运动剂量影响普通人群心血管健康的研究

梁月红，冯燕辉

作者单位：河北工程大学公体部，河北 邯郸 056038

1 前言

有规律的体育锻炼对人的健康至关重要，有助于保持健康的体重，预防或延后心脏病、Ⅱ型糖尿病和某些癌症，有助于让人感觉更好、增加寿命。世界卫生组织（WHO）2010年推荐每周150min中等强度的体力活动或75min高强度有氧运动，或两者的结合。那么对于已罹患慢性疾病的人群，或者有过慢性疾病史的人群，如果采用低于体力活动推荐量，锻炼能否有效？

本研究围绕着很容易度量日常生活锻炼的，反应体力活动能量消耗的“运动（体力活动）剂量”，阐述引起患有或曾经患有慢性疾病的人群身体有良好实质性变化的运动剂量阈值。进一步加强体育锻炼的常识向深广普及，为细化不同人群运动处方、科学锻炼提供理论依据。

2 运动剂量简介

2.1 运动剂量定义

开具运动处方是多方面解决社会普遍流行的体力活动不足问题的关键环节，对体力活动（运动）总量经常采用“剂量”这个词能够很容易地度量日常生活中的运动量。运动的强度、持续时间或者频率构成运动剂量的组成成分，通过以代谢当量（MET）表示的强度（静息代谢率的倍数）、频率（sessions/week）、时间（h/week）来计算运动剂量。即，MET值乘以运动时间得到每次活动的能量消耗，以每周所有运动时间的MET，即MET-h/wk评价每周的闲暇时间运动能量消耗——运动剂量（MET-h/wk）。［1］运动剂量只包括运动处方成分中的频率、持续时间或者强度，反映了运动处方的核心内容。

2.2 运动剂量的起源与发展

经济社会发展加速了人类久坐不动生活方式的形成，导致肥胖的流行及各种慢性疾病。1953年，J.N.Morris教授和他的同事［2］考查了职业性体力活动与冠心病事件之间的内在联系，研究成果具有标志性。伦敦双层有轨电车的售票员工作时间在过道和上、下楼梯之间走来走去，与久坐不动的电车司机相比，售票员冠心病发病率低于司机一半。之后Morris和他的同事们观察邮政工人、公务员等职业人员的体力活动，得出了相似的结果。从那时起，许多调查人员证实了各种人群体力活动与健康之间有紧密的联系。

随着运动与健康之间关系进一步被明确。美国运动医学学会（ACSM）、美国国立卫生研究院（NIH）、美国卫生与公共服务部（HHS）在1990年代到2000年代公布了3个运动指南，一致认为中等强度的运动是减少慢性疾病风险的有效方法，提倡所有人每天最好从事至少30分钟中等强度的运动。这些最初发布的指南是目前公共健康运动指南的基石，2008年由HHS及2010年由世界卫生组织（WHO）推荐，每周至少150min的中等强度运动（3-6 METs）或每周450-900MET-min/wk运动。HHS指南推荐的运动剂量450-900MET-min/wk非常有价值，意义在于以最小的运动剂量最大效果的促进健康，个体通过最适宜的运动强度实现体能优化或体重管理。

2.3 运动剂量分类

运动剂量排列序列成为制定公共健康指南的基础，在临床上更适合专业保健医生制定精确健康计划的依据。以流行病学研究为基础分类为5个运动剂量水平。运动剂量由强度（MET）及运动时间（h）计算的MET-h表示。以久坐不动为0MET-h/wk作为参考，按照运动剂量由小到大的顺序依次为0.1–3.74、3.75–7.4、7.5–14.9、15.0–22.4、22.5及以上（MET-h/wk）。对应2008年美国体力活动指南及2010年WHO指南，这些体力活动分类大概与闲暇时间的大步走相比，分别是久坐不动为0，然后依次对应为1-74、75–149、150–299、300–449以及 450及以上（min/wk），是 MET-h/wk的20倍。［3］两个指南推荐最小值为150min/wk中等强度体力活动（3-6 METs），或者75min/wk的剧烈强度体力活动（＞6METs），相当于约1000kcal/wk或者约10-11met-h/wk。或者等价联合（7.5 MET-h/wk），想获得更大的益处可以计划采取两倍的剂量水平（15.0 MET-h/wk）。

