肥胖发生机制的生理学分析_文献综述_.pdf

1994 年第 17 卷 第 1期 北京体育大学学报 Jo urn alofBei jing U niversityofPhysie al Edu c atio n 1994V ol 17 N O l 肥胖发生机制的生理学分析 文献综述 王从容杨锡让 摘要 随着人们生 活水平的提高 肥 胖不仅已成为当代重要 的医学问题之一 而且也是 广大教 练员 运动员最为关注的问题 为此对肥胖的危害 影响因素及发生的机制进行综述 关键词肥胖机制 下丘脑 脂肪细胞 遗传 T hePhys i ol o g iealAn alys isoft he Et i ol o g y of ob e sit y W a ng Co ngr o ngYa ng Xira ng Ab stra ctObe sity a san imPo rta nt m ediealis sue ha sb e ene o n c er n edn oto nl yby r e se arehersbu e o a ehe s and Playe rs The a rticlemade areviewo nther isk r eleva ntf a etors a ndetiolog yofobe sity Keyw ord setiolog yofo besity hy l othalamu s ad iPo cte heredity 脂肪是人体正常的组织成份 对于保证人体正常的生理功能起着重要 的作用 但体内 脂肪过多积累可造成肥胖 肥胖是指相对于瘦体重而言身体的脂肪量过多 它给人类的生 活 工作带来诸多不便 而且影响到人类的健康 大量流行病学研究表明 肥胖与冠心 病 动脉粥样硬化 高血压 糖尿病及某些肿瘤 如乳腺癌 子宫内膜癌 等严重危害人 类健康的疾病发生有关 2 肥胖可引起人体的生理 生化 病理 神经体液调节的一系列变化 使人体的工作能 力降低 甚至显著缩短寿命 据调查 引起人类死亡 的常见病的死亡率肥胖人和正常人有 明显差别 肥胖高于正常 1 2倍 对于成年人 肥胖是损害健康的先兆 肥胖时由于过 量的脂肪在体内堆积 增加了身体负担 过多的脂肪需大量血液来供应 加重了身体心血 管系统负担 胸腹部大量脂肪堆积 横隔膜被迫抬高 胸部和横隔的运动受到限制 即妨 碍心脏舒张 加 之 心脏本身的脂肪沉积 心脏营养障碍等 使心肌收缩力减弱 心搏量减 少 血流速度减慢 以致于肥胖者常感到气促 疲乏和不能耐受较重体力活动 肥胖者在 同等情况下 氧消耗较正常人高3 4 一4 0 严重肥胖者对疾病的抵抗力下降 产生并 发症 直至影响寿命即 近年来 由于生活水平 的提高 肥胖的发生率越来越高 肥胖儿的比例也不断增高 这不仅给儿童造成某些心理压力 也影响到其某些生理机能的发展 如肥胖儿可出现早 熟 脂肪肝 运动能力下降等 这些均影响了儿童的正常发育 4 鉴于肥胖对人体健康 的种种危害 预防肥胖 控制身体成份在适宜水平 不仅利于保持健康 而且也是运动员 高等学校博士学科点专项科研基金 资助项 目 北京体育大学研究生部 北京 100 084G radu ateseho o l Bu PE Bei jingl伽以 84 北京体育大学学报第1 7卷 取得优异运动成绩的保证 1 肥胖的影响因素 肥胖的种类很多 我们这里指的是无明显内分泌代射性疾病的肥胖 也称为单纯性肥 胖 