重复离心运动防治代谢性疾病研究进展

罗 维 ，周 越，汤 强

体力活动不足是导致肥胖和代谢性疾病的重要因素（顾正秋 等，2019； Sallis，2009），规律的体育运动在预防代谢性疾病和促进健康中发挥重要作用（邓建伟 等，2019；张红品 等，2020）。日常生活和体育运动中骨骼肌收缩方式主要包括向心、等长和离心收缩。离心运动（eccentric exercise，ECC）是下蹲、下坡跑/走、放下重物等身体活动的重要组成部分，即施加在骨骼肌上的外力超过骨骼肌本身产生的张力时，肌肉肌腱系统在收缩中被迫拉长，发挥抗重力和制动作用的过程（Hody et al.，2019）。传统意义上ECC 主要作为运动员和健康人群提高肌肉力量的练习方式，国内ECC 相关研究多以诱导骨骼肌损伤为切入点（邱俊强 等，2019； 徐飞 等，2019）。

近年来，ECC 以其低代谢需求和高功率产出特征作为延缓和改善代谢性疾病的有效手段在临床康复领域受到关注（Chen et al.，2017b）。Gluchowski 等（2015）研究认为，长期以来存在代谢性疾病人群无法承受ECC 中的机械应力以及由此导致的肌肉损伤的观点，事实上，与向心运动相比，相同绝对负荷下ECC 产生的代谢需求更小，其心血管负荷和自感疲劳等级更低，更有利于实现代谢性疾病人群运动安全。Deyhle 等（2016）研究认为，一次不适应的ECC 引起的肌肉损伤和延迟性肌肉酸痛随着ECC的重复进行而显著减轻，长期规律的ECC 可避免骨骼肌损伤且刺激骨骼肌再生，即产生重复效应（repeated-bout effect）。前期研究发现，高糖环境会抑制骨骼肌细胞增殖分化，同时诱发胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）（罗维等，2015； Luo et al.，2019）；与平地跑相比，IR 小鼠进行以ECC 为主的下坡跑时可实现更高跑速，且8 周中等强度下坡跑运动不仅未诱发骨骼肌损伤，还有效改善了IR 小鼠糖脂代谢，提高了其葡萄糖耐量和胰岛素敏感性（Ai et al.，2020； Luo et al.，2020）。因此，重复性ECC 可能是更有利于实现代谢性疾病及其风险人群运动安全的有效运动方式。

本研究通过总结国内外重复性ECC 防治代谢性疾病的相关研究，梳理重复性ECC 对人体代谢、骨骼肌质量与功能、身体成分、心血管功能、炎症、日常生活自理能力、运动依从性等的影响，厘清重复性ECC 对代谢性疾病防治的应用成果、潜在机制以及应用风险防范。

1 重复性ECC的代谢性疾病防治效应

本研究从代谢、骨骼肌质量与功能、身体成分、心血管功能、炎症、生活自理能力、运动依从性7 个方面来阐述重复性ECC 的代谢性疾病防治效应（表1）。

表1 重复性ECC的代谢性疾病防治效应Table 1 Effects of Repeated Eccentric Exercise on Prevention and Improvement of Metabolic Diseases

