空腹有氧運動介入肥胖和糖尿病研究進展

盧江安 張艷琳 李智雁 藍天嶼

(云南師范大學體育學院 云南昆明 650500)

目前，肥胖已經成為全球化的問題，2020年世界衛生組織正式把肥胖列為疾病。我國人民也深受肥胖的折磨，雖然過去幾十年的經濟騰飛帶給了我國人民前所未有的物質富足，但是健康觀念尚未深入人心，高油、高鹽的傳統飲食與運動的缺乏，導致了目前高血壓、糖尿病、腦卒中等慢性病在我國肆虐的現狀。我國糖尿病人群患病率從1980 年0.67%上升至2017 年12.8%，其中患病60 歲以上人群占比從4.3%上升至30%［1］，患病率增高的同時，老年人占比顯著上升，并且呈現年輕化趨勢，這已經成為我國未來社會健康發展的隱患。目前，人們已經充分認識到運動對于改善肥胖和糖尿病的益處，有氧運動、抗阻運動、HIIT 高頻率間歇運動和專項運動等都已經開始逐漸被大眾接受，但抗阻運動和專項運動需要專業場地、器械與專業的教練指導，成本相對較高，并不是所有人都能夠接受；HIIT運動雖然有效，但需要良好的運動基礎，否則無法達到相應運動強度并且會因為錯誤動作造成運動損傷；有氧運動是大家公認的安全有效減肥手段，能有效改善血脂、血壓、身體形態和空腹血糖等指標。自從肥胖導致的健康問題出現以來，加上人們對美的追求，研究者一直在運動干預肥胖領域進行各種嘗試。

近些年，隨著健美運動的興起，空腹有氧運動被國內一線健美運動員及健身愛好者當做減少頑固脂肪的利器而廣受推崇，空腹爬樓、空腹橢圓儀等被作為賽前刷脂的一種高效減脂方式。此外，空腹有氧也是近些年國外體育圈及運動醫療界的研究熱點，尤其是在糖尿病患者的運動干預方面，對于其機制、分子、表象的研究越發深入、全面，該文希望綜合國內外研究，對空腹有氧運動介入肥胖和糖尿病及相關代謝性疾病研究進展現狀做出總結，對其減少肥胖與延緩糖尿病機制做出具體的描述，為以后的研究提供一定指導。

1 空腹有氧機制及國內外研究現狀

空腹有氧運動一般是指在空腹狀態下（8h）進行跑步、爬樓等有氧運動。一般認為，人體的三大供能系統維持著人體運動的能量消耗，在ATP-CP與糖酵解系統之后，有氧氧化系統會帶動脂肪開始參與供能，而在長時間空腹狀態下，機體由于無外源性能源物質攝入，糖原消耗幾近完全，會優先分解脂肪，此時在空腹狀態下，身體對脂肪的利用率更高。近期研究也表明，餐后一小時甘油三酯的消耗僅有空腹有氧狀態燃脂效果的50%，空腹有氧狀態下可以釋放更高水平的血甘油、脂肪酸，激發出更高的脂質代謝水平。