肥胖是相对于瘦体重而言 体内脂肪量过多 体脂的积聚是由于摄人热量高于人体所 需的能量 过多的能量在体内转化到脂肪细胞中 食物摄人的能量 二 人体消耗的能量 两者间保持平衡 才能保证人体维持正常体重 对于肥胖症的发病机理 许多学者从不同 角度进行了广泛的研究 提出了各种假说 但目前还没有一个学说能较完善地解释肥胖的 原因 因此普遍认为 肥胖是多因素作用引起的综合症 l 年龄 成人 中年人更易出 现肥胖 2 性别 女性脂肪含量高 幻能量摄人量 过度进食造成体重 和体脂增加 4 摄食成份 高脂膳食可导致肥胖 5 体力活动水平 运动水平低致超重 6 安静代 谢率 其值低与体重和获得体重的瘦体重有关 7 食物生热效果 某些肥胖者摄人能量 的生热效率低 8 脂氧化 高呼吸商与体脂和获得体重有关 9 脂肪 瘦组织 脂肪重 瘦体重值高与超重和获得有关 10 脂肪组织脂蛋白酷酶活性 二 肥胖者高 降体重后仍 保持高水平 11 社会和行为因素的差异 肥胖与社会经济地位 家庭条件 朋友范围 业余活动形式 看电视时间 抽烟习惯 酒精摄人等有关 12 确定的基因特征 主要影 响能量平衡尤其通过影响能耗的组份 过剩能量以脂肪或瘦组织形式贮存 脂和碳水化合 物氧化的相对比例 由此可见 肥胖是由多种因素决定的 其影响因素可概括为图 1 其中每个成份都包 括许多影响因素 摄入不仅指全部能量摄人 而且包括摄入的营养组成 饮食的可口性 不同氨基酸组成和影响摄人食物代射的其他分子 能量消耗包括基础代谢和安静代谢率 食物的生热作用 运动能耗 温度导致的生热 应激导致的生热等因素 生物学与行为学 的相互作用很复杂 是指营养或能量摄人与能量消耗的相互作用 其差异受先天遗传和后 天获得条件的影响 如肝或骨骼肌中代谢酶的遗传差异可影响脂代谢效果 或一定饮食条 件下物质利用会强烈影响能量平衡和体脂积蓄 2 肥胖的发病机理 对肥胖成因的认识包括以下几个方面 2 1 肥胖形成的中枢机制调定点假说 6 一 营养物质能量的吸收 贮备和利用构成一 个十分复杂的体内平衡系统 从而保持相对恒定的能量贮备和体重 这一假说认为 二 能量 贮备的情况 由中枢神经系统感知 以垂体信号的强弱校正 调节能量的摄人和消耗 并认 为能量平衡系统有4种重要组成成份 l 传人信号包括能量贮备的量和成份 2 调节能 量贮备和能量 消耗的传出过程 3 控制摄食 行为的传出机制 如神经肤等神经递质 4 前 3 个成份在中枢神经系统的统一 下丘脑 在调节体重 方面起重 要作用 是 调定 点的调节部位 毁损下丘脑 腹内侧 VMH 可刺 激体重调 定点 产生食欲亢进 造 成 肥胖 相反 毁 损下丘脑外 侧 LHA 引起摄食下降 前者称为 饱中枢 后者称为 饥 中枢严 调定点食欲变化的程 第 l期 王从容等 肥胖发生机制的生理学分析 文献综述 4 1 度与毁损的程度 损伤持续的时间 强度 成正比 下丘脑的另一些区域也参与控制食物 摄人和能量 消耗 另一些脑区 如 Po st em a 区和脑干背侧迷走复合区 总之 中枢神经 系统毁损所致的体重增加 常伴有副交感神经系统活动增加及交感神经活动下降 自主神 经系统活动的这些改变 导致能耗减少 胰腺胰岛素分泌增加 当伴有食欲亢进时 胰岛 素增加可引起体重快速增加 给予下丘脑或外周组织一些神经肤 神经递质和药物 可改 变食物摄人情况 胆囊收缩素 胰岛素 促肾上腺皮质激素释放素和 Bomb邸i n 可引起饱 感 