碎片化运动：兼具应用可行性与健康促进效果的新策略

殷明越　陈志力　李汉森　顾正秋　李啸天　黎涌明

关键词：碎片化运动；累积运动；久坐间断；高强度间歇训练；体力活动；健康促进

文章编号：1001-747X（2023）05-0615-13 文献标志码：A 中图分类号：G812.5

DOI：10.16063/j.cnki.issnl001-747x.2023.05.011

世界卫生组织将体力活动不足确定为仅次于高血压、吸烟、高血糖的全球第4大死亡风险因素和21世纪最重大的公共健康问题。我国有接近1/3的人口被认定为体力活动不足，并且还拥有着全球最多的肥胖人口数量以及上亿的慢性疾病患者，这对当前的“健康中国2030”战略构成了重大挑战。在众多应对举措中，运动（exercise）是改善体力活动不足以促进健康的重要方式之一。然而，传统运动由于其在环境、器材、时间和能力等方面的特定要求，往往难以被大众人群接受或坚持。例如：以高效著称的高强度间歇训练（HIIT）能一定程度减少在器材与环境方面的参与障碍并节省时间，但其“高强度”与“不充分间歇”的组合使得大部分久坐及代谢疾病人群难以坚持下去。因此，如何在生活中以便捷高效的方式获得与传统运动相似或更优的健康促进效果遂成为新的运动诉求。

碎片化运动（exerclse snacks，ES，直译为“运动零食”）提供了一种新的思路。最新大规模队列研究发现，每天碎片化的累积3次1min剧烈强度活动，与显著降低27%的全因死亡风险与49%的心血管疾病风险相关。其次，近3年的随机对照干预试验显示，每天3次孤立（次间隔≥th）的20 s骑行冲刺或爬楼，即可改善峰值摄氧量（VO_2peak）且比HIIT有着更高的时间经济性，将ES应用于久坐间断也可抵消久坐对心血管代谢的负面影响。伴随ES健康促进证据的出现，相关问题也亟待解决——如何界定ES？其在应用中可行性如何？周期性与急性进行ES的健康促进效果与作用机制是什么？回答上述问题是认识和推广应用ES的理论前提。然而，目前国内外尚未有研究对上述问题进行全面归纳与总结。

鉴于此，本研究旨在梳理ES的历史由来与定义，总结其促进健康及相关机制的证据，并提出ES的实践应用建议与未来研究方向，从而为学界认识、应用和发展ES提供必要的理论参考。

1碎片化运动的历史由来与概念厘定

ES源自“累积运动”，旨在将单次持续运动拆分为多次并孤立地分布于全天。2007年之前的研究大多将ES设计为单次10min、全天累积的中强度运动。随后，研究逐渐缩短单次运动时长，并提升单次运动强度。Francois等人于2014年首次在学术期刊中使用“exerclse snacks”，用于描述在三餐前进行的低量HIIT。这一系列研究发现，ES与等量持续运动有类似甚至更优的健康效益，且在日常生活中便于实施。鉴于此，世界卫生组织也将“运动时间持续10 min”的专家共识更新为“任何持续时间运动的健康效益都可被累积”。事实上，在ES这一概念提出前后，研究中还存在多个与ES类似概念，如累积运动、HIIT、碎片化活动^TM（snacktivity^TM）、剧烈强度间歇生活式体力活动和久坐间断等。尽管不同概念间存在共性与差异，但ES属于一种具体的“累积运动”。

表1是近年来与ES相关描述和定义的汇总。ES的运动方式涉及自重抗阻、爬楼、步行／跑步与骑行；负荷强度主要为≥85%HR^max或限定时间内尽可能多的重复；单次负荷量主要为20 s到6×1min，或特定台阶级数；运动间隔为1～6 h。综合文献所述，本研究尝试将ES定义为：以久坐间断和健康促进为目的，在全天多次孤立进行，强度为中高至全力、单次持续时间≤1 min或几个1 min、次间间隔1～6 h，对器材和环境要求低的一种运动策略。

2碎片化运动的应用可行性

所有类型运动均可不同程度促进健康。在此背景下，运动策略的应用可行性就显得尤为重要。在时间经济性、安排灵活性、运动愉悦感及参与动机上具有的优势使得ES在周期性干预中具有较高的运动依从性，并且安全性较好。