空腹有氧在國外的研究十分熱門，研究方向遍布分子、生理機制、表象等，而且正是由于過去研究發現的空腹有氧的益處，使得它在國外作為預防和治療高血壓、高血脂、冠心病、糖尿病等慢性疾病的健康有效方法已經應用得十分成熟。在動物研究方面：麥謝爾等人［2］用12月大小的wister大鼠進行實驗后，發現空腹狀態下實驗對象減重效果明顯大于對照組；Smyers 等人［3］特地用低脂肪氧化能力和高脂肪氧化能力的大鼠進行研究后發現，雖然體重減輕沒有統計學意義，但是空腹有氧運動組的大鼠“減脂肪”能力明顯大于喂食組，Real-Hohn［4］的研究也證實了空腹有氧組相較于對照組減脂肪能力更加優秀。在人體表象及生理機制研究方面：Samarmar［5］召集了23 名健康志愿者并進行了實驗后，發現混合運動組和空腹有氧組相比于其余單項運動組減肥效果更好。其中，空腹運動組減脂效果優于混合運動組，這與何夢曉［6］對肥胖男性進行6周空腹有氧運動干預取得的結果一致；Kristin 對61 名健康志愿者進行了8 周的運動干預后發現，空腹有氧運動形成的飽腹感有利于長期減肥，這對人們的長期減肥具有指導性意義。此外，胃腸功能、饑餓和食欲調節激素對低強度的活動不敏感，這提示人們如果想要取得更好的實驗效果需要進行一定程度上的高強度刺激；Gillen 在對16 名志愿者實驗后進行活檢，發現空腹訓練組誘導線粒體的能力增加，檸檬酸合酶和β-羥基輔酶a脫氫酶的最大活性增加；發現空腹有氧能夠有效降低肥胖人群身體形態、血壓等指標，還可增強脂肪氧化能力，從而有效改善健康水平。Nencioni 發現，空腹可以改變癌癥因子。研究發現，空腹有氧能夠有效降低肥胖人群血糖、血壓、血脂、胰島素抵抗水平。綜上，從人體身體成分和生理指標的角度來看，空腹有氧已經具備足夠的優點，可以堅持使用。

2 空腹有氧對肥胖及糖尿病的益處

2.1 改善胰島素敏感性和胰島素抵抗

空腹狀態下的葡萄糖及胰島素的變化是一件非常有趣且值得研究的事情。近些年，國內外大量研究表明，空腹有氧運動可以提高胰島素敏感性，不同強度的運動干預方式會對血糖和胰島素濃度產生顯著影響。在訓練有素的自行車運動員中，發現在禁食狀態下，高強度運動期間血糖和胰島素濃度升高（在86%的VO2峰值時，高于無氧閾值）；相比之下，在中等強度耐力運動期間（在79%的氧峰值時，低于無氧閾值），禁食與進食狀態下的血糖和胰島素濃度相當。因此，運動期間血糖水平的變化，至少部分取決于運動強度。

眾所周知，高強度運動與更大的腎上腺素和生長激素合成/釋放相關，這將刺激肝臟葡萄糖輸出。由于葡萄糖產量高于葡萄糖利用（在骨骼肌細胞中）度，在高強度運動（高于無氧閾值）期間，血糖濃度可能會增加，運動強度與血糖濃度呈現正相關。

有氧運動激活白細胞介素6（IL-6）和腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK），葡萄糖轉運蛋白（GLUT4-mRNA）被IL-6激活，從而降低血糖，達到降低胰島素抵抗的效果。郭吟通過對上海巔峰訓練營126名肥胖青少年進行為期4 周的運動干預實驗，發現有氧運動可以有效改善肥胖兒童青少年的身體形態，改善脂代謝紊亂和胰島素抵抗，預防代謝綜合征。貴樹康用跑臺對老鼠進行8 周有氧運動干預，發現有氧運動能夠降低血清中胰島素和IGF-1 的濃度，顯著改善胰島素抵抗小鼠的胰島素敏感性。孫敏發現，胰島素抵抗與細胞外基質蛋白（EMC）有關；王正清等人對糖尿病患者進行為期12周的有氧運動干預，發現12周有氧運動可以有效改善IGR人群高血糖、低胰島素敏感性、胰島素抵抗等代謝異常狀態，調節胰島β細胞的分泌功能，減少心血管疾病的危險因素，使62.4%糖調節受損（IGR）患者血糖恢復正常。Joseph 對154 名超重者進行的研究發現每周170min的鍛煉，相比于120min的鍛煉可以更好地提高胰島素的敏感性，且胰島素敏感性與久坐之間存在一定關系。

