运动训练对脂质和脂蛋白的影响机制

魏维维

(余姚市卫生进修学校大内科,浙江 余姚 315400)

心血管疾病是全球面临的一个主要公共卫生问题,在中国约有3.3亿心血管疾病患者,需有效策略来管理心血管疾病并改善患者预后。脂质和脂蛋白浓度低于理想水平是我国成年人的常见问题,同时也是心血管疾病发病率和死亡率的重要危险因素。医疗技术的进步、医疗管理的改善和生活方式的改变无疑促进了心血管疾病的整体改善,在过去20年里,心血管疾病相关死亡率下降了23%,而运动训练,特别是与饮食调整相结合,已被证明可以改善心血管疾病的预后[1]。运动训练在表观遗传的调节、衰老、改善2型糖尿病患者血糖控制以及胰岛素敏感性和抵抗、预防心血管疾病以及多发性硬化症、肺疾病、帕金森病等方面具有重要意义。虽然运动训练对脂质代谢的影响以前已有文献和综述,但运动对血脂和脂蛋白的长期或短期影响尚未得到类似的关注。本研究回顾现有文献中有关运动训练对人类血脂和脂蛋白产生的影响,并结合血脂在心血管疾病中可能发挥的作用。

1 脂质和脂蛋白组成与分类

胆固醇可以从饮食中获得(外源性脂质),也可以从头合成(内源性脂质)。在哺乳动物中,肝脏是胆固醇合成的主要部位,血浆胆固醇和三酰甘油由脂蛋白运输。脂蛋白是一种大的球状颗粒,含有非极性脂质(胆固醇酯或三酰甘油)的油性内核,周围是磷脂、游离(即未酯化)胆固醇和载脂蛋白的极性外壳。脂蛋白最常根据其重力密度进行分类,目前已发现六类脂蛋白,其大小和密度不同,核心中三酰甘油和胆固醇酯的相对比例不同,表面载脂蛋白的性质不同,这些类别包括乳糜微粒、乳糜微粒残留、极低密度脂蛋白(VLDL)、中密度脂蛋白(IDL)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)[2]。每类脂蛋白都有一个或多个特定的合成和分解代谢组织,并与脂质转运中的特定作用有关。肝脏分泌的极低密度脂蛋白将三酰甘油转运至脂肪组织和肌肉。在毛细血管中,三酰甘油通过脂蛋白脂酶(LPL)的作用从VLDL中去除,因此,VLDL尺寸减小并作为含胆固醇酯的IDL返回循环,而IDL颗粒可以被肝脏吸收,或者它们可以进一步水解并转化为LDL。

2 脂质、脂蛋白与心血管疾病

动脉粥样硬化是一种动脉内膜或内膜疾病,首先出现脂肪条纹,随后形成动脉粥样硬化,伴有胆固醇和胆固醇酯的积累,形成瘢痕和钙化,动脉粥样硬化的重要表现包括心绞痛和心肌梗死。Ross在1986年对动脉粥样硬化的过程进行了概述,该过程是一个多因素级联事件,基于动脉内皮层初始损伤的假设,成熟斑块的形成涉及几个步骤,最终会阻碍血流并导致阻塞远端组织缺血,血栓形成通常是导致冠状动脉完全闭塞并最终可致心肌梗死[3]。尽管LDL似乎在动脉粥样硬化的进展中起重要作用,但HDL的作用可能同样重要。HDL可能通过清除外周组织和循环中的脂质并将其运送到肝脏进行代谢来发挥其影响,而低血浆HDL水平与未来缺血性事件的危险因素有关,如高胆固醇血症、高三酰甘油血症、男性、肥胖和糖尿病[4]。有人提出,HDL的减少可能通过损害胆固醇从动脉壁的清除而加速冠心病的发展。此外,血脂谱的改变有利于HDL的升高和LDL的降低,这似乎在冠心病的一级预防中是有效的。

3 运动训练

运动训练被定义为任何形式的身体活动,专门针对身体各项运动能力进行,包括力量训练、速度训练、有氧、无氧耐力训练、柔韧和协调训练等,可以提高心率和呼吸量,与药物相比,运动训练更容易进行,副作用也更少。对运动和血脂的多项荟萃分析得出结论,运动可以对症状和身体健康产生积极影响[5]。Ekelund等在2016年调查了运动和不运动对全因死亡率的影响,通过分析坐着和运动的持续时间,来分析运动与不运动对心血管疾病死亡率的影响,与运动组相比,长时间久坐的人死亡率高出12%～59%。因此,2015年欧洲心脏病学会建议,所有心血管疾病患者均应尽自己所能至少运动150 min/w,5 d/w;或75 min的剧烈运动,3 d/w。

