林家仕，谢敏豪

前言

随着社会的发展，人们的体力活动模式发生了很大的变化，由静坐性生活方式不断增加而引起的，体力活动严重不足而带来的身体疾病已成为了世界医学问题。大量的研究表明，不运动或运动不足会引起心血管、糖尿病、癌症、肥胖、高血压和骨质疏松等疾病风险增加，而通过有规律的运动，可以有效地预防疾病和降低疾病风险。近年来，美国运动医学学会（ACSM）提出了“运动是医药”（exercise ismedicine），认为在病人的日常治疗中，以体力活动结合运动作为治疗处方，其效果不亚于纯粹的药物治疗。但是，目前对于其运动与健康之间的剂量-效应关系的研究相对较少，例如，运动与健康之间是否存在剂量-效应关系?是否存在着最小或最适宜的运动量?运动量、强度、持续时间等剂量中哪个因素对健康效益的决定性作用等问题一直没有统一的论断。本文从体力活动历史演变过程、运动推荐量、曲线模型以及体力活动各单因素等方面总结和探讨了体力活动与健康之间的剂量-效应关系，并对今后研究的重点和热点进行了展望，为进一步研究体力活动提高健康效应提供理论依据。

1 体力活动（physical activity）概念

Caspersen[10]对体力活动给出的定义是指：由骨骼肌收缩引起的导致能量消耗增加的身体活动。体力活动包含职业工作、家务、交通、休闲娱乐和体育运动，其中，体育运动（exercise）是体力活动中重要的组成部分，但是，却有别于体力活动。体育运动是有计划、有组织、以保持/提高体适能为目的的体力活动。以研究体力活动为目的而进行的体育运动一般包括有氧训练、抗阻训练、柔韧训练以及平衡训练。体适能（PF）有别于体力活动，体适能指个人除足以胜任日常工作以外，还能有余力享受休闲，及能够应付突如其来的变化及压力的身体适应能力。其代表的是一种状态，是在进行长期体育运动和体力活动之后所表现出来的一种较为理想的状态，一般包含心肺功能、肌肉力量、肌肉耐力、柔韧性和体成分。体适能除了受遗传因素影响之外，与体力活动水平也有着密切的关系（图1），从体力活动到健康状态有两条途径：一种是先通过提高体适能，最终影响身体健康状态；一种是体力活动直接影响身体健康状态。

图1 运动、体力活动、体适能和健康之间的关系示意图

2 体力活动与健康剂量-效应关系研究的历史演变

体力活动与健康剂量-效应关系研究主要是建立在早期对体力活动进行流行病学调查以及体育科学技术发展的基础上。早在19世纪50年代，Morris[40]就通过大量的流行病学研究发现，职业体力活动量大的人群心血管疾病发病率的风险较低。到了 60年代，Shephard[49]和 Davies[13]研究发现，运动可以引起 ˙VO2max改善并对其进行测试，体力活动对健康的效益才开始引起关注；之后， Nördesjo[41]对短、长时间极限运动的测试以及Bouchard[7]对亚极限强度运动（PWC170）等研究进一步推动了学者们对运动强度、持续时间、频率以及运动方式与健康效益的关系的研究。

总体来讲，体力活动的“剂量”研究可以分为三个阶段（如图1）：早期，学者们[11，21，42]通过对日常生活中体力活动的总消耗量进行测量和评定，研究发现，体力活动总消耗量与健康效益之间存在着剂量效应关系。在这一阶段的研究中，体力活动总消耗量的测量包括日常生活中所有的能量消耗：基础消耗能量、体力活动相关的消耗能量和膳食相关的消耗能量，其中基础消耗量相对比较固定，而与体力活动相关的能量消耗由于受到体力活动水平的影响，变化较大，也是最重要的可调节部分。因此，学者们[28，37，43，50]把研究体力活动的“剂量”由总消耗量转变到与体力活动相关的消耗量上来，认为只要通过增加与体力活动相关的消耗量就能达到健康效益的目的。目前，大量的研究证据都表明了体力活动消耗量和健康之间存在着剂量效应关系，即体力活动量越大，越有利于降低发病率和死亡率的风险。但是，因为运动强度、运动持续时间、运动频率以及运动方式都是构成运动量的重要因素，因此，体力活动的“剂量”既包含体力活动总消耗量，也包含体力活动量的相关单因素（运动强度、运动持续时间、运动频率以及运动方式等）。所以，研究单因素变化引起的运动剂量与健康效益之间的关系不仅有利于了解引起健康效益的具体的剂量，还有利于了解运动引起健康效益的外周机制。近几年，关于体力活动与健康效益的研究方法也有了很大的改善，由之前的流行病学调查研究逐渐向随机控制性实验研究转变，主要从影响运动量的相关单因素出发，研究运动量的相关单因素与健康效益之间的关系，其中Krause[32]通过对运动强度、频率、运动量三个因素同时进行干预的随机试验，为研究体力活动量中的单因素对健康效益的研究奠定了坚实的基础。随着研究的不断深入，越来越多的学者开始了专门针对某个因素的干预研究，如Thompson[56]通过控制住运动量和频率，专门研究不同强度运动后心血管风险的改善；Dalleck[12]通过控制住运动强度和频率，研究不同的运动量（以运动时间作为运动量的标准）对绝经妇女心血管疾病的影响等。

