虽然更多的体力活动（PA）与健康结局的改善有关，但不同类型PA、活动随时间的变化和心肺适能之间的直接关系尚不完全清楚。此项研究详细评估了不同类型PA与心肺适能多项指标的关系，并表明PA（尤其是中高强度体力活动）随时间的有利变化与更多的客观健康获益相关。

上图为本研究设计的概述。8年来的心肺适能评估与同时进行的运动测试的全方位加速器评估数据相关，以此评估体力活动与体适能之间关系。

更多的常规体力活动（PA）与更低的心血管疾病（CVD）风险和更长的寿命相关。PA通过对临床CVD危险因素（如体重、血压、血糖和血胆固醇异常）的积极影响促进心血管健康。然而，PA带来的生理和代谢获益超出了其对标准危险因素的影响，其对心血管系统、大脑、肌肉、骨骼和肾脏等多器官系统产生有利影响。

2018年《美国人体力活动指南》鼓励参与多种类型的PA，包括中等强度PA（MVPA）、低水平活动（如常规步行中的踏步）和尽量减少久坐时间（SED），越来越多的证据表明，每种形式的PA都与长期健康结局的改善相关。然而，对于不同年龄、性别和心血管风险状况的个体，PA强度和持续时间对体适能的相对影响尚不明确。心肺运动试验（CPET）整合了个体的整体生理功能，通过峰值摄氧量（VO_2peak）评估心肺适能，非常适合研究PA与代谢健康状况的关系。CPET还提供了运动不同阶段的心脏和血管功能以及VO₂动力学评估，这可能有助于了解不同类型PA与运动代谢反应变化的关系。

此项研究调查了2070例居住在社区的中年弗雷明翰心脏研究（FHS）受试者不同类型的PA与心肺适能的不同部分。为期1周的加速器PA评估（SED、步数/天和MVPA），其近十年中的变化，及其与一次CPET体适能评估的相关性。

1.1 研究样本

已经描述了FHS第三代、Omni第二代和新生后代队列的详细特征和纳入流程。在第三个测试周期（第3次测试；2016年-2019年），邀请所有受试者参加CPET，先前已报道他们运动的代谢反应和通气效率。第二次（第2次测试；2008年-2011年）和第三次（第3次测试）测试中都要求受试者在研究随访后佩戴加速器8天。在第3次测试共3521例受试者中，3486人加入研究中心（家庭随访n=35人），3117人完成了CPET，其中2408人提供了加速器测量数据。

在第3次测试中，有或没有了加速器测量数据的个体特征类似，没有提供加速器测量数据的个体心脏代谢风险较差。大多数受试者居住在新英格兰（84%）。我们排除了运动期间不能尽力（峰值呼吸交换率<1.0；n=41），加速器佩戴时间不足（每天佩戴时间>10小时的天数少于3天；n=182）、缺失踏步数据（n=3）、缺失CPET数据或协变量信息（n=108）或PA评估仪器误差导致出现异常值（高于或低于平均值的五个标准差[SD]）（n=4）的患者，最终用于CPET和加速器评估横断面分析的样本量为2070人（图表摘要）。为了分析CPET数据与从第2次测试到第3次测试的加速器数据变化之间的关系，我们进一步从第2次测试中排除没有加速器测量数据的个体（n=350），得到包含1720例受试者的分析亚组。

1.2 心肺运动试验

在功率自行车上进行极量负荷递增CPET。各CPET指标的测量方法详见表1。

1.3 加速器测量评估体力活动

要求参加第2次测试和第3次测试的受试者在腰间佩戴全向加速器8天，且除洗澡外的所有时间都要佩戴。考虑到区分睡眠和清醒可能存在的困难，要求第3次测试的受试者睡眠中取下设备。以0.5–3 Hz的信号，0.05–2 g的加速/减速和30秒的间隔计算“步数”，并以1分钟作为时间平均单位。我们进一步去除连续累积步数最低的佩戴6小时，以排除可能的睡眠时间。”SED“定义为每分钟计步<100，报告为佩戴时间的百分比，然后被佩戴18小时/日标准化。”MVPA’的定义为每分钟步数＞1535。

1.4 协变量评估

将吸烟者分为当前吸烟者（在研究访视前1年内吸烟）、先前吸烟者（之前吸烟但近1年未吸烟）和从不吸烟者。糖尿病定义为空腹血糖≥126mg/dL，非空腹血糖≥200mg/dL，或应用糖尿病药物进行治疗。CVD的特征是存在心肌梗死、卒中或心力衰竭病史，或因心绞痛或胸痛、心力衰竭、心房颤动或心律失常、卒中、跛行或外周动脉疾病而服用药物。使用整合队列方程计算10年动脉粥样硬化性CVD风险。

2.1 研究对象特征

研究对象特征如表2所示。 研究样本（n=2070）平均年龄为54±9岁，男性和女性人数各占50%，平均BMI为28.0±5.3 kg/m2。加速器平均佩戴时间为14.2±1.2小时/天，受试者每天走7737±3520步，每进行MVPA 22±20分钟，静坐13.5±1.4小时/天（以18小时/天进行校正）。

2.2 体力活动与心肺适能不同方面的关系

未经校正的分析中，PA每个部分与峰值心肺适能（VO_2peak）呈中度线性关系。校正临床危险因素的多变量模型中，观察到PA评估结果与体适能不同方面具有显著相关性（表3）。每项PA测量值均与不同运动阶段的VO₂反应相关：中等强度运动开始阶段、运动过程、运动峰值和恢复期（FDR均<5%，表3）。值得注意的是，虽然步数/天与许多阶段VO₂测量值相关，但与运动中心率或血压反应无显著相关性。高1个标准差MVPA对体适能不同部分的效应大于静坐时间和步数。VO_2peak增加5%（1.18 mL/kg/min）与平均MVPA/日增加96%（95%CI：82–113%，根据样本平均值，约需22分钟），增加3458步（95%CI：2942-4193；假设平均步频为80步/分钟，预计需要40分钟），SED减少182分钟（95%CI：131–301）（图1）相关。

