运动与肥胖的关系

第一章运动与肥胖的关系第一节肥胖与体重控制1.肥胖在科学技术高度发展的今天，人类已将足迹留在了月球，先进的外科技术延长了人的寿命并增加了人们的生活质量，同时也发现了分子间相互作用的许多秘密。可不幸的是，人们却对一个“人们为什么变胖了，该怎样预防肥胖？”这样看似简单的问题无法做出准确的解释。大约有年龄介于18至79岁的5千万男性和6千万女性“过胖”并需要减少多余的体重。80年代美国成人中，男性多余的脂肪共计大约3.77亿公斤，而女性的大约为6.67亿公斤，或者说共有10.44亿公斤（22.97亿磅）。如果肥胖人士每天饮食少消耗600卡路里热量以将身体脂肪减少至“正常”值（男性需68天，女性需101天），减少的热量总和将达到5.7兆卡路里。将其转化为矿物燃料并当成种植、培育、收获、食用、加工、运输、批发、零售、获得、储存和烹饪所需要的能量，则每年节约的能量相当于波士顿、芝加哥、旧金山和华盛顿住宅区的供电需求，或者相当于每年可供900，000辆汽车消耗的1.3百万加仑汽油。直到最近，人们才相信过度饮食是肥胖的主要原因。然而，如果暴饮暴食和过分放纵是身体脂肪增加的唯一因素，那么持久减少脂肪的最简单的方法当然就是控制进食量了。当然，如果真的如此简单，肥胖这一重要的健康问题就会很快被消除了。很明显，还有其他的因素起作用，比如：遗传、环境和社会影响。然而，由于各种因素相互重叠，很难将肥胖的原因划分成不同种类。可是迄今为止，可以相当肯定的说，不论是节食、手术、药物、心理疗法还是运动，是单独还是综合的治疗方法，都没有在长期基础上特别成功的解决这一问题。尽管如此，乐观的是目前研究者仍继续研究着肥胖的各方面因素，同时检验并量化治疗形式，很快就会有能攻克这一重要健康难题的有效方法。本节涉及肥胖的不同方面包括：（1）测量和危险因素，（2）比较正常人和肥胖者体重增加和减少前后脂肪细胞大小和数量，（3）动物和人类脂肪细胞结构的发育，（4）通过节食和运动改变脂肪细胞结构。2.肥胖对健康的危害尽管肥胖的确切原因还没有统一认识，但是有相当多的信息表明肥胖与许多健康危害因素相关。到底是肥胖本身导致危害还是仅是特定医疗条件的附带产物还不清楚。以下是与肥胖相关的疾病：（1）由于心脏机械做功增加和左心室功能障碍导致的心功能损害，（2）高血压，（3）糖尿病，（4）肾病，（5）胆囊疾病，（6）肺呼吸性疾病，（）手术中麻醉药物应用的问题，（8）骨性关节炎、退行性关节病和痛风，（9）子宫内膜癌（10）异常血浆脂类和脂蛋白浓度。3.肥胖的判断标准人体脂肪含量通常以脂肪占身体重量的百分比（身体脂肪百分比）或个体脂肪细胞的大小和数量来估计。3.1身体脂肪百分比肥胖可定义为机体全部脂肪数量的过度增加。可是，我们应该如何界定正常和肥胖的分界线呢？我们推荐了一个成年男性和女性“正常”身体脂肪的波动范围（一个身体脂肪加或减一个单位变化的平均值）。对于年龄在17到50岁间的男性和女性，这一变化单位近似于身体脂肪的5%。用这种统计范围，“过度肥胖”就应与超出平均值5%的身体脂肪相关。比如，对于平均身体脂肪为15%的青年男性，肥胖的界限应为身体脂肪的20%。对于平均体脂肪为25%的老年男性，肥胖的界限应为身体脂肪的30%。对于年龄在17到27岁间的女性，肥胖的界限应为身体脂肪的30%；年龄在27到50岁间的女性肥胖的界限应为身体脂肪的37%。然而需要强调的是，身体脂肪百分比的平均值有随年龄增加的趋势，但不代表人们越老就越胖。我们相信所谓的“肥胖”的标准应为青年男性超过20%，青年女性超过30%。3.2脂肪细胞的大小与数量：肥大与增生肥胖的定义和分类的另一种方法是测量脂肪细胞的大小与数量。脂肪组织以两种方式增加：现存的脂肪细胞增大或被更多的脂肪充盈，此过程称为脂肪细胞肥大；或者脂肪细胞总数增加，此过程称为脂肪细胞增生。各种各样的技术已应用于关于人类和动物脂肪细胞构成的研究中。