空腹有氧运动介入肥胖和糖尿病研究进展

卢江安 张艳琳 李智雁 蓝天屿

(云南师范大学体育学院 云南昆明 650500)

目前，肥胖已经成为全球化的问题，2020年世界卫生组织正式把肥胖列为疾病。我国人民也深受肥胖的折磨，虽然过去几十年的经济腾飞带给了我国人民前所未有的物质富足，但是健康观念尚未深入人心，高油、高盐的传统饮食与运动的缺乏，导致了目前高血压、糖尿病、脑卒中等慢性病在我国肆虐的现状。我国糖尿病人群患病率从1980 年0.67%上升至2017 年12.8%，其中患病60 岁以上人群占比从4.3%上升至30%［1］，患病率增高的同时，老年人占比显著上升，并且呈现年轻化趋势，这已经成为我国未来社会健康发展的隐患。目前，人们已经充分认识到运动对于改善肥胖和糖尿病的益处，有氧运动、抗阻运动、HIIT 高频率间歇运动和专项运动等都已经开始逐渐被大众接受，但抗阻运动和专项运动需要专业场地、器械与专业的教练指导，成本相对较高，并不是所有人都能够接受；HIIT运动虽然有效，但需要良好的运动基础，否则无法达到相应运动强度并且会因为错误动作造成运动损伤；有氧运动是大家公认的安全有效减肥手段，能有效改善血脂、血压、身体形态和空腹血糖等指标。自从肥胖导致的健康问题出现以来，加上人们对美的追求，研究者一直在运动干预肥胖领域进行各种尝试。

近些年，随着健美运动的兴起，空腹有氧运动被国内一线健美运动员及健身爱好者当做减少顽固脂肪的利器而广受推崇，空腹爬楼、空腹椭圆仪等被作为赛前刷脂的一种高效减脂方式。此外，空腹有氧也是近些年国外体育圈及运动医疗界的研究热点，尤其是在糖尿病患者的运动干预方面，对于其机制、分子、表象的研究越发深入、全面，该文希望综合国内外研究，对空腹有氧运动介入肥胖和糖尿病及相关代谢性疾病研究进展现状做出总结，对其减少肥胖与延缓糖尿病机制做出具体的描述，为以后的研究提供一定指导。

1 空腹有氧机制及国内外研究现状

空腹有氧运动一般是指在空腹状态下（8h）进行跑步、爬楼等有氧运动。一般认为，人体的三大供能系统维持着人体运动的能量消耗，在ATP-CP与糖酵解系统之后，有氧氧化系统会带动脂肪开始参与供能，而在长时间空腹状态下，机体由于无外源性能源物质摄入，糖原消耗几近完全，会优先分解脂肪，此时在空腹状态下，身体对脂肪的利用率更高。近期研究也表明，餐后一小时甘油三酯的消耗仅有空腹有氧状态燃脂效果的50%，空腹有氧状态下可以释放更高水平的血甘油、脂肪酸，激发出更高的脂质代谢水平。

空腹有氧在国外的研究十分热门，研究方向遍布分子、生理机制、表象等，而且正是由于过去研究发现的空腹有氧的益处，使得它在国外作为预防和治疗高血压、高血脂、冠心病、糖尿病等慢性疾病的健康有效方法已经应用得十分成熟。在动物研究方面：麦谢尔等人［2］用12月大小的wister大鼠进行实验后，发现空腹状态下实验对象减重效果明显大于对照组；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进行研究后发现，虽然体重减轻没有统计学意义，但是空腹有氧运动组的大鼠“减脂肪”能力明显大于喂食组，Real-Hohn［4］的研究也证实了空腹有氧组相较于对照组减脂肪能力更加优秀。在人体表象及生理机制研究方面：Samarmar［5］召集了23 名健康志愿者并进行了实验后，发现混合运动组和空腹有氧组相比于其余单项运动组减肥效果更好。其中，空腹运动组减脂效果优于混合运动组，这与何梦晓［6］对肥胖男性进行6周空腹有氧运动干预取得的结果一致；Kristin 对61 名健康志愿者进行了8 周的运动干预后发现，空腹有氧运动形成的饱腹感有利于长期减肥，这对人们的长期减肥具有指导性意义。此外，胃肠功能、饥饿和食欲调节激素对低强度的活动不敏感，这提示人们如果想要取得更好的实验效果需要进行一定程度上的高强度刺激；Gillen 在对16 名志愿者实验后进行活检，发现空腹训练组诱导线粒体的能力增加，柠檬酸合酶和β-羟基辅酶a脱氢酶的最大活性增加；发现空腹有氧能够有效降低肥胖人群身体形态、血压等指标，还可增强脂肪氧化能力，从而有效改善健康水平。Nencioni 发现，空腹可以改变癌症因子。研究发现，空腹有氧能够有效降低肥胖人群血糖、血压、血脂、胰岛素抵抗水平。综上，从人体身体成分和生理指标的角度来看，空腹有氧已经具备足够的优点，可以坚持使用。

