不同体型成年人在平躺、久坐、睡眠和运动状态下代谢当量与能耗的比较研究

2021-06-21朱晓梅

成都体育学院学报 2021年3期

艾磊，罗维，鹿琦，周越，刘凌，朱晓梅

2014 年，一项长达三十多年包括188 个国家的全球肥胖调查研究显示，全球肥胖或超重人群已增至21 亿人，约相当于全球总人口的30%[1]。虽然中国目前还没有针对全国范围内肥胖或超重人口的流行病学调查，但从近些年的研究报告可以看出，中国肥胖和超重人群的人口占比应高于全球的平均水平[2]，而超重和肥胖是诱发众多慢性疾病的重要独立危险因素[3]，预防和控制超重及肥胖已经成为我国公共卫生事业刻不容缓的艰巨任务。

2015 年，中国营养学会每十年实施一次的“全国营养调查”发现，较2002 年相比，城乡居民的膳食营养状况总体改善，每人每天平均摄入2 172 kCal 的能量仍低于2000 年《中国居民膳食营养素参考摄入量》推荐的标准水平[4]。即便在该膳食能量摄入水平下，中国目前与能量摄入过多相关的健康问题，如超重/肥胖、糖尿病等均呈明显上升的趋势，特别是在大中城市[5]，因此，迫切需要对我国不同分类人群的能量需求进行精准的科学评估。同时，根据能量守恒定律，超重和肥胖的问题可以归结为能量摄入量超过能量消耗量，即人体每日摄入能量超过消耗能量，多余的热量以脂肪的形式在体内储存下来，久而久之则出现超重或肥胖，并由此引发一系列的健康问题[6]。所以，除需要对不同分类人群的能量需求量进行精准的科学评估外，还需从日常能量消耗的角度着手，维持热量摄入与消耗之间的平衡。不良的生活方式，如静坐少动等，通常被认为是引起日常能耗过低、危害健康的重要因素[7-8]，所以，日常生活方式能耗的量化分类以及在此基础上制定的干预措施是解决由不良生活方式引发超重及肥胖问题的重要防治途径。

因此，本研究通过对不同体型成年人平躺、久坐、睡眠以及健步走等日常生活方式下代谢当量和能耗的差异进行对比分析，探讨体型与日常生活方式下代谢当量或能耗间的相互关系，为不同体型成年人合理的能量摄入以及不良生活方式的干预措施提供参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

首先，采用国际通用的自测健康评定量表(SRHMS)评估受调查人员的健康状况。共发放问卷500 份，回收433份，回收率86.6%，其中，有效问卷397 份，有效率91.7%。根据SRHMS 的评分结果，把自测健康评定量表总分处在“平均数() ±1 个标准差(s)”范围内的成年人的健康状况评定为“合格”，把大于“平均数+1 个标准差”的评定为“优秀”，把小于“平均数-1 个标准差”的评定为“不合格”[9]。

选取SRHMS 总分达到“合格”及以上的人群为初选对象，然后对初选对象进行筛查。筛查条件如下:18～60 岁的健康成年人，无急慢性疾病或限制身体活动的疾病，无不良嗜好或不良生活习惯，没有服用影响机体代谢的药物；作息规律、睡眠质量良好、体重稳定、无心慌心悸；月经规律，受试时不在月经期；饮食习惯正常，无节食减肥行为；非运动员，未参加过系统的专业运动训练。此外，将BMI 正常或超重但体脂率过高的隐性肥胖者(BMI <25 kg/m2且男性体脂率≥25%、女性≥35%[10])和BMI 超重或肥胖但体脂率正常甚至偏低的人群(BMI≥24 kg/m2且男性体脂率<18%、女性<25%[11])给予剔除。

经上述筛查招募179 名健康成年人，其中140 名受试者参与完整试验过程且经检验数据有效。如表1 所示，研究对象根据中国肥胖问题工作组划定的体重指数分类标准(body mass index，BMI)分为正常体型组(共60 人，18.5 kg/m2≤BMI≤23.9 kg/m2)、超重体型组(共55 人，24 kg/m2≤BMI<28 kg/m2) 以及肥胖体型组(共25 人，BMI ≥28 kg/m2)[12]，每组再依据性别又分为男女两个亚组，共6 个亚组。6 个亚组的年龄经单因素方差分析两两间均不存在显著性差异(P>0.05)，同时，仅以性别为分组依据时，男女两组间的年龄经独立样本T检验不存在显著性差异(P>0.05)；以体型为分组依据时，组内男女各亚组之间的BMI 经独立样本T检验均不存在显著性差异(P>0.05)。所有研究对象均签署知情同意书后参加试验。

