中老年肥胖男性身体活动水平与能量消耗特征

王 欢,江崇民,尚文元

中老年肥胖男性身体活动水平与能量消耗特征

王 欢1,2,江崇民2,尚文元2

以中老年男性肥胖人群为对象,同正常体重人群相比,研究肥胖人群自由生活下的身体活动水平、静息代谢、特定活动下的能耗代谢率、能源底物利用特征,为肥胖机制研究和干预措施制定提供参考。方法:14名50～60岁肥胖男性者(BM I>30)和15名体重正常者(BM I=23)使用加速度计RT3连续7天测量身体活动。之后使用Cortex MetaMax 3B进行静息代谢和特定身体活动能耗的测量(坐、站、步行3.2 km/h,4.8 km/h,6.4 km/h)。结果:1)肥胖者的每日总能耗、身体活动能耗、中等强度以上活动能耗、中等以上活动的累计时间都显著大于对照组(P<0.05)。调整了体重因素后,肥胖者单位体重每日能耗/kg略低于对照组,而单位体重身体活动能耗显著高于对照组。2)肥胖组静息能耗高于体重正常组,若是以单位体重计算,静息代谢率显著低于体重正常组(P<0.05)。3)在坐、站、走活动中,肥胖组消耗的能量显著高于对照组(P<0.05)。若以公斤体重计算能耗,肥胖组坐姿和站姿的相对能耗略低于对照组,步行的相对能耗两组无差别。4)相同运动下两组人群安静平卧、坐、站、3.2 km/h和4.8 km/h步行时的呼吸交换率没有差异。6.4 km/h步行时,肥胖组的呼吸交换率显著高于体重正常组(P<0.05)。5)用回归统计法分析影响肥胖的危险因素,静息代谢率可以作为预测肥胖的因子。结论:肥胖人群的身体活动量和每日消耗能量不低于体重正常组,造成肥胖的原因很可能与能量消耗有关,较低的静息代谢率是肥胖发生的重要因素。此外,运动中脂肪氧化能力下降也可能是肥胖危险因素。

中老年;男性;肥胖;身体活动;能量消耗;静息代谢率;底物利用

1 前言

无论在发展中国家还是发达国家,近年来,肥胖的发生率一直快速增长,肥胖已成为全球公共健康的主要问题。我国男性中年以后体重增加的速率快于女性,中老年男性肥胖比例达10%并呈快速增长趋势[1],男性肥胖带来的健康问题引起社会的高度关注。

许多研究发现,体重与身体活动水平呈负相关,体重越大的人,身体活动水平越低。但是,也有研究表明,在正常、超重、肥胖3组人群中,身体活动低水平和身体活动高水平的人数比例组间差异不明显,也就是说,身体活动水平与体重之间不存在明确的关联[9]。

引起肥胖的原因中,能量消耗扮演着重要角色。能量消耗对于肥胖的影响除了与身体活动水平有关外,还与基础代谢、机体对于脂肪的利用能力有关。有研究表明,肥胖者的静息代谢率可能低于正常体重者,在安静、餐后、运动中肌肉利用脂肪作为燃料的能力较低[3,14]。不过Nancy F等人的研究并没有发现肥胖儿童存在能量代谢方面的缺陷[10]。目前,关于肥胖人群能量代谢方面的研究结果存在很大争议,互相矛盾的研究结果与缺少对受试者特征,比如年龄、性别、身体成分,以及对测试因素的控制有关。此外,前人的研究缺少将受试者身体活动水平与能耗代谢率相结合的研究思路。

只有了解肥胖人群的身体活动和能量消耗特征,才能认识肥胖的生理病理机制,制定有效的肥胖干预措施。本研究的目的以中老年男性肥胖人群为对象,研究同正常体重人群相比,肥胖人群自由生活下的身体活动水平、静息代谢、特定活动下的能耗代谢率、能源底物利用特征,为中老年男性肥胖机制探讨和干预措施制定提供参考。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

北京某社区男性人群中征集测试志愿者,征集条件: 1.年龄40～60岁;2.肥胖受试者体重指数BM I≥28,体重正常受试者BM I为18.5～24;3.受试者不能患有心脏病、呼吸系统疾病、糖尿病、内分泌代谢疾病;没有肢体运动障碍。4.肥胖受试者是单纯性肥胖症患者,从未参加有组织的减肥项目,且近1年体重稳定;本研究最终筛选14名肥胖和15名体重正常人群作为本次研究对象。测试前,研究对象对测试目的和测试过程有充分了解,并签署知情同意书。