2.2 改善肥胖、糖尿病及自主神經功能

糖尿病是我國目前最嚴重的慢性代謝疾病，目前糖尿病尚且無法根治，因此，它又被稱為慢性癌癥。缺乏運動和不健康的飲食造成了肥胖，引發了相關心血管疾病與胰島素抵抗，這被認為是糖尿病的主要原因與危險因素。運動是治療T2D 的輔助手段，有氧運動在改善血糖控制和胰島素抵抗的同時，可對自主神經功能產生積極作用。有關運動對T2D空腹時自主神經功能影響的研究主要集中在有氧運動且結論較為一致，即長期中等強度有氧運動可改善T2D 心臟自主調節和壓力反射功能。國內采取有氧運動和抗阻訓練對2 型糖尿病患者空腹和葡萄糖負荷時進行自主神經功能的影響研究，發現有氧能力、Framingham危險評分改善。空腹有氧運動可以對糖尿病患者的治療產生積極效果與積極反饋。理論與實踐證明，空腹有氧給減肥帶來的益處要大于普通有氧訓練。這也與2020 年Jospe［2］實驗結果相同，通過參與者長達12 個月的自我監督實驗，空腹有氧相比進食后有氧，參與者體重下降更為明顯，而且因為這項實驗是患者自我監督進行的，因此，也從側面反應它的可持續性。

此外，禁食狀態下的耐力運動訓練顯著改善了基礎肌肉脂肪運輸和氧化能力，其證據是基礎肌肉脂肪酸轉位酶CD36（FAT/CD36）蛋白和脂肪酸結合蛋白（FABP）含量顯著增加，在這方面優于進食狀態下的運動訓練。Alexandra 通過對10400 余名參與者進行了Meta 分析，最后發現空腹有氧組人群脂肪氧化能力加強。肥胖人群由于長期的大量超額飲食，導致腸胃對食物的敏感性降低。研究顯示，空腹有氧運動能夠提升腸胃敏感性，但小強度的運動并不能提升，高強度空腹運動可以增加組織氧供，同時導致活性氧產生增多。Stanford在進行了糖尿病大鼠模型運動干預實驗后，發現相比于父代，母代的鍛煉尤其重要，母代的鍛煉可以顯著提高后代代謝能力，這種運動干預產生的良好葡萄糖耐受性可以通過母體向后代傳播，從而對抗肥胖和糖尿病。Michael 在對過往的研究進行Meta 分析后得出，有氧鍛煉可以有效改善糖尿病病癥的結論。Alissa 對30 名肥胖患者進行了12 周隨機有氧實驗，發現在耐力運動訓練后，葡萄糖鈉共轉運體2（SGLT2）受到抑制，空腹血糖升高，（SGLT2）抑制后胰島素敏感性升高，提示葡萄糖鈉共轉運體2（SGLT2）影響了胰島素敏感性的提高。

有氧運動在改善血糖控制和胰島素抵抗的同時，可對自主神經功能產生積極作用。長期中等強度有氧運動可改善2 型糖尿病（T2D）心臟自主調節和壓力反射功能。國內采取有氧運動和抗阻訓練對T2D患者空腹和葡萄糖負荷時進行自主神經功能的影響研究，通過對873名肥胖學生與健康學生進行了分組實驗，結果顯示高水平的心肺健康功能可以抵消高血脂帶來的危害，如果實在減不了肥，那提升心肺能力也許是個不錯的選擇。Ferland 召集了10 名T2D 患者進行隨機分組實驗后發現，空腹有氧運動組在實驗后能量代謝產生了良好影響。2017 年，Fereshteh 等人［7］召集83 名非酒精性脂肪肝患者進行空腹運動干預后發現空腹運動可以有效改善相關病癥。Su-Jong等人通過對美國108例參與者進行研究，發現樂觀的心理態度對胰島素抵抗產生了積極的效果，筆者猜想可能是心情愉悅時機體會產生某些激活胰島素功能的因素，如降低皮質醇，增強抵抗性等。大量的研究表明，有氧運動可以降低肥胖人群及代謝疾病人群的胰島素抵抗，研究對象包括大學生、肥胖患者、早期糖尿病患者和老年糖尿病患者等均取得了良好的改善效果。Karen 在對職員制進行空腹有氧運動干預實驗時，發現全身葡萄糖耐量和胰島素敏感性得到了顯著改善。

