低氧運動對肥胖成人身體成分和胰島素抵抗影響的Meta 分析

王 盼，趙 華，張傳勇

（1.武漢生物工程學院體育學院，湖北 武漢 430415；2.華中師范大學體育學院，湖北 武漢 430079）

肥胖被視為21 世紀全球公共性疾病，截至2014 年，我國肥胖和嚴重肥胖總人口達到1 億人次［1］，肥胖率約為7.2%。肥胖機體所伴隨長期的高血糖、 高血脂會導致胰島素傳導代謝途徑出現障礙，最終誘發胰島素抵抗。 目前，限制熱量攝入、增加運動消耗、調整飲食已是減肥常用手段，但肥胖患者經過6個月的飲食運動方案干預后出現平臺期，體重不再下降甚至出現反彈［2］；此外，肥胖患者運動減肥中，因功能性下降、額外體重而提高下肢關節損傷風險［3］。

各國學者對高山/高原、人工低氧研究發現：1）高原活動時，受試者出現體重減輕、體脂率下降現象［4-6］；2）在低氧暴露初期，受試者饑餓感下降、食欲減退，食物偏好改變［7］，低氧刺激顯著地增加瘦素濃度，抑制食欲、減少熱量攝入，從而降低體重［8-9］；3）動物實驗發現低氧環境下暴露或運動更能緩解胰島素抵抗［10-11］。 以上研究提示低氧暴露、低氧環境下運動對肥胖者身體成分以及胰島素抵抗改善效果更佳，并提高健康水平。 此外，常氧環境下中等強度運動也能夠改善肥胖者的體重、體脂率等指標，因此提出問題：運動結合低氧是否比常氧環境下運動更能改善肥胖者健康水平。 近年來，國內外學者針對低氧運動與肥胖進行了較多的人體實驗研究，但對肥胖成人身體成分和胰島素抵抗影響未達成共識。 本研究通過Meta分析，定量評價低氧運動對肥胖者的身體成分和胰島素抵抗干預效果，為運動促進機體健康提供新思路。

1 研究方法

1.1 文獻檢索

檢索中國知網、萬方、維普、PubMed、Web of Science、Cochran Library、EmBase 中英文數據庫，從1990-01-01 到2022-04-06所有相關文獻。使用MeSH 主題詞+自由詞進行檢索，中文檢索關鍵詞為“肥胖”“低氧運動”“高原訓練”等。英文檢索關鍵詞為“obesity”“hypoxic training”“altitude training”等。

1.2 文獻納入與排除

按照PICOS 原則制定納入和排除標準。納入標準：1）研究對象：18 歲以上肥胖人群，且無心血管、糖尿病等慢性疾病的人群；受試者均生活在平原地區，無高原或低氧訓練經歷。 2）研究類型：語言為中英文的隨機對照試驗。 3）干預措施為低氧/高原環境下運動，對照措施為平原/常氧環境下運動。 4）結局指標：體重、體脂率；胰島素抵抗指數（HOMA-IR）、糖化血紅蛋白（HbA1c）、空腹胰島素（Fasting Insulin，FINS）、空腹血糖（Fasting Blood Glucose，FBG）。 排除標準：1）病例報告、會議摘要、系統評價類研究；2）同一數據重復公開發表的研究；3）實驗數據缺失或未采用均值、標準差呈現的研究。

1.3 文獻數據提取與質量評估

根據納入與排除標準對所有文獻進行單獨篩選，提取和錄入符合標準的文獻。 包括：一般資料（作者、發表時間）、基線資料（年齡、樣本數量）、運動方案（時間、頻率、周期）、身體成分（體重、體脂率）和胰島素抵抗指數（空腹血糖、空腹胰島素）等相關數據。 通過空腹血糖和空腹胰島素計算胰島素抵抗指數：

研究人員采用Cochrane 偏倚風險評估量表對納入文獻進行評價，包括：隨機分配方法、分配方案隱藏、受試者和參與者盲法、結果評估盲法、結果數據的完整性、選擇性報告研究結果、其他偏倚來源7 個條目，每個條目采用低風險、不清楚、高風險進行評價。

1.4 統計學分析

采用Stata14.0 和Revman5.4 軟件進行數據分析。

異質性檢驗：納入研究進行I2和Q 檢驗，若各研究間無異質性（I2≤50%且p≥0.1），采用固定效應模型合并分析；若各研究間存在異質性（I2>50%或p<0.1），采用敏感性分析探討異質性來源。

