不同環(huán)境下有氧運(yùn)動(dòng)對超重和肥胖青少年體重與體脂含量的影響

馮連世，張 漓，高炳宏，徐建方，路瑛麗，高 歡，馬福海，樊蓉蕓，陳文鶴

肥胖被認(rèn)為是代謝綜合征發(fā)生的主要原因。已有研究表明，超重和肥胖癥不僅與心血管疾病關(guān)系密切，它也是糖尿病、其他一些慢性疾病和某些癌癥的重要危險(xiǎn)因素。同時(shí)，肥胖還會(huì)引起一些社會(huì)和心理問題［16］。世界衛(wèi)生組織公布的資料顯示，近年來肥胖人口數(shù)量在全球主要國家持續(xù)增加［4］。在我國，肥胖人群的數(shù)量和比例也呈逐年上升的趨勢［6，7］。目前，除藥物和手術(shù)治療外，減控體重主要從限制能量攝入和增加日常能量消耗兩個(gè)方面著手，有氧運(yùn)動(dòng)結(jié)合適當(dāng)?shù)娘嬍晨刂票徽J(rèn)為是較為有效的干預(yù)方式。

研究表明，低氧環(huán)境對體重及體脂有重要影響。Workman等［39］一項(xiàng)研究表明，僅模擬常壓低氧暴露后，超重久坐青年男性基礎(chǔ)代謝率較暴露前增加16%，脂肪氧化供能增加44%。本研究小組前期的研究也表明，低氧暴露使大鼠前3周體重增長受到抑制，低氧訓(xùn)練較常氧訓(xùn)練更有利于減少大鼠腹部脂肪［1］。調(diào)查顯示，世居高原地區(qū)的居民不僅體重較世居平原居民低，而且血清總膽固醇水平、血壓、心血管相關(guān)疾病死亡率均較平原居民低［31，35］。也有研究指出，世居平原人初上高原一段時(shí)間后體重顯著降低［24］。早在20世紀(jì)70、80年代就有報(bào)道陸續(xù)指出登山者在高山探險(xiǎn)過程中體重降低，且隨著海拔高度的增加體重下降幅度也增加［9，17，18］。國內(nèi)多個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員在持續(xù)3～4周的高原訓(xùn)練實(shí)踐過程中也都發(fā)現(xiàn)有體重降低現(xiàn)象的 發(fā)生［2，3，5］。

那么，自然高原環(huán)境或者模擬高原環(huán)境的低氧環(huán)境下有氧運(yùn)動(dòng)是否可作為一種更為有效的減體重方法應(yīng)用到超重和肥胖人群減控體重的實(shí)踐中來？其減重、減脂的效果如何？目前尚不清楚。本研究著眼于此，以超重或肥胖青少年為研究對象，旨在探討4周中等海拔高度的高原和模擬常壓低氧環(huán)境下（約2300m）的有氧運(yùn)動(dòng)對體重及體脂含量的影響，進(jìn)而為高原訓(xùn)練和低氧訓(xùn)練應(yīng)用于肥胖人群減控體重的實(shí)踐提供參考。

1 對象與方法

1.1 研究對象

世居平原超重或肥胖青少年50人，實(shí)驗(yàn)過程中有3人因不同原因中途退出。年齡16～22歲，身體健康，無心血管系統(tǒng)疾病，無抽煙酗酒等不良嗜好，無系統(tǒng)鍛煉史。分為低氧訓(xùn)練組（高住高練低練，模擬海拔2300m，簡稱低氧組）、高原訓(xùn)練組（青海多巴國家高原體育訓(xùn)練基地，海拔約2300m，簡稱高原組）、平原常氧組（簡稱常氧組）。根據(jù)中華人民共和國衛(wèi)生部疾病控制司編制的《中國成人超重和肥胖癥預(yù)防控制指南》定義:BMI（體重指數(shù)）24～27.9kg／m2屬于超重，BMI≥28kg／m2屬于肥胖，選擇受試者時(shí)要求BMI不小于24kg／m2（表1）。

