研究力量训练对肥胖成人胰岛素敏感性急性影响的随机对照试验

摘要

本研究描述了一项随机对照试验方案，旨在评估力量运动量对肥胖个体胰岛素敏感性的急性影响。

摘要

一次急性力量训练（SE）可使胰岛素敏感性（IS）在数小时内得到改善；然而，SE训练量（即每项动作的组数）的影响尚未得到充分研究。尽管直观上认为，相比完全不运动，进行一些力量训练更有益，而更多训练量又优于较少训练量，但高训练量的运动方案对于某些疾病人群而言可能难以完成，尤其是肥胖成年人，对他们来说，即使是快走也可能具有挑战性。本方案详细描述了一项随机临床试验，旨在评估急性力量训练对肥胖成年人胰岛素敏感性的影响。纳入标准包括：体重指数 >30 kg/m²，中心性肥胖（女性腰围 >88 cm，男性 >102 cm），以及年龄 >40岁。受试者将首先熟悉力量训练内容（共7个针对主要肌群的动作），随后以随机顺序完成三次实验环节：环节1——高训练量环节（每个动作3组）；环节2——低训练量环节（每个动作1组）；环节3——对照环节（不进行运动）。在每次实验环节的前一天及当天，受试者的饮食将被严格控制。实验环节均在晚间完成，次日上午进行口服葡萄糖耐量试验，并据此计算出多个胰岛素敏感性指标，如葡萄糖和胰岛素曲线下面积（AUC）、Matsuda指数、Cederholm指数、肌肉胰岛素敏感性指数以及Gutt指数。根据前期预试验结果，我们预计与对照环节相比，高训练量环节可使胰岛素敏感性（以胰岛素AUC、Matsuda指数和Cederholm指数衡量）提高约15%，低训练量环节则提高约8%。本研究将有助于那些发现高训练量力量训练难以完成但仍希望通过投入1/3的时间和努力来改善胰岛素敏感性的人群。

引言

尽管力量训练对胰岛素敏感性的慢性影响已被多次证实^1,2,3，但单次急性力量运动也可使胰岛素作用改善长达48小时⁴。该效应已在健康人群^5,6,7,8、肥胖个体⁹、老年人¹⁰、胰岛素抵抗个体⁴以及2型糖尿病患者中得到证实¹¹。然而也有研究未报告出积极效果^{12,13,14,15,16,17}，目前尚不清楚这些差异产生的原因。

在最近的一项叙述性综述中¹⁸，有观点认为力量训练的训练量（即每项运动的组数）对于改善胰岛素敏感性至关重要。例如，最近一项系统性综述和荟萃分析表明，每 session 包含21组或更多组的训练方案，在改善胰岛素作用方面优于少于21组的训练方案¹⁹。然而，目前仅有有限的文献证据直接支持这一观点。例如，已有研究显示，较大量的力量训练（30组）在改善葡萄糖代谢方面优于较小训练量（10组）²⁰。但需要注意的是，该研究采用的是循环式力量训练模式，这限制了其结果与传统力量训练之间的比较。在另一项研究中，与8组训练方案相比，32组的力量训练方案在干预后表现出更好的胰岛素敏感性²¹。然而，该研究未报告每组训练后的用力程度，而高训练量方案后的主观用力程度可能更高。这一点非常重要，因为训练时的用力程度（或向心肌力衰竭的接近程度，定义为因某次重复动作的向心阶段无法继续而终止训练）也被认为是改善胰岛素和葡萄糖代谢的重要变量之一¹⁸。因此，目前关于该主题的研究数量有限，且存在方法学上的局限性，尚不足以得出有关力量训练量对胰岛素敏感性影响的明确结论。

讨论力量训练量时另一个有趣的观点是，训练量本质上与时间投入密切相关。较低的训练量意味着在健身房花费的时间更少。在影响人们坚持锻炼计划的诸多因素中，缺乏时间位居首位²²。因此，一种能够有效改善胰岛素敏感性的低训练量力量训练方案所需的时间投入更少²³，可能有助于提高长期依从性。此外，主观感受，如自我效能感（个体对自己完成某项任务能力的自我认知）以及愉悦感和趣味性（ enjoyment），也与锻炼依从性相关^24,25,26。可以合理推测，当人们通过低训练量的力量训练实现健康改善时，他们可能会感到更有信心，并更享受锻炼过程。

为弥补上述文献中的研究空白，我们描述了一项随机、对照、交叉临床试验的方案，主要目的是评估力量运动量对肥胖个体胰岛素敏感性的影响。次要目的是评估力量运动量对主观感受（自我效能感、情感状态和愉悦感）的影响。