敏感性分析：Stata14.0 敏感性分析模塊對文獻間異質性進行查找，剔除某文獻后重新合并剩余文獻，若I2≤50%且p≥0.1，采用固定效應模型；若依然存在I2＞50%或p＜0.1，采用隨機效應模型合并效應量。

發表偏倚檢驗：采用漏斗圖、Egger 線性回歸法、Begg 秩相關法進行發表偏倚檢驗。 若漏斗圖對稱，Egger 檢驗p>|t|值大于0.05，Begg 檢驗中Z<1.96 且Pr>|z|大于0.05，提示無發表偏倚［12］。 反之，納入文獻之間存在發表偏倚，需要通過剪補法消除發表偏倚。

效應量描述：采用均值差（WMD）描述效應量，并以95%置信區間表示，p<0.05 表示有統計學意義。另外，依據不同效應尺度衡量各指標的改善效果［13］：0.2≤WMD<0.5 為小效應，0.5≤WMD<0.8 為中等效應，WMD≥0.8 為大效應。

2 研究結果

2.1 文獻檢索結果

通過檢索得到文獻2 190 篇。 第一步，查找重復文獻并剔除，得到1 770 篇文獻；第二步，閱讀題目和摘要，初篩得到潛在文獻54 篇；第三步，下載全文并閱讀，最終納入文獻24 篇。文獻篩選流程見（圖1）。

圖1 本研究文獻納入的過程示意圖

圖2 本研究文獻方法學質量評估示意圖

本Meta 分析納入文獻數量N1=24，樣本量N2=548，年齡范圍18～70 歲。首先，運動干預類型主要為：1）跑步、徒步等中低強度有氧運動；2）深蹲、硬拉等抗阻運動。 其次，海拔高度僅有1 篇文獻［14］模擬高海拔3 700 m，其余均為海拔高度1 700～3 500 m。 最后，海拔高度、干預周期與運動時間存在較大差異，干預周期主要集中在2～32 周，運動頻率每周2～6 天。納入研究文獻基本特征見表1。

2.2 文獻質量評估

21 篇文獻采用隨機分配方法，其中張念坤［20］、Jung 等［26］、Klug 等［27］、Mai 等［30］、Park 等［35］描述了隨機分配方法和分配方案隱藏。 在參與者設盲、分析者設盲、結果數據的完整性這3個條目中，高偏倚風險達到50%。 低氧實驗具有一定風險，研究人員會事先告知受試者情況，簽署知情同意書，難以完全盲法，僅有9 篇文獻對受試者和參與者進行了盲法。 在結果數據的完整性評估中，高偏倚風險達到50%，11 篇文獻保證了結果數據的完整性。 所有文獻無選擇性報告研究結果和其他偏倚來源。

2.3 Meta 分析結果

2.3.1 異質性檢驗

異質性檢驗結果：體重、體脂率、空腹血糖、HbA1c 納入的文獻不存在異質性，I2≤50%且p≥0.1，采用固定效應模型合并效應量。 空腹胰島素（I2=43%，p=0.09）、HOMA-IR（I2=98%，p<0.000 01）納入的文獻之間存在異質性，需要消除異質性再采用固定效應模型合并效應量，否則采用隨機效應模型。

2.3.2 敏感性分析

敏感性分析結果：Morishima 等［32］對空腹胰島素納入文獻之間的異質性影響最大，剔除后剩余文獻不存在異質性 （I2=0%且p=0.68），采用固定效應模型。 HOMA-IR 納入文獻之間的異質性無法消除，故采用隨機效應模型合并效應量。

2.3.3 效應量合并

體重共納入20 項獨立研究，419 例實驗對象；體脂率共納入17 項獨立研究，348 例實驗對象。結果顯示，體重、體脂率的合并效應量為WMD=-1.60、WMD=-1.21，達到大效應量且具有統計學意義，p<0.05。 提示與常氧環境下運動相比，低氧環境下運動減輕體重、降低體脂率具有明顯優勢。 見圖3（A/B）。

圖3 低氧運動對肥胖者體重（A）、體脂率（B）干預效果的森林圖

胰島素抵抗納入9 項獨立研究，206 例實驗對象。HOMAIR 合并效應量WMD=-0.22，達到小效應量，提示低氧環境下運動改善HOMA-IR 有優勢。 見圖4（A）。