其中一种涉及用带针头的注射器抽取小片皮下组织直接植入一脂肪库，这些组织片段通常取样于臂部背面的三头肌、肩胛下区、臀部和下腹部。通过对这些组织进行化学处理使脂肪细胞分离出来并可记数。一旦确定了已知重量的脂肪组织的脂肪细胞数量，每个脂肪细胞的质量就通过分离于脂肪细胞总数的单个脂肪细胞的质量确定了。如果已知机体脂肪总数，那么脂肪细胞总数就能被准确的估计。比如：体重为88kg的个体，通过水下测重法测得身体脂肪含量为13%（其全部脂肪重量就等于11.4kg（0.13×88kg）。每个脂肪细胞的平均容量除11.4kg就可确定机体脂肪细胞的总数。比如：平均每个脂肪细胞含0.6微克脂肪，那么其脂肪细胞数就为190亿。脂肪细胞总数＝体脂肪重量/每个脂肪细胞脂肪含量在美国的一个实验室，应用针刺组织活检和显微照相技术对机体指定部位的脂肪细胞的平均大小进行提取和测量。取得脂肪样本后，准备通过适当的生化手段和随后以幻灯片形式投影在配备可测量细胞直径的光电笔的计算机的大屏幕上的照片进行测量。每一部位至少要测量200个细胞。细胞的平均直径确定后，每个细胞的脂肪含量就取决于恰当的数值转换，π×细胞直径。对于全部脂肪含量为17.02kg（196磅和19.1%体脂肪含量），每个细胞含0.73微克脂肪的中年实验对象，细胞总数估计为233亿（17.02kg÷0.73ug）。3.3脂肪细胞构成对比正常人和肥胖个体的脂肪细胞构成在若干肥胖与非肥胖人群的脂肪细胞构成的对比性研究最后表明：肥胖者的脂肪积累由现存脂肪细胞脂肪储存的数量增加（肥大），新脂肪细胞生成（增生），或者二者同时存在而产生。有研究者对比了25位受试者的体重、全部脂肪含量和细胞构成，其中20位被临床确定为肥胖。肥胖受试者的体重平均超过非肥胖者的两倍，其总脂肪含量几乎是对照组的三倍。就细胞结构来说，肥胖者的单个细胞脂肪含量超过平均值35%，而其脂肪细胞总数却几乎超过非肥胖者的三倍（750亿对270亿）。这些结果显著表明肥胖者与非肥胖者在脂肪组织细胞构成上的主要结构差异是细胞数量。脂肪细胞数量对肥胖的重要性可通过总脂肪含量与细胞大小和数量的关系进一步表明。大多数可行性研究表明脂肪细胞大小可能有某种生物学上限，一旦达到这一极限，细胞数量就变成了决定肥胖进一步扩展的主要因素。即使脂肪细胞增大两倍，与正常人比较，肥胖者的总脂肪含量仍没有显著差异。因此，肥胖的脂肪组织超量必须通过脂肪细胞的增生过程产生。非肥胖者的脂肪细胞大约为250到300亿个，而相比之下，“过度肥胖者”则可能高达2600亿个。4.肥胖对体重的影响4.1减重当肥胖的成人减小体积时，减少的是脂肪细胞的大小，而细胞数量不变。如果达到正常体重和体脂肪，那么个体脂肪细胞就会皱缩并且事实上是在细胞大小上比正常个体变小了。在美国的一项研究中，19位肥胖成人在第一阶段实验结束后体重由328磅减至227磅。脂肪细胞平均数量在减体重前大约为750亿并且甚至在减少101磅时仍然保持基本不变。另一方面，每个细胞大小由0.9ug减少到0.6ug，减少了33%。当受试者减少62磅而达到正常体重时，细胞数量仍保持不变，而细胞大小却继续缩减至正常的非肥胖受试者脂肪细胞大小的大约1/3。成人减少体重后，脂肪细胞结构的主要构成变化是细胞大小的皱缩而细胞数量不变。这些发现表明从前肥胖者并没有真正治愈他们的肥胖症，至少从脂肪细胞数量上来说没有。毫无疑问，以往肥胖的病人很难保持他们的新体形。4.2增重一系列有趣的研究用于增加脂肪。初始平均脂肪含量为15%的成人男性志愿者故意将其热量摄入增加到正常三倍的每天7000kcal，并持续40周。对于一有代表性的受试者，其体重增加了25%，体脂肪由体重的14.6%到28.2%增加了两倍。结果，过度饮食期间，体重增加了28磅，其中23磅是由于体脂肪的沉积。在对没有肥胖个人史或家族史的非肥胖受试者进行的相同实验中，自愿的过度饮食导致体重平均增加36磅。比较四个月的实验前后的细胞大小和数量，脂肪细胞的平均大小显著增加而数量不变。减少热量摄入后受试者又获得其正常体重，总体脂肪下降并且恢复其初始脂肪细胞大小。