高强度间歇运动与中等强度持续运动对训练初期心肌肌钙蛋白T水平的影响

摘要

本文介绍了高强度间歇运动和中等强度持续运动的实验方案，用于观察循环中心肌肌钙蛋白T（cTnT）浓度在10天内对急性运动的反应。该信息可有助于临床对运动后cTnT升高的解读，并为运动处方的制定提供指导。

摘要

已有研究报道，中等强度持续运动（MCE）后，心肌肌钙蛋白T（cTnT）——一种心肌细胞损伤的高度特异性生物标志物——水平升高。运动诱发的cTnT升高会干扰cTnT检测在临床诊断中的作用。尽管高强度间歇运动（HIE）日益流行，但人们对其安全性的担忧仍然存在，而目前关于HIE后cTnT释放的数据仍十分有限，这限制了HIE作为健康干预手段的应用。本文介绍了三种典型的HIE方案：传统高强度间歇运动（重复进行4分钟、90% V̇O_2max强度的骑行，中间穿插3分钟休息，每次训练总能量消耗为200 kJ）；冲刺间歇运动（SIE，重复进行1分钟、120% V̇O_2max强度的骑行，中间穿插1.5分钟休息，每次训练总能量消耗为200 kJ）；以及重复冲刺运动（RSE，40次6秒全力冲刺，每次间歇9秒）；以及一种典型的MCE方案（以60% V̇O_2max强度持续骑行，每次训练总能量消耗为200 kJ）。47名久坐、超重的年轻女性被随机分配至四组之一（HIE组、SIE组、RSE组和MCE组）。每组完成六次相应运动，每次运动间隔48小时。同时，四组的整个测试周期持续时间相同，均为10天。在首次和最后一次运动前后，均对cTnT水平进行了评估。本研究提供了一个参考框架，清晰地展示了特定运动训练在训练初期对循环cTnT浓度的影响。这些信息有助于临床医生解读运动后cTnT升高的意义，并为运动处方的制定提供指导，尤其是针对高强度间歇运动（HIE）。

引言

规律运动对心脏的益处已有充分记录¹。然而，在剧烈运动期间，急性心肌梗死（AMI）等心脏事件的风险会暂时升高^2,3。平时体力活动水平较低的个体，其发生AMI的风险更高^2,3。心肌肌钙蛋白T（cTnT）是诊断AMI的生化金标准⁴。然而，越来越多的证据表明，持续长时间运动后cTnT水平会升高，这无疑会影响cTnT检测在临床诊断中的作用⁵。

在高强度间歇性运动（HIE）中，相对高强度的运动反复进行，并穿插短暂休息，这是心脏康复、健康与健身等多个领域中日益流行的典型特征^6,7。HIE受到广泛关注，部分原因在于其训练能够引发有益的生理适应，其效果与传统中等强度持续运动（MCE）训练相当甚至更优，同时总运动量和所需时间更少⁶。然而，由于HIE对心脏负荷较高，人们对其安全性存在担忧⁸。迄今为止，关于HIE引起心肌肌钙蛋白T（cTnT）释放的数据仍然有限。此外，尚无先前的综合性研究探讨不同形式的HIE以及传统MCE对运动过程中cTnT出现的影响。因此，在HIE与MCE之间总机械功相等的情况下，不同运动模式是否会导致cTnT浓度的差异，以及cTnT升高值的范围如何，目前尚不明确。鉴于较高强度的运动可能增加心脏事件的风险^2,3，建立具有已知cTnT反应范围的代表性HIE和MCE方案具有重要意义。对运动相关cTnT升高的评估可能有助于临床决策，并协助临床生理学家制定更有效且安全的运动处方。

因此，我们制定了三种典型HIE类型和一种典型MCE类型的实验方案，以在观察cTnT反应的同时收集生理学数据。鉴于缺乏规律运动的人群发生急性心脏事件的风险更高^2,3，且运动引起的cTnT总体释放量会随着规律训练而减少⁹，本研究招募了久坐不动的超重女性，并让她们完成为期10天的训练计划。这为在训练早期阶段开展研究并针对一个研究尚不充分的人群提供了可能。

