碎片化運動：兼具應用可行性與健康促進效果的新策略

殷明越　陳志力　李漢森　顧正秋　李嘯天　黎涌明

關鍵詞：碎片化運動；累積運動；久坐間斷；高強度間歇訓練；體力活動；健康促進

文章編號：1001-747X（2023）05-0615-13 文獻標志碼：A 中圖分類號：G812.5

DOI：10.16063/j.cnki.issnl001-747x.2023.05.011

世界衛生組織將體力活動不足確定為僅次于高血壓、吸煙、高血糖的全球第4大死亡風險因素和21世紀最重大的公共健康問題。我國有接近1/3的人口被認定為體力活動不足，并且還擁有著全球最多的肥胖人口數量以及上億的慢性疾病患者，這對當前的“健康中國2030”戰略構成了重大挑戰。在眾多應對舉措中，運動（exercise）是改善體力活動不足以促進健康的重要方式之一。然而，傳統運動由于其在環境、器材、時間和能力等方面的特定要求，往往難以被大眾人群接受或堅持。例如：以高效著稱的高強度間歇訓練（HIIT）能一定程度減少在器材與環境方面的參與障礙并節省時間，但其“高強度”與“不充分間歇”的組合使得大部分久坐及代謝疾病人群難以堅持下去。因此，如何在生活中以便捷高效的方式獲得與傳統運動相似或更優的健康促進效果遂成為新的運動訴求。

碎片化運動（exerclse snacks，ES，直譯為“運動零食”）提供了一種新的思路。最新大規模隊列研究發現，每天碎片化的累積3次1min劇烈強度活動，與顯著降低27%的全因死亡風險與49%的心血管疾病風險相關。其次，近3年的隨機對照干預試驗顯示，每天3次孤立（次間隔≥th）的20 s騎行沖刺或爬樓，即可改善峰值攝氧量（VO_2peak）且比HIIT有著更高的時間經濟性，將ES應用于久坐間斷也可抵消久坐對心血管代謝的負面影響。伴隨ES健康促進證據的出現，相關問題也亟待解決——如何界定ES？其在應用中可行性如何？周期性與急性進行ES的健康促進效果與作用機制是什么？回答上述問題是認識和推廣應用ES的理論前提。然而，目前國內外尚未有研究對上述問題進行全面歸納與總結。

鑒于此，本研究旨在梳理ES的歷史由來與定義，總結其促進健康及相關機制的證據，并提出ES的實踐應用建議與未來研究方向，從而為學界認識、應用和發展ES提供必要的理論參考。

1碎片化運動的歷史由來與概念厘定

ES源自“累積運動”，旨在將單次持續運動拆分為多次并孤立地分布于全天。2007年之前的研究大多將ES設計為單次10min、全天累積的中強度運動。隨后，研究逐漸縮短單次運動時長，并提升單次運動強度。Francois等人于2014年首次在學術期刊中使用“exerclse snacks”，用于描述在三餐前進行的低量HIIT。這一系列研究發現，ES與等量持續運動有類似甚至更優的健康效益，且在日常生活中便于實施。鑒于此，世界衛生組織也將“運動時間持續10 min”的專家共識更新為“任何持續時間運動的健康效益都可被累積”。事實上，在ES這一概念提出前后，研究中還存在多個與ES類似概念，如累積運動、HIIT、碎片化活動^TM（snacktivity^TM）、劇烈強度間歇生活式體力活動和久坐間斷等。盡管不同概念間存在共性與差異，但ES屬于一種具體的“累積運動”。

表1是近年來與ES相關描述和定義的匯總。ES的運動方式涉及自重抗阻、爬樓、步行／跑步與騎行；負荷強度主要為≥85%HR^max或限定時間內盡可能多的重復；單次負荷量主要為20 s到6×1min，或特定臺階級數；運動間隔為1～6 h。綜合文獻所述，本研究嘗試將ES定義為：以久坐間斷和健康促進為目的，在全天多次孤立進行，強度為中高至全力、單次持續時間≤1 min或幾個1 min、次間間隔1～6 h，對器材和環境要求低的一種運動策略。

