体力活动与青少年心血管代谢健康风险的“剂量—效应”关系研究进展*

关尚一，李良鸣，廖八根，朱为模，卢健，邹亮畴

(1.广州医学院体育教育部，广东 广州 510182;2.广州体育学院运动与健康促进重点实验室，广东广州 510500;3.依利诺伊大学体育科学系，美国伊利诺伊厄本那 61801;4.华东师范大学体育与健康学院，上海 200241)

体力活动与青少年心血管代谢健康风险的“剂量—效应”关系研究进展*

关尚一1，李良鸣2，廖八根2，朱为模3，卢健4，邹亮畴2

(1.广州医学院体育教育部，广东 广州 510182;2.广州体育学院运动与健康促进重点实验室，广东广州 510500;3.依利诺伊大学体育科学系，美国伊利诺伊厄本那 61801;4.华东师范大学体育与健康学院，上海 200241)

体力活动与健康的研究是制定预防疾病、增进健康的体育活动量的重要依据，目前有关儿童青少年体力活动与青少年心血管代谢健康风险之间“剂量—效应”关系的研究已经成为当今体育科研的很重要课题之一。通过文献综述法，对儿童青少年体力活动与肥胖、高血压、血脂异常、代谢综合征等心血管代谢健康风险之间“剂量—效应”关系进行了研究，结果发现儿童青少年体力活动量、体力活动强度、体力活动频率与肥胖、高血压、血脂异常、代谢综合征等心血管代谢健康风险之间存在“剂量－效应”关系，但研究证据还存在着许多不足。

体力活动;代谢综合征;“剂量－效应”关系;青少年

心血管代谢性疾病(Cardiometabolic disease)是一类缓进性发展的疾病，其发病最早始发于青少年时期［1］。青少年时期肥胖、高血压、高血脂、高血糖、代谢综合征等可以增加成年后患上这些疾病的风险［2，3，4］，因此有效地预防和改善青少年时期的肥胖、高血压、高血脂、高血糖、代谢综合征具有十分重要的意义。体力活动是预防和治疗心血管代谢性疾病的有效手段之一。美国心脏学会建议青少年每天至少60 min的中等强度以上体力活动才能有效地促进心血管健康［5］。2005年美国CDC青少年体力活动指南对于体力活动与健康的研究综述发现，每周至少3－5次，每次30－40 min中等强度的有氧练习才能有效地降低体脂含量;每周至少3次，每次30 min，强度为80%最大心率的体力活动才能有效地降低血压;有效改善血脂、血糖和代谢综合征所需要的运动剂量则有待于进一步研究［6］。虽然已清楚体力活动可预防和改善心血管代谢性疾病，但是目前关于青少年体力活动与肥胖、高血压、血脂异常、代谢综合征等健康风险之间“剂量－效应”关系的研究证据还存在着许多不足，不能有效地阐明体力活动量与健康效应之间的关系。阐明体力活动与健康之间的“剂量－效应”关系对于确定维持和促进健康所需要的体力活动量具有十分重要的意义。本文将对体力活动与青少年心血管代谢健康风险的“剂量－效应”关系研究现状进行综述，以期为青少年科学进行体育锻炼和预防疾病的运动处方的制定提供依据。

1 体力活动与健康的“剂量—效应”关系

“剂量—效应”关系最早应用于医药学的研究，是指在一定范围内，药物的效应与靶部位的浓度成正相关。“剂量—效应”关系能定量地分析与阐明两者间的变化规律，它有助于了解药物作用的性质，也可为临床用药提供参考资料。不同体力活动水平(剂量)与某种健康效应指标(如:危险因素、疾病、生活质量等)之间存在着某种特定的联系，这种联系如同医药模式中用药剂量与疾病治疗效果之间的特定关系一样。美国著名运动医学专家Haskell教授提出，在进行体力活动与健康的研究时应该把体力活动当成一种“药”进行研究，进行体力活动与健康研究时应该包括以下几个方面:特定条件下的疗效，对于目标人群的效果，特定效应时所采用的剂量，发挥效应的机制和安全性［7］。这里面最重要的就是要考虑体力活动“剂量”的特征和所引起“效应”的特征。体育科学工作者可以根据体力活动与健康的“剂量—效应”关系，确定维持和促进健康所需的体力活动量，从而制定出安全有效的体育锻炼计划和/或运动处方，以提高身体素质，最终达到预防和治疗疾病的目的。