我们进一步评估PA测量值与VO_2peak的关系是否互补（即互相叠加）。在大于平均步数/天或MVPA且SED较低的组中观察到较高的VO_2peak（图2）。有趣的是，无论SED高低，步数/天或MVPA低的个体VO_2peak低于平均值，而步数/天较高或MVPA较高的个体，即使其SED较高，VO_2peak仍高于平均值。

最后，为了评估PA与体适能指标之间的相关性是否会因不同类别的临床变量而存在差异，我们评估了年龄、性别、BMI、常见心血管疾病或糖尿病，以及心血管疾病风险对效应的影响。尽管存在一些重要的相互作用，但不同类别临床变量主要发现基本一致。然而，我们明确观察到性别对SED和VO_2peak相关性产生了影响。与男性相比，女性SED每升高1个标准差，VO_2peak下降幅度更大。

2.3 体力活动指标随时间的变化与心肺适能的关系

接下来，我们评估了1720例同时参加第2次和第3次测试并完成加速器评估和CPET评估的受试者在中位随访时间7.8年（第25-75百分位7.5-8.1年）内PA变化的相关性。PA测量值的变化与运动期间的心率或血压反应无关，但反映在不同运动阶段的VO₂动力学指标中（表4）。两个测试周期之间平均步数/天或MVPA的增加和SED的减少与每个运动阶段的良性结果有关，观察到MVPA的影响最大（表4）。总之，在两个测试周期之间，增加MVPA 17分钟/天（95%CI：14-21）或4312步/天（95%CI：3439-5781；步速为80步/分钟时，≈54分钟），或每天减少249分钟的SED（95%CI：149–777），VO_2peak增长5%（相对于平均值为1.18 mL/kg/min）。

最后，我们评估了两个测试周期中PA高于或低于样本平均值的个体的边际平均对数VO_2peak（图3）。在第2次和第3次测试中，从低步数/MVPA（或高SED）的受试者到高步数/MVPA（或低SED），VO_2peak逐渐增加。值得注意的是，在一次测试周期中，高步数/MVPA（或低SED）者的VO_2peak相似，无论CPET是在第3次测试还是在第2次测试时执行的。

本研究主要发现有三个方面。首先，在一个大样本的社区居民个体中，我们定义了常规体力活动的三个指标（MVPA、步数、SED）与心肺适能的多个方面之间的相关性。相对于总步数/天和SED，MVPA在整个运动过程中对运动反应模式的影响最大。具体而言，MVPA平均每增加1分钟，需要进行大于3分钟的中等步频步行和减少＞14分钟的SED，以实现同等程度的体能变化。其次，我们观察了PA测量值与VO_2peak之间的线性关系，以及年龄、性别、肥胖和CVD状态之间的广泛一致性。第三，步数和MVPA与VO_2peak之间的关系是互相叠加的，因此，在两者都较高的个体中观察到最高VO_2peak。

PA越高，心肺适能水平越高，两者之间具有相关性。但先前研究大多受到纳入标准范围较窄、样本量较小以及PA和体适能的客观测量方法缺乏的限制。详细的生理学研究表明，长时间卧床导致的SED高和PA低对心血管功能和体适能具有很高的不良影响。相反，在久坐的中年人中，有监督的运动训练可以显著改善身体素质。此项研究证明常规PA模式（相对于专门的运动训练本身）对于在整个生命过程中建立和维持心肺适能非常重要。

峰值VO_2peak是评估心肺适能的金标准，与个体整体健康水平和疾病谱结局密切相关。在此项研究纳入的社区中年人中，MVPA的相对量、适度步行、SED的降低与体适能的临床明显差异相关（相对于平均VO_2peak23.6 mL/kg/min，VO₂增长＞1-1.2 mL/kg/min）。重要的是，MVPA与VO2peak呈线性相关，这表明尽管指南推荐>150分钟/周MVPA 可能是合理的，更高水平的MVPA将产生体适能的持续改善。

这项研究的一个独特方面是近十年中两次对PA进行评估，这对于理解长期保持活动对心肺适能的益处是必要的。与体力活动水平随时间而提高的个体相比，持续体力活动水平较低（或高SED）的个体具有较低的心肺适能，PA的坚持可能与长期健康水平相关。

除了VO_2peak外，我们还观察到PA与许多CPET指标之间的关联，这些指标反映了中等水平运动起始、持续、峰值运动和恢复期的VO₂。虽然MVPA有望促进对高强度峰值运动（如VO_2peak）的适应，但我们发现，相对于步数或SED，MVPA在整个运动过程中对反映CPET指标VO₂的相对效应更大，这表明MVPA可能促进个体对所有强度运动水平的整体适应。

总之，减少SED、增加步数/天和MVPA（及其随时间的变化）都与心肺适能水平较高相关。MVPA的效果最高，在负荷递增运动不同阶段（即从开始到恢复），MVPA与CPET体适能结果相关。此外，我们的数据提供了特定运动反应的可调整信息，可以通过调整SED、步数/天和MVPA的相对变化，以改善体适能状况。

本文由北京大学第三医院心内科宋燕新翻译整理，转载请注明出处和作者。

原文： 

Nayor M, Chernofsky A, Spartano NL, et al. Physical activity and fitness in the community: the Framingham Heart Study. Eur Heart J. 2021 Aug 26: ehab580. doi: 10.1093/eurheartj/ehab580. Epub ahead of print. PMID: 34436560.

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