Summary
在这里，我们提出高强度间隔和中等强度连续运动的协议，以观察循环性心脏肌钙蛋白T（cTnT）浓度对急性运动10天的反应。这些信息可能有助于临床解释运动后cTnT升高，并指导运动的处方。
Abstract
在中强度连续运动（MCE）之后，心脏肌钙蛋白T（cTnT）的升高，作为心肌细胞损伤的高度特异性生物标志物。运动引起的cTnT反应扭曲了cTnT测定的诊断作用。虽然高强度间歇锻炼 （HIE） 越来越受欢迎，并且仍然关注其安全性，但 HIE 受限后与 cTnT 释放相关的可用数据阻碍了 HIE 作为健康干预的使用。在这里，我们介绍三个代表性的HIE协议[传统HIE（重复4分钟循环在90%V_O2max穿插3分钟休息，200千焦/会话）;冲刺间隔练习（SIE，重复1分钟循环在120%V_O2max穿插1.5 分钟休息，200 kJ/会话）;和重复冲刺练习（RSE，40 x 6 s 全能冲刺，穿插 9 秒休息）） 和一个代表性的 MCE 协议（连续循环运动的强度为 60% V_O2max，200 kJ/会话）。47名久坐、超重的年轻女性被随机分配到四组（HIE、SIE、RSE和MCE）中。每组各进行六轮练习，每组各为48小时。同时，对于四组，整个测试期的持续时间相同，为10天。在第一次和最后一次演习之前和之后，对cTnT进行了评估。目前的研究提供了一个参考框架，清楚地说明特定运动期在训练的早期阶段如何影响循环的cTnT浓度。这些信息可能有助于临床解释运动后cTnT升高和指导运动的处方，特别是HIE。
Introduction
定期锻炼对心脏的好处有据可查。然而，心脏事件的风险，如急性心肌梗死（AMI），在剧烈运动2，3期间暂时增加。正常身体活动水平低的个人对AMI2，3表现出更高的风险。心脏肌钙蛋白T（cTnT）是AMI4诊断中的生化金标准。然而，有一个新兴的证据表明，cTnT在持续长时间的运动后升高，这无疑扭曲了cTnT测定5的诊断作用。
重复的高强度运动穿插短休息是高强度间歇运动（HIE）的典型元素，在心脏康复、健康和健身等各个领域越来越受欢迎。，7.对HIE的广泛兴趣部分是由于HIE训练能够引起与传统的中等强度连续锻炼（MCE）训练相似或优越的有益生理适应，尽管总运动量和时间承诺6。然而，由于心脏需求高，HIE的安全性已经表达了关切。迄今为止，与 HIE 的 cTnT 版本相关的可用数据有限。此外，以前没有综合研究研究过HIE和传统MCE的各种模式对运动方式cTnT外观的影响。因此，不清楚 HIE 和 MCE 之间的总机械工作均等化后，不同的锻炼格式是否会导致 cTnT 浓度和升高的 cTnT 值的范围。鉴于在较高强度下进行的锻炼可能导致心脏事件2、3的风险较高，因此制定具有代表性的HIE和MCE提案与已知的cTnT反应范围有关。运动相关cTnT升高的评估可能有助于临床决策，并帮助临床生理学家开发更有效和安全的运动处方。
因此，我们概述了三种具有代表性的HIE类型和一种代表性类型的MCE的协议，用于在观察cTnT反应的同时收集生理数据。考虑到不进行常规锻炼的人患急性心脏事件的风险较高，而运动引起的cTnT总释放量随常规训练减少9，本研究招募了久坐，超重的女性谁完成了10天的训练计划。这提供了在培训的早期阶段开展工作的前景，并针对一个研究不足的群体。
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Protocol
该协议（第31771319号）经河北师范大学审查委员会批准，符合《赫尔辛基宣言》。所有参与者在参加所述测试之前都提供了书面知情同意。
1. 参与者筛选和实验准备
- 在招募方面，确保参与者满足以下纳入标准：年龄在18至25岁之间，最低体重指数（BMI）为23公斤/米，这是亚洲成年人10岁的超重截止，体重（± 2公斤）最一致近三个月，没有锻炼训练或定期进行身体活动，没有荷尔蒙、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的记录，以及目前没有使用处方药物（包括避孕药）和没有吸烟史。
- 随机分配 47 名符合条件的参与者到以下四个组之一：传统 HIE （n = 12）、冲刺间隔练习 （SIE， n = 11）， 重复冲刺练习 （RSE， n = 12） 或 MCE （n = 12） 组。
- 调整并记录自行车测数上的相应座椅高度，以便学员在踏板完全下冲时，膝盖轻微弯曲（±10°）的踏板。
