4周有氧運動對肥胖兒童少年動脈粥樣硬化致病相關因子的影響

林 云，陳文鶴

4周有氧運動對肥胖兒童少年動脈粥樣硬化致病相關因子的影響

林 云，陳文鶴

目的：觀察4周有氧運動對肥胖兒童少年運動減肥后體脂率、胰島素、血脂、血管慢性炎癥因子等動脈粥樣硬化致病相關因子的影響。方法：以參加2011年上海巔峰運動減肥夏令營的30名肥胖兒童少年為研究對象，進行4周中小強度有氧運動為主結合適當飲食控制的減肥運動訓練。分別于運動減肥的前一天和最后一天測試受試對象身高、體重、體脂率等身體形態指標及血液指標。結果：運動后肥胖兒童少年體脂率顯著下降，空腹血清胰島素、血脂水平與運動前相比均有明顯改善，血清脂蛋白酯酶水平明顯升高，脂酰輔酶A膽固醇酰基轉移酶-2、腫瘤壞死因子-α、血管內皮細胞生長因子水平顯著降低。結論：4周有氧運動可以明顯降低肥胖兒童少年的肥胖程度、胰島素水平，明顯改善胰島素敏感性和血脂代謝，一定程度上抑制血管內皮功能障礙及炎性病變，對預防肥胖青少年成年后發生動脈粥樣硬化具有積極的作用。

肥胖兒童少年；有氧運動；脂代謝紊亂；胰島素抵抗；血管慢性炎癥；動脈粥樣硬化

肥胖癥是人體內脂肪堆積過多并伴有代謝紊亂的綜合癥。肥胖癥患者多存在內分泌代謝功能紊亂，伴有血脂異常、胰島素抵抗和血管慢性炎癥等，這些因素與血管粥樣硬化斑塊的形成密切相關，對身心健康構成嚴重威脅。運動減肥是治療肥胖癥的科學有效方法，有氧運動通過氧化脂肪供能，減少體脂含量，從而達到減肥效果。近十年來，兒童少年肥胖癥發病率迅猛上升，肥胖癥不僅影響其兒童少年期的健康狀況，更是成人期患動脈粥樣硬化等心血管疾病的重要危險因素。動脈粥樣硬化的低齡化趨勢需要受到重識，干預兒童少年肥胖是預防成人血管疾病的重要任務。本研究通過為期4周的有氧運動，觀察肥胖兒童少年運動減肥后體脂率、胰島素、血脂、血管慢性炎癥因子等動脈粥樣硬化致病相關因子的變化，為運動減肥改善肥胖兒童少年代謝紊亂、一定程度上抑制血管內皮功能障礙及炎性病變、預防其成年后發生動脈粥樣硬化提供參考。

作者單位：上海體育學院 運動科學學院，上海200438
Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China.

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

參加2011年上海巔峰運動減肥夏令營的30名肥胖兒童少年，入營前除了參加各自校內規定的體育課以外均無額外的體育鍛煉，年齡為13.20±1.42歲，BMI為31.55 ±2.95，均為中國漢族人。其中，男性15名，年齡12.60± 1.40歲，女性15名，年齡13.80±1.21歲。入營前均接受專業醫生體格檢查和病史問詢，確定無遺傳病史，無吸煙史，無心血管、肝臟、腎臟、肺等疾病史，未曾使用減肥藥物。本研究過程經上海體育學院倫理委員會批準，獲受試者本人及家長同意并簽署書面同意書。

1.2 研究方法

1.2.1 實驗方法

采用有氧運動為主結合適當飲食控制的方法進行減肥，持續4周時間。運動項目主要包括羽毛球、乒乓球、籃球等球類運動以及慢跑、快走、游泳、功率自行車等。運動中由專業技術人員監控心率，確保運動強度在中小強度的有氧運動范圍內。研究對象每天運動2次，每次2h，運動前、后各進行15～20min準備活動及整理活動。飲食控制以保證肥胖兒童少年每日總能量生理需要量為原則，根據受試對象的年齡、體重和基礎代謝率計算其每天熱能生理需要量，由專業營養師配餐。

1.2.2 指標測試

分別于運動減肥前一天和4周運動減肥的最后一天進行測試。采用日本COMBIWELLNESS公司Combi Fitness Station人體成分分析儀測定受試對象身高、體重、體脂率等身體形態指標；采集清晨空腹狀態肘靜脈血，室溫靜置30min后，以3 000r/min離心10min提取血清，將血清樣本送至上海艾迪康醫學檢驗中心檢測，采用放射免疫法測定胰島素，采用酶聯免疫法測定脂酰輔酶A膽固醇酰基轉移酶-2、脂蛋白酯酶、血管內皮細胞生長因子、腫瘤壞死因子-α。

