有氧运动对糖尿病前期人群胰岛素敏感性的影响

王正珍，王 艳

(北京体育大学运动康复系，北京 100084)

糖尿病前期，是正常人发展成为2型糖尿病患者的必经阶段［1］，此期的血糖水平及所伴其他代谢异常已经对组织器官发生损害，尤其是促进或加速动脉粥样硬化性心血管病变的发生、发展。2008年的调查结果显示，在20岁以上的成人中，糖尿病前期的比例高达15.5%［2］，若不进行干预，多数IGR者将发展成糖尿病患者，而胰岛素抵抗不仅是糖耐量正常人群糖耐量恶化最重要的危险因素［3］，也是多种疾病，特别是糖尿病及心血管疾病共同危险因素，是这些疾病发生前的状态，是滋生多种代谢相关疾病的共同土壤［4］。本研究试图通过运动处方的实施，研究以健步走为主要运动方式的有氧运动对IGR人群胰岛素抵抗的影响。

1 研究对象

首先通过问卷调查了解被调查者的健康状况、疾病史、饮食、服药情况以及参加体育锻炼的情况等，结合体重、腰围、空腹血脂、血糖和安静心率、血压、心电图的检测，初步筛选出糖尿病前期高危人群，然后对此人群进行医学检查及口服糖耐量试验(OGTT)，以空腹血糖(FPG)≥6.1mmol/L，或 OGTT2h血糖≥7.8mmol/L 并≤11.1 mmol/L，或者二者兼有［5］确定90名IGR者为研究对象，随机将其中70人组成实验组，20人组成对照组。实验组的研究对象通过症状限制性递增负荷运动试验(LSET)进行心脏功能能力评定，为制定个体化的运动处方提供依据。实验组按照运动处方进行12周有氧运动，对照组保持原有生活方式。

本研究结束时，共有研究对象82人，实验组64人(男性19人，女性45人)，对照组18人(男性7人，女性11人)，年龄分布在29-73岁之间，详细情况见表1。

表1 研究对象基本情况(M±SD)

2 研究方法

2.1 问卷调查法

对初选的高危人群进行问卷调查。问卷主要内容包括研究对象基本情况、已往血糖、血脂以及相关疾病患病情况，生活中的体力活动及参加体育锻炼的基本情况等。主要目的是通过问卷调查结合常规体检结果初步确定具有糖尿病前期风险的人群，为进一步筛选研究对象和制定运动处方做准备。

2.2 文献资料法

通过国家图书馆相关中文期刊和PubMED数据库检索关于糖尿病前期、胰岛素敏感性、胰岛素抵抗的研究现状、运动处方以及糖尿病前期人群运动干预等中英文文献，全面了解相关研究的进展和新的研究技术与方法。

2.3 实验法

2.3.1 血液生化指标

所有研究对象在实验研究前后进行血生化检测。要求研究对象在血液指标测试前一天忌酒、忌高脂饮食。空腹12h后清晨经肘部静脉采血5ml，在37℃水浴箱中温浴1h，以3000rpm的转速离心15min，分离血清，立即进行空腹血糖测试(氧化酶法)，其余部分置于4-8℃冰箱冷藏备用。TC测定采用TC酶法、TG测定采用TG酶法、LDL-C测定采用聚乙烯硫酸沉淀法、HDL-C测定采用磷钨酸-镁沉淀法。糖化血清蛋白测定用硝基四氮唑盐(NBT)法，测试所需药盒由中生北控生物科技股份有限公司提供，测试仪器是美国产560型全自动生化仪。游离脂肪酸采用比色法进行测试，测试仪器使用722型光栅分光光度计进行测试，每样品读数3次，取其平均值进行计算。48h内完成胰岛素以外所有指标的测定。

2.3.2 口服葡萄糖耐量试验(OGTT)及胰岛素释放试验

早餐空腹取静脉血(空腹12h后)，取血后于5min内服完溶于250-300ml水内的无水葡萄糖75克，试验过程中不喝任何饮料、不吸咽、不做剧烈运动，无需卧床，从口服第一口糖水开始计时，于糖负荷后1h及2h取静脉血分离血清后测血糖和胰岛素。胰岛素测定采用放射免疫分析法，非标记抗原(标本)和标记抗原(125I-INS)与一定量的抗血清进行竞争反应，平衡后采用免疫分离剂分离，可以灵敏、准确地测定人血清中的INS含量。测试药盒由北京北方生物技术公司提供。