3.1运动训练与高密度脂蛋白HDL-C:HDL的动脉粥样硬化保护特性包括逆向胆固醇运输,抑制血管炎性反应和减少氧化应激。众所周知,运动可以提高HDL-C水平,但它对其功能的影响尚不清楚。一些运动干预提供了改善HDL-C功能的证据,包括胆固醇外排能力(CEC)、抗氧化和抗炎特性。逆向胆固醇转运是HDL在外周接受胆固醇并将其转运到肝脏排泄的途径,其中巨噬细胞特异性胆固醇外排是逆向胆固醇转运过程的第一步,被认为是HDL抗动脉粥样硬化的关键机制之一。大量动物和人类研究表明,CEC与CVD的发病率之间存在强烈的负相关关系,与HDL-C水平无关[6]。相反,HDL其他假定动脉粥样硬化保护功能的潜在临床应用尚未建立,并且由于缺乏可重复和有效的分析而受到限制。氧化脂质对正常生理功能具有广泛的危害作用。氧化LDL脂有助于动脉粥样硬化的发生和进展。HDL颗粒具有多种抗氧化功能,可以防止氧化脂质的影响。HDL通过代谢脂质氢过氧化物并阻止其在LDL上的积累来抑制LDL的氧化和随后的动脉粥样硬化LDL。此外,HDL可以吸收脂质过氧化物,脂质氧化的副产物,并将其运输到肝脏排泄。最近的两项研究也证实了急性和慢性运动对HDL脂质过氧化转运功能的影响,24名耐力运动员在跑步机跑步到精疲力竭后,氧化HDL的浓度显著增加了24%,并在15 min的恢复期间保持升高,而氧化LDL的浓度下降了19%,导致氧化HDL与氧化LDL的比例在跑步机跑步后立即增加了55%,在15 min恢复后仍保持升高,结果表明急性运动可以提高脂质过氧化转移到HDL,并反向运输到肝脏进行清除[7]。

3.2运动与低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C):血浆中LDL是运输内源性胆固醇的主要载体,LDL通过结合其细胞膜上的LDL受体被降解和转化。LDL受体功能缺陷总是伴随血浆LDL-C清除能力降低,最终会造成动脉内膜粥样斑块形成。LDL-C浓度与冠心病的发病率有明显正相关,LDL-C也成为评价个体冠心病发生的危险因素的一个重要指标,因此有必要明确运动训练对LDL-C的影响。一些研究表明,单独的运动训练不会改变空腹血LDL-C水平,除非这一时期研究对象的体重也发生了变化。此外,研究统计表明,每公斤体重减轻导致LDL-C降低约0.8 mg/dl。尽管目前关于运动训练对LDL-C反应的结果并不一致,但研究仍然表明LDL-C亚组分可能具有重要的心脏保护功能[8]。根据颗粒大小和密度高低不同,可将LDL分为不同的亚组分,与心血管疾病直接相关的是形态更小、密度更大的LDL颗粒。研究人员发现在一些轻度至中度血脂异常患者中,运动训练几个月后,LDL-C无明显变化,但致动脉粥样硬化的LDL颗粒浓度下降,颗粒平均尺寸增大。因此,运动训练对LDL-C的影响可能还需要对LDL-C亚组分进行关注。

3.3运动与三酰甘油:三酰甘油浓度与冠状动脉疾病风险之间独立关联的数据是模棱两可的,其中一个重要混淆因素是富含三酰甘油的脂蛋白的异质性:较大的富含三酰甘油的颗粒被认为与冠状动脉疾病风险无关,而较小(和更密集)的颗粒被认为是导致动脉粥样硬化的主要原因。运动锻炼能够增强身体的代谢能力,加强身体对于脂质的代谢和利用,合理的运动锻炼,对于促进三酰甘油转化为LDL,加强三酰甘油的运转和消化,都是非常有益的做法。在健康的久坐男性中,阻力运动可降低乳糜微粒内的三酰甘油和胆固醇,在超重/肥胖的糖尿病前期男性中,内源性和膳食衍生的FA掺入乳糜微粒三酰甘油和富含三酰甘油的脂蛋白[9]。有氧运动和(或)阻力运动可降低总胆固醇和LDL,并增加HDL-C。其次,运动锻炼能够减少内脏脂肪,肝脏是胆固醇代谢运转的重要器官,而如果肝脏周围出现较多的脂肪堆积,会影响肝脏的脂质代谢功能以及糖代谢能力,出现胰岛素抵抗以及脂质代谢异常等方面的问题,运动锻炼可以有益于改善肝脏周围的脂肪堆积,改善和提高肝脏功能,从而加强三酰甘油的代谢能力。肌肉三酰甘油脂肪分解是由高强度运动刺激的,因此在高强度运动后,虽然脂肪分解立即减少,但会增加游离脂肪酸释放到血浆中,此外,一项研究显示,马拉松运动员在完成长时间的耐力训练后,血三酰甘油降低和甘油浓度成比例升高,此外还报道了血糖浓度显著升高、不饱和血FA延长和(或)减少,以及氨基酸产生和血液释放增加[10]。