- 指导学员进行两次初始练习（如步骤 3 中所述），以熟悉相应类型的骑行练习（HIE、SIE、RSE 或 MCE）。
2. 实验程序
-
首先，指示每个参与者在压力测试周期测量计上执行连续增量测试，以评估最大吸氧量（V+O2max）。
- 在 25 W 下预热 5 分钟。然后，从 50 W 开始执行连续 2 分钟阶段（每级 20 W 增量）以 60 rpm 的踏板频率开始测试，直到自愿耗尽。
- 使用呼吸代谢分析仪测量运动期间的耗氧量。
- 根据最高的 30 s 平均值计算 V*O2max。然后，使用线性回归方程，绘制稳定状态 V+O2 与功率输出11，计算在 MCE、HIE 和 SIE 组中分别产生 60%、90% 和 120% V+O2max的功率输出。
-
在干预前评估后至少5天，指示HIE、SIE、RSE和MCE小组开始各自的培训。
注：在一天中的同一时间开始所有锻炼测试（例如，上午 11：00）。同时，确保测试在有温度和湿度控制设置（20°C 和 50% 相对湿度）的实验室中进行。要求所有参与者在整个实验中坚持日常活动和饮食习惯。- 指示学员在例行热身后，在 48 小时后避免进行任何剧烈运动，并指示 HIE、SIE、RSE 和 MCE 组按安排在循环测速仪上进行各自的锻炼。执行步骤 3 中详述的练习协议。
- 对所有四个组进行6次为期10天的练习。选择第 1个（1ST） 和6（6TH）练习会话来观察 cTnT 对急性锻炼的反应（图 1）。
图1：研究程序的原理图。HIE = 高强度间隔运动;SIE = 冲刺间隔练习;RSE = 重复冲刺练习;MCE = 中等强度连续锻炼。请点击此处查看此图的较大版本。
- 通过便携式心电图 （ECG） 监视器在锻炼过程中记录连续心电图 （ECG）。
- 运动前后立即抽取静脉血样，在选定运动后抽取3小时和4小时，以评估血清cTnT。受试者坐在座位上，从前静脉中抽取5 mL的静脉血。
注：运动后的血液样本时间符合我们先前的工作，这表明血液cTnT浓度在急性运动后达到峰值3或4小时，在实验室为基础的研究12。 - 对于血清的分离，让血液在室温下凝固。将血液样本在3，500 x g下离心20分钟。
- 吸血液并储存在-80°C，以便随后分析cTnT。
- 使用分析仪对基于电化学发光技术的高灵敏度免疫测定进行 cTnT 定量测量。取1 mL的血清，并将其放入用于测量cTnT的特殊试管中。然后，将管子插入分析仪中，然后按启动按钮。
注：人类cTtT蛋白质本身由288个氨基酸组成。两个单克隆抗体用于专门针对人类心脏肌钙蛋白T的测定。抗体识别心脏肌钙蛋白T蛋白4的中心部分，具体针对氨基酸位置125-131和136-147的两个表位。
3. 演习议定书
4. 统计分析
- 使用统计软件包执行数据分析。使用科尔莫戈罗夫-斯米尔诺夫测试12评估数据的正态性。使用P < 0.05 评估统计显著性。
- 使用双向方差分析，比较四组（HIE、SIE、RSE 和 MCE）和两个观察到的锻炼会话（1ST 和 6TH）的 HR均值（锻炼会话期间的平均心率）和 %HR最大值的差异。对于主要效果显著的案例，请使用纽曼-基尔斯后测试。
- 使用非参数 Wilcoxon 签名排名测试，使用非参数 Wilcoxon 签名排名测试比较跨时间点（锻炼前和锻炼高峰）和两个观察锻炼会话（1ST 和 6TH）的 cTnT，因为 cTnT 数据的分布偏斜。此外，Kruskal-Wallis 测试用于评估四组（HIE、SIE、RSE 和 MCE）中 cTnT 水平差异的统计显著性，并酌情使用 Mann-Whitney U 测试进行成对比较。
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Representative Results
所有参与者（n = 47）完成研究，在四组测试中未发现不良心脏事件（如胸痛和心电图心肌缺血的迹象）。正如预期的那样，在 1ST 评估中，急性运动心率 （HR） 数据（包括 HR平均值和 % HR最大值）与所有四组 6TH 评估数据相似（全部P > 0.05）。此外，RSE 和 MCE 组中的 HR 数据在四个组中分别最高和最低，但在 HIE 组和 SIE 组之间相似（表 1）。
| 电源exe | 时间exe | 工作exe | HR均值 | 最大百分比 | |
| （W） | （分钟） | （KJ） | （节拍.min-1） | ||
| HIE （n=12） | |||||
| 第一 | 119 × 12 | 28 × 3 | 200 × 0 | 157 × 9 | 85 × 4 |