2.2 研究方法

实验方案:受试者首先来到实验室,进行身高、体重、身体成分测量。之后佩戴加速度计RT3,进行连续7天的身体活动测量。完成身体活动监测后再回到实验室进行静息代谢和特定身体活动能耗的测量,静息代谢的测量时间在第1天早晨,特定身体活动能耗的测量时间在第2天上午。

形态指标测量:身高、体重的测量使用仪器由北京鑫东华腾体育器械有限公司生产的“健民”牌电子身高体重计,仪器精度0.1cm和0.1kg。身体成分测量使用美国HOLOGIC骨密度体成分仪器。该仪器采用扇形束智能扫描技术,主要测试指标包括脂肪量、去脂体重、体脂率、骨含量等多项指标。

身体活动测量:身体活动测量使用三维加速度计RT3 (Stayhealthy,Inc,Monrovia,CA),该加速度计能客观测量身体活动水平,将X、Y、Z三个方向的加速度转化为计数,通过公式推算出能耗值。加速度计统一佩戴在受试者的左侧腰部,数据采集的时间间隔设定为1 min,受试者按要求连续7天佩戴该仪器,测试期间的活动模式同平常活动习惯一样,不能刻意增减活动量。另外,每天除了洗澡、游泳、睡觉外,都要佩戴仪器,每天佩戴时间在15 h以上。受试者除了佩戴加速度计监测身体活动外,同时还要记录“身体活动日志”,“日志”采用开放形式每15 min记录一次身体活动内容,比如看电视、读报、擦地板、做饭、骑车、步行买菜、跑步等等。“活动日志”记录了日常活动内容,加速度计提供了活动强度、持续时间,两者联合使用,更能全面评价人群的身体活动模式。7天测量结束后,将 RT3中的数据下载。中等以上活动的定义根据国外研究发表的RT3切点,即1 300 counts/min以上[12]。

静息代谢率测量:静息代谢率,是指机体24 h内持续稳定的安静状态下所需的能量。测量时要求受试者清晨、空腹来到实验室(坐车或者开车),静坐10 min后躺在床上测量静息代谢率。测量的仪器是便携式心肺功能仪Cortex MetaMax 3B,测量时间20 min。该设备使用原理为每次呼吸测量法,对活动过程中每分通气量、O2浓度、CO2浓度等参数实时进行数据采集。仪器对于机体进入静息状态的判断依据是,摄氧量连续5 min内上下波动不超过5%。测试的环境温度保持在22℃,相对湿度60%。

5 计量单位 一律采用法定计量单位。如长度用km(公里)、m(米)、cm(厘米)、mm(毫米)、μm(微米)，不再用公尺、丈、尺、寸；重量用t(吨)、kg(千克、公斤)、g(克)、mg(毫克)；面积用km2(千米2、公里2)、hm2(公顷)、m2(米2)、cm2(厘米2)、mm2(毫米2)，不再用丈2、尺2，亩一律换算成公顷；体积用m3(米3)、cm3(厘米3)、mm3(毫米3)；容量用L(升)、mL(毫升)；时间用d(天)、h(时)、min(分)、s(秒)。

特定身体活动能耗的测量:受试者首先静坐10 min,再站立10 min,然后在跑台上完成3.2 km/h,4.8 km/h, 6.4 km/h的活动,每个速度运动5 min。在上跑台前,每个受试者都有大约5 min熟悉跑台的过程。静坐、站立、跑台测试时,佩戴便携式心肺功能仪Cortex Meta Max 3B测量运动中的能耗水平。测试结束后采用Cortex Meta Max 3B气体代谢仪配备软件Meta Soft 3.9对收集数据进行处理,选取耗氧量(˙VO2)、相对耗氧量(˙VO2/kg)、CO2呼出量(˙VCO2)、呼吸交换率(˙VCO2/˙VO2)、能量消耗(EE)、相对能量消耗(EE/kg)等指标,读取受试者每个速度时稳定状态下的平均值。

2.3 数据处理

采用SPSS 10.0 for Window s统计软件包对测试结果进行统计分析,经正态分布及方差齐性检验后,采用均数和标准差(X±SD)描述变量,肥胖组和体重正常组两组均数的比较采用 Independent-Samplest检验。分析影响是否肥胖的因素时,采用Logistic Regression逐步回归的方法。P<0.05为具有显著统计学意义,P<0.01为具有非常显著的统计学意义。

