運動鍛煉與生命健康之關系的新認識

吳家睿

中國社會已經(jīng)進入了為全民健康奮斗的 “大健康時代”。2016 年國家頒布的《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》提出：“全民健康是建設健康中國的根本目的。立足全人群和全生命周期兩個著力點。 ”也就是說，“全人群” 的健康意味著不僅要改善病人的健康，而且要維護正常人的健康；而“全生命周期”的健康則是指從胎兒到生命終點的全程健康服務和健康保障。 為此，以診治疾病為主要任務的臨床醫(yī)學正在轉變?yōu)橐跃S護健康為主要目標的健康醫(yī)學。2020 年9 月22 日，習近平總書記在教育文化衛(wèi)生體育領域專家代表座談會上明確指出：“從源頭上預防和控制重大疾病，實現(xiàn)從以治病為中心轉向以健康為中心。 ”

在這樣一個大健康時代， 每個人都有責任參與到維護自身健康的任務之中。中央政府在2020 年頒布的中國第一部健康法——《中華人民共和國基本醫(yī)療衛(wèi)生與健康促進法》（簡稱 《基本法》） 明確規(guī)定：“公民是自己健康的第一責任人， 樹立和踐行對自己健康負責的健康管理理念，主動學習健康知識，提高健康素養(yǎng)，加強健康管理。 ”醫(yī)生在治療患者疾病時需要藥物等各種“武器”，人們在維護自身健康時同樣需要，而運動鍛煉就是其中最重要的一種。盡管從古希臘到工業(yè)文明社會人們就一直在關注運動鍛煉，但在21 世紀的大健康時代，運動鍛煉被賦予了更為重要的意義。 2018 年的第七十一屆世界衛(wèi)生大會通過了 《2018—2030 年促進身體活動全球行動計劃》， 計劃到2030 年將缺乏身體活動的人群減少15%。 與此同時，運動鍛煉的生物學機制和生理效應等也在當前的科學研究中獲得了新認識和新解釋。

1 運動鍛煉對身體產(chǎn)生廣泛而多樣的生物學影響

人們很早就持有這樣質樸的認識： 運動鍛煉有利于身體健康。然而，重視用現(xiàn)代生命科學來研究運動鍛煉則只是近些年的事， 正如瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學院科學家所指出的：“接受鍛煉有益健康的觀點已經(jīng)上百年了， 但不同體力鍛煉引發(fā)的急性效應和長期效應的分子與細胞機制始終沒有被完整地闡明過。 ”為此，研究者提出了“鍛煉生物學”（Exercise Biology）這樣一個新興學科。 2015 年，代謝生物學研究領域的著名期刊在其創(chuàng)刊十周年之際發(fā)表了以“Physical Activity and Metabolic Health”為題的專輯，其“編者按”強調：“在我們推進對體力鍛煉涉及的各種代謝性質的深刻認識之時， 就有可能讓我們能夠更好地理解鍛煉導致的整體效果，而不是把其簡單地視為通過消耗體內的能量物質來減輕體重。 ”

首先從最近2 個采用生命組學技術的實驗來看一看鍛煉導致的整體效果。 國際生命科學領域的著名期刊在2020 年刊登的一篇論文發(fā)現(xiàn)，10 min的急性鍛煉（acute exercise）就能夠讓人體內各種生物分子發(fā)生明顯的變化，涉及到近萬種RNA 轉錄分子、數(shù)百種代謝物、上百種蛋白質和復合脂類。 同年在國際心血管領域最具影響的期刊上也刊登了一篇針對急性鍛煉的研究論文——研究者測量了411 名平均年齡53 歲的參與者在12 min 左右的劇烈運動前后588 種循環(huán)代謝物的水平。通過對這些數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)， 在這些代謝物中有502 種在靜息期到運動高峰時發(fā)生了明顯的變化，而且其中許多代謝物的改變有利于降低心臟代謝性疾病風險。