1.2.3 數理統計

所有測得數據均用均數±標準差（X±SD）表示，采用SPSS 17.0軟件進行統計與分析。運動減肥前、后各項指標變化的比較采用配對樣本t檢驗。

2 研究結果

2.1 有氧運動后體脂率、胰島素及RBC、MCH、HCT的變化

4周有氧運動后，男、女性肥胖兒童少年體脂率（Fat%）下降均十分顯著（P＜0.01），其中男性體脂率下降7.71%±2.57%，女性體脂率下降5.11%±1.82%；血清胰島素（INS）水平大幅度下降（P＜0.01），男性胰島素下降61.04±38.12面 Pmol/L，女性胰島素下降60.07± 29.31Pmol/L（表1）。

4周有氧運動后，肥胖兒童少年紅細胞計數（RBC）、血紅蛋白（HGB）、紅細胞壓積（HCT）均有所下降，但各項指標在運動前、后均處于正常參考范圍內（表2）。

表1 本研究4周有氧運動后體脂率、胰島素變化一覽表Table 1 Effect of 4-Week Aerobic Exercise on Body Fat Percentage and Serum Insulin

表2 本研究4周有氧運動后RBC、MCH、HCT變化一覽表Table 2 Effect of 4-Week Aerobic Exercise on RBC，MCH and HCT

2.2 有氧運動后血脂、ACAT 2、LPL的變化

4周有氧運動后，肥胖兒童少年甘油三酯（TG）、總膽固醇（TC）、高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）均非常顯著性下降（P＜0.01），HDL-C/ LDL-C比值升高，且具有非常顯著的統計學意義。受試對象脂酰輔酶A膽固醇酰基轉移酶2（ACAT 2）水平顯著下降（P＜0.01），其中男性下降146.42±161.40Pg/mL、女性下降82.42±149.05Pg/mL；脂蛋白酯酶（LPL）顯著升高（P＜0.01），其中男性上升8.18±7.11ng/mL、女性上升5.43±6.84ng/mL。如表3所示。

2.3 有氧運動后 VEGF、TNF-α的變化

4周有氧運動后，男性肥胖兒童少年血管內皮生長因子（VEGF）非常顯著性下降（P＜0.01），下降了45.00± 57.39Pg/mL；女性 VEGF亦顯著下降（P＜0.05），下降了92.81±149.42Pg/mL；肥胖兒童少年腫瘤壞死因子-α（TNF-α）顯著下降（P＜0.01），其中男性下降0.31±0.26 ng/mL、女性下降0.15±0.18ng/mL（表4）。

表3 本研究4周有氧運動后血脂、ACAT2、LPL變化一覽表Table 3 Effect of 4-Week Aerobic Exercise on LiPid，ACAT2and LPL

表4 本研究4周有氧運動后VEGF、TNF-α變化一覽表Table 4 Effect of 4-Week Aerobic Exercise on VEGF and TNF-α

3 分析與討論

3.1 4周有氧運動對體脂率、胰島素的影響

目前，肥胖已經成為公共健康的一大威脅。肥胖的發生與熱量攝入過多、運動鍛煉不足密切相關，當能量攝入大大超過消耗，多余的能量則轉化為脂肪堆積于體內，導致體脂含量過高。長時間有氧運動能使脂肪分解增強，釋放出的游離脂肪酸為骨骼肌所攝取，體內脂肪含量降低，故體脂率是評價肥胖程度和運動減肥效果的理想指標［2］。本研究中，男、女性肥胖兒童少年體脂率在4周有氧運動后均顯著下降（P＜0.01），男性體脂率由47.61%± 6.17%下降至39.91%±6.76%，女性體脂率由43.89%± 5.11%下降至38.78%±4.19%，說明4周有氧運動能有效改善肥胖兒童少年的肥胖程度，取得較好的減肥效果。

