不同運動方式對肥胖青少年身體成分、炎癥因子和運動能力的影響

陳 瓊，曹 杰，趙立君，易 南

（1.吉林大學體育學院術科教研室，吉林 長春 130012；2.北京體育職業學院體育基礎教研室，北京 100070）

近年來青少年肥胖發生率呈現上升態勢，其原因與營養過剩和缺乏體力活動等不良生活方式有密切關聯。肥胖能夠導致運動能力下降并影響生活質量，且兒童青少年肥胖也是成年后心血管疾病、糖尿病和代謝綜合征發病的危險因素［1］。肥胖患者存在慢性炎癥反應，C－反應蛋白（C－reaction protein，CRP）、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor－α，TNF－α）和白細胞介素6 （interleukin－6，IL－6）等是炎癥反應的標志物。最近研究［2］顯示：炎癥因子IL－18在肥胖發病機制中起著更為關鍵的作用。運動康復療法是治療肥胖的重要非藥物手段，對肥胖的防治具有重要作用，但針對肥胖青少年的個性化運動處方 （運動類型、運動時間、運動強度和運動頻率等）尚未明確。先前往往只強調單一的有氧運動方式［3］，近年來研究［4］顯示：抗阻運動對于促進青少年生長發育和改善體適能具有有氧運動不可替代的作用，但不同運動方式的作用效果比較尚無報道。本研究以肥胖青少年為受試對象，觀察8周有氧運動 （aerobic exercise，AE）、抗阻運動 （strength training，ST）和有氧運動聯合抗阻運動 （AE＋ST）對身體成分、運動能力及炎癥因子表達的影響，比較不同方式運動的干預效果，為制定個性化的運動處方提供依據。

1 資料與方法

1.1 研究對象 選取吉林省長春市某中學60名男生。納入標準：年齡13～17歲，體質量指數（body mass index，BMI）≥25kg·m－2［5］的單純性肥胖者。排除標準：繼發性肥胖 （Cushing綜合征、原發性甲狀腺功能減退癥和下丘腦性肥胖等）、藥物引起的肥胖 （抗精神病藥和糖皮質激素等）、心血管疾病、代謝性疾病和骨關節疾病患者及長期吸煙、酗酒者。將受試者隨機分為AE組、ST組、AE＋ST組和對照組 （Control組），每組15名。對照組受試者保持日常生活習慣，AE組受試者進行8周AE，ST組受試者進行8周ST，AE＋ST組受試者進行8周AE＋ST。

1.2 主要儀器和試劑 身體成分測量儀 （Inbody 3.0），酶標儀（Model 680），功率自行車（Monark 839E），運動心肺測試系統 （CortexⅡ），遙測心率表（Polar S800）。血清IL－6、IL－18、TNF－α和CRP試劑盒購自南京建成生物有限公司。

1.3 實驗設計 所有受試者進行身體形態學測量（身高、體質量和身體成分）；抽取靜脈血測定血清炎癥因子 （IL－6、IL－18、TNF－α和 CRP）的表達水平；采用功率自行車測定運動能力。測試結束后第3天，AE組、ST組及AE＋ST組受試者參加8周運動處方干預，對照組受試者在家長監督下維持日常生活習慣不變。末次運動后48h再次測定上述指標。

1.4 形態學指標測定 BMI測定：常規測量身高、體質量，計算BMI，BMI＝體質量 （kg）／身高2（m2）。體成分測定：囑受試者測試前48h清淡飲食，禁止劇烈運動，次日晨 （6：30～7：30）空腹狀態下利用身體成分測量儀測量體成分，指標包括去脂體質量 （fat free mass，FFM）、脂肪質量 （fat mass，FM）和體脂百分比 （percent of body fat，BF%）。

1.5 血清中炎癥因子表達水平的測定 清晨空腹取靜脈血5mL，離心后提取血清。酶聯免疫吸附法 （ELISA）法測定血清中CRP、IL－18、IL－6和TNF－α表達水平。批內和批間變異系數均＜8%。