大量的研究表明，体力活动可以带来很多有利于健康的效应（图3）。其效应可以分为短期急性效应和长期效应，短期急性效应，一般指运动中或者运动后几个小时所产生的机能的改变，如 Byrd[9]通过一次 50％～80％ ˙VO2max运动后发现，甘油三酯下降了3％～15％，高密度脂蛋白胆固醇提高了4％～43％，并且由一次运动所带来的效应可以持续72 h；Halbert[23]研究也发现，一次50％～100％˙VO2max运动后，收缩压下降了18～20 mm Hg，舒张压下降了7～9 mm Hg，并且这个效应可以持续12～16 h； Friedlander[18]研究一次55％～75％˙VO2max运动后的2～3天里，血糖值下降了1～2 mmol/L。长期效应，一般是指经过一段时间运动后身体形态和机能产生一定的变化，如体力活动与全因死亡率（指涵盖所有原因引起的死亡风险）、心血管疾病、高血压、高血脂、糖尿病、肥胖、癌症以及骨质疏松等之间的剂量-效应关系。

图2 体力活动与健康剂量-效应关系研究的演变示意图

图3 体力活动与相关的健康之间的剂量-效应关系示意图

3 体力活动量各单因素与健康剂量-效应关系的研究进展

在影响体力活动量的各单因素与健康的剂量-效应关系研究进程中，一个重要的里程碑事件是1978年ACSM公布了为提高成年人身体适能而进行定性化和定量化的运动推荐方案[1]：方案中指出运动的频率为3～5次/周，每次运动持续时间为15～60 min，运动强度为最大心率储备的60％～90％或者是50％～85％˙VO2max，主要采用有氧的运动方式。由于此运动方案只是有利于提高体适能和心肺功能，而并非是提高与健康相关的其他适能，因此ACSM在1990年对此进行了修订[2]，将运动强度由之前的“最大心率储备”改成了“最大心率”，每次运动持续时间改为20～60 min，并且第一次提出抗阻训练的运动方式。1995年美国的CDC和ACSM公布了新的成年人运动推荐量方案[3]：尽可能的在每周大部分天数里进行30 min中等或大强度运动，并且每次运动的累积时间至少在10 min以上。1998年，ACSM第三次公布了运动推荐方案[4]，虽然大部分内容没有什么变化，但是，其推荐的运动量有所增加，提出每天至少要进行60 min的运动。其理由是因为Haskell[26]通过对前人的研究进行总结，认为只要通过小强度或者中等强度的有规律的体力活动就可以获得最大的健康效益，因此，在对强度要求不大的情况下，相对的加大运动量就成了提高剂量的重要手段。随着科学研究的深入发展，学者们对于运动的相关因素（量、强度、频率和方式）与健康之间关系的机制有了更多的了解和认识。因此在2007年，专家对之前的这套方案再一次进行了更新和完善[5]，最重要的一点内容是把“每周的大部分天数，最好每天都进行运动”确定为“每周至少进行5天运动作为最低运动推荐量”，运动的持续时间改为每次进行30 min的中等强度或20min的大强度有氧运动，每次运动的时间不低于10 min。2008年，ACSM再一次公布了新的体力活动运动推荐方案：指出每周至少进行150 min的中等强度或者是等量的大强度有氧运动，也可以是中等强度和大强度相结合的运动，体力活动水平越高，消耗量越大，就会得到更多的健康效益[45]。

