肥胖病人在健身运动中相关激素变化综述

韦 军黄中校黄 昀

(1.广西体育高等专科学校 南宁 530012;2.广西体育科学研究所 南宁 530031)

肥胖病人在健身运动中相关激素变化综述

韦 军1黄中校2黄 昀1

(1.广西体育高等专科学校 南宁 530012;2.广西体育科学研究所 南宁 530031)

肥胖病人在健身运动中收到了体脂减少,体重减轻的预期效果,同时其体内的相关激素也发生了改变。健身运动导致脂肪代谢过程中的酶、瘦素、胰岛素、脂联素等激素发生改变的生物学机制研究较多,而关于抵抗素、内皮素,性激素的运动干扰机制目前则讨论较少。

肥胖病;健身运动;激素;综述

1 前言

肥胖被认为是一种既有遗传基因缺陷又有过量饮食和运动不足等环境因素影响的多因素疾病[1],在我国肥胖还被界定为一种社会慢性疾病,当机体内热量的摄入大于消耗,造成体内脂肪堆积过多,就会导致体重超常,如果实测体重超过标准体重20%以上,并且脂肪百分率超过30%者称为肥胖。肥胖病系指单纯性肥胖,即没有明显的内分泌和代谢性疾病所致,可发病于任何年龄,尤以40～50岁为多见,女性多于男性。女性脂肪分布以腹、臀部及四肢为主,男以颈及躯干为主。肥胖可由遗传、饮食、活动与运动、精神、代谢以及内分泌等因素造成。随着人类经济和社会的飞速发展,人民的生活水平的不断提高,目前全球肥胖人群有逐年扩大的趋势,减肥因此成为一种时尚。对于肥胖者而言,采用运动方式来减少体脂百分比和减低体重是一种公认的举措,形式多样的各种有氧健身活动如慢跑、快步走、游泳、健身操、登山和自行车等形式是减肥者采用较为广泛的减肥方式。减肥者多关注减肥的效果,而研究者则关注在减肥过程中体内各种激素的变化规律,以此来指导减肥者获得更优的减肥效果。

2 运动对肥胖病人部分激素的改变

2.1 酶(Enzyme)

健身活动方式以低强度运动为主,其运动强度一般在25%最大摄氧量左右,此时外周脂肪受到强有力的分解的刺激,同时伴有少量的肌肉甘油三酯的分解[2],糖的氧化基本由血糖供给,而肌肉的糖原很少被利用。脂肪酸在这种情况下释放入血液的速率和氧化效率是最高的。外周的脂肪组织经此动员产生脂肪酸释放至血液中,穿过细胞膜进入细胞质内进行代谢。这是脂质运动的第一步,无论是安静或运动的状态下这一过程在脂肪酸代谢中都是极为重要的[3]。当以乳糜微粒和极低密度脂蛋白形式储存的脂肪酸可以通过脂蛋白酶(Lipoprotein Lipase,LPL)的催化而释放出来。LPL在肌细胞内合成,被激活后易位到血管内皮细胞膜,在此对甘油三酯发挥其酶的活性。LPL还可以激活穿过乳糜微粒和脂蛋白表面磷脂层所必须的磷脂酶A2。但是其活性受咖啡因、儿茶酚胺和促肾上腺皮质激素的影响,胰岛素则抑制其活性[4]。

在低强度运动时动脉中血脂肪酸的浓度对肌肉摄取脂肪酸的影响较强,因为当肌肉摄取脂肪酸后,快速转化为酯酰辅酶A,形成血液到肌肉的浓度梯度,转化的速度取决与酯酰辅酶A合成酶的活性[5]。在脂肪酸从血液向肌肉转运的过程中也受到了少数屏障的限制,包括血管内皮细胞膜、肌肉细胞和内皮细胞的间质、肌肉细胞膜等。线粒体摄取和氧化脂肪酸的能力取决于肉碱运输系统穿过线粒体膜的活动,而肉碱的运输则由丙二酸单酰辅酶A来调节[6],人体在运动时丙二酸单酰辅酶A的合成减少,因此脂肪酸转运至线粒体内的能力提高了。

2.2 瘦素(Leptin)

