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Medicine

研究力量运动对肥胖成人胰岛素敏感性的急性影响的随机对照试验

Published: December 1, 2023 doi: 10.3791/65478
Automatic Translation
1, 2, 3, 4, 1, 1, 5, 1,4
1Department of Physical Education, Federal University of the Jequitinhonha and Mucuri Valleys, 2Laboratory of Exercise Biology and Immunometabolism, Centro Integrado de Pós-Graduação e Pesquisa em Saúde, Programa Multicêntrico de Pós-Graduação em Ciências Fisiológicas, Federal University of the Jequitinhonha and Mucuri Valleys, 3Occupational Safety & Health, Los Alamos National Laboratory, 4Department of Health, Exercise, and Sports Sciences, University of New Mexico, 5School of Physical Education and Sport, University of Sao Paulo

Summary

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。

Abstract

急性力量运动 （SE） 可改善胰岛素敏感性 （IS） 数小时;然而，SE体积（即组数）的影响尚未得到彻底研究。虽然直觉上，一些 SE 总比没有好，而且对于改善 IS 来说，多于一些优于某些，但对于患病人群来说，大容量的疗程可能具有挑战性，尤其是肥胖的成年人，对他们来说，即使是快走也可能具有挑战性。该协议详细介绍了一项随机临床试验，以评估 SE 对肥胖成人 IS 的急性影响。纳入标准是体重指数 >30 kg/m2、向心性肥胖（女性和男性的腰围分别为 >88 cm 和 >102 cm）和年龄 >40 岁。参与者将熟悉 SE（针对主要肌肉群的 7 项练习），然后将按随机顺序进行三个疗程：第 1 节 - 高容量疗程（3 组/练习）;第 2 节 - 低音量训练（1 组/练习）;第 3 节 - 控制会话（无练习）。饮食将在会议前一天和当天进行控制。会议将在晚上完成，第二天早上将进行口服葡萄糖耐量试验，从中得出 IS 的几个指标，例如葡萄糖和胰岛素的曲线下面积 （AUC）、Matsuda 指数、Cederholm 指数、肌肉 IS 指数和 Gutt 指数。根据初步研究，与对照组相比，我们预计高容量疗程后 IS（胰岛素 AUC、Matsuda 和 Cederholm 指数）改善 ~15%，低容量疗程后改善 ~8%。这项研究将使那些发现大量 SE 会议具有挑战性但仍旨在通过投入 1/3 的时间和精力来改善他们的 IS 的个人受益。

Introduction

尽管力量训练对胰岛素敏感性的慢性影响已被反复证明 1,2,3，但即使是急性的力量锻炼也可以改善胰岛素作用长达 48 小时4。这种效果已在健康5、6、7、8、肥胖 9、老年 10、胰岛素抵抗个体4 和 2 型糖尿病患者中得到证实 11。其他人没有报告积极影响12,13,14,15,16,17，目前尚不清楚为什么会出现这些差异。

在最近的叙述性综述18 中，有人提出力量运动量（每次运动的组数）对于提高胰岛素敏感性至关重要。例如，最近的一项系统评价和荟萃分析表明，与少于 21 组或更少的疗程相比，由 21 组或更多组成的疗程可使胰岛素作用得到更大的改善19.然而，只有有限的文献证据直接支持这一观点。例如，较高的力量运动量（30 组）比较低的运动量（10 组）更能改善葡萄糖代谢20。但值得注意的是，本研究采用的是循环式力量练习，限制了与传统力量练习的比较。在另一项研究中，与 8 组方案相比，在 32 组力量锻炼方案后观察到更好的胰岛素敏感性21.然而，没有报道组后的努力程度，并且在大容量方案之后可能更大。这很重要，因为努力程度（或接近同心性肌肉衰竭，其特征是由于给定重复的同心运动失败而无法继续设置）也被认为是改善胰岛素和葡萄糖代谢的重要变量18。因此，关于该主题的现有研究有限，以及其方法学上的局限性，排除了关于力量运动量对胰岛素敏感性影响的进一步推论。