| 第6届 | 119 × 12 | 28 × 3 | 200 × 0 | 155 × 6 | 84 × 4 |
| SIE （n=11） | |||||
| 第一 | 160 × 18 | 21 × 2 | 200 × 0 | 148 × 11 | 85 × 4 |
| 第6届 | 160 × 18 | 21 × 2 | 200 × 0 | 147 × 7 | 85 × 5 |
| RSE （n=12） | |||||
| 第一 | 193 × 17° | 4 × 0* | 46 × 4° | 169 × 5 * | 94 × 7° |
| 第6届 | 204 × 15° | 4 × 0* | 49 × 4° | 171 × 8° | 95 × 6* |
| MCE （n=12） | |||||
| 第一 | 54 × 10° | 63 × 12° | 200 × 0 | 140 × 12° | 76 × 6° |
| 第6届 | 54 × 10° | 63 × 12° | 200 × 0 | 137 × 11° | 74 × 6° |
表1：急性运动数据。数据以平均值 = SD. HIE，高强度间隔练习的形式呈现;SIE，冲刺间隔练习;RSE，重复冲刺练习;MCE，中等强度连续运动;1ST，第1次练习会;第6次练习会;功率执行，运动期间功率输出;时间，总锻炼时间;工作，运动期间的工作输出;HR均值，运动期间的平均心率;%HR最大值，锻炼期间个人最大心率的百分比。 *与 HIE、SIE 和 RSE 的相应值显著不同，P < 0.05;*与 HIE 和 SIE 的对应值显著不同，P < 0.05;此表已由 Nie 等人13和 Zhang 等人14修改。
图 2显示了 10 天期间所有四个组的急性锻炼 cTnT 数据，这些数据以单个数据点的形式显示，用于锻炼前（练习前）和锻炼后峰值（后练习）值。在四组的第一和第六次评估中，在急性锻炼（P < 0.05）后，发现 cTnT 浓度呈上升趋势。此外，除了在1ST的RSE之后反应较小外，各组之间在cTnT浓度方面没有差异。此外，MCE 之前 6TH 评估的 cTnT 浓度高于 MCE 之前的第 1 ST 评估和 RSE 之前的第6TH 评估（P < 0.05）。
图2：运动前（预运动）和运动后高峰（术后）心脏肌钙蛋白T浓度（cTnT，ng/L）。HIE，高强度间隔运动;SIE，冲刺间隔练习;RSE，重复冲刺练习;MCE，中等强度连续运动;1ST，第1次练习会;第6次练习课。由于数据分布，将绘制日志，并且单个数据点由圆圈显示，每个条件由行连接的同一参与者的值。水平虚线是参考上限，双箭头线是练习前（练习前）或练习后（练习后）的 cTnT 值的中位数。
，单一主题;n
， n 主题.• 与相应的预值P < 0.05 显著不同;• 与相应的 RSE 值P < 0.05 显著不同;* 与 1ST的相应值 P < 0.05 明显不同。这个数字已由Nie等人13和张等人14人修改。请点击此处查看此图的较大版本。
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Discussion
HIE 中涉及重复的短到长的高强度运动，并且与恢复期交织在一起，HIE 被细分为传统的 HIE（"接近最大"努力）和 SIE（"超大型"努力），使用通用分类方案6.此外，RSE是一种特别强烈的SIE形式，其中活动是"全面"的，但只持续3至7s6。据我们所知，这是首次对三种代表性的HIE和一种代表性类型的MCE进行概述协议的综合研究，用于在观察cTnT反应的同时收集生理数据。目前的协议是值得注意的，特别是在考虑研究设计时，选择了特定的观察窗口（即锻炼训练的早期阶段）。为此，为了获得一个干净的训练背景，避免先前训练经验的影响，选择了先前久坐的科目。此外，在 1ST 评估中，锻炼后 cTnT 级别与所有四组的第 6TH 评估（图 2）中所示。目前的研究结果反映了以前刚开始运动训练的受试者的运动诱导cTnT的概述，我们最近的研究15表明，心肌健康水平提高，当运动以相同的绝对强度进行时，cTnT中由运动引起的海拔将在很大程度上被废除。此外，该实验似乎也支持参与者在10天期间有相对稳定的心肺功能，因为缺乏在急性运动人力资源数据观察到的显著差异（见表1）。
