0 图形化摘要
1 引言
久坐行为(Sedentary Behavior,以下简称久坐)指在清醒状态下能量消耗≤1.5倍代谢当量的坐、卧和躺等行为。久坐行为独立于体力活动不足,已成为增加全因与心血管代谢疾病死亡风险的重要因素。显著的剂量效应分析显示,每日久坐时间超过10小时后,每增加1小时久坐时长,心血管疾病的发病风险便增加8%。
血流介导的血管舒张功能(flow mediated dilation,FMD)与冠状动脉功能密切相关,其可预测未来患心血管疾病风险:FMD每下降 1%,未来心血管事件风险增加13%。然而,一次持续久坐即可导致餐后心脏代谢风险生物标志物升高,并使FMD急性降低2.12%。同时,FMD的下降也是糖尿病等血管并发症发生的始动因素和主要病理生理学基础。FMD降低的主要原因之一是由于长时间坐姿引起的剪切应力与血流量下降,而这两个因素在维持血管内皮细胞中一氧化氮的产生及其血管舒张、纤溶、抗炎和抗凝功能方面发挥着关键作用。鉴于血管功能受损/障碍与久坐行为之间的强关联,减少久坐行为并增加体力活动已成为改善或维持血管功能,预防与治疗动脉粥样硬化等心血管疾病的最新共识策略。
久坐间断作为一种潜在的实用生活方式策略,可预防持续久坐状态下诱发的血管生理组织或功能受损,从而降低罹患各类心血管或慢性疾病风险。为此,本研究旨在荟萃分析久坐间断对血管组织功能的急性影响,并探讨受试者特征和间断方案等变量对主效应合并的调节效应,以期为国内外公共健康指南的更新提供有力证据。最终为我国在非药物生活方式预防和干预各类心血管及慢性疾病的具体实施,以及构建“运动处方库”提供循证方略,并为后续相关原创试验的设计与实施提供最新的研究进展参考。
2 主要结果
2.1 纳入文献特征
本文共纳入了22篇文献,均为随机交叉试验。共纳入364名受试者(男性204人,56%),单例研究受试者人数为10-25人,年龄为21-70岁,受试者类型为健康(117人,32%)、超重/肥胖(247人,68%)、Ⅱ型糖尿病(24人,7%)、高血压(49人,13%)和多囊卵巢综合症(13人,4%)。纳入研究对应久坐时长为1.43-9.8小时/天。22篇文献中共含27例久坐间断干预条件,涉及的久坐间断方式包括步行(30%)、抗阻(26%)、站立(16%)、爬楼(10%)、桌下踏板(10%)、健身操(4%)、间歇抬足底(4%),单次间断时间0.28-30min,间断频率为每20min、30min、60min与120min。
2.2 外周血管血流量
纳入13篇文献(20项效应,552名受试者)荟萃分析发现,久坐间断相比于持续久坐显著提升外周血管血流量(Hedge’s g = 0.48,95% CI [0.14,0.82],p < 0.01),且异质性较高(Tau2 = 0.29,Chi2 = 51.02,Q = 51.02,df = 19,p < 0.01,I2= 63%,PI [-0.73,1.63]),主效应合并结果的统计功效为92%。
亚组分析发现疾病可能是显著的调节因素(p=0.01):相比于持续久坐,仅观察到久坐间断对健康成人外周血管血流量有显著提升(Hedges' g=0.32,p<0.01)。未观察到间断方式与间断频率对久坐间断改善外周血管血流量有显著调节作用(p > 0.05)。对年龄、BMI、单次间断持续时长、总间断次数、总间断时长与试验期间久坐控制时长对主效应合并的调节作用进行了回归分析,但未观察到任何显著的调节作用(p > 0.05)。
2.3 外周血管剪切应力
析显示,合并结果稳定(附录B纳入13篇文献(19项效应,521名受试者)荟萃分析发现,久坐间断相比于持续久坐显著提升外周血管剪切应力(Hedge’s g = 0.65,95% CI [0.37,0.94],p < 0.01),且异质性较高(Tau2 = 0.21,Chi2 = 39.30,Q = 39.30,df = 18,p < 0.01,I2= 54%,PI [-0.36,1.65]),主效应合并结果的统计功效为99%。
亚组分析发现间断方式与间断频率可能是显著的调节因素,没有观察疾病对久坐间断改善外周血管剪切应力有显著调节作用(p > 0.05)。回归分析显示,久坐间断改善外周血管剪切应力受到受试者年龄(β = −0.02 [-0.03, 0.01]; p=0.09)与BMI(β = −0.10 [-0.18, -0.02]; p<0.01)影响(β = −0.09 [-0.17, -0.01]; p=0.03)。未发现其他因素(单次间断持续时长、总间断次数、总间断时长、试验期间久坐控制时长)对久坐间断改善外周血管剪切应力效果存在影响。
2.4 血流介导的血管舒张功能
纳入14篇文献(24项效应,644名受试者)荟萃分析发现,久坐间断相比于持续久坐显著提升FMD(Hedge’s g = 0.43,95% CI [0.15,0.72],p < 0.01),且异质性较高(Tau2 = 0.29,Chi2 = 59.07,Q = 59.07,df = 23,p < 0.01,I2= 61%,PI [-0.73,1.58]),主效应合并结果的统计功效为92%。