方案

该方案（编号 31771319）经河北师范大学伦理审查委员会批准，并符合《赫尔辛基宣言》的规定。所有参与者在参加所述测试前均签署了书面知情同意书。

1. 实验参与者的筛选与准备

1. 招募时，确保受试者满足以下纳入标准：年龄在18至25岁之间，体重指数（BMI）不低于23 kg/m²（此为亚洲成年人超重的临界值¹⁰），近三个月内体重稳定（±2 kg），无运动训练或规律性体力活动，无内分泌、骨科或心血管疾病、糖尿病、高脂血症、高血压或多囊卵巢综合征病史，且目前未使用任何处方药物（包括避孕药），无吸烟史。
2. 将47名符合条件的受试者随机分配至以下四组之一：传统高强度间歇运动组（HIE，n = 12）、冲刺间歇运动组（SIE，n = 11）、重复冲刺运动组（RSE，n = 12）或中等强度连续运动组（MCE，n = 12）。
3. 调整并记录功率自行车上的合适座椅高度，使受试者在踏板完全下压时膝关节呈轻微弯曲状态（约10°）。
4. 指导受试者完成两次初始运动训练（如步骤3所述），以熟悉相应的骑行运动类型（HIE、SIE、RSE或MCE）。

2. 实验步骤

1. 首先，指导每位受试者在运动负荷测试用功率自行车上进行持续递增负荷试验，以评估最大氧摄取量（V̇O_2max).
   1. 在25 W下热身5分钟。随后开始测试，从50 W起始，以每级20 W递增、每级持续2分钟的连续递增负荷（踏板频率保持60 rpm），直至受试者主观力竭。
   2. 使用逐呼吸代谢分析仪测量运动过程中的氧气消耗量。
   3. 计算 V̇O_2max 基于最高30秒平均值，计算能够引发60%、90%和120% V的功率输出。̇O_2max 在MCE、HIE和SIE组中，分别通过绘制稳态V的线性回归方程计算̇氧气与功率输出¹¹.
2. 在干预前评估至少5天后，指导HIE、SIE、RSE和MCE组开始各自的训练。
   注意： 每天在相同时间开始所有运动测试（例如上午11:00）。同时，确保测试在温度和湿度受控的实验室环境中进行（20 °C 以及50%的相对湿度）。要求所有参与者在整个实验期间保持其日常活动和饮食习惯不变。
   1. 指导受试者在实验前48小时内避免进行任何剧烈运动。在常规热身后，指导HIE组、SIE组、RSE组和MCE组按照既定安排在功率自行车上进行各自的运动干预。运动方案的具体实施步骤详见第3步。
   2. 在10天内为所有四组完成6次锻炼课程。选择第1次^st （第1次）和6^th （第6次）运动训练课程，以观察心肌肌钙蛋白T（cTnT）对急性运动的反应图1).

图1：研究流程示意图。 HIE = 高强度间歇运动；SIE = 冲刺间歇运动；RSE = 重复冲刺运动；MCE = 中等强度持续运动。 请点击此处查看此图的放大版本。

4. 通过便携式心电图（ECG）监测仪在运动期间连续记录心电图（ECG）。
5. 在运动前及运动后即刻、以及选定运动试验后 3 小时和 4 小时采集静脉血样，用于评估血清 cTnT 水平。受试者取坐位，每次采样从肘前静脉采集 5 mL 静脉血。
   注意： 运动后采血时间点依据我们先前的研究设定，该研究在基于实验室的实验中表明，血中 cTnT 浓度在急性运动后 3 或 4 小时达到峰值¹²。
6. 为分离血清，将血液在室温下静置使其凝固。以 3,500 ×g 离心 20 分钟。
7. 吸取血清，并于 -80 °C 保存，用于后续 cTnT 分析。
8. 使用分析仪通过基于电化学发光技术的高敏免疫分析法对 cTnT 进行定量检测。取 1 mL 血清加入专用 cTnT 检测管中，随后将试管插入分析仪并按下启动按钮。
   注意： 人源 cTnT 蛋白本身由 288 个氨基酸组成。本检测使用两种单克隆抗体，特异性靶向人心肌肌钙蛋白 T。这些抗体识别肌钙蛋白 T 蛋白的中央区域⁴，特异性结合位于氨基酸位点 125-131 和 136-147 的两个表位。

