肥胖人群免疫功能的变化特点及运动干预效应研究

乾佑玲 肖 哲 朱 欢

1.湖北民族大学体育学院，湖北 恩施 445000；

2.湖北民族大学运动科学研究中心，湖北 恩施 445000

2016年英国著名医学杂志《柳叶刀》发表了全球成年人体重调查报告，发现中国的成人肥胖人数将近9000万，超过美国跃居第一，且全球成人中肥胖人数比瘦子多。肥胖不只是一种代谢性疾病，它还是一种炎症疾病，炎症在肥胖的发展过程中具有重要的作用，与肥胖所带来的一系列并发症之间存在着密切的联系。与体重不足相比，全球更多的死亡与超重和肥胖相关。肥胖以及胰岛素抵抗的发展与许多常见的医疗状况有关，例如2型糖尿病（T2DM）、高血压、心血管疾病、中风和身体残疾等，所以对肥胖进行干预对人体的健康有着积极的影响作用。尽管有循证公共卫生建议，但全球肥胖症的流行率仍在持续上升，采取健康生活方式的承诺对于应对这一全球流行病越来越重要。[1]研究表明，身体活动和锻炼对肥胖者有很多好处，有助于减轻体重，减少身体脂肪、腹部内脏脂肪，并可能在减肥后保持体重。[2]有氧运动和抗阻运动都会降低机体体重并改善机体的炎症状态，但抗阻运动对机体炎症的改善效果要优于有氧运动[3]。高强度间歇运动可显著降低肥胖青少年的体重、BMI、腰围和体脂百分比，改善肥胖青少年的身体成分，产生有效的减脂作用。[4]此外，全身振动训练对改善肥胖及肥胖引起的各种代谢和心血管疾病具有积极作用。[5]综上，不同运动方式对肥胖的干预效应存在一定的差异，因此，本文将综述不同运动对肥胖免疫的影响，为改善肥胖患者免疫炎症相关研究提供新思路。

1 肥胖人群免疫功能的特点

免疫系统是生理稳态最重要的调节因子之一。最近的研究表明，肥胖引发多器官基因表达的广泛变化和血液白细胞DNA的甲基化变化，从而导致免疫功能障碍[6]，无法保持健康的体重会扰乱身体的代谢和免疫轴[7]。此外，研究表明，肥胖青少年的免疫功能受到不同程度的抑制[8]，且存在免疫紊乱。由此可见肥胖与免疫系统（免疫器官、免疫细胞、免疫活性物质）之间存在密切的联系。

1.1 肥胖与免疫器官

肥胖人群脂肪体积或数量增大使得多余的脂肪沉积在免疫器官中，对免疫器官的功能造成影响。对淋巴的影响，肥胖会引起淋巴功能障碍，降低人体免疫力。研究表明肥胖会导致淋巴功能障碍，肥胖介导的淋巴功能障碍受炎症细胞外淋巴积聚的调节，并且T细胞炎症反应是启动这种效应所必需的。[9]对胸腺的影响，胸腺能够调节机体免疫平衡，维持机体免疫稳定性，Sreenivas- an Jayasree等[10]在对肥胖小鼠的观察中发现，肥胖小鼠表现出胸腺功能下降和炎症反应增加的现象。对扁桃体的影响，Daar Ghaniya等的结果显示，肥胖儿童的腺样体和扁桃体肥厚的频率高于非肥胖儿童。[11]尽管大部分研究表明肥胖会导致免疫器官障碍，降低免疫力，但也有研究表明肥胖能够增强个体的免疫功能。Ren Zhihua等的研究表明在大肠杆菌感染引起的非致死性急性肺炎中，饮食诱导的肥胖（DIO）小鼠表现出更强的抗凋亡能力，更有利于保护脾脏和提高机体的免疫防御能力。[12]梁爽等研究也表明小鼠在感染非致死性肺炎后，肥胖机体的细胞免疫功能得到增强。[13]

由此可见，肥胖与免疫器官之间的关系是极为复杂的，且机体内各免疫细胞之间相互作用，仅从单个器官入手探讨肥胖与免疫器官之间的联系是不全面的，需要全面了解二者之间的关系。

