急性高強度間歇運動和中等強度持續(xù)運動對2型糖尿病患者餐后血糖、胰島素和炎癥因子的影響

崔新雯，李麗鳳，楊星雅，徐建方*

（1.國家體育總局體育科學研究所，北京 100061；2.北京體育大學 運動與體質(zhì)健康教育部重點實驗室，北京 100084）

2型糖尿?。╰ype 2 diabetes，T2D）是當前嚴重危害人類健康的慢性疾病之一。根據(jù)2013年全國大樣本流行病學調(diào)查報告，我國成人糖尿病患病率已達到10.9%，并具有年輕化趨勢（Wang et al.，2017）。T2D的防控刻不容緩。

運動被視為預防T2D及其健康管理的有效干預方法（Colberg et al.，2016；Umpierre et al.，2011）。近年來，有關(guān)高強度間歇運動（high intensity interval training，HIIT）的研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的中等強度持續(xù)有氧運動（moderate inten?sity continuous training，MICT）相比，HIIT在改善心血管健康（Costa et al.，2018）、骨骼肌重塑（Cui et al.，2019）、血糖調(diào)節(jié)（Helge et al.，2019；Wormgoor et al.，2018）等方面產(chǎn)生了相似甚至更優(yōu)的效果。HIIT受到了眾多學者的關(guān)注。

規(guī)律運動對T2D的防治意義重大，急性運動對經(jīng)常靜坐少動的T2D患者的血糖調(diào)節(jié)也有影響。有研究發(fā)現(xiàn)，一次急性MICT可以有效降低T2D患者餐后血糖水平（Colberg et al.，2010；Larsen et al.，1997；Santiago et al.，2018）。另有研究指出，急性HIIT對于降低餐后血糖的效果更好（Karstoft et al.，2014；Mendes et al.，2019）。此外，有研究強調(diào)，血糖的變化程度由運動時的總能量消耗決定，與運動強度無關(guān)（Larsen et al.，1999；Terada et al.，2016；Wormgoor et al.，2018）。而急性運動對餐后胰島素的影響鮮有報道。因此，急性HIIT與MICT對T2D患者餐后血糖及胰島素的影響有待進一步研究。

臨床研究發(fā)現(xiàn)，慢性低水平的炎癥狀態(tài)促進了T2D的發(fā)生發(fā)展（Donath et al.，2011；Prattichizzo et al.，2018），而規(guī)律運動可以顯著抑制血清TNF-α和IL-6的升高，保護機體免受炎癥因子誘導的胰島素抵抗的影響（陳謹，2020；肖全紅，2011；Chen et al.，2020）。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，急性運動可以降低健康受試者運動后1 h的血漿TNF-α水平（Durrer et al.，2017），但該結(jié)果是否適用于T2D患者尚不明了。本研究將對比急性HIIT和MICT對30～50歲男性T2D患者餐后血糖和炎癥因子水平的影響。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究共招募了18名T2D患者，納入標準：男性，30～50歲，病程0.5～5年（表1）。排除標準：1）其他類型的糖尿病患者；2）空腹血糖＞11.1 mmol／L，HbA1c＞8.0%，BMI＞28或＜18.5 kg/m；3）存在心血管疾病及風險者；4）肝功能、甲狀腺功能、肌酸激酶異常者；5）胰島素使用者；6）吸煙者；7）各種運動禁忌癥患者；8）實驗前3個月內(nèi)參加其他實驗者；9）實驗前6個月內(nèi)進行了規(guī)律的體育運動者。排除不符合條件的4人后，共14名受試者被納入本研究。所有人自愿簽署《知情同意書》，填寫《基本情況問卷調(diào)查表》《運動風險篩查（PARQ問卷）》和《運動測試的禁忌癥排查表》。本研究通過了倫理委員會審查。