表1 本研究研究對象基本信息一覽表Table 1 General Information of Subjects

1.2 日常安排、運(yùn)動(dòng)及飲食控制

日常安排:各組受試者在實(shí)驗(yàn)期間均采取集中封閉式管理，中途不能回家。常氧組每天生活和運(yùn)動(dòng)均在平原環(huán)境；低氧組每天19∶00～次日7∶00生活在模擬2300m海拔高度的低氧環(huán)境中，并且白天在模擬2300m海拔高度的低氧環(huán)境中運(yùn)動(dòng)2h，其他安排與常氧組相同；高原組每天生活和運(yùn)動(dòng)均在青海多巴國家高原體育訓(xùn)練基地。飲食、住宿條件、起居時(shí)間甚至業(yè)余時(shí)間的活動(dòng)等，各組盡量保持一致，以減少組間差異。此外，課題組利用課余時(shí)間組織受試者做游戲（主要是桌面游戲），使他們保持心情愉快。實(shí)驗(yàn)持續(xù)4周，每周運(yùn)動(dòng)6天，每天總運(yùn)動(dòng)量5h，包括7∶30～8∶30慢走1h，10∶00～12∶00運(yùn)動(dòng)2h，15∶00～17∶00運(yùn)動(dòng)2h，含熱身和整理活動(dòng)。運(yùn)動(dòng)方式包括快走 、慢跑、乒乓球、羽毛球、游泳、有氧操、功率自行車等。

運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的控制:運(yùn)動(dòng)過程中，每隔10min監(jiān)測心率，以評價(jià)訓(xùn)練強(qiáng)度，并控制運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度在靶心率范圍內(nèi)。運(yùn)動(dòng)時(shí)靶心率范圍根據(jù)Karvonen方程［20］確定:靶心率范圍＝靜息心率＋心率儲(chǔ)備×運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度范圍，心率儲(chǔ)備＝最大心率-靜息心率，最大心率＝220-年齡；本研究選定的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為40%的心率儲(chǔ)備，屬低強(qiáng)度有氧耐力訓(xùn)練。

飲食控制:3組受試者采用相同的食譜，由專門的營養(yǎng)師配餐。以靜息代謝率為基礎(chǔ)，訓(xùn)練期間適當(dāng)控制飲食，膳食以碳水化合物為主（55%～65%），適量蛋白質(zhì)（20%～35%），少量脂肪含量高的食物（10%～15%）。男性每天能量攝入2500kcal左右，女性能量攝入2100kcal左右。

1.3 測試指標(biāo)與儀器

1）訓(xùn)練期間，每天早晨起床后空腹稱量、記錄體重，測試儀器為TCS-WB-3000電子磅稱，精度為0.01kg。2）分別在4周訓(xùn)練開始前、訓(xùn)練結(jié)束后雙能X射線吸收法測量身體成分，測試儀器為美國GE Medical System，Lunar Prodigy，軟件版本12.2，采用全身掃描模式，計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別身體各部位并測量各部位身體成分。3）低氧發(fā)生系統(tǒng)為德國LOWOXYGEN SYSTEMS。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2 研究結(jié)果

2.1 不同環(huán)境下有氧運(yùn)動(dòng)對超重和肥胖青少年體重的影響

與實(shí)驗(yàn)前比較，實(shí)驗(yàn)后常氧組、低氧組、高原組體重均顯著降低。體重減少量組間無顯著差異，表現(xiàn)為低氧組＞常氧組＞高原組；體重下降幅度低氧組和常氧組均顯著高于高原組（P＜0.05），但低氧組和常氧組間差異不顯著（表2）。

表2 本研究不同環(huán)境下有氧運(yùn)動(dòng)對超重和肥胖青少年體重的影響一覽表Table 2 Effects of Aerobic Exercise in Different Environments on Body Weight of Obese and Overweight Adolescents