本方案描述了一项随机、对照、三阶段交叉临床试验。方案的时间顺序包括：参与前的健康史和人体测量评估（体重、身高、腰围和身体成分）；与团队注册营养师的面谈；力量训练及主观感受问卷的适应期；各项力量训练的评估；试验顺序的随机分配；进行3次试验（每次间隔7-28天），每次试验后立即完成主观感受问卷；次日上午进行口服葡萄糖耐量试验（OGTT）；以及数据分析。图1展示了试验方案设计。

图1：研究设计。 本研究所采用的试验方法流程图。1：肥胖（体重指数 [BMI] >30 kg/m²；腰围 >102/88 cm）受试者；2：人体测量评估与适应性训练；随机分配至：3：高强度力量训练（21组）、4：低强度力量训练（7组）或5：对照日；6：训练后摄入标准餐；7：睡眠及过夜禁食；8：口服葡萄糖耐量试验。请点击此处查看该图的放大版本。

方案

通过向当地机构审查委员会（IRB）或当地研究伦理委员会（REC）提交研究方案和知情同意书，获得本研究的伦理审批。只有在获得IRB或REC批准后，方可开始研究。下文展示的结果来自一项预试验研究，在该研究中，受试者在入组前签署了书面知情同意书。在获得IRB或REC批准后，应将研究方案前瞻性地注册于公共数据库中，例如ClinicalTrials（https://clinicaltrials.gov）。如果您的国家设有国家级注册机构，则应在该机构进行注册（例如在巴西，可注册于巴西临床试验注册中心（https://ensaiosclinicos.gov.br））。本研究已获得当地IRB的批准（证书编号CAAE 63190422.0.0000.5108），并已在临床试验注册库中前瞻性注册（ReBEC #RBR-3vj5dc5 https://ensaiosclinicos.gov.br/rg/RBR-3vj5dc5）。 

1. 志愿者的选择与准备

1. 计算试验所需的样本量
2. 选择符合以下条件的受试者：肥胖（体重指数 >30 kg/m²）；存在中心性肥胖（男性腰围 >102 cm，女性腰围 >88 cm）；年龄大于40岁；能够进行力量训练。
3. 排除符合以下任一条件的受试者：存在糖尿病或其他代谢性疾病、心血管疾病、脑血管疾病、肾脏疾病、呼吸系统疾病或骨关节疾病的体征、症状或病史²⁷；正在使用可能影响预期结果的药物（包括口服避孕药²⁸）；使用过同化类固醇；处于妊娠期或计划在研究期间怀孕；服用已知会影响运动表现的膳食补充剂，如咖啡因、β-丙氨酸、肌酸和碳酸氢钠²⁹。
4. 获取受试者签署的知情同意书，并将其存放在私人保险柜中。

2. 测量参与者的身体成分

1. 本研究中，按照制造商的说明，采用双能X射线吸收测定法评估身体成分，分析脂肪量和去脂体重。但也可使用其他任何已确立的方法（如体成分舱、水下称重法、皮褶厚度法）。

3. 饮食控制

1. 安排与研究团队注册营养师的预约，指导参与者如何记录为期3天（2个工作日，1个周末）的饮食情况。
2. 与营养师共同根据参与者的能量需求和食物摄入量制定饮食计划，以确保在实验日当天及前一天摄入等热量饮食³⁰。

4. 熟悉过程

1. 让参与者完成5次适应性训练，每次训练间隔至少2天。
   1. 适应性训练第1次
      1. 指导参与者掌握举重动作形式：在7种力量训练动作中，每个动作的活动范围、向心和离心阶段的持续时间（每组动作总时长约3秒）（1 - 六角杠深蹲；2 - 卧推；3 - 腿部推举；4 - 高位下拉；5 - 腿部伸展；6 - 肩部推举；7 - 腿弯举）。
      2. 指导参与者如何根据OMNI-RES量表³⁰评估自身用力程度。
      3. 让参与者在跑步机上以约3–4 km/h的速度步行5分钟进行热身。
      4. 让参与者在他们认为较为轻松或根据OMNI-RES量表评分在3至4级之间的强度下，对上述7种训练动作各完成3组，每组8次重复。
      5. 组间和动作间休息90至120秒。
   2. 适应性训练第2次
      1. 指导参与者如何填写情感量表^{31， 32}、身体活动愉悦量表（PACES）^{32， 33}以及自我效能感量表³⁴。
      2. 在适应性训练开始前，让参与者填写情感量表。
      3. 让参与者在跑步机上以3–4 km/h的速度步行5分钟进行热身。
      4. 让参与者在他们认为较难或根据OMNI-RES量表评分在5至7级之间的强度下，对上述7种训练动作各完成3组，每组8次重复。
      5. 组间和动作间休息90至120秒。
      6. 在适应性训练结束后，让参与者填写情感量表、PACES量表和自我效能感量表。
   3. 适应性训练第3次
      1. 在适应性训练开始前，让参与者填写情感量表。
      2. 让参与者在跑步机上以约3–4 km/h的速度步行5分钟进行热身。
      3. 让参与者在他们认为较难或根据OMNI-RES量表评分在7至9级之间的强度下，对上述7种训练动作各完成3组，每组8次重复。
      4. 组间和动作间休息90至120秒。
      5. 在适应性训练结束后，让参与者填写情感量表、PACES量表和自我效能感量表。
   4. 适应性训练第4次
      1. 在适应性训练开始前，让参与者填写情感量表。
      2. 让参与者在跑步机上以3–4 km/h的速度步行5分钟进行热身。
      3. 让参与者在他们认为困难或极难、或根据OMNI-RES量表评分在9至10级之间的强度下，对上述7种训练动作各完成3组，每组8次重复。
      4. 组间和动作间休息90至120秒。
      5. 在适应性训练结束后，让参与者填写情感量表、PACES量表和自我效能感量表。
   5. 适应性训练第5次
      1. 让参与者模拟进行力量测试（详见第5步说明）。适应性训练之间的间隔最长可达7天，可根据是否存在延迟性肌肉酸痛情况灵活安排。
         ​注：本次适应性训练旨在使参与者熟悉正式的力量测试流程。本研究中充分的适应性训练阶段极为重要，原因有二：1）确保参与者能够在向心收缩力竭或接近力竭的状态下完成训练组¹⁸；2）避免肌肉损伤对胰岛素敏感性产生负面影响^35，36，37。

