不同环境下有氧运动对超重和肥胖青少年体重与体脂含量的影响

冯连世，张 漓，高炳宏，徐建方，路瑛丽，高 欢，马福海，樊蓉芸，陈文鹤

肥胖被认为是代谢综合征发生的主要原因。已有研究表明，超重和肥胖症不仅与心血管疾病关系密切，它也是糖尿病、其他一些慢性疾病和某些癌症的重要危险因素。同时，肥胖还会引起一些社会和心理问题［16］。世界卫生组织公布的资料显示，近年来肥胖人口数量在全球主要国家持续增加［4］。在我国，肥胖人群的数量和比例也呈逐年上升的趋势［6，7］。目前，除药物和手术治疗外，减控体重主要从限制能量摄入和增加日常能量消耗两个方面着手，有氧运动结合适当的饮食控制被认为是较为有效的干预方式。

研究表明，低氧环境对体重及体脂有重要影响。Workman等［39］一项研究表明，仅模拟常压低氧暴露后，超重久坐青年男性基础代谢率较暴露前增加16%，脂肪氧化供能增加44%。本研究小组前期的研究也表明，低氧暴露使大鼠前3周体重增长受到抑制，低氧训练较常氧训练更有利于减少大鼠腹部脂肪［1］。调查显示，世居高原地区的居民不仅体重较世居平原居民低，而且血清总胆固醇水平、血压、心血管相关疾病死亡率均较平原居民低［31，35］。也有研究指出，世居平原人初上高原一段时间后体重显著降低［24］。早在20世纪70、80年代就有报道陆续指出登山者在高山探险过程中体重降低，且随着海拔高度的增加体重下降幅度也增加［9，17，18］。国内多个项目的运动员在持续3～4周的高原训练实践过程中也都发现有体重降低现象的 发生［2，3，5］。

那么，自然高原环境或者模拟高原环境的低氧环境下有氧运动是否可作为一种更为有效的减体重方法应用到超重和肥胖人群减控体重的实践中来？其减重、减脂的效果如何？目前尚不清楚。本研究着眼于此，以超重或肥胖青少年为研究对象，旨在探讨4周中等海拔高度的高原和模拟常压低氧环境下（约2300m）的有氧运动对体重及体脂含量的影响，进而为高原训练和低氧训练应用于肥胖人群减控体重的实践提供参考。

1 对象与方法

1.1 研究对象

世居平原超重或肥胖青少年50人，实验过程中有3人因不同原因中途退出。年龄16～22岁，身体健康，无心血管系统疾病，无抽烟酗酒等不良嗜好，无系统锻炼史。分为低氧训练组（高住高练低练，模拟海拔2300m，简称低氧组）、高原训练组（青海多巴国家高原体育训练基地，海拔约2300m，简称高原组）、平原常氧组（简称常氧组）。根据中华人民共和国卫生部疾病控制司编制的《中国成人超重和肥胖症预防控制指南》定义:BMI（体重指数）24～27.9kg／m2属于超重，BMI≥28kg／m2属于肥胖，选择受试者时要求BMI不小于24kg／m2（表1）。

表1 本研究研究对象基本信息一览表Table 1 General Information of Subjects

1.2 日常安排、运动及饮食控制

日常安排:各组受试者在实验期间均采取集中封闭式管理，中途不能回家。常氧组每天生活和运动均在平原环境；低氧组每天19∶00～次日7∶00生活在模拟2300m海拔高度的低氧环境中，并且白天在模拟2300m海拔高度的低氧环境中运动2h，其他安排与常氧组相同；高原组每天生活和运动均在青海多巴国家高原体育训练基地。饮食、住宿条件、起居时间甚至业余时间的活动等，各组尽量保持一致，以减少组间差异。此外，课题组利用课余时间组织受试者做游戏（主要是桌面游戏），使他们保持心情愉快。实验持续4周，每周运动6天，每天总运动量5h，包括7∶30～8∶30慢走1h，10∶00～12∶00运动2h，15∶00～17∶00运动2h，含热身和整理活动。运动方式包括快走 、慢跑、乒乓球、羽毛球、游泳、有氧操、功率自行车等。

运动强度的控制:运动过程中，每隔10min监测心率，以评价训练强度，并控制运动强度在靶心率范围内。运动时靶心率范围根据Karvonen方程［20］确定:靶心率范围＝静息心率＋心率储备×运动强度范围，心率储备＝最大心率-静息心率，最大心率＝220-年龄；本研究选定的运动强度为40%的心率储备，属低强度有氧耐力训练。

