低氧运动对肥胖成人身体成分和胰岛素抵抗影响的Meta 分析

王 盼，赵 华，张传勇

（1.武汉生物工程学院体育学院，湖北 武汉 430415；2.华中师范大学体育学院，湖北 武汉 430079）

肥胖被视为21 世纪全球公共性疾病，截至2014 年，我国肥胖和严重肥胖总人口达到1 亿人次［1］，肥胖率约为7.2%。肥胖机体所伴随长期的高血糖、 高血脂会导致胰岛素传导代谢途径出现障碍，最终诱发胰岛素抵抗。 目前，限制热量摄入、增加运动消耗、调整饮食已是减肥常用手段，但肥胖患者经过6个月的饮食运动方案干预后出现平台期，体重不再下降甚至出现反弹［2］；此外，肥胖患者运动减肥中，因功能性下降、额外体重而提高下肢关节损伤风险［3］。

各国学者对高山/高原、人工低氧研究发现：1）高原活动时，受试者出现体重减轻、体脂率下降现象［4-6］；2）在低氧暴露初期，受试者饥饿感下降、食欲减退，食物偏好改变［7］，低氧刺激显著地增加瘦素浓度，抑制食欲、减少热量摄入，从而降低体重［8-9］；3）动物实验发现低氧环境下暴露或运动更能缓解胰岛素抵抗［10-11］。 以上研究提示低氧暴露、低氧环境下运动对肥胖者身体成分以及胰岛素抵抗改善效果更佳，并提高健康水平。 此外，常氧环境下中等强度运动也能够改善肥胖者的体重、体脂率等指标，因此提出问题：运动结合低氧是否比常氧环境下运动更能改善肥胖者健康水平。 近年来，国内外学者针对低氧运动与肥胖进行了较多的人体实验研究，但对肥胖成人身体成分和胰岛素抵抗影响未达成共识。 本研究通过Meta分析，定量评价低氧运动对肥胖者的身体成分和胰岛素抵抗干预效果，为运动促进机体健康提供新思路。

1 研究方法

1.1 文献检索

检索中国知网、万方、维普、PubMed、Web of Science、Cochran Library、EmBase 中英文数据库，从1990-01-01 到2022-04-06所有相关文献。使用MeSH 主题词+自由词进行检索，中文检索关键词为“肥胖”“低氧运动”“高原训练”等。英文检索关键词为“obesity”“hypoxic training”“altitude training”等。

1.2 文献纳入与排除

按照PICOS 原则制定纳入和排除标准。纳入标准：1）研究对象：18 岁以上肥胖人群，且无心血管、糖尿病等慢性疾病的人群；受试者均生活在平原地区，无高原或低氧训练经历。 2）研究类型：语言为中英文的随机对照试验。 3）干预措施为低氧/高原环境下运动，对照措施为平原/常氧环境下运动。 4）结局指标：体重、体脂率；胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）、糖化血红蛋白（HbA1c）、空腹胰岛素（Fasting Insulin，FINS）、空腹血糖（Fasting Blood Glucose，FBG）。 排除标准：1）病例报告、会议摘要、系统评价类研究；2）同一数据重复公开发表的研究；3）实验数据缺失或未采用均值、标准差呈现的研究。

1.3 文献数据提取与质量评估

根据纳入与排除标准对所有文献进行单独筛选，提取和录入符合标准的文献。 包括：一般资料（作者、发表时间）、基线资料（年龄、样本数量）、运动方案（时间、频率、周期）、身体成分（体重、体脂率）和胰岛素抵抗指数（空腹血糖、空腹胰岛素）等相关数据。 通过空腹血糖和空腹胰岛素计算胰岛素抵抗指数：

研究人员采用Cochrane 偏倚风险评估量表对纳入文献进行评价，包括：随机分配方法、分配方案隐藏、受试者和参与者盲法、结果评估盲法、结果数据的完整性、选择性报告研究结果、其他偏倚来源7 个条目，每个条目采用低风险、不清楚、高风险进行评价。

1.4 统计学分析

采用Stata14.0 和Revman5.4 软件进行数据分析。

异质性检验：纳入研究进行I2和Q 检验，若各研究间无异质性（I2≤50%且p≥0.1），采用固定效应模型合并分析；若各研究间存在异质性（I2>50%或p<0.1），采用敏感性分析探讨异质性来源。