瘦素是一种肥胖基因(ob gene)的蛋白质产物,是由脂肪组织分泌的循环激素,其中文译名有消脂素、瘦素、瘦因子和苗条因子等。它通过与中枢神经系统的瘦素受体直接结合来调节体内的能量平衡、脂肪储存及某种内分泌功能,并参与造血及生殖。因此可通过血清瘦素水平来了解脂肪细胞肥胖基因表达的情况[7]。目前国内外对于瘦素的研究开展的较多,但国内的研究多以综述为主,而国外的研究则集中于动物实验水平上。瘦素及其作用的异常与肥胖的发生关系密切。身体运动与能量代谢的关系已是众所周知,体力活动减少是目前解释现代社会肥胖病发生率增高的最重要原因。因此,探索瘦素与体力活动的关系也就成为研究者的关心的课题。

身体脂肪含量决定于血清瘦素的水平,研究发现绝大多数的肥胖者血清瘦素浓度与体脂百分比呈正相关。Bougoulia[8]对肥胖和正常体重女性葡萄糖耐量实验中瘦素变化的比较发现,肥胖女子基础瘦素水平高于正常女子,葡萄糖负荷后30min、60min血清瘦素明显增加,并与胰岛素变化无关。正常体重女子葡萄糖耐量试验对血清瘦素没有影响。从单个细胞而言,体积大、甘油三酯含量多的脂肪细胞,则肥胖基因表达水平高。脂肪细胞的分化程度也与其肥胖基因表达水平有关[9]。多种激素、细胞因子、神经活动和环境因素能影响瘦素的表达和体内含量。血清中瘦素水平昼夜节律明显,夜间可比白天高约30%,高峰在凌晨2时左右,低谷约在下午1时。实验结果表明,短时间的冷环境(2～18h,4℃)能减低脂肪组织的肥胖信使RNA(ob mRNA)的表达,这种效应主要是交感神经活动加强介导的。儿茶酚胺、β3受体激动剂能下调瘦素的表达。

还有学者做了局部体脂与血清瘦素水平的关系研究[10],瘦素与腹部皮下脂肪、腹部内脏脂肪、股部皮下脂肪均呈较强正相关,但在男性,瘦素与腹部皮下脂肪相关性最强,校正腹部皮下脂肪后,瘦素与BMI、股部皮下脂肪相关性消失,与腹部内脏脂肪相关性减弱;在女性,瘦素与BMI相关性最强,校正BMI后,瘦素与腹部皮下脂肪、股部皮下脂肪相关性消失,与腹部内脏脂肪相关性显著减弱。该研究表明,瘦素在不同脂肪组织中的表达量各不相同,以皮下脂肪的表达最高,故推测,瘦素主要由皮下脂肪分泌,而内脏脂肪可视为瘦素的靶组织。

部分学者的研究发现,在一定的运动量和运动频率下,连续运动一段时间后,血液中瘦素水平明显下降,且不受体脂、胰岛素和糖皮质激素的影响。例如,对于肥胖儿童,Bernard等[11]观察到连续4个月的锻炼可使瘦素水平明显下降,训练前后血清瘦素浓度均与体脂量成正相关。这种瘦素的改变可能反映了运动所导致的能量平衡和肥胖度的改变。目前治疗肥胖已不仅限于降体重、降体脂、降体重指数,而且提出代谢适应的概念。研究已证明了长期有氧运动可以使肥胖机体体脂重量和百分比降低,空腹血TC、LDL-C、胰岛素下降,糖耐量改善[12]。在运动中骨骼肌仅将25%左右化学能转变成为机械能,其余75%都变为热能散发掉,因此,增加能量流出是导致能量负平衡的主要因素。给小鼠注射瘦素可以减少胰岛分泌胰岛素,增加胰岛素的敏感性,逆转肥胖。运动也可以提高机体对胰岛素的敏感性,减轻胰岛素抵抗,因而推测运动可能与脂肪细胞肥胖基因表达及血清瘦素水平有关。

Perusse等[13]的实验结果显示,51个男性和46个女性成年缺少运动者进行20周系统的功率自行车训练后,男性受试者体脂量和体脂百分比减少,血清瘦素浓度下降;在女性受试者,该两项体脂指标与训练前无明显差异,血清瘦素水平也未见明显变化。不过另有报告8名中年缺少运动者(男女各半)进行12周标准有氧训练后,所有受试者体脂量无明显改变,女性受试者血清瘦素浓度较训练前下降了17.5%,而男性受试者血清瘦素浓度无显著性变化。值得注意的是,Pasman等[14]以成年男性肥胖者为研究对象,受试者接受了16个月耐力训练,在训练开始和其后第2、4、10、16个月检测血清瘦素和胰岛素浓度以及体脂百分比,结果显示血清瘦素水平降低并与训练时间呈显著相关。通过统计学的偏回归分析表明,即使将体脂百分比和胰岛素浓度变化的影响计算在内,运动训练还有下调血清瘦素水平的作用。