表1 纳入研究对象的基本信息()Table 1 Basic information of subjects ()

1.2 研究方法

1.2.1 基本身体形态测量与计算

按照国民体质测试标准，采用电子身高计和电子体重计于清晨空腹时测量研究对象的身高和体重。根据测量结果计算BMI，体表面积S男性(m2)=0.0 057 × 身高(cm) +0.0 121 ×体重(kg) +0.088 2，S女性(m2)=0.007 3 × 身高(cm) +0.012 7 ×体重(kg)-0.210 6[13]。

1.2.2 日常生活方式的能耗测定

对于研究人体较长时间活动的能耗，能量代谢舱(Metabolic Chamber)作为人体能耗测定的“金标准”无疑是最好的选择[14-15]。本研究使用Magnos 4G 型氧气分析仪和Magnos 3G 二氧化碳分析仪测试人体在代谢舱内日常生活方式下(平躺、久坐、睡眠和运动)气体的变化，并利用Winroom 软件(美国MiniSun)分析计算后得到能耗的数值。本实验室的前期研究结果表明，该能量代谢舱推算能耗的准确度高达97%[16]。

1.2.2.1 测试流程安排

提前告知受试者整个实验流程，受试者进入能量代谢舱前佩戴IDEEA-Ⅲ穿戴式运动测量设备(可以24 h 记录受试者的活动状态及能耗)，并于7:00 p.m.进入能量代谢舱，具体测试流程如下:①7:00 p.m.～8:00 p.m.受试者在能量代谢舱内适应1 h；②8:00 p.m.～8:20 p.m.受试者平躺测定能耗；③8:40 p.m.～9:00 p.m.在跑台上以4.5 km/h 的速度步行20 min 测定运动能耗；④9:20 p.m.～10:20 p.m.受试者上网浏览网页测定久坐能耗；⑤10:30 p.m.熄灯睡觉，第2 天6:30 a.m.唤醒受试者后，让其继续平躺30 min，测定基础代谢；⑥第二天7:00 a.m.受试者出舱，整个测试流程结束；⑦日常生活方式下的净能耗为总能耗减去该段时间内基础代谢值的差值；代谢当量与各时段内身体活动总能耗的换算关系为1 METs=1 kCal/kg*h；基础代谢率与基础代谢的换算关系为1 KJ/(m2*h)=1 kCal/4.184(m2*h)。

1.2.2.2 质量控制

①代谢舱恒定条件控制:代谢舱体积约为8 m3，始终保持室内温度21～22 °C，湿度30%～40%，气压为1 个标准大气压，受试者与外界通过对讲机进行交流。②晚餐统一安排在5:00 p.m.于同一地点进行，晚餐餐食种类基本相似，减小食物热效应差异的影响[17]。③受试者活动控制:每次测试进行前受试者按下记录按钮方可开始。在进行基础代谢能量消耗测试时，若受试者提前醒来，嘱咐其卧床、闭眼休息，以保证所有受试对象都处于完全空腹、安静、清醒且舒适的状态。测试过程中受试者不能活动四肢、说话和摇头，以排除肌肉活动对基础代谢的影响。睡眠期间，IDEEA-Ⅲ可以甄别并记录受试者较大动作引起能耗明显增加的情况，在后期数据处理中予以剔除。④测试过程质控:实验期间，每测试5 例，实验室整体精确度定标1 次，时间持续12 h。

1.2.3 数理统计法

采用SPSS 22.0 统计软件进行统计分析，所有数据以平均数±标准差()表示。经正态分布检验和方差齐性检验后，所有亚组的年龄用单因素方差分析两两间是否存在差异，同时，仅以性别为分组依据时，男女两组间年龄的差异采用独立样本T 检验；体型相同时，不同性别间BMI 及基础代谢的差异对比采用独立样本T 检验；研究同性别不同体型成年人基础代谢以及日常生活方式下代谢当量和净能耗的差异时，均采用单因素方差分析进行组间的比较分析，LSD检验组内两两间是否存在差异。差异临界定均为P<0.05差异具有统计学显著性，P<0.01 表示差异具有非常显著性，P<0.001 表示差异具有极其显著性。