在测试血糖和血胰岛素的基础上应用稳态模型(HOMA model)中的 HOMA2-IR 公式6［6］计算 β 细胞分泌功能(HOMA B%)/胰岛素敏感指数(HOMA S%)及胰岛素抵抗指数(HOMA IR)。

2.3.3 运动处方的制订与实施

根据实验前所有检查结果和功能能力(F.C.)评价，为实验组研究对象制定出个体化的运动处方。运动方式为健步走。运动处方实施前4周运动强度为40%-50%F.C.，开始运动强度采用40%-50%F.C.，5周后增加至50%-60%F.C.。分别用相对应的心率作为靶心率来控制运动强度。要求研究对象每天按照靶心率完成60min运动，可一次完成或分早晚两段完成，每次30 min，每次实验前和实验后各有5min的准备活动和整理活动。每次运动在餐后1h开始，避免空腹状态运动，防止低血糖发生。并要求研究对象鞋袜舒适，预防足部损伤。在运动处方实施前进行1周适应性练习。运动处方实施期间，研究人员每周3次到健身现场测试和记录运动情况，为每位研究对象佩戴心率表和计步器，指导研究对象结合心率表控制步行速度。在研究期间，要求研究对象除了按照运动处方进行锻炼外，保持原有生活方式不变。对照组则在此期间保持原有生活方式。

2.3.4 数据处理

所有数据均采用SPSS11.5统计分析软件进行处理，测试结果以平均值±标准差(M±SD)表示。组内实验前后的比较采用成对样本T检验(双尾)，不同组间的比较采用单纯性样本T检验(双尾)对实验前后的差值进行比较，3组间比较采用单因素方差分析。显著性水平为P＜0.05，非常显著性水平为P＜0.01。

3 研究结果

3.1 血糖、血清胰岛素及胰岛素敏感性情况

以糖尿病前期为基本诊断标准确定的82位研究对象中，3个时相血清平均胰岛素水平高出正常范围，糖负荷后2h血糖平均水平高出正常范围，整体表现为HOMA2%B和HOMA2 IR高出正常水平，HOMA2%S低下，男女研究对象各指标未出现显著差异，详见表2。

表2 血糖、血清胰岛素及胰岛素敏感性情况

3.2 6周有氧运动对血糖、胰岛素和胰岛素敏感性的影响

表3 6周有氧运动后血糖变化(M±SD)

在运动处方实施6周后，在自愿报名的基础上对实验组18名研究对象进行了空腹血糖、OGTT、胰岛素释放试验、血总胆固醇、血甘油三酯等指标检测，并与基线测试结果进行比较。在18名研究对象中，单纯性空腹血糖受损(I-IFG)2人，单纯性糖耐量受损(IIGT)16人。18名研究对象空腹血糖出现下降趋势，但未出现显著变化，而糖负荷后1h和2h血糖则出现非常显著下降(P＜0.01)。详见表3。

如表4所示，18名研究对象血清胰岛素出现显著下降，其中空腹胰岛素出现非常显著性下降(P＜0.01)，1h和2h胰岛素出现显著性下降(P＜0.05)。

表4 6周有氧运动后血胰岛素变化(M±SD)

如表5所示，6周有氧运动使得18名研究对象HOMA2%B出现明显下调(P＜0.05)、HOMA2%S明显上升(P＜0.01)、HOMA2 IR则出现明显下降(P＜0.01)。

表5 6周有氧运动后胰岛素敏感性等指标变化(M±SD)

3.3 12周有氧运动对胰岛素、血糖和胰岛素敏感性的影响

与实验前相比，12周有氧运动后空腹血糖、糖负荷后1h、2h血糖及糖化血清蛋白均有非常显著性下降(P＜0.01)，而对照组血糖变化不明显，详见表6。

表6 12周有氧运动对血糖和糖化血清蛋白的影响(M±SD)