表1 受試者特征Table 1 Participants’Characteristics n=14

1.2 研究方法

受試者首先進行基線測試，包括血液、生理和形態(tài)指標的檢測以及運動負荷試驗。10天后，進行HIIT，MICT和安靜對照3次交叉隨機自身對照試驗。每次干預均在早餐后1 h進行，每次干預間隔10天。試驗的隨機化是通過讓受試者隨機選擇并打開不透明的密封信封實現(xiàn)的，每個信封內(nèi)僅包含一種干預方式。整個研究期間，要求受試者保持原有的生活活動（飲食、用藥、身體活動保持不變），在每個干預日當天和干預日前一晚，攝入相同的早餐和晚餐（由研究人員提供）。干預日前24 h內(nèi)不能飲酒、含咖啡因飲料和劇烈運動。

1.3 測試方法

1.3.1 血液指標測試

基線測試時，受試者進行空腹肘前靜脈取血，檢測空腹葡萄糖、胰島素、糖化血紅蛋白、游離脂肪酸、TNF-α和IL-6水平等。在3次隨機運動干預實驗中，受試者分別在運動前（早餐后1 h），運動后即刻（早餐后1.5 h）和運動后1 h（早餐后2.5 h）測試靜脈血血糖、胰島素、TNF-α和IL-6的水平。所有測試方法均按照說明書進行，其中，血糖測試采用己糖激酶法，糖化血紅蛋白采用散射比濁法，胰島素采用電化學發(fā)光法，IL-6和TNF-α采用化學發(fā)光法。所有樣品進行雙樣本復查。

1.3.2 形態(tài)指標測試

測試受試者的身高和體重，并計算身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI），即體質(zhì)量（kg）/身高（m）。

1.3.3 運動負荷試驗

采用Cortex MetaLyzer 3B氣體代謝分析儀和Polar心率遙測儀分別測試最大攝氧量（V˙O）和最大心率（HR），每30 s進行一次數(shù)據(jù)采集。每次測試前按要求進行系統(tǒng)校準。運動負荷試驗以功率自行車為運動方式，起始負荷為0 W，之后每2 min增加25 W，轉(zhuǎn)速為60 r/min，直至力竭。V˙O的判定標準為：1）HR≥100% HRHR=220-年齡）；2）呼吸交換率（respiratory exchange ratio，RER）＞1.10；3）受試者已盡最大能力，無法再維持預定轉(zhuǎn)速（Howley et al.，1995；Karstoft et al.，2014；Winding et al.，2018）。同時采用Borg量表（6-20）（Borg，1982）記錄主觀疲勞感覺（rate of perceived exertion，RPE）。

1.4 干預方法

所有干預實驗在專業(yè)人員的監(jiān)督和指導下開展。基于文獻研究（Francois et al.，2017；Gillen et al.，2012；Larsen et al.，2019）和本研究的預實驗，確定HIIT和MICT的運動方案。HIIT運動方案：以90%V˙O強度運動7組×1 min/組，以 30%V˙O強度運動 7 組×2 min/組，以 60%V˙O強度熱身 4 min，以 40%V˙O強度恢復 5 min。MICT 運動方案：以50%V˙O強度持續(xù)運動30 min。運動干預采用功率自行車的運動方式，蹬踏節(jié)奏為60 r/min。CON組受試者在功率自行車上靜坐30 min。采用Cortex MetaLyzer 3B氣體代謝分析儀和Polar心率遙測儀獲取每30 s的氣體交換和心率數(shù)據(jù)，不同干預時30 min總能量消耗量（kcal）的計算參考江崇民等（2011）的研究。采血時受試者在功率車上保持靜坐狀態(tài)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計

采用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)以平均值±標準差（±）表示。計算各指標不同時間點相比干預前的變化量（干預后-干預前的安靜狀態(tài)），采用配對樣本檢驗對兩種運動的總能量消耗進行比較，采用雙因素重復測量方差分析（運動方式×時間）對不同干預方式下不同時間點的血糖、胰島素、TNF-α和IL-6濃度及變化量進行比較。＜0.05表示組間差異顯著。

2 結(jié)果

本研究共有13名受試者完成全部實驗。13名受試者在進行HIIT和MICT時均無不良反應，兩種運動的總能量消耗量（173.32±21.71 kcal vs 168.87±24.24 kcal）無統(tǒng)計學差異（＞0.05），但均顯著高于CON組（＜0.001）。