2 研究结果

2.1 不同体型成年人基础代谢值的差异

如表2 所示，体型相同时，男性的基础代谢平均值均高于女性，且其差异均达到统计学极其显著性水平。性别相同时，基础代谢平均值由高至低依次为肥胖、超重以及正常体型人群，男性基础代谢值随体型的变化未见明显的差异，而女性基础代谢值随体型的变化差异极其显著，女性正常体型分别与超重和肥胖体型人群的差异均达到统计学非常显著性水平。

表2 不同体型成年人的基础代谢值()(单位:kCal)Table 2 The basal metabolic values of adults with different Somatotypes ()

注:###表示同体型不同性别人群间的差异达到统计学极其显著性水平,P <0.001。**表示同性别正常与超重体型人群间的差异达到统计学非常显著性水平,P <0.01。&&&表示同性别正常与肥胖体型人群间的差异达到统计学极其显著性水平,P <0.001。

2.2 不同体型成年人日常生活方式下代谢当量和净能耗的差异

2.2.1 平躺与久坐时代谢当量和净能耗的差异

如表3 所示，同性别不同体型时，代谢当量平均值由高至低依次为正常、超重以及肥胖体型人群，且各组间的差异均达到统计学显著性水平，男性和女性平躺时代谢当量随体型的变化差异均极其显著；净能耗平均值由高至低依次为肥胖、超重以及正常体型人群，男性和女性净能耗随体型的变化均未见显著性差异，组内两两对比时仅男性正常与肥胖体型人群的差异达到统计学显著性水平。

表3 不同体型成年人平躺时的代谢当量与净能耗值()Table 3 The metabolic equivalent and energy consumption of adults with different somatotypes in lying down behavior ()

注:*表示同性别正常与超重体型人群代谢当量的差异达到统计学显著性水平,P <0.05;&表示同性别正常与肥胖体型人群代谢当量或净能耗的差异达到统计学显著性水平,P <0.05;#表示同性别超重与肥胖体型人群代谢当量的差异达到统计学显著性水平,P <0.05。下同。

如表4 所示，同性别不同体型时，代谢当量平均值由高至低依次为正常、超重以及肥胖体型人群，且各组间差异均达到统计学显著性水平，男性和女性久坐时代谢当量随体型的变化差异均极其显著；净能耗平均值由高至低依次为肥胖、超重以及正常体型人群，男性和女性净能耗随体型的变化均未见显著性差异，组内两两对比时差异均未达到显著性水平。

表4 不同体型成年人久坐时的代谢当量与净能耗值()Table 4 The metabolic equivalent and energy consumption of adults with different somatotypes in sedentarylifestyle ()

2.2.2 睡眠时代谢当量与净能耗的差异

如表5 所示，同性别不同体型时，代谢当量平均值由高至低依次为正常、超重以及肥胖体型人群，且各组间的差异均达到统计学显著性水平，男性和女性久坐时代谢当量随体型的变化差异极其显著；净能耗平均值由高至低依次为肥胖、超重以及正常体型人群，男性和女性净能耗随体型的变化均未见显著性差异，组内两两对比时差异均未达到显著性水平。

表5 不同体型成年人睡眠时的代谢当量与净能耗值()Table 5 The metabolic equivalent and energy consumption of adults with different somatotypes in sleeping behavior ()

2.2.3 运动时代谢当量与净能耗的差异

如表6 所示，同性别不同体型时，代谢当量平均值由高至低依次为正常、超重以及肥胖体型人群，男性和女性代谢当量随体型的变化均未见显著性差异，组内两两对比时差异均未达到显著性水平；净能耗平均值由高至低依次为肥胖、超重以及正常体型人群，男性和女性健步走时净能耗随体型的变化差异极其显著，且组间两两对比时差异均达到统计学显著性水平。

表6 不同体型成年人健步走时的代谢当量与净能耗值()Table 6 The metabolic equivalent and energy consumption of adults with different somatotypes in exercising behavior ()