1.6 運動能力測定 利用功率自行車進行遞增負荷運動試驗，整個過程在心電監護和醫師陪同下進行。先進行5～10min準備活動，然后進行適應性蹬車3min（10W），隨后進行遞增負荷運動試驗：起始負荷為25W，每2min遞增25W，保持60r·min－1的轉速。利用運動心肺測試系統測定攝氧量 （VO2）、CO2呼出量 （VCO2）和呼吸商（RQ＝VCO2／VO2）等，用遙測心率表記錄心率。終止試驗的標準：①心率＞180min－1；②RQ＞1.05；③受試者力竭。此時的VO2值即為受試者的最大攝氧量 （maximal oxgen uptake，VO2max），同時記錄力竭時間 （exhaust time，ET）和最大功率 （maximal power，MP）。

1.7 運動處方 AE組、ST組和AE＋ST組受試者進行為期8周的運動處方干預，每周3次，每次訓練包含5～10min準備活動 （慢跑和拉伸）、40min正式訓練和10min整理運動。AE組受試者運動方式為有氧運動 （跑步），強度為60%VO2max對應的心率 （用遙測心率表監控）。ST組受試者進行抗阻運動，訓練內容依據美國運動醫學會（ACSM）針對兒童青少年的抗阻運動指南［6］，訓練內容由8節運動組成1個循環 （組），包括仰臥起坐、俯臥挺伸、提鈴聳肩、坐姿胸部推舉、啞鈴彎舉、坐姿劃船、坐姿腿屈伸和坐姿下拉。所有動作均在綜合力量練習器上完成，每組8～12個最大重復次數 （repetition maximum，RM），完成2～3組，每節運動之間間歇1～2min，組間間歇3～5min。AE＋ST組受試者先進行抗阻運動再進行有氧運動，時間各為20min。受試者在家長陪同下由體育教師、健身指導員和科研人員對訓練過程進行嚴格監控。

1.8 統計學分析 采用SPSS 15.0統計軟件進行統計學分析。各組受試者年齡、身高、體質量、BMI、FM、FFM、BF%、IL－6、IL－18、TNF－α、CRP、VO2max、ET和MP水平均以表示，試驗前后各指標比較采用配對t檢驗，組間比較采用單因素方差分析。以α＝0.05為檢驗水準。

2 結 果

2.1 各組受試者年齡、身高、體質量和BMI 試驗前，4組受試者年齡、身高、體質量和BMI比較差異均無統計學意義 （P＞0.05），組間具有可比性。試驗后，組內比較：AE組、AE＋ST組受試者體質量和BMI均低于實驗前 （P＜0.05或P＜0.01）；組間比較：AE組、AE＋ST組受試者體質量和BMI均低于對照組 （P＜0.05或P＜0.01）。見表1。

表1 試驗前后各組受試者年齡、身高、體質量和BMITab.1 Ages，heights，body weights，and BMI of subjects in various groups before and after test （n＝5，）

表1 試驗前后各組受試者年齡、身高、體質量和BMITab.1 Ages，heights，body weights，and BMI of subjects in various groups before and after test （n＝5，）

＊ P＜0.05，＊＊ P＜0.01 vs before test in same group；△P＜0.05，△△P＜0.01 vs after test in control group.

Group Age（year） Height（l／m） Body weight（m／kg） BMI（kg·m－2）Control Before test 14.4±3.2 1.67±0.04 75.4±8.2 27.0±3.3 After test 14.4±3.2 1.67±0.04 77.6±6.1 27.8±2.7 AE Before test 14.1±3.1 1.68±0.04 78.6±7.5 27.8±3.0 After test 14.1±3.1 1.68±0.04 72.2±6.7＊△ 25.5±3.1＊＊△△ST Before test 13.9±2.2 1.66±0.05 76.4±8.3 27.9±3.3 After test 13.9±2.2 1.66±0.05 77.4±6.2 28.3±2.7 AE＋ST Before test 14.2±3.8 1.67±0.05 79.2±5.9 28.4±2.8 After test 14.2±3.8 1.67±0.05 74.8±6.9＊＊△△ 26.7±2.6＊＊△△

2.2 各組受試者身體成分 試驗前，4組受試者身體成分比較差異無統計學意義 （P＞0.05）。試驗后，組內比較：AE組受試者FM和BF%低于試驗前 （P＜0.05）；ST組受試者FFM高于試驗前而BF%低于實驗前 （P＜0.05）；AE＋ST組受試者FM和BF%低于試驗前 （P＜0.01），FFM高于試驗前 （P＜0.05）。組間比較：AE組受試者FM和BF%低于對照組 （P＜0.05）；ST組受試者FFM高于對照組而BF%低于對照組 （P＜0.05）；AE＋ST組受試者FM和BF%低于對照組 （P＜0.01），FFM 高于對照組 （P＜0.05）。見表2。

表2 試驗前后各組受試者身體成分Tab.2 Body composition of subjects in various groups before and after test （n＝15，）

＊ P＜0.05，＊＊ P＜0.01 vs before test in same group；△P＜0.05，△△P＜0.01 vs after test in control group.

