不同运动方式对超重男性青年心肺适能和身体成分的影响

刘 静,刘亚华,陈 迪,万 琼

肥胖是代谢性疾病和心血管疾病的重要危险因素[1]。流行病学数据显示,体力活动不足是成年人肥胖的主要原因之一[2]。规律运动尤其是长时间中等强度持续运动(moderate-intensity continuous training,MICT),简称有氧运动,有助于改善身体成分和心血管危险因素并预防肥胖相关并发症[3]。缺乏时间是制约多数人参加体力活动的最大障碍,因此MICT较为费时(超过40～60 min)限制了其在肥胖管理中的应用。如何花费更少时间达到同样或更佳的锻炼效果成为众多普通人追求的目标。近年来的研究发现,高强度间歇运动(high-intensity interval training,HIIT)作为一种省时有效的新颖运动方式,对于健康人和高血压、糖尿病、冠心病等患者在心血管和代谢方面的健康效应与传统MICT方式效果相似甚至更佳[4, 5]。在大多数研究中,传统HIIT的训练时间仅为传统MICT的50%～60%[4, 5]。鉴于HIIT的时效性特点,有学者认为可替代MICT并作为肥胖/超重患者的主要运动康复手段。然而不同运动方式对身体成分尤其是脂肪分布的影响尚未明确。本研究旨在对比HIIT和MICT对超重青年心肺适能和身体成分的影响,为该特定人群优化运动康复方案提供依据。

1 对象与方法

1.1 对象 通过电话、现场招募等方式选取2022年5-8月北京市某社区64名无规律运动习惯的超重男性青年,按照随机数字表法将其分为HIIT组(n=22)、MICT组(n=22)和对照组(C组,n=20),HIIT组和MICT组分别进行不同运动方式干预,C组保持日常生活习惯不变。纳入标准:(1)男性,年龄18～25岁;(2)体重指数(body mass index,BMI)24～28 kg/m2;(3)过去3个月体重保持稳定(±2 kg);(4)除每周参加2次学校组织的体育课外,无规律运动习惯;(5)受试者身体健康,无心血管疾病、代谢性疾病、内分泌疾病以及骨骼肌肉疾病,无长期服药史,2个月内未使用处方药。试验前向受试者说明本研究的目的、意义、流程以及潜在风险并签订知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 递增负荷试验 在心内科医师及运动生理专家监督下,利用自行车测功仪(Monark,839E,瑞典)通过递增负荷试验对心肺适能进行评估。先进行3 min准备活动(35 W),随后每3 min增加25 W。运动过程中利用心肺测试系统(MAX-Ⅱ,德国)记录摄氧量(oxygen uptake,VO2),记录运动过程中的心率、血压,利用主观疲劳感觉(ratings of perceived exertion,RPE)量表(6～20级)评价疲劳程度。终止试验的标准为:呼吸交换率(respiratory exchange rate,RER=VCO2/VO2)>1.10;主观疲劳感觉(rate of perceived exertion,RPE)>18;受试者主诉力竭;收缩压>250 mmHg,舒张压下降>10 mmHg;心率>90%最大预测心率(最大预测心率=220-年龄)。试验终止时的VO2即为最大摄氧量(maximal oxygen uptake,VO2max),记录力竭时间(min)。

1.2.2 身体成分测定 利用双能X线骨密度仪(dual energy X-ray absorptiometry,DEXA)(GE Lunar Prodigy,美国)测定身体成分,指标包括:全身脂肪含量、去脂体重、体脂百分比,躯干、android区域、gynoid区域脂肪含量及百分比(某区域脂肪含量占该区域总质量的百分比)。测试前1 h进行仪器预热与校准,采用全身扫描模式,计算机自动识别躯干、android和gynoid区域。根据身体脂肪的部位划分[6],躯干为领口到骨盆顶端切线区域(不包括手臂);android 区域位于上腹部,包括骨盆顶端切线到肋骨下缘切线之间的部分;gynoid区域以骨盆顶端切线为上限,高度为 android 区2倍的部分,包括臀部和大腿的一部分。