敏感性分析：Stata14.0 敏感性分析模块对文献间异质性进行查找，剔除某文献后重新合并剩余文献，若I2≤50%且p≥0.1，采用固定效应模型；若依然存在I2＞50%或p＜0.1，采用随机效应模型合并效应量。

发表偏倚检验：采用漏斗图、Egger 线性回归法、Begg 秩相关法进行发表偏倚检验。 若漏斗图对称，Egger 检验p>|t|值大于0.05，Begg 检验中Z<1.96 且Pr>|z|大于0.05，提示无发表偏倚［12］。 反之，纳入文献之间存在发表偏倚，需要通过剪补法消除发表偏倚。

效应量描述：采用均值差（WMD）描述效应量，并以95%置信区间表示，p<0.05 表示有统计学意义。另外，依据不同效应尺度衡量各指标的改善效果［13］：0.2≤WMD<0.5 为小效应，0.5≤WMD<0.8 为中等效应，WMD≥0.8 为大效应。

2 研究结果

2.1 文献检索结果

通过检索得到文献2 190 篇。 第一步，查找重复文献并剔除，得到1 770 篇文献；第二步，阅读题目和摘要，初筛得到潜在文献54 篇；第三步，下载全文并阅读，最终纳入文献24 篇。文献筛选流程见（图1）。

图1 本研究文献纳入的过程示意图

图2 本研究文献方法学质量评估示意图

本Meta 分析纳入文献数量N1=24，样本量N2=548，年龄范围18～70 岁。首先，运动干预类型主要为：1）跑步、徒步等中低强度有氧运动；2）深蹲、硬拉等抗阻运动。 其次，海拔高度仅有1 篇文献［14］模拟高海拔3 700 m，其余均为海拔高度1 700～3 500 m。 最后，海拔高度、干预周期与运动时间存在较大差异，干预周期主要集中在2～32 周，运动频率每周2～6 天。纳入研究文献基本特征见表1。

2.2 文献质量评估

21 篇文献采用随机分配方法，其中张念坤［20］、Jung 等［26］、Klug 等［27］、Mai 等［30］、Park 等［35］描述了随机分配方法和分配方案隐藏。 在参与者设盲、分析者设盲、结果数据的完整性这3个条目中，高偏倚风险达到50%。 低氧实验具有一定风险，研究人员会事先告知受试者情况，签署知情同意书，难以完全盲法，仅有9 篇文献对受试者和参与者进行了盲法。 在结果数据的完整性评估中，高偏倚风险达到50%，11 篇文献保证了结果数据的完整性。 所有文献无选择性报告研究结果和其他偏倚来源。

2.3 Meta 分析结果

2.3.1 异质性检验

异质性检验结果：体重、体脂率、空腹血糖、HbA1c 纳入的文献不存在异质性，I2≤50%且p≥0.1，采用固定效应模型合并效应量。 空腹胰岛素（I2=43%，p=0.09）、HOMA-IR（I2=98%，p<0.000 01）纳入的文献之间存在异质性，需要消除异质性再采用固定效应模型合并效应量，否则采用随机效应模型。

2.3.2 敏感性分析

敏感性分析结果：Morishima 等［32］对空腹胰岛素纳入文献之间的异质性影响最大，剔除后剩余文献不存在异质性 （I2=0%且p=0.68），采用固定效应模型。 HOMA-IR 纳入文献之间的异质性无法消除，故采用随机效应模型合并效应量。

2.3.3 效应量合并

体重共纳入20 项独立研究，419 例实验对象；体脂率共纳入17 项独立研究，348 例实验对象。结果显示，体重、体脂率的合并效应量为WMD=-1.60、WMD=-1.21，达到大效应量且具有统计学意义，p<0.05。 提示与常氧环境下运动相比，低氧环境下运动减轻体重、降低体脂率具有明显优势。 见图3（A/B）。

图3 低氧运动对肥胖者体重（A）、体脂率（B）干预效果的森林图

胰岛素抵抗纳入9 项独立研究，206 例实验对象。HOMAIR 合并效应量WMD=-0.22，达到小效应量，提示低氧环境下运动改善HOMA-IR 有优势。 见图4（A）。