表3 本研究各組受試者每周體重下降幅度一覽表Table 3 Reduction Degree of Weight Perweek （kg）

4周干預(yù)過程中，常氧組和低氧組體重下降幅度逐漸降低，第1周體重下降幅度最大，均顯著高于第4周（P＜0.05）；而高原組在第2周體重下降幅度最大，每周體重下降幅度無顯著性差異。常氧組和低氧組第1周體重下降幅度均顯著高于高原組（P＜0.05）；低氧組第2周體重下降幅度顯著高于常氧組（P＜0.05），第3周仍顯著高于常氧組和高原組（P＜0.05）；第4周體重下降幅度各組間無顯著性差異（表3）。

全身FM減少量占總體重減少量的比例均在50%以上，表現(xiàn)為高原組＞低氧組＞常氧組，高原組顯著高于低氧組、常氧組（P＜0.05），低氧組與常氧組間差異不顯著（表4）。

表4 本研究各組受試者全身FM減少量占體重減少量百分比一覽表Table 4 Total FM Reduction over Weight Reduction

2.2 不同環(huán)境下有氧運(yùn)動(dòng)對超重和肥胖青少年體脂含量的影響

如表5所示，與實(shí)驗(yàn)前比較，實(shí)驗(yàn)后各組別不同部位FM均顯著下降（P＜0.05）。全身FM減少量和下降幅度低氧組與高原組均高于常氧組，但組間差異均不顯著。身體不同部位FM減少量與下降幅度比較:1）手臂FM減少量和下降幅度各組間無顯著性差異，均表現(xiàn)為低氧組＞高原組＞常氧組；2）腿部FM減少量和下降幅度組間無顯著性差異，表現(xiàn)為低氧組＞常氧組＞高原組；3）軀干FM減少量低氧組和高原組均高于常氧組，其中高原組顯著高于常氧組（P＜0.05），軀干FM下降幅度高原組與常氧組間有顯著差異的趨勢（P＝0.08）。

如表6所示:1）軀干FM減少量占總FM減少量的大部分，其次為腿部，手臂FM減少量占總FM減少量的比例最低；2）手臂FM減少量占總FM減少量的百分比3個(gè)組間無顯著性差異；3）腿部FM減少量占總FM減少量的百分比表現(xiàn)為低氧組＞常氧組＞高原組，低氧組與高原組間有顯著性差異（P＜0.05）；4）軀干FM減少量占總FM減少量的百分比總體表現(xiàn)為高原組＞常氧組＞低氧組，低氧組與高原組間有顯著差異的趨勢（P＝0.07）。

表5 本研究不同環(huán)境下有氧運(yùn)動(dòng)對超重和肥胖青少年體脂含量的影響一覽表Table 5 Effects of Aerobic Exercise in Different Environments on Bo Body Fat Mass of Obese and Overweight Adolescents

表6 本研究各組受試者不同部位FM減少量占總FM減少量百分比一覽表Table 6 FM reduction in different part over Total FM reduction （%）

3 分析與討論

本研究結(jié)果顯示，4周3種不同環(huán)境下的有氧運(yùn)動(dòng)結(jié)合飲食控制均可有效降低超重和肥胖青少年的體重。其中，模擬低氧環(huán)境下的減重幅度最大，其次為常氧環(huán)境下，高原環(huán)境下的減重幅度最低。不同環(huán)境下身體不同部位脂肪減少量和下降幅度存在一定差異。另外，本研究發(fā)現(xiàn)，高原環(huán)境下全身脂肪減少量占體重減少量的百分比在80%以上，而模擬低氧環(huán)境和常氧環(huán)境下僅50%～60%。提示，若減少相同的體重，高原環(huán)境下的有氧運(yùn)動(dòng)使脂肪減少得更多，去脂體重丟失得更少。