2碎片化運動的應用可行性

所有類型運動均可不同程度促進健康。在此背景下，運動策略的應用可行性就顯得尤為重要。在時間經濟性、安排靈活性、運動愉悅感及參與動機上具有的優勢使得ES在周期性干預中具有較高的運動依從性，并且安全性較好。

ES低負荷量的特點使其能隨時進行，相較之傳統運動有著更高的時間經濟性。Little等人發現ES與沖刺間歇訓練（SIT）在提升VO_2peak與騎行計時表現上無顯著差異，但ES所需時間比SIT少22%；若不熱身，這個數值為86%。同樣，其他周期性與急性ES干預的相關研究也有類似發現。此外，受試者難以全程維持SIT時的最大功率輸出，但ES由于其次間隔延長至完全恢復，使得其在全天碎片化地沖刺中能夠維持峰值和平均功率，從而致使相等運動時間下ES的總運動強度與能量消耗要高于SIT。

對特定器材（如自行車等）與環境（如田徑場等）的需求同樣是運動參與障礙。現有的諸多ES研究將其運動方式設置為自重抗阻、爬樓與步行／跑步等生活中形式化程度低的方式，結合ES“碎片化”的特征，其在設計與實施時更為靈活，能夠“隨時隨地”融入一天的生活之中（見圖1）。近年來對ES的質性調查與訪談結果支持了這一點，參與者對于ES的接受程度高，認為ES能夠輕松愉快實現并具有較高的安排靈活性。

運動愉悅感會影響運動參與及其后續的依從性。Little等人使用運動享受量表比較了健康成人參與ES和傳統SIT的愉悅感差異，發現ES組受試者的運動愉悅感更好。需要注意，這項研究在實驗室中進行，鑒于ES更適合應用于日常生活中，因而ES的實際運動愉悅感可能被低估。此外，對38名老年人的4周ES干預也發現ES是愉快的（75%的人在5點Likert量表上報告愉快程度≥4），將ES應用于抗阻力量訓練中也有類似發現。

微小行為習慣的改變可以發展自我效能感，這有利于促進運動的參與。質性訪談顯示，促成ES參與的重要因素之一便是參與者認為其容易完成，因而具有更高的參與動機。其次，新近研究發現，1周內每多運動1次，接下來8周內每周運動可能性增加3倍。這表明，ES碎片化的特征可能會提高后期參與動機。這一推測似乎也在現有研究中被初步證實，表現為大多數人（82%）在ES干預結束后仍計劃繼續進行ES。

最后，應用ES這類高強度運動的常見擔憂是安全性，尤其在久坐與臨床人群中。事實上，無論是急性還是周期性應用ES，其均被證明對于不同類型人群具有足夠的安全性，僅1例研究在1317次訓練中報告了2次不良事件（表現為足底筋膜炎與下肢肌肉疼痛）。此外，納入1117名心血管疾病個體的系統綜述發現，HIIT干預期間心血管不良事件發生率也極低，17083次訓練中僅有1次不良事件（表現為室性心律失常）。因此，ES是安全的運動策略。

3碎片化運動的健康促進效果

相比于傳統運動，ES“生活化”和“碎片化”的特點大幅提升了其應用可行性。然而，作為促進健康的新策略，ES的推廣應用還取決于其周期性與急性干預的具體效果（見圖2）。