需要強調的是， 運動鍛煉并不僅僅是簡單地改變機體內生物分子的豐度， 而是能夠引發(fā)機體組織器官的功能變化。 2021 年初發(fā)表的一項研究發(fā)現(xiàn)，運動能夠通過機械敏感性離子通道蛋白Piezo1 促進成骨祖細胞的生長，同時還促進此類細胞表達“干細胞生長因子”（SCF），進而維持了骨髓小生境里的共同淋巴細胞祖細胞（CLP）；因此，運動對骨生成和免疫細胞生成都有重要的作用。 2020 年7 月，美國發(fā)表了一項關于運動有益于大腦和認知功能的研究工作， 研究者給一組老年小鼠連續(xù)6 周使用滾輪進行運動， 使得這些運動后的老年小鼠成年神經(jīng)元生成增加， 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子 （BDNF）的表達增加，海馬體依賴的學習和記憶得到改善。進一步研究發(fā)現(xiàn)， 運動引起血液里的糖基磷脂酰肌醇（GPI）的降解酶Gpld1 濃度提升，而該蛋白因子可以改善與年齡相關的神經(jīng)再生和認知障礙。 發(fā)表在的另一項研究則發(fā)現(xiàn)了小鼠血液里另外一種被運動提升了表達水平的循環(huán)血液因子“簇集素蛋白”（clusterin）， 這種簇集素是一種對大腦具有保護作用的抗炎因子， 其含量的增加能夠保護大腦并提高認知能力。

值得注意的是， 運動鍛煉甚至可以影響子代健康。2020 年發(fā)表的一項研究揭示，運動能夠增加人類或者小鼠母乳里的寡糖3′-SL（3′-Sialyllactose），這種含有高濃度3′-SL 的母乳有益于孩子的代謝健康和心臟功能；進一步的實驗表明，這種3′-SL 作為膳食補充劑能夠使小鼠抵抗高脂飲食對身體和代謝的壞影響。

2 運動鍛煉在抗擊疾病中發(fā)揮重要的作用

運動鍛煉不僅促進健康，而且能夠抗擊疾病。不久前，研究者分析了168 個國家在2001—2016 年運動鍛煉的普及程度與全因死亡 （all-cause mortality）風險之間的關系， 發(fā)現(xiàn)全球通過運動每年平均預防了15%的人（約390 萬人）過早死亡；在中國，運動預防了18.3%的早死， 相當于避免101.65 萬40～74 歲人群的過早死亡。 此外，一項分析歐美144 萬人在1987—2004 年的每日運動量研究數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在26 種癌癥中，運動顯著降低了其中13 種的發(fā)病率。 因為肥胖是已知的致癌因素，傳統(tǒng)觀點推測，鍛煉減重可抑制癌癥的發(fā)生，但該項研究表明，鍛煉對非肥胖人群之防癌效果與肥胖人群類似， 意味著鍛煉抑癌的機理并非是簡單的減重。

大量研究表明， 運動鍛煉抗擊癌癥的確存在復雜的分子與細胞路徑。 2020 年的一項研究發(fā)現(xiàn)，滾輪運動能夠減少小鼠骨骼肌中糖酵解代謝物的濃度， 并增加肌肉和血漿中的檸檬酸等三羧酸循環(huán)之代謝物的濃度， 這些代謝物的變化激活體內的CD8T 細胞， 而這些運動激活的CD8T 細胞則抑制了腫瘤的生長并增加了小鼠的存活時間。 另外一項研究發(fā)現(xiàn)，給平均年齡73 歲的肥胖前列腺癌患者進行為期12 周的運動干預，能夠讓這些患者的骨骼肌分泌大量的肌細胞因子（myokine），進而造成了血液的抑癌環(huán)境。該項研究表明，即使患有晚期癌癥的老年男性，如果他們堅持體育活動，也不會那么快被疾病擊倒。有綜述指出：運動鍛煉能夠調節(jié)腫瘤微環(huán)境的免疫功能和代謝功能， 從而可以抑制腫瘤的生長， 該文還系統(tǒng)地總結了目前涉及腫瘤預防和預后的多項運動處方臨床試驗。

