有氧运动对不同肥胖亚型儿童心血管危险因素的干预效果

时间：2024-07-28

尚延侠侯希贺潘珊珊陈文鹤

1上海体育学院竞技运动学院（上海 200237）

2上海体育学院运动科学学院（上海 200438）

我国儿童肥胖的发生率正逐年上升，已经接近发达国家水平，儿童超重和肥胖人数已达世界之最[1]。目前已知，儿童时期的肥胖增加成年期患慢性疾病的风险[2]，可能会导致呼吸、心血管、内分泌等系统的损害。肥胖往往会伴有血脂代谢紊乱及胰岛素抵抗，同时作为炎症反应始动环节的脂肪组织分泌肿瘤坏死因子α、高敏C反应蛋白等炎症因子增加，使机体处于一种慢性低度炎症状态，内环境失衡，如果这种失衡的状态得不到有效控制，会进一步导致血管内皮功能的损伤，增加患高血压、糖尿病、动脉粥样硬化等疾病的风险[3]。研究也发现，并非所有的肥胖儿童都会伴有高血压、高血脂、高血糖及胰岛素抵抗，因此有人提出了代谢正常型肥胖（metabolically healthy obesity，MHO）和代谢异常型肥胖（metabolically unhealthy obesity，MUO）的概念。目前，国际上并没有统一的MHO的诊断标准[4]，学者们更倾向于认为MHO是一个非稳定的状态，是可以向MUO过渡的一个短暂阶段。

中国妇幼健康研究会、妇女儿童肥胖控制专业委员会及中国儿童代谢正常型肥胖定义与管理专家委员会基于前瞻性的研究成果，在参考了国外有关MHO定义的基础上，于2019年就MHO的定义和MUO的筛查标准达成了国内共识[5]。本文基于国内已经达成共识的MUO筛查标准，对全封闭运动减肥夏令营的75名肥胖儿童代谢情况进行统计，并分析MHO和MUO受试儿童心血管危险因素的差异。本课题组通过十多年的研究发现，为期4周的封闭式有氧运动可以通过降低肥胖儿童青少年的体重、体脂含量和身体围度改善其身体形态[6]，通过改善糖、脂代谢[7]、抗炎效应[8]及通过降低血管黏附功能[9]、脂肪肝程度[10]达到改善健康的目的。本研究在此前研究的基础上，分析有氧运动对不同肥胖亚型儿童心血管危险因素的影响，旨在为肥胖儿童减肥干预方案、减肥目标的制定及减肥效果评价提供一定的参考依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

根据2004年中国肥胖问题工作组制定的“中国学龄儿童青少年超重、肥胖筛查体重指数值分类标准”[11]进行筛选，选取上海巅峰健康科技股份有限公司减肥夏令营11～13岁肥胖儿童为研究对象，实验研究经过上海体育学院科学研究伦理委员会批准{编号：[2016]伦审字（016）号}，研究对象共有75名，其中男性受试者35人，女性受试者40人。肥胖受试者的纳入标准还包括：（1）入营前，受试者均经过一般医学检查及实验室递增运动负荷实验，排除心血管疾病的可能；（2）受试者不吸烟、且半年内未服用任何减肥药物；（3）排除肾脏、内分泌系统疾病；（4）平时未进行规律的体育运动；（5）受试者本人及监护人对本研究均知情并同意。

依据《中国儿童代谢健康型肥胖定义与筛查专家共识》的筛查标准，MHO的诊断除了通过身体质量指数（body mass index，BMI）判定肥胖之外，还要同时符合以下纳入标准[5]：（1）收缩压＜同年龄同性别儿童血压的第90百分位数（P90）和舒张压＜同年龄同性别儿童血压的P90；（2）甘油三酯＜1.70 mmol/L；（3）高密度脂蛋白＞1.03 mmol/L；（4）空腹血糖＜5.6 mmol/L。MUO组的纳入标准为除了肥胖之外，代谢方面至少出现以下的任一项：（1）收缩压＞同年龄同性别儿童血压的第90百分位数（P90）或舒张压＞同年龄同性别儿童血压的P90；（2）甘油三酯＞1.70 mmol/L；（3）高密度脂蛋白＜1.03 mmol/L；（4）空腹血糖＞5.6 mmol/L。本研究基于国内共识，将75名肥胖儿童分为两组：代谢正常型肥胖组（MHO组，43人）、代谢异常型肥胖组（MUO组，32人）。两组受试对象的一般情况见表1。