对本研究中18位研究对象实验前、运动6周末和运动12周末血糖变化如表7所示，运动处方实施6周末空腹血糖较前有下降趋势，但未构成显著性差异，随着运动时间延长至12周末，空腹血糖出现显著性下降(P＜0.05)。糖负荷后1h血糖在运动至6周末已经出现非常显著性下降(P＜0.01)，随运动干预时间的延长，略有回升。糖负荷后2h血糖在运动至6周末也出现非常显著性下降(P＜0.01)，随运动干预时间的延长，呈现进一步下降。

表7 有氧运动前中后血糖变化(M±SD)

12周有氧运动前后胰岛素的变化如表8所示，胰岛素的分泌高峰在糖负荷后1h。与实验前相比，实验组3个时相胰岛素水平均出现显著下降，其中空腹胰岛素下降幅度最大，达到41.07%。12周末胰岛素水平较有氧运动6周末检测时的胰岛素水平进一步下降，糖负荷后1h和2h分别下降23.88%和30.94%，1h血清胰岛素较第6周末水平略有回调，2h胰岛素水平较6周末检测时进一步下降。对照组在12周前后测试中未出现显著性变化。

表8 12周有氧运动后血胰岛素变化(M±SD)

参加中期检测的18名研究对象实验后6周及12周不同时相胰岛素变化的趋势。运动12周后胰岛素在第6周末的基础上进一步下降，但未形成显著性差异。12周后空腹胰岛素水平的进一步下降与实验前形成非常显著性差异，而12周末1h血清胰岛素出现回升现象;12周末2h血清胰岛素总体呈现进一步下降趋势，详见表9。

胰岛素敏感性的变化如表10所示，运动12周后，胰岛细胞分泌指数、胰岛素抵抗指数均有非常显著下降，胰岛素敏感指数有非常显著升高，平均值是实验前的1.82倍。对照组在12周前后HOMA2%B和HOMA2%S无显著性变化，而HOMA2 IR有显著性上升。

表10 有氧运动12周后胰岛素敏感性等指标变化(M±SD)

对本研究中18位研究对象实验前、有氧运动6周后和12周后HOMA2%B、HOMA2%S和IR的对照观察发现，运动开始至6周末变化幅度整体大于后6周的变化，其中HOMA2%S和IR至6周末已经出现显著性变化，随运动干预时间的延长，显著性继续增加，至12周末出现非常显著性变化，HOMA2%B在6周末时出现非常显著性下降，后6周略有回升，详见表11。

表11 有氧运动前中后胰岛素敏感性等指标变化(M±SD)

4 分析讨论

4.1 有氧运动对糖尿病前期人群血糖水平的影响

对生活方式的改变能够对IGT/IFG人群胰岛素敏感性产生良好的影响已经得到广泛认同。胰岛素反应的主要生活方式调节是体重和体育锻炼，较大体重者和静坐少动的病人胰岛素抵抗的程度和高胰岛素血症的并发症更为严重。关于对胰岛素抵抗和代谢综合征的干预策略，最早提出X综合征的Reaven.GM教授［7］提出的方案是:(1)增加胰岛素的敏感性;(2)降低高胰岛素血症;(3)如果生活方式干预不能完全奏效，应选用适当的药物治疗。对于IGR人群干预治疗的目的主要是:防止或延迟IFG/IGT进展为糖尿病;促使其逆转为正常糖耐量;预防心血管并发症［8］。

本研究结果显示，有氧运动可以有效降低IGR人群血糖水平，早期以降低糖负荷后1、2h血糖为主，随着运动时间的延长，使空腹血糖也出现显著下调。这可能与IGT及IFG发生机制上的差异有一定关系，同时与本研究人群中IGT所占比例较高有一定关系，有氧运动对高血糖产生良好的调节作用。6周末的检测结果显示，18名研究对象的1hPG和2hPG均值出现非常显著性下降，在18名IGR中，14名血糖降至正常水平。至12周末除64名研究对象在3个时相中平均血糖水平均有显著下降之外，其中有40名血糖恢复至正常范围，占总人数的62.5%，在血糖没有恢复正常的人群中，也呈现出不同程度的下降。据此推断，有可能随着运动时间的延长降至正常范围的人群继续增加。而对照组仅有1人空腹血糖降至正常范围。如图1所示，纵观实验前中后三次检测结果，不难发现，有氧运动对血糖呈现出前6周能够迅速使血糖下调、后6周呈现继续下调趋势，但是有下调幅度减小的趋势，显示出在12周运动干预过程中，对血糖的调节作用先快后慢的特点。