早期低氧環(huán)境引起體重變化的報(bào)道多見于登山活動(dòng)過程中低氧暴露引起體重的降低，體重降低的同時(shí)其他身體成分會(huì)隨之發(fā)生變化，并且發(fā)現(xiàn)體重減少量可能與海拔高度及低氧暴露時(shí)間有關(guān)，海拔越高、暴露時(shí)間越長，體重下降越多［9，17，18］。而 Ferezou［13］、Fusch［14］等報(bào)道，不僅山探險(xiǎn)活動(dòng)過程中受試者體重均出現(xiàn)下降，在高原營地居住期間體重仍會(huì)繼續(xù)下降，下降幅度甚至還高于登山過程中。另外，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高原跋涉過程中隨著海拔高度增加體內(nèi)水含量占體重百分比也出現(xiàn)顯著降低，但在高原營地居住一段時(shí)間后恢復(fù)［14］。

以普通人或動(dòng)物為研究對象的自然高原環(huán)境或模擬低氧暴露的研究也有報(bào)道陸續(xù)指出類似現(xiàn)象。Ermolao等［12］研究發(fā)現(xiàn)，身體健康、體重正常的普通年輕女性經(jīng)過21天、5050m海拔高度的高原暴露后體重下降，以DXA測試顯示脂肪與去脂體重均減少，二者減少量的比值為3∶2。20名世居平原的建筑工人在昆侖山口（海拔4678m）工作33天后體重下降10.4%，其中，前20天降幅較為顯著，之后體重變化幅度不大［15］。正常體重的健康普通人經(jīng)4周、每周3次、每次60min的15%氧濃度低氧耐力訓(xùn)練后，脂肪含量較常氧訓(xùn)練組減少得更多［19］。模擬3000m海拔高度的低壓低氧暴露抑制了普通膳食和高脂膳食大鼠體重增長速度［23］。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，低氧暴露、低氧訓(xùn)練使大鼠前3周體重增長受到抑制；減重幅度低氧訓(xùn)練組高于常氧訓(xùn)練組，尤其低氧訓(xùn)練的前3周大鼠體重出現(xiàn)負(fù)增長；且研究發(fā)現(xiàn)低氧訓(xùn)練組大鼠腹股溝脂肪含量顯著低于常氧訓(xùn)練組和低氧暴露組，腓腸肌重量占體重比例無顯著變化［1］。以上研究表明，自然高原環(huán)境和人工模擬低氧暴露與常氧環(huán)境比較更易導(dǎo)致體重和體脂含量的下降，并可能伴隨有體內(nèi)水含量和去脂體重發(fā)生改變。

目前，自然高原環(huán)境或人工模擬低氧環(huán)境下規(guī)律運(yùn)動(dòng)對超重和肥胖人群體重及身體成分影響的報(bào)道還不多見。Lippl等［24］以20名患有代謝綜合癥的中年肥胖男性為研究對象，實(shí)驗(yàn)為期42天，第1～7天平原居住，第7～14天在海拔2650m的高原暴露7天（期間自由體力活動(dòng)），第14～42天在平原居住28天，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與第1天比較，高原暴露7天后體重顯著降低，至第42天仍顯著低于第1天，同時(shí)發(fā)現(xiàn)BMR和血漿瘦素濃度顯著升高。Netzer等［26］以中年肥胖人群為研究對象，不限制飲食，進(jìn)行8周模擬中等海拔的常壓低氧下（約2500m）的低強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)，每周3次、每次90min，結(jié)果顯示，低氧訓(xùn)練組體重減少量顯著高于常氧訓(xùn)練組（⊿1.14kg vs.⊿0.03kg）。中年超重和肥胖受試者，不進(jìn)行飲食干預(yù)，經(jīng)4周模擬海拔2500m的常壓低氧有氧訓(xùn)練后（每周3次、每次60 min），體重下降幅度與常氧組接近（1.8%vs.1.7%，1.68 kg vs.1.48kg）；但低氧組FFM占體重百分比在訓(xùn)練后顯著增加，常氧組FFM無顯著變化，且低氧組FM下降幅度顯著高于常氧組。以上幾項(xiàng)報(bào)道以超重和肥胖中年人群為研究對象，均未限制飲食，每周僅低氧耐力訓(xùn)練3次，每周總低氧暴露時(shí)間不超過300min，均發(fā)現(xiàn)體重有顯著改變，所減體重以脂肪為主，去脂體重占體重百分比或有所升高。這與本研究的結(jié)果有相似之處，但本研究減重量和體重下降幅度較大，主要原因可能是:1）模擬低氧暴露時(shí)間長，本研究每天在模擬低氧環(huán)境下暴露10h以上，且每日有2h在低氧環(huán)境下運(yùn)動(dòng)，高原組更是生活和訓(xùn)練均在高原環(huán)境；2）運(yùn)動(dòng)時(shí)間長，本研究每日有氧運(yùn)動(dòng)5h左右，1周運(yùn)動(dòng)6天，總運(yùn)動(dòng)時(shí)間1800min左右，能量消耗較大；3）適當(dāng)限制飲食，本研究在干預(yù)過程中限制飲食，僅以滿足每日能量基本需要為原則，男性日均能量攝入2500 kcal，女性日均2100kcal。

