关的剪应力是脉重构的关键刺激因素，一氧化氮和血管黏附分子的降低也是运动诱导的剪应力改善结构重塑的机制[27]。众所周知，运动可以改善高血糖和升高胰岛素水平，并已被证明会降低一氧化氮的产生和利用[21]。与MCT相比，改善血糖控制方面HIIT具有更大的潜力，进而有可能在胰岛素抵抗和血管健康上发挥作用[28]。

综上所述，MCT和HIIT对2型糖尿病患者的结构动脉变量如cIMT都有积极影响，但只有HIIT可有效影响外周动脉硬化指标和局部颈动脉扩张性。本研究为HIIT干预改善血管结构和功能指标提供了实验证据，对2型糖尿病患者的运动干预具有指导意义。