续表1

1.1 代谢

研究表明，虽一次不适应的ECC 诱发暂时性的IR，但随着ECC 的重复进行，机体糖代谢和脂代谢能力均得到显著提高，进而发挥改善IR 的作用。Julian 等（2019）以肥胖青少年人群为研究对象发现，与向心运动相比，12 周渐增负荷的离心自行车运动对IR 的改善效果更明显，提出ECC 是适合于肥胖人群的最佳运动方式。Reidy 等（2018）以卧床5 天人群为研究对象发现，卧床5 天导致胰岛素敏感性受损，而8 周ECC 显著提高不同年龄段人群胰岛素敏感性。Chen 等（2017b）以老年男性为研究对象发现，与向心运动相比，12 周ECC 更显著改善机体胰岛素敏感性和血脂代谢，该研究认为运动医学研究领域应更多关注ECC 这一运动方式。Chen 等（2017a）以老年肥胖女性为研究对象发现，与上楼梯运动相比，持续12 周下楼梯运动能够更有效地改善机体胰岛素敏感性。Paschalis等（2011）以青年女性为研究对象发现，一次急性ECC 后诱发暂时性IR，而8 周规律ECC 显著增加静息能耗，降低血脂，改善IR。Masood 等（2014）以慢性跟腱疼痛患者为研究对象发现，12 周离心抗阻训练显著提高腓肠肌葡萄糖摄取和糖原合成能力，同时促进神经系统功能改善。综上，虽然一次急性ECC 可能使代谢功能受损，但随着ECC 的重复进行，代谢能力得到明显改善。

1.2 骨骼肌质量与功能

促进骨骼肌再生与重塑是提高机体葡萄糖摄取与糖原合成能力，进而防治多种代谢性疾病的有效途径（罗维等，2019； Fujimoto et al.，2019； Li et al.，2019）。大量研究表明，由于ECC 对骨骼肌产生更大的机械刺激，一次不适应的ECC 诱导骨骼肌超微结构损伤，重复进行的ECC则显著促进骨骼肌质量和功能提高，这一促进作用甚至比对胰岛素敏感性的促进更明显。Julian 等（2019）以肥胖青少年人群为研究对象发现，与向心运动相比，12 周离心自行车运动更显著提高骨骼肌质量和功能。Reidy 等（2018）和Tanner 等（2015）以卧床5 天人群为研究对象发现，卧床5 天导致骨骼肌在一定程度萎缩，而8 周ECC 明显促进骨骼肌再生和骨骼肌蛋白质合成，提高肌力。Chen 等（2017b）以老年男性为研究对象发现，与向心运动相比，12 周ECC 更显著提高肌力，且并未发生延迟性肌肉酸痛。Chen 等（2017a）以老年肥胖女性为研究对象发现，与上楼梯运动相比，持续12 周下楼梯运动能够有效提高肌力。Majorczyk 等（2016）以青年人群为研究对象发现，第一次不适应的ECC 导致骨骼肌损伤，但间隔28 天后再次重复性ECC 能够减弱炎症反应并促进骨骼肌再生。Marcus 等（2009）以糖耐量受损老年女性为研究对象发现，12 周较低强度离心抗阻运动虽无法改善胰岛素敏感性，但能够显著促进股四头肌质量和肌力增加。综上，一次不适应的ECC 常用作诱发骨骼肌损伤模型的手段，但重复性ECC 在提高骨骼肌质量及肌力方面效果显著。

1.3 身体成分

机体脂肪含量与胰岛素敏感性呈显著负相关，脂肪组织堆积导致机体出现慢性炎症反应，进而诱导IR 等代谢性疾病发生风险显著增加（Kullman et al.，2013）。研究发现，相较于向心运动，ECC 一方面显著促进骨骼肌质量增加，另一方面还通过提高静息能耗，显著降低机体脂肪含量，发挥代谢性疾病防治功效。Julian 等（2019）以肥胖青少年人群为研究对象发现，与向心运动相比，12 周离心功率自行车运动能够更显著降低体脂含量，提高骨骼肌质量，进而改善胰岛素敏感性。Tanner 等（2015）以卧床5 天人群为研究对象发现，8 周ECC 明显降低体脂含量，增加瘦体重。Panayiotou 等（2013）以男性高胆固醇血症患者为研究对象发现，一次急性ECC 后静息能耗显著增加，重复性ECC 后机体脂代谢能力均显著改善。综上，无论是一次急性ECC 还是重复性ECC 均可以通过提高基础代谢率进而增加静息能耗，达到降低体脂的目的。