亚组分析未观察到疾病、间断方式与间断频率对久坐间断改善FMD有显著的调节作用(p > 0.05)。回归分析显示,久坐间断改善FMD受到总间断次数与试验期间久坐控制时长影响,更多的总间断次数并不会带来更大幅度的FMD增加(β = −0.09 [-0.17, -0.01]; p=0.03),试验期间更长的久坐持续时间将反向衰减久坐间断对FMD的改善益处(β = −0.21 [-0.34, -0.09]; p<0.01),每增加1h久坐时长与久坐间断改善FMD的幅度减弱0.67%相关(β = −0.67 [-1.09, -0.25]; p<0.01)。未发现其他因素(年龄、BMI、单次间断持续时长、总间断时长)对久坐间断改善FMD效果存在影响。
2.5 血管脉搏波速度
目前纳入原始试验较一致的发现久坐间断对血管脉搏波速度无急性显著影响。
2.6 中枢血管功能
目前纳入原始试验较一致的发现久坐间断对健康至肥胖的年轻成人的中枢血管功能无急性显著影响。然而,发现久坐间断显著提升了肥胖或高血压老年人的中枢动脉血流速度。
3 潜在机制
久坐间断显著增加了外周血管血流量与剪切应力,其潜在生理机制被认为与血浆中内皮素-1浓度降低、血浆硝酸盐/亚硝酸盐浓度及一氧化氮生物利用度/内皮素-1比值增加相关。同时,间断久坐能够增加骨骼肌活动,导致全身代谢产生急性有益变化,例如降低血糖、交感神经系统活动、血脂、炎症标志物和氧化应激等,进一步预防外周血管功能受损。
持续不间断久坐也会导致外周血管中平滑肌细胞的变化,导致平滑肌细胞中转谷氨酰胺酶和LIM激酶活性升高,进一步诱导肌动蛋白丝的聚合和内向重塑,最终导致平滑肌细胞硬化并损害血流介导的血管舒张反应。此外,持续久坐时髋部和膝部形成的90度角“弯曲动脉”形态,模拟出类似动脉分叉的环境,对血流动力学产生不利影响。因此,通过间断久坐可避免长时间处于“弯曲动脉”形态,从而预防久坐对血管动力学的危害。
在中枢血管功能方面,持续久坐可能会增加肌肉交感神经活动并引起中枢血管收缩,进而急性降低中枢血流速度,并造成中枢血管反应度和活性减少,以及脑血管阻力增加。同时,持续久坐可能对血糖、外周血管功能和炎症标志物等产生潜在的不利影响,从而进一步损害中枢神经系统功能(图1)。因此,采取间断久坐可预防上述不利影响,保护中枢神经系统功能。此外,通过久坐间断可使骨骼肌收缩,其能够激活胆碱能纤维,有助于增加中枢血管血流量,从而预防和保护中枢血管功能。
4 实践建议
维持血管内皮功能对于预防各类慢性疾病(如糖尿病、高血压等)的发病率及死亡风险至关重要。久坐间断已被证明是一种在真实世界(如工作场所)中应用可行性较高且安全的非药物生活方式干预策略,可同时增加体力活动量并规避持续久坐的危害。
同时,本研究纳入试验均采用步行、爬楼、自重抗阻与站立等生活化、便携化程度高的运动方式,以中低强度为主,单次仅需几分钟便可实现预期血管功能健康收益。并且,周期性应用此类一天多次的活动/运动已被证明可实现各类心血管健康标志物(如峰值摄氧量)的改善,并与传统持续或间歇运动收益相当。此外,前瞻性队列研究还证实其与更低的心血管不良事件以及心血管疾病发病、死亡率显著相关。
基于本研究结果,本研究建议:
各类成人可通过爬楼等大肌肉群参与的运动方式;
以较高频率(如,每40min进行1次);
进行单次至少5min的中低强度运动;
每日持续久坐累积时长不要超过6小时。
5 未来方向
第一,鉴于女性受试者月经周期相关激素变化及其对外周血管功能的潜在影响,后续研究应详细记录并控制月经周期,以更准确地评估与探索性别差异对研究结果的影响。
第二,目前仅有极少数试验关注慢性病及高风险患者,将本研究结论外推至此类人群仍需谨慎,后续应扩大样本范围并包含更多慢性病及高风险患者,进而评估其应用可行性与生理有效性。
第三,目前关于久坐间断对中枢血管功能的影响仍不确定,需要更多大规模样本的高质量原始试验以进一步探索。
第四,目前研究多集中于探讨久坐间断相较于持续久坐对改善血管功能“是否有效”。然而,后续研究更重要的是探究“何种间断策略更为有效”。例如,一项研究比较了高频低量(每30分钟步行2分钟)与低频高量(每120分钟步行8分钟)间断方案对血管功能的影响,发现低频高量可能在预防血流量下降方面更具优势。未来亟需探索针对各类人群的“最佳”久坐间断方案处方。
第五,整合现代科技(如电子提醒)与环境改变(如放置提示海报)等非运动策略以提高久坐间断方案的可行性,也是后续研究值得探索的领域之一。
第六,目前关于久坐间断对外周与中枢血管功能急性影响的生理学机制仍为推测,需更多、更直接的生物标记物及其信号通路变化,并采用效应-多组学-分子-功能综合手段,以进一步阐明其机制。
最后,目前该领域试验是基于实验室的急性横断面研究,无法揭示纵向因果关联,也无法获知此类策略在家庭、工作场所或交通工具等真实情景中的可行性。因此,亟待需要大规模、长期的纵向随机对照临床试验和可行性调查来进一步支持本研究证据。
6 结论
久坐间断急性提升成人外周血管血流量(低证据等级)、剪切应力(中等证据等级)与血流介导的血管舒张功能(中等证据等级),并可能预防、保护老年人因持续久坐引起的中枢血管功能下降(非常低证据等级)。
受试者特征(疾病因素、性别、年龄与BMI)、间断干预方案(方式、频率、总间断次数)与久坐控制时长均会影响久坐间断对血管功能的急性改善效果。
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