从理论上讲，当工作强度、工期和救济间隔纵时，间隔练习是无限可变的，但在这里，我们根据通常的分类方案 6选择了三种截然不同的、有代表性的协议。根据我们目前的数据，尽管采用了不同的运动强度，但 HIE、SIE 和 MCE 在 1st 循环试验期间完成相同的总机械工作的情况下，也引发了类似的 cTnT 高程。RSE 中的 cTnT 的上升水平低于 HIE 或 SIE 中的水平，这可能是由于 RSE 的总机械工作（RSE vs. HIE 或 SIE：+50 vs. 200 kJ）的机械工作水平要低得多。然而，机械工作可能不是唯一的决定因素，因为在6次循环试验中，四组的急性运动导致类似的cTnT升高，尽管在RSE完成了较低的机械工作。因此，还需要进行更多的研究，以阐明在运动后cTnT高程中完成的总工作的作用。
在本研究中，在锻炼之后，几乎所有参与者都显示 cTnT 增加，并且没有基于心电图的心肌缺血的症状或体征，这表明运动引起的 cTnT 升高在很大程度上是强制性的，因此，很可能生理性质。目前的研究提供了一个参考框架，清楚地说明特定运动期在训练的早期阶段如何影响循环的cTnT浓度。考虑到一些运动后cTnT数据（9%），这具有重要的临床意义。在目前的研究中，超过14纳克/升的人口上限，与高强度运动的安全性有关，特别是在训练不足的锻炼者8。具体来说，一方面，临床医生应该意识到，低容量、高强度运动后，cTnT升高是常见的，而cTnT释放框架帮助临床医生在运动后面临临床解释这些数据的挑战设置。另一方面，当前数据提供了不同锻炼协议的模板，以及在考虑启动锻炼制度时预测 cTnT 响应的潜在方法。这些信息可能对久坐人群的运动处方具有实际意义，尤其是对HIE而言。
在这里，我们包括一个年轻的人口，这项研究的一个限制是，我们没有评估老年人口的cTnT水平。心脏事件的风险较高，通常发生在有心血管风险和/或疾病的老年人口16。目前，尚不清楚cTnT对心血管疾病或风险组急性运动是否有类似的反应，因此有必要利用本研究中开发的锻炼方案进行进一步研究。因此，有必要认识到HIE近年来在心血管疾病患者中已经流行。然而，对这些队列的单期高强度运动急性反应的安全性仍然涉及16。
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Disclosures
提交人宣称，他们没有相互竞争的经济利益。
Acknowledgments
这项工作得到了国家自然科学基金（授权号31771319）的支持。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Cobas E 601 analyser | Roche Diagnostics, Penzberg, Germany | Used for measuring the circulating cardiac troponin T concentration | |
| Monark 839E Stress Testing Cycle Ergometer | Monark Exercise AB, Vansbro, Sweden | Used for all exercise protocols except repeated sprint exercise | |
| Monark 894E Wingate Testing Cycle Ergometer | Monark Exercise AB, Vansbro, Sweden | Only used for repeated sprint exercise protocol | |
| Quark-PFT-ergo Metabolic Analyser | Cosmed, Rome, Italy | C09072-02-99 | |
| SPSS Statistics 20.0 software package | IBM Corp., Armonk, USA | ||
| Zephyr BioHarness 3.0 | Zephyr Technology, Auckland, New Zealand | 9800.0189/9600.0190 | Electrocardiograph Monitor |
References
- Blair, S. N., Morris, J. N. Healthy hearts--and the universal benefits of being physically active: physical activity and health. Annals of Epidemiology. 19 (4), 253-256 (2009).