3.1 体力活动消耗量与健康的剂量-效益关系

大量调查性研究均表明，体力活动量与心血管疾病风险或死亡率之间都存在着线性的剂量效应关系（图4）。Sofi[54]通过前瞻性调查业余休闲体力活动与心血管疾病（CHD）风险的研究发现，与低水平体力活动量相比，中等水平体力活动量的风险因素为0.88（0.83～0.93，95％置信区间），高水平体力活动量的风险因素为0.73（0.66～0.80），体力活动与健康之间显示出线性的剂量-效应关系（图5）。Fried等[17]研究也发现，根据他们所设计的体力活动量的等级中，在其最低的体力活动量以上，体力活动量与疾病风险或者死亡风险均呈线性关系。但是，也有学者研究发现，体力活动与健康之间的剂量-效应并非呈线性关系，而是存在着体力活动量的上下限阈值，即在上下限的阈值以内呈线性相关，而阈值以外并非呈线性相关。Paffenbarger[43]通过将每周的体力活动消耗量分为 6个等级，发现体力活动量介于1680～6299 KJ/w k之间时，CVD的发病率最低，而在这活动量以外的CVD风险都增加，表明体力活动量与健康之间呈非线性关系（图6）。Hamilton[24]等研究均发现，体力活动量在低量和中等量时，疾病风险或者全因死亡率显著下降，而在大量时，其死亡率没有下降，认为体力活动与健康的剂量效应关系中存在着一个阈值（图7）。到目前为止，不同学者对引起健康剂量效应的体力活动量上下限阈值仍然存在着一定的争议，如Lee[35]研究结果是＞1 000 kcal/w k，其全因死亡率显著下降；Fried[17]研究的结果是＞980 kcal/wk，Haapanen[21]研究的结果是＞800 kcal/w k，Leon[37]研究的结果是＞518 kcal/ w k，Paffenbarger[44]研究的结果是 ＞500 kcal/wk。他们都证明了在这些最小量之上时，其死亡风险一般可以降低20％～30％。由于目前缺少界定体力活动量最低阈值的依据，因此，大部分学者普遍把1 000 kcal/wk定为最低运动量的临界值，并把这一能量消耗值作为大众健康的最低运动推荐量。

图4 体力活动量与心血管、死亡率风险剂量-效应示意图（引自2008年指南）

图5 男性与女性的体力活动量与CHD风险的剂量-效应关系示意图（引自Sofi，2008）

由于体力活动与健康之间的剂量-效益关系曲线模型一直未形成统一的论断，因此，近年来，越来越多的学者开始致力于二者曲线模型的研究，Lee[36]认为，这种剂量效应关系呈线性特征；而有的学者[15，48，57，58]认为，这种剂量效应关系呈L型曲线关系，即认为在某个量值或者强度值以上，这种剂量效应速度加快，并提出了剂量效应关系之间存在着“量阈值”。也有的学者[6，47，33，34，38]认为，这种剂量效应关系呈某种平滑曲线特征，而并非像L型曲线关系，存在着某个阈值点，即只要进行体力活动或轻微的增加体力活动量就能带来相应的健康效益。Haskell[26]起初以体力活动量为横坐标，以健康效益为纵坐标，首先对剂量效益关系可能存在的曲线模型进行了假设（图8A），之后，将体力活动量的横坐标进一步扩展为影响体力活动量的各相关因素（图8B）：运动与健康效益之间的关系可能存在着三种情况：第一种关系是线性关系（B），从以往对体力活动和死亡率的剂量效应研究结果总结，认为这条途径是表达剂量效益的最适当的途径；第二种关系是曲线A关系，认为在小量-中量体力活动中健康效益增加最快，之后，随着体力活动的量不断加大，效益却不见有效增加，显示出平台状态，即认为剂量效应关系的最佳运动量在于小量-中量的体力活动；第三种关系是曲线C关系，认为在小量-中量体力活动时，健康效益增加不显著，随着体力活动量的不断加大，健康效益显著增加，即认为剂量效应关系的最佳运动量在于大量的体力活动。