而神经肤 Y 肤 Y Y 和G ol in i m 可增加食物摄人 在经典的神经递质 中 去甲肾上 腺素通过 受体作用G ABA 通过GA BA 一戊 受体作用 可增加食物摄人情况 而5一经 色胺导人下 丘脑后 优先降低碳水化合物的摄人情况 然而这些分子没有一个能在体重的 调节中起关键作用 由于缺乏简单的 快速的 反映体内能量平衡控制的生物学检测方 法 很难 确 定调节 能量平衡的分子 近期 有 报道 发 现人 血中存 在 饱感 物 质 3 4一D B 和饿感物质 2 4 5一T D 通过葡萄糖敏感神经元和葡萄糖受体神经元而发挥 作用 调节食欲中枢的兴奋性 保持体内能量平衡 其作用见图2 体重 摄食调节的化学因子 痰组织 脂肪组织 沉积 能量摄人 人类有机休 生物学和行为学 相互作用 能盘消耗 申申 G G G R R R R R 过食食食食高孩岛索索索 G S S S V V VMH H H H H H H H H 血症症症 LHA A A 饱饱中枢枢枢枢枢枢枢饥中枢枢 极极食中止止 图1 影响体脂变化的主要因素 图2 肥胖的中枢机制 G R 葡萄糖 受体神经元 G S 葡萄糖敏感神经 元 肥胖的中枢机制认为 肥胖产生是通过中枢神经系统活动导致高胰岛素血症产生及过 胰岛素的生理作用是促进脂肪合成 促葡萄糖进入细胞 促进糖原合成 图3 4 l 一 LHA 葡萄箱 二二 二二三 G 一 P 脂肪细胞 油三角 横隔膜下迷走N 付交感N 体液因子 撇 琳 V面 脂肪酸 匕 回 l 激索 敏感 脂酶 素 怪 己 耳卫 l 岛 胰 旧S L 冉 书 一 一 酸九一 J 习O r l A 虎 旧 T C 翻滋 一 I 乙 T o t脂蛋白脂肪醉 L PL 胰岛素分泌 vLDL二二二二 二二二二二二二二二 游离 FF人 甘油 图3 中枢机制与胰岛素分泌 图4胰岛素的脂肪 积累作用 42 北京体育大学学报 第1 7卷 2 2 肥胖形成与脂肪细胞特性及脂肪代谢脂肪组织 由白色脂肪组织 W AT 和棕色脂 肪组织 BAT 组成 白色脂肪分 布于全 身皮下及 内脏周围 BA T主要存在于肩脚骨 间 颈背 部 腋 窝处 纵隔 肾周围等处 外观呈浅棕色 细胞体积变化相对较小 WAT是过剩的能量以中性脂肪 甘油三醋 形式贮存 作为一种贮能形式 必要时释放 分解产能 B AT 在功能上是一种产热器官 即当机体摄食或受寒冷刺激 时 交感神经刺 激细胞内脂肪燃烧 从而决定机体的代射水平 分别称为食物诱导产热和寒冷调节产热 为适应功能上的需要 BAT 细胞内含大量 中性脂肪小滴和高浓度的线粒体 细胞间丰富 的毛细血管和交感神经末梢 BA T 产热的主要机制是细胞 内游离脂肪酸经非藕联氧化磷 酸化分解产热 其产热多少主要决定于线粒体内膜上的一种有调节质子跨膜作用的特殊蛋 白质 解祸联蛋 白 U CP 多少 UCP与G DP和ADP有高度亲和性 一旦相互结合 就使线粒体恢复祸联 由此可见 B A T 这一产热脏器直接参与体 内热量总调节 将体内 多余热量 向体外散发 使机体能量代谢趋于平衡 目前的研究认为 肥胖的发生 可能与 BAT 的功能低下有关 BA T 功能障碍 可引起热能代谢不平衡 使摄人体 内的能量以热 的形式散发减少 而在体内转变为脂肪 切除动物肩脚间BA T 可引起其体 内脂肪含量 增加 有些肥胖动物在暴露于寒冷环境时 其 B AT 的线粒体反应不 明显 生热反应较 弱 在部分肥胖病人 