血流限制下有氧运动对健康成人有氧工作能力影响的Meta分析

周开祥 ，郭振向 ，陈 岩 ，蒋帮华 ，刘昊扬 ，包大鹏 *

血流限制训练（blood flow restriction training，BFRT），又被称为加压训练（KAATSU training）或血管阻塞训练（vascular occlusion training），是指在运动期间通过特殊加压装置对肢体进行外部加压，使静脉血流闭塞的同时，部分阻塞动脉血流以提高训练效果的方法（魏佳 等，2019a；Loenneke et al.，2014；Sato，2005）。BFRT通过物理加压使机体产生局部代谢危机，诱导大脑分泌生长激素促进合成代谢，提高肌肉力量，加快组织修复能力（Fry et al.，2010）。目前，BFRT研究成果主要集中在对抗阻训练研究方面，且证实BFRT采用较低强度进行训练能达到高强度训练的效果（李卓倩等，2019；Gundermann et al.，2014；Kim et al.，2016；Nicklas et al.，1995）。但关于血流限制结合有氧运动的应用研究多集中于急性实验，鲜见长期干预的研究。同时，BFRT结合有氧运动的实验过程缺乏相对统一的干预标准，机体有氧工作能力能否得到有效提高的研究结论存在差异（Silva et al.，2019a）。有氧运动能力的高低，将直接影响健康成人的生活质量与运动表现（Esmail et al.，2020；Lavie et al.，2019）。BFRT对健康成人有氧工作能力影响的总体研究结果能否支持其在有氧运动实践中的应用值得探讨。因此，本研究通过收集血流限制结合有氧运动的相关文献，依照系统评价和Meta分析的要求，对纳入研究结果进行定性和定量分析。

1 研究方法

依据系统评价与Meta分析优先报告的条目PRISMA声明（preferred reporting items for systematic reviews and metaanalysis）控制研究过程（Moher et al.，2009）。

1.1 检索策略

文献检索由两名人员采用独立双盲的方式，按照检索式对中外数据库（中国知网、万方、PubMed、Web of Sci‐ence、SPORTDiscus、Science Direct、OVID LWW）文献进行检索。共检索中文相关文献274篇，其中，中国知网3篇、万方数据库271篇；英文相关文献2 276篇，其中，PubMed 341篇、Web of Science52篇、SPORTDiscus 1 555篇、Sci‐ence Direct 318篇、OVID LWW 10篇。此外，通过参考文献阅读追踪文献检索获得1篇。

将2 551篇中英文文献导入EndNote X9文献管理软件中，去除重复文献得到2 277篇文献，通过文献检索功能筛选随机对照实验或配对设计实验，同时排除动物实验后得到1 681篇文献。通过逐步阅读题目、摘要和内容，剔除不符合纳入标准的文献，得到38篇血流限制结合有氧运动的相关研究论文，涵盖急性研究35篇，涉及慢性研究23篇，同时包括急性和慢性研究20篇，血流限制结合有氧运动干预后采用实验室递增负荷实验进行最大摄氧量测试12篇（13项研究）。

1.2 文献纳入与排除标准

本研究重点关注BFRT结合有氧运动对健康成人最大摄氧量（maximum oxygenuptake，O2max）的影响。由于其中3项实验研究对象是老年人群，处于安全因素考虑，原始文献中采用峰值摄氧量（peak oxygen consumption，O2peak）作为判定老年人群有氧运动能力的客观指标。3项实验属于摄氧量平台不明显的斜坡递增负荷方案（测试中要求达到受试者最大心率），在标准递增负荷测试情况下，可以采用O2peak代替O2max（王振等，2016；Bentley et al.，2003；Day et al.，2003）。

1.2.1 纳入标准

根据PICOS原则制定文献纳入标准。实验受试者：不区分国籍、地区、性别；不区分身体活动时间或习惯；身体健康、无心血管疾病、无糖尿病、无神经骨骼肌相关疾病等健康成人均可。干预措施：血流限制结合有氧运动。实验设计：随机对照实验、配对设计实验。结局指标：递增负荷实验中测试所得

1.2.2 排除标准

文献排除过程由两名研究人员独立进行，对不一致结果通过讨论解决或第三人裁决。文献排除标准包括：重复文献、动物实验、非随机对照实验、非配对设计实验、急性实验、非健康人群（糖尿病、心血管疾病、神经骨骼肌肉疾病等）受试者、运动表现数据换算所得O2max结局指标相关文献、综述类以及数据无法获取或合成的文献。