1.4 心血管功能

与向心运动相比，相同绝对负荷下ECC 的代谢需求更小，其心血管负担及自感疲劳等级更低，更有利于实现代谢性疾病人群运动安全（Gluchowski et al.，2015）。Fitze等（2019）以稳定性冠心病患者为研究对象发现，与向心运动相比，在输出功率相近的情况下，ECC 后机体血乳酸水平相对较低，肌氧饱和度较高，产生了更小的心血管负荷，冠心病患者对ECC具有更好的耐受性。Chen等（2017a）以老年肥胖女性为研究对象发现，相同绝对负荷下，下楼梯运动产生的心血管刺激显著低于上楼梯运动。Steiner等（2004）以男性冠心病患者为研究对象发现，与向心运动相比，相同心血管负荷下ECC 的输出功率更高，且更显著地促进了骨骼肌力量的增加，该研究认为，离心耐力训练模式是在心血管需求较低的情况下提高骨骼肌力量并最终提高骨骼肌质量的最佳的安全有效选择，尤其适用于心血管疾病人群。Drexel 等（2008）以久坐人群为研究对象发现，8 周ECC 不仅产生更小的心血管负荷，还有利于降低心血管意外发生风险。综上，ECC 是心血管功能受限的代谢性疾病患者及其风险人群有效且相对安全可行的理想运动方式。

1.5 炎症

慢性炎症导致疾病发生，被认为是糖尿病、心血管疾病和癌症等常见疾病的发病基础（朱小烽 等，2018；Collins et al.，2018）。Drexel 等（2008）以久坐人群为研究对象发现，8 周ECC 可使C 反应蛋白（C-reactive protein）水平降低25%，与他汀类药物产生相同的治疗效果。Reidy等（2018）以卧床5 天人群为研究对象发现，8 周ECC 后骨骼肌中抗炎性M2 型巨噬细胞数量显著增加，促进骨骼肌再生。Majorczyk 等（2016）以青年人群为研究对象发现，一次不适应的ECC 引起的炎症反应和骨骼肌损伤在重复运动后得到缓解并促进骨骼肌再生。综上，一次不适应的ECC 可能诱发损伤产生炎症，但重复性ECC 可以缓解慢性炎症反应并产生抗炎的积极效应。

1.6 生活自理能力

提高生活自理能力是老年代谢性疾病患者及风险人群参与运动锻炼的重要目的，对于提高其生活质量至关重要。研究证实，相较于其他运动方式，ECC 可更有效改善代谢性疾病人群骨骼肌质量、功能和神经系统协调性，进而有效提高平衡能力、抗跌倒能力和认知水平。例如，Chen 等（2017a）以老年肥胖女性为研究对象发现，12 周下坡跑运动显著提高老年人股四头肌缓冲制动能力和协调性，降低坠楼风险。Marcus 等（2009）以糖耐量受损女性为研究对象发现，12 周离心抗阻运动显著提高股四头肌肌力，增加6 min 步行距离，增强老年人平衡能力和抗跌倒能力。Marcus 等（2008）以2 型糖尿病患者为研究对象发现，相较于只进行有氧运动，合并离心抗阻运动能够显著提高下肢骨骼肌质量，进而提高功能表现，降低跌倒风险。从认知的角度，对认知要求高的运动更有利于维持和增强大脑功能。Callisaya 等（2017）研究认为，与向心运动相比，ECC 对集中注意力有更高的要求，更有利于促进大脑健康，维持和改善认知水平。此外，Boudenot等（2015）研究认为，以离心收缩为主的下坡跑运动通过增加地面对人体的反作用力，使运动中骨骼承受的冲击力增加，且坡度为-9°时地面对人体的反作用力最大。因此，下坡跑这一离心收缩为主的运动方式有利于促进骨生成和增加骨密度，进而降低代谢性疾病人群骨折发生风险。综上，ECC 通过改善代谢性疾病患者骨骼肌质量、功能和神经系统协调性等，提高其平衡能力、抗跌倒能力和认知水平，从而有效提升患者的生活自理能力。