这些结果表明当成人因过度饮食变胖时，是他们的脂肪细胞充盈或增大了，而不是增加了新的个体。某种迹象表明，成人脂肪过度增加可能改变脂肪细胞结构。这是因为脂肪细胞大小有一上限，超出此限就不能再增大；当每个细胞脂肪含量达到1.0ug（正常为0.5-0.6ug）就到了此限度。在过度肥胖者（体脂肪60%；超出正常体重170%）中，几乎所有脂肪细胞都达到了肥大的极限，同时从前脂肪细胞池中募集更多的细胞以增加细胞数量。这样，在肥胖病人变的更胖的严重肥胖的成熟发作期，现存脂肪细胞的细胞数量异常增生就伴随细胞大小显著增加出现了。5.脂肪细胞的发育脂肪组织在生长过程中的发育的研究已经在动物和人体上展开。5.1动物研究最广泛的对脂肪细胞结构的研究是在大鼠上展开的，因为这些哺乳动物的寿命相对短暂，易于对其生命周期中的各种饮食和系统化训练进行研究。一项研究显示了大鼠的体重、脂肪重量和脂肪细胞大小与数量在其生命头5个月中普遍上升趋势的曲线，应当注意到在第6到16周期间，其脂肪细胞的大小和数量均是增加的。作为动物，体重和总体脂肪的增加只是由于脂肪细胞大小的增加。体脂肪的额外增加是因为活体细胞被脂肪充盈，而不是因为新生细胞的产生。和脂肪细胞发育的传统观点相反，有些研究表明在某种情况下成熟脂肪细胞的数量不是持久不变的。当给予成熟大鼠非常美味的食品，使其体重与脂肪都明显增加时，其细胞大小增加到最大水平；进一步的脂肪组织质量的增加通过甚至在体重减少时仍存在的脂细胞数量的增加而产生。研究者假定细胞大小一旦达到最大就不能再无限增大，而继续进行喂食，就可触发新脂肪细胞的增生。此时细胞数量的增加就会产生脂细胞调节的紊乱而导致肥胖。5.2人体研究在一项研究中，为年龄在几天到13岁的婴儿和儿童确立了脂肪细胞构成。新生儿和不到一岁儿童的脂肪细胞大小大约是成人的1／4，头6年中增加3倍，而之后到13岁脂肪细胞数量就很少进一步增加了。尽管不少研究已经确立了儿童和青少年的脂肪细胞构成，仍然缺乏关于此发育过程中脂肪细胞大小变化的数据。因此，我们有理由假设此时细胞大小增加是因为成人细胞大小增加明显大于13岁及以后的青少年。一岁以内的细胞数量增加速度相当快，比出生时约快3倍。现在公认大多数出生前就存在的脂肪细胞是在妊娠的最后三个月产生的。过了1岁，脂肪细胞逐渐增加到大约10岁。就象细胞大小一样，在青少年至成人期有明显的细胞增生，此后细胞数量一般就很少进一步增加了。脂肪组织质量已经明显增加的肥胖成人似乎是这一普遍规律的例外。报告显示中度肥胖者细胞大小显著大于正常，而数量只有轻度增加。细胞大小达到每个细胞甘油三酯含量约为1.0ug的最大值时，人的体重就几乎超过正常的两倍。一旦达到细胞大小的最大值，脂肪的进一步增加就靠脂肪细胞数量的增加来完成了。6.脂肪组织的细胞构成能改变吗？尽管人们对脂肪细胞发育的确切原因所知甚少，某些习惯能影响身体脂肪还是很明显的。比如，妊娠期间的母亲的营养习惯可能改变发育中胎儿的体成分。妊娠中的母亲超过40磅的体重增加与后代皮褶厚度显著增加的关系比控制在推荐体重内者更密切。奶瓶喂养和早期引入固体食物可能也与肥胖发生有关。相反的，母乳喂养能限制婴儿对食物的消耗，较晚引入固体食物可能预防过度喂养、不健康进食习惯的形成和继发性肥胖。动物实验显示脂肪细胞的大小和数量改变通过两种途径完成：（1）改变早期营养习惯，（2）运动。6.1饮食的影响在一个设计巧妙的研究中，将刚出生的大鼠分组，使有的母体的幼崽多至22个，另一些母体的幼崽少至4个。断奶后21天，所有组中的大鼠都无限制给予食物。然后于每一组分别在5、10、15、和20周大时处死6只大鼠。在断奶时和每个随后的5周后，多幼崽组（热量缺乏）大鼠的体重明显低于其他组，表明尽管断奶后所有大鼠都任意给予食物，早期营养缺乏还是会导致持久的发育迟缓。两组的所有大鼠的脂肪重量自断奶到20周大都增加了，少幼崽组饲养的大鼠出现了显著的差别，尤其是在15和20周时。这些