比较运动员与普通健康人血清瘦素基础水平的高低无疑是了解长期运动对体内瘦素含量能否产生影响的基本手段。Leal-Cerro等[15]检测到29个马拉松运动员的血清瘦素浓度显著低于久坐而缺乏体力活动的对照组,体脂绝对量和百分比也明显低于对照组,然而以每公斤体脂重计算的血清瘦素浓度值与对照组间无明显差异。还有几组研究者的检测结果都显示有训练者尤其是训练水平高的运动员的体脂含量低,其血清瘦素水平也低。研究者们认为,即使是体脂含量极低的运动员,体脂百分比仍然是决定血清瘦素水平的最强有力因素。

由于胰岛素、糖皮质激素、甲状腺素等有调节代谢和饮食行为的作用,因此它们和瘦素的关系引起研究者的注意。Soda等[16]研究发现,瘦素和胰岛素之间有双向作用,即瘦素和胰岛素在脂肪组织和β细胞之间建立了一个双向反馈环。胰岛素可刺激脂肪细胞肥胖基因的表达,而瘦素反过来又抑制胰岛素的产生,瘦素和胰岛素在不同层面相互作用以保持机体能量平衡和体重稳定。

2.3 脂联素(adiponectin)

脂联素亦称28KD凝胶结合蛋白(GBF28),是由脂肪细胞分泌的,推测是一种与细胞外基质相互作用的浆蛋白,其基因定位于3q27染色体上。有研究发现健康志愿者血中含脂联素,而肥胖者血浆中脂联素浓度却明显低于非肥胖者。日本学者研究了在胰岛素敏感性改变的小鼠中脂联表达下降与胰岛素抵抗的相关性。通过降低肥胖鼠肌肉和肝脏中甘油三酯的浓度,脂联素可减轻胰岛素抵抗。还有研究发现[17],在肥胖、II型糖尿病以及有心血管疾病的日本人中,常伴有胰岛素抵抗及高胰岛素血症,其血浆脂联素浓度低下,体重下降时血清中的脂联素浓度上升。肿瘤坏死因子(TNFα)能降低胰岛素受体的酪氨酸激酶的活性,加重肥胖病人的胰岛素抵抗,血浆纤溶酶原激活物抑制(PAI)增加和脂联素降低共同导致了肥胖病人的血管病的发生。脂联素抑制TNFα诱导的内皮细胞粘附分子的表达,并不影响TNFα与其受体的相互作用。

2.4 胰岛素(Insulin)

一些研究显示,肥胖者和正常人相比血浆胰岛素水平呈现较高水平,且血中胰岛素水平和肥胖度呈正相关[18]。当体脂百分比下降后血中胰岛素浓度也相应回落。运动训练可以引起骨骼肌胰岛素作用的提高与胰岛素信号传导能力的提高,并伴有胰岛素信号传导前期蛋白ISR1/2表达的下降、胰岛素刺激的ISR1酪氨酸磷酸化和ISR1介导的P13激酶活性增加,运动训练促进葡萄糖转运载体GLUT4向质膜的募集。考虑到脂肪细胞分泌的多种物质与胰岛素抵抗之间的关系,运动对脂类代谢的影响,以及对胰岛素与胰岛素信号传导能力的影响,可以假设运动通过脂肪细胞改变其分泌的各种物质水平,达到预防和辅助治疗Ⅱ型糖尿病的作用。

梅郁等[19]对肥胖者和非胰岛素依赖糖尿病患者的骨骼肌研究发现,其胰岛素信号传导通路存在缺陷。特别是胰岛素受体底物-1(IRS-1)的磷酸化和磷脂酰肌醇3-激酶的活性在胰岛素刺激下减少。有研究表明,耐力训练可提高大鼠骨骼肌中胰岛素受体、IRS-1的基因表达水平[20]。运动训练是否能够或能在某种程度上改变胰岛素信号以提高胰岛素刺激的葡萄糖吸收,仍需进一步研究。