2.1 不同運動方式下血糖和胰島素的急性反應

血糖和胰島素的濃度變化見表2。對比不同時間下不同干預方式導致的血糖濃度變化發(fā)現(xiàn)，存在運動方式×時間的交互作用（=6.600，=0.014）。運動后即刻，與CON組相比，MICT（-2.49±1.76 mmol/L vs 0.32±1.13 mmol/L，＜0.001）和HIIT（-3.60±1.41 mmol/L vs 0.32±1.13 mmol/L，＜0.001）使血糖濃度明顯降低，且相比MICT，HIIT使血糖濃度降低地更多（＜0.01，圖1A）。運動后1 h，MICT使血糖濃度的降低仍明顯多于CON（-2.45±2.12 mmol/L vs-0.51±1.69 mmol/L，＜0.01，圖1A），HIIT使血糖濃度的降低僅有多于CON組的趨勢，無統(tǒng)計學差異（-2.38±2.12 mmol/L vs-0.51±1.69 mmol/L，=0.061，圖1A）。同時，相比運動后1 h，HIIT使運動后即刻血糖降低地更多（＜0.05，圖1A）。

表2 靜脈血血糖、胰島素、TNF-α和IL-6的濃度Table 2 Glucose，Insulin，TNF-α and IL-6 Levels

圖1 不同運動方式下靜脈血糖（A）、胰島素（B）、TNF-α（C）和IL-6（D）的變化Figure 1.The Changes of Glucose（A），Insulin（B），TNF-α（C）and IL-6（D）under Different Interventions

胰島素的變化存在干預方式主效應（F=8.576，P=0.007）。與CON組相比，HIIT組（P＜0.01）和MICT組（P＜0.01）的胰島素降低量顯著增加，但HIIT和MICT之間無顯著差異（P＞0.05）。

2.2 不同運動方式下TNF-α和IL-6的急性反應

TNF-α和IL-6的變化情況見表2。對比不同時間下不同干預方式導致的TNF-α濃度變化發(fā)現(xiàn)，存在運動方式×時間的交互作用（F=16.675，P＜0.001）。運動后即刻，與 CON 組相比，MICT（1.10±1.06 pg/mL vs-0.12±0.37 pg/mL，P＜0.01）和 HIIT（1.28±0.82 pg/mL vs-0.12±0.37 pg/mL，P＜0.001）使 TNF-α濃度明顯提高，且 HIIT（P＜0.001）和 MICT（P＜0.01）在運動后即刻的TNF-α濃度均比運動前顯著增加（圖1C）。在運動后1 h，相比運動后即刻，兩種運動方式使TNF-α濃度顯著下降（P＜0.001），但此時兩種運動方式與CON之間的TNF-α濃度變化量無顯著差異（P＞0.05，圖1C）。

不同時間下不同運動對IL-6濃度的變化沒有產(chǎn)生明顯的影響（P＞0.05，圖1D）。

3 分析與討論

3.1 急性HIIT和MICT對血糖、胰島素水平的影響

以往的研究（Larsen et al.，1997，1999；Gillen et al.，2012）發(fā)現(xiàn)，急性運動可有效減輕T2D患者的餐后高血糖和高胰島素血癥癥狀。本研究也同樣觀測到餐后HIIT和MICT使T2D患者的血糖、胰島素水平顯著下降。研究發(fā)現(xiàn)，運動后即刻，HIIT產(chǎn)生的降糖效應明顯大于MICT，體現(xiàn)出HIIT這種高-低強度的間歇運動的降糖優(yōu)勢，但該優(yōu)勢并未在運動后的恢復期持續(xù)下去，即運動后1 h，HIIT組血糖濃度相對運動后即刻有所回升，這對于避免低血糖的發(fā)生有一定意義。在運動后的恢復期，兩種運動的血糖降低量均大于CON組，使血糖保持在了較低水平。