ES低负荷量的特点使其能随时进行，相较之传统运动有着更高的时间经济性。Little等人发现ES与冲刺间歇训练（SIT）在提升VO_2peak与骑行计时表现上无显著差异，但ES所需时间比SIT少22%；若不热身，这个数值为86%。同样，其他周期性与急性ES干预的相关研究也有类似发现。此外，受试者难以全程维持SIT时的最大功率输出，但ES由于其次间隔延长至完全恢复，使得其在全天碎片化地冲刺中能够维持峰值和平均功率，从而致使相等运动时间下ES的总运动强度与能量消耗要高于SIT。

对特定器材（如自行车等）与环境（如田径场等）的需求同样是运动参与障碍。现有的诸多ES研究将其运动方式设置为自重抗阻、爬楼与步行／跑步等生活中形式化程度低的方式，结合ES“碎片化”的特征，其在设计与实施时更为灵活，能够“随时随地”融入一天的生活之中（见图1）。近年来对ES的质性调查与访谈结果支持了这一点，参与者对于ES的接受程度高，认为ES能够轻松愉快实现并具有较高的安排灵活性。

运动愉悦感会影响运动参与及其后续的依从性。Little等人使用运动享受量表比较了健康成人参与ES和传统SIT的愉悦感差异，发现ES组受试者的运动愉悦感更好。需要注意，这项研究在实验室中进行，鉴于ES更适合应用于日常生活中，因而ES的实际运动愉悦感可能被低估。此外，对38名老年人的4周ES干预也发现ES是愉快的（75%的人在5点Likert量表上报告愉快程度≥4），将ES应用于抗阻力量训练中也有类似发现。

微小行为习惯的改变可以发展自我效能感，这有利于促进运动的参与。质性访谈显示，促成ES参与的重要因素之一便是参与者认为其容易完成，因而具有更高的参与动机。其次，新近研究发现，1周内每多运动1次，接下来8周内每周运动可能性增加3倍。这表明，ES碎片化的特征可能会提高后期参与动机。这一推测似乎也在现有研究中被初步证实，表现为大多数人（82%）在ES干预结束后仍计划继续进行ES。

最后，应用ES这类高强度运动的常见担忧是安全性，尤其在久坐与临床人群中。事实上，无论是急性还是周期性应用ES，其均被证明对于不同类型人群具有足够的安全性，仅1例研究在1317次训练中报告了2次不良事件（表现为足底筋膜炎与下肢肌肉疼痛）。此外，纳入1117名心血管疾病个体的系统综述发现，HIIT干预期间心血管不良事件发生率也极低，17083次训练中仅有1次不良事件（表现为室性心律失常）。因此，ES是安全的运动策略。

3碎片化运动的健康促进效果

相比于传统运动，ES“生活化”和“碎片化”的特点大幅提升了其应用可行性。然而，作为促进健康的新策略，ES的推广应用还取决于其周期性与急性干预的具体效果（见图2）。

3.1周期性干预的应用效果

3.1.1提升健康活跃与久坐成人的心肺适能

心肺适能被视为重要的临床生命体征之一。ES对心肺适能的提高主要表现为VO_2peak与计时赛成绩的改善。早期ES研究侧重于探究在工作场所运动的可行性，基于12名久坐健康女性的7周ES爬楼干预发现，ES组的爬楼HR和VO₂均显著降低，Mair等人采用原地台阶踏步也有类似发现。相比早期研究，后续研究逐步以VO_2peak为标志物，进一步证明了ES在改善心肺适能方面的效力。2项研究分别进行7周与8周的ES爬楼干预，发现久坐健康女性的VO_2peak分别增加了17.1%与9.4%。此后，研究在提高单次运动强度的基础上进一步缩短了单次运动时间。Ho等人首次将ES应用于传统SIT（3×20 s，次间隔4h），发现8周ES骑行干预后18名久坐成年女性VO_2peak提高14.0%。然而，这项研究未安排对照组（单组队列设计）。同时，Jenkins与Wun等人分别对健康活跃与久坐成人进行6周干预（3×30s，次间隔4h），同样发现ES组的VO_2peak显著提升，而对照组无变化。

尽管ES能够提升VO_2peak，但其与传统运动的比较才能展现出其作为运动形式的价值。由于上述研究均为非训练对照，因而难以给出答案。相比之下，Little等人对12名健康大学生进行6周ES骑行干预，并以传统SIT（3×20 s，间隔3 min）为对照，发现ES和SIT均能改善VO_2peak（提升6%和4%）与150 kJ骑行计时表现（提升13%和9%），并且2种方式无显著差异，有力地证实了ES与传统运动在改善心肺适能方面效果类似。

3.1.2改善老年人与久坐成人的肌肉适能

由于抗阻训练对环境、器材与基础等方面要求较高。目前仅有10%～30%的成年人符合相关指南推荐（≥2次／周），且难以应用其于老年人等群体。将ES应用于抗阻训练为改善这类人群的肌肉适能提供了契机。