- Siscovick, D. S., Weiss, N. S., Fletcher, R. H., Lasky, T. The incidence of primary cardiac arrest during vigorous exercise. The New England Journal of Medicine. 311 (14), 874-877 (1984).
- Albert, C. M., et al. Triggering of sudden death from cardiac causes by vigorous exertion. The New England Journal of Medicine. 343 (19), 1355-1361 (2000).
- Thygesen, K., et al. Fourth universal definition of myocardial infarction (2018). European Heart Journal. 40 (3), 237-269 (2019).
- Gresslien, T., Agewall, S. Troponin and exercise. International Journal of Cardiology. 221, 609-621 (2016).
- MacInnis, M. J., Gibala, M. J. Physiological adaptations to interval training and the role of exercise intensity. The Journal of Physiology. 595 (9), 2915-2930 (2017).
- Poon, E. T., Sheridan, S., Chung, A. P., Wong, S. H. Age specific affective responses and self-efficacy to acute high-intensity interval training and continuous exercise in insufficiently active young and middle-aged men. Journal of Exercise Science and Fitness. 16 (3), 106-111 (2018).
- Gaesser, G. A., Angadi, S. S. High-intensity interval training for health and fitness: can less be more. Journal of Applied Physiology(1985). 111 (6), 1540-1541 (2011).
- Mehta, R., et al. Post-exercise cardiac troponin release is related to exercise training history. International Journal of Sports Medicine. 33 (5), 333-337 (2012).
- World Health Organization. The Asia-Pacific perspective: redefining obesity and its treatment. World Health Organization. , Health Communications Australia. Sydney. (2000).
- Medbo, J. I., et al. Anaerobic capacity determined by maximal accumulated O2 deficit. Journal of Applied Physiology. 64 (1), 50-60 (1985).
- Tian, Y., Nie, J., Huang, C., George, K. P. The kinetics of highly sensitive cardiac troponin T release after prolonged treadmill exercise in adolescent and adult athletes. Journal of Applied Physiology. 113 (3), 418-425 (2012).
- Nie, J., et al. The impact of high-intensity interval training on the cTnT response to acute exercise in sedentary obese young women. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 29 (2), 160-170 (2019).
- Zhang, H., et al. The cTnT response to acute exercise at the onset of an endurance training program: evidence of exercise preconditioning. European Journal of Applied Physiology. 119 (4), 847-855 (2019).
- Nie, J., et al. Impact of high-intensity interval training and moderate-intensity continuous training on resting and postexercise cardiac troponin T concentration. Experimental Physiology. 103 (3), 370-380 (2018).
- Levinger, I., et al. What Doesn't Kill You Makes You Fitter: A Systematic Review of High-Intensity Interval Exercise for Patients with Cardiovascular and Metabolic Diseases. Clinical Medicine Insights: Cardiology. 9, 53-63 (2015).