胰島素抵抗是一系列潛在的心血管高危因素的協同因素，可引起血脂、炎癥和其他代謝障礙等成為動脈粥樣硬化的誘發因素之一［4，15］。本運動減肥研究團隊在2005至2010年間經過1 500多例肥胖兒童青少年運動減肥前后空腹血糖的測試 發 現［2，7，9］，4周有氧運動能使其空腹血糖水平下降，但該變化始終在正常血糖水平范圍內，反映受試者尚處于肥胖癥早期，機體可通過胰島素的代償性增高以維持血糖的正常和穩定。本研究中30名肥胖兒童青少年在運動減肥前胰島素水平明顯升高，肥胖兒童青少年已經存在胰島素抵抗的傾向，但未發生明顯的代謝紊亂。但毫無疑問的是，隨著肥胖程度的加劇和肥胖時間的延續，如果這種狀況得不到及時糾正，勢必產生胰島素抵抗，可能誘發動脈粥樣硬化。經過4周有氧運動，本研究受試對象胰島素水平大幅度下降（P＜0.01），男性胰島素由107.17±34.28Pmol/L下降至46.13±18.51Pmol/L，女性由102.22±29.98Pmol/L下降至42.15±18.18Pmol/L，推測長時間有氧運動能改善胰島素敏感性，運動減肥有助于減輕肥胖青少年胰島素抵抗的發生風險。

4周有氧運動后，肥胖青少年RBC、HGB、HCT略有下降，但各項指標在運動前、后均處于正常參考范圍內，反映了受試者不存在血液濃縮或稀釋狀態而影響各血液指標檢測結果的準確性。

3.2 4周有氧運動對血脂、脂酰輔酶A-膽固醇酰基轉移酶2、脂蛋白酯酶的影響

肥胖者普遍存在脂質代謝紊亂，而脂質代謝紊亂會引起血管內皮細胞上炎性細胞聚集，發生血管內皮舒縮、凝血、黏附功能障礙，使動脈粥樣硬化發生的危險性提高［8］。4周有氧運動后，研究對象TG、TC、LDL-C均非常顯著性下降（P＜0.01），反映運動減肥有效改善了肥胖兒童少年血脂代謝。HDL可以通過將膽固醇逆向運輸到肝臟處理的方式來降低機體膽固醇水平，抵抗動脈粥樣硬化［14，17］。本研究中，盡管運動后 HDL-C明顯降低，但 HDL-C/LDLC比值升高具有非常顯著的統計學意義，推測是由于運動減肥使膽固醇水平下降引起HDL降低，但HDL下降幅度明顯小于LDL-C，說明運動減肥能有效改善血脂。

脂酰輔酶 A-膽固醇酰基轉移酶2（Acyl-coenzyme A：cholesterol acyltransferase 2，ACAT 2）是一種位于細胞內質網上的膜蛋白，主要生理功能是催化游離膽固醇接受脂酰輔酶A的脂酰基形成膽固醇酯，對調節細胞內膽固醇代謝的平衡具有重要意義［12，19］。經過 ACAT 2的催化，膽固醇酯與甘油三酯、膽固醇、磷脂在微粒體甘油三酯轉運蛋白的運送下裝配成極低密度脂蛋白（VLDL），由肝臟分泌進入血液。VLDL以ApoB100為主要載脂蛋白，是VDL的前體，當過多的LDL進入動脈壁而超過其清除率時，可聚集在血管壁上形成斑塊，誘發血管粥樣硬化的形成［20］。有動物實驗研究發現，給存在動脈粥樣硬化的載脂蛋白E缺乏型小鼠敲除ACAT 2基因后，其動脈粥樣硬化的病變程度較未敲除ACAT 2組得到抑制和緩解，且含ApoB的脂蛋白核心是甘油三酯而非膽固醇酯，提示由ACAT 2介導的膽固醇酯是動脈粥樣硬化形成的重要環節［23］。不僅如此，泡沫細胞是動脈粥樣硬化的典型損害之一，單核/巨噬細胞參與動脈粥樣硬化的全過程，是在泡沫細胞形成過程中主要介導者。研究資料表明，在動脈粥樣硬化形成過程中單核/巨噬細胞內的ACAT2轉錄及表達增加，ACAT 2活性上升，具備了更強大的將膽固醇和脂肪酸合成為膽固醇酯的能力，從而導致大量膽固醇酯在細胞內的沉積，促進泡沫細胞形成，從而加速動脈粥樣硬化的發生發展［22］。在本研究中，經過4周有氧運動減肥，男性肥胖兒童少年ACAT 2下降非常顯著（P＜0.01），由708.24±229.85 Pg/mL降至561.82±156.48Pg/mL，女性 ACAT2下降顯著（P＜0.05），由610.61±195.23Pg/mL降至528.18 ±118.94Pg/mL。究其原因，可能是運動減肥使膽固醇水平大幅度下降而導致ACAT 2水平相應降低。有學者對高膽固醇喂食小鼠進行研究發現，抑制小鼠肝細胞和腸上皮細胞的ACAT 2酶活性，能使肝臟合成、分泌VLDL的能力顯著降低，緩解了肥胖型脂肪肝的病變程度，對血管粥樣斑塊的形成也起到了抑制作用［11］。因此我們認為，高水平ACAT2是發生動脈粥樣硬化的潛在危險因子，運動減肥能顯著調節肥胖兒童少年ACAT 2水平，可能成為防治動脈粥樣硬化順理成章的思路。