3 研究结果

3.1 研究对象的人口学特征

肥胖组和体重正常组的年龄、身高接近,肥胖组的体重、BM I和体脂率显著大于正常体重组,有非常显著的统计学意义(P<0.01)。

表1 研究对象的人口学特征一览表

3.2 中老年肥胖和体重正常人群的身体活动水平

肥胖组的日总能耗大于体重正常组(P<0.05),但是,以公斤体重计算,两组每日单位体重消耗的能量接近,体重正常组略高于肥胖组。

每日总能耗包括基础代谢、食物生热效应和身体活动能耗三部分,其中,身体活动能耗的可变性较大,增强身体活动能耗是肥胖干预的重要手段。本研究发现,与身体活动相关的能耗,肥胖组显著高于体重正常组(P<0.05),若是以单位体重计算,肥胖组体重依旧高于正常组,但差异没有显著性。进一步比较身体活动能耗占总能耗的比例,肥胖组为30%,体重正常组为25%,提示肥胖组身体活动消耗的能量占总能耗的比例高于体重正常组。

每日身体活动的强度可以分为低、中、高三种。肥胖组中等以上身体活动相关的能耗显著高于体重正常组(P<0.05),以单位体重计算能耗,肥胖组显著依旧高于正常组(P<0.05),而且,肥胖组中等以上身体活动能耗(MAEE)占身体活动能耗(AEE)的比例高于体重正常组,每日中等以上活动的累计时间多于体重正常组。

表2 肥胖组和体重正常组的身体活动水平(RT3测试数据)一览表

3.3 中老年肥胖和体重正常人群的身体活动内容、频率

分析两组人群的身体活动日志,发现日常活动主要分为室外活动和室内活动两大类。室外活动主要是步行、骑车、购物和体育锻炼。室内活动主要是做家务(做饭、擦地板)、看电视、看书、玩电脑、洗漱等活动。

两类人群在体育锻炼项目上有很大的区别。体重正常组的锻炼项目种类多,健步走,登山,打羽毛球,打乒乓球,踢毽,跳舞和游泳等。而肥胖组体育锻炼项目比较单一,主要是步行 (包括遛狗)。肥胖人群锻炼项目的单一性主要与体重大,行动不便,运动能力差有关,相对于其他运动项目,步行运动形式简单、方便,易于被肥胖人群接受。

表3 肥胖组和体重正常组的静息能耗(Cortex测试数据)一览表

3.4 中老年肥胖和体重正常人群的静息代谢率

肥胖组安静时的能耗高于体重正常组,差异有显著意义(P<0.05)。若是以单位体重计算,肥胖组的静息代谢率显著低于体重正常组(P<0.05)。若以去脂体重计算,肥胖组单位去脂体重的耗能量高于体重正常组,但差异没有统计学意义。

3.5 中老年肥胖和体重正常人群的完成相同负荷运动能耗代谢率

在坐、站、走活动中,肥胖组消耗的能量显著高于体重正常组(P<0.05)。但若以公斤体重计算相对能耗,肥胖组坐姿和站姿的相对能耗低于体重正常组,但差异不具统计学意义。步行的相对能耗两组无差别。

表4 肥胖组和体重正常组完成相同活动的能耗(Cortex测试数据)一览表

3.6 中老年肥胖和体重正常人群完成相同运动负荷的底物利用

人体可以利用并供给能量的底物主要有糖、脂肪和蛋白质三类。在安静的条件下和非极限运动时,体内能量主要来自糖和脂肪的氧化,蛋白质的因素可以忽略不记。测量安静时和运动中糖和脂肪氧化时,CO2产生量和O2消耗量,计算其比值(呼吸交换率),反映机体底物利用的情况,糖的呼吸交换率为1,脂肪和蛋白质的呼吸交换率分别为0.7和0.8。所以,本研究正是通过测量呼吸交换率的变化(Cortex测试数据)来反映机体底物利用的情况,呼吸交换率的增加可以说明机体利用糖增加,而利用脂肪减少。

两组人群安静、坐、站时呼吸交换率稳定在0.8左右,步行运动后呼吸交换率开始增加,运动强度越大,呼吸交换率越高。相同运动下两组人群比较,安静平卧、坐、站、3.2 km/h和4.8 km/h步行时,组间没有差异。6.4 km/h步行时,肥胖组的呼吸交换率超过了1,并高于中老年体重正常组,差异达到显著水平(P<0.05)。说明大强度运动时,中老年肥胖组能量代谢的底物更多倾向于糖,利用脂肪作为能源底物的比例低。