中进食量并不多 活动量也不少 但其体重和体脂并不下降 其原因 可能是棕色脂肪组织的产热功能发生损害 即不能进行正常的产热作用 部分肥胖者甲状 腺浓度正常 而基础代谢率明显下降 可达到3 0 一5 0 很可能与其BAT活性降低 有关 2 4 h能量消耗值低 可预示将来易患肥胖病 另外 白色脂肪细胞数量和体积与肥胖有关 成人的脂肪组织约含脂肪细胞 2 5一5 x 10 个 脂肪细胞的体积变化较大 并与身体的状态有关 饥饿时细胞体积缩小 肥胖 时细胞 体积扩大 通常脂 肪细胞直径为1 0 一1 20拼m 极度肥胖者可达到 180拼m 以上 其中以中性脂肪量的增减对脂肪体积影响为大 肥胖者脂肪组织增加不仅表现在脂肪细胞 增大 且数量也增多 依脂肪细胞的细胞学特性 将脂细胞增加的肥胖称为肥大型 而脂 细胞数量增多的称增殖型 两者都存在为混合型 一般来说 成年期发生的肥胖多为肥大 型 青年期 幼年期发生的肥胖多为增殖型 肥胖人减体重后 脂肪细胞数量不变 只是 脂细胞体积减小 所以一般幼年期肥胖的减肥效果不好 近年来的研究已明确 成年后脂 细胞数可增加 实际 上其数量的增加是有限 的 当超过标准体重的 17 0 后 就不再增加 了 过度肥胖者一般都存在脂细胞数量的增加 而脂细胞体积的增加又与其体积的大小有 关 潜在肥胖时 脂细胞已发生脂肪的积蓄 脂细胞体积的增大也是有限的 当每个细胞 内脂肪平均含量达到 1 2 g 的临界容量时 其体积就不再增长 此后肥胖 的进一步发展 即为脂细胞数量的增加 当每个现有的脂细胞充满脂肪后 才会形成新的脂细胞 从这个 角度看 首先控制脂细胞的增加 才能取得良好的减肥效果 过去一直认为脂肪细胞的代谢不活跃 实际上脂肪细胞的代谢十分活跃 脂肪代谢的 生理意义主要是能量以中性脂肪形式贮存在脂肪细胞中 另一方面脂肪细胞中积蓄的中性 脂肪在饥饿状态下供给机体能量 由脂肪细胞内的激素敏感脂肪酶分解为脂肪酸和甘油释 放人血 正常情况下 脂肪细胞中脂肪的合成和分解代谢保持平衡状态 图5 而这一 平衡状态的维持需复杂的 调节系统 脂肪的合成大于分解 脂肪积蓄 就会发生肥胖 肥 胖者血液 中血糖在高水平的胰岛素作用下进人脂细胞增多 同时 脂 蛋白脂肪酶活性高 第 l期 王从容等 肥胖发生机制的生理学分析 文献综述 43 也促进脂细胞摄取脂肪酸 增加了脂细胞内脂肪的合成 肥胖者肥大的脂细胞与小的脂细 胞相比 脂肪合成速度高 且合成亢进 肥胖者肥大的脂细胞发生各种各样的变化 这些 变化与一些疾病有密切的关系 如高脂血症 高血压 动脉硬化 糖尿病等 图 4 肥 大的脂细胞对胰岛素的反应低下 这可能是由于受体或受体后的细胞内代谢障碍所致 肥 大的脂细胞膜上的葡萄糖载体浓度与活性低下 可能是由于细胞肥大 表面积增加 膜磷 醋胆固醇浓度变化 细胞膜流动性发生改变 葡萄糖载体与细胞膜 的结合能力发生改变 导致膜的某些理化特性变化 从而影响脂细胞 内代谢活性 脂肪细胞中贮存的中性脂肪 根据身体生理需要在细胞内脂酶 HSL 作用下分解 为脂肪酸和甘油 释放人血 图 6 脂肪分解受激素水平的影响 肾上腺素 去甲肾上 腺素 ACTH 生 长素 胰 高血 糖 素等促进脂肪分解 而胰 岛素 腺 昔 前列腺素 PEG2 等抑制脂肪分解 脂肪分解产物游离脂肪酸一部分用于脂肪再合成 甘油释放 人血 一部分在脂肪组织内的甘油激酶的作用下再利用 研究肥胖动物发现 肥胖时甘油 激酶的活性增高 