3.1周期性干預的應用效果

3.1.1提升健康活躍與久坐成人的心肺適能

心肺適能被視為重要的臨床生命體征之一。ES對心肺適能的提高主要表現為VO_2peak與計時賽成績的改善。早期ES研究側重于探究在工作場所運動的可行性，基于12名久坐健康女性的7周ES爬樓干預發現，ES組的爬樓HR和VO₂均顯著降低，Mair等人采用原地臺階踏步也有類似發現。相比早期研究，后續研究逐步以VO_2peak為標志物，進一步證明了ES在改善心肺適能方面的效力。2項研究分別進行7周與8周的ES爬樓干預，發現久坐健康女性的VO_2peak分別增加了17.1%與9.4%。此后，研究在提高單次運動強度的基礎上進一步縮短了單次運動時間。Ho等人首次將ES應用于傳統SIT（3×20 s，次間隔4h），發現8周ES騎行干預后18名久坐成年女性VO_2peak提高14.0%。然而，這項研究未安排對照組（單組隊列設計）。同時，Jenkins與Wun等人分別對健康活躍與久坐成人進行6周干預（3×30s，次間隔4h），同樣發現ES組的VO_2peak顯著提升，而對照組無變化。

盡管ES能夠提升VO_2peak，但其與傳統運動的比較才能展現出其作為運動形式的價值。由于上述研究均為非訓練對照，因而難以給出答案。相比之下，Little等人對12名健康大學生進行6周ES騎行干預，并以傳統SIT（3×20 s，間隔3 min）為對照，發現ES和SIT均能改善VO_2peak（提升6%和4%）與150 kJ騎行計時表現（提升13%和9%），并且2種方式無顯著差異，有力地證實了ES與傳統運動在改善心肺適能方面效果類似。

3.1.2改善老年人與久坐成人的肌肉適能

由于抗阻訓練對環境、器材與基礎等方面要求較高。目前僅有10%～30%的成年人符合相關指南推薦（≥2次／周），且難以應用其于老年人等群體。將ES應用于抗阻訓練為改善這類人群的肌肉適能提供了契機。

對10名老年人進行的4周ES干預（早晚餐前，5×1min，自重抗阻）發現，干預后ES組的60 s“坐-立”測試評分提升31%，坐姿腿推舉最大功率、力和速度分別提高6%、5%和3%，且大腿肌肉橫截面積增加2%，而對照組（無干預）無顯著變化。然而，另有對28名老年人進行的4周ES干預（每日2～3次，單次3 min，自重抗阻）卻并未觀察到相似的改善。先前Astorino等人未發現傳統SIT對腿部力量有顯著改善，但有6周（3d／周）的ES（3×30 s全力沖刺，間隔4h）相關研究發現，ES干預后16名久坐成人的優勢下肢屈肌30°/s最大自主等長收縮力顯著增加，這表明將ES應用于SIT也可能在改善肌肉適能方面具有額外潛力。

基于ES的抗阻訓練的低負荷量和自重抗阻特征可以提高每日或每周的訓練頻率（見圖3），從而最大程度減少參與障礙，并在可行性、拓展性和情緒反應等方面有積極影響。先前美國運動醫學會建議：每周應進行2d或更多抗阻訓練，肌肉群間應至少間隔48 h再次訓練。然而，強度與量的漸進式刺激固然重要，但考慮到“天花板效應”的存在，個體所獲的健康收益在達到一定程度后不會繼續增加。ES的出現提出了新假設，即漸進式超負荷可通過更高頻率實現。相比于單次力竭，低量高頻可能足以刺激肌肉適能并有利于減少疲勞，還使得相同肌肉群更頻繁地被刺激。

3.1.3改善老年人與久坐成人的體成分

周期性ES干預發現受試者體脂率下降、瘦體質量增加和甘油三酯下降，但體質量均無顯著變化。盡管上述研究均未能采用雙能X線吸收進行評估，但這些結果表明，ES能夠有效降低久坐和代謝疾病人群體脂率、增加瘦體質量。然而，也有研究出現不一致結論，Ho等人對18名久坐成年女性進行8周ES騎行干預，發現皮褶測量結果無顯著變化。事實上，若不能明確控制能量消耗（運動）與攝入（飲食）間的關系，便很難將改善體成分歸因于某種運動策略，因為能量攝入是更大影響因素。此外，短時高強度運動降低脂肪的機制可能并不在于脂肪消耗，而是其提升了脂肪氧化能力。此假設得到Wolfe等人研究的支持，8名健康大學生在ES（1次/h，4×5 s全力騎行）干預后第2天平均脂肪氧化提高43%。然而，還需長期干預進一步驗證ES在提高脂肪氧化能力的效益。