与精确的体力活动健康计划相比，智能可穿戴设备的计步器技术则是以更简单的方法用于专业人员的评估，或者促进体力活动不足者的初级保健。与小于每天5000步导致的不良健康结果相比，以100步/min推荐的中等强度活动成年人每天增加平均2000步，每天大约走7100-11000步，尤其对于久坐生活方式的人的健康状况有显著好转。［4］在此研究基础之上，推荐健康成年人每天大约走4000-18000步，每天10000步对个人来说也是合理的。［5］

3 运动剂量与心血管健康

3.1 运动剂量与心血管疾病死亡率与全因死亡率

即使是0.1-7.5MET-h/wk的运动也能减少了20%的心血管疾病死亡率，［6］体力活动≤8.4MET-h/wk能减少52%的心血管疾病。［7］无论健康状况如何，只要定期参加运动就能降低中年和年长的亚洲人的死亡率，［8］文献表明，即使是低剂量的运动也能有效减少心血管死亡率和全因死亡率，激励更多的人自愿参与体力活动。

关于阈值的研究，较早的一项长期研究证明，健康人群从事规律性的耐力运动，运动强度＞5kcal/min，及总的能量消耗为1000-1499kcal/wk，可能是预防冠心病促进健康的运动剂量的阈值。［9］另一项“哈佛校友健康研究”始于1962年，招募了约17000名健康男性校友进行了随访30年的前瞻性研究，结果证明在运动剂量（500-3500kcal/wk）与死亡率之间有直接的递进的关系。相似的结果，在764-1091MET-min/wk运动中，与低心血管发病率有关，更高的运动剂量不会产生额外的好处。［10］

促进心脏健康最大运动剂量的研究却没有确定。Arem等人研究显示，和中等运动量的人相比，以≥75met-h/wk的运动反而有较低的死亡率，并获得了最大的健康好处。［6］Petra等学者推荐，以每小时7-8英里的速度跑或快步走2.5-5 h，每星期4到6次，听起来要求很高但会减少心血管疾病和过早的全因死亡率风险。［11］但是在当今大众业余运动时代，是否对于业余马拉松运动员运动强度给予限制，使其不易导致心脏损伤，目前仍然没有答案。［12］

3.2 运动剂量与血浆脂蛋白

运动明显有利于高密度脂蛋白（HDL）的代谢。Kodama S和他的同事对25项运动干预对照实验的荟萃分析，HDL平均净增约为2.5 mg/dL。在这项研究中，估计能引起HDL反应的最小运动能量消耗为900kcal/wk，运动持续时间为120min，接近于目前推荐的每周至少150min的中等强度运动或者75min剧烈强度运动的最小运动剂量。而且每次运动延长10min，HDL水平约增加1.4mg/dL（0.036mmol/L），但是当运动时间小于30min时，HDL增加的效果不明显。［13］

高运动剂量更加有利于HDL水平的升高。超过20天以上的马拉松公路比赛观察血脂变化的研究，高剂量运动可能促进了HDL更高水平的升高。［14］另外，总的运动剂量（如能量消耗）保持不变的情况下，中等强度运动与高强度运动比较，高强度运动增加了HDL的代谢。［15］HDL对长时间的高强度运动更为敏感。

有氧运动对低密度脂蛋白（LDL）的影响研究结果不一致。与运动训练没有引起LDL的变化结果相比，Kelley等学者的荟萃分析发现，成年人的规律运动产生了LDL的4-6mg/dL的少量下降。［16］以及18周的马拉松慢跑运动程序的实验，LDL减少了5%。［17］提示LDL代谢对运动剂量有明显反应。

运动训练干预引起三酸甘油脂（TG）反应的研究结果有非常大的差异。运动剂量在1200-2200kcal/wk，大步走或24-32km/wk的慢跑，TG下降了5-38mg/dL或者下降 4%-37%。较高的运动剂量17miles/wk慢跑与11miles/wk走或慢跑相比，TG有更大幅度下降。当总的运动剂量（如能量消耗）不变而强度发生变化时，高强度运动有助于在代谢初始阶段TG下降幅度更大。运动强度对TG起着决定性的作用并没有得到一致的认可，但总的运动剂量是决定TG下降的关键因素。［18］