圖4 低氧運動對肥胖者HOMA-IR（A）、FINS（B）、FBG（C）、HbA1c（D）的干預效果森林圖

空腹胰島素共納入7 項獨立研究，167 例實驗對象。 空腹胰島素合并效應量WMD=-0.24，達到小效應量，提示與常氧環境下運動相比，低氧環境下運動改善空腹胰島素具有優勢。見圖4（B）。

空腹血糖共納入10 項獨立研究，214 例實驗對象；HbA1c 共納入3 項獨立研究，73 例實驗對象。 空腹血糖合并效應量WMD=-0.03，未達到小效應量；HbA1c 合并效應量WMD=-0.27，達到小效應量。提示低氧環境下運動改善空腹血糖水平沒有優勢，對HbA1c 具有優勢，見圖4（C/D）。

2.3.4 發表偏倚檢驗

體重、體脂率、空腹血糖納入研究數量達到10 個及以上，進行發表偏倚檢驗。 體重、空腹血糖的漏斗圖對稱，見圖5（A、C）；Egger 檢驗p>|t|值大于0.05，Begg 檢驗中Z<1.96 且Pr>|z|大于0.05，提示體重、FBG 納入的文獻之間無發表偏倚。 圖5（B）顯示體脂率的漏斗圖略微不對稱，Egger 偏倚檢驗中Pr>|t|=0.021 小于0.05，提示體脂率納入的研究存在一定發表偏倚。剪補法對漏斗圖進行處理，分析得出體脂率指標需要納入與楊賢罡等［19］、Gatterer 等［23］、Jung 等［26］、Klug 等［27］、Kong 等［29］、Morishima 等［32］研究結果類似的6 篇文獻，這樣可以保證圖5（B）漏斗圖對稱，消除體脂率指標文獻之間的發表偏倚。

圖5 發表偏倚評估漏斗圖

2.3.5 調節變量分析

海拔高度、干預周期、運動時間直接影響低氧環境下減體重、降體脂效果。 Britto 等［38］發現長周期、低頻率的低氧運動干預，體重每周下降0.33%，脂肪重量每周下降0.72%；短周期、高頻率的低氧運動干預中，體重每周下降0.53%，脂肪重量每周下降1.06%。 本研究將海拔高度、干預周期、鍛煉時間作為體重和體脂率的調節變量：根據不同海拔高度［39］，將海拔高度劃分1 500～3 500 m、＞3 500 m； 同時，根據世界衛生組織（World Health Organization，WHO）關于身體活動水平等級，將運動時間分為<300 h/周、≥300 h/周；干預周期分為<4 周、≥4周。 見圖6（A、B）。

圖6 可調節變量與體重（A）、體脂率（B）之間的變化差異圖

調節變量—海拔高度分析結果：海拔高度1 500～3 500 m時，降體重效果最大，低氧組的體重明顯低于常氧組（WMD=-1.60，p<0.05；N1=20，N2=415）。海拔高度1 500～3 500 m 時，減體脂效果最明顯，低氧組的體脂率顯著低于常氧組（WMD=-1.21，p<0.01；N1=16，N2=325）；海拔高度大于3 500 m，僅納入1 篇文獻［14］，低氧組的體脂率與常氧組相比，差異無統計學意義。

調節變量—干預周期分析結果：干預周期≥4 周時，降體重效果最大，低氧組的體重明顯低于常氧組（WMD=-1.90，p<0.05；N1=17，N2=354）； 其次是干預周期＜4 周 （WMD=0.34，p>0.05；N1=3，N2=63）。 干預周期≥4 周時，減體脂率效果最明顯，低氧組的體脂率顯著低于常氧組 （WMD=-1.31，p<0.01；N1=15，N2=314）；干預周期<4 周，低氧組的體脂率與常氧組相比，差異無統計學意義（WMD=0.04，p=0.98；N1=2，N2=34）。

調節變量—運動時間結果顯示：鍛煉時間≥300h/周，降體重效果最明顯，低氧組的體重顯著低于常氧組（WMD=-1.92，p<0.05；N1=8，N2=173）；其次是鍛煉時間＜300 h/周，低氧組的體重與常氧組相比，差異無統計學意義（WMD=-0.63，p>0.05；N1=12，N2=244）。 鍛煉時間≥300 h/周，減體脂效果最明顯，低氧組的體脂率顯著低于常氧組（WMD=-1.41，p<0.01；N1=10，N2=199）；其次是鍛煉時間＜300 h/周，低氧組的體脂率與常氧組相比，差異無統計學意義（WMD=0.03，p>0.05；N1=7，N2=149）。