5. 力量测试（8 次重复最大负荷）

1. 在最后一次适应性训练结束后的至少72小时（但不超过7天）内，对7项练习中的每一项进行力量测试（8次重复最大负荷 [RM]）。
   1. 让受试者在跑步机上以3-4 km/h的速度步行5分钟进行热身。
   2. 在每项练习开始前，让受试者完成1组低负荷练习（12次重复，RM的40%-50%，OMNI量表评分3-4分）。
   3. 调整重量至预计负荷，使受试者能够以正确动作完成8次但无法完成第9次重复。记录此负荷。
   4. 如果受试者因动作变形、向心性肌肉力竭或因疲劳主动停止而未能完成8次重复，则将负荷减少5%-10%，休息3-5分钟后再次尝试。
   5. 如果受试者能够完成9次重复，则将负荷增加5%-10%，休息3-5分钟后再次尝试。
   6. 重复步骤5.1.4和5.1.5，直至受试者能够完成8次但无法完成第9次重复，并记录最终负荷。
      注意：为避免不同评估者之间的差异，应由同一名研究团队成员对所有受试者进行力量测试。
   7. 测试应按照上述顺序进行：1 - 六角杠深蹲；2 - 卧推；3 - 腿部推举；4 - 高位下拉；5 - 腿部伸展；6 - 肩部推举；7 - 腿弯举，每项练习之间至少间隔3分钟。
      ​注意：预计负荷应基于第五次适应性训练的表现，该次训练将模拟正式力量测试。为避免过度疲劳，最佳情况是在每项练习的第一次尝试中即确定8 RM负荷，但允许最多两次尝试。

6. 随机分配实验组

1. 生成包含数字 1、2 和 3 的随机序列，分别代表高容量、低容量和对照，将每个序列放入不透明的、按顺序编号的信封中，并密封信封。
2. 在完成力量测试后打开信封以确定实验顺序。
   ​注意：第 6.1 步应由未直接参与数据收集或信封开启工作的研究合作者执行。

7. 盲法数据采集

1. 指示参与者不要向将进行口服葡萄糖耐量试验（OGTT）的临床实验室工作人员透露其前一晚进行的是哪一次实验环节。
2. 安排一名不直接参与数据收集与分析的研究合作者，使用编码将OGTT数据分别双次录入不同的电子表格中，以隐藏参与者的身份及所进行的实验环节。
   ​注意：由于本研究设计本身的特点（运动干预），无法对参与者和研究人员同时设盲。