横向数据和运动干预研究可能认为对血脂质产生有利变化的最小的运动剂量，接近于当前推荐的运动指南，要获得更大的增益，运动剂量可能要超过目前的推荐量。

3.3 运动剂量与血压

运动训练和血压（BP）之间的关系早已被广泛研究。如，仅仅一次有氧运动就能降低收缩压6-11 mmHg，舒张压4-5 mmHg。［19］无论是持续中等强度的运动还是高强度的间歇运动，都会引起BP的下降。［20］而间歇性的高强度有氧运动会使BP下降幅度更大。［18，21］

关于血压与运动剂量阈值研究比较少见。研究表明，能引起运动后BP下降的阈值很低，但是产生效果所需的最小持续时间似乎与运动强度成反比，即只有在剧烈运动时，非常短时间的有氧运动（小于10min）就可以引起BP下降。［22］而在长期的运动之后，BP减少是由BP的长期适应能力相关。原发性一级和二级高血压受试者进行8周的干预研究发现，30-60min/wk的中等强度运动，［23］以及每周进行3次，运动剂量为135min/wk的运动足以引起血压非常有效的下降。［24］而使BP的下降的最大运动剂量可能超出了当前体力活动推荐的范围，持续获得好处运动剂量达到64km/wk。［25］

3.4 运动剂量与糖代谢

运动增加胰岛素敏感性和非胰岛素中介的骨骼肌葡萄糖代谢。对超重和肥胖人群8个月的实验发现，与低运动剂量、高运动强度相比较，低运动剂量、中等运动强度（大步走200min/wk、1200kcal/wk）和高运动剂量、高运动强度（200min/wk、2000kcal/wk）促进了胰岛素敏感性，［26］在没有体重变化的情况下，相等的运动剂量高强度运动促进糖代谢优于中等强度运动。［27］

引起糖代谢效果的运动剂量阈值研究涉及了运动强度的研究。最近研究发现，有久坐习惯的妇女从事300min/wk剧烈强度运动和150min/wk中等强度运动，都没有改变胰岛素代谢。［28］而一项大型荟萃研究对260位超重肥胖的受试者8个月的训练，运动剂量为800MET-min/wk的中等强度运动提高胰岛素作用三倍高于运动剂量为1314MET-min/wk的高强度运动。另一项对胰岛素前期受试者的实验，大步走13.8mile/wk的中等强度运动改善葡萄糖耐量的作用是慢跑13.8mile/wk的高强度运动的四倍。这些实验均独立于减重和身体成分的变化。［29］因此，综合前面的研究，中等运动强度（150min/wk）可能是能引起糖代谢效果的最小阈值，中等强度的运动可以通过减少肌肉中的脂质储存来提高胰岛素敏感性。运动和代谢健康之间的确有肯定的关系，但生活方式干预，包括运动、饮食、减重等显然是预防代谢综合症和糖尿病重要因素。

3.5 运动剂量与体重

运动促进减体重的研究结果存在较大差异。对保持高水平体力活动生活方式超过20年的追踪研究结果显示，男性与女性分别减轻了2.6kg和6.1kg的体重。［30］每天30分钟的体力活动不足以预防中年女性体重增加；［31］每天60分钟的活动也不足以减弱中年男性由于年龄增长造成的体重增加。［32］

纳入到日常生活的体力活动剂量，需要45-60min/day的快步走、园艺或骑自行车可以保持中年男子的体重。［33］估计运动剂量为13-26MET-hours/wk可以保持体重的稳定或者有1%-3%的减重。减重已成为参与体力活动的重要目标，运动与体重之间的关系反应在了运动剂量的研究上。高运动剂量（慢跑约为17miles/wk）明显导致体重3%的减少，而11 miles/wk的大步走或慢跑能保持稳定的体重和腹部脂肪不再提升。［34］］随机临床对照实验显示，足够剂量的运动（3000-3500 kcal/week）消耗很多的能量，至少26 MET-h/wk（如每天以3mph步行60分钟或每天6mph慢跑20分钟），促进减肥和更有利于代谢疾病的康复。［35］研究显示，减肥方面的运动剂量至少接近于目前体力活动推荐剂量的两倍，或者更多的活动促进和维持健康的体重。

3.6 运动剂量与心肺适能

心肺适能与心血管疾病死亡率、冠心病呈现负相关。体力活动习惯是心肺适能最有力的贡献因素，终身参加锻炼，即使实施每周只有2-3次最大强度运动也显著改善了身体代谢组织的氧利用。［36］老年退伍男性随访20年研究发现，每增加1MET的运动能力，死亡风险比率就会下降12%。［37］