3.2急性干預的應用效果

3.2.1間斷久坐并改善久坐與臨床人群的糖、脂代謝

由于體能較低或疾病等風險，久坐和代謝疾病人群可能難以參與傳統運動。同時，久坐也會進一步導致上述人群的糖、脂代謝異常。ES低量高頻率的特征能夠提升上述群體的活動量并有助于間斷久坐，展示了在改善糖、脂代謝方面的健康效益。

相比于久坐，僅需20 s/h的ES騎行沖刺即可降低31%的餐后6h內血脂曲線下面積（area under curves，AUC）增量，并提高43%的平均脂肪氧化。考慮到器材與熱身的特定要求可能在現實生活中難以實現，后續研究將運動形式更換為爬樓，并去掉了熱身以消除ES應用的障礙，發現20 s/h的爬樓使超重人群的餐后胰島素和非酯化脂肪酸總AUC顯著低于持續久坐。

以上研究將ES作為久坐間斷的干預方式以驗證其有效性，但還需要比較ES與單次持續運動才能體現出ES“碎片化”的獨特優勢。研究表明，每天三餐前進行ES（6×1min，90% HRmax跑步機上坡走）能顯著降低胰島素抵抗成人餐后和隨后24 h內的血糖濃度，相反，每天1次與ES等能耗的中強度持續運動未觀察到這一效益。在健康人群中同樣觀察到ES的優勢，有研究發現1次/h的ES（8次，2 min 32s，85% VO_2R）比1次等能耗的30 min持續中強度跑步更大程度地改善了餐后血脂與高密度脂蛋白濃度。

3.2.2間斷久坐并改善久坐與臨床人群的血管功能

久坐會影響血流動力學指標并損害股動脈和腘動脈內皮功能，還會急性誘發血壓上升，長期綜合易誘發心血管疾病。ES可間斷久坐并抵消久坐對血管功能的負面影響。

研究發現，每個小時進行20 s的ES爬樓顯著改善了健康男性的股動脈血流量、切應力與血壓，而久坐組則無顯著變化。然而，鑒于久坐對外周血管功能的影響存在性別差異，該結論是否適用于女性并不清楚。隨后，Cho等人同時納入健康男性與女性，發現高脂餐后久坐組肱動脈血流介導的血管擴張功能顯著下降，但每個小時進行1次的ES爬樓（5 min）未下降且顯著改善了胭窩血流量、切應力與血壓。這表明，一天中進行碎片化運動即可有效防止因久坐或高脂餐引起的血管功能下降。此外，采用自重抗阻形式的ES同樣可顯著改善T2D人群的上述血管功能指標，并發現更短的次間隔時間和運動時長可能更為有效。

綜上所述，周期性應用ES以極低負荷量（≤1min）改善健康活躍與久坐人群的VO_2peak，將ES應用于抗阻訓練可實現更高頻率地刺激肌肉以改善老年與久坐成人的肌肉適能，并且在改善上述群體的體成分方面具有潛力。急性ES可改善久坐與代謝疾病人群的餐后血糖、血脂、胰島素與脂肪氧化，并比等能耗的單次持續運動更為有效；也可顯著改善上述人群的血流量、切應力與血壓，并抵消久坐對血流介導的血管擴張功能的不利影響。

4碎片化運動的作用機制探討

盡管相關機制尚不清楚，但ES通常分別應用于低量HIIT/SIT和久坐間斷以實現VO_2peak提升與心血管代謝改善。因此，可借該領域最新進展以及現有ES證據對其作用機制進行探討。