1.3 文献质量评价

按照Cochrane协作网偏倚风险评估工具标准（Higgins et al.，2011）对纳入文献进行偏倚风险评价（图1）。

图1 纳入文献质量评价Figure 1. Included Literature Quality Evaluation

1.4 统计分析

1.4.1 数据提取换算

运用GetData 2.20软件对Abe等（2010a）研究中结局指标直方图平均值和标准差数据进行提取，采用Excel 2009汇总13项研究结局指标前后测平均值和标准差。通过Excel编辑函数公式（Glass，1976；Michael et al.，2012）将前后测原始数据平均值（M）和标准差（SD）换算为差值平均数（M差值）和差值标准差（SD差值）。

数据提取内容：文献基本信息、研究类型和方法学特征、研究对象特征、干预措施、样本量、结局指标（O2max）、其他相关指标等（表1）。

表1 纳入文献基本特征以及结局指标变化Table1 The Basic Characteristics of the Included Literature and the Changes in the Outcome

1.4.2 统计分析

运用Review Manager 5.3软件对纳入文献结局指标进行合成分析、亚组分析，制作森林图。量化结局指标O2max属于连续性变量，度量衡相同，单位（mL·kg-1·min-1）统一，合并效应量指标选择加权均数差（weighted mean difference，WMD），95%可信区间，纳入分析数据。合并效应量评价标准：＜0.2为极小效应量，0.2～0.5为小效应量，0.5～0.8为中等效应量，＞0.8为大效应量（Cohen，1988）。采用I2和Q检验对纳入研究进行异质性检验，I2＜25%说明低度异质性，25%≤I2≤50%说明中度异质性，I2＞50%说明高度异质性（Higgins et al.，2003）。低度异质性采用固定效应模型分析数据，中高度异质性采用随机效应模型分析数据。运动Stata 15对数据进行异质性检验（Galbraith星状图法）和发表偏倚评估（漏斗图、Egger检验）。

续表1

2 结果

2.1 合并效应量

13项研究结果合并效应量显示（图2），血流限制结合有氧运动能有效促进健康成年人O2max的提高（WMD=1.47，P＜0.05，95%CI：0.12，2.82）。纳入研究之间存在较小异质性（I2=3%，P=0.42），分析模型选用固定效应模型。采用Galbraith星状图法（图3）。图形化定性分析显示，13项研究结果围绕回归线均落在平行线之间，同质性较好。Park等（2010）的研究结果落在平行线之外，可能是导致较小异质性的来源之一。

图2 合并效应量森林图Figure 2. Forest Diagram of Effective Size

图3 Galbraith星状图法Figure 3. Galbraith Star Chart Method

2.2 亚组分析

根据纳入文献有氧训练手段特点，将血流限制结合有氧运动分为血流限制持续训练法和血流限制间歇训练法2个亚组进行分析。研究表明，血流限制结合间歇训练法能显著提高受试者O2max指标（WMD=2.77，P＜0.05，95%CI：1.01，4.52），各项研究之间无异质性（I2=0%，P=0.42）。相比之下，血流限制结合持续训练法不能说明其干预能够有效提升受试人群O2max指标（WMD=-0.39，P＞0.05，95%CI：-2.50，1.72；图4）。

图4 血流限制结合不同有氧运动方式亚组分析Figure 4. Blood Flow Restriction Combined with DifferentAerobic Exercise Modes

根据纳入文献受试者年龄特征，将受试者分为20～30岁与60～70岁进行亚组分析。研究表明，血流限制干预能显著提高20～30岁青年人群的O2max指标（WMD=2.11，P＜0.05，95%CI：0.53，3.70），各项研究之间异质性较小（I2=10%，P=0.25）。相比之下，目前的研究结果还不能充分说明血流限制干预能够有效提升60～70岁老年群体的指标（WMD=-0.22，P＞0.05，95%CI：-2.80，2.36；图5）。

