每日步數與飯後脂肪代謝

Introducion

運動的好處相當多,甚至只要運動一次,就可以改善飯後三酸甘油酯指數以及葡萄糖耐量測試等心血管代謝指標。然而這些心血管代謝指標有所改善的研究受試者平均每日步數約在7000~8000步左右,因此研究者們開始想知道

對於那些久坐且每日步數低的人,運動的好處仍是一樣嗎?

kim et al. 發現對那些每日久坐超過14小時,且每日步數僅約1650步的人來說,就算讓他們去慢跑一小時,強度達到67%最大攝氧量,也無法改善隔天早上的餐後高三酸甘油酯症。

長時間不活動(久坐+低日行步數)會讓你無法獲得一般人從事一小時運動的立即效益,例如心血管代謝指數的改善等。

這個現象就叫做“運動抗性 Exercise Resistance“

在2019年,另一批研究人員找來了平均每日步數約3700步的受試者們,在他們身上也發現了運動抗性。

那到底每日步數要到多低才會出現運動抗性,讓運動的立即好處例如餐後三酸甘油酯反應以及脂肪氧化被抵銷呢?

2020年發表在Applied Sciences應用科學期刊的Daily Step Count and Postprandial Fat Metabolism就探討了這個問題。

但首先我們要先了解,為什麼是用每日步數作為指標呢?

這與靜態生活有關。長時間的不活動會使得餐後三酸甘油酯水平持續升高達到10小時,在攝取富含油脂的食物會在三小時後達到高峰。餐後三酸甘油酯會升高多少與升高多久會被個體的基因、飲食習慣、和吃飯前的身體活動影響。

此前的流行病學研究顯示,非空腹三酸甘油酯指數(例如PPL)比起空腹三酸甘油酯指數,對於預測心血管疾病的發生率較準確。心血管疾病包含代謝症候群、第二型糖尿病與粥狀動脈硬化等等。長時間不活動與肥胖、第二型糖尿病等心血管疾病的發生率和致死率有相當大的關係。

甚至已有臨床病學研究顯示,運動無法抵銷久坐帶來的傷害。

即使遵循ACSM美國運動醫學會運動指南中的一週中強度運動至少150分鐘的建議,如果你的生活型態有長時間不活動或是久坐,得到心血管疾病的機率還是會提高。

然而當你從事低強度運動越多,你不活動的時間就越少,因此統計每日步數成為衡量靜態生活的常用指標。每日步數增加可以減低心血管疾病風險,然而當每日步數降低,僅僅只需要一週,口服葡萄糖耐受測試的結果就會變差;減少步數達到兩週,下降幅度會更驚人。每日步數下降也與最大攝氧量減少、內皮細胞功能異常、胰島素敏感性降低、大腿肌肉量降低和內臟脂肪增加有關係。

之前已有相當多的研究顯示,單次60~90分鐘的中強度運動能使餐後三酸甘油酯指數下降,並且與受試者原本的血脂和訓練狀態無關。雖然都已要求受試者不能進行額外的運動,但都沒有控制受試者們的每日步數,也幾乎沒有研究有系統性分析每日步數降低再加上中強度運動的整體效應。

因此此篇研究是第一份系統性分析減少每日步數再加上一小時中強度運動對隔日餐後血液三酸甘油酯、葡萄糖與脂肪氧化的研究。

研究的假說:即使在單次一小時達到65%最大攝氧量的運動後,隔日的餐後血脂與血糖指數會因為每日步行數降低而不會被改善。

研究方法

  • 共10位受試者,包含7名男性與3名女性。
  • 分成三組,低活動組(每日2500步)、限制活動組(5000步)、與正常活動組(8500步)
  • 實驗為交叉設計,每位受試者隨機進入試驗後都要接受三種步數調控,在不同步數分配間會有至少一週的沖洗期(washout period)。
  • 要求受試者必須避免任何實驗以外的運動。
  • 受試者知情並且同意研究中所有的流程和措施。

交叉設計的優點是受試者自己為自己的對照組,可以排除治療組別以外其他不必要的干擾因子,使測量的精確度提高,變異量減低,因此可以較少的樣本數達到相同的檢定力(power)。

實驗設計

研究設計
  • 每次試驗皆包括三階段:總共五天,第一階段為控制階段(上圖C1和C2),讓受試者熟悉實驗流程,再來就是兩天(D1和D2)的介入階段,也就是執行受試者被分配到的低活動、限制活動與正常活動步行量。在第二天晚上(D2)每位受試者都要在實驗室跑步一小時,強度為64%最大攝氧量。在第三天(D3),所有受試者都要喝一杯高脂奶昔進行耐受度測試(HFTT),並在喝下後的6小時間紀錄餐後血液指標。
  • 要求受試者在實驗期間睡眠週期保持一致。

實驗前測試

在第一次試驗前,所有受試者都要去實驗室做20分鐘的4階段非最大努力測試,用不同速度的慢跑和坡度了解他們的最大攝氧量。慢跑機的坡度每兩分鐘會增加2%,並監控他們的攝氧量、二氧化碳產生量以及心率。使用ACSM的標準計算最大攝氧量。

控制C1+C2

要求受試者在大腿配戴活動記錄器(activPAL)計算步數,並且要求受試者在這兩天注意自己走了幾步,並且禁止走超過一萬步。但該裝置沒有顯示步數,因此受試者必須在屁股或是手腕另外戴一個可顯示步數的記錄器,也可以使用智慧型手機監控自己的步數。