在讨论力量运动量时，另一个有趣的观点是它与时间投入有着内在的联系。根据设计，较低的运动量意味着在健身房花费的时间更少。在不坚持锻炼计划的原因中，缺乏时间位居榜首22.因此，有效提高胰岛素敏感性的低容量力量锻炼意味着更少的时间投入23，并可能导致更高的长期依从性。此外，主观感受，如自我效能感（对完成某事能力的自我感知）以及愉悦和乐趣的感觉（享受），也与运动依从性有关24,25,26。可以合理地推测，当人们进行低容量的力量锻炼时，他们可能会感到更自信，更享受他们的锻炼体验，从而改善健康。

为了解决上述文献中的空白，我们描述了一项随机、对照、交叉临床试验的方案，其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。作为次要目标，我们评估力量运动量对主观感受（自我效能感、感情和享受）的影响。

此处的方案描述了一项随机、对照、3 向、交叉的临床试验。该协议的时间顺序包括：参与前对健康史和人体测量测量（体重、身高、腰围和身体成分）的评估;与团队的认证营养师预约;熟悉力量练习和主观感受问卷;每次运动的力量评估;随机分配会话顺序;3 节课的表现（相隔 7-28 天），随后立即回答主观感受问卷;第二天早上进行口服葡萄糖耐量试验 （OGTT）;和数据分析。 图 1 描绘了协议设计。

Figure 1
图1：研究设计。 以下是试验方法的流程图。1：肥胖（体重指数[BMI]>30 kg/m2;腰围>102/88 cm）受试者;2：人体测量评估和熟悉;随机分配到 3：高容量力量锻炼课程（21 组），4：低容量力量锻炼课程（7 套），或 5：控制日;6：标准餐后会议;7：睡眠和过夜禁食;8：口服葡萄糖耐量试验。 请点击这里查看此图的较大版本.

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Protocol

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来获得研究的伦理许可。该研究只能在 IRB 或 REC 批准后开始。下面显示的结果来自一项试点研究，受试者在入组前签署了书面知情同意书。在 IRB 或 REC 批准后，前瞻性地将协议注册到公共存储库中，例如临床试验 （https://clinicaltrials.gov）。如果您所在的国家/地区有国家存储库，请在那里注册协议（例如，在巴西，有巴西临床试验 （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），并在临床试验注册中心（ReBEC #RBR-3vj5dc5 https://ensaiosclinicos.gov.br/rg/RBR-3vj5dc5）进行了前瞻性注册。

1. 志愿者的选拔和准备

  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）;患有向心性肥胖（男性/女性腰围> 102/88 厘米）;年龄>40岁;能够进行力量锻炼。
  3. 排除以下受试者：表现出糖尿病或任何其他代谢疾病、心血管疾病、脑血管疾病、肾脏疾病、呼吸系统疾病和骨关节疾病的体征、症状或存在27;报告使用任何可能影响预期结果的药物（包括口服避孕药28）;报告使用合成代谢类固醇;在研究过程中怀孕或打算怀孕;描述已知会影响运动表现的膳食补充剂摄入量，例如咖啡因、β-丙氨酸、肌酸和碳酸氢钠29。
  4. 在知情同意书中获得参与者的签名，并将其存放在私人储物柜中。

2. 测量参与者的身体成分

  1. 对于这项研究，按照制造商的脂肪量、无脂肪量分析说明，通过双能 X 射线吸收测定法评估身体成分。但是，可以使用任何其他既定方法（即 Bod Pod、水下称重、皮肤褶皱）。

3. 饮食控制

  1. 安排与研究团队的认证营养师预约，指导参与者如何记录他们的 3 天（2 个工作日，1 个周末）饮食。
  2. 根据参与者的能量需求和食物摄入量，与营养师一起制定饮食计划，以确保在会议前一天和当天进行等热量饮食30.