4.1周期性應用ES提升心肺適能

ES可看作低量HIIT/SIT以增加最大心輸出量（Qmax）和血液學指標，改善中樞血流動力學適應；增加毛細血管密度和促進線粒體生物發生，以誘導外周骨骼肌攝取和氧化重構。

低量HIIT改善VO_2max與Q_max相關。然而，部分研究采用更低負荷量、更高強度的HIIT（即SIT），卻未觀察到Q_max變化。對此，Astorino等人認為Q_max中樞適應可能需要更長的干預時間（>6周）。近期研究相繼采用>6周的SIT干預，也證實>6周的SIT能夠改善Q_max，并且與VO_2max改善相關。此外，最新的動物實驗發現，ES在VO2max與心室肥大等心臟功能方面均誘導了與低量HIIT相似的積極適應性反應，但這一結論能否適用于人體還有待進一步驗證。

血液指標的改善同樣是重要的中樞適應之一。Mandic等人對29名健康成年人進行6周的SIT騎行干預，發現血漿容量、血容量和總血紅蛋白質量的增加，Satiroglu也有類似發現。同時，低量SIT干預后也會出現血液稀釋效應，可能歸因于早期血漿體積快速擴張，短暫地超過了紅細胞體積增加，使得血紅蛋白濃度和血細胞比容降低。

動靜脈氧差也是決定VO_2max的因素之一。低量SIT干預初期（≤3周）的VO_2max提升主要被歸因為動靜脈氧差增加，而動靜脈氧差又與骨骼肌線粒體含量、毛細血管密度和線粒體氧親和力等密切相關，6周SIT干預后發現毛細血管密度增加佐證了這一點。

酶活性改變是骨骼肌氧化重構的標志之一。6周SIT干預（3x20 s，全力沖刺，間歇2 min）足以增加檸檬酸合酶活性和細胞色素氧化酶亞基4（COX-IV）等蛋白含量。此外，也有研究相繼報道，6周SIT后Ⅰ型或Ⅱa型肌纖維中琥珀酸脫氫酶（SDH）活性的增加。

過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1（PGC-1α）是線粒體生物發生的關鍵調節因子，其通過激活轉錄因子驅動線粒體和代謝適應改變。Gibala等人對SIT后PGC-1α活性和表達相關通路變化進行了探索，發現運動后即刻股外側肌肉氨酸激酶（AMPK；1α和2α亞基）、p38絲裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）磷酸化水平升高，（PGC-1α）mRNA在恢復3h后增加2倍。后續研究進一步發現，SIT干預后3h內細胞核PGC-1α蛋白增加，24h內線粒體蛋白含量和酶活性增加。這表明，SIT可通過AMPK、p38 MAPK激活PGC-1α以驅動線粒體生物發生。同時，基于動物的ES也發現了上述反應，這些結論支持了增加強度比增加運動時間更能有效促進線粒體生物發生。

2急性應用ES間斷久坐改善心血管代謝健康

ES應用于久坐間斷與久坐發病機制相關，因為ES可視為“中止”了久坐對心血管系統的負面影響。ES間斷久坐促進健康的機制包括調節蛋白質轉運、激素分泌等（見圖4）。

葡萄糖轉運蛋白4型（glucose transporter type 4，GLUT4）能夠促使骨骼肌攝取血糖，用于急性調節血糖。研究發現，通過運動間斷久坐會改變骨骼肌中與碳水化合物代謝調節相關的10個基因的表達，包括動力蛋白輕鏈表達增加，這可能增加細胞內GLUT4轉運至質膜的數量。GLUT4轉運通過胰島素介導和骨骼肌收縮介導實現。其中，胰島素介導通過“胰島素受體—胰島素受體底物—磷脂酰肌醇3—激酶—蛋白激酶B”的途徑實現GLUT4轉運；而骨骼肌收縮介導則與運動時能量消耗所喚起的高代謝需求相關，涉及酶活性（如AMPK等）升高、Ca²⁺濃度增加和底物磷酸化等。此外，運動可急性提升脂蛋白脂肪酶活性和促進肌動蛋白分泌，前者能夠有效降解血漿中的甘油三酯，而后者能夠激活AMPK使GLUT4轉運。