1.2.3 运动方案 MICT组和HIIT组在自行车测功仪上(Monark 839E,瑞典)完成3次/周、共12周的运动干预。HIIT组以90%VO2max强度蹬车4 min,间歇3 min为1组,反复重复直到完成300 kJ做功量;MICT组始终以60%VO2max强度进行持续蹬车,直到完成300 kJ做功量。运动过程中对受试者进行严格医务监督,实时记录心率,运动后测量血压和RPE的变化并记录运动过程中的不良反应。受试者运动依从性用实际完成的训练次数占运动处方计划次数的百分比表示。

1.3 统计学处理 使用SPSS for Windows 20.0进行统计学处理和分析。连续型变量先进行正态性检验,2组间比较采用独立样本t检验,3组间比较采用单因素方差分析,组内试验前后比较采用配对t检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 HIIT和MICT的可行性和安全性 共有64例受试者符合纳入标准,共58例(58/64=90.6%)完成全部试验与测试,失访6例(6/64=9.4%)。HIIT组20例(20/22=90.9%)完成全部训练,2例失访(2/22=9.1%);MICT组18例(18/22=81.8%)完成全部训练,4例失访(4/22=18.2%);失访率组间比较,差异无统计学意义。12周运动干预过程中,HIIT组和MICT组平均每周参加训练次数分别为(2.9±0.1)次和(2.8±0.2)次,训练计划完成率(运动依从性)分别为97.9%[705/(12×3×20)]和96.4%[625/(12×3×18)],组间比较差异无统计学意义(P>0.05)。两组受试者运动期间以及运动后均无不良反应事件发生。

2.2 试验前受试者基线变量特征 MICT组和HIIT组受试者在年龄、身高、体重、BMI等基线变量间比较,差异无统计学意义,具有可比性(表1)。

2.3 运动负荷与生理反应 训练时的运动负荷及生理反应见表2所示。两组做功量均为300 kJ,HIIT组功率、平均心率、峰值心率、收缩压、舒张压和RPE均高于MICT组(P<0.05),运动时间为MICT组的56.1%(P<0.05)。

表1 3组超重男青年试验前受试者基线变量特征

表2 2组超重男青年完成300 kJ的功量运动负荷与生理反应

2.4 心肺适能的变化与试验前比较 试验后HIIT和MICT组VO2max、力竭时间均升高,差异具有统计学意义(P<0.05),C组VO2max和力竭时间的变化无统计学意义(P>0.05)。试验后组间比较,HIIT和MICT组VO2max、力竭时间均高于C组,差异具有统计学意义(P<0.05),HIIT和MICT组比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表3。

表3 3组超重男青年心肺适能的变化

2.5 体重和BMI的变化 与试验前比较,试验后各组体重和BMI的变化均无统计学意义(P>0.05)。试验后组间比较,体重和BMI的变化均无统计学意义(P>0.05)。见表4。

2.6 身体成分的变化 与试验前比较,试验后MICT组全身脂肪含量、体脂百分比、android区域脂肪含量与百分比下降,去脂体重增加,差异均有统计学意义(P<0.05),HIIT和C组身体成分各指标的变化均无统计学意义(P>0.05)。试验后组间比较,MICT组全身脂肪含量、体脂百分比、android区域脂肪含量与百分比低于HIIT和C组,差异均有统计学意义(P<0.05)。见表5。