目前关于体力活动“剂量”被提得的最多的问题是——产生特定健康效应所需的最低和最适体力活动“剂量”是多少?体力活动“剂量”一般与体力活动类型，体力活动强度，体力活动时间和体力活动频率等有关，是这几个因素的综合效应。“效应”即体力活动所产生的健康效应。近年来国外有大量的资料表明体力活动与健康效应之间存在着某种特定“剂量—效应”关系，体力活动与不同的健康效应之间的“剂量—效应”关系也不尽相同［8］。尽管不同个体、不同体力活动“剂量”与各种健康效应指标之间的关系曲线不完全相同，但大致可以归纳为以下三种(如图1所示):A.体力活动量与某些健康效应、某种疾病死亡率和发病率存在某种线性关系;B.中低水平的体力活动量可以使缺乏体力活动的人的某些健康指标得到明显的改善;C.有些健康指标的改善必须当体力活动“剂量”达到一定水平才可获得一定效果。

图1 体力活动与健康效应之间的“剂量—效应”关系

2 体力活动量与青少年心血管代谢健康风险的“剂量—效应”关系

体力活动量与青少年肥胖之间的“剂量—效应”关系 最近Ness等(2007)［10］对14个肥胖治疗干预的研究进行了综述，提出每周155－180 min(约每天22－26 min)的中－高强度体力活动就能有效地降低超重或肥胖青少年的身体脂肪含量。该体力活动量比目前青少年体力活动推荐量——每天60 min中－高强度体力活动要小得多，这可能是这些研究中只测量了运动干预时的体力活动量，对运动干预以外的活动量并没有记录所造成的。因此治疗肥胖所需的体力活动量是多少目前还不清楚。另外，该综述中所涉及的研究对象都是超重或肥胖的青少年，所以该体力活动量并不能很好地作为体力活动推荐量应用于那些体重正常的青少年。同时，要利用超重和肥胖预防的干预研究去了解体力活动与肥胖之间的“剂量—效应”关系也是不切实际的，因为这一类的干预研究需要有充足的经费和人力资源，并且受试者要承受在研究的若干年中慢慢地变成肥胖这样一个不切实际的负担。

关于体力活动与青少年肥胖关系的纵向研究可能会阐明预防肥胖所需要的体力活动量。一些纵向研究报道体力活动与肥胖之间并不存在关系，造成这一结果的原因很可能是这些研究中所使用的体力活动测量方法(如调查问卷)的准确性问题［11，12］。近年来，人们开始使用更准确的方法来测量体力活动。Moore等利用客观性的体力活动测量方法(加速度计)对103名3－5岁的儿童进行了8年的跟踪研究，结果发现体力活动量处于最高三分位数的儿童，他们的BMI指数最低［13］。可惜的是该研究中并没有提供最高三分位数的儿童的体力活动量的具体数值。

尽管横向研究的说服力较弱，但是其能提供关于预防肥胖所需要的体力活动量的初步证据。Ness等研究发现11岁的男童每增加15min/天的中－高强度体力活动，其脂肪含量的标准差分数就下降0.25个单位;11岁的女童每增加15 min/天的中－高强度体力活动，其脂肪含量的标准差分数就下降0.15个单位。另外，超重的相对危险率与体力活动量之间呈逆相关。男童肥胖的相对危险率在体力活动量的第二个五分位数(14.14－21.50 min/d)时小于0.50，女童肥胖的相对危险率在体力活动量的第五个五分位数(27.29 －77.14 min/d)时小于0.50［14］。

总之，上述的研究表明每天30 min的体力活动就能对肥胖有良好的效果。但是，目前还缺少系统地阐述体力活动与肥胖之间“剂量—效应”关系的研究，因此我们需要进一步地研究才能准确地确定体力活动量与肥胖之间的“剂量—效应”关系。