4. 熟悉

  1. 让参与者进行 5 次熟悉课程，间隔至少 2 天。
    1. 熟悉会议 1
      1. 指导参与者举重形式：7 种力量练习（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 - 腿部卷曲）中的运动范围、同心和偏心阶段的持续时间（~3 秒总重复持续时间）。
      2. 指导参与者如何根据 OMNI-RES 量表30 对他们的努力进行评分。
      3. 让参与者以 ~3-4 公里/小时的速度在跑步机上行走，进行 5 分钟的热身。
      4. 让参与者在他们认为容易的 7 个练习中的每一个进行 3 组，每组重复 8 次，或者根据 OMNI-RES 量表在 3 级和 4 级之间。
      5. 在组和练习之间允许 90 到 120 秒的恢复。
    2. 熟悉会议 2
      1. 指导参与者如何回答情感量表31,32、体育活动快乐量表 （PACES） 32,33 和自我效能量表 34。
      2. 让参与者在熟悉会议之前回答感情量表。
      3. 让参与者以 3-4 公里/小时的速度在跑步机上行走，进行 5 分钟的热身。
      4. 让参与者在 7 个练习中的每一个练习中执行 3 组，每组重复 8 次，根据 OMNI-RES 量表，他们认为很难或介于 5 级和 7 级之间。
      5. 在组和练习之间允许 90 到 120 秒的恢复。
      6. 让参与者在熟悉课程后回答情感量表、PACES 和自我效能量表。
    3. 熟悉会议 3
      1. 让参与者在熟悉会议之前回答感情量表。
      2. 让参与者以 ~3-4 公里/小时的速度在跑步机上行走，进行 5 分钟的热身。
      3. 让参与者在他们认为很难的 7 个练习中执行 3 组，每组重复 8 次，或者根据 OMNI-RES 量表在 7 到 9 级之间。
      4. 在组和练习之间允许 90 到 120 秒的恢复。
      5. 让参与者在熟悉课程后回答情感量表、PACES 和自我效能量表。
    4. 熟悉会议 4
      1. 让参与者在熟悉会议之前回答感情量表。
      2. 让参与者以 3-4 公里/小时的速度在跑步机上行走，进行 5 分钟的热身。
      3. 让参与者在 7 个练习中的每个练习中执行 3 组，每组重复 8 次，根据 OMNI-RES 量表，他们认为这些练习很难且非常困难，或者介于 9 级和 10 级之间。
      4. 在组和练习之间允许 90 到 120 秒的恢复。
      5. 让参与者在熟悉课程后回答情感量表、PACES 和自我效能量表。
    5. 熟悉会议 5
      1. 让参与者模仿力量测试（详见步骤 5）。熟悉课程之间的间隔最长可达 7 天，可以根据迟发性肌肉酸痛的存在进行安排。
        注意：最后一次熟悉课程旨在让参与者熟悉力量测试。在这项研究中，有一个彻底的熟悉期是极其重要的：1）确保参与者可以在或非常接近同心失败时执行这些设置18，以及2）避免肌肉损伤对胰岛素敏感性的负面影响35,36,37。

5. 强度测试（最多重复 8 次）

  1. 在最后一次熟悉课程后，在 7 次练习中的每一项中进行力量测试（最多重复 8 次 [RM]），总共至少 72 小时（但不超过 7 天）。
    1. 让参与者以 3-4 公里/小时的速度在跑步机上行走，热身 5 分钟。
    2. 让参与者在每次练习前以低负荷（12 次重复，RM 的 40%-50%，3-4 OMNI 量表）进行 1 组。
    3. 将重量调整到预期的负荷，在该负荷下，参与者将能够以良好的形式进行 8 次（但不是 9 次）重复。记录此负载。
    4. 如果参与者由于失去良好的形式、向心肌肉衰竭而无法进行 8 次重复，或者如果参与者因疲劳而自愿停止该组，请减少 5-10% 的负荷，让他们休息 3-5 分钟，然后再次尝试。
    5. 如果参与者能够进行 9 次重复，则将负荷增加 5-10%，让他们休息 3-5 分钟，然后再次尝试。
    6. 重复步骤 5.1.4 和 5.1.5，直到参与者能够重复 8 次但不能重复 9 次并记录负荷。
      注意：为避免评分者之间的差异，同一研究团队成员应对所有参与者进行强度测试。
    7. 按照上述练习的相同顺序进行测试：1 - 六角杠深蹲;2 - 卧推;3 - 腿部推举;4 - 纬度下拉;5 - 腿部伸展;6 - 肩部推举;7 - 腿部卷曲，两次练习之间至少留出 3 分钟。
      注意： 根据第五次熟悉会话的表现确定预期的负荷，届时将模拟强度测试。为避免过度疲劳，最好在每次练习的第一次尝试中找到 8 RM 的负荷，但 2 次尝试是可以接受的。