8. 运动训练环节

1. 第1次实验 - 大运动量
   1. 指导受试者在实验前至少2天内避免进行中等到高强度的运动。
   2. 指导受试者在实验前一天及当天遵循营养师规定的饮食方案。最后一餐时间为18:30。
   3. 要求受试者于20:30到达健身房报到。
   4. 让受试者在运动实验开始前（20:55）填写情感量表。
   5. 让受试者在跑步机上以3–4 km/h的速度步行5分钟进行热身。
   6. 让受试者使用8 RM测试确定的负荷，在7种不同的练习中各完成3组，每组尽可能多次重复（直至向心肌力衰竭或受试者主动停止），并记录每组完成的重复次数。
   7. 要求受试者在每组结束后根据OMNI-RES量表评估自身用力程度并记录结果。每组之间及每项练习之间给予120秒休息时间。
   8. 让受试者在完成整个实验后填写情感量表、PACES量表以及自我效能感量表。
   9. 让受试者在21:00至21:30之间摄入运动后餐食，并告知其此后除饮水外不得摄入任何其他食物或饮料，直至次日早晨进行口服葡萄糖耐量试验（OGTT），随后让其回家。
2. 第2次实验 - 小运动量
   1. 重复步骤8.1.1至8.1.3。让受试者于20:35填写情感量表。重复步骤8.1.5。
   2. 让受试者使用8 RM测试确定的负荷，在7种不同的练习中各完成1组，每组尽可能多次重复（直至向心肌力衰竭或受试者主动停止），并记录每组完成的重复次数。
   3. 重复步骤8.1.7至8.1.9。
3. 第3次实验 - 对照日
   1. 重复步骤8.1.1至8.1.4。
   2. 让受试者在每项练习/器械上保持30秒的姿势（模拟实际运动组的时间），但明确指示其不进行任何肌肉收缩（或仅保持静止不动）。
   3. 对全部7项练习重复步骤8.3.2，共进行3组“假”运动（模拟第1次实验过程，但不产生任何肌肉收缩）。
   4. 重复步骤8.1.7至8.1.9。

9. 口服葡萄糖耐量试验及数据分析

1. 指导受试者于早上7:00至7:30之间到达实验室。
2. 采集空腹血液样本，方法见文献^{38, 39}。
3. 让受试者摄入含有75 g葡萄糖的300 mL溶液。在摄入葡萄糖后30分钟、60分钟、90分钟和120分钟时采集血液样本。
4. 测定所有血液样本中的血浆葡萄糖和血清胰岛素浓度，方法见文献^{38, 39}。绘制口服葡萄糖耐量试验（OGTT）的数据曲线。
5. 计算：a) 根据梯形法则计算葡萄糖和胰岛素的曲线下面积（AUC）⁴⁰；b) 口服葡萄糖胰岛素敏感性指数⁴¹；c) Matsuda胰岛素敏感性指数⁴²；d) Cederholm指数⁴³；e) 肌肉胰岛素敏感性指数^{44, 45}；f) Gutt指数⁴⁶；g) Avignon等人的指数⁴⁷；以及 h) Stumvoll等人的指数⁴⁸。

10. 统计分析

1. 使用第7.2步的编码电子表格，对分配情况设盲后进行数据分析。
2. 数据以均值和标准差表示。采用Shapiro-Wilk检验评估数据的正态性。对于符合正态分布的数据，使用单因素方差分析进行分析；若观察到显著的主效应，则采用事后Tukey检验。
3. 对于非参数数据，采用Kruskal-Wallis检验或Friedman检验。当p值低于0.05时，认为差异具有统计学意义。
4. 在完成所有统计分析后揭示分组信息。

结果

图2 显示了口服葡萄糖耐量试验（OGTT）期间葡萄糖（图2A）和胰岛素（图2B）的代表性反应（来自一项预试验）。通常，葡萄糖和胰岛素水平在30分钟时达到峰值，随后持续下降，直至120分钟。葡萄糖峰值越低，结果越好，表明肝葡萄糖生成受到抑制。峰值后葡萄糖水平下降越快，结果越好，表明葡萄糖清除速度更快（通常与骨骼肌对葡萄糖的摄取相关）。对于胰岛素而言，较低的数值表明胰腺β细胞释放的胰岛素更少即可实现血糖控制。然而，这种解释仅适用于β细胞功能正常的个体，因为β细胞功能异常（或死亡）的个体在OGTT期间胰岛素反应较低，但血糖反应较高。

讨论

本文详细描述了一项随机对照试验的步骤，旨在评估力量训练量对肥胖成年人胰岛素敏感性的影响。随机对照试验是无偏倚地确立治疗措施因果关系的最佳研究方案^49,50。具体而言，本研究将采用交叉设计，即所有纳入的受试者将以随机顺序接受每种干预条件⁵¹。尽管交叉研究会增加受试者的负担，且不适用于存在延滞效应的长期干预，但该设计可降低数据变异性，从而减少得出结论所需的受试者数量⁵²。由于力量训练对胰岛素敏感性的急性影响不超过48小时⁴，各次干预之间的间隔将至少为7天，且每位参与者仅需完成3种干预条件。因此，我们认为本研究设计能够有效回答所提出的研究问题。

该方案中一些重要方面值得说明。例如，有研究建议，应采用能够动员大肌群的多关节练习，以观察力量训练对胰岛素敏感性的积极影响¹⁸。在本方案中，7...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
双能X射线吸收测定法	GE	DXA, Lunar, iDXA Advanced	用于评估身体成分
G*Power 程序	Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Germany	版本 3.1.9.6	用于计算样本量