3.4运动与血脂水平:目前已有研究证实总胆固醇与冠状动脉疾病的关系密切。一项针对40～55岁中年男性的研究显示,随着运动强度的增加,跑步运动降低血脂的效果趋于减弱,中低强度有氧运动(达最大耗氧量的30%～60%)降低血脂的效果好于高强度有氧运动(达最大耗氧量的61%～75%)。经过6个月的快走或慢跑运动,训练者血液中总胆固醇水平明显下降。研究显示,锻炼时有效运动时间达到30～60 min/次,锻炼1次/d,锻炼5 d/w,采用这个强度进行锻炼,锻炼的有效运动时间达到}即可起到有效改善血脂异常的作用,有效运动时间达到60 min时改善血脂异常的效果更好。另一项研究表明,运动显著改善了绝经后妇女的总胆固醇指标,并发现水上运动是改善总胆固醇水平的最佳运动,并且可以显著改善血脂异常人群的总胆固醇水平[11]。水上运动改善总胆固醇水平的机制可能与以下因素有关:运动时,人体对能量物质的消耗和代谢产物的排泄比安静时要高。由于水环境的特殊性,在水中运动的阻力比在陆地上运动要大,在水中进行同样速度的运动所消耗的能量大约是在陆地上运动的6倍。总胆固醇指数的显著改善也可能与LDL-C的降低有关,LDL-C在总胆固醇中所占比例较高,本研究表明运动可以显著改善绝经后妇女LDL-C,因此,LDL-C的降低可能是总胆固醇降低的另一个原因。

4 潜在机制

脂蛋白脂肪酶(LPL)是三酰甘油脂蛋白分解代谢的关键酶,因此,LPL被认为促进脂质从乳糜微粒和VLDL向HDL的转移。LPL是一种毛细血管结合酶,可水解循环乳糜微粒和VLDL中的三酰甘油,使游离脂肪酸(FFA)可被周围组织吸收。尽管LPL存在于大多数身体组织中,但LPL活性最高的组织是氧化(心脏和骨骼肌)和酯化(脂肪组织)大量FFA的组织。因此,LPL在调节血清三酰甘油、脂肪细胞脂质储存和肌肉燃料供应方面是重要的。陈文祥等[12]发现通过长时间的高强度运动能够急剧增加LPL的活性,此外,LPL活性的增加可能介导了三酰甘油的降低和HDL的增加,而且进一步观察到HDL升高是由于HDL颗粒的脂质富集增加,而不是主要HDL载脂蛋白的增加。因此,LPL似乎是导致运动引起的血脂和脂蛋白谱变化的机制之一。

胆固醇酯的合成主要发生在血浆中,通过C-2脂肪酸从卵磷脂转移到游离胆固醇,这个反应是由一种叫做卵磷脂胆固醇脂酰基转移酶(LCAT)的血浆酶催化的。由于LCAT被载脂蛋白A激活,大部分胆固醇酯是由HDL上的游离胆固醇形成的,因为该颗粒上有大量的载脂蛋白A。随着摄取胆固醇酯的增加,HDL的大小逐渐增加然后形成HDL3,再逐渐演变为HDL2。因此,LCAT活性的增强可能会增加HDL水平,特别是HDL2亚组分。

肝三酰甘油脂酶(HTGL)似乎参与了HDL和LDL通过门静脉循环时胆固醇的清除,有研究表明,运动后HTGL活性的降低会导致HDL水平升高,有学者报道过类似的结果。但在一项研究中,训练组和未训练组男性进行周期几何运动后,在校正血浆体积变化后,未观察到HTGL活性变化。因此,需要更多的数据来发现HTGL在短期运动诱导的血浆脂质和脂蛋白反应中可能发挥的作用。

综上,运动训练可能对改善血脂和脂蛋白水平有效,且运动对于心血管疾病患者至关重要,应提倡与传统药物治疗同时进行,或在某些情况下代替传统药物治疗。然而,大多数运动训练研究中存在的方法学问题限制了就运动训练对不同性别、不同种族人群血脂和脂蛋白水平的影响得出基于证据的有效结论,未来应该对此进行更深入的研究,以确认运动强度、运动持续时间和总能量消耗对血脂和脂蛋白水平变化的相对重要性的研究。