肥胖人群心臟自主神經系統功能（ANS）的心率變異性產生了變化，心率變異性能夠反映神經系統對心臟的控制與調節作用，反應心臟逐次竇性心搏之間和心動周期的變異程度，該特征是人體神經體液和心血管系統共同調節的結果。體重過大的肥胖者患心血管疾病、高血壓和2型糖尿病等慢性疾病的概率增加，死亡風險也高于正常體重者。肥胖者的自主神經系統紊亂已成為健康領域關注的焦點，研究發現，肥胖者體重增加10%，副交感神經調節功能降低；而肥胖或超重者減重10%，副交感神經功能提高，體重的增加，導致副交感神經被抑制，交感神經增強，心臟節律的平衡被打破，這很可能是由肥胖者自身自主神經功能的紊亂引起的，是引發心血管疾病的重要原因。關玉明等人對青少年肥胖人群的心率變異性和迷走神經進行了研究，發現心率變異性降低的人群，對應的迷走神經功能也隨之降低。高阿寧觀察了70 名肥胖兒童肥胖指數與心率變異性關系后發現，肥胖兒童可能會因為高甘油三酯（TG）而造成自主神經損害。張京楊等人通過對260名肥胖兒童觀察后，發現肥胖兒童的脂質代謝指標含量與心率變異指標、機體的脂質細胞因子、機體的脂肪細胞因子等指標均具有明顯的相關性。

綜上可見，肥胖兒童心率變異性和機體的脂質代謝具有密切關聯，而機體的過度肥胖可以導致心臟功能的異常。研究表明，代謝影響著人體內多種通路，Mark 在前人實驗的基礎上提出了一種假設，輕斷食能夠改善神經反應力和大腦健康，提升大腦應對損傷和疾病的抵抗性。同時，基于以上長期對飲食與大腦神經方面的研究，他提出一個猜想，過度的食物攝入會損害某些與代謝相關的通路，從而影響人們的認知與神經功能。Mikhail 發現，拉帕霉素與空腹有氧運動結合可達到抗衰老效果。Jenna通過活檢發現，空腹訓練誘導的線粒體能力增加，檸檬酸合酶和β-羥基輔酶a 脫氫酶的最大活性增加。

3 問題及展望

空腹有氧運動在國外作為治療糖尿病及相關代謝性疾病、心血管疾病和肥胖的運動干預方法已經十分普及，其運動強度與運動方式的選擇需要根據患者與受試者的具體情況與目的具體分析，患者可以進行空腹跑臺運動，也可以進行室外空腹跑步或者散步，空腹爬樓對健康人而言也是一個不錯的選擇。本身空腹有氧的優點很多，諸如之前提到的高度密脂蛋白、腸胃敏感性、胰島素敏感性、低密度脂蛋白，血壓、血脂、胰島素抵抗、體脂率、腰圍等的降低。

除了具備眾多改善身體狀況的優點外，空腹有氧的性價比也十分突出。經濟方面，相比于抗阻和專項運動需要完整的場地與專業的器械，空腹有氧僅需要一臺簡單的跑步機甚至家用單車就可以進行；時間方面，早晨起后半小時也不會占據過多時間；強度方面，相較于其他的劇烈運動，更加適合老年人。國內現有的空腹有氧研究較少，多引用國外研究，研究不夠深入，目前現有的研究集中在生理及表象層面，在分子及機制層面尚未進行更多的研究，它的運動干預機制概念依舊模糊，希望在未來有更多的研究者可以進行更多深入的研究。