3 討論

3.1 低氧運動對肥胖者身體成分的影響效果分析

本meta 分析結果顯示：相對于常氧環境，低氧環境下運動降低肥胖者的體重、體脂率具有明顯優勢，這種優勢具有統計學意義。 從運動類型來看，李文靜［17］、Park 等［35］發現相比于常氧運動，低氧環境下抗阻運動對降體重、減體脂具有優勢；由于缺乏運動強度刺激，低氧環境下普拉提降體重、減體脂效果并不理想［26］；僅有Kong 等［29］比較常氧和低氧環境下高強度間歇訓練對體重、體脂率的影響，運動前后均無改善效果，未來需要關注低氧環境下高強度間歇訓練的減肥效果。 從海拔高度、運動時間和干預周期來看，納入的24 篇文獻存在差異。 基于其差異性，探索可調節的變量，結果顯示海拔高度、低氧暴露時長直接影響肥胖者的減肥效果。 當海拔高度處于1 500～3 500 m、運動時間≥300 h/周、干預周期≥4 周，對改善肥胖者的體重、體脂率綜合效益最好。 Gutwenger 等［24］將肥胖者進行每周720 h 的中等強度有氧練習，僅持續2 周，結果顯示，低氧組較常氧組的降體重（-0.7% vs 0.8%）、減體脂（-1.6%vs -3.4%）效果并不明顯。 同時，Gatterer 等［23］對肥胖者進行為期32 周中等強度的騎車、跑步練習，每周僅運動180 h，在第5 周時，低氧組與常氧組的體成分變化幅度最低，體重（-1.7%vs -0.8%）、體脂率（1.3% vs -0.9%）；在第12 周時，低氧組與常氧組的體成分變化差異不明顯，體重（-3.6% vs -2.7%）、體脂率（-0.4% vs 1.9%）。 由此可見，低氧環境下暴露時長、干預周期需要達到最低限度，即300 h/周、4 周，才能顯著改善肥胖者的體重和體脂率。

早期研究報道長跑運動員、軍人、登山者等人群在高原上訓練、滯留5～14 天，體重得到不同幅度下降［4，40-42］；肥胖人群通過人工低氧干預，體重下降同時體脂率也隨之下降［43-44］。 低氧環境下，能量攝入減少是降體重、減體脂的主要決定因素。眾多研究已經證實低氧會抑制食欲和能量攝入。Armellini 等［45］對12 名健康志愿者進行16 天高山徒步攀登，不限制飲食，結果發現能量攝入減少30%，體重顯著下降；Matu 等［46］同樣對12名健康志愿者進行14 天喜馬拉雅山徒步旅行，期間自由飲食，相對于平原階段，能量攝入在3 619 m 和5 140 m 處顯著降低；上述2 項研究均為高海拔地區進行體力活動，能量攝入降低。Wasse 等［47］也發現，低氧會抑制食欲，受試者能量攝入更低。也有研究報道低氧環境下，體重下降與瘦素高表達有關［48］，瘦素水平高表達由缺氧誘導因子觸發，在高海拔地區引發食欲下降、減少食物攝入［49］。 從以上研究結果來看，高原低氧環境或人工模擬低氧環境會導致食物攝入量減少，加劇能量負平衡。除能量攝入減少外，基礎代謝提高可能是降體重、減體脂的重要因素。 Nair 等［50］以20 名男性為觀察對象，在海拔3 358 m高原暴露5 周，基礎代謝顯著提高。 在另一項研究［51］中，7 名健康男性在海拔4 300 m 高原暴露2 天，基礎代謝比平原增加27%，適應3 周后，基礎代謝仍上升17%；其他研究［52-53］也發現了類似結果。 因此，對于肥胖人群減體重、降體脂而言，自然高原環境或人工模擬低氧環境下運動是一種有效干預手段，與本研究報道一致。

