2型糖尿病（T2DM）约占DM总数的90%（全球超过4.6亿），需要强化治疗。由于许多目标（例如严格的血糖控制）没有实现，导致T2DM的发病率和死亡率较高。糖尿病受试者发生心力衰竭的风险高出30%，心血管疾病（CVD）是造成严重并发症和极大医疗负担的重要原因。运动不耐受是T2DM受试者全因死亡率的一个重要预测因子，心脏功能障碍似乎是运动不耐受的一个重要因素，T2DM受试者的心输出量（CO）较健康人下降23%。幸运的是，运动训练不仅可以改善糖尿病的临床过程，而且可以改善静息心脏功能（尤其是舒张功能）。因此，运动训练是T2DM管理的基石。

然而，由于摄氧量（VO₂）是由CO和氧（O₂）摄取量决定的，中枢和外周因素可能是运动不耐受的基础，并可能促进运动训练后VO₂的改善。然而，需要阐明运动训练的几个方面，如运动量和运动强度的影响。近年来，高强度间歇训练（HIIT）因其在血糖控制和运动能力方面的优越效果而引起广泛关注。

此项研究目的是通过运动超声心动图和同步呼吸分析，研究在何种程度上中枢（CO）或外周（O₂摄取）因素是控制良好的T2DM，且无CVD受试者运动能力（（VO_2peak）改善的基础。基于之前的研究，我们假设有监督的HIIT效果优于有监督的MIT。

2.1 研究设计和受试者

本项随机对照试验在REVAL康复研究中心（比利时Hasselt大学）和心脏科（比利时Jessa医院）进行。采用简单抽样的方法招募29例年龄18-81岁、根据美国糖尿病协会标准诊断的无症状（休息或运动时无呼吸困难或胸痛）T2DM受试者。需要至少三个月的稳定药物治疗（如抗高血压、降糖和降脂药物），受试者必须能够进行极量负荷递增运动试验。排除以下疾病或症状受试者：肾脏疾病、视网膜病、神经系统疾病、骨科疾病、禁止进行运动试验的肿瘤或肺部疾病，心血管疾病（如瓣膜病、冠状动脉疾病、先天性心脏病），以及运动中呼吸困难或胸痛。

2.2 评估以下指标

人体测量学指标和体成分、心肺运动试验（CPET）、运动超声心动图和血液分析（血糖控制、血脂）。干预前和干预24周后评估身体成分。所有其他评估分别在基线、运动训练12周和24周后进行。

2.2.1 人体测量学指标和身体成分

测量受试者身高和体重，计算其体重指数（BMI；kg/m²）和体表面积（BSA；m²）。使用双能X射线吸收系统分析身体成分，检测瘦体重、脂肪含量和体脂百分比。

2.2.2 血液化验指标

采集空腹血液样本，评估脂肪水平（总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和甘油三酯）和胰岛素水平。此后，进行口服葡萄糖耐量试验（OGTT）。分析非空腹血液样本的糖化血红蛋白A1c和N末端B型钠尿肽前体（NT-proBNP）。使用胰岛素抵抗内稳态评估（HOMA-IR）评估胰岛素抵抗。根据OGTT的葡萄糖测量值，使用梯形法则估计曲线下总面积（tAUC）。

2.2.3 超声心动图与运动指标测定

本研究进行了运动超声心动图评估。在心尖二腔、四腔和五腔视图（AP2C、AP4C、AP5C）和心尖长轴视图（APLAX）评估心脏功能。有关心功能的指标包括CO、左室长轴应变（LS，AP4C视图）和舒张功能指标（舒张早期充盈期（E）、瓣环舒张早期速率（e’s）和左室充盈压（E/e’）。

同步呼吸分析评估呼吸交换率（RER）和摄氧量（VO2）。在半仰卧固定踏车上进行标准化负荷递增运动方案（初始运动负荷为20 W，逐渐增加10 W/min）。运动超声心动图评估包括两个阶段：休息，在最大负荷。后者在RER超过1.03，运动负荷维持稳定时进行。在整个评估过程中监测收缩压和舒张压。

2.2.4 心肺运动试验

在亚极量运动期间进行运动超声心动图评估时，以直立姿势进行CPET，以明确峰值摄氧量（VO_2peak）。评估以下指标：VO₂、运动负荷（W）、通气阈时HR和RER，VO_2peak、W_peak、HR_peak、RER_peak。开始CPET之前，检测毛细血管血糖水平。如果血糖>300 mg/dL，则不允许进行CPET；血糖<70>100 mg/dL，则进行CPET。