低氧暴露或訓(xùn)練為何會(huì)引起體重、身體成分的改變，其機(jī)制尚不明確。Westerterp等［36］將8名健康男性進(jìn)行31天模擬8848m低壓低氧環(huán)境暴露，期間自由膳食，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，能量攝入顯著減少，無感失水量無顯著變化。Rose等［30］研究發(fā)現(xiàn)，40天近9000m的低壓低氧暴露后，受試者能量攝入顯著下降（約40%）；體重下降7.4kg，其中2.5kg為脂肪，CT掃描顯示丟失的體重多數(shù)為去脂體重。上述兩項(xiàng)研究模擬的均是低壓低氧環(huán)境，從這兩項(xiàng)研究結(jié)果來看，模擬高海拔的低壓低氧環(huán)境可能導(dǎo)致能量攝入大幅下降，并不會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)水分揮發(fā)增多，但較低海拔高度的自然高原環(huán)境或模擬低氧環(huán)境是否會(huì)引起能量攝入量的降低，目前尚不清楚。從本研究來看，高原環(huán)境下有氧運(yùn)動(dòng)所減體重80%以上為脂肪，除脂肪外的身體成分丟失的比例較常氧運(yùn)動(dòng)組和模擬低氧運(yùn)動(dòng)組少得多。高原登山活動(dòng)中也發(fā)現(xiàn)體重下降的同時(shí)機(jī)體水含量顯著降低，但在高原居住一段時(shí)間后體內(nèi)水含量又逐漸恢復(fù)［14］，這也從側(cè)面提示，較長時(shí)間的高原環(huán)境暴露體內(nèi)水分的丟失不是體重降低的主要原因。另外有研究發(fā)現(xiàn)，肥胖大鼠暴露于模擬中等海拔高度的低氧環(huán)境下瘦素濃度顯著升高［28］。Lippl等［24］的研究也顯示，僅高原居住一周體重即下降，并伴隨有BMR的升高和循環(huán)血瘦素濃度的升高。高原旅行指導(dǎo)手冊也推薦在高原上應(yīng)增加能量的攝入［21］。故低氧暴露所致的能量攝入減少以及基礎(chǔ)代謝率升高所致的能量消耗增加可能是體重下降的主要原因。

但也有研究指出，能量攝入下降而基礎(chǔ)代謝率升高所致的能量負(fù)平衡并不是高原上體重減輕的惟一原因。1 kg脂肪和1kg去脂體重所含熱量分別為7700kcal和5500kcal，若補(bǔ)充15000kcal的能量理論上可阻止脂肪減少2kg或阻止蛋白質(zhì)減少3kg。而研究發(fā)現(xiàn)，在高原上額外增加總計(jì)15000kcal能量的CHO飲料攝入未能阻止蛋白質(zhì)和糖原等去脂體重的丟失；具有較高初始脂肪含量的個(gè)體，去脂體重的丟失并未減少，上高原前機(jī)體較高的脂肪儲(chǔ)存量也不能有效緩解去脂體重的丟失［25］。有報(bào)道指出，登山過程中可能存在一個(gè)臨界點(diǎn)，此臨界點(diǎn)在海拔5000m附近，超過此高度體重快速下降，易誘發(fā)急性高山?。?7］。這提示，高原環(huán)境可能是影響體重及各身體成分的獨(dú)立因素，可能存在其他影響體重及各身體成分的調(diào)控方式。其中，隨海拔高度升高所形成的低壓低氧環(huán)境是該調(diào)節(jié)途徑的重要環(huán)節(jié)。