1.7 运动依从性

研究表明，与其他运动方式相比，由于心血管负荷相对较小，同等绝对负荷下ECC 产生的主观疲劳感等级更低，更有利于代谢性疾病人群坚持运动，提高运动干预措施的依从性，因此ECC 可以成为不愿意或不能进行向心运动人群的一种可行的训练方式，特别是肥胖、糖尿病甚至充血性心力衰竭等对运动耐受力较低的人群（Drexel et al.，2008）。目前重复性ECC 防治代谢性疾病的相关研究中（表1），除3 篇文献未提及、1 篇文献依从性为89%以外，其余ECC 干预方案的依从性均在90%以上，说明代谢性疾病人群对于重复性ECC 具有较好的适应性和耐受性。

2 重复性ECC防治代谢性疾病的机制

目前重复性ECC 防治代谢性疾病的效果已在诸多研究中被证实，但其防治机制尚未被完全阐明。现有研究认为，重复性ECC的代谢性疾病防治效应可能是神经系统、骨骼肌纤维和结缔组织等共同适应的结果（Deyhle et al.，2016； Hody et al.，2019； Paschalis et al.，2012）。

2.1 神经系统适应

离心收缩主要募集快肌纤维参与收缩，因此运动初期不适应的ECC诱导的骨骼肌超微结构损伤主要发生在快肌纤维。随着ECC的重复进行，神经系统协调性增加，神经肌肉控制系统逐渐产生适应，使得骨骼肌工作出现同步化和节省化，募集更多的慢肌纤维参与收缩，单位肌纤维承受的负荷得以分散（Steiner et al.，2004）。因此，在神经系统适应下骨骼肌能承受更大的机械负荷，运动性损伤得以缓解和消除，发挥预防和改善代谢性疾病的功效。

2.2 骨骼肌纤维适应

在ECC 初期，不适应的机械应力导致肌纤维中肌小节被急性拉长、骨骼肌细胞膜破损，诱发骨骼肌微损伤和延迟性肌肉酸痛（Kullman et al.，2013）。随着ECC 的重复进行，骨骼肌细胞膜得到修复并加强，肌纤维中串联的肌小节数量增加，使得骨骼肌收缩时单个肌小节承受的张力减少，而易受损的肌小节已在初次ECC 中被破坏并清除（Mado et al.，2019），以上因素共同作用使得重复性ECC 中骨骼肌微损伤和延迟性肌肉酸痛得到减轻，发挥预防和改善代谢性疾病的功效。

2.3 结缔组织适应

ECC 初期产生的不适应的机械应力导致机体筋膜、韧带等结缔组织的完整性被破坏，在随后的恢复过程中，这些被破坏的结缔组织再生和重塑并在结构上得到加强（McHugh，2003）。因此，重复性ECC 使得机体结缔组织损伤得到减轻，进而减少肌肉酸痛，提高糖、脂代谢能力。