对10名老年人进行的4周ES干预（早晚餐前，5×1min，自重抗阻）发现，干预后ES组的60 s“坐-立”测试评分提升31%，坐姿腿推举最大功率、力和速度分别提高6%、5%和3%，且大腿肌肉横截面积增加2%，而对照组（无干预）无显著变化。然而，另有对28名老年人进行的4周ES干预（每日2～3次，单次3 min，自重抗阻）却并未观察到相似的改善。先前Astorino等人未发现传统SIT对腿部力量有显著改善，但有6周（3d／周）的ES（3×30 s全力冲刺，间隔4h）相关研究发现，ES干预后16名久坐成人的优势下肢屈肌30°/s最大自主等长收缩力显著增加，这表明将ES应用于SIT也可能在改善肌肉适能方面具有额外潜力。

基于ES的抗阻训练的低负荷量和自重抗阻特征可以提高每日或每周的训练频率（见图3），从而最大程度减少参与障碍，并在可行性、拓展性和情绪反应等方面有积极影响。先前美国运动医学会建议：每周应进行2d或更多抗阻训练，肌肉群间应至少间隔48 h再次训练。然而，强度与量的渐进式刺激固然重要，但考虑到“天花板效应”的存在，个体所获的健康收益在达到一定程度后不会继续增加。ES的出现提出了新假设，即渐进式超负荷可通过更高频率实现。相比于单次力竭，低量高频可能足以刺激肌肉适能并有利于减少疲劳，还使得相同肌肉群更频繁地被刺激。

3.1.3改善老年人与久坐成人的体成分

周期性ES干预发现受试者体脂率下降、瘦体质量增加和甘油三酯下降，但体质量均无显著变化。尽管上述研究均未能采用双能X线吸收进行评估，但这些结果表明，ES能够有效降低久坐和代谢疾病人群体脂率、增加瘦体质量。然而，也有研究出现不一致结论，Ho等人对18名久坐成年女性进行8周ES骑行干预，发现皮褶测量结果无显著变化。事实上，若不能明确控制能量消耗（运动）与摄入（饮食）间的关系，便很难将改善体成分归因于某种运动策略，因为能量摄入是更大影响因素。此外，短时高强度运动降低脂肪的机制可能并不在于脂肪消耗，而是其提升了脂肪氧化能力。此假设得到Wolfe等人研究的支持，8名健康大学生在ES（1次/h，4×5 s全力骑行）干预后第2天平均脂肪氧化提高43%。然而，还需长期干预进一步验证ES在提高脂肪氧化能力的效益。

3.2急性干预的应用效果

3.2.1间断久坐并改善久坐与临床人群的糖、脂代谢

由于体能较低或疾病等风险，久坐和代谢疾病人群可能难以参与传统运动。同时，久坐也会进一步导致上述人群的糖、脂代谢异常。ES低量高频率的特征能够提升上述群体的活动量并有助于间断久坐，展示了在改善糖、脂代谢方面的健康效益。

相比于久坐，仅需20 s/h的ES骑行冲刺即可降低31%的餐后6h内血脂曲线下面积（area under curves，AUC）增量，并提高43%的平均脂肪氧化。考虑到器材与热身的特定要求可能在现实生活中难以实现，后续研究将运动形式更换为爬楼，并去掉了热身以消除ES应用的障碍，发现20 s/h的爬楼使超重人群的餐后胰岛素和非酯化脂肪酸总AUC显著低于持续久坐。

以上研究将ES作为久坐间断的干预方式以验证其有效性，但还需要比较ES与单次持续运动才能体现出ES“碎片化”的独特优势。研究表明，每天三餐前进行ES（6×1min，90% HRmax跑步机上坡走）能显著降低胰岛素抵抗成人餐后和随后24 h内的血糖浓度，相反，每天1次与ES等能耗的中强度持续运动未观察到这一效益。在健康人群中同样观察到ES的优势，有研究发现1次/h的ES（8次，2 min 32s，85% VO_2R）比1次等能耗的30 min持续中强度跑步更大程度地改善了餐后血脂与高密度脂蛋白浓度。