由于每次体育锻炼是在餐后1h开始，运动持续时间30-60min，保持中、低强度，因此在运动中或运动后均未出现过低血糖现象。为了保证体育锻炼的安全性，在本项目的适应阶段对研究对象实验前后血糖进行监测，发现运动后血糖可下降1-3mmol/L，但均高于5mmol/L。

图1 实验前中后血糖变化趋势(n=18)

运动干预前后糖化血清蛋白(Glycated serum proteins，GSP)浓度的变化与血糖的变化一致，实验后呈现出非常显著下降，反映出有氧运动对血糖的良好调节作用。血清GSP是继HbA1C之后又一种测定糖化蛋白的方法［9］。糖化血清蛋白是血清中的各种蛋白质与葡萄糖发生缓慢的非酶促糖化反应的产物。葡萄糖与血清蛋白质主要是与白蛋白发生结合，故GSP也可称作糖化白蛋白(glycated serum albumin，GSA)。白蛋白的半衰期大约为14-17d，即血清GSP水平可反映人体2-3周内的血糖水平，已经作为常规的方法广泛应用于血糖水平监测和糖尿病人血糖控制。

在本研究中，12周有氧运动对IGR人群的血糖产生了良好的调节作用，而6周即可显示出明显效果。这不但充分说明只要对IGR人群的现状给予足够的认识，在科学指导下进行体育锻炼，不需要太大精力和经济投入即可获得良好的干预效果。这对鼓励糖尿病前期人群通过参加体育锻炼改善血糖和血胰岛素水平将起到积极的促进作用，也说明科学运动在拦截糖尿病和预防糖尿病并发症中的重要意义，应该在具有糖尿病风险的人群中积极组织科学体育锻炼，达到在更大范围内减少糖尿病发生率的目的。

4.2 有氧运动对糖尿病前期人群血胰岛素水平的影响

有氧运动对IGT/IFG人群血糖的良好调节是增加了胰岛素的分泌量还是增加了胰岛素的敏感性［10］，是本研究中关切的问题之一。

观察6周有氧运动对IGR人群的血清胰岛素调节作用可以发现，在18名研究对象中除1人外，空腹胰岛素水平均明显下降，平均下降幅度达27.27%，糖负荷后1h及2h血清胰岛素分别下降27.92%、16.63%。运动12周后的检测结果显示，随着运动干预时间的延长能够进一步改善血胰岛素的水平，空腹胰岛素和糖负荷后胰岛素水平也出现继续下调的趋势。

观察实验前中后(n=18)胰岛素曲线的变化趋势，可以看出运动对糖尿病前期人群的胰岛素产生了良好调节。图2显示了实验前中后胰岛素释放试验中形成的胰岛素分泌曲线，实验前的胰岛素分泌曲线显示空腹胰岛素水平较高，糖负荷后1h胰岛素水平升高幅度仅相当于空腹胰岛素的5.43倍，接近正常范围的下线(正常人应升高5-10倍)，而糖负荷后2h，胰岛素下降幅度小(正常人群应下降至30μIU/L)，形成了本组糖尿病前期人群胰岛素分泌障碍的特点。有氧运动干预至6周末3个时相的胰岛素水平出现显著下调，有氧运动干预至12周末空腹和糖负荷后2h胰岛素水平继续下调，而糖负荷后1h胰岛素水平上调，3个时相胰岛素分泌量连线形成的夹角缩小，形成的胰岛素分泌曲线接近于正常人群的胰岛素分泌曲线。

图2 实验前中后胰岛素分泌曲线(n=18)