Group FM（m／kg） FFM（m／kg） BF%（η／%）Control Before test 19.1±4.9 56.3±10.3 25.7±7.3 After test 21.8±4.1 55.8±6.2 26.9±5.0 AE Before test 20.5±4.3 58.1±9.8 26.5±4.2 After test 17.2±2.4＊△ 55.0±7.6 23.1±4.3＊△ST Before test 20.2±3.9 56.2±8.5 26.7±5.7 Aftre test 18.2±3.8 59.2±6.5＊△ 23.7±5.6＊△AE＋ST Before test 22.7±3.0 56.5±5.9 28.8±3.9 After test 16.6±2.5＊＊△△ 58.3±4.6＊△ 22.4±3.7＊＊△△

2.3 各組受試者血清炎癥因子表達水平 試驗前，4組受試者炎癥因子表達水平比較差異無統計學意義 （P＞0.05）。試驗后組內比較：AE組、AE＋ST組受試者IL－18表達水平低于試驗前 （P＜0.01）；ST組受試者TNF－α表達水平高于試驗前（P＜0.01）；試驗后組間比較：AE組、AE＋ST組受試者IL－18表達水平低于對照組 （P＜0.01）；ST組受試者TNF－α表達水平高于對照組 （P＜0.01）；AE＋ST組受試者IL－18表達水平低于AE組 （P＜0.01）。見表3。

表3 試驗前后各組受試者血清炎癥因子表達水平Tab.3 Expression levels of inflammatory factors of subjects in various groups before and after test （）

表3 試驗前后各組受試者血清炎癥因子表達水平Tab.3 Expression levels of inflammatory factors of subjects in various groups before and after test （）

＊ P＜0.01 vs before test in same group；△P＜0.01 vs after test in control group；#P＜0.01 vs after test in AE group.

Group IL－6［ρB／（ng·L－1）］IL－18［ρB／（ng·L－1）］TNF－α［ρB／（ng·L－1）］CRP［ρB／（mg·L－1）］AE Before test 3.5±0.8 185.6±15.8 3.8±1.1 3.6±1.2 After test 3.6±0.9 145.3±17.6＊△ 3.9±1.2 3.8±1.4 ST Before test 3.8±1.0 178.5±20.5 3.7±1.0 4.0±1.5 After test 3.8±0.9 185.7±21.6 4.6±1.1＊△ 3.9±1.2 AE＋ST Before test 3.6±0.8 192.8±19.8 3.7±0.9 4.1±1.6 After test 3.7±0.7 121.6±16.2＊△# 4.0±1.3 3.8±1.1 Control Before test 3.6±0.8 171.8±24.6 3.8±0.8 4.0±1.7 After test 3.7±1.1 179.9±20.8 3.7±1.0 4.0±1.5

2.4 各組受試者運動能力 試驗前，4組受試者運動能力指標 （VO2max、ET和 MP）組間比較差異無統計學意義 （P＞0.05）。試驗后組內比較：AE組、AE＋ST組受試者VO2max、ET和MP水平高于試驗前 （P＜0.01）；試驗后組間比較：AE組、AE＋ST組受試者VO2max、ET和MP水平高于高于對照組 （P＜0.01）。見表4。

表4 試驗前后各組受試者運動能力Tab．4 Exercise capacity of subjects in various groups before and after test （）

表4 試驗前后各組受試者運動能力Tab．4 Exercise capacity of subjects in various groups before and after test （）

＊ P＜0．05，＊＊ P＜0．01 vs before test in same group；△P＜0．05，△△P＜0．01 vs after test in control group．