生理学家研究了肥胖男性在以50%最大摄氧量(70min/d)或70%最大耗氧量(50min/d)连续运动训练,胰岛素敏感性没有变化。对于肥胖的Ⅱ型糖尿病人,每日走路结合饮食治疗,不仅对于减轻体重,而且对于改善胰岛素敏感性都有意义[21]。Yamanouchi[22]将病人分为2组:单纯饮食控制组(D组)和饮食控制加锻炼组(DE组)。D组维持日常活动量(4500±290步/d),DE组运动采取每月最少1万步、持续6～8周的步行法。用正常血糖高胰岛素钳夹技术测定胰岛素量,结果发现D组和DE组体重均减少,而DE组减少更明显,运动后D组的血糖注射率和代谢清除率无显著性增加,而DE组却呈显著增加。步行运动因此被推荐为肥胖Ⅱ型糖尿病人的基本治疗方法之一,不仅能使体重减少,而且能改善胰岛素的敏感性。为进一步探讨不同的运动负荷对胰岛素的敏感性和降体脂的作用,Joseph[23]将肥胖者随机分为不运动对照组和运动实验组(3组)共四组:其中运动实验组又分为低运动量/中等强度组(每周以最大耗氧量40%～55%步行12英里)。低运动量/大强度组(每周以最大耗氧量65%～80%慢跑12英里)。大运动量/大强度组(每周以最大耗氧量65%～80%慢跑20英里)。训练量以每周运动115min(低运动量/大强度组)或170min(大运动量/大强度组)来衡量。在所有运动组中均有不同程度的提高胰岛素敏感性和降体脂的作用。

2.5 抵抗素(Resistin)

抵抗素是一种由美国宾夕法尼亚州大学医学院发现的由脂肪细胞分泌的新的激素,其作用是对抗胰岛素,使血糖水平升高,脂肪细胞增生繁殖而致肥胖。高血糖和脂肪代谢紊乱之间存在关联,糖尿病被成为糖脂病或糖肥胖症。研究结果显示抵抗素的功能是作为一种信号,以使胰岛素作用下的葡萄糖摄取减缓,从而减缓胰岛素的作用。

2.6 内皮素(Endothelin)

内皮素是血管内皮细胞分泌的一种21氨基酸多肽,具有潜在的血管收缩和正性肌力及有丝分裂的作用。其在各种疾病状态下(如充血性心力衰竭、肥胖和糖尿病等)浓度增加。内皮素影响脂肪组织的能量代谢,改变各种脂肪细胞因子如瘦素、抵抗素的分泌。内皮素可刺激脂肪细胞的脂联素表达水平增加,且呈现时间依赖性。

2.7 神经内分泌(Nerve internal secretion)

运动可作用于神经系统和内分泌系统,增加神经和内分泌系统的兴奋性。运动促进肾上腺素、去甲肾上腺素的分泌,提高脂蛋白酶的活性,促进脂肪分解利用,尤为重要的是对胰岛素的作用。运动时胰岛素分泌下降,减少了葡萄糖向脂肪和糖原的转化,而反过来促进了脂肪的分解。另外运动可改善肥胖病患者肌细胞胰岛素受体结合力的下降,还可以提高肥胖患者对胰岛素的敏感性。

3 小结

肥胖不是单一原因引起,而是多种因素的综合。肥胖病越来越得到人们的重视。探讨运动对肥胖病人体内激素的变化不仅能深入了解运动干扰对肥胖病产生的影响,为我们提供一个更加科学有效的减肥减脂的方法,而且为将来发现肥胖的根源和预防肥胖病带来可能。目前对于肥胖病的研究已经深入到基因领域,预防和治疗肥胖病在未来可能成为简单的事情,人们追求更高质量的生活愿望将不断得到满足。

1 陈吉棣主编.运动营养学[M].北京:北京医科大学出版社,2002.8

2 Romijn,J.A.,Coyle,E.F.,Sidossis,L.S.,Zhang,X.J. &Wolfe,R.R.Relationship between fatty acid delivery and fatty acids oxidation during strenuous exercise.Journal of Applied Physiology[J](1995)79:1939-1945

3 罗纳德·J·莫恩主编,杨则宜审编.运动营养[M].人民体育出版社,2005.5

4 Jeukendrup,A.E.Fat metabolism during exercise,a review.In Aspects of Carbohydrate and fat metabolism[J] (1997):21-27

5 Bulow,J.Lipid mobilization and utilization.In Principles of Exercise Biochemistry:Medicine and Sport Science(1988),pp. 140-163