表1 受试者的一般情况

1.2 研究方法

1.2.1 实验干预方案

对肥胖受试者实行封闭式管理。运动方案为：（1）进行为期4周的中小强度有氧运动干预[6-10]；（2）以心率为指标监控运动强度，靶心率为安静心率加上心率储备的20%～40%（心率储备=220－年龄）[12]。以Polar表遥测心率，实时监测运动强度的大小，并适时调整运动强度；（3）每周坚持运动6天，每天上、下午各进行1.5小时的运动；（4）每次运动正式开始前进行15～20分钟的准备活动，防止运动损伤；运动结束后进行10～15分钟的整理活动，促进机体恢复；（5）运动项目以简单易行的球类游戏、水中漫步、有氧健身操为主，结合慢跑、功率自行车；（6）运动强度的控制人员、教练、运动医务监督人员由具有相关专业背景并由公司统一培训并结业的人员担任。

由专业营养师进行个性化膳食搭配，以静息代谢率为依据，按照体重给予相应的主食量，菜肴内容相同，三餐能量比为3︰4︰3。膳食中增加膳食纤维防止便秘的发生，增加维生素和矿物质的摄入，保证运动后内环境稳定性的维持。杜绝受试对象摄入零食，以保证干预效果。

1.2.2 测试指标及方法

1）形态学指标：身高（height，Ht）、体重（weight，Wt）、体脂百分比（FAT%）的测试采用TANITATBF-418B人体脂肪测量仪测试；腰围（waist circumference，WC）、臀围（hip circumference，HC）用皮卷尺测试。以上指标均由经过专门培训的测试人员负责。

2）血压和心率：心率和血压用日本产X64057.7血压脉搏测试仪测试。受试者在测试前先静坐5～10分钟，测试3次，取平均值，记录收缩压、舒张压和心率值。

3）血液指标：清晨空腹状态下，抽取受试者静脉血3 ml，分离上层血清待用。血甘油三酯（triglyceride，TG）、总胆固醇（total cholesterol，TC）、低密度脂蛋白胆固醇（low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）、高密度脂蛋白胆固醇（high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C）用全自动生化分析仪氧化酶法测定。空腹血糖（fasting plasma glucose，FPG）用葡萄糖氧化酶法测定，空腹胰岛素（fasting insulin，FINS）用放射免疫法测试。

4）衍生指标计算：腰臀比（waist-to-hip ratio，WHR）=腰围/臀围；腰围身高指数（waist-to-height ra-tio，WHtR）=腰围/身高；身高体重指数（BMI）=体重/身高2（kg/m2）；非高密度脂蛋白胆固醇（nonHDL-C）=TC－HDL-C；动脉粥样硬化指数（atherosclerotic index，AI）=（TC－HDL-C）/HDL-C；稳态模型胰岛素抵抗指数（homeostasis model assessment of insulin resistance，HOMA-IR）=FPG（mmol/L）×FINS（mIU/L）/22.5；胰岛素敏感指数（insulin sensitivity index，ISI）=1/（FPG×FINS）；胰岛素分泌指数（homeostasis model assess-ment-β，HOMA-β）=FINS×20/（FPG－3.5）。

上述指标在入营前测试一次，在运动干预结束休息一天之后再测试一次。

1.2.3 数据统计

采用SPSS21.0统计软件包进行数据统计，所有的数据均以±s来表示。方差齐性采用Levene检验。组间比较采用独立样本t检验，实验前后组内数据采用配对样本t检验进行分析。P<0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 干预前后MUO组的代谢异常情况

75名研究对象中，代谢正常型肥胖受试者有43人（57.3%），代谢异常肥胖受试者有32人（43.7%），两组受试者的年龄和性别均无显著差异（P>0.05）。代谢异常肥胖组（MUO组）的血糖、血压、血脂异常人数统计及干预后的人数变化见表2。