64名糖尿病前期人群有氧运动12周后胰岛素释放试验结果形成的胰岛素分泌曲线也显示类似结果，详见图3。

图3 运动12周前后胰岛素分泌曲线(n=64)

从上述分析可见，12周有氧运动对IGR人群胰岛素分泌产生了良好的影响，主要表现为，3个时相的胰岛水平均呈现出显著下降，以空腹胰岛素下降出现早，而且下降幅度大，糖负荷后2h胰岛素虽然下降较晚，12周末也出现较大幅度下降，糖负荷后1h胰岛素中期有较大幅度下降，但随运动干预时间延长，又出现回调，最终形成的胰岛素分泌曲线呈现出空腹和糖负荷后2h胰岛素两个点下调，糖负荷后1h胰岛素高耸，更趋于正常人群胰岛素分泌曲线。总体来看，随着运动干预时间的延长，对IGT/IFG人群胰岛素水平、血糖和胰岛素敏感性的影响效果越发显著。

4.3 有氧运动对糖尿病前期人群胰岛素敏感性的影响

血糖浓度能维持相对恒定是由于机体内存在一整套高效率的调节机制，精细地控制着血糖的来源与去路，使之达到动态平衡。胰岛素在血糖的激素调节中起了至关重要的作用。

胰岛素对血糖的调节机制，首先是使肌肉和脂肪组织细胞膜对葡萄糖的通透性增加，利于血糖进入这些组织进行代谢。胰岛素还能诱导葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶的合成，加速细胞内葡萄糖的分解利用。胰岛素通过一系列的酶促反应使糖原合成增加，糖的氧化利用、葡萄糖转变为脂肪的反应增加，血糖去路增快;使糖原分解和糖异生减少或受抑制，使血糖来源减少，最终使血糖浓度降低。

对于糖尿病前期人群来说，在没有进行规律的健身运动之前血清胰岛素和血糖都处于一个相对较高的水平，观察18名研究对象实验前中后血糖和胰岛素变化，6周规律的有氧运动使血清胰岛素下降的同时，糖负荷后1、2h的血糖也出现了显著下降。首先应该从运动增加了胰岛素的敏感性考虑，即较少的胰岛素发挥出更有效的糖调节作用，使血糖得到了良好的调节。从HOMA2公式的评价结果中也可以看到，有氧运动干预至6周末，HOMA2%B比实验前下降20.16%，胰岛素敏感指数比实验前增加了37.24%，胰岛素抵抗指数下降了31.01%。随着有氧运动干预时间延长至12周末，HOMA2%B比6周末略有回升，但是胰岛素敏感指数继续增加，胰岛素抵抗指数继续下调，但是变化幅度显然小于运动干预的前6周。

表12 有氧运动12周后胰岛β细胞功能变化

6周有氧运动是否对胰岛素分泌功能缺陷产生了良好的影响?如表12所示，糖负荷后1h胰岛素的分泌量与空腹血清胰岛素比值(Ins1/Ins0)比实验前略有提高。⊿60I/⊿60G表示空腹和糖负荷后60min时胰岛素差值与血糖差值的比值，其反映胰岛β细胞的分泌功能，此指标也比实验前有所提高，但是未出现显著性差异。综合分析HOMA2%B、Ins1/Ins0和⊿60I/⊿60G等指标的变化，说明实验后空腹等3个时相胰岛素均有显著下降的情况下，胰岛细胞分泌缺陷出现调整的迹象，但是可能个体之间调整的不一致性，使实验前后未呈现显著性差异。随着运动干预时间的延长，HOMA2%B、Ins1/Ins0和⊿60I/⊿60G等指标显示进一步的良好调节。HOMA2-β细胞功能指数及ΔI60/ΔG60均是公认的较好的胰岛素分泌功能指标，广泛用于糖尿病前期人群的流行病学研究，HOMA公式与⊿60I/⊿60G联合应用可较准确地评价机体胰岛素敏感性及胰岛素分泌功能。实验前后这些指标的变化，充分说明有氧运动对糖尿病前期人群胰岛细胞分泌缺陷的调整作用。Cris等人的研究［11］也证实了适当运动可以改善胰岛β细胞的分泌功能。Robert等人的研究中［12］表明运动对胰岛素分泌的改善增强了血糖的调节作用。