有报道 肥胖者皮下脂肪组织细胞中甘油激酶活性 与肥胖度无关 另 外 肥胖者存在高胰岛素血症 同时也存在血中激离脂肪酸浓度增高 图6 游离脂肪 酸的增高是脂肪动员增加的结果 实际上 肥胖者肥大细胞由儿茶酚胺氧化酶刺激的脂肪 动员增加 其基础脂解也增加 胰岛素的作用是抑制脂肪动员 而且人体内还存在其他一 些抗脂解的物质如腺甘 前列腺素等 肥胖者对胰岛素和抗脂解物质的反应性降低 些竺 髯 毛二二几石汇及 一 一 飞 咨 三兜膨罗 脂肪动员抑制 尸一一刁 脂肪合成促进 些竺 泌愁一一刁 丁止竺 触 黔 丙 酮酸 乙酞C O A 糖耐量下降 醋醋 二 l 三油油甘甘 t脂肪酸 l l l I l 肥大 一 一 诗一十 一 心功能 不全 体重增加 脂细胞 的脂肪合成与分 解 图6肥胖病的生理变 化 L 月 尸O P 一 L一目 习 2 3 遗传因素与肥胖 近6 0年 大量学者报道了肥胖父母或肥胖母亲得到肥胖子女的危 险性高于瘦的父母 一些学者认为 个体的肥胖在较大程度上由遗传决定 对于肥胖的双 生子 单 双卵 和养子与父母协调关系的体重研究发现 肥胖的遗传度 0 4 一 0 8 超 过其他一般认为有较高遗传性的综合症 如神经分裂症 酒精中毒 动脉粥样硬化等 遗 传学分析认为 体成份中基因作用占3 0 5 0 虽然在几种遗传性肥胖的动物研究中 44 北京体育大学学 报第1 7卷 发现与肥胖有关的基因 且已明确其在染色体上的定位 目前还没有发现普通人群中哪种 基因的作用是产生肥胖的 近期 Bo u cha rd 等人的研究发现 体脂 体重指数在父母和子女 间的相关性约 为 0 2 同胞间的相关约为0 3 问题是这些相关有多大程度是由于基因作用 多大程度是环 境作用 或是两者共同作用 还需进一步研究 随后他们用比较完善的遗传学分析方法 一P a t h分 析方法 对 169 8 人进行调查分析 受试者分别来 自40 9个家庭 包括9种亲 属和收养关系 体重指数 BMI 经年龄 性别校正 的遗传作用约为3 5 其中基因因 素只有 5 非遗传因素的作用约为 6 5 而通过水下称重法测 出的体脂百分比 经年 龄 性别校正 的遗传作用约为 5 5 其 中基因因素为 2 5 非遗传因素的作用约为 4 5 从以上分析可看出 体脂量在一定程度上受遗传因素的影响 但其中纯基因 因素 作用的比例较小 在肥胖症的研究 中还发现 不同个体在长期处于正能量平衡条件下 体脂积累的敏感 性存在差异 这种差异受遗传因素的影响 对双生子过度进食的研究发现 1 00 d过度进 食后 体重和体脂量都显著增加 个体间存在显著差异 且无规律性 而双生子具有显著 的对内相似性 对间差异至少是对内差异的3倍 显然过剩能量造成的体重增加或体脂积 蓄主要受基因因素影响 此外 实验中还发现 个体间脂肪 瘦组织 的平均增加量 为 2 1 比率的变化与体重呈 正相关 即相对于瘦体重来说 获得脂肪多者 体重增加多 而获得相对多的瘦组织者 体重增加的较少 而这种摄取过剩能量 体重获得的质和量的 差异与遗传因素有关 另外 身体活动水平和代谢率影响身体能量消耗的因素受遗传因素 影响 一般身体活动水平的遗传达2 5 3 0 安静代谢率的基因效果为4 0 由于遗 传差异 个体氧化脂类和碳水化合物代谢供能的比例不同 显然 这种差异都与肥胖的形 成密切相关 目前认为 与体重增加相关度高的为 二 l 相对瘦组织来说 更易获得脂 肪 2 单位去脂体重 