饮食控制:3组受试者采用相同的食谱，由专门的营养师配餐。以静息代谢率为基础，训练期间适当控制饮食，膳食以碳水化合物为主（55%～65%），适量蛋白质（20%～35%），少量脂肪含量高的食物（10%～15%）。男性每天能量摄入2500kcal左右，女性能量摄入2100kcal左右。

1.3 测试指标与仪器

1）训练期间，每天早晨起床后空腹称量、记录体重，测试仪器为TCS-WB-3000电子磅称，精度为0.01kg。2）分别在4周训练开始前、训练结束后双能X射线吸收法测量身体成分，测试仪器为美国GE Medical System，Lunar Prodigy，软件版本12.2，采用全身扫描模式，计算机自动识别身体各部位并测量各部位身体成分。3）低氧发生系统为德国LOWOXYGEN SYSTEMS。

1.4 数据统计

2 研究结果

2.1 不同环境下有氧运动对超重和肥胖青少年体重的影响

与实验前比较，实验后常氧组、低氧组、高原组体重均显著降低。体重减少量组间无显著差异，表现为低氧组＞常氧组＞高原组；体重下降幅度低氧组和常氧组均显著高于高原组（P＜0.05），但低氧组和常氧组间差异不显著（表2）。

表2 本研究不同环境下有氧运动对超重和肥胖青少年体重的影响一览表Table 2 Effects of Aerobic Exercise in Different Environments on Body Weight of Obese and Overweight Adolescents

表3 本研究各组受试者每周体重下降幅度一览表Table 3 Reduction Degree of Weight Perweek （kg）

4周干预过程中，常氧组和低氧组体重下降幅度逐渐降低，第1周体重下降幅度最大，均显著高于第4周（P＜0.05）；而高原组在第2周体重下降幅度最大，每周体重下降幅度无显著性差异。常氧组和低氧组第1周体重下降幅度均显著高于高原组（P＜0.05）；低氧组第2周体重下降幅度显著高于常氧组（P＜0.05），第3周仍显著高于常氧组和高原组（P＜0.05）；第4周体重下降幅度各组间无显著性差异（表3）。

全身FM减少量占总体重减少量的比例均在50%以上，表现为高原组＞低氧组＞常氧组，高原组显著高于低氧组、常氧组（P＜0.05），低氧组与常氧组间差异不显著（表4）。

表4 本研究各组受试者全身FM减少量占体重减少量百分比一览表Table 4 Total FM Reduction over Weight Reduction

2.2 不同环境下有氧运动对超重和肥胖青少年体脂含量的影响

如表5所示，与实验前比较，实验后各组别不同部位FM均显著下降（P＜0.05）。全身FM减少量和下降幅度低氧组与高原组均高于常氧组，但组间差异均不显著。身体不同部位FM减少量与下降幅度比较:1）手臂FM减少量和下降幅度各组间无显著性差异，均表现为低氧组＞高原组＞常氧组；2）腿部FM减少量和下降幅度组间无显著性差异，表现为低氧组＞常氧组＞高原组；3）躯干FM减少量低氧组和高原组均高于常氧组，其中高原组显著高于常氧组（P＜0.05），躯干FM下降幅度高原组与常氧组间有显著差异的趋势（P＝0.08）。

如表6所示:1）躯干FM减少量占总FM减少量的大部分，其次为腿部，手臂FM减少量占总FM减少量的比例最低；2）手臂FM减少量占总FM减少量的百分比3个组间无显著性差异；3）腿部FM减少量占总FM减少量的百分比表现为低氧组＞常氧组＞高原组，低氧组与高原组间有显著性差异（P＜0.05）；4）躯干FM减少量占总FM减少量的百分比总体表现为高原组＞常氧组＞低氧组，低氧组与高原组间有显著差异的趋势（P＝0.07）。

表5 本研究不同环境下有氧运动对超重和肥胖青少年体脂含量的影响一览表Table 5 Effects of Aerobic Exercise in Different Environments on Bo Body Fat Mass of Obese and Overweight Adolescents

表6 本研究各组受试者不同部位FM减少量占总FM减少量百分比一览表Table 6 FM reduction in different part over Total FM reduction （%）

3 分析与讨论

本研究结果显示，4周3种不同环境下的有氧运动结合饮食控制均可有效降低超重和肥胖青少年的体重。其中，模拟低氧环境下的减重幅度最大，其次为常氧环境下，高原环境下的减重幅度最低。不同环境下身体不同部位脂肪减少量和下降幅度存在一定差异。另外，本研究发现，高原环境下全身脂肪减少量占体重减少量的百分比在80%以上，而模拟低氧环境和常氧环境下仅50%～60%。提示，若减少相同的体重，高原环境下的有氧运动使脂肪减少得更多，去脂体重丢失得更少。