1.2 肥胖与免疫细胞

在肥胖人群的脂肪组织中存在各种免疫细胞（如淋巴细胞、巨噬细胞、粒细胞、肥大细胞等），各免疫细胞均不同程度的参与了个体肥胖。

1.2.1 淋巴细胞

淋巴细胞来源于淋巴器官，主要位于淋巴液中，负责免疫功能的执行，淋巴细胞在肥胖人群的脂肪组织中发挥着重要作用。Eljaafari Assia等研究指出，在IFN-γ分泌过程中，肥胖人群会导致T细胞功能障碍和细胞溶解活性显著降低。[14]还有研究指出肥胖会加速T细胞免疫衰老，[15]而CD4 T细胞是免疫反应的基本介质，[16]被认为是与内脏肥胖相关的慢性脂肪组织炎症的中央控制器，在HFD喂养的肥胖小鼠的内脏脂肪组织（AT）中CD4 T细胞数量的增加会产生更多促炎介质，引起内脏AT炎症。[15，17]此外，Shirakawa Kohsuke等指出内脏肥胖会损害B细胞功能，并诱导促炎表型。[15]另外，HFD诱导的自然杀伤（NK）细胞改变是肥胖相关免疫学特征的结果，NK细胞的表型和功能在肥胖中受损。[18]由此可见，肥胖与淋巴细胞之间存在着密切的联系，且肥胖会导致淋巴细胞功能受损，引发内脏脂肪组织炎症。

1.2.2 巨噬细胞

巨噬细胞来源于单核细胞，具有吞噬、消化功能，对肥胖的发展起着重要的作用。Lim Ha-Young等表明与瘦体重或理想体重犬相比，超重或肥胖犬的肿瘤相关巨噬细胞计数明显更高。[19]根据巨噬细胞的作用可将其分为M1促炎巨噬细胞和M2抗炎巨噬细胞。研究表明在非肥胖脂肪组织中，主要亚型为M2巨噬细胞，起抗炎作用；而在肥胖症中M1巨噬细胞表达增加，分泌炎性细胞因子导致肥胖并引起慢性炎症[20]。Xie Z等人的研究结果表明M2巨噬细胞的增加，可能会导致人类脂肪来源的间充质干细胞通过增加解偶联蛋白1表达和增强能量消耗来抑制肥胖。[21]Noh Ji-Won等的研究表明黄芩苷可通过降低M1脂肪组织巨噬细胞、增加抗炎M2脂肪组织巨噬细胞等来起到抗炎效果，治疗肥胖。[22]M1与M2两种巨噬细胞之间是可以相互转化的，由此可见，促使M1型促炎巨噬细胞向M2型抗炎巨噬细胞的转变能够起到良好的减肥效果。

1.2.3 粒细胞

粒细胞是一种有颗粒的白细胞，其来源离不开骨髓，能够起到吞噬、消化作用，与肥胖之间存在着密切的关系。研究表明中性粒细胞计数、淋巴细胞计数、血小板计数等都受BMI状态显着影响。[23]Telenga E D等研究发现与非肥胖患者相比，肥胖患者在痰液和血液中显示出更多的中性粒细胞。[24]张伟等表示当机体表现出肥胖，中性粒细胞会在功能与结构上出现显著变化。[25]Salinas Constanza等的研究结果则表明在没有其他内分泌疾病的情况下，肥胖本身会改变中性粒细胞活性氧的产生。[26]Cunha Filipe M等的研究表明体重和胰岛素抵抗是不同减肥手术后白细胞和中性粒细胞变异的主要预测因素。[27]Barden A等的研究证明了代谢综合征患者体重减轻后中性粒细胞RvE1水平增加，表明RvE1可能对体脂的变化特别敏感。[28]由此可见，中性粒细胞与机体的体重相关，且随着体重的变化而变化。

1.2.4 肥大细胞

研究表明肥胖人的白色脂肪组织含有大量肥大细胞，且肥胖受试者的血清肥大细胞类胰蛋白酶水平也显着高于瘦受试者。[29]肥大细胞在诸多疾病的病理生理学中起主要作用。Li Mengmeng等指出肥大细胞对于炎症性疾病的发病机制至关重要，其释放的蛋白酶会刺激蛋白酶激活受体（PAR），从而诱导微渗漏和广泛的炎症[30]。研究表明，肥大细胞可通过影响能量消耗、蛋白酶表达、血管生成、细胞凋亡和前脂肪细胞分化来参与代谢紊乱。[29]van Huisstede Astrid等的研究发现减肥手术改善了小气道功能，减少了全身炎症和气道中肥大细胞的数量。[31]由此可见，肥大细胞可作为改善肥胖炎症的治疗靶点。