3 讨论与分析

人体总能量消耗(total energy expenditure，TEE)是指在个体或群体水平上一段时间内平均每日的能量消耗量，成人的TEE 主要包括基础代谢、身体活动和食物热效应，其中，基础代谢的能耗占到总能量消耗的60～70%[18]。本研究中，18～60 岁成年男性的平均基础代谢值为2 058 kCal/d，女性为1 675 kCal/d，此值比国内同类研究中采用其它间接测热法测得的基础代谢值大(男性1 400～1 700 kCal/d 和女性1 300～1 500 kCal/d)，但与从正常—超重—肥胖体型人群基础代谢值逐渐增高的趋势一致[19-20]。同时，此结果与采用能量代谢舱间接测热法测得的结果相近，如Ravussin 等测得177 名(男性103 人)美国白种人的基础代谢平均值为1800 kCal/d(范围为1100～2930 kCal/d)[21-22]。关于不同研究间测得基础代谢的差异，各研究分别从不同的角度进行了探究，如人种间的基础代谢是否有差异一直存在较大争议，部分研究认为包括中国人在内的亚洲人种的基础代谢值一般低于白种人[23]；还有研究从季节的差异着手，研究假设冬季和夏季的基础代谢不同，但结果显示并无差异[24]。从与相关研究结果的对比看，本研究认为造成差异的主要原因可归结为测量手段与测试对象等的不同。

本研究中，男性基础代谢值随体型的变化未见明显差异，而女性基础代谢值随体型的变化差异极其显著。由于基础代谢在总能耗中占比超过六成，对于18～60 岁成年人而言，一旦发现体型超重就要积极的控制体重，尤其对女性至关重要，因为女性超重与正常体型人群的基础代谢差异明显，而超重与肥胖体型人群基础代谢值的差异较小，所以若女性继续由超重体型发展成肥胖体型，则控制体重的难度明显增加。

在过去几十年的研究中，关于基础代谢率的应用价值一直存在争议，部分研究认为清醒状态下测得的静息代谢率(Resting Metabolic Rate，RMR)比基础代谢率更有参考价值，因为人体在清醒时与RMR 定义的测试环境一致[25]。也有部分研究认为，应以睡眠时测得的睡眠代谢率(Sleeping Metabolic Rate，SMR)替代基础代谢率，因为睡眠时测得的能耗值明显减少了意识活动带来的额外能耗部分，测得的结果具有更高重复性和精确性[26]。本研究中，通过平躺时测得的能耗可以反映静息代谢值。国外研究测得成人静息代谢值为100～150 kCal/h[27]，本研究通过测试平躺时能耗推算的静息代谢值稍低于此区间最小值(男性100 kCal/h 左右，女性80 kCal/h 左右)。很多研究测得RMR 一般比BMR 高10～20%[25]，本研究中男性RMR 比BMR 高15%左右，女性RMR 比BMR 高14%左右，所以此结果与多数研究一致。此外，部分研究结果表明，睡眠时的能耗SMR 一般比BMR 低5～10%[25]，本研究中男性和女性人群的SMR 均比BMR 低3%左右。总之，本研究认为各概念都有其自身的应用价值，基础代谢率BMR 反映人体在清醒且极端安静的情况下所需的最低能量，静息代谢率RMR 更合理的估算了人体在日常生活中大多数清醒状态下的最低能耗，而睡眠代谢率SMR则反映人体处在睡眠状态下、意识活动明显减少时最低的能耗，关键在于研究者应根据自身的研究目的合理筛选使用相关指标。

不健康的生活方式，如静息态生活方式过多和缺乏运动是肥胖以及众多慢性疾病的独立危险因素[28-29]。由于静息态生活方式与运动在时间维度上存在一定冲突，因为静息态生活方式过多会挤压规律性运动增加的空间，所以究竟是减少静息态生活方式重要还是增加运动更重要一直存在争议[30-31]。本研究从体型的角度探讨了静息态生活方式(平躺与久坐)、睡眠以及运动等日常生活方式下能耗的变化，期望为超重及肥胖人群控制体重的干预策略提供研究参考。结果显示，所有状态下，从正常—超重—肥胖体型，男性和女性的净能耗平均值都呈逐渐增大的趋势，但仅在运动时，不同体型人群的差异才具有统计学意义，这一结果与张培珍等人的研究结果相符[32]。以上结果说明，在静息态平躺与久坐以及睡眠等状态下，超重及肥胖人群与正常体型人群的能耗差异较小，不利于超重及肥胖人群实现好的控制体重效果，应注意适当控制此类生活方式；而在运动状态下，超重和肥胖人群的能耗明显比正常体型人群大，所以超重和肥胖人群若要获得好的体重控制效果，应适度增加运动。