運動鍛煉并不僅僅限于抑制腫瘤，還可以防止骨質疏松癥、糖尿病和心腦血管病等多種疾病。首先，運動鍛煉被公認是預防和治療糖尿病等代謝性疾病的主要手段。 《中國2 型糖尿病防治指南（2017 年版）》在“2 型糖尿病高血糖控制的策略和治療路徑”中明確規(guī)定， 運動和飲食等單純生活方式干預是血糖控制的首選方法， 只有在生活方式干預不能使血糖控制達標時，才開始用藥治療。該指南特別強調：“生活方式干預是2 型糖尿病的基礎治療措施， 應貫穿于糖尿病治療的始終。 ”其次，運動鍛煉一直被視為增強骨骼和防止認知能力下降的主要干預手段。過去的研究發(fā)現(xiàn)， 鍛煉能夠促進肌肉細胞分泌一種稱為鳶尾素（irisin）的激素，它對骨骼和大腦都表現(xiàn)出保護作用。 2018 年發(fā)表了一篇論文揭示，該激素作用于骨細胞膜上的整合素αV（αV integrin），進而影響骨硬化蛋白（sclerostin），并改善骨密度和骨強度。而另外一項研究則發(fā)現(xiàn)，鳶尾素在阿爾茨海默病患者的海馬體和腦脊髓液里表達水平很低；如果給阿爾茨海默病小鼠補充鳶尾素， 就可以恢復其突觸可塑性和記憶。此外，運動鍛煉還能提高輕度認知障礙患者血漿中的簇集素水平， 改善其認知能力和記憶力。

近年來， 人們逐漸認識到慢性炎癥是導致心血管疾病的重要因素。 2019 年的一篇研究發(fā)現(xiàn)，讓小鼠用滾輪進行運動， 能夠造成小鼠的脂肪細胞分泌的瘦素（leptin）減少，導致間質細胞分泌的CXCL12等細胞因子數(shù)量降低， 進而抑制了造血微環(huán)境的活性，最終使得促炎性白細胞的生成減少而緩解了慢性炎癥。 最近，2021 年美國心臟協(xié)會（American Heart Association，AHA）發(fā)布一個科學聲明，建議把運動鍛煉作為降低血壓和血脂的首選干預措施。AHA 的聲明指出，與不運動的人相比，積極運動的人患心血管疾病的風險低21%， 死于心血管疾病的風險低36%；由于運動具有多重和長期的益處，因此運動鍛煉對于血壓或血脂輕度至中度升高的人群是一個很好的選擇。

3 鍛煉方式與實際效果之間有著復雜的關系

人們一般認為，只要是進行運動鍛煉，都對身體健康有益。 然而，隨著研究工作的深入，越來越多的證據(jù)表明， 運動種類和運動強度等與運動效果有著復雜的關系。 2018 年的一項針對120 萬美國人5 年運動鍛煉的研究總結出了8 大類75 種運動，其中對普通人精神健康最有益的運動是團體鍛煉， 其次是騎自行車和有氧體操； 而對身體健康最有益的運動是羽毛球等揮拍類運動，其次是游泳和有氧運動。2021 年的一項對美國Framingham Heart Study 的數(shù)據(jù)分析揭示，一個人每增加1 min 中度至劇烈運動，相當于多步行了大約3 min（相當于減少了約14 min的久坐）；因此，快走或騎自行車等能夠提高最大攝氧量的中等強度運動， 是促進和維護健康最有效的方法。

走路健身是最普通的鍛煉活動，“日行一萬步”是普通人最常用的運動目標。 一項對美國近1.7 萬名老年婦女平均超過4 年的計步測量結果揭示，平均每天4 400 步的參與者比平均每天2 700 步的死亡風險要低41%， 而平均每天高達7 500 步的人之死亡風險還會繼續(xù)降低， 但之后再增加步數(shù)其死亡風險就趨于平穩(wěn)。該研究還發(fā)現(xiàn)，對每天走同樣步數(shù)的女性來說， 走快或走慢與死亡風險沒有明顯的相關性。 此外，上文提到的研究也發(fā)現(xiàn)，每次鍛煉的最佳時間為45～60 min， 少于45 min 鍛煉的效果會減弱，而超過60 min 的鍛煉不僅沒有帶來更高收益，還容易產(chǎn)生負面影響。 也就是說，運動與效果之間存在著量效關系， 當運動獲益超過一定量后會達到平臺。 因此，運動量并不是越大越好。