6. 随机会话分配

  1. 打印数字 1、2 和 3 分别代表高容量、低容量和对照的随机序列，并将每个序列插入不透明的按顺序编号的信封中并密封信封。
  2. 打开信封，在强度测试后显示会话顺序。
    注意：步骤 6.1 应由不直接参与数据收集或负责打开信封的研究合作者执行。

7. 盲目数据收集

  1. 指示参与者不要向将进行 OGTT 的临床实验室的员工透露他们在前一天晚上进行了哪次会议。
  2. 让一个不直接参与数据收集和分析的研究合作者，使用代码将 OGTT 中的数据双重输入到单独的电子表格中，以隐藏参与者的身份和执行的会话。
    注意：由于本研究设计（练习）的固有特征，不可能使参与者和治疗师都失明。

8. 锻炼课程

  1. 第 1 节 - 高音量
    1. 指导参与者在会议前至少 2 天不要进行中高强度运动。
    2. 指导参与者在会议前一天和当天遵循营养师规定的饮食。最后一餐是下午6：30
    3. 指示参与者在晚上 7：30 到健身房报到。
    4. 让参与者在晚上 7：55 的锻炼前回答感情量表。
    5. 让参与者以 3-4 公里/小时的速度在跑步机上行走，热身 5 分钟。
    6. 让参与者在 7 次练习中的每一组中尽可能多地重复 3 组（直到向心肌肉衰竭或直到参与者自愿停止组），并记录每组的重复次数。
    7. 要求参与者在每组和记录后根据 OMNI-RES 量表对他们的努力进行评分。允许在组和练习之间恢复 120 秒。
    8. 让参与者在完成课程后回答情感量表、PACES 和自我效能量表。
    9. 让参与者在晚上 9：00-9：30 之间摄入会后膳食，并指示参与者在第二天早上进行 OGTT 之前不要摄入任何其他食物（水除外）并将它们送回家。
  2. 第 2 节 - 低音量
    1. 重复步骤 8.1.1 到 8.1.3。让参与者在晚上 8：35 回答感情量表。重复步骤 8.1.5。
    2. 让参与者在 7 个练习中的每一个练习中尽可能多地重复 1 组（直到向心肌肉衰竭或直到参与者自愿停止该组），并记录每组的重复次数。
    3. 重复步骤 8.1.7 到 8.1.9
  3. 第 3 节 - 控制日
    1. 重复从 8.1.1 到 8.1.4 的过程。
    2. 将参与者置于每个练习/设备中 30 秒（模仿活动设定时间），但指示他们不要进行任何肌肉收缩（或只是在练习/设备中保持静止）。
    3. 重复步骤 8.3.2，对所有 7 个练习进行 3 个假组（模仿第 1 节，但没有任何肌肉收缩）。
    4. 重复步骤 8.1.7 到 8.1.9

9. OGTT和数据分析

  1. 指导参与者在上午 7：00 至 7：30 之间向实验室报告。
  2. 按照38,39 中的说明收集空腹血样。
  3. 让参与者在 300 mL 溶液中摄入 75 g 葡萄糖。在葡萄糖摄入后 30 分钟、60 分钟、90 分钟和 120 分钟收集血样。
  4. 测量所有血液样本中的血浆葡萄糖和血清胰岛素浓度，如38,39所述。绘制来自 OGTT 的数据。
  5. 计算 a） 葡萄糖和胰岛素的 AUC 遵循梯形规则40;b）口服葡萄糖胰岛素敏感性指数41;c） 松田胰岛素敏感性指数42;d） Cederholm 指数43;e）肌肉胰岛素敏感性指数44,45;f） 古特指数46;g） 阿维尼翁等人指数47;h） Stumvoll 等人索引48。