3.2 低氧運動對肥胖者糖代謝的影響效果分析

血糖是衡量胰島素敏感性常用指標，不管是消極低氧暴露還是積極低氧暴露，都會增加血糖消耗，提高機體耐糖能力［6，54］。 本Meta 分析顯示：相比于常氧運動，低氧運動改善肥胖者的血糖水平無明顯優勢。Boyer 等［55］發現受試者上升到極高海拔5 400 m，丟失體重中脂肪占比由70.5%下降到27.2%，隨著低氧暴露時長和海拔高度加深，葡萄糖供能比例增加，脂肪比例減少，增加對葡萄糖消耗，引起空腹血糖下降。 Brooks等［56］也發現，當海拔上升到4 300 m 時，血糖代謝依賴增加。而在本研究中，9 篇文獻模擬中等海拔高度，1 篇模擬高海拔（3 700 m），絕大多數受試者未經歷高海拔低氧暴露，故空腹血糖水平無改善效果。就獨立研究來看，Jung 等［26］使用普拉提干預肥胖者，低氧組血糖水平下降1.36%，常氧組血糖水平上升9.0%，p>0.05；Camacho-Cardenosa 等［22］對肥胖人群進行沖刺訓練干預，低氧組和常氧組的空腹血糖水平得到一定程度下降，運動前后無統計學意義；剩余8 項研究均采用中等強度有氧運動，空腹血糖的改善水平無明顯差異。

HbA1c 可反映測試前一段時間內血糖濃度總體水平，且在一段時間內變化不大，作為血糖監控的“黃金標準”。本Mate研究顯示： 相比于常氧運動，低氧運動改善肥胖者的HbA1c水平具有優勢，WMD=-0.27，達到小效應量。納入3 篇文獻中，僅有王寧琦等［18］顯示低氧組與常氧組的HbA1c 顯著下降，但2 個組差異無統計學意義。未來仍需要納入更多文獻探究比較低氧運動對HbA1c 的影響。

3.3 低氧運動對肥胖者胰島素抵抗的影響效果分析

肥胖機體長期伴隨的高血糖、 高血脂會導致胰島素傳導代謝途徑出現障礙，誘發胰島素抵抗［57］，一旦出現胰島素抵抗，糖、脂代謝均受到影響，誘發肥胖疾病。 本Meta 分析顯示：相對于常氧運動，低氧運動緩解肥胖者的胰島素抵抗具有優勢，對改善空腹胰島素水平也具有優勢。動物模型顯示，單純運動可以增強胰島素敏感性，減輕胰島素抵抗［58-59］。 另外，人體研究顯示，超重者和肥胖者進行長期運動干預后，胰島素抵抗得到明顯改善［60-61］。 究其原因與骨骼肌糖原合成、胰島素信號傳導通路等有關：體內約80%葡萄糖被骨骼肌攝取和代謝［62］，運動后骨骼肌糖原合成酶活性和葡萄糖轉運效率高［63］，血糖濃度下降，骨骼肌胰島素抵抗狀態得到減輕［64］；同時，運動可以活化胰島素信號通路，激活P13K/PKB 通路來促進GLUT4 易位和GSK-3 的去磷酸化，以此促進葡萄糖攝入和糖原合成，改善胰島素抵抗。 Kump 等［65］對大鼠進行3 周運動干預，大鼠骨骼肌PKB 磷酸化水平明顯高于對照組；Bernard 等［66］也發現大鼠經過12 周運動干預后，其骨骼肌中P13K 的活性顯著升高。 故運動可以明顯改善胰島素抵抗，運動結合低氧時改善效果會更加明顯［67］。 李靖等［68］報道肥胖青少年在低氧環境下訓練4～6 周后，體內胰島素抵抗顯著降低。 在本研究9 篇文獻中，Chacaroun 等［14］、王寧琦等［18］和Mai 等［30］、Shin 等［36］、Wiesner 等［37］研究顯示低氧環境下有氧運動，胰島素抵抗的改善水平具有顯著優勢；而低氧環境下快走、高原徒步對胰島素抵抗的改善效果并未體現［24，31］，與其他實驗設計相比，快走、徒步似乎缺少一定運動強度刺激，干預周期過短（2～3 周）也無法產生明顯的改善效果。 因此，基于當前納入的9 篇文獻，本研究發現相對于常氧環境，低氧環境下運動改善胰島素抵抗具有優勢。 但是，未來需要納入更多研究進行驗證。

4 結論與展望

低氧運動可以改善肥胖者的身體成分。 在1 800～3 500 m海拔高度的低氧環境中進行鍛煉，達到4 周，每周至少300 h對改善肥胖者身體成分的效果顯著。

基于當前證據，本研究初步證實了低氧運動緩解肥胖者胰島素抵抗、空腹胰島素以及HbA1c 具有優勢，但受到原始文獻數量限制，該結果仍需要納入更多的隨機對照試驗進行驗證，增強研究結果的穩健性。