图5 不同年龄段亚组分析Figure 5. SubgroupAnalysis of DifferentAge Groups

2.3 发表偏倚及敏感性分析

漏斗图（图6）显示各项研究较为对称，Egger检验统计显示无发表偏倚（P=0.501）。

图6 发表偏倚漏斗图Figure 6. Publication Bias Funnel

3 讨论

3.1 血流限制结合有氧运动提升机体有氧工作能力的效果与机制

1）BFRT主要通过物理加压阻碍静脉血回流，减少回心血量，造成末端肢体静脉血液聚集，形成静脉池效应。同时，血流限制下心脏外周阻力增大，动脉血流对末端肢体的氧运输受阻，加重局部组织缺氧。而静脉池造成的血管内壁压力增大以及组织缺氧均会刺激一氧化氮合酶（NOS-1）活性的提高，并导致一氧化氮合成量的增加（Larkin et al.，2012）。一氧化氮可以显著提高血管弹性，造成动静脉血管扩张能力增强，进而提升血液的氧运输能力（Uematsu et al.，1995）。此外，血流限制下的有氧运动能够造成远端肢体肌氧饱和度（SmO2）下降、ATP和磷酸肌酸浓度下降、无机磷酸盐Pi增加等一系列化学因子反应（Heiduk，2017）。研究发现，血流限制结合有氧运动中代谢产物大量堆积，内环境PH值下降，乳酸浓度增高（Corvino et al.，2016；Heiduk，2017；Thomas et al.，2018；Yasuda et al.，2014）。长期在这种状态下进行锻炼，可能造成末端低氧区肌组织毛细血管密度和线粒体氧化能力的适应性提高以及机体摄取和利用氧的能力增强。毛细血管密度和线粒体氧化能力的提高，又更好地促进了机体能量代谢。研究发现，血流限制下不同有氧运动形式（走、跑、自行车等）均可以提高肌肉耗氧能力（Mendonça et al.，2014；Ozaki et al.，2010）和能量消耗（Karabulut et al.，2017；Loenneke et al.，2011）。Mendonca等（2015）研究证明，血流限制结合有氧运动导致机体运动后过量氧耗（EPOC）明显高于同等运动强度下的对照组，并认为训练后机体能量消耗的增加与局部肌肉毛细血管密度和线粒体氧化能力提高有关。因此，血流限制下机体内环境的变化，诱导大脑相信机体需要在低强度有氧运动中付出更多努力，消耗更高能量，就如同进行高强度有氧运动一般。

2）血流限制结合有氧运动导致内环境变化，引起一系列激素调节反应。有研究表明，BFRT后生长激素（GH）、类胰岛素增长因子1（IGF-1）、肾上腺素、去甲肾上腺素浓度升高，激活mTOR调节通路，促使合成代谢加快，有效提高机体组织的再生恢复能力（Kraemer et al.，2005；Madarame et al.，2010；Seo et al.，2016；Takarada et al.，2000）。血流限制结合有氧运动与血流限制结合抗阻训练相比，前者在有效提高机体有氧工作能力的同时提高机体合成代谢，但不显著提高肌肉围度（Abe et al.，2006；Ozaki et al.，2015）。更重要的是，BFRT促进了血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的分泌，从而保障心血管的健康（Laurentino et al.，2008；Martín-hernández et al.，2013；Nicklas et al.，1995；Yasuda et al.，2012），为有氧训练的可持续性提供了保障，尤其是对于老年群体。

3）在BFRT中，对远端肌肉的供氧不足有可能抑制有氧代谢为主的Ⅰ型慢肌纤维，并引起有氧代谢依赖程度较低的Ⅱ型快肌纤维参与工作（Yasuda et al.，2014）。而以无氧代谢为主的Ⅱ型快肌纤维参与数量的增加，很容易造成乳酸等代谢产物的增加和堆积，并更快地引起神经-肌肉疲劳（Mendonca et al.，2014）。根据机体适应性原理，经常在这种条件下训练会提高机体在乳酸等代谢产物堆积下的运动能力，即抗疲劳能力。Park等（2010）研究发现，长期BFRT后，主观疲劳量表（RPE）数值降低，表明血流限制结合有氧运动能有效增强受试者的主观抗疲劳能力。同时，有研究发现，血流限制结合有氧运动干预后受试者的最大有氧功率增加、运动至疲劳时间以及距离增长。Oliveira等（2016）研究发现，血流限制结合有氧运动后受试者的血乳酸开始堆积点（OBLA）显著提高（效应量=1.5）。Keramidas等（2012）研究发现，常规有氧训练与血流限制结合有氧运动均能有效提高受试者通气无氧阈或无氧阈功率，且BFRT所需运动负荷强度更低、更安全。因此，血流限制结合有氧运动能提高人体有氧代谢利用率，但与常规有氧训练手段相比较是否更加有效，还需要更多实证研究。

此外，血流限制下机体循环系统的运氧通路被阻碍，外加肌肉收缩运动形成泵血作用，使静脉血流呈现明显的脉冲式流动，导致血液循环产生变化，并造成相应的心血管反应。研究表明，血流限制结合有氧运动引起机体心率升高、心率变异性增加（Ferreira et al.，2016；Silva et al.，2018，2019b），收缩压、舒张压和平均动脉压增高等急性反应，并指出机体在心输出量未显著增加的状况下，摄氧量指标增大，心脏氧脉搏增高（Ferreira et al.，2016；Kumagai et al.，2016；Mendonca et al.，2014；Ozaki et al.，2010；Renzi et al.，2010；Sugawara et al.，2015）。同时，长时间血流限制结合有氧训练可降低机体无加压状态下安静时的心率（Park et al.，2010）。因此，血流限制下心脏泵血功能的改善，也在很大程度上帮助机体运氧能力提高（Heiduk，2017）。

3.2 BFRT结合不同有氧运动方式对健康成人有氧工作能力的影响

亚组分析表明，血流限制间歇训练比血流限制持续训练能更有效地提高健康成人O2max，且血流限制间歇训练可以达到传统高强度间歇训练的效果。同时，采用血流限制融合间歇训练的方式比BFRT与间歇训练组合的方式更具优势。