图4 低氧运动对肥胖者HOMA-IR（A）、FINS（B）、FBG（C）、HbA1c（D）的干预效果森林图

空腹胰岛素共纳入7 项独立研究，167 例实验对象。 空腹胰岛素合并效应量WMD=-0.24，达到小效应量，提示与常氧环境下运动相比，低氧环境下运动改善空腹胰岛素具有优势。见图4（B）。

空腹血糖共纳入10 项独立研究，214 例实验对象；HbA1c 共纳入3 项独立研究，73 例实验对象。 空腹血糖合并效应量WMD=-0.03，未达到小效应量；HbA1c 合并效应量WMD=-0.27，达到小效应量。提示低氧环境下运动改善空腹血糖水平没有优势，对HbA1c 具有优势，见图4（C/D）。

2.3.4 发表偏倚检验

体重、体脂率、空腹血糖纳入研究数量达到10 个及以上，进行发表偏倚检验。 体重、空腹血糖的漏斗图对称，见图5（A、C）；Egger 检验p>|t|值大于0.05，Begg 检验中Z<1.96 且Pr>|z|大于0.05，提示体重、FBG 纳入的文献之间无发表偏倚。 图5（B）显示体脂率的漏斗图略微不对称，Egger 偏倚检验中Pr>|t|=0.021 小于0.05，提示体脂率纳入的研究存在一定发表偏倚。剪补法对漏斗图进行处理，分析得出体脂率指标需要纳入与杨贤罡等［19］、Gatterer 等［23］、Jung 等［26］、Klug 等［27］、Kong 等［29］、Morishima 等［32］研究结果类似的6 篇文献，这样可以保证图5（B）漏斗图对称，消除体脂率指标文献之间的发表偏倚。

图5 发表偏倚评估漏斗图

2.3.5 调节变量分析

海拔高度、干预周期、运动时间直接影响低氧环境下减体重、降体脂效果。 Britto 等［38］发现长周期、低频率的低氧运动干预，体重每周下降0.33%，脂肪重量每周下降0.72%；短周期、高频率的低氧运动干预中，体重每周下降0.53%，脂肪重量每周下降1.06%。 本研究将海拔高度、干预周期、锻炼时间作为体重和体脂率的调节变量：根据不同海拔高度［39］，将海拔高度划分1 500～3 500 m、＞3 500 m； 同时，根据世界卫生组织（World Health Organization，WHO）关于身体活动水平等级，将运动时间分为<300 h/周、≥300 h/周；干预周期分为<4 周、≥4周。 见图6（A、B）。

图6 可调节变量与体重（A）、体脂率（B）之间的变化差异图

调节变量—海拔高度分析结果：海拔高度1 500～3 500 m时，降体重效果最大，低氧组的体重明显低于常氧组（WMD=-1.60，p<0.05；N1=20，N2=415）。海拔高度1 500～3 500 m 时，减体脂效果最明显，低氧组的体脂率显著低于常氧组（WMD=-1.21，p<0.01；N1=16，N2=325）；海拔高度大于3 500 m，仅纳入1 篇文献［14］，低氧组的体脂率与常氧组相比，差异无统计学意义。

调节变量—干预周期分析结果：干预周期≥4 周时，降体重效果最大，低氧组的体重明显低于常氧组（WMD=-1.90，p<0.05；N1=17，N2=354）； 其次是干预周期＜4 周 （WMD=0.34，p>0.05；N1=3，N2=63）。 干预周期≥4 周时，减体脂率效果最明显，低氧组的体脂率显著低于常氧组 （WMD=-1.31，p<0.01；N1=15，N2=314）；干预周期<4 周，低氧组的体脂率与常氧组相比，差异无统计学意义（WMD=0.04，p=0.98；N1=2，N2=34）。

调节变量—运动时间结果显示：锻炼时间≥300h/周，降体重效果最明显，低氧组的体重显著低于常氧组（WMD=-1.92，p<0.05；N1=8，N2=173）；其次是锻炼时间＜300 h/周，低氧组的体重与常氧组相比，差异无统计学意义（WMD=-0.63，p>0.05；N1=12，N2=244）。 锻炼时间≥300 h/周，减体脂效果最明显，低氧组的体脂率显著低于常氧组（WMD=-1.41，p<0.01；N1=10，N2=199）；其次是锻炼时间＜300 h/周，低氧组的体脂率与常氧组相比，差异无统计学意义（WMD=0.03，p>0.05；N1=7，N2=149）。