3. 运动方案

1. 在每次锻炼训练中，指导4组受试者遵循以下步骤。
   1. 以心率最大值（HR_max，即个体在锻炼期间达到的最大心率百分比）的50-60%完成相同的10分钟热身，并以20 W的负荷进行5分钟的冷身。
   2. 热身结束后，进行2分钟的恢复期，期间受试者保持静坐于功率自行车上，不进行任何运动。
   3. 指导受试者在每次运动阶段开始时尽快加速，以达到预定强度。在此期间，研究人员在连接的PC计算机上设置相应的运动方案，随后开始倒数，“5-4-3-2-1-开始！”在“开始！”指令下达时，受试者立即开始运动并启动计算机化系统。
      注意：对于MCE、HIE和SIE，需分别加速至计划强度（见步骤2.1.3），即V̇O_2max的60%、90%和120%。对于RSE，则需加速至“全力冲刺”状态（见步骤3.4）。功率自行车与装有专用软件的PC计算机相连。
   4. 指导受试者在骑行过程中保持坐姿，并使用脚踏夹固定双脚；同时通过口头鼓励，促使受试者在整个训练过程中尽最大努力维持目标强度。
2. HIE方案：在运动负荷测试用功率自行车上，以V̇O_2max的90%强度进行4分钟一轮的重复性运动，每轮之间进行3分钟的被动恢复（完全休息），直至累计完成200 kJ的机械功。
3. SIE方案：在运动负荷测试用功率自行车上，以V̇O_2max的120%强度进行1分钟一轮的重复性运动，每轮之间进行1.5分钟的被动恢复，直至累计完成200 kJ的机械功。
4. RSE方案：在Wingate测试用功率自行车上，以1.0 kg的阻力进行6秒“全力冲刺”运动，随后插入9秒的被动恢复期，重复此过程直至完成40次冲刺，并记录总机械功。
5. MCE方案：以V̇O_2max的60%强度进行持续性骑行运动，直至累计完成200 kJ的机械功。

4. 统计分析

1. 使用统计软件包进行数据分析。采用 Kolmogorov–Smirnov 检验评估数据的正态性¹²。以 P < 0.05 作为判断统计学显著性的标准。
2. 采用重复测量双因素方差分析（two-way ANOVA），比较四组（HIE、SIE、RSE 和 MCE）在两次观察的运动阶段（1ST 和 6TH）中 HR_mean（运动期间平均心率）和 %HR_max 的差异。当主效应显著时，采用 Newman–Keuls 事后检验进行多重比较。
3. 由于 cTnT 数据呈偏态分布，采用非参数的 Wilcoxon 符号秩检验比较不同时间点（运动前与运动后峰值）以及两次观察的运动阶段（1ST 和 6TH）之间的 cTnT 水平。此外，采用 Kruskal-Wallis 检验评估四组（HIE、SIE、RSE 和 MCE）间 cTnT 水平差异的统计学显著性，并在适当情况下使用 Mann-Whitney U 检验进行两两比较。

结果

所有参与者（n = 47）均完成了研究，四组在测试期间均未发现不良心脏事件（例如胸痛及心电图上的心肌缺血征象）。如预期所示，四个组在第1次评估时的急性运动心率（HR）数据，包括HR_mean和%HR_max，与第6次评估时的数据相似（所有P > 0.05）。此外，RSE组和MCE组的HR数据分别为四组中最高和最低，而HIE组与SIE组之间的HR数据则相似（表1）。

功率exe

时间exe

做功exe

心...

讨论

高强度间歇运动（HIE）包含反复进行的短时间至较长时间、强度相对较高的运动，其间穿插恢复期。根据常见的分类体系，HIE可进一步分为传统HIE（“接近最大”强度）和SIE（“超最大”强度）⁶。此外，RSE是SIE的一种特别强烈的形式，其运动为“全力冲刺”模式，但持续时间仅为3至7秒⁶。据我们所知，本研究是首个系统性地设计三种典型HIE模式及一种典型MCE模式的综合研究，旨在收集生理数据的同时观察心肌肌钙蛋白T（cTnT）的反应。当前的实验方案尤其值得关注，特别是在研究设计方面，选择了特定的观察窗口（即运动训练的早期阶段）。为此，为了获得清晰的训练背景并避免先前训练经历带来的影响，本研究选用了此前久坐不动的受试者。此外，在所有四个组别中，第一次评估（1ST）时运动后的cTnT水平与第六次评估（6TH）时相似（图2）。本研究结果反映了此前久坐不动的个体在刚开始运动训练阶段时运动诱发的cTnT变化概况；正如我们近期的研究¹⁵所示，随着心肺适能的改善，当以相同的绝对强度进...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Cobas E 601 分析仪	Roche Diagnostics, Penzberg, Germany		用于测定循环心脏肌钙蛋白 T 浓度
Monark 839E 运动负荷测试功率车	Monark Exercise AB, Vansbro, Sweden		用于所有运动实验方案，重复冲刺运动除外
Monark 894E Wingate 测试功率车	Monark Exercise AB, Vansbro, Sweden		仅用于重复冲刺运动实验方案
Quark-PFT-ergo 代谢分析仪	Cosmed, Rome, Italy	C09072-02-99
SPSS Statistics 20.0 软件包	IBM Corp., Armonk, USA
Zephyr BioHarness 3.0	Zephyr Technology, Auckland, New Zealand	9800.0189/9600.0190	心电图监测仪