1.3 肥胖与免疫活性物质

研究表明肿瘤坏死因子（TNF）是一种经典的多效性促炎细胞因子。[32]此外，研究发现TNF-α能够降低细胞活力，促进炎症因子的产生，诱导脂肪生成[33]。还有研究表明，肥胖和牙周炎引起的炎症模式，主要与高水平的TNF-α相关。[32]

早期研究表明，肥胖组织中不仅TNF-α增加，一系列炎性细胞因子也增加，包括白细胞介素（IL）-6、IL-1β、CCL2等。[34]研究表明，肥胖大鼠体重和Lee's指数与IL-6成正相关。[35]另外，研究发现与对照组相比，肥胖青少年的iNKT细胞中IFN-γ（干扰素-γ）/IL-4细胞因子比率增加[36]。综上，肥胖与诸多免疫活性物质（如：TNF、IL、IFN）之间都存在着密切的联系，通过干预影响免疫活性物质水平有助于减轻肥胖患者的炎症状态、降低体重、促进健康。

2 运动对肥胖人群免疫功能的影响

运动对治疗肥胖具有积极的疗效，但在不同环境下不同的运动方式对肥胖的影响效果有所不同，了解不同运动形式对肥胖干预的影响效果将有助于后期制定、实施更好的干预方案。

2.1 常氧环境下运动干预对肥胖人群免疫功能的干预效应

2.1.1 有氧运动对肥胖人群免疫功能的干预效应

有氧运动作为一种常见的健身方式，能够对诸多疾病起到良好的改善作用，如慢性阻塞性肺疾病、糖尿病、高血压、肥胖等。在对肥胖的干预中大多研究成果体现出有氧运动对肥胖的积极疗效。首先，有氧运动能够减轻肥胖患者的体重、降低体脂，改善代谢能力。徐建方等指出对肥胖大鼠进行有氧运动干预可有效降低脂肪重量，减缓体重的增长。[3]李良指出进行为期8周的有氧运动干预能够改善肥胖大鼠的体重和血脂水平。[37]李文玉指出有氧运动能够降低青年肥胖者的体重及BMI指数，而且对青年肥胖患者的血脂代谢能起到良好的改善作用。[38]Lee Junga指出有氧运动可能有助于降低体脂、空腹胰岛素和炎症标志物，并提高儿童和青少年超重和肥胖的身体素质，且有助于避免肌肉的流失。[39]再者，有氧运动能够有效的改善肥胖患者的免疫功能，起到良好的抗炎效果。刘敏等人的研究表明，有氧运动干预对于肥胖患者的炎症状态能够起到良好的抗炎效果。[40]Ahmadi -Kani Golzar F等研究指出有氧训练可减少肥胖并改善肥胖引起的内脏脂肪组织炎症。[41]王鸿伟指出肥胖大鼠进行有氧运动能够显著降低血清与炎症水平。[42]Tenório Thiago R S等的研究表明低强度与高强度有氧训练均能改善肥胖青少年的炎症状况，且与低强度有氧训练相比，高强度有氧训练中生物标志物的数量和变化幅度更高。[43]王杰龙等的研究表明，对肥胖小鼠进行为期4周的有氧耐力游泳运动能够对小鼠免疫器官的发育和功能产生影响，并诱导免疫偏移。[44]综上，有氧运动能够有效降低肥胖机体的脂肪含量，达到减肥效果，同时也能对肥胖机体起到较好的抗炎作用，提升机体免疫力。

2.1.2 抗阻运动对肥胖人群免疫功能的干预效应

抗阻运动能有效降低肥胖机体的体重并改善机体慢性炎症状态。研究表明，肥胖青年进行为期4周的抗阻运动后，其机体的脂肪含量减少、体重减轻，慢性炎症状态在血清TNF-a、Visfatin水平下降的状态下得到改善。[3]相关动物研究表明，为期8周的抗阻运动能够降低脂肪组织表达，有效抑制肥胖小鼠体重的增长[45]以及8周抗阻运动能够激活FGF21信号通路，有效减轻体重，改善血脂。[37]此外，研究表明，为期10周的阻力训练对青少年的基本运动技能有积极影响，而且还有益于体重状态和身体自我感知。[46]还有研究表明，12周全身阻力训练，在不同负荷强度下均能有效改善炎症状况、体脂、肌肉力量和6分钟步行测试，但不同负荷强度并不能决定阻力训练对几种肥胖相关的促炎和趋化化合物、体脂肪等的影响[47]。但也有研究表明，阻力可能会增加去脂量并增加脂肪量的减少，但不会促进减肥，[48]而且8周抗阻运动增强了肥胖大鼠脂肪组织的炎症反应。[49]综上所述，4-12周的抗阻训练能够有效的降低肥胖机体的体脂含量、减轻体重，并对炎症状态有所影响。但有氧运动与抗阻运动对肥胖机体的干预效果不同的研究者所持观点不同，杨星雅等表示在降低脂肪含量、减轻机体炎症反应上，8周有氧运动比抗阻运动更加有效[45]。而徐建方等则表示对于改善机体的慢性炎症状态，4周的抗阻运动与有氧运动相比表现出更好的效果。[3]还有研究表明8周的抗阻运动在降低机体体重、改善血脂水平上优于有氧运动[37]。有氧运动与抗阻运动对肥胖机体的干预效果表现不同，其原因可能是因为干预时间、周期、运动强度的不同所造成的。