出于对安全的考虑，高强度间歇训练往往应用于有良好训练经验的群体（如运动员、健身达人等），很少推荐给健康普通人群或疾病人群作为提升有氧运动能力的手段。研究表明，高强度间歇训练对人体健康影响的实验中，受试对象多为青年人，少数为中老年人（王京京，2013）。鉴于BFRT具有以较低训练负荷实现较高强度训练效果的优势，可以弥补高强度间歇训练的不足。

对纳入血流限制间歇训练的7项研究进行分析发现，结局效应量均为大效应量，表明血流限制间歇训练对提高有氧运动能力效果显著且可靠。血流限制结合间歇训练的方法有两种方式：在血流限制情况下进行间歇训练（血流限制融合间歇训练）和将间歇训练与BFRT进行组合训练（间歇训练与BFRT交替进行训练）。Mitchell等（2019）研究采用血流限制融合间歇训练的方式进行锻炼，发现受试者有氧能力显著提升。Oliveira等（2016）的研究指出，采用30%最大功率强度对健康成人进行血流限制融合间歇训练干预，其O2max增长率与常规高强度间歇训练（95%～110%最大功率强度）相比差异不显著。因此，血流限制间歇训练可以达到与常规高强度间歇训练一样的效果，且BFRT是通过增加局部压力限制氧运输能力来间接促进有氧运动能力的提高，从安全性上也许更具优势。

3.3 BFRT对不同年龄段人群有氧工作能力的影响

亚组分析表明，血流限制结合有氧运动对青年人群有氧能力的提升效果更佳。由于样本量较小、效果量低，BFRT对老年人群摄氧量影响的研究结果外部推广效度不足。Abe等（2010b）研究显示，血流限制下的有氧运动不能提升60～70岁老年群体O2peak，但有氧运动表现的相关指标（运动至疲劳时间）有所提高。Ozaki等（2011）和Libardi等（2015）研究结果则显示，实验组与对照组老年受试者O2peak和运动表现在干预后均得到提高，但对照组的O2peak提高幅度高于血流限制实验组。以上3项研究分析发现，血流限制结合有氧运动可能无法显著提高老年人群的摄氧能力，但能有效提升其有氧运动表现，因此不能完全否定该方法在老年群体中的应用。Abe等（2010b）与Ozaki等（2011）实验中所采用的压力值（140～200 mmHg）均超过该年龄段所推荐的压力值（90～130 mmHg）。实验中，血流限制干预时间均控制在20 min以内，该标准遵循的是血流限制抗阻训练所推荐的有效训练时间。根据ACSM所推荐的老年人有氧运动处方原则，建议每天累计30～60 min（60 min效果更好）中等强度的运动，才能达到有效提高有氧运动能力的效果（ACSM，2014）。通过以上3项研究发现，更低强度和更短时间的血流限制结合有氧运动在老年群体中使用还未能达到更佳训练效果。佐藤义昭（2015，2016）研究表明，不同个体血流限制所采用的压力存在差异，该差异与性别、年龄、体脂率、机能状态和训练情况等众多因素相关。因此，实验中压力值设定、有效训练时间长短以及机能状态的不同，也许是导致血流限制结合有氧运动无法显著提升老年群体O2max或O2peak的原因。当然，对于老年人群进行血流限制结合有氧运动所推荐的训练强度、训练时间、训练频率和训练禁忌等问题也需要进一步研究（瞿超艺 等，2019；魏佳 等，2019b）。

采用压力值120～220 mmHg的血流限制干预能显著提高20～30岁的青年人群的有氧运动能力，单项研究结果效应量大，同质性好，研究结果具有很好的说服力。20～30岁的群体，身体机能和运动素质相对良好，禁忌症少，血流限制结合有氧运动对机体的刺激更易于产生良好的适应。Park等（2010）、Taylor等（2016）、Mitchell等（2019）研究也很好的证实了该观点，其结果效应量说明血流限制结合有氧运动对高水平运动员提升O2max的效果更加显著且可信度高。

4 结论与建议

1）血流限制结合有氧运动能有效提高健康成人的有氧工作能力；2）相比血流限制持续训练，血流限制间歇训练提高健康成人有氧工作能力的效果更佳；3）健康青年人群与健康老年人群相比，血流限制结合有氧运动能更有效地提升健康青年人群的有氧工作能力。

随着BFRT在大众健身、竞技体育和运动康复领域中的使用，关于BFRT对有氧代谢影响的相关研究亟待完善。由于年龄、机能状态、负荷和训练组合方式的不同，导致BFRT提高有氧运动能力的效果存在差异。因此，针对不同人群，尤其是特殊人群，应制定个性化BFRT有氧运动处方方案。