表4 3组超重男青年体重和BMI的变化

表5 3组超重男青年身体成分的变化

3 讨 论

间歇训练分为两大类,即HIIT和冲刺间歇训练:前者运动强度为80%～100%VO2max,运动时间为60～240 s;后者运动强度>100%VO2max,运动时间为8～30 s[7]。冲刺间歇训练可诱导血浆肾上腺素以及心率的急剧升高,适合健康的年轻人,基于安全性考量,可能并不适合临床患者(包括超重和肥胖)[8]。为避免训练过程中发生心血管事件和肌肉关节损伤,本研究选择损伤方案风险较低的HIIT方案。HIIT方案涵盖运动强度、运动方式、运动时间、间歇时间、重复次数等数个变量,因此造成不同研究间的可比性较低。针对临床患者(如冠状动脉疾病、慢性阻塞性肺疾病、2型糖尿病和慢性心脏病)的研究中,HIIT在诱导一系列心血管和代谢益处同时能够最大限度降低心血管应激[4, 5]。本研究采用相似的运动方案,尽管所有受试者在运动时接近或达到最大疲劳程度(RPE18～20),但峰值血压(收缩压<250 mmHg)和心率(<90%最大心率)均在正常范围内[9],且耐受性和安全性良好,无不良事件发生。

本研究发现,HIIT和MICT均可改善超重青年VO2max,且两种运动方式的效果并无显著性差异,这与前期针对不同年龄、不同健康状况和临床疾病患者的多项研究结果一致[4, 5],由于HIIT的运动时间仅为MICT的56.1%,且受试者在运动中和运动后并无不良反应,因此HIIT在提升体能方面较传统MICT更具时效性。心肺适能是健康和死亡风险的独立预测因子,VO2max每增加3.5 ml/(kg·min),全因病死率降低15%,心血管疾病病死率降低19%[10],因此本研究为超重人群利用HIIT作为健康风险管理的重要手段提供了证据。此外,有氧能力水平与肥胖患者生活质量正相关[11]。在本研究中,HIIT和MICT组运动负荷试验的力竭时间均增加,提示运动耐量得到改善。Hansen等[12]证实,肥胖患者运动耐量与全因以及心血管死亡率呈负相关。总之,HIIT组和MICT均可改善中老年2型糖尿病患者有氧能力和运动耐量。

身体脂肪尤其是腹部脂肪(包括内脏脂肪组织)过度沉积是胰岛素抵抗、心血管疾病和死亡率增加的独立危险因素,而内脏脂肪组织面积/体积的微小差异即可显著改变风险分布[13]。虽然有学者建议并推荐将HIIT作为肥胖/超重患者体重管理的康复手段,然而至今尚缺乏有力证据,尤其是针对超重人群的随机对照试验。本研究发现,经过12周HIIT后体重和体脂等参数均未发生显著性改变,而MICT组躯干和android区域脂肪含量下降,表明HIIT对超重患者身体成分并无明显益处,传统MICT仍然是该人群体重管理的主要康复运动方式。

已证实,规律运动能够对脂肪产生益处,即使体重未降低仍可减少内脏脂肪含量[3]。有氧运动显著增加激素介导的脂肪分解和随后的循环脂肪酸利用率,当运动强度增加时,工作肌肉中脂肪酸摄取与氧化随之增加[14]。尽管优先减脂的确切机制尚不清楚,但内脏脂肪组织脂解被认为对脂解激素的变化尤为敏感[15]。由于HIIT显著增加儿茶酚胺(肾上腺素和去甲肾上腺素)和生长激素含量[16],从而刺激脂肪分解,似乎暗示HIIT可能对降低内脏脂肪有效。然而上述假设尚缺乏直接证据,结合本研究结果我们推测,由于HIIT时脂肪氧化总量较低(明显低于MICT),因此仅通过HIIT提高脂肪分解和脂肪酸利用率并不一定会显著增加脂肪酸氧化以及脂肪含量降低。

综上所述,不同运动方式均可提升超重男性青年心肺适能,且两种方式效果相似,然而仅MICT可改善身体成分,因此超重青年采用不同运动方式进行体力活动时,HIIT在提升心肺适能方面具有时效性(运动时间约为MICT的一半),MICT则是改善身体成分的主要手段。