3.2.2间断久坐并改善久坐与临床人群的血管功能

久坐会影响血流动力学指标并损害股动脉和腘动脉内皮功能，还会急性诱发血压上升，长期综合易诱发心血管疾病。ES可间断久坐并抵消久坐对血管功能的负面影响。

研究发现，每个小时进行20 s的ES爬楼显著改善了健康男性的股动脉血流量、切应力与血压，而久坐组则无显著变化。然而，鉴于久坐对外周血管功能的影响存在性别差异，该结论是否适用于女性并不清楚。随后，Cho等人同时纳入健康男性与女性，发现高脂餐后久坐组肱动脉血流介导的血管扩张功能显著下降，但每个小时进行1次的ES爬楼（5 min）未下降且显著改善了胭窝血流量、切应力与血压。这表明，一天中进行碎片化运动即可有效防止因久坐或高脂餐引起的血管功能下降。此外，采用自重抗阻形式的ES同样可显著改善T2D人群的上述血管功能指标，并发现更短的次间隔时间和运动时长可能更为有效。

综上所述，周期性应用ES以极低负荷量（≤1min）改善健康活跃与久坐人群的VO_2peak，将ES应用于抗阻训练可实现更高频率地刺激肌肉以改善老年与久坐成人的肌肉适能，并且在改善上述群体的体成分方面具有潜力。急性ES可改善久坐与代谢疾病人群的餐后血糖、血脂、胰岛素与脂肪氧化，并比等能耗的单次持续运动更为有效；也可显著改善上述人群的血流量、切应力与血压，并抵消久坐对血流介导的血管扩张功能的不利影响。

4碎片化运动的作用机制探讨

尽管相关机制尚不清楚，但ES通常分别应用于低量HIIT/SIT和久坐间断以实现VO_2peak提升与心血管代谢改善。因此，可借该领域最新进展以及现有ES证据对其作用机制进行探讨。

4.1周期性应用ES提升心肺适能

ES可看作低量HIIT/SIT以增加最大心输出量（Qmax）和血液学指标，改善中枢血流动力学适应；增加毛细血管密度和促进线粒体生物发生，以诱导外周骨骼肌摄取和氧化重构。

低量HIIT改善VO_2max与Q_max相关。然而，部分研究采用更低负荷量、更高强度的HIIT（即SIT），却未观察到Q_max变化。对此，Astorino等人认为Q_max中枢适应可能需要更长的干预时间（>6周）。近期研究相继采用>6周的SIT干预，也证实>6周的SIT能够改善Q_max，并且与VO_2max改善相关。此外，最新的动物实验发现，ES在VO2max与心室肥大等心脏功能方面均诱导了与低量HIIT相似的积极适应性反应，但这一结论能否适用于人体还有待进一步验证。

血液指标的改善同样是重要的中枢适应之一。Mandic等人对29名健康成年人进行6周的SIT骑行干预，发现血浆容量、血容量和总血红蛋白质量的增加，Satiroglu也有类似发现。同时，低量SIT干预后也会出现血液稀释效应，可能归因于早期血浆体积快速扩张，短暂地超过了红细胞体积增加，使得血红蛋白浓度和血细胞比容降低。

动静脉氧差也是决定VO_2max的因素之一。低量SIT干预初期（≤3周）的VO_2max提升主要被归因为动静脉氧差增加，而动静脉氧差又与骨骼肌线粒体含量、毛细血管密度和线粒体氧亲和力等密切相关，6周SIT干预后发现毛细血管密度增加佐证了这一点。

酶活性改变是骨骼肌氧化重构的标志之一。6周SIT干预（3x20 s，全力冲刺，间歇2 min）足以增加柠檬酸合酶活性和细胞色素氧化酶亚基4（COX-IV）等蛋白含量。此外，也有研究相继报道，6周SIT后Ⅰ型或Ⅱa型肌纤维中琥珀酸脱氢酶（SDH）活性的增加。

过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1（PGC-1α）是线粒体生物发生的关键调节因子，其通过激活转录因子驱动线粒体和代谢适应改变。Gibala等人对SIT后PGC-1α活性和表达相关通路变化进行了探索，发现运动后即刻股外侧肌肉氨酸激酶（AMPK；1α和2α亚基）、p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）磷酸化水平升高，（PGC-1α）mRNA在恢复3h后增加2倍。后续研究进一步发现，SIT干预后3h内细胞核PGC-1α蛋白增加，24h内线粒体蛋白含量和酶活性增加。这表明，SIT可通过AMPK、p38 MAPK激活PGC-1α以驱动线粒体生物发生。同时，基于动物的ES也发现了上述反应，这些结论支持了增加强度比增加运动时间更能有效促进线粒体生物发生。