胰島素是機體唯一的降糖激素，而T2D患者卻遭受胰島素抵抗和胰島素分泌不足的影響（Stumvoll et al.，2005）。本研究發(fā)現(xiàn)，HIIT和MICT引起了胰島素水平的下降，與以往的研究相一致（Larsen et al.，1997），推測這與血糖濃度降低和交感神經(jīng)活動增加有一定關(guān)系。本研究未觀測到兩種急性運動對胰島素水平影響的差異，因而高強度間歇的運動方式可能不是影響T2D患者胰島素變化的決定性因素。

3.2 急性HIIT和MICT對TNF-α和IL-6的影響

研究發(fā)現(xiàn)，TNF-α是外周胰島素抵抗的關(guān)鍵分子（Pedersen，2017；Plomgaard et al.，2005），可以直接損害外周胰島素刺激的葡萄糖攝取，破壞糖穩(wěn)態(tài)，而規(guī)律運動可以降低炎癥因子（C反應蛋白、IL-6、TNF-α）的水平，緩解T2D患者的慢性炎癥狀態(tài)（Chen et al.，2020；De Lemos et al.，2012）。本研究發(fā)現(xiàn)，單次、急性HIIT和MICT使TNF-α出現(xiàn)先增高后降低的波動，TNF-α水平在運動后1 h恢復至運動前水平。但Durrer（2017）等的研究發(fā)現(xiàn)，急性HIIT并沒有使TNF-α濃度明顯提高，只是使TNF-α濃度在運動后1 h顯著降低。造成這種不一致的原因可能與受試者的年齡（45歲中青年vs 57歲中老年）、性別（男性vs男性＋女性）、BMI水平（超重vs肥胖）及運動經(jīng)歷（無vs有）有關(guān)。此外，在本研究中，TNF-α濃度的波動范圍為5.21±1.54 pg/mL～7.03±1.66 pg/mL，遠低于其他學者（張華等，2015）對我國T2D患者TNF-α水平（26.52±8.57 pg/mL）的報道，該研究對象為中老年T2D患者，而本研究對象為中青年T2D患者，且無并發(fā)癥。推測T2D患者血清TNF-α水平可能與年齡和疾病狀態(tài)（是否有T2D并發(fā)癥）有關(guān)。本研究中HIIT和MICT急性運動后即刻TNF-α增加，很可能是由于機體產(chǎn)生了較高水平的應激反應，而急性運動誘導的炎癥應答反應是機體最重要的防御機制之一。但是，TNF-α水平的增高并沒有持續(xù)，在運動后1 h TNF-α水平恢復至干預前，并未產(chǎn)生持續(xù)的炎癥反應，這對于機體也是種保護效應。此外，研究發(fā)現(xiàn)，長期規(guī)律運動可以降低T2D患者的炎癥反應和氧化應激（Chen et al.，2020），使機體產(chǎn)生良好的適應，可見T2D患者長期規(guī)律運動的必要性。

研究發(fā)現(xiàn)，急性運動可以通過增加IL-6來抑制TNF-α的增加，并改善外周胰島素敏感性（Pedersen，2017）。此外，運動時間越長，IL-6的反應程度越明顯。而本研究對象是T2D患者，數(shù)據(jù)顯示，HIIT和MICT急性運動并沒有使IL-6明顯改變，TNF-α也并未受到抑制，這可能是由于本研究的運動時間（30 min）不足以引起IL-6濃度的改變。

上述結(jié)果提示，運動誘導的TNF-α和IL-6的改變不依賴于持續(xù)或者間歇的運動方式。運動誘導餐后血糖改善和炎癥因子反應的分子機制有待進一步探索（Li et al.，2019）。雖然相比MICT，HIIT在運動后即刻具有更好的降糖效果，但二者對T2D患者餐后胰島素和TNF-α的影響效果相似，因此T2D患者可以根據(jù)個人喜好和意愿，進行HIIT或者MICT的選擇。HIIT最好在專業(yè)人士的指導和監(jiān)督下練習，并準備積極的運動風險防范措施。

4 結(jié)論

急性HIIT和MICT均可以降低30～50歲男性T2D患者餐后靜脈血血糖和胰島素水平，并短暫提高炎癥因子TNF-α的水平；相比MICT，HIIT在運動后即刻具有更好的降糖效果。