胰岛β细胞功能非常复杂，包括胰岛β细胞感知胰岛素分泌的需求、胰岛素合成、分泌以及β细胞的分化、增殖、凋亡及再生等胰岛β细胞的分泌具有许多自身特点，如胰岛素分泌模式呈脉冲式分泌、时相分泌，并可依据需求进行不断的瞬间调节，从而稳定由生活活动如进餐、运动等引起的血糖波动，使血糖水平稳定在狭窄的生理范围内。目前国际上对于β细胞胰岛素分泌的研究不仅在不同的生理、病理状态下胰岛素不同的生理、病理方面有了较多积累，并已深入到研究胰岛β细胞的凋亡与再生，尤其是胰岛β细胞量，胰岛素分泌反应的敏感性、速度、幅度、数量与DM自然病程之间的内在联系，以进一步阐明DM的发病机制，并指导临床思维和诊疗［13］。但是关于运动对胰岛β细胞功能的影响的报道还少有见到。

64例受试者有氧运动12周后，HOMA2公式的评价结果显示，有氧运动使实验前后HOMA2%B下调24.18%、胰岛素敏感指数增加81.6%和胰岛素抵抗指数下降40.53%，仍显示出以胰岛素敏感指数增加和胰岛素抵抗缓解为主，胰岛β细胞调节为辅。有一项双盲研究表明［14］，12周有氧+力量练习+安慰剂与12周有氧+力量练习+二甲双胍相比较，结果显示12周运动可以显著提高糖尿病前期人群的胰岛素敏感性，增加二甲双胍并未进一步改善胰岛素的敏感性，充分说明了运动对胰岛素敏感性的良好影响。

总之，6周有氧运动对血糖和胰岛素的良好调节作用显示出胰岛素敏感性增强，胰岛素抵抗缓解，胰岛细胞的功能也得到一定调整。12周后运动干预可能使胰岛β细胞分泌功能部分恢复，而胰岛素敏感性继续增强，胰岛素抵抗继续缓解。12周有氧运动对胰岛素敏感指数、胰岛素抵抗指数以及HOMA2%B的影响也呈现出前6周调整幅度大于后6周的趋势。

5 结论

(1)IGR胰岛素代谢异常主要表现为空腹胰岛素及糖负荷后胰岛素水平高出正常范围、胰岛素分泌指数和抵抗指数升高、胰岛素敏感指数低下的特点。

(2)12周有氧运动可以有效改善IGR人群高血糖、低胰岛素敏感性、胰岛素抵抗等代谢异常状态，调节胰岛β细胞的分泌功能。

(3)有氧运动对胰岛素敏感性的调节特点是早期阶段(6周)以增强外周组织胰岛素敏感性为主，随着运动干预时间的延长和胰岛素抵抗的逐步缓解，对胰岛β细胞的功能产生良好调节。

(4)6周有氧运动对糖负荷后血糖的调节作用优于对空腹血糖的调节，而对空腹胰岛素的调节优于对糖负荷后胰岛素的调节;12周有氧运动，对血糖、胰岛素，胰岛素敏感性，以及胰岛β细胞功能调节作用更全面。12周有氧运动可以使62.4%IGR者血糖恢复正常。

6 建议

糖尿病前期是糖尿病发生的前期阶段，如不进行及时有效干预，在未来几年中可能发展为糖尿病，同时加大了发生心血管疾病的风险。因此人们应定期体检，及时发现空腹血糖是否受损。由于在糖尿病前期人群中糖耐量受损者所占比例最大，且处于无症状期，所以应对存有2个及2个以上代谢综合症相关危险因素者进行口服糖耐量试验，以便及时发现糖耐量受损人群。为了阻止糖尿病前期人群发展为糖尿病，要对糖尿病前期者进行生活方式干预，每天60分钟、中低强度的有氧运动可以大多数糖尿病前期人群血糖恢复正常［15］。同时也应加强糖尿病前期人群运动量的剂效反应/运动调节血糖和胰岛素抵抗的机制研究［16］以及力量练习的预防效果和机制研究［17］。

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