生物體的睡眠和飲食等許多生理活動都受到稱為“生物鐘”的內在節(jié)律控制。 2019 年的一項研究表明，運動鍛煉同樣也受到生物鐘的調控。研究者通過小鼠在不同時間鍛煉后的骨骼肌轉錄組和代謝組分析發(fā)現(xiàn)， 在早晨鍛煉對肌肉代謝活動的影響比在晚上強，包括糖酵解顯著增加，碳水化合物和酮體的利用率顯著升高， 同時機體還動員了氨基酸等非碳水能量物質以增加能量消耗。該項研究提示，要讓鍛煉在骨骼肌代謝和整體能量穩(wěn)態(tài)上實現(xiàn)更好的效益，選擇恰當?shù)腻憻挄r間是一個關鍵的因素。

精確醫(yī)學是近年來生物醫(yī)學領域興起的一個新潮流， 其核心理念是基于個體間生物學差異進行個體化干預。顯然，在討論運動鍛煉時也不能忽略人與人之間的差別。 鍛煉是預防和控制糖尿病的基本干預措施，但是，不同的人往往鍛煉的效果不一樣。 例如，運動減肥是一個基本的共識，可一項最新研究揭示肥胖患者的運動減肥效果并不是想象的那樣。 在這項研究中，研究團隊基于BMI 值分層的方法分析了1 754 名具有不同BMI 值的成年人的能量消耗數(shù)據(jù)，提出了能量代償?shù)挠^點：通過運動多消耗的能量往往會被靜息/ 休息時的能量消耗減少而抵消掉，而且不同機體構成的能量代償程度是不一樣的，在擁有過多脂肪組織的肥胖人群中最為明顯。 也就是說， 普通人在運動中消耗的能量不會在休息中被代償回來，而肥胖者在運動中每消耗1 cal，其基礎代謝率就能通過能量代償機制在休息中少消耗大約0.5 cal，肥胖者的身體在“自動”地抵抗減肥運動。還要強調一點，即使是同一類型的人群，運動效果也存在著個體間的差異。不久前，香港大學研究人員通過對當?shù)靥悄虿∏捌谌巳旱倪\動干預研究發(fā)現(xiàn)，其中70%的參與者的胰島素敏感性有所改善， 而另外30%的參與者則幾乎沒有改變；進一步的研究發(fā)現(xiàn)，這種差別是源于運動響應者的腸道菌群組成不同于非響應者。 研究者根據(jù)其研究結果建立了一個通過機器學習判斷運動干預響應的預測模型， 希望能夠基于特定腸道菌群指導糖尿病前期人群的個體化運動干預。

全民健身是當今各個國家的一個共識。 世界衛(wèi)生組織在2020 年11 月發(fā)布的 《關于身體活動和久坐行為指南》 中明確要求不同人群要有不同的鍛煉強度，成年人每周至少進行150～300 min 中等到劇烈的有氧活動； 婦女在懷孕期間和分娩后則保持在每周150 min 的運動；而兒童則要求每天鍛煉60 min。2019 年的一項研究特別強調，運動鍛煉在什么時候開始都是有益的。 研究者分析了近15 000 名歐洲中老年的運動與死亡風險之關系， 發(fā)現(xiàn)這些人無論之前的運動量有多大， 只要現(xiàn)在開始運動就能夠降低全因死亡風險； 平均每年每天增加4 min 左右快走的運動量，就可能使得全因死亡風險降低22%。換句話說， 對于那些過去長期不重視運動鍛煉的人而言，現(xiàn)在開始鍛煉也不為遲。 運動鍛煉總是有益的，早動早好，晚動晚好，不動不好！

4 小結

隨著生命健康科學的發(fā)展和研究工作的深入，人們逐漸認識到運動鍛煉對機體從分子到組織器官等各個層面都有著廣泛而復雜的生物學影響， 并在維護健康和抗擊各種疾病中發(fā)揮著重要的作用。 一方面提倡運動有益于身體，倡導人人健身；但另一方面，要認識到，運動要講究方式方法，要注意到群體間以及個體間的生物學差異， 要用科學指導個體的運動鍛煉。