2.1.3 高强度间歇运动对肥胖人群免疫功能的干预效应

在预防慢性病和公共健身领域，高强度间歇训练（HIIT）得到广泛的应用。研究表明，为期6周的HIIT能够显著改善超重儿童的体脂，增加有氧能力[50]。另外，8周的HIIT能够降低肿瘤坏死因子α和白细胞介素10的表达，有助于肥胖大鼠免疫稳态的维持。[51]还有研究表明，10周HIIT和耐力运动（END）在预防脂肪库中的代谢恶化、胶原蛋白沉积和炎症反应方面表现出有益的作用，并改善了高脂肪饮食（HFD）小鼠的全身胰岛素抵抗。[52]此外，12周HIIT积极改变肥胖少女的血脂和脂联素变量，进而改善胰岛素敏感性，与中等强度间歇训练相比HIIT取得更好的结果。[53]还有研究表明，与传统的低至中强度持续耐力训练相比，HIIT和短跑间歇训练（SIT）在降低总脂肪质量、改善心肺健康和胰岛素敏感性方面其运动效果更佳。[54]另外，一项荟萃分析研究发现，HIIT可显著降低肥胖青少年的体重、BMI、腰围和体脂百分比，能够有效的改善肥胖青少年的身体成分，产生有效的减脂作用。[4]此外，还有一项荟萃分析表明，HIIT可以改善患有代谢紊乱的超重和肥胖成人的肝脏脂肪，但对机体的体重变化却没有影响。[55]HIIT对机体减肥效果所表现出来的不同可能与运动时间和间歇有关。研究指出，不同的运动时间和间歇性时间的组合，会以不同的方式刺激身体，从而导致身体产生不同的减脂效果。[4]综上，HIIT对肥胖机体具有良好的代谢改善作用，且其运动效果较中等强度间歇训练更佳，但HIIT受运动时间、间歇时间差异影响，其对机体的影响效果各不相同。

2.1.4 联合运动干预对肥胖人群免疫功能的干预效应

单独的运动训练（如有氧运动、抗阻运动等）对肥胖机体能够起到较好的改善体重、缓解炎症的效果，联合运动干预作为较为复杂的运动干预形式对肥胖机体的影响也得到研究者的广泛关注。研究表明，12周的联合运动（有氧加抗阻）增加了超重和肥胖的性早熟女孩的脂联素，降低了抵抗素和青春期率[56]。16周的定期和非定期联合运动训练可以降低肥胖成人的胰岛素抵抗标志物[57]。六个月有规律的体育锻炼（阻力与有氧联合阻力）能够显著改善身体成分，减少BMI和脂肪组织，产生积极的代谢和心血管效应[58]。此外，为期1年的跨学科干预研究表明有氧训练加阻力训练组在身体成分、总胆固醇、腰围、葡萄糖和脂联素方面的变化显着高于有氧训练组，即在改善代谢特征和脂联素血症方面有氧训练加阻力训练表现出更好的效果[59]。综上，联合运动干预能够改善肥胖机体的身体成分，引起脂联素、BMI、脂肪组织的变化，提高胰岛素敏感性。因此，在治疗肥胖机体及其引起的慢性疾病时可选择联合运动的形式进行干预。

2.1.5 其他运动对肥胖人群免疫功能的干预效应

随着运动形式和项目的多样化，不同运动训练方式被广泛应用到肥胖干预上。除以上列出的运动干预形式外，全身振动（WBV）训练这一新型治疗性运动方式对改善肥胖及肥胖引起的各种代谢和心血管疾病具有实用、有益、有效的作用。[5]研究表明WBV训练能有效减少身体脂肪堆积和血清瘦素，[60]且与有氧运动相比，WBV训练的体重和内脏脂肪量的减少更大。[61]然而，WBV训练在肥胖患者管理中的治疗用途仍未标准化，其潜在的不良反应是不确定的。[60]此外，还有一项关于刀郎舞（一种以身体的滑冲和微颤为主要动作特征的传统体育舞蹈）的研究表明，刀郎舞对肥胖女大学生的身体形态、心肺功能、机体免疫力和脂肪细胞分泌机能起到积极作用。[62]