因为调查性研究无法说明影响总量的单因素是否也存在着剂量效应关系，或者哪个才是对健康效应起决定作用的因素，所以，目前大部分的研究开始转向实验性研究，通过运动干预的控制性实验研究，将有助于我们进一步了解运动量的单因素剂量与效益的关系。最早开始干预实验研究的是 Kraus，Kraus[32，33]通过研究发现，虽然不同的运动量和运动强度都能降低疾病的风险，但是，大量大强度运动最有利于降低疾病风险。Slentz[51-53]等学者对肥胖者进行研究发现，所有的运动组都能降低体重，并且运动量与降体重和脂肪体重呈剂量效应关系，大量大强度组降低的最为明显。随后，Johnson[31]研究运动与代谢综合症风险之间的关系时发现，运动量和代谢综合症风险之间存在着剂量效应关系，小量大强度的运动量最适合有代谢综合症的人群，而大量大强度组提高健康效益的范围更广泛。

图6 体力活动量与CVD出现率剂量-效应示意图（引自 Paffenbarge，1986）

综上所述，对体力活动量的研究由总消耗量向运动消耗量转变，无论是流行病学的调查研究，还是控制性实验研究，大部分的研究均表明了体力活动量与健康之间存在着剂量-效应关系。但是，对于二者之间存在着什么样的线性关系，是否存在着上下限的阈值，其最低阈值是否是1 000 kcal/w k，还有待于进一步研究。

3.2 体力活动强度与健康的剂量-效益关系

图7 体力活动量与死亡风险剂量-效应示意图（引自 Ham ilton，2007）

对于何种运动强度才是最有利于提高健康效应，一直以来都存在着争论。Morris[39]通过研究9 375名45～64岁英国办公室工作者男性后发现，通过每周不少于2次的大强度体力活动能有效地降低CHD的风险，而采用一些中等强度或者是轻度的体力活动无法达到降低CHD的风险；Lakka[34]通过对 1 453名男性进行为期 5年的跟踪研究后也发现，进行2.2 h/w k的有氧体育运动能显著降低CHD的风险，而如果只是进行一些日常的体力活动（如园丁活动，走路上班等）并不能有效地降低CHD的风险。但是，也有学者研究认为，中等强度的体力活动就足以提高健康效益，如 Tanasescu[55]通过对7 735名中年男性进行为期8年的跟踪调查发现，只要进行中等强度的体力活动就可以使得CHD的风险有效降低，而采用大强度体力活动并未使得CHD风险更加有效地降低。但是，先前的研究大部分都是流行病学的调查研究，没有对运动量、运动频率以及运动时间进行干预，因此，在这些因素不固定的情况下探讨运动强度与健康之间的剂量-效应缺乏一定的说服力。近几年越来越多的干预控制性实验开始涉及到运动强度方面的研究。Lee[35]研究认为，体力活动量越大就越能降低疾病和死亡风险，并提出在运动时间相等的情况下，采用大强度的运动要比中等强度或者小强度的效益好。Branch[8]通过研究消耗量相等的情况下40％和80％˙VO2max的运动强度对心肺耐力的影响发现，强度越大，心肺耐力提高越多，认为大强度要比小强度更有利于提高健康效益。但是，也有很多学者认为，只要中等强度的体力活动也足够降低CHD的风险。ACSM[4]运动指南认为，在总能量消耗相等的情况下，采用低强度长时间运动和高强度短时间运动，二者在改善心血管水平、降低心血管风险的的程度是相似的，即认为心血管风险的降低与运动强度的大小无关。Houmard[30]通过研究运动干预对代谢异常的影响时发现，低量/中等强度的效果要好于低量/大强度，即在量相等的情况下，中等强度是最有利于代谢异常的改善，并认为中等强度主要消耗脂肪，而大强度主要消耗碳水化合物。Gary[19，20]通过研究发现，在等量的情况下，中等强度与大强度在降低胰岛素抵抗方面的效果是一样的，认为只要中等强度就可以引起胰岛素抵抗下降，从而降低心血管疾病的风险。Hansen[25]通过研究也发现，在相同的消耗量情况下，采用小至中等强度的运动和中等至大强度的运动对于改善胰岛素的敏感性的效果是一样的。

图8 体力活动水平与健康效益剂量-效益曲线模型图（引自Haskell，1994）

图9 运动频率、持续时间与健康剂量-效应关系示意图（引自Haskell，1994）

综上所述，在消耗量相等的情况下，长时间低强度运动与短时间大强度运动的效益是否一样，目前还没有统一的论断，不同的学者由于在体力活动测试方案、研究目的上存在着差异，因此，不同的运动强度产生的效益也有所不同。但是，大部分的学者认为，大强度运动更有利于心肺耐力的提高，而中小强度更有利于降低代谢异常和心血管疾病所带来的风险。