10. 统计分析

  1. 使用步骤 7.2 中的编码电子表格分析对分配不知情的数据。
  2. 将数据表示为平均值和标准差。使用 Shapiro-Wilk 检验评估数据正态性。对于正态分布的数据，使用单因素方差分析来分析数据，如果观察到显著的主效应，则使用事后 Tukey 检验。
  3. 对于非参数数据，请使用 Kruskal-Wallis 检验或 Friedman 检验。当 p 值小于 0.05 时，考虑显著性。
  4. 运行所有统计信息后显示分配。

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Representative Results

图 2 显示了 OGTT 期间葡萄糖（图 2A）和胰岛素（图 2B）的代表性（来自初步研究）反应。通常，在30分钟测量时观察到葡萄糖和胰岛素值的峰值，随后持续下降，直到120分钟测量。葡萄糖峰值越低，结果越好，这表明抑制肝脏葡萄糖的产生。峰值后葡萄糖下降得越快，结果越好，这表明葡萄糖处理速度更快（通常与骨骼肌葡萄糖摄取有关）。对于胰岛素，较低的值表明胰腺 β 细胞释放的胰岛素较少，以控制血糖。然而，这种解释仅适用于具有功能性 β 细胞的个体，因为 β 细胞功能失调（或死亡）的个体在 OGTT 期间的胰岛素反应较低，但血糖反应较高。

Figure 2
图2：口服葡萄糖耐量试验。 肥胖成人无运动后血糖 （A） 和胰岛素 （B） 对口服葡萄糖耐量试验的反应（对照），21 组力量锻炼（高容量）和 7 组力量锻炼（低容量）方案。数据显示为平均值（条形图）和标准差（误差条形图）。 请点击这里查看此图的较大版本.

图 3 显示了从 OGTT 得出的胰岛素敏感性指数。最常见的是葡萄糖（图3A）和胰岛素（图3B）AUC。请注意，AUC 越低表示结果越好。换句话说，在标准葡萄糖激发后表现出较低血糖和胰岛素浓度的个体可能具有更好的胰岛素敏感性。其他胰岛素敏感性指标可以从OGTT的结果中计算出来（图3C-I）。由于他们使用与OGTT不同的参数来估计胰岛素敏感性，因此结果因指数而异。然而，大多数指标的模式是相似的，因为低容量和高容量的力量锻炼可以提高胰岛素敏感性，但在后一种情况下观察到更好的结果。

Figure 3
图3.胰岛素敏感性指标。 口服葡萄糖耐量试验衍生的胰岛素敏感性 （IS） 指数 （ISI） 反应在无运动后（对照），21 组力量锻炼（高容量）和 7 组力量锻炼（低容量）方案在肥胖成人中。葡萄糖 （A） 和胰岛素 （B） 曲线下面积 （AUC）、口服葡萄糖 （OG） IS （C）、Matsuda ISI （D）、Cederholm ISI （E）、肌肉 ISI （F）、Gutt ISI （G）、阿维尼翁 ISI （H） 和 Stumvoll ISI （I）。*页码<0.05;p<0.001 用于 Tukey 事后测试。数据显示为单个值（绘图）、平均值（条形图）和标准偏差（误差条）。 请点击这里查看此图的较大版本.

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Discussion

本文详细介绍了一项随机对照试验的步骤，该试验旨在评估力量运动量对肥胖成人胰岛素敏感性的影响。随机对照试验是以无偏倚的方式确定治疗因果关系的最佳研究方案49,50。具体来说，在这项研究中，我们将采用交叉设计，这意味着每个招募的受试者都将按随机顺序执行每个条件51 尽管交叉研究增加了受试者的负担，并且不适合具有遗留效应的长期治疗，但这种设计减少了数据变异性，并且需要更少的参与者来得出结论52.由于力量运动对胰岛素敏感性的急性影响持续时间不超过 48 小时4，因此两次训练之间的间隔至少为 7 天，参与者将仅完成 3 个条件，我们相信本研究设计成功回答了研究问题。