表2 MUO组的代谢异常情况人数统计及干预后的变化

2.2 有氧运动干预前后两种肥胖亚型受试者身体成分、围度指标的变化

由表3可知，干预前MUO组的肥胖受试者BMI、WC高于MHO组（P<0.01），WHtR高于MHO组（P<0.05）。

表3 有氧运动干预前后两组肥胖亚型儿童形态指标的比较

运动干预后，两组肥胖亚型受试者的Wt、BMI、FAT%、WC、WHtR、WHR均显著下降（MHO分别下降8.37%、8.82%、17.25%、14.72%、14.29%和5.56%，MUO组分别下降8.87%、9.29%、15.49%、14.68%、15.25%、6.45%）（P<0.01）；MUO组的WHtR仍高于MHO组（P<0.05），BMI、WC、Wt仍显著高于MHO组（P<0.01）。

2.3 有氧运动干预前后两种肥胖亚型受试者安静血压的变化

由表4可知，运动干预前两组肥胖亚型受试者的收缩压和舒张压差异显著，MUO组高于MHO组（P<0.01）。经过4周的有氧运动干预后，MHO组儿童的收缩压下降3.7%（P<0.05），而舒张压下降11%（P<0.01）；MUO组儿童的收缩压和舒张压分别下降7.5%和16.5%（P<0.01）；有氧运动干预后，MUO组的收缩压仍显著高于MHO组（P<0.05）。

表4 有氧运动干预前后两组肥胖受试者血压的比较

2.4 有氧运动干预前后两种肥胖亚型受试者糖、脂代谢指标的变化

由表5可知，运动干预前两组肥胖亚型儿童TG、AI、nonHDL-C均有非常显著差异，MUO组高于MHO组（P<0.01）；MUO组的TC、LDL-C、FINS、HOMA-IR高于MHO组（P<0.05）；HDL-C、ISI显著低于MHO组（P<0.05）。

表5 有氧运动干预前后两组受试者糖、脂代谢指标比较

经过4周的有氧运动干预后，MHO和MUO组儿童的TG、AI、nonHDL-C、TC、LDL-C、FINS、HOMA-IR均显著下降（MHO组分别下降39%、22.2%、29.7%、23.9%、24.1%、61.9%、62.4%，MUO组分别下降61.3%、29.3%、35.7%、29.2%、29.5%、64.9%、68.5%）（P<0.01），ISI均显著升高（P<0.01）；MHO组的FPG下降1.6%（P>0.05），MUO组的FPG下降9.4%（P<0.01）。干预后，两组受试者的糖、脂代谢指标的比较结果显示，MUO组的HDL-C仍显著低于MHO组（P<0.05），而AI仍显著高于MHO组（P<0.05）。

3 分析与讨论

3.1 有氧运动干预使部分受试者从MUO转化为MHO

并非所有肥胖的受试者都有异常的心血管代谢特征，也不是所有体脂正常的受试者（即没有超重或肥胖的受试者）都没有代谢危险因素[13]。基于代谢状况对肥胖受试者进行分层，有助于确定肥胖的治疗目标[14]。一项研究得出结论，与MUO受试者相比，MHO受试者的身体更活跃，久坐的时间更少[15]。在实践中，虽然有氧运动比低热量饮食在减轻体重方面的效果差一些，但它在减少内脏脂肪方面更有效，而内脏脂肪是与代谢功能障碍密切相关的[16]。定期运动即使没有使体重减轻，也可以降低心血管代谢的危险因素，如改善胰岛素敏感性和葡萄糖稳态、增强内皮功能、改善血脂和脂蛋白的代谢、降低血压、改善止血功能、增加抗炎标志物和减少促炎标志物[17]。因此，增加体育活动的时间、减少久坐时间，可以治疗MUO，助其过渡到MHO，并最终降低这些受试者的心血管代谢发病率和死亡率。也有研究发现，若不采取干预措施，MHO可以向MUO转化，男性更容易从MHO过渡到MUO[18]。长期接受肥胖症治疗的个体可能经历体重减轻和体重恢复的周期性变化，肥胖类型也会经历从MUO到MHO再到MUO的变化，有关儿童和青少年的研究中发现了这种代谢上的变化[19]。