2 空腹有氧对肥胖及糖尿病的益处

2.1 改善胰岛素敏感性和胰岛素抵抗

空腹状态下的葡萄糖及胰岛素的变化是一件非常有趣且值得研究的事情。近些年，国内外大量研究表明，空腹有氧运动可以提高胰岛素敏感性，不同强度的运动干预方式会对血糖和胰岛素浓度产生显著影响。在训练有素的自行车运动员中，发现在禁食状态下，高强度运动期间血糖和胰岛素浓度升高（在86%的VO2峰值时，高于无氧阈值）；相比之下，在中等强度耐力运动期间（在79%的氧峰值时，低于无氧阈值），禁食与进食状态下的血糖和胰岛素浓度相当。因此，运动期间血糖水平的变化，至少部分取决于运动强度。

众所周知，高强度运动与更大的肾上腺素和生长激素合成/释放相关，这将刺激肝脏葡萄糖输出。由于葡萄糖产量高于葡萄糖利用（在骨骼肌细胞中）度，在高强度运动（高于无氧阈值）期间，血糖浓度可能会增加，运动强度与血糖浓度呈现正相关。

有氧运动激活白细胞介素6（IL-6）和腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK），葡萄糖转运蛋白（GLUT4-mRNA）被IL-6激活，从而降低血糖，达到降低胰岛素抵抗的效果。郭吟通过对上海巅峰训练营126名肥胖青少年进行为期4 周的运动干预实验，发现有氧运动可以有效改善肥胖儿童青少年的身体形态，改善脂代谢紊乱和胰岛素抵抗，预防代谢综合征。贵树康用跑台对老鼠进行8 周有氧运动干预，发现有氧运动能够降低血清中胰岛素和IGF-1 的浓度，显著改善胰岛素抵抗小鼠的胰岛素敏感性。孙敏发现，胰岛素抵抗与细胞外基质蛋白（EMC）有关；王正清等人对糖尿病患者进行为期12周的有氧运动干预，发现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，减少心血管疾病的危险因素，使62.4%糖调节受损（IGR）患者血糖恢复正常。Joseph 对154 名超重者进行的研究发现每周170min的锻炼，相比于120min的锻炼可以更好地提高胰岛素的敏感性，且胰岛素敏感性与久坐之间存在一定关系。

2.2 改善肥胖、糖尿病及自主神经功能

糖尿病是我国目前最严重的慢性代谢疾病，目前糖尿病尚且无法根治，因此，它又被称为慢性癌症。缺乏运动和不健康的饮食造成了肥胖，引发了相关心血管疾病与胰岛素抵抗，这被认为是糖尿病的主要原因与危险因素。运动是治疗T2D 的辅助手段，有氧运动在改善血糖控制和胰岛素抵抗的同时，可对自主神经功能产生积极作用。有关运动对T2D空腹时自主神经功能影响的研究主要集中在有氧运动且结论较为一致，即长期中等强度有氧运动可改善T2D 心脏自主调节和压力反射功能。国内采取有氧运动和抗阻训练对2 型糖尿病患者空腹和葡萄糖负荷时进行自主神经功能的影响研究，发现有氧能力、Framingham危险评分改善。空腹有氧运动可以对糖尿病患者的治疗产生积极效果与积极反馈。理论与实践证明，空腹有氧给减肥带来的益处要大于普通有氧训练。这也与2020 年Jospe［2］实验结果相同，通过参与者长达12 个月的自我监督实验，空腹有氧相比进食后有氧，参与者体重下降更为明显，而且因为这项实验是患者自我监督进行的，因此，也从侧面反应它的可持续性。

此外，禁食状态下的耐力运动训练显著改善了基础肌肉脂肪运输和氧化能力，其证据是基础肌肉脂肪酸转位酶CD36（FAT/CD36）蛋白和脂肪酸结合蛋白（FABP）含量显著增加，在这方面优于进食状态下的运动训练。Alexandra 通过对10400 余名参与者进行了Meta 分析，最后发现空腹有氧组人群脂肪氧化能力加强。肥胖人群由于长期的大量超额饮食，导致肠胃对食物的敏感性降低。研究显示，空腹有氧运动能够提升肠胃敏感性，但小强度的运动并不能提升，高强度空腹运动可以增加组织氧供，同时导致活性氧产生增多。Stanford在进行了糖尿病大鼠模型运动干预实验后，发现相比于父代，母代的锻炼尤其重要，母代的锻炼可以显著提高后代代谢能力，这种运动干预产生的良好葡萄糖耐受性可以通过母体向后代传播，从而对抗肥胖和糖尿病。Michael 在对过往的研究进行Meta 分析后得出，有氧锻炼可以有效改善糖尿病病症的结论。Alissa 对30 名肥胖患者进行了12 周随机有氧实验，发现在耐力运动训练后，葡萄糖钠共转运体2（SGLT2）受到抑制，空腹血糖升高，（SGLT2）抑制后胰岛素敏感性升高，提示葡萄糖钠共转运体2（SGLT2）影响了胰岛素敏感性的提高。