体力活动量与青少年血压之间的“剂量—效应”关系，Kelly等对25个关于体力活动与青少年血压的研究进行了meta分析，这些干预研究中所采用的体力活动的量为560－5250 min(持续时间为4－40 wk，频率2－5 d/wk，每天10－75 min)，但是结果并没有发现体力活动与血压之间存在“剂量—效应”关系［15］。然而，一系列横向研究发现体力活动与血压之间存在着“剂量—效应”关系。Gidding等发现，每增加100 METs.hour的体力活动，收缩压下降1.15 mm-Hg，但是该研究中所测得的体力活动量的结果很难转化为简单易懂的信息(如每天运动的时间)［16］。Leary等采用加速度计对5505名11－12岁的青少年研究发现，每增加15min的中－高强度体力活动，收缩压下降0.5 mmHg，根据该研究结果，要想使得收缩压下降较为适度的5mmHg，青少年需要进行2.5 h的中－高强度的体力活动［17］。

根据上述的研究结果，有效地影响血压的体力活动量可能要远大于目前青少年体力活动推荐量——每天60 min的体力活动量。值得注意的是，这些结果都是来自于对不同人群的血压平均值的研究。如果仅对高血压人群进行研究的话，那么所得出的结果将会有所不同。因为对成年人的研究表明，体力活动对于正常范围内的心血管代谢危险因子的影响是很有限的［18］。

体力活动量与青少年血脂之间的“剂量—效应”关系，体力活动对于青少年血脂的影响目前还存在争议。Kelley等对12个儿童体力活动与血脂的研究进行了meta分析，结果发现短期的体力活动锻炼对甘油三酯有显著性的影响，而对总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇的影响很小。这些研究中所采用的体力活动“剂量”为480－2560 min/wk(干预研究的时间为5－16wk，每次运动持续20－60min，每周3－5次)，并且甘油三酯的显著性降低和高密度脂蛋白的显著性升高只发现于超重和肥胖的受试者中［19］。可惜的是这些研究并没有得出改善HDL－C异常、LDL－C异常、TG异常所需要的体力活动量的数值。Tolfrey等对36名10－12岁的儿童进行了12周的运动干预，结果发现体力活动与血脂之间不存在显著性的“剂量—效应”关系［20］。这一阴性结果可能跟该研究中所采用的运动量的太小有关，该研究中所采用的运动量为60min/wk和78 min/wk，并且两组的运动量的区别很小(18min)。另外有一部分研究表明体力活动与血脂之间存在着关系，但是他们并没有对“剂量—效应”关系的本质进行研究［21－24］。

体力活动量与青少年代谢综合征之间的“剂量—效应”关系，目前关于体力活动与青少年代谢综合征之间的“剂量—效应”关系的研究还很少。Andersen等对1732名9－15岁的青少年进行了体力活动与代谢综合征关系的横向研究，结果发现分层为五分位数的体力活动量与代谢综合征风险之间存在着逆“剂量—效应”关系，随着体力活动量的增加，代谢综合征风险的发生率下降［21］。该研究建议青少年要每天参加88－116 min的体力活动才能有效地降低患代谢综合征的危险，该结果也远高于目前青少年体力活动推荐量——每天60 min的体力活动量。造成这一研究结果可能是由于该研究所采用的确定中－高强度的计数阈值(2000 counts)要小于目前建议的中－高强度的计数阈值(3000 counts)所致，该研究把一些低强度的体力活动也归入到了中－高强度体力活动中，造成了中－高强度体力活动量的上升。

虽然干预性研究可以很好地证明体力活动与健康之间的因果关系，但是当前干预性研究的结果对于说明体力活动与健康之间的“剂量—效应”关系是十分有限的。通过干预性研究对许多不同的体力活动“剂量”与健康“效应”关系进行了研究从而得出预防和治疗疾病的最适体力活动量也是不太可行和适用的。纵向观察性研究结果一般有利于发现了体力活动与健康效应之间的关系，但是除了少数的纵向研究发现了体力活动与健康存在“剂量—效应”关系外［13］，其他大多数研究都报道了体力活动与健康之间不存在“剂量—效应”关系［11，12，25］。当前的纵向研究结果很难发现体力活动与健康之间的“剂量—效应”关系，这与研究中所采用体力活动测量方法(例如:自我问卷调查)的准确性低下有关。主观性测量方法所测得的体力活动量与客观性测量方法测得的体力活动量之间仅存在中低度的相关，并且主观性测量方法测得的体力活动量往往高于实际的体力活动量［26］。目前研究体力活动与健康的“剂量—效应”关系最方便的研究方法是横向研究。横向研究表明体力活动与肥胖［14，27，28，29］、血压［16，17］和代谢综合征［21］之间存在着反向关系。但是这些研究也存在着一定的不足，例如许多研究都采用了主观性的测量手段来测量体力活动量，有一些研究采用四分位数、五分位数等对体力活动量进行分层使得体力活动量的范围过于宽泛。为了更好地研究体力活动量与健康之间的“剂量—效应”关系，我们必须采用更准确的体力活动测量工具，这样能更真实地反映实际的体力活动水平，从而减少误差。同时我们还有必要将体力活动作为一个连续变量来考虑，这将有利于我们更好地得出“剂量—效应”曲线的特征(例如:直线、曲线)［30］。