3 讨论

3.1 低氧运动对肥胖者身体成分的影响效果分析

本meta 分析结果显示：相对于常氧环境，低氧环境下运动降低肥胖者的体重、体脂率具有明显优势，这种优势具有统计学意义。 从运动类型来看，李文静［17］、Park 等［35］发现相比于常氧运动，低氧环境下抗阻运动对降体重、减体脂具有优势；由于缺乏运动强度刺激，低氧环境下普拉提降体重、减体脂效果并不理想［26］；仅有Kong 等［29］比较常氧和低氧环境下高强度间歇训练对体重、体脂率的影响，运动前后均无改善效果，未来需要关注低氧环境下高强度间歇训练的减肥效果。 从海拔高度、运动时间和干预周期来看，纳入的24 篇文献存在差异。 基于其差异性，探索可调节的变量，结果显示海拔高度、低氧暴露时长直接影响肥胖者的减肥效果。 当海拔高度处于1 500～3 500 m、运动时间≥300 h/周、干预周期≥4 周，对改善肥胖者的体重、体脂率综合效益最好。 Gutwenger 等［24］将肥胖者进行每周720 h 的中等强度有氧练习，仅持续2 周，结果显示，低氧组较常氧组的降体重（-0.7% vs 0.8%）、减体脂（-1.6%vs -3.4%）效果并不明显。 同时，Gatterer 等［23］对肥胖者进行为期32 周中等强度的骑车、跑步练习，每周仅运动180 h，在第5 周时，低氧组与常氧组的体成分变化幅度最低，体重（-1.7%vs -0.8%）、体脂率（1.3% vs -0.9%）；在第12 周时，低氧组与常氧组的体成分变化差异不明显，体重（-3.6% vs -2.7%）、体脂率（-0.4% vs 1.9%）。 由此可见，低氧环境下暴露时长、干预周期需要达到最低限度，即300 h/周、4 周，才能显著改善肥胖者的体重和体脂率。

早期研究报道长跑运动员、军人、登山者等人群在高原上训练、滞留5～14 天，体重得到不同幅度下降［4，40-42］；肥胖人群通过人工低氧干预，体重下降同时体脂率也随之下降［43-44］。 低氧环境下，能量摄入减少是降体重、减体脂的主要决定因素。众多研究已经证实低氧会抑制食欲和能量摄入。Armellini 等［45］对12 名健康志愿者进行16 天高山徒步攀登，不限制饮食，结果发现能量摄入减少30%，体重显著下降；Matu 等［46］同样对12名健康志愿者进行14 天喜马拉雅山徒步旅行，期间自由饮食，相对于平原阶段，能量摄入在3 619 m 和5 140 m 处显著降低；上述2 项研究均为高海拔地区进行体力活动，能量摄入降低。Wasse 等［47］也发现，低氧会抑制食欲，受试者能量摄入更低。也有研究报道低氧环境下，体重下降与瘦素高表达有关［48］，瘦素水平高表达由缺氧诱导因子触发，在高海拔地区引发食欲下降、减少食物摄入［49］。 从以上研究结果来看，高原低氧环境或人工模拟低氧环境会导致食物摄入量减少，加剧能量负平衡。除能量摄入减少外，基础代谢提高可能是降体重、减体脂的重要因素。 Nair 等［50］以20 名男性为观察对象，在海拔3 358 m高原暴露5 周，基础代谢显著提高。 在另一项研究［51］中，7 名健康男性在海拔4 300 m 高原暴露2 天，基础代谢比平原增加27%，适应3 周后，基础代谢仍上升17%；其他研究［52-53］也发现了类似结果。 因此，对于肥胖人群减体重、降体脂而言，自然高原环境或人工模拟低氧环境下运动是一种有效干预手段，与本研究报道一致。