脂蛋白酯酶（Lipoprotein Lipase，LPL）是甘油三酯代謝的限速酶，主要催化乳糜微粒和VLDL等脂蛋白中的甘油三酯水解，產生游離脂肪酸（FFA）［6］。LPL含量或活性改變可影響甘油三酯代謝形成特有的血脂異常，當LPL活性降低可能引起高脂蛋白血癥，是動脈粥樣硬化的重要危險因子。高脂蛋白血癥通常伴有HDL水平降低、LDL、TG、TC水平升高，膽固醇含有較多的VLDL和乳糜微粒殘粒易被巨噬細胞攝取，進入動脈壁沉著于粥樣斑塊內使巨噬細胞成為泡沫細胞，誘導動脈粥樣硬化的發生［1］。有動物實驗研究發現，轉基因兔多部位過度表達LPL能使血液中VLDL、IDL、HDL下降，且該轉基因兔的高膽固醇血癥和動脈硬化被明顯抑制［10］，說明LPL活性的提高具有降低甘油三酯、抑制動脈粥樣硬化的作用。4周有氧運動使肥胖兒童少年LPL水平顯著升高（P＜0.01），男性由27.65 ±26.2ng/ mL上升至35.82±27.9ng/mL，女性由19.75±18.22ng/mL上升至25.18±18.71ng/mL。由此推測，運動減肥后LPL水平升高，能促進VLDL中TG的水解，磷脂轉移酶將游離的膽固醇及磷脂從VLDL表面轉移到HDL，促進HDL的生成，從而抑制動脈硬化病變發展。

3.3 4周有氧運動對血管內皮生長因子、腫瘤壞死因子-α的影響

動脈粥樣硬化是一種慢性炎性病變，炎性反應從粥樣硬化早期的內皮功能紊亂開始，一直貫穿到最后斑塊表面破裂并發血栓的所有階段。多種炎癥因子在病變的發生和進展過程中發揮了重要作用。肥胖是一種炎癥狀態，脂肪組織除了儲存能量外，還參與了體內能量穩態調節過程，具有十分活躍的內分泌功能，脂肪組織分泌的炎癥因子在粥樣斑塊形成的炎性進程中起著關鍵的作用。臨床研究較多的與炎癥反應有關的細胞因子，包括血管內皮生長因子、腫瘤壞死因子-α等。

血管內皮生長因子（Vascular Endothelial Growth Factor，VEGF）是一種可擴散的特異性促內皮細胞分裂劑，對內皮細胞的增殖、遷移和體內血管形成有促進作用。已有研究結果證實，肥胖患者VEGF分泌水平升高，尤其在內臟脂肪組織中的表達更多。VEGF是目前已知最強、最主要的誘導血管發生的生長因子，能誘導其他細胞因子的表達增強及表達VEGF受體的單核細胞的遷移。TNF、IL-1和IL-6等炎癥介質及ox-LDL能上調VEGF在巨噬細胞和內皮細胞中的表達，而VEGF趨化單核/巨噬細胞在斑塊部位進一步聚集，促進炎癥病變發展［13］。由VEGF誘導的血管生成和血管通透性與血管舒張因子一氧化氮呈正相關［16］。VEGF能誘導血管緊張素轉換酶mRNA的表達，促進血管緊張素Ⅱ的生成，協同誘導VEGF依賴性細胞生長和微血管內皮細胞形成管道，加速粥樣硬化斑塊的進展和程度［18］。經過4周有氧運動，男性肥胖兒童少年VEGF水平下降十分顯著（P＜0.01），由497.57±300.74Pg/mL下降至452.57±267.53Pg/mL，女性 VEGF下降顯著（P＜0.05），由408.11±157.63Pg/mL下降至315.30± 74.11Pg/mL。說明4周有氧運動能降低肥胖兒童少年VEGF水平。究其原因，可能是運動減肥增加脂肪分解供能，減小脂肪細胞體積而直接影響了脂肪細胞分泌VEGF的數量，說明運動減肥能改善肥胖青少年血管內皮功能，血管炎癥狀態得到改善。研究資料表明，有氧運動能降低血清可溶性細胞間黏附分子-1水平，改善血管內皮黏附功能，預防血管內皮功能的損傷［24］。盡管VEGF在血管炎癥和重構中扮演著重要角色，促進動脈內膜下巨噬細胞的聚集和內膜的增厚，對動脈粥樣硬化進程和斑塊穩定性起重要推動作用，但長時間有氧運動能有效降低VEGF水平，抑制血管內皮非特異性炎性反應，保護血管內皮功能，有助于預防或減輕血管炎癥反應及動脈粥樣硬化的發生。