脂肪酸是安靜及運(yùn)動(dòng)時(shí)重要的能源物質(zhì)。循環(huán)血中較高的脂肪酸水平是肥胖的典型特征。運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度是影響脂肪酸利用的一個(gè)重要因素。運(yùn)動(dòng)過程中脂肪酸有3個(gè)來源:一是，脂肪組織脂解釋放入血的脂肪酸；二是，循環(huán)血中VLDL-TG水解釋放的脂肪酸；三是，骨骼肌內(nèi)儲(chǔ)存的甘油三酯脂解釋放的脂肪酸。研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)25%最大強(qiáng)度下運(yùn)動(dòng)，90%的能量來自于脂肪酸氧化，10%來自于肝糖原，脂肪酸主要來自于脂肪組織脂解［29］。本研究運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度控制在40%最大心率儲(chǔ)備附近，屬低強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)。相同心率，低氧環(huán)境下運(yùn)動(dòng)時(shí)絕對強(qiáng)度要低于常氧環(huán)境下運(yùn)動(dòng)［38］。換言之，對肌肉的機(jī)械刺激也較輕。對肥胖者而言，相同的運(yùn)動(dòng)量，較低的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度更有利于脂肪的動(dòng)員、利用［22，32］。與常氧組比較，低氧訓(xùn)練后內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）表達(dá)及骨骼肌毛細(xì)血管密度增加［11，34］；骨骼肌肌紅蛋白（myoglobin，Mb）含量顯著提高［33，41］，這有助于更多的O2和脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入骨骼肌線粒體參與氧化供能。但上述報(bào)道研究對象多為普通人或優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員，那么，高原環(huán)境下有氧運(yùn)動(dòng)和模擬低氧環(huán)境下的有氧運(yùn)動(dòng)對肥胖者骨骼肌氧化能力是否也有同樣影響？以肥胖大鼠為研究模型發(fā)現(xiàn)，4周高住高練后，HIF1α、VEGF、CS、Mb等基因mRNA表達(dá)水平顯著升高，其中高住高練3周時(shí)上述基因mRNA表達(dá)水平最高［40］。骨骼肌AS160磷酸化水平、AMPK表達(dá)水平增加也會(huì)使骨骼肌脂肪酸氧化增加，同時(shí)骨骼肌對胰島素的敏感性改善［8，27］。6周高原訓(xùn)練后肥胖Zucker大鼠骨骼肌AS160磷酸化水平、AMPK表達(dá)水平均顯著增加［10］。以上分析表明，高原環(huán)境和模擬低氧環(huán)境下的有氧運(yùn)動(dòng)可通過多種信號(hào)通路調(diào)控肥胖者骨骼肌脂肪酸氧化能力，理論上更有利于脂肪的動(dòng)員和利用，但具體調(diào)控機(jī)制仍待深入研究。

4 結(jié)論

常氧環(huán)境、高原環(huán)境和模擬低氧環(huán)境下的有氧運(yùn)動(dòng)可有效減少超重或肥胖青少年體重和全身及身體各部位體脂含量，軀干部位脂肪減少量占總脂肪減少量的大部分。高原環(huán)境下有氧運(yùn)動(dòng)在減重總量上不如模擬低氧環(huán)境和常氧環(huán)境下的有氧運(yùn)動(dòng)，但所減體重80%以上為脂肪，減脂效果好于模擬低氧環(huán)境和常氧環(huán)境下的有氧運(yùn)動(dòng)。

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