心肺适能可以通过增加运动剂量的任何成分（频率、强度或持续时间）来获得。随机对照实验，固定总的运动剂量运动强度不同（如慢跑和步行约为11 miles/wk）和固定运动强度而运动剂量不同（如行走17 miles/wk对比11 miles/wk），等效地提高了受试者峰值摄氧量，但峰值摄氧量出现在运动剂量高的组中。［38］老年人一直实施4-5次/wk的推荐剂量的150min/wk的体力活动，显著地改善了最大摄氧量、运动能力和心血管健康。［39］

4 高强度运动有更大的益处

独立于总的运动剂量，运动强度与降低冠心病风险、全因死亡率显著相关。对澳大利亚中、老年人的研究结果显示，剧烈强度活动减少死亡率9-13%，即使少量的剧烈活动也可进一步补充中等强度活动的好处。［40］尤其关于高强度的间歇训练（HIIT），显示心血管适能有更好的表现。［41，42］HIIT短时间爆发力的高强度体力活动，证明对于冠状动脉疾病和心脏衰竭病人的恢复来说是安全的和非常有效的。［43］而且，高强度运动对心血管健康远远好于稳定强度的运动。［44］

运动剂量与死亡率反应曲线上，中等强度明显不同于剧烈强度的体力活动。曲线形态显示，增加中等强度体力活动逐渐减少心血管疾病的死亡率，而剧烈强度体力活动超过11MET-h/week，反应曲线趋于平缓。［45］说明，增加中等强度体力活动剂量能够进一步促进心血管健康，而剧烈强度体力活动只需要较低的剂量就可以使得最大风险减少。

更多的高运动剂量研究应用于心脏衰竭患者的康复训练中。Williams等学者随访2377名罹患过心脏病的人10.4年，观察运动剂量与降低心脏病死亡率的关系。心血管死亡率随运动剂量增加而减少，那些以38-50MET-h/week跑步或行走的人减少了63%的死亡率，生存率远远大于运动剂量不足8MET-h/week的人。［1］另一项研究表明，与较低的运动剂量（如 ＜5MET-h/week）相比，运动剂量为5MET-h/week，有更高的免心血管疾病事件生存率。［46］

高强度间歇训练（HIIT）被认为是最优化于心脏康复效果的运动程序模式。HIIT于2007年用于心脏康复领域，通常先有10分钟的准备活动，运动强度达到峰值心率的60-70%，接下来有4组4分钟的间歇训练，运动强度为90-95%的峰值心率，每组间歇时间为3分钟，保持峰值心率的50-75%。训练过程以3分钟的放松运动结束，运动强度为50-70%的峰值心率。［47］同样的能量消耗下，与传统的中等强度持续训练过程峰值摄氧量有14%的增加相比，HIIT证明了峰值摄氧量有46%的增加。［47］有两项心脏康复训练的荟萃分析也显示，HIIT较中等强度运动程序心肺适能显著提高。［48，49］

目前高强度运动已被宣传和推荐，新西兰、WHO、世界卫生组织西太平洋地区的体力活动指南提出“如果你可以的话，享受规律的剧烈强度体力活动能获得更多的健康和体能”。［50］

5 结论

本研究试图通过运动剂量的定义，建立起与健康人群、有心血管慢性疾病人群的体力活动效果之间的关系，获取体力活动连续剂量序列，使得这些数据能够准确、快速量化，记录于日常的体力活动。

对于久坐不动或者体力活动不足的人群更容易获得体力活动的益处，可以从解决各种心血管疾病风险，也可以从减重开始。设计出一个体力活动或者运动建议剂量，并使运动习惯化，最终达到运动推荐量。

经常达到或者超过运动推荐的人群应更加积极强化，提高兴趣并坚持长期遵从运动推荐的剂量。虽然有一些人群常常实施高剂量的运动，带给了心血管更多的保护，但是还需要强调主观上不必过多在意高剂量运动对优化健康的重要性，尤其是由于采用力竭性运动而相对减少了日常的锻炼。再者运动是为了强调整体的生活质量，选择高剂量体力活动还需要根据具体的身体情况，或者需要来决定。