6 Winder,W.W.,Arogyasami,J.,Barton,R.J.,Elayan,I. M.&Vehrs,P.R.Muscle malonyl-CoA decreases during exercise.Journal of Applied Physiology(1989)67:2230-2233

7 宋淑萍.瘦素基因与其它相关激素[J].职业与健康, 2002,18(1):11-13

8 Bougoulia M,,Tzotzas,T.,Efthymiou,H.,etal,Leptin concentrations during oral glucose tolerance test(OGTT)in obese and normal weight women{[J]Int J Obes,1999,23:146 -150

9 Considine,R.V.,etal.serum immunoreactive-leptine concentration in normal-weight and obese humans[J].N Engl J Med,1996,334:292～295

10 黄彩华,刘礼斌,高松龄,等.瘦素(Leptin)与运动[J].体育科学,2005,25(3):65-69

11 Bernard,G.,Leigh,R.,Paule,B.,etal,Plasma leptin concentrations in obese children changes during 4mo periods with and without physical training[J]Am J Clin Nutr,1999,89:388 -394

12 Surperko,H.R.&Haskell,The role of exercise training in the therapy of hyperlipoproteinemia[J]Cardiology Clinics, 1998,5(2):285-294

13 Perussel,etal.acute and chronic effects of exercise on leptin levels humans[J]J Appl Physiol,1997,83:5-10

14 Pasman,W.J.,etal The effect of exercise training on leptin levels in obese males[J]AmJ Physiol,1998,274:E280-286 15 Leal-CerroA,etal.Serum leptin levels in male marathon athletes before and after marathon run[J]J Clin Endocrine Metab,1998,83:2376～2379

16 Soad,M.F.,Knaw,A.,Sharma,A.,etal,Physiological insulineimia acutety modulates plasma leptin[J]Diabetes,1998, 41:544

17 江晓斌,丁树哲.运动、脂肪细胞和胰岛素抵抗[J],沈阳体育学院学报,2003,124(2):45-47

18 刘旭东,刘燕萍,高新友.肥胖发生的可能机制与控制手段[J].西安体育学院学报,1999,16(2):79-82

19 梅郁,张缨.运动与胰岛素敏感性[J].北京体育大学学报,2002,25(6):775-778

20 Tonino R.P.,Effect of physical training on the insulin resistance of aging[J]Am J Physiol 1989,256:E352-356

21 Kang,J.,Robertson,R.J.,Hagberg,J.M.,etal.Effectof exercise intensity on glucose and insulin metabolism in obese individuals and obese NIDDM patients[J]Diabetes Care,1996 Apr,19(4),341-9

22 Yamanouchi,K.,Shinozaki,T.,Chikada,K.,etal Daily walking combined with diet theraphyis a useful meansfor obese NIDDM patients not only to reduce body weight but also improve insulin sensitivity[J]Diabetes Care,1995 Jun,18(6),775-8

23 Joseph,A.,Charles,J.,Caris.A.,etal.Effect of the voume and intensity of exercise training on insulin sensitivity[J]J Appl Physiol,2002(96):101-106

24 贺道远.肥胖与运动减肥[J].荆州师范学院学报(自然科学版),2002,25(2):85-88

25 雷帆,邢东明,孙虹,等.肥胖相关生物因子的研究[J].中国药学杂志,2002.37(1):5-8

26 汪保和,孙惠娟.瘦素(Leptin)与体力活动的研究综述[J].体育科学2000,20(1):85-88

27 王从容,杨锡让.肥胖发生机制的生理学分析[J].北京体育大学学报,1994,17(1):39-45

28 徐小华,朱大龙.脂联素及其受体表达的调节因素[J].医学临床研究,2005,22(3):400-403

A Summary of Related Hormones Changing about Obese Patients in Exercise

WEI Jun,et al.

(Guangxi Institute of Physical Education,Nanning,Guangxi)

Exercise in obese patients

a body fat reduction,the body-related hormones have also changed when weight loss.Fitness lead to more process of fat metabolism enzymes,leptin,insulin, adiponectin and other hormonal changes of the biological mechanisms,but on the resistin and endothelin,sex hormones interfere with the movement mechanism to present,however,little discussion.

obesity;exercise;hormone;summary

book=87,ebook=77

韦 军(1971-),男,广西南宁人,讲师,硕士,研究方向:体育保健与康复。