2.2 低氧环境下运动干预对肥胖人群免疫功能的干预效应

低氧训练是在氧含量低于正常水平的环境下进行训练。随着研究的不断进展，研究者对低氧训练的研究不再局限于提升运动成绩，而开始转向对机体部分指标的研究。研究表明，为期4周的低氧运动能够对肥胖机体起到良好的改善作用，低氧运动能有效降低体脂、降低血清瘦素、改善胰岛素抵抗和瘦素抵抗；[63]而且能够降低肥胖发病率、减轻体重、减少脂肪量，对高脂肪饮食诱导的脂肪肝具有保护作用；[64]模拟低氧运动能够减轻体重、体脂含量等，且模拟低氧环境下的有氧运动的减重效果要优于高原环境下的有氧运动。[65]此外，有研究表明，为期5周的低氧运动能增加肥胖大鼠肠道菌群的丰富度和多样性，起到减脂降重，改善肥胖机体炎症状态的作用，且低氧运动的影响效果较常氧运动更佳。[66,67]还有研究表明，12周低氧训练在改善身体成分、体能、肺功能方面优于常氧训练，更有利于促进肥胖老年人群健康。[68]且在常压循环缺氧条件下进行为期12周的缺氧训练（缺氧间歇训练、缺氧重复冲刺训练），能够使得超重/肥胖女性躯干脂肪量百分比显着下降、减少腹部脂肪，而常氧条件下的相同方案效果不明显，甚至没有产生影响效果[69]。还有综述研究表明，缺氧疗法是一种新的诱导减脂、促进代谢和心血管健康的治疗方式，可能是治疗肥胖症的重要且必要的策略。[70]而且缺氧疗法对改善肥胖及肥胖引起的各种代谢和心血管疾病具有实用、有益、有效的作用。[5]综上，4-12周的低氧环境训练能够对肥胖患者的体重、体脂、血清瘦素、胰岛素抵抗、瘦素抵抗、炎症状态、肺功能、内皮和血液流变学功能产生积极影响。且大部分研究认为低氧环境对肥胖患者的影响效果优于常氧环境，但也有研究认为与常氧条件下训练相比，缺氧训练对体重和体脂量的减少并没有表现出额外的好处。所以，后期研究需要进一步探析缺氧与常氧环境下的训练效果对肥胖患者的影响效果，并分析、比较其影响机制。

3 改善肥胖人群免疫炎症的运动处方建议

从环境来看，运动干预会对肥胖人群的免疫炎症起到积极改善作用，但低氧环境下的运动干预与常氧环境相比往往表现出更好的效果。从运动形式来看，有氧运动、抗阻运动、间歇运动和全身振动训练对肥胖人群免疫炎症均表现出实用效益。且联合运动干预在治疗肥胖机体及其引起的慢性疾病时表现出更好的效果。从运动强度来看，高强度间歇运动和中等强度间歇运动都能有效改善肥胖人群免疫炎症状态，且高强度间歇运动的干预效果要优于中等强度间歇运动。从运动时间来看，运动干预时间应集中在4-12周，且不低于4周。此外，不同的运动环境、运动形式、运动强度、运动周期均会对肥胖人群的免疫炎症产生不同的影响效果，且受个体体质、身体状况等因素的影响，在制定运动处方时应充分考虑肥胖人群的身体状况，尤其是特殊人群，避免造成不必要的损伤。

4 结论

肥胖与机体免疫功能之间存在着密切的联系，肥胖会导致机体免疫功能障碍，表现为运动能改善肥胖人群免疫功能，其中常氧环境下的有氧运动、抗阻运动、高强度间歇运动以及联合运动干预形式都会对机体的肥胖症状起到良好的调节作用，并能较好的维持机体的免疫稳态，有效提升肥胖患者的生活质量，减少由肥胖引发的疾病的发病率；另外，全身振动训练对肥胖机体有着积极的改善作用；低氧环境下的运动训练能够有效改善肥胖机体的多项指标，且其干预效果大多优于常氧环境。但与常氧环境下的运动训练相比，低氧环境下的运动训练和全身振动训练存在更大的运动风险。