介入期(D1+D2)

此期間受試者要求走到自己被分配到的步數,並且在第二天晚上六點於實驗室完成一小時中強度慢跑,強度為64.4%最大攝氧量,慢跑的步數沒有計入步數。

高脂耐受測試期(HFTT

受試者在慢跑後的隔天早上7點測量體重,靜躺5分鐘後抽靜脈血得到空腹血液樣本。接下來讓受試者喝下高脂奶昔,高脂奶昔的成分為融化的冰淇淋和超過40%的鮮奶油,喝完後的第2、3、4、6小時採集血液樣本。在此階段受試者都保持坐著,可以去上廁所。

餐後能量受質氧化

  • 收集受試者在餐前和餐後的呼氣來評估基質氧化狀況。在餐後第0、2、4、6小時收集受試者的呼氣。之前已有研究顯示不活動會降低身體的脂肪氧化程度。
  • 用攝氧量、二氧化碳產生量以及呼吸交換率計算能量支出和基質代謝。

飲食控制

在實驗期間要求受試者要吃飽、紀錄飲食內容,並且在每次HFTT前一天都要吃一樣的東西。在HFTT前一天要求受試者攝取較低脂肪的晚餐,以免影響隔日高血脂耐受測試表現。分配到正常活動和限制活動組的受試者可以多吃一些來補充他們多消耗的熱量,但是整體巨量營養素分配必須遵守研究要求。

生化分析

採檢血樣用來分析血液三酸甘油酯和血糖濃度,並使用分光光度法,且在同一次分析中對每一位受試者分析工具都是相同。血脂和血糖的組內變異係數小於10%。

統計分析

先計算血脂和血糖的曲線下面積後,使用重複量測單因子變異數分析。並使用雙因子變異數分析(試驗x時間)來分析血脂和血糖。使用雙因子變異數分析每日步數。呼吸交換率、脂肪和碳水化合物的氧化使用重複量測雙因子變異數分析。當交互關係達到顯著就會用Tukey’s test分析。p值設定為<=0.05

研究結果

受試者特性

10位受試者包含7男3女,皆為年輕健康且未訓練過的,平均年齡為25.7歲、體重79.7公斤、身高173公分、BMI為26.4、最大攝氧量為42.7/mL*kg*min。

非最大努力運動的反應

非最大努力的慢跑一小時間平均心率為154,64.4%最大攝氧量,自覺強度為11.4,以上皆符合中強度運動標準。

每日步數

在控制日組間和組內沒有顯著差異。但是在介入第一日和第二日皆有顯著差異。

液三酸甘油酯反應

低活動和限制活動組在餐後的第2、3和4小時餐後血液三酸甘油酯顯著高過正常活動組。

低活動和限制活動組在曲線下面積AUC高出正常活動組22~23%,兩組都顯著高於正常活動組。而低活動和限制活動組間沒有顯著差異。

血糖濃度

三組間沒有顯著差異。

餐後能量受質氧化

餐後呼吸交換率低活動量組顯著高於正常與限制活動組,代表使用脂肪為能量的比率顯著較低。脂肪氧化率低活動和限制活動組顯著低於正常活動組。

討論

  • 此研究顯示低活動和限制活動組(平均2675;4759步)的餐後血脂與脂肪分解反應都比正常活動組(平均8431步)低,但要注意在非實驗期間受試者的每日平均步數都在一萬步左右。
  • 雖然三組受試者都進行完全一樣的中強度跑步,如果受試者的每日步數減少到2500~5000步,單次運動所帶來的好處就會降低。
  • 低活動組和限制活動組的餐後三酸甘油酯濃度比正常活動組高的原因,可能是因為身體減少使用脂肪為能源。
  • 在此研究設計中顯示即使脂肪代謝會因為運動而提升,但是提升效果不及不活動所帶來的抑制效應。
  • 不活動不只降低脂肪,還對肌肉有負面影響。有幾份研究已指出在日行步數降低到1400步左右的老年人和健康年輕人,兩週內的肌蛋白合成就會降低。
  • 目前對於何種運動可以克服運動抗性尚不得而知,但是至少在這篇研究中,一小時的跑步是沒有效果的。
  • 如果可以打破長時間久坐,那麼運動抗性是可以被克服的,且不只有提高步行數這個方法,像是累積多次極短持續時間,高強度的間歇訓練也有效果。
  • 肌蛋白脂解酶(LDL)是分解血漿三酸甘油酯的酶。LDL活動的降低可能可以解釋低活動和限制活動組餐後三酸甘油酯的增加。缺乏活動會大幅降低LDL的活動,在動物實驗中,使動物的後腳無法活動會在12小時內迅速降低超過60%。

結論

  • 只要步數減少到2500~5000步達到兩天,就會增加對運動的抗性,特別是在脂肪代謝與隔日餐後血液三酸甘油酯上。
  • 當受試者的日行步數降低到少於5000步,即使有氧運動一小時,脂肪代謝還是會降低16~19%,並且隔日的餐後血漿三酸甘油酯會比正常活動組增加22~23%。
  • 如果想要達到最佳脂肪代謝狀態,每日步數可能不要少於8500步。

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