本研究还探讨了日常生活方式下代谢当量随体型变化的情况。首先，所有状态下，从正常—超重—肥胖体型，男性与女性的代谢当量平均值都呈逐渐减小的趋势，但只有在静息态平躺与久坐以及睡眠等状态下，不同体型人群的差异才具有统计学意义。其次，具体结果显示，平躺与久坐时代谢当量值相当，说明上网、游戏等静坐少动的身体活动与平躺的能耗差异较小，这提示我们要注意控制平躺与久坐等静息态生活方式的时间。健步走是现代成年人群广泛践行的一种健身方式，本研究对不同体型人群4.5 km/h 健步走时的能耗进行测定，因此速度接近成年人群健步走时常采用的速度。以4.5 km/h 速度健步走时，代谢当量值为4 METs 左右，相当于中等强度的有氧运动，研究表明以这种强度运动不少于10 min 即可获得良好效应，包括降低众多慢性病的发病率[33-34]。运动强度是影响脂肪供能的最主要因素，当以中等强度运动30 min 时，脂肪与糖的供能比例约上升至1:1，能达到较好的减脂效果，同时，此强度的运动也更易于坚持[35-36]。所以，以4.5 km/h 健步走至少30 min 不失为一种有效的中等强度的减脂健身方式。最后正常与超重体型人群睡眠时，其代谢当量的平均值均大于1，但男性和女性肥胖人群睡眠时的代谢当量平均值均小于1。这一结果说明健康肥胖人群的深度睡眠时间占比相对较大，即睡眠质量可能优于正常和超重体型人群，同时，考虑到睡眠时长在成年人群每日时长中占比达到或超过1/3，提示肥胖人群尤其要注意合理安排睡眠时间，适当控制睡眠时长。

睡眠时的净能耗值均为负值，这与大多数研究相吻合[37-38]。因为处于深度睡眠时，意识和身体活动大大减少，睡眠质量越好，深度睡眠的占比越高，导致睡眠时能耗进一步减少，甚至低于基础代谢。关于睡眠质量与肥胖间的关系还存在一定争议[39]，大部分研究认为超重和肥胖的发生与睡眠质量呈负相关，好的睡眠质量和充足的睡眠时间是预防超重及肥胖的重要手段[40-42]；另一些研究则认为，睡眠障碍与超重及肥胖并没有直接关系，而且适当的减少睡眠时长是控制超重及肥胖发生的有效手段[43]。对于本研究来说，一方面本研究的对象都是健康成人，而相关研究的超重及肥胖人群可能存在包括各种慢性病在内的健康问题，这些健康问题会引发睡眠质量或肥胖问题，所以究竟是睡眠质量引起肥胖，还是健康问题导致肥胖这一问题就很难归因；另一方面，因为睡眠质量差会引发一系列健康问题，所以本研究关于合理安排睡眠时间的建议是基于良好的睡眠质量和充足的睡眠时间之上。

综上所述，对于18～60 岁的成年人而言，一旦发现体重超重就要积极的控制体重，尤其对女性至关重要，因为女性超重与正常体型人群的基础代谢值差异明显，但若继续发展成肥胖体型，这种性别优势就不明显了。对日常生活方式而言，在静息态平躺和久坐以及睡眠状态下，超重及肥胖人群与正常体型人群的能耗差异较小，不利于超重及肥胖人群实现好的体重控制效果，应注意适当控制此类生活方式；而在运动状态下，超重和肥胖人群的能耗明显比正常体型人群大，所以超重和肥胖人群若要获得好的体重控制效果，应适度增加运动。此外，肥胖人群在保证睡眠质量和睡眠时间前提下应适当控制睡眠时长。