3.3 运动频率、持续时间与健康的剂量-效益关系

运动频率和持续时间也是决定体力活动量的因素之一。运动频率一般指每周运动的次数，运动持续时间可以指一次运动时间，也可以指几次间歇运动总累积时间。Haskell[26]描述了4种不同的运动频率、持续时间与健康之间可能产生的效应关系（图9）：A图表明，一次的运动就能产生健康效应，但是，在间歇一段时间后这种效应又回到原点，再进行第二次运动时，这种效应不会产生叠加[22]，即认为运动只会产生短期急性效应，运动频率与健康效应无关。B图表明，在初期阶段，运动引起的效应会产生叠加，并且增加的很快，经过一段时间运动后，运动产生的效应维持在一个平台，不再产生效应叠加[46]，即可以理解成运动频率、持续时间与健康之间呈曲线关系。C图表明，随着有氧运动能力的提高，运动所产生的效应也会逐渐增加[27]，即认为二者之间呈线性关系。D图表明，每天进行大量小强度的步行，就能使身体健康效应保持在一定的水平，从而降低心血管和死亡的风险。

一直以来，关于运动频率、持续时间对健康效应是否存在着影响一直都存在着争议。早在1985年，Ebisu[16]通过固定运动距离，比较每周运动1、2、3次发现，每周运动3次的实验组心肺耐力改善最为显著，即认为运动频率与健康之间也存在着相关性，在相同的消耗量情况下，运动频率越大，越有利于提高健康效应；并且 Houmard[29]也通过同样的方案研究运动对胰岛素敏感性的影响，当把运动总量用时间表示时发现，运动强度和量与胰岛素的敏感性无关，胰岛素的敏感性只与每周运动时间有关。但是，在消耗量相同的情况下，增加运动频率也就意味着减少每次运动持续时间，因此，也有人对于长时间运动和短时间累加运动引起的健康效应是否一样进行了研究。如 Debusk[14]通过对中年男性进行8周的干预后发现，长时间持续运动组的 ˙VO2max要比短时间运动组增加更为显著，但是也有很多的学者[59，60]研究发现，无论采用长时间的持续运动还是分为几次的短时间间歇运动，其所产生的效应基本相同。同时，Lee[36]的一项调查研究也表明，在运动量相等的情况下，运动频率和运动持续时间（15 min间歇）与CHD的风险之间无相关性，即意味着在运动量相等的情况下，采用持续的长时间运动和短时间歇累计的运动效果是一样的。

综上所述，运动频率、持续时间所产生的健康效应有所不同，对于运动所产生的“健康效应”还未形成一个统一的论断，在同等运动量或运动时间的前提下，采用一次长时间运动和分成几个短时间间歇运动，其效益是否一样也没有充足的证据。因此，对于运动频率、持续时间与健康之间是否存在着剂量-效应关系还有待于进一步研究。

4 总结

1.流行病学的调查研究和实验性研究相辅相成、各有千秋，流行病学的调查研究虽然也对日常的体力活动量进行了精确的评价，但是，还是相对较为主观，尤其是在强度、量、频率以及运动方式上的分类没有一个明确的分界线；实验性研究虽然可以解决强度、量、频率等因素对健康效益的影响，但是，却不如长期大样本的跟踪调查在数据上更有说服力。

2.无论是流行病学的调查研究还是控制性实验研究，大部分的研究均表明了体力活动量与健康之间存在着剂量-效应关系。但是，对于二者之间存在着什么样的线性关系，是否存在着上下限的阈值，其最低阈值是否是1000kcal/w k，还有待于进一步研究。

3.由于体力活动在测试方案、研究目的上存在着差异，因此，不同的运动强度产生的效益也有所不同。在消耗量相等的情况下，长时间低强度运动与短时间大强度运动的效益是否一样，还没有统一的论断，但是，一般认为，大强度运动更有利于心肺耐力的提高，中小强度更有利于降低代谢异常和心血管疾病所带来的风险。

4.在同等运动量或运动时间的前提下，一次长时间运动和分成几次短时间间歇运动，其效益是否一样并没有充足的证据。由于运动频率、持续时间所产生的“健康效应”还未形成一个统一的论断，因此，对于运动频率、持续时间与健康之间是否存在着剂量-效应关系，还有待于进一步研究。

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