3 代谢性疾病及其风险人群开展ECC的风险防范

重复性ECC 是有利于实现代谢性疾病患者及其风险人群运动安全的有效方式，但由于相同心血管负荷下离心收缩功率输出可达到向心收缩的4～5 倍，对骨骼肌产生更大机械刺激（Zoll et al.，2006）。一次不适应的ECC可能引起骨骼肌超微结构损伤，诱发延迟性肌肉酸痛和暂时性IR（邱俊强 等，2019；徐飞 等，2019； Hody et al.，2019）。因此，代谢性疾病及其风险人群参加ECC 时，除一般运动风险筛查外，还需注意以下几点：1）由于在相同心血管负荷下，ECC 对骨骼肌产生更大的机械刺激，初始运动负荷应相对较低，循序渐进、逐级递增，在发挥代谢性疾病防治效应的同时，避免出现严重骨骼肌损伤和葡萄糖代谢受损所导致的恢复周期过长（Julian et al.，2019）；2）应结合年龄、性别、运动水平等个体差异及运动目的优化运动强度、持续时间和间隔时间的设置，尽可能制定个性化ECC 方案（Green et al.，2010）；3）实施ECC时，应进行必要的医务监督，根据训练实际情况合理调整训练计划；4）不当的ECC 易诱发肌肉酸痛并影响依从性，运动方案设计应充分考虑依从性，尤其是对于未经训练的人群和老年人群（Meyer et al.，2003）；5）ECC 后恢复期应适当补充碳水化合物、蛋白质，并进行热疗等物理放松（Kim et al.，2019），促进骨骼肌再生和损伤修复，若出现明显肌肉酸痛则应在72 h 内避免高强度肌肉活动（Paschalis et al.，2012）；6）代谢性疾病人群的药物使用（非甾体类、他汀类药物等）会影响ECC 的代谢性疾病防治效果，运动干预中应充分考虑这一问题（Zoll et al.，2006）。

4 结论与展望

4.1 结论

1）运动初期不适应的ECC 诱发的骨骼肌超微结构损伤和暂时性IR 实质上是机体的代偿性保护机制。

2）随着ECC 的重复进行，机体产生适应后可在相对较低心血管负担下进行较高负荷的肌肉运动，在代谢、骨骼肌质量与功能、身体成分、心血管功能、炎症、生活自理能力、运动依从性等方面发挥代谢性疾病防治功效，可见ECC 是心血管系统、呼吸系统、运动能力等受限人群有效且相对安全可行的理想运动方式（图1）。

图1 一次不适应的ECC和重复性ECC对人体的影响Figure 1.Effects of One Maladaptive Eccentric Exercise and Repeated Eccentric Exercise on Human Body

3）重复性ECC 的代谢性疾病防治效应实质是机体各系统产生适应的结果。

4）代谢性疾病及其风险人群开展ECC 时，应根据个体差异不断优化运动方案，确保有效性的同时积极防范风险：从运动方式来看，虽然ECC 实施需借助特定场地设施，但条件缺乏时也可通过在向心收缩阶段与同伴相互辅助或“快上慢下”等练习方式来实现；从运动强度来看，ECC 初始运动强度可与向心运动保持一致或稍低，如耐力运动中一般为50%～65%最大摄氧量强度，之后根据机体适应程度逐渐增加；从运动时长来看，耐力运动初始运动时长一般为30 min，之后逐渐增加至1 h，抗阻运动时长则视运动强度、重复次数和运动组数而定；从运动间隔时间来看，2 次ECC 间隔时间一般为2～3 天，骨骼肌完成微损伤修复且机体产生一定适应后再进行下次ECC，ECC后机体的不适应现象一般在第2 次练习后有所改善；从循序渐进的角度来看，ECC 方案实施过程中应每2～3 周增加运动量，可通过增加运动强度或/和运动时间来实现，确保运动方案防治代谢性疾病效果。

4.2 展望与建议

1）重复性ECC 有效预防和改善代谢性疾病已得到研究证实，但目前学界对ECC 的代谢性疾病防治效应认识不足，未来有必要对这一效应加以重视并促进其转化应用。

2）ECC 防治代谢性疾病的机制与向心运动存在差异，但现有重复性ECC 防治代谢性疾病的相关研究鲜少涉及机制层面，后续需通过更多研究予以完善。

3）考虑到安全性及伦理问题，现有重复性ECC 防治代谢性疾病相关研究多以轻症患者和代谢性疾病风险人群为研究对象，且运动强度设置相对较低，后期有必要针对不同病程的代谢性疾病人群进一步研究设计个性化ECC 方案。

4）ECC 的开展需借助特定仪器设备，后续应开发更多便于推广的ECC 方式和手段，在不同病程代谢性疾病人群中探究更具吸引力且功效更大化的ECC 方案。