3.7 肥胖与每日能耗、静息代谢率、底物利用的相关性

如前所述,肥胖组和体重正常组在一些能量消耗指标上有显著差别,接下来用回归统计法(Logistic Regression)进一步分析影响肥胖的危险因素。以是否肥胖为因变量,以每日单位体重能耗、静息代谢率、安静时呼吸交换率、3.2 km/h步行呼吸交换率、4.8 km/h步行呼吸交换率、6.4 km/h步行呼吸交换率6个变量为自变量,用逐步Logistic回归筛选变量,结果见表5,在6个变量中只有静息代谢率可能是肥胖的影响因素,静息代谢率越小,肥胖的可能性越大。

表5 肥胖影响因素的Logistic回归分析结果一览表

4 讨论

通过对中老年肥胖者日常身体活动和能量消耗水平的实际测量,本研究发现,肥胖者的每日消耗总能量、身体活动能耗、中等以上强度活动能耗高于体重正常组。因为体重是影响能量消耗最主要因素,在调整了体重和身体成分对于能耗的影响后,每日总能耗的组间差异消失,但是,肥胖组单位体重的身体活动能耗值,以及中等以上身体活动的持续时间依然高于体重正常组。这好像有悖于常理,一般认为,肥胖者的身体活动水平偏低[2,4,5],但是,本研究结果正好相反。分析其中的原因,首先是样本选取问题。自愿参加本研究测试的研究对象中,无论是肥胖者还是体重正常者经常参加锻炼的比例较高。肥胖受试者有2/3身体活动水平达到国际肥胖研究学会(IASO)提出“每天45～60 min中等强度身体活动”的推荐量。而体重正常组的受试者全部属于“经常锻炼人群”,其锻炼频率和内容上都好于肥胖组。在现实生活中,肥胖人群中参加运动减肥的人数其实并不少。国外 Hallal PC等人的一项大样本的横切面调查结果显示,高水平身体活动的比例在肥胖组是6.3%,在体重正常组是8.8%,组间差异没有显著性[9]。国外一学者试图参照体重正常人群身体活动水平为肥胖者制定控体重的活动指南,结果发现,肥胖者和体重正常者的活动水平没有明显差别,在两类人群之间无法找到一个活动水平“拐点”。我们在对肥胖者的访谈中发现,中老年肥胖者通过增加运动控制体重,减少慢性病的发生的愿望很迫切,很多中老年肥胖者有一定的运动意识和锻炼行为。以这些“爱动”肥胖人为研究对象,研究其身体活动和能耗特征具有重要的现实意义。

肥胖受试者身体活动水平高的另一个原因,可能是加速度计测量效度存在问题。尽管加速度计是测量评价身体活动水平简便、实用的工具,但是,存在一定的测量误差[15,11]。加速度计在测量不同身体活动项目时,仪器的准确性存在很大的差别,其中,测量步行能耗的准确性最高,而测量登山、踢毽、骑车、球类运动的准确性显著降低。由于体重正常组身体活动的方式多种多样,有些活动信号不易被加速度计捕获,可能低估了这些人的身体活动水平。而肥胖受试者主要的运动方式是步行,使用加速度计评估能耗水平,应该比较准确。

另外,在分析肥胖者身体活动水平时还应注意到,虽然肥胖组每日身体活动水平的平均值不低于体重正常组,但是,身体活动水平的个体差异大,能耗变化范围从385 kcal/d～1 150 kcal/d,身体活动有积极型的,也有不活跃型的,提示,在为肥胖人群制定运动处方前,一定进行身体活动评估,只有掌握了实际情况,才能有的放矢,制定针对性的运动减肥方案。不可以主观臆断认为肥胖者身体活动水平都低,简单给出一般性运动指导(比如每周3次以上,每次30 min以上的有氧运动计划),这样的指导对肥胖者减重没有任何帮助。

本研究一项重要发现是,同正常体重组相比,肥胖组静息代谢率、运动中呼吸交换率有差别。这有可能解释了为什么肥胖组尽管每日身体活动水平不低,但是,体重仍然处于较高水平,其中的原因,肥胖人群很可能存在能量代谢方面的问题。本研究发现,肥胖者静息代谢率比正常人低,即安静状态单位体重消耗的能量少,因为安静能耗占总能耗的比例达60%,安静能耗的低水平决定了总能耗的减少。这就是肥胖组单位体重总能耗略低于正常体重组的原因。本研究结果与EL IA和MARINOS的研究结果一致,到了中老年以后脂肪率增长,能量消耗在减少,能量消耗的减少与基础代谢下降和身体活动减少有关[6]。此外,本研究还发现,肥胖组不仅安静时的相对能耗低,在坐和站活动中的相对能耗低于正常组,尽管差异没有达到统计学意义。坐和站是生活中最基本的身体活动形式,肥胖人群在基本活动中的能量“节省化”,可能是造成能量消耗难以超过能量摄入的原因。