本研究发现，75名研究对象中，代谢异常的发生率为43.7%。干预前，MUO组有4名受试者出现血糖异常，20名受试者出现TG异常，16人出现血压偏高，8人HDL-C异常。经过运动干预，MUO由32人减少到9人，有23人（65.7%）过渡到MHO，血糖和TG全部恢复到正常范围，血压异常人数下降了56.3%，HDL异常人数下降了50%。此结果说明，有氧运动可以防止MUO的持续进程，使MUO逆转为MHO，从而降低心血管疾病的风险。

3.2 有氧运动对两种肥胖亚型儿童身体成分及身体形态的影响

儿童肥胖目前采用BMI来评价，BMI与腰围相关，腰围反映脂肪在腹部脏器的堆积情况，是评价腹型肥胖的指标。腹型肥胖人群比一般肥胖人群更容易发生代谢紊乱，发生心血管疾病和死亡的风险更高[20]。有研究指出，WC、WHtR和BMI均可作为儿童青少年代谢紊乱的重要预测因子，WC、WHtR和BMI预测代谢紊乱的效果相当[21]。本研究发现，运动干预之前，MHO和MUO组儿童的WC均值分别达到87.37 cm和95.43 cm，WHtR的均值均超过0.5，且MUO组儿童有更高的BMI、WC、WHtR值，BMI、WC、WHtR值越高，越容易发生代谢异常，发生心血管疾病的风险越大。

有氧运动可以通过降低内脏脂肪使腰围下降[22]，而内脏脂肪的下降能显著降低慢性病的风险。本研究也发现，经过4周的有氧运动干预，两组肥胖亚型儿童的BMI、WC、WHtR、WHR值均出现显著性下降。研究结果表明，4周有氧运动可以显著改善两组肥胖亚型受试者的腰围和腰围身高比，这可能是因为运动促进了脂肪的分解，肌肉组织摄取更多的游离脂肪酸，脂肪组织由于释放脂肪酸增加而使得体积减小，使体脂百分比、腰围等形态学指标改善。4周的有氧运动对MUO组的身体形态和身体成分的干预效果较MHO组更加明显。但是，干预后MUO组的BMI、WC、WHtR仍然显著高于MHO组。

3.3 有氧运动对两种肥胖亚型儿童安静血压的影响

随着儿童超重和肥胖发生率的提高，儿童高血压的患病率也逐渐升高[23]，约有50%的儿童高血压伴有肥胖[24]。如果儿童期的高血压不加以控制，可能会发展为成人期高血压，进一步加重心血管的负担。肥胖儿童6年后高血压的发病率是正常体重儿童的4～5倍[25]。有氧运动可以有效降低收缩压和舒张压[26]。血压下降可使中风死亡率下降40%，心脏病的死亡率下降30%[27]。

儿童的血压受身高、年龄、性别等因素的影响。本研究对肥胖儿童进行MHO和MUO分组时，血压的判定标准参照了“中国儿童血压标准数据协作组”制定的“中国3~17岁儿童性别、年龄别和身高别血压参照标准”[28]。本研究发现，与MHO组相比，MUO组儿童有更高的收缩压和舒张压。经过4周的有氧运动干预后，MHO组儿童的收缩压显著下降（P<0.05），而舒张压下降更明显（P<0.01）；MUO组儿童的收缩压和舒张压均发生非常显著性下降（P<0.01）。有氧运动干预对MUO组的血压干预效果比MHO组更加显著。但是，干预后的MUO组收缩压仍然显著高于MHO组，说明尽管经过运动干预，MUO组发生高血压病的风险仍然高于MHO组，发生超重和肥胖后，干预要尽早进行，不能等肥胖程度严重并出现血压异常后再干预。