腫瘤壞死因子-α（Tumor Necrosis Factor-α，TNF-α）主要來自脂肪組織，特別是內臟脂肪組織中的巨噬細胞和脂肪細胞。脂肪組織巨噬細胞的含量與脂肪細胞體積、體重指數呈正相關，肥胖患者脂肪組織TNF-α均過度表達，TNF-α可作為一個潛在性的臨床判斷單純性兒童肥胖生物學指標［5］。有資料顯示，TNF-α在炎癥反應中可以激活單核細胞對內皮細的黏附作用。TNF-α可以提高內皮細胞和平滑肌細胞核因子NF-κB活性，誘導細胞粘附分子E選擇素、細胞間粘附分子1和血管粘附分子1過度表達，使粒細胞、單核細胞與內皮細胞在趨化作用下加速黏附，造成血管內皮功能障礙，并產生其他炎癥介質和泡沫細胞，導致動脈內膜增厚、內皮功能紊亂［21］。4周有氧運動后，肥胖兒童少年TNF-α水平均顯著下降（P＜0.01），其中男性由1.16±0.20ng/mL下降至0.83±0.12ng/mL，女性由1.03±0.15ng/mL下降至0.85±0.15ng/mL。可能是由運動減肥抑制脂肪細胞分泌TNF-α引起，同時運動使IL-10等抗炎因子水平升高，也可能抑制TNF-α的分泌［3］。總之，運動減肥降低了TNF-α水平，可能抑制其誘導縮血管活性物質的表達和減少一氧化氮的合成，從而改善血管內皮功能，在一定程度上抑制動脈血管壁的慢性炎性進程，降低肥胖青少年動脈粥樣硬化易感性。

4 研究結論

4周有氧運動可以明顯降低肥胖兒童少年的肥胖程度、胰島素水平，明顯改善胰島素敏感性和血脂代謝，在一定程度上改善血管內皮功能、抑制血管慢性炎癥病變，對預防肥胖兒童少年成年后發生動脈粥樣硬化具有積極的作用。

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Effects of 4-Week Aerobic Exercise on Obese Children with Atherosclerosis Related Pathogenic Factors

LIN Yun，CHEN Wen-he

Objective：To observe the effect of weight reduction on the pathogenic factors of atherosclerosis in obese children through 4-week aerobic exercise.Methods：The subjects were 30 obese children，recruited from weight reduction camps during 2011in Shanghai and carried out 4-week small and medium intensity aerobic exercise combining with proper diet weight loss and exercise training.The height，weight，body fat Percentage，body shape index and blood index of subjects were measured before and after one day weight loss through exercise.Result：After 4 exercise，these obese children body fat Percentage and serum insulin of reduced significantly（P＜0.01）.The level of LPL and HDL-C/LDL-C increase while the level of TG，TC，HDL-C，LDL-C，ACAT2，VEGF and TNF-αreduces significantly（P＜0.01）.Conclusions：4-week weight reduction exercise with proper diet control effectively improves somatometric measurements，lipid metabolism and insulin resistance of obese children and adolescents，to a certain extent，as well as chronic inflammation of vascular，in order to Prevent atherosclerosis and metabolic syndrome after growing up.

obese children；aerobic exercise；lipid metabolic disorder；insulin resistance；chronic inflammation of vascular；atherosclerosis

G804.2

A

1002-9826（2012）04-0131-06

2011-12-25；

2012-06-10

上海市人類運動能力開發與保障重點實驗室（上海體育學院）資助項目（11DZ2261100）；上海體育學院研究生科研創新項目（YJSCX201118）。

林云（1988-），女，江西贛州人，在讀碩士研究生，主要研究方向為運動生理學、運動減肥，E-mail：linyun1224＠163.com；陳文鶴（1947-），男，上海人，教授，博士研究生導師，主要研究方向為運動生理學、運動減肥；Tel：（021）51253250，E-mail：wenhechen＠126.com。