早期低氧环境引起体重变化的报道多见于登山活动过程中低氧暴露引起体重的降低，体重降低的同时其他身体成分会随之发生变化，并且发现体重减少量可能与海拔高度及低氧暴露时间有关，海拔越高、暴露时间越长，体重下降越多［9，17，18］。而 Ferezou［13］、Fusch［14］等报道，不仅山探险活动过程中受试者体重均出现下降，在高原营地居住期间体重仍会继续下降，下降幅度甚至还高于登山过程中。另外，调查发现，高原跋涉过程中随着海拔高度增加体内水含量占体重百分比也出现显著降低，但在高原营地居住一段时间后恢复［14］。

以普通人或动物为研究对象的自然高原环境或模拟低氧暴露的研究也有报道陆续指出类似现象。Ermolao等［12］研究发现，身体健康、体重正常的普通年轻女性经过21天、5050m海拔高度的高原暴露后体重下降，以DXA测试显示脂肪与去脂体重均减少，二者减少量的比值为3∶2。20名世居平原的建筑工人在昆仑山口（海拔4678m）工作33天后体重下降10.4%，其中，前20天降幅较为显著，之后体重变化幅度不大［15］。正常体重的健康普通人经4周、每周3次、每次60min的15%氧浓度低氧耐力训练后，脂肪含量较常氧训练组减少得更多［19］。模拟3000m海拔高度的低压低氧暴露抑制了普通膳食和高脂膳食大鼠体重增长速度［23］。本课题组前期研究发现，低氧暴露、低氧训练使大鼠前3周体重增长受到抑制；减重幅度低氧训练组高于常氧训练组，尤其低氧训练的前3周大鼠体重出现负增长；且研究发现低氧训练组大鼠腹股沟脂肪含量显著低于常氧训练组和低氧暴露组，腓肠肌重量占体重比例无显著变化［1］。以上研究表明，自然高原环境和人工模拟低氧暴露与常氧环境比较更易导致体重和体脂含量的下降，并可能伴随有体内水含量和去脂体重发生改变。

目前，自然高原环境或人工模拟低氧环境下规律运动对超重和肥胖人群体重及身体成分影响的报道还不多见。Lippl等［24］以20名患有代谢综合症的中年肥胖男性为研究对象，实验为期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（期间自由体力活动），第14～42天在平原居住28天，结果发现，与第1天比较，高原暴露7天后体重显著降低，至第42天仍显著低于第1天，同时发现BMR和血浆瘦素浓度显著升高。Netzer等［26］以中年肥胖人群为研究对象，不限制饮食，进行8周模拟中等海拔的常压低氧下（约2500m）的低强度有氧运动，每周3次、每次90min，结果显示，低氧训练组体重减少量显著高于常氧训练组（⊿1.14kg vs.⊿0.03kg）。中年超重和肥胖受试者，不进行饮食干预，经4周模拟海拔2500m的常压低氧有氧训练后（每周3次、每次60 min），体重下降幅度与常氧组接近（1.8%vs.1.7%，1.68 kg vs.1.48kg）；但低氧组FFM占体重百分比在训练后显著增加，常氧组FFM无显著变化，且低氧组FM下降幅度显著高于常氧组。以上几项报道以超重和肥胖中年人群为研究对象，均未限制饮食，每周仅低氧耐力训练3次，每周总低氧暴露时间不超过300min，均发现体重有显著改变，所减体重以脂肪为主，去脂体重占体重百分比或有所升高。这与本研究的结果有相似之处，但本研究减重量和体重下降幅度较大，主要原因可能是:1）模拟低氧暴露时间长，本研究每天在模拟低氧环境下暴露10h以上，且每日有2h在低氧环境下运动，高原组更是生活和训练均在高原环境；2）运动时间长，本研究每日有氧运动5h左右，1周运动6天，总运动时间1800min左右，能量消耗较大；3）适当限制饮食，本研究在干预过程中限制饮食，仅以满足每日能量基本需要为原则，男性日均能量摄入2500 kcal，女性日均2100kcal。