2.3 运动训练方案

将受试者随机分配到HIIT或MIT（比例为1:1）。运动训练持续24周（每周3次）。包括4个阶段（第1阶段：第1-2周，第2阶段：第3-6周，第3阶段：第7-12周，第4阶段：第13-24周）。在每次运动训练前后，分别进行5分钟的热身和放松。在每个阶段，两组的训练量（HR_peak的平均百分比）相等。根据CPET的结果（W_peak，HR_peak和VO_2peak）用于制定个体化运动方案，持续监测HR来监测运动强度，将VO_2peak转换为相应的HR区域。经过12周运动训练后，进行CPET以调整个人运动方案。在每次训练前后监测受试者血糖水平。

3.1 一般特征

图1展示了受试者的纳入过程。各组在年龄、性别、病程、体重、BMI、BSA和身体成分方面具有可比性（p>0.05；表1）。

3.2 运动干预特征和运动方案的耐受程度

各组在所有阶段的运动量（HR_peak的平均百分比）相似（组间p>0.05）。HIIT组的绝对能量消耗显著高于MIT组（p<0.05），第一阶段（295±54 34="" 42="" 48="" kcal="" vs="" p="0.001）。当能量消耗经过体重标准化后，差异消失（组间p">0.05）。在HIIT组中，2例受试者在1次训练期间发生了两起事件（一起低血糖事件，一起运动诱导过度通气事件），该训练过程分别中断。

3.3 身体成分

MIT组经过24周的运动训练后，体重（p=0.039）、BMI（p=0.041）、BSA（p=0.017）、体脂含量和体脂百分比（kg和%，p=0.001和p=0.007）显著下降（表1）。HIIT组仅体脂百分比显著下降（%，p=0.028）。

3.4 血液化验

一般而言，运动训练显著（pTime<0.05）改善了血糖控制（hba1c水平、空腹血糖和胰岛素水平、糖耐量（tauc较低）和全身胰岛素抵抗）以及总胆固醇水平，上述指标之间无相互影响（p交互作用>0.05，表2）。然而，MIT和HIIT影响不同。MIT（p1=0.019）和HIIT（p1=0.012）治疗24周后，葡萄糖耐量（tAUC）均得到改善，而胰岛素抵抗（HOMA-IR）仅通过HIIT（p1=0.007）得到改善，其原因是空腹胰岛素水平降低（p1=0.011）。HIIT在12周的运动训练后（p2=0.008）显著改善了总胆固醇水平，而运动训练24周后，显著性消失（p1>0.05）。相比之下，MIT组总胆固醇水平只在24周的运动训练后显著降低（p1=0.038）。运动干预期间，NT-proBNP水平保持不变（pTime>0.05）。

3.5 运动能力

干预前，HIIT组的运动表现（W_peak）高于MIT组（p1=0.014）。HIIT（p1=0.019）和MIT（p1=0.017）治疗24周后，运动能力（VO_2peak（mL/kg/min））均显著改善，且程度相似（P_交互作用>0.05，表3）。与HIIT组（p1=0.02）相比，MIT组24周运动训练后的绝对VO_2peak（mL/min）没有显著增加（p1>0.05）。HIIT（p2=0.001和p1=0.001）或MIT（p2=0.015和p1=0.001）分别在训练12周和24周后，运动表现（W_peak）显著改善。运动训练24周后，HIIT组VT1和VT2时VO₂（p1=0.002和p1=0.001）和W（p1=0.001和p1<0.001）升高。运动训练12周对HIIT组VT2时VO₂（p2=0.002）和W（p2=0.001）产生显著影响。在24周的运动后，MIT导致VT1时W（p1=0.021）和VT2时VO₂（p1=0.013）改善，最大收缩压显著降低（p1=0.047）。

3.6 静息心功能

研究起始，两组的静息心功能相似（组间p>0.05）。与MIT组相比，HIIT组的LVDd更高（p1=0.031），左心室质量也更高（p1=0.039）。运动训练12周后，MIT组E/A显著改善（0.77±0.24 vs 0.84±0.19，p2=0.017），而训练24周后，MIT组射血时间增加（271±17 vs 290±25 ms，p1=0.015）。

3.7 运动超声心动图

干预前，两组在运动期间的收缩（CO、LS）和舒张（E，e’s和E/e’）功能相似（p1>0.05；表4）。HIIT组和MIT组在24周的运动训练后，运动过程中摄氧量显著增加（13±3 vs 16±3 mL/dL，p1=0.04和12±2 vs 19±5 mL/dL，p1=0.009），支持MIT的显著交互作用（p_交互作用=0.007）。

24周的运动训练后，MIT组和HIIT组的其他与能量计量学相关的指标在运动过程中都发生了显著变化；CO/̇VO₂降低（5.7±1.8 vs 3.9±1.5，p1=0.002和6.5±1.5 vs 4.7±1.5，p1=0.02），MIT组运动期间的O₂脉搏显著增加（11±2 vs 14±2 mL/bpm，p1=0.018）。在静息和运动期间，干预后的收缩功能（CO，LS）和舒张功能（E，e’s和E/e’）保持不变。