研究证明,肥胖者利用脂肪作为能源底物的能力受到了损害,是造成脂肪积累,体重增加的主要原因[3]。本研究发现,较高强度的步行运动中(6.4 km/h),肥胖者的呼吸交换率显著高于对照组,说明较大强度运动时肥胖组能量代谢的能源底物更多倾向于糖,利用脂肪作为能源底物的能力不及体重正常组。本研究结果与一些国外学者的研究一致。WADE的研究表明,体脂率与运动中的呼吸交换率呈正相关,体脂率越高的人运动中呼吸交换率越高[16]。Ranners C和 Ezell关于肥胖妇女的研究表明,从事60%～65%˙VO2max运动时,其肌肉的脂肪氧化能力相对于血浆中高浓度的游离脂肪酸是非常低下的[13,7]。当然,也有学者的研究不支持上述观点,Geerling BJ等人认为,肥胖者同对照组比较,运动中所使用的脂肪更多来源于肌肉而不是血浆中游离脂肪酸[8]。Nancy F关于肥胖儿童的研究表明,肥胖组对于碳水化合物与脂肪的利用与对照组没有差别[10]。目前,关于肥胖人群能源底物利用是依赖糖,还是脂肪的研究结果很有争议。不一致的研究结果与研究对象年龄、性别、身体活动水平、减重所处阶段、饮食的不同以及实验方法的不同有关。

总之,本研究发现,肥胖人群的身体活动量和每日消耗能量不低于体重正常组,肥胖人群的身体活动水平的个体差异较大,在制定运动处方前,一定进行准确评估。造成肥胖的原因很可能与能量代谢有关,较低的静息代谢率是肥胖发生的重要因素。此外,运动中脂肪氧化能力下降也可能是危险因素,今后有必要扩大样本,研究不同类型肥胖者在安静、运动、进食等不同代谢状况下进一步研究其能量消耗水平与肥胖的关系,为探讨肥胖的代谢机制以及制定适合的运动干预策略提供支持。

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The Physical Activity and Energy Expenditure of Obese Middle-aged and Old Men

WANG Huan1,2,JIANG Chong-min2,SHANGWen-yuan2

Objective:The objective of this study was to evaluate the physical activity level,resting metabolism rate,ubstrate utilization during specific physical activity in obese men and normal weigh controls,which would give reference for discussion of the aetiology and intervention of obesity.Methods:14 obese(BM I>30)and 15 normal weight(BM I=23)individuals aged 50～60 years old were monitored physical activity by using accelerometer RT3 in 7 consecutive days.After that,resting metabolism rate and energy expenditure rate during specific physical activity were taken by Cortex MetaMax 3B(sitting,standing,and walking with velocity of 3.2 km/h,4.8km/h,and 6.4km/h).Results:1)The daily total energy expenditure(TEE), PAEE,moderate activity energy expenditure(M PEE),and the cumulative time of the physical activity above moderate level were remarkably greater than the control group(P<0.05).After the adjustment of weight,the daily TEE/kg of the obese was somewhat less than the control group,but the PAEE/kg was remarkably higher than the control group.2)The resting energy expenditure of the obese was higher than the normal weight subjects,and if it was calculated by per weight,RMR was remarkably lower than the latter group(P<0.05).3)In the activities(sitting,standing,walking),the relative EE of the obese group during the sitting and standing was somewhat lower than the control group,while the EE of walking was the same between them.4)In the same activities,the respiratory exchange ratio(RER)of the two groups was the same.When it came to the 6.4km/h,the RER of the obese group was remarkably higher than the normal group(P<0.05).5)Regression statistics was used to analyze the risk facto rs of obesity.The RMR could be treated as a predictor of obesity.Conclusion: The daily TEE of the obese is not lower than the normal group.The cause of obesity may be associated with energy metabolism.

obesity;physicalactivity;energyexpenditure;RMR;substrateutilization

1000-677X(2011)11-0021-05

2011-06-13;

2011-10-25

国家体育总局体育科学研究所基本科研业务费资助项目(09-12)。

王欢(1972-),女,北京人,助理研究员,在读博士研究生,主要研究方向为体质测量与评价,大众健身理论与方法,Tel:(010)87182583,E-mail:huanwa1@sohu.com。

1.上海体育学院运动人体科学学院,上海200438;2.国家体育总局体育科学研究所,北京100061

1.Shanghai University of Spo rt,Shanghai 200438,China;2.China Institute of Sport Science,Beijing 100061, China.

G804.49

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