低氧暴露或训练为何会引起体重、身体成分的改变，其机制尚不明确。Westerterp等［36］将8名健康男性进行31天模拟8848m低压低氧环境暴露，期间自由膳食，结果发现，能量摄入显著减少，无感失水量无显著变化。Rose等［30］研究发现，40天近9000m的低压低氧暴露后，受试者能量摄入显著下降（约40%）；体重下降7.4kg，其中2.5kg为脂肪，CT扫描显示丢失的体重多数为去脂体重。上述两项研究模拟的均是低压低氧环境，从这两项研究结果来看，模拟高海拔的低压低氧环境可能导致能量摄入大幅下降，并不会导致体内水分挥发增多，但较低海拔高度的自然高原环境或模拟低氧环境是否会引起能量摄入量的降低，目前尚不清楚。从本研究来看，高原环境下有氧运动所减体重80%以上为脂肪，除脂肪外的身体成分丢失的比例较常氧运动组和模拟低氧运动组少得多。高原登山活动中也发现体重下降的同时机体水含量显著降低，但在高原居住一段时间后体内水含量又逐渐恢复［14］，这也从侧面提示，较长时间的高原环境暴露体内水分的丢失不是体重降低的主要原因。另外有研究发现，肥胖大鼠暴露于模拟中等海拔高度的低氧环境下瘦素浓度显著升高［28］。Lippl等［24］的研究也显示，仅高原居住一周体重即下降，并伴随有BMR的升高和循环血瘦素浓度的升高。高原旅行指导手册也推荐在高原上应增加能量的摄入［21］。故低氧暴露所致的能量摄入减少以及基础代谢率升高所致的能量消耗增加可能是体重下降的主要原因。

但也有研究指出，能量摄入下降而基础代谢率升高所致的能量负平衡并不是高原上体重减轻的惟一原因。1 kg脂肪和1kg去脂体重所含热量分别为7700kcal和5500kcal，若补充15000kcal的能量理论上可阻止脂肪减少2kg或阻止蛋白质减少3kg。而研究发现，在高原上额外增加总计15000kcal能量的CHO饮料摄入未能阻止蛋白质和糖原等去脂体重的丢失；具有较高初始脂肪含量的个体，去脂体重的丢失并未减少，上高原前机体较高的脂肪储存量也不能有效缓解去脂体重的丢失［25］。有报道指出，登山过程中可能存在一个临界点，此临界点在海拔5000m附近，超过此高度体重快速下降，易诱发急性高山病［37］。这提示，高原环境可能是影响体重及各身体成分的独立因素，可能存在其他影响体重及各身体成分的调控方式。其中，随海拔高度升高所形成的低压低氧环境是该调节途径的重要环节。

脂肪酸是安静及运动时重要的能源物质。循环血中较高的脂肪酸水平是肥胖的典型特征。运动强度是影响脂肪酸利用的一个重要因素。运动过程中脂肪酸有3个来源:一是，脂肪组织脂解释放入血的脂肪酸；二是，循环血中VLDL-TG水解释放的脂肪酸；三是，骨骼肌内储存的甘油三酯脂解释放的脂肪酸。研究发现，持续25%最大强度下运动，90%的能量来自于脂肪酸氧化，10%来自于肝糖原，脂肪酸主要来自于脂肪组织脂解［29］。本研究运动强度控制在40%最大心率储备附近，属低强度有氧运动。相同心率，低氧环境下运动时绝对强度要低于常氧环境下运动［38］。换言之，对肌肉的机械刺激也较轻。对肥胖者而言，相同的运动量，较低的运动强度更有利于脂肪的动员、利用［22，32］。与常氧组比较，低氧训练后内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）表达及骨骼肌毛细血管密度增加［11，34］；骨骼肌肌红蛋白（myoglobin，Mb）含量显著提高［33，41］，这有助于更多的O2和脂肪酸转运进入骨骼肌线粒体参与氧化供能。但上述报道研究对象多为普通人或优秀运动员，那么，高原环境下有氧运动和模拟低氧环境下的有氧运动对肥胖者骨骼肌氧化能力是否也有同样影响？以肥胖大鼠为研究模型发现，4周高住高练后，HIF1α、VEGF、CS、Mb等基因mRNA表达水平显著升高，其中高住高练3周时上述基因mRNA表达水平最高［40］。骨骼肌AS160磷酸化水平、AMPK表达水平增加也会使骨骼肌脂肪酸氧化增加，同时骨骼肌对胰岛素的敏感性改善［8，27］。6周高原训练后肥胖Zucker大鼠骨骼肌AS160磷酸化水平、AMPK表达水平均显著增加［10］。以上分析表明，高原环境和模拟低氧环境下的有氧运动可通过多种信号通路调控肥胖者骨骼肌脂肪酸氧化能力，理论上更有利于脂肪的动员和利用，但具体调控机制仍待深入研究。

4 结论

常氧环境、高原环境和模拟低氧环境下的有氧运动可有效减少超重或肥胖青少年体重和全身及身体各部位体脂含量，躯干部位脂肪减少量占总脂肪减少量的大部分。高原环境下有氧运动在减重总量上不如模拟低氧环境和常氧环境下的有氧运动，但所减体重80%以上为脂肪，减脂效果好于模拟低氧环境和常氧环境下的有氧运动。

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