3.8 相关性

干预12周和24周后，HIIT组HbA1c水平的变化与运动期间LS的（绝对）变化呈负相关（r=−0.809，p=0.028和r=−0.782，p=0.038）。在MIT组中，干预12周和24周后，HbA1c与静息LS呈负相关（r=−0.824，p=0.023和r=−0.792，p=0.019）。

本研究比较了24周有监督的运动训练（HIIT和MIT）对T2DM，且无已知CVD受试者的心功能和摄氧能力的影响。本研究首次将运动超声心动图与同步逐次呼吸分析相结合，应用Fick原理研究O₂摄取。HIIT和MIT两种运动方案都是安全的，受试者能够很好的耐受，并改善了运动能力（VO_2peak和峰值运动负荷）和血糖控制。运动能力的提高，尤其是MIT组，与外周适应（增加氧气摄取能力）而不是中枢适应（心输出量保持不变）有关。

干预效果符合T2DM受试者的预期。事实上，运动能力（VO_2peak，mL/kg/min）在MIT和HIIT后分别提高了13.6%和10.5%，达到了预期的水平。此外，身体成分（体重、体脂百分比、BMI）、血糖控制（空腹血糖、外周胰岛素抵抗）和血脂（总胆固醇水平）的改善程度与其他研究报告的相似。

然而，甘油三酯水平并非如此，某些方面（如体重）主要在MIT组改善明显。基线时严格的血糖控制可能导致HbA1c水平相对较小的改善。与MIT相比，HIIT在干预早期提高了运动能力，因此在短期内（12周的运动训练）似乎更有效。尽管如此，高强度训练似乎在运动能力的最初阶段起到了很强的促进作用，之后受试者体重又会增加，而MIT则起到了缓慢适度的促进作用。

运动干预对提高运动期间的氧摄取能力非常有效。O2摄取由O2输送（肌肉血流）和O2 流动（向心肌细胞的流动）决定，这意味着肌肉血流受损可能是T2DM受试者O2摄取功能障碍的基础。运动训练可以改善T2DM受试者的内皮功能。运动训练改善HbA1c水平，HbA1c水平的降低可以通过改善O2流动促进O2摄取。然而，HbA1c和O2摄取量的变化并不相关。O2摄取量的增加还可能与运动诱导的线粒体含量增加有关，不过并无定论。

此外，运动强度的作用仍有待阐明，因为我们研究小组之前的工作报告了T2DM受试者在MIT和HIIT后线粒体氧化能力的类似改善。最后，运动训练增加骨骼肌毛细血管密度可能导致O2摄取能力增加。有趣的是，与MIT组相比，HIIT组更早表现出O2摄取的改善（分别在12周和24周运动训练后）。虽然这可能表明HIIT对骨骼肌氧化能力产生更有效的影响，但我们的结果是否由类似机制驱动尚不清楚。

有趣的是，我们的数据无法证实运动训练改善心脏功能的潜力。有研究报道了HIIT对于舒张功能静息指标和LS的改善作用。LS的绝对变化与HbA1c水平的降低呈负相关，说明血糖控制的重要性。高血糖及伴随的胶原沉积与心肌纤维化的发展密切相关，心肌纤维化是糖尿病患者心肌变形的主要决定因素。在糖尿病动物模型中，运动训练似乎通过减少胶原沉积逆转心脏纤维化。在24周的运动训练后，改善显著，但运动训练的前12周占主要作用，强调了短期运动训练的有效性。

总之，本研究数据，结合先前的研究，证明了运动训练对改善T2DM人群心血管健康和运动能力的潜力。运动训练可以逆转（或至少部分逆转）中枢水平（心输出量）和外周水平（O₂摄取）的限制，至少在T2DM，且未明确诊断CVD的患者中是如此。

明确T2DM人群运动不耐受的根本原因具有临床意义，尤其是在运动训练治疗方面，以制定个体化运动方案。同时进行逐次呼吸分析的负荷超声心动图可能具有较高价值。然而，包括DM控制不佳和/或DM并发症受试者在内的大型研究将有助于更好地了解DM对心血管的影响以及运动训练治疗的机会。

在控制良好的T2DM，且未诊断心血管疾病或心功能不全的受试者中，运动能力的提高与外周水平（摄氧能力）而不是中枢水平（心输出量）的适应有关。HIIT使受试者更快的适应，不过MIT可以长期发挥同等作用。

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

Van Ryckeghem L, Keytsman C, De Brandt J, et al. Impact of continuous vs. interval training on oxygen extraction and cardiac function during exercise in type 2 diabetes mellitus. Eur J Appl Physiol, 2022 Jan 17. doi: 10.1007/s00421-022-04884-9.