Group VO2max（mL·kg－1·min－1） ET（t／s） MP（P／W）Control Before test 31．1±4．3 559±101 141±15 After test 30．8±3．9 566±961 36±12 AE Before test 30．6±3．5 568±89 139±12 After test 34．8±3．8＊△ 651±92＊△ 158±18＊△ST Before test 31．5±4．5 585±98 135±17 After test 32．6±4．0 610±115 140±11 AE＋ST Before test 31．2±3．8 579±108 138±14 After test 35．5±3．6＊△ 672±115＊△ 163±12＊△

3 討 論

運動是減肥的手段之一，可對體質量和身體成分產生積極的影響。本研究結果顯示：試驗后AE組受試者體質量和BMI均下降，而ST組受試者則無明顯變化，提示有氧運動是減重的主要運動方式。進一步對身體成分分析發現：AE組受試者FM和BF%下降，而ST組受試者FFM升高、BF%下降，說明有氧運動和抗阻運動均可改善體成分，但機制不同，有氧運動通過降低FM而抗阻運動則通過增加瘦體質量達到降低BF%的效果。研究［7］顯示：ST可促進肌肉蛋白質合成，相對于脂肪瘦體質量具有更高的基礎代謝率，因此增加瘦體質量可增加機體總的能量消耗，其長遠效應是脂肪質量降低、保持理想體質量。此外，AE＋ST組受試者體質量、BMI、FM和BF%下降，FFM水平增加，提示聯合運動對身體成分的改善效果優于單一運動。新近的研究［8］指出：脂肪組織具有內分泌功能，可分泌多種脂肪因子和炎癥因子。脂肪堆積必然造成炎癥因子分泌水平增加，因此肥胖患者常伴有慢性炎癥反應，血中炎癥因子濃度升高。血清IL－6、TNF－α和CRP水平是炎癥反應的傳統標志物。研究［9－11］證實：長期運動可改善炎癥反應狀態，但不同方式運動對炎癥因子的影響存在差異，肥胖患者經過1年有氧運動后血清IL－6、TNF－α和CRP水平降低，而抗阻運動的效果尚無定論。本研究中，與試驗前比較，各組受試者血清IL－6和CRP水平在試驗后均無明顯變化，可能與運動干預時間過短 （8周）有關聯。ST組和AE＋ST組受試者血清TNF－α水平在試驗后稍有升高，可能是抗阻運動誘導的肌肉微損傷以及運動性疲勞造成的［12］。研究［12］證明：運動性肌肉損傷在抗阻運動后可持續24～72h，而本研究的觀測時間點是在末次運動后48h，此時血清TNF－α水平尚未恢復至安靜值。

最新的研究［13］顯示：IL－18在肥胖和代謝綜合征的發病機制中起著更為關鍵的作用，是肥胖和代謝綜合征患者的獨立危險因素。IL－18能夠激活并放大炎癥反應，過量表達IL－18的轉基因大鼠可出現胰島素抵抗、心臟和血管重塑甚至發生心力衰竭。研究［14］顯示：有氧運動可下調健康者、2型糖尿病和肥胖患者血清IL－18水平；但也有學者得出陰性結果［15］。本研究結果顯示：AE組和AE＋ST組受試者實驗后血清IL－18水平均明顯下降，AE＋ST組受試者血清IL－18水平低于AE組，而ST組受試者則無明顯變化，提示單純AE和AE聯合ST均能夠明顯改善肥胖患者慢性炎癥反應狀態，而且聯合運動的效果更佳，可能與身體成分的改變有關聯，具體機制尚待進一步研究。

本研究結果顯示：AE組和AE＋ST組受試者運動干預后進行遞增負荷運動實驗，VO2max、ET和MP均明顯升高，提示AE聯合ST和單純AE在改善炎癥反應狀態和身體成分的同時提高了患者的運動能力和生活質量。新近的研究［16］顯示：與其他心血管危險因素比較，運動能力與心血管疾病患者死亡率的相關性更高，因此是肥胖患者預后的強預測因子。

綜上所述，不同運動方式對肥胖青少年身體成分、炎癥因子和運動能力的作用效果不同，3種運動方式均可改善身體成分，但只有單一AE和AE聯合ST可明顯改善慢性炎癥反應狀態并提高運動能力，而且AE聯合ST的效果優于單純AE和單純ST。本研究結果提示：積極改善生活方式和長期堅持規律AE以及ST是肥胖青少年非藥物治療的重要手段，同時也是臨床治療的有益補充。

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