久坐引起低代謝需求、血流量和切應力等血管動力學下降使得內皮素-1 和去甲腎上腺素分泌上升，導致內皮細胞功能障礙和血壓急性升高。內皮素-1具有收縮心血管的作用，其增加會導致血管活性氧形成并降低一氧化氮（NO）生物利用度，而NO的產生和生物利用度則很大程度影響了內皮細胞功能和血管平滑肌舒張。久坐引起的低水平切應力會刺激培養細胞分泌內皮素-1，而高水平切應力則會抑制其生成，單次3 min的自重抗阻以30min/次的頻率間斷久坐可使內皮素-1降低。其次，ES可使久坐期間的血漿去甲腎上腺素水平顯著降低，這可能會影響交感神經活動，進而降低NO和總外周阻力。然而，除去激素分泌以外，仍需要更為直接的交感神經系統活動指標測量以支持這一機制。

解釋久坐間斷改善心血管代謝的可能機制還有炎癥、活性氧、下肢靜水壓力和血液粘稠度等。炎癥標記物與血管功能受損有較強的聯系，久坐導致其升高并使得NO生物利用度降低。炎癥標記物上升進一步誘發炎性細胞因子激活血管產生活性氧，最終產生超氧化物以及內皮功能損傷。另一個潛在機制可能與久坐增加的下肢靜水壓力相關，受試者久坐后小腿周長增加，導致靜脈匯集和血流量及切應力下降。此外，也有研究認為血液粘稠度增加可能是潛在機制之一。

5實踐建議與未來方向

ES兼具高可行性和可觀健康效益的雙重優勢為運動促進健康研究與實踐領域開啟了一扇“新窗戶”。但是，為了安全地應用ES，建議：（1）實施前進行安全篩查來識別參與ES的潛在風險（可參考Taylor等的研究）；（2）根據不同人群設計簡短的熱身程序；（3）遵循漸進式超負荷的運動處方設計原則；（4）在干預中定期地監測血壓等臨床指標。為最大程度發揮ES的優勢，應考慮運動方式等變量安排以及ES與其他策略（如持續抗阻／有氧運動）的潛在交互作用。

目前ES研究存在局限：（1）受試者樣本量小、同質性高、未考慮性別差異；（2）劑量一效應尚不明確；（3）不同運動變量的效果差異不明；（4）健康結局指標較為單一；（5）作用機制尚不明確。因此，ES這扇“新窗戶”能否發展為運動促進健康的新路徑，未來還有待克服上述不足并建立ES研究與應用理論體系來回答（見圖5）。

6結語

ES是累積運動范式下兼具應用可行性與健康促進效果的新策略。ES在負荷量與頻率安排及器材、環境上的較低要求使其具有較高的應用可行性，表現為更高的時間經濟性、安排靈活性、運動愉悅感與參與動機，并且安全性較好。周期性應用ES能改善心肺適能、肌肉適能和體成分；其也可作為久坐間斷的運動方案用于抵消久坐對心血管代謝的負面影響，并改善糖、脂代謝與血管功能，且被初步證實相較1次持續運動具有類似或更優效益。ES提升心肺適能的作用機制與中樞血流動力學適應與外周骨骼肌攝取及氧化重構相關；急性ES間斷久坐改善糖、脂代謝與血管功能可通過久坐發病機制相聯系，包括調節蛋白質轉運、激素分泌等作用機制。作者貢獻聲明：

殷明越：收集資料，制作圖表，撰寫研究論文。

黎涌明：提出研究設想，修改、審校論文。

陳志力，李漢森，顧正秋，李嘯天：審校論文，提出修改建議。