该协议的一些重要方面值得解决。例如，一些人建议应该规定招募大量肌肉的多关节锻炼，以观察力量锻炼对胰岛素敏感性的积极影响18.在该方案中，7 项运动中有 5 项（硬拉、卧推、腿部推举、高位下拉和肩部推举）是多关节的，另外 2 项虽然是单关节，但招募了大肌肉质量（腿部伸展和腿部卷曲）。此外，有人认为，执行接近向心肌肉衰竭的组对于改善血糖控制至关重要，如胰岛素和葡萄糖水平降低所示18。出于这个原因，当前协议中的集合被执行为同心失效。此外，我们选择了 7 项锻炼，每组 3 组，作为系统评价和荟萃分析的结果，与少于 21 组或更多组的锻炼相比，由 21 组或更多组成的力量锻炼课程显示出胰岛素作用的更大改善19。在相同的 7 个练习中选择 1 组是基于这样一个前提，即 1/3 持续时间的课程可能更适合肥胖受试者完成，并可能导致更高的长期依从性。我们在这项研究中采用的漫长熟悉期是基于以下观察：不习惯的、基于偏心的力量锻炼会导致胰岛素敏感性急剧恶化36,37，这在后续治疗中逆转 35.此外，为了让参与者安全有效地执行失败组，需要一个彻底的熟悉期，特别是对于肥胖、身体不活跃的受试者。最后，最重要的是排除食物摄入对胰岛素敏感性的可能影响53,54，因此我们选择在本方案的前一天和每次治疗当天控制饮食摄入量。

我们通过计算源自 OGTT55 的指标来描述胰岛素敏感性的评估。尽管高胰岛素正常血糖钳夹被认为是量化体内胰岛素敏感性的金标准56，但它是一种昂贵且侵入性的手术，需要训练有素的人员57。此外，有人认为，在手术中获得的持续高胰岛素血症不会再现正常的生理学58，而不是对膳食中摄入75克葡萄糖的胰岛素反应。尽管如此，这里描述的 OGTT 衍生指数与高胰岛素-正常血糖钳夹具有很高的相关系数，在 0.61 和 0.96之间变化 57。此外，已经表明 OGTT 是估计连续第59 天胰岛素敏感性的可靠且一致的方法，可以说是评估力量运动对葡萄糖代谢的急性影响的最常用方法之一 4,7,10,11,12,13,17,20,37，60,61,62.因此，OGTT是一种常用的4,7,10,11,12,13,17,20,37,60,61,62，可活57，可重复59，廉价，简单，用于评估胰岛素敏感性的生理方法，具有很强的相关性57 采用金标准高胰岛素-正常血糖钳夹法。

需要强调的是，显示的结果来自对 4 名肥胖个体进行的初步研究。这项初步研究显然缺乏动力，这排除了对力量运动量对肥胖个体胰岛素敏感性的影响的彻底评估。然而，结果表明，低容量力量运动可能会提高胰岛素敏感性，尽管程度不如大容量力量运动。考虑到与高容量相比，低容量方案需要三分之一的时间（分别为 18 分钟和 55 分钟），并且可能与更好的情感和享受反应有关，我们推测低容量力量锻炼方案可能与更高的运动依从性有关，这可能会在长期内带来更大的健康改善。因此，我们相信这项研究的结果对于那些声称没有足够的时间定期进行锻炼的人以及那些发现大容量力量锻炼具有挑战性或令人沮丧的人制定力量锻炼方案是无价的。

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Disclosures

作者没有利益冲突需要声明。

Acknowledgments

这项研究得到了国家科学技术发展委员会（CNPQ：Grant#407975/2018-7和#402091/2021-3）和米纳斯吉拉斯州研究与发展局（FAPEMIG：Grant#APQ-00008-22）的支持。资助者在本研究的设计中没有发挥任何作用，在研究进行、数据解释或结果报告方面也没有发挥任何作用。这项研究以Jequitinhonha和Mucuri Valleys联邦大学（巴西Diamantina-MG）为基础，该大学提供进行研究所需的设备和空间（DXA，力量训练室，力量训练设备等）。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
dual-energy X-ray absorptiometry GE DXA, Lunar, iDXA Advanced for assessing body composition
G*Power program  Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Germany version 3.1.9.6 for calculating sample size

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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医学，第 202 期，
研究力量运动对肥胖成人胰岛素敏感性的急性影响的随机对照试验
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