3.2 低氧运动对肥胖者糖代谢的影响效果分析

血糖是衡量胰岛素敏感性常用指标，不管是消极低氧暴露还是积极低氧暴露，都会增加血糖消耗，提高机体耐糖能力［6，54］。 本Meta 分析显示：相比于常氧运动，低氧运动改善肥胖者的血糖水平无明显优势。Boyer 等［55］发现受试者上升到极高海拔5 400 m，丢失体重中脂肪占比由70.5%下降到27.2%，随着低氧暴露时长和海拔高度加深，葡萄糖供能比例增加，脂肪比例减少，增加对葡萄糖消耗，引起空腹血糖下降。 Brooks等［56］也发现，当海拔上升到4 300 m 时，血糖代谢依赖增加。而在本研究中，9 篇文献模拟中等海拔高度，1 篇模拟高海拔（3 700 m），绝大多数受试者未经历高海拔低氧暴露，故空腹血糖水平无改善效果。就独立研究来看，Jung 等［26］使用普拉提干预肥胖者，低氧组血糖水平下降1.36%，常氧组血糖水平上升9.0%，p>0.05；Camacho-Cardenosa 等［22］对肥胖人群进行冲刺训练干预，低氧组和常氧组的空腹血糖水平得到一定程度下降，运动前后无统计学意义；剩余8 项研究均采用中等强度有氧运动，空腹血糖的改善水平无明显差异。

HbA1c 可反映测试前一段时间内血糖浓度总体水平，且在一段时间内变化不大，作为血糖监控的“黄金标准”。本Mate研究显示： 相比于常氧运动，低氧运动改善肥胖者的HbA1c水平具有优势，WMD=-0.27，达到小效应量。纳入3 篇文献中，仅有王宁琦等［18］显示低氧组与常氧组的HbA1c 显著下降，但2 个组差异无统计学意义。未来仍需要纳入更多文献探究比较低氧运动对HbA1c 的影响。

3.3 低氧运动对肥胖者胰岛素抵抗的影响效果分析

肥胖机体长期伴随的高血糖、 高血脂会导致胰岛素传导代谢途径出现障碍，诱发胰岛素抵抗［57］，一旦出现胰岛素抵抗，糖、脂代谢均受到影响，诱发肥胖疾病。 本Meta 分析显示：相对于常氧运动，低氧运动缓解肥胖者的胰岛素抵抗具有优势，对改善空腹胰岛素水平也具有优势。动物模型显示，单纯运动可以增强胰岛素敏感性，减轻胰岛素抵抗［58-59］。 另外，人体研究显示，超重者和肥胖者进行长期运动干预后，胰岛素抵抗得到明显改善［60-61］。 究其原因与骨骼肌糖原合成、胰岛素信号传导通路等有关：体内约80%葡萄糖被骨骼肌摄取和代谢［62］，运动后骨骼肌糖原合成酶活性和葡萄糖转运效率高［63］，血糖浓度下降，骨骼肌胰岛素抵抗状态得到减轻［64］；同时，运动可以活化胰岛素信号通路，激活P13K/PKB 通路来促进GLUT4 易位和GSK-3 的去磷酸化，以此促进葡萄糖摄入和糖原合成，改善胰岛素抵抗。 Kump 等［65］对大鼠进行3 周运动干预，大鼠骨骼肌PKB 磷酸化水平明显高于对照组；Bernard 等［66］也发现大鼠经过12 周运动干预后，其骨骼肌中P13K 的活性显著升高。 故运动可以明显改善胰岛素抵抗，运动结合低氧时改善效果会更加明显［67］。 李靖等［68］报道肥胖青少年在低氧环境下训练4～6 周后，体内胰岛素抵抗显著降低。 在本研究9 篇文献中，Chacaroun 等［14］、王宁琦等［18］和Mai 等［30］、Shin 等［36］、Wiesner 等［37］研究显示低氧环境下有氧运动，胰岛素抵抗的改善水平具有显著优势；而低氧环境下快走、高原徒步对胰岛素抵抗的改善效果并未体现［24，31］，与其他实验设计相比，快走、徒步似乎缺少一定运动强度刺激，干预周期过短（2～3 周）也无法产生明显的改善效果。 因此，基于当前纳入的9 篇文献，本研究发现相对于常氧环境，低氧环境下运动改善胰岛素抵抗具有优势。 但是，未来需要纳入更多研究进行验证。

4 结论与展望

低氧运动可以改善肥胖者的身体成分。 在1 800～3 500 m海拔高度的低氧环境中进行锻炼，达到4 周，每周至少300 h对改善肥胖者身体成分的效果显著。

基于当前证据，本研究初步证实了低氧运动缓解肥胖者胰岛素抵抗、空腹胰岛素以及HbA1c 具有优势，但受到原始文献数量限制，该结果仍需要纳入更多的随机对照试验进行验证，增强研究结果的稳健性。