综上所述，虽然体力活动量与青少年的一系列健康效应之间的关系得到了很好的证实，但是关于维持健康所需要的最佳体力活动量目前还没有得到证实，有待于进一步研究。这给科研人员和大众健康政策的制定者们制定科学的青少年体力活动推荐量带来了一定的困难。

3 体力活动强度与青少年心血管代谢健康风险的“剂量—效应”关系

体力活动强度与青少年肥胖的“剂量—效应”关系，一些体力活动干预研究提示体力活动强度可以影响到体力活动与肥胖之间的关系。Gutin等对80名13－16岁肥胖青少年进行了8个月的运动干预，在消耗同样能量的情况下，中等强度运动组和高等强度运动组都能引起体脂百分比的下降，但是两组之间没有显著性差异［31］。但是对于一些体力活动不足个体而言，参加中等强度体力活动要比参加高强度体力活动要容易得多。由于该研究的受试者是肥胖的青少年，上述的研究结果能否应用到正常体重人群中还有待于进一步研究。

一些横向研究也对体力活动强度对于肥胖的影响进行了探讨。Gutin等对421名16岁白人和黑人青少年的研究发现体脂百分比与高强度体力活动的相关性要高于与中等强度体力活动的相关性［28］。Ness等对5595名12岁的青少年进行的横向研究发现，总的体力活动和中－高强度的体力活动与脂肪含量之间都具有显著性的负相关，但是当总的体力活动和中－高强度的体力活动纳入同一个回归模型的时候，只有中－高强度的体力活动与脂肪含量之间存在显著性相关［14］。

体力活动强度与青少年血压的“剂量—效应”关系，目前关于体力活动强度对青少年血压影响的研究还很少。Leary等对11－12岁的青少年的总体力活动量进行校正后发现中－高强度体力活动每增加15 min，收缩压就下降 0.5 mmHg［17］。Andersen 等对 9岁和15岁的青少年进行研究发现，中－高强度体力活动与收缩压和舒张压之间存在着负相关［21］。体力活动强度的差异是否会影响到体力活动量与血压之间的关系，这个问题目前还不清楚，有待于进一步地研究。

体力活动强度与青少年血脂的“剂量—效应”关系Kelly等对12篇关于体力活动与青少年血脂的研究进行了meta分析，结果发现较高的体力活动强度能更有效地降低LDL－C，体力活动强度对于HDL－C、TG等的影响没有显著性差异［19］。目前还缺少研究来证明不同体力活动强度对于血脂的作用，因此在以后的研究中我们要进一步证明体力活动强度与血脂之间的关系。

体力活动强度与青少年代谢综合征的“剂量—效应”关系Rizzo等对9岁和15岁的瑞典青少年研究发现，中等强度、中－高强度和高强度的体力活动都与代谢综合征指数呈负相关［32］。Andersen等对来自丹麦、葡萄牙和爱沙尼亚的9岁和15岁的青少年研究发现，中－高强度体力活动与代谢综合征指数呈负相关［21］。关于体力活动强度对于青少年代谢综合征的影响的研究还十分有限，有待于进一步的研究。

目前关于体力活动强度与青少年健康效应的研究十分有限，同时一些研究结果存在着差异，因此什么样的强度对于青少年健康最好目前还不清楚。另外，绝大多数的研究中都采用问卷或日志等主观性方法来测量体力活动强度，这对于青少年来说很难有效准确地记录体力活动强度［26］。为了准确地探讨体力活动强度对于健康效应的影响，客观性测量体力活动强度的方法就显得十分重要。最近也发表了一些利用客观性体力活动测量方法来研究体力活动与健康，这对于研究体力活动强度和健康的关系提供了一定的依据，也为将来更清楚和有效地证明体力活动强度是否是影响青少年健康的一个重要因素提供了可能。