3.4 有氧运动对两种肥胖亚型儿童糖、脂代谢及胰岛素抵抗的影响

一般认为，肥胖者容易因为摄入高脂食物而导致高脂血症，从而出现TG、LDL-C水平升高，而HDL-C水平下降的现象[29]，部分肥胖者还会出现血糖调节能力的下降，伴有高胰岛素血症甚至胰岛素抵抗。但是，2004年国外学者Karelis等[30]指出，并非所有的肥胖者都会出现代谢异常，由此提出了MHO的定义，将MHO称为肥胖的一种亚型。本研究也发现，75名肥胖儿童中有43名儿童血糖、血压和血脂都在正常范围内，属于代谢正常型肥胖；32名肥胖受试者被诊断为代谢异常型肥胖，占总人数的42.7%。干预前的组间比较发现，MUO组的TG、AI、nonHDL-C、TC、LDL-C、FINS、HOMA-IR都显著高于MHO组，HDL-C、ISI显著低于MHO组。说明MHO组儿童发生糖脂质代谢紊乱的几率较低，这与Lee等[31]的研究结果一致。MUO组儿童已有高血脂和（或）高血压和（或）高血糖发生，这可能会导致胰岛素抵抗及炎症因子水平升高，进一步刺激血管内皮，引起内皮功能障碍，进而引起动脉粥样硬化等疾病的发生风险增加。

糖脂代谢异常、胰岛素抵抗与动脉粥样硬化、Ⅱ型糖尿病的关系非常密切，而有氧运动可以改善脂质代谢及胰岛素抵抗，降低动脉粥样硬化及Ⅱ型糖尿病的发生风险。有氧运动改善血脂代谢可能是由于有氧运动增加骨骼肌对脂肪酸的摄取，或者是脂肪分解酶的活性增加。研究发现[32]，运动在改善胰岛素抵抗的同时，增加脂蛋白脂肪酶活性，使TG的分解增加。而有规律的耐力训练，可增加血中HDL-C的含量，降低TC、TG及LDL-C的水平，从而降低心血管疾病的风险[33]。在预测心血管危险方面，TG水平较腰围或者BMI更好。因为TG可以穿过血管内皮，进入动脉管壁，引起血管内皮功能的损伤，当TG升高时，氧化的低密度脂蛋白及游离脂肪酸能够增加血管内皮表达更多的粘附分子，进一步介导淋巴细胞在受损部位的聚集，从而促进动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）的炎症过程。AI是一个延伸指标，等于（TC－HDL-C）与HDL的比值。目前，AI被公认为是预测AS的重要指标，相比TC、TG、LDL等单个指标，具有更大的临床意义[34]。nonHDL-C也是一个衍生指标，等于TC与HDL-C的差值，比LDLC预测心血管病的效力更强[35]。

经过4周的封闭式有氧运动干预后，本研究的两组受试者的脂质代谢和胰岛素抵抗均得到改善。MHO和MUO组儿童的TG、AI、nonHDL-C、TC、LDL-C、FINS、HOMA-IR均出现显著性下降（P<0.01），ISI均显著性升高（P<0.01）；MHO组的FPG无明显变化，MUO组的FPG显著性下降（P<0.01）；MUO组各指标的变化幅度大于MHO组。干预后，两组受试者的脂质代谢指标的比较发现，MUO组的HDL-C仍显著低于MHO组，而AI仍显著高于MHO组。表明有氧运动干预能显著改善MUO组的脂质代谢紊乱及胰岛素抵抗，降低了成人期发生AS及Ⅱ型糖尿病的风险。有氧运动可能通过减少体脂量，提高胰岛素的敏感性及葡萄糖转运体的基因转录水平，也可能通过激活骨骼肌细胞的自噬功能[36]，增强骨骼肌线粒体功能（增强线粒体合成、调节线粒体融合与裂变）、促进胰岛素依赖性和非胰岛素依赖性葡萄糖摄取、抑制胰岛素负向调控因子如过量活性氧簇、炎症因子、神经酰胺及二酰甘油等有害脂质的过量合成来改善胰岛素抵抗[37]。但是，干预后的结果也表明，尽管MUO组的糖、脂代谢得到改善，但MUO组有更高的AI及更低的HDL-C，尚有部分儿童仍然处于血压异常状态，仍存在心血管疾病潜在风险，发生AS风险高于MHO组，因此运动干预应该在无代谢异常时尽早进行。