有氧运动在改善血糖控制和胰岛素抵抗的同时，可对自主神经功能产生积极作用。长期中等强度有氧运动可改善2 型糖尿病（T2D）心脏自主调节和压力反射功能。国内采取有氧运动和抗阻训练对T2D患者空腹和葡萄糖负荷时进行自主神经功能的影响研究，通过对873名肥胖学生与健康学生进行了分组实验，结果显示高水平的心肺健康功能可以抵消高血脂带来的危害，如果实在减不了肥，那提升心肺能力也许是个不错的选择。Ferland 召集了10 名T2D 患者进行随机分组实验后发现，空腹有氧运动组在实验后能量代谢产生了良好影响。2017 年，Fereshteh 等人［7］召集83 名非酒精性脂肪肝患者进行空腹运动干预后发现空腹运动可以有效改善相关病症。Su-Jong等人通过对美国108例参与者进行研究，发现乐观的心理态度对胰岛素抵抗产生了积极的效果，笔者猜想可能是心情愉悦时机体会产生某些激活胰岛素功能的因素，如降低皮质醇，增强抵抗性等。大量的研究表明，有氧运动可以降低肥胖人群及代谢疾病人群的胰岛素抵抗，研究对象包括大学生、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 在对职员制进行空腹有氧运动干预实验时，发现全身葡萄糖耐量和胰岛素敏感性得到了显著改善。

肥胖人群心脏自主神经系统功能（ANS）的心率变异性产生了变化，心率变异性能够反映神经系统对心脏的控制与调节作用，反应心脏逐次窦性心搏之间和心动周期的变异程度，该特征是人体神经体液和心血管系统共同调节的结果。体重过大的肥胖者患心血管疾病、高血压和2型糖尿病等慢性疾病的概率增加，死亡风险也高于正常体重者。肥胖者的自主神经系统紊乱已成为健康领域关注的焦点，研究发现，肥胖者体重增加10%，副交感神经调节功能降低；而肥胖或超重者减重10%，副交感神经功能提高，体重的增加，导致副交感神经被抑制，交感神经增强，心脏节律的平衡被打破，这很可能是由肥胖者自身自主神经功能的紊乱引起的，是引发心血管疾病的重要原因。关玉明等人对青少年肥胖人群的心率变异性和迷走神经进行了研究，发现心率变异性降低的人群，对应的迷走神经功能也随之降低。高阿宁观察了70 名肥胖儿童肥胖指数与心率变异性关系后发现，肥胖儿童可能会因为高甘油三酯（TG）而造成自主神经损害。张京杨等人通过对260名肥胖儿童观察后，发现肥胖儿童的脂质代谢指标含量与心率变异指标、机体的脂质细胞因子、机体的脂肪细胞因子等指标均具有明显的相关性。

综上可见，肥胖儿童心率变异性和机体的脂质代谢具有密切关联，而机体的过度肥胖可以导致心脏功能的异常。研究表明，代谢影响着人体内多种通路，Mark 在前人实验的基础上提出了一种假设，轻断食能够改善神经反应力和大脑健康，提升大脑应对损伤和疾病的抵抗性。同时，基于以上长期对饮食与大脑神经方面的研究，他提出一个猜想，过度的食物摄入会损害某些与代谢相关的通路，从而影响人们的认知与神经功能。Mikhail 发现，拉帕霉素与空腹有氧运动结合可达到抗衰老效果。Jenna通过活检发现，空腹训练诱导的线粒体能力增加，柠檬酸合酶和β-羟基辅酶a 脱氢酶的最大活性增加。

3 问题及展望

空腹有氧运动在国外作为治疗糖尿病及相关代谢性疾病、心血管疾病和肥胖的运动干预方法已经十分普及，其运动强度与运动方式的选择需要根据患者与受试者的具体情况与目的具体分析，患者可以进行空腹跑台运动，也可以进行室外空腹跑步或者散步，空腹爬楼对健康人而言也是一个不错的选择。本身空腹有氧的优点很多，诸如之前提到的高度密脂蛋白、肠胃敏感性、胰岛素敏感性、低密度脂蛋白，血压、血脂、胰岛素抵抗、体脂率、腰围等的降低。

除了具备众多改善身体状况的优点外，空腹有氧的性价比也十分突出。经济方面，相比于抗阻和专项运动需要完整的场地与专业的器械，空腹有氧仅需要一台简单的跑步机甚至家用单车就可以进行；时间方面，早晨起后半小时也不会占据过多时间；强度方面，相较于其他的剧烈运动，更加适合老年人。国内现有的空腹有氧研究较少，多引用国外研究，研究不够深入，目前现有的研究集中在生理及表象层面，在分子及机制层面尚未进行更多的研究，它的运动干预机制概念依旧模糊，希望在未来有更多的研究者可以进行更多深入的研究。