2急性应用ES间断久坐改善心血管代谢健康

ES应用于久坐间断与久坐发病机制相关，因为ES可视为“中止”了久坐对心血管系统的负面影响。ES间断久坐促进健康的机制包括调节蛋白质转运、激素分泌等（见图4）。

葡萄糖转运蛋白4型（glucose transporter type 4，GLUT4）能够促使骨骼肌摄取血糖，用于急性调节血糖。研究发现，通过运动间断久坐会改变骨骼肌中与碳水化合物代谢调节相关的10个基因的表达，包括动力蛋白轻链表达增加，这可能增加细胞内GLUT4转运至质膜的数量。GLUT4转运通过胰岛素介导和骨骼肌收缩介导实现。其中，胰岛素介导通过“胰岛素受体—胰岛素受体底物—磷脂酰肌醇3—激酶—蛋白激酶B”的途径实现GLUT4转运；而骨骼肌收缩介导则与运动时能量消耗所唤起的高代谢需求相关，涉及酶活性（如AMPK等）升高、Ca²⁺浓度增加和底物磷酸化等。此外，运动可急性提升脂蛋白脂肪酶活性和促进肌动蛋白分泌，前者能够有效降解血浆中的甘油三酯，而后者能够激活AMPK使GLUT4转运。

久坐引起低代谢需求、血流量和切应力等血管动力学下降使得内皮素-1 和去甲肾上腺素分泌上升，导致内皮细胞功能障碍和血压急性升高。内皮素-1具有收缩心血管的作用，其增加会导致血管活性氧形成并降低一氧化氮（NO）生物利用度，而NO的产生和生物利用度则很大程度影响了内皮细胞功能和血管平滑肌舒张。久坐引起的低水平切应力会刺激培养细胞分泌内皮素-1，而高水平切应力则会抑制其生成，单次3 min的自重抗阻以30min/次的频率间断久坐可使内皮素-1降低。其次，ES可使久坐期间的血浆去甲肾上腺素水平显著降低，这可能会影响交感神经活动，进而降低NO和总外周阻力。然而，除去激素分泌以外，仍需要更为直接的交感神经系统活动指标测量以支持这一机制。

解释久坐间断改善心血管代谢的可能机制还有炎症、活性氧、下肢静水压力和血液粘稠度等。炎症标记物与血管功能受损有较强的联系，久坐导致其升高并使得NO生物利用度降低。炎症标记物上升进一步诱发炎性细胞因子激活血管产生活性氧，最终产生超氧化物以及内皮功能损伤。另一个潜在机制可能与久坐增加的下肢静水压力相关，受试者久坐后小腿周长增加，导致静脉汇集和血流量及切应力下降。此外，也有研究认为血液粘稠度增加可能是潜在机制之一。

5实践建议与未来方向

ES兼具高可行性和可观健康效益的双重优势为运动促进健康研究与实践领域开启了一扇“新窗户”。但是，为了安全地应用ES，建议：（1）实施前进行安全筛查来识别参与ES的潜在风险（可参考Taylor等的研究）；（2）根据不同人群设计简短的热身程序；（3）遵循渐进式超负荷的运动处方设计原则；（4）在干预中定期地监测血压等临床指标。为最大程度发挥ES的优势，应考虑运动方式等变量安排以及ES与其他策略（如持续抗阻／有氧运动）的潜在交互作用。

目前ES研究存在局限：（1）受试者样本量小、同质性高、未考虑性别差异；（2）剂量一效应尚不明确；（3）不同运动变量的效果差异不明；（4）健康结局指标较为单一；（5）作用机制尚不明确。因此，ES这扇“新窗户”能否发展为运动促进健康的新路径，未来还有待克服上述不足并建立ES研究与应用理论体系来回答（见图5）。

6结语

ES是累积运动范式下兼具应用可行性与健康促进效果的新策略。ES在负荷量与频率安排及器材、环境上的较低要求使其具有较高的应用可行性，表现为更高的时间经济性、安排灵活性、运动愉悦感与参与动机，并且安全性较好。周期性应用ES能改善心肺适能、肌肉适能和体成分；其也可作为久坐间断的运动方案用于抵消久坐对心血管代谢的负面影响，并改善糖、脂代谢与血管功能，且被初步证实相较1次持续运动具有类似或更优效益。ES提升心肺适能的作用机制与中枢血流动力学适应与外周骨骼肌摄取及氧化重构相关；急性ES间断久坐改善糖、脂代谢与血管功能可通过久坐发病机制相联系，包括调节蛋白质转运、激素分泌等作用机制。作者贡献声明：

殷明越：收集资料，制作图表，撰写研究论文。

黎涌明：提出研究设想，修改、审校论文。

陈志力，李汉森，顾正秋，李啸天：审校论文，提出修改建议。