4 体力活动频率与青少年心血管代谢健康风险的“剂量—效应”关系

目前的大多数青少年体力活动指南都推荐要每天参加体力活动。但是这一频率的设置是根据专家们的经验来估计确定的，并没有研究证据支持这个频率，而且目前也没有研究证明是否需要每天都要参加体力活动才能确保获得健康效应。例如，青少年每天一个小时体力活动(一周共7个小时)与每周只有5天进行体力活动但是总量也是一周7个小时之间所引起的健康效应是否有区别?这个问题值得我们思考。

另外一个与体力活动频率有关的问题是一天中所进行体力活动的时间该如何计算的?青少年应该在一天中进行多次短时间的体力活动，还是进行几次长时间的体力活动?研究表明，青少年的体力活动时间的分布是十分零散的(每次的时间都很短)，这与成年人的体力活动时间分布相对集中(较长时间的有计划的运动)有很大的不同［33］。Esliger等对20名加拿大青少年进行的研究发现零散的体力活动(每次＜10 min)占了其体力活动总量的68%［34］。目前全世界的体力活动指南中只有加拿大体力活动指南对每天体力活动的计算有了明确的规定，其建议青少年单次体力活动时间最少为5 －10min［35，36］。虽然这是体力活动指南中很重要的一部分，但是在总时间一定的情况下，长时间体力活动组合是否比短时间体力活动组合能产生更好的健康效应目前还不是很清楚。到目前为止，还没有研究对总的活动量一样的情况下，长时间体力活动组合和短时间体力活动组合对于青少年人群健康的影响进行过探讨。明确长时间体力活动组合是否能带来额外的健康效应，对于阐明体力活动和青少年健康效应之间的“剂量—效应”关系和体力活动指南的制定有着很重要的意义。

5 小结与展望

虽然体力活动对心血管代谢性疾病的改善和预防作用已经被我们所认识，但是目前关于青少年体力活动与肥胖、高血压、血脂异常、代谢综合征等心血管代谢健康风险之间“剂量—效应”关系的研究证据还存在着许多不足，例如:采用信度较低的主观性测量方法(如体力活动问卷测量、体力活动日志等);采用了较难转化为易于理解的公共健康信息的体力活动测量单位(如METs.hour等);所采用的数学统计模型存在着一定的不足，不能有效地阐明体力活动量与健康效应之间的关系。因此，体力活动与青少年心血管代谢健康风险之间的“剂量—效应”关系并没有得到有效地科学地阐明。在以后的研究中我们需要重点考虑以下几个方面问题:产生健康效应的最低和最适体力活动量是多少?产生健康效应的最合适的体力活动强度是多少?我们应该如何计算体力活动的时间?阐明上述几个问题，对于探讨青少年体力活动与健康之间的“剂量—效应”关系，对科学制定青少年体力活动指南，有效地预防和干预青少年心血管代谢健康风险，促进健康具有十分重要的意义。

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Dose－Response Relations between Physical Activity and Cardiometabom ic Health Risks of Youth

GUAN Shang － yi1，LILiang － ming2，LIAO Ba － gen2，LU Jina4，ZHUWei－ mo3

(1.Guangzhou Medical University，Guangzhou 510182，China;
2.Guangzhou Sport University，Guangzhou 510500，China;
3.University of Illinois at Urbana－Champaign，Urbana 61801，USA.;
4.Soports health college，Shanghai200241，China)

Physical activity(PA)can prevent and improve the cardiometabolic disease of youth.The Dose－response studies are particularly useful for determining theminimal and optimal amount of PA required for good health.Studies of the dose－response relations between PA and cardiometabolic health outcomes have become more and more popular in Kinesiology area.Themethod of literature was used in this paper to review the dose－response relations between PA and obesity，hypertension，hyperlipidemia，and metabolic syndromes.The results showed thatamodest dose－response relation was observed between PA and overweight/obesity，hypertension，hyperlipidemia，and metabolic syndromes in youth，but there are some limitations in these studies.

physical activity;metabolic syndrome;dose－response relation;youth

G808.17

A

1007－323X(2012)02－0100－06

2012－01－28

关尚一(1981－)，男，广东台山人，博士，讲师

研究方向:运动与健康

国家科技支撑计划项目2009BAK62B04资助