瘦体重 的安静代谢率低 3 呼吸气体交换率高 这3种因素本 身具有较高的遗传水平 目前 对于肥胖机制的研究基本上集 中于 以上 3个方面 由于人脑复杂性 研究方 法 实验技术及人的认识等因素的限制 肥胖的中枢机制的研究目前还处于初级阶段 但 随着脑科学的发展 肥胖发生的中枢机制将有可能为解决肥胖问题开辟一个新的领域 肥 胖有关的脂肪细胞和代谢的研究 多集中于脂肪细胞生长 分化 脂肪代谢酶 与内分泌 失调有关的的激素 生长因子等方面 随着分子生物学实验技术的发展 人类将在分子水 平揭示肥胖发生的机制 由于遗传学研究方法的限制 肥胖的研究仍未阐明遗传因素的作用在肥胖的发生中究 竟占多大比例 寻找肥胖基因的工作还未达到预期结果 研究仍在进行 随着方法学和实 验技术的改进 期望能有突破性进展 为控制肥胖的发生发展 提供根本的解决方法 3 参考文献 V a n ItallleTB H e alth im PI一eatio n s ofo ve rwelghtando be sity Am Int Med 1985 10 3 98 3 K issebahA H H e althrisks ofobe sity N o rth Am C l in M ed 1989 73 1 1 1 盖奇 钱振淮 健美与肥胖 北京 科学出版社 1984 2 5 第 1 期 王从容等 肥胖发生机制的生理学分析 文献综述 45 4 丁宗一儿童期单纯肥胖症及对策 中华氏学杂志 1 992 72 3 29 5Bo u ehard C Cu r rent u nde rsta nd ing ofthe etio log y ofo be sity ge netie an d n o n gen et1ef a eto rs Am J Cl in N utr 1991 53 15 6 1 6 俊藤 由夫 及川真一肥满 病因论 日本临床 l9 8 8 4 6 2 1 7Jea n renaud B The xm Po rta n e e o fthebtainin the aetio logy o f o b e sitya nd tyPe 2d iab ete s lnt J o be s 1992 16 9 8BrayGA AMolec ula r aPPr o a ch to 罗 n etieand hyPothalamie o besity 0b e sity T owa rdsa M o lee ula rA P Pro a eh 1990 2 l 15 9So ren sen T I A G e n et ea speets ofo besity Int J o b e s 1992 1 6 27 10Bo u eha rdC H ereditya nd thePathto overweighta n d o be sity M ed Sei SPo rt Ex e 19 9 1 23 3 285 f l 宫田富弘 奥田拓道 肥满者脂肪组织 诸特性 日本临床 1 98 8 46 1 2 5 收稿日期 19 9 3一11一13 研究简报 气功对最大摄氛t的影响 倪耀华 中华民族传统保健术一气功 是人类自我调节和控制身心状态的一门非常古老的养生术 近年来气功对心肺功能 的影 响 已引起众 多学者的 注意 本文 根据气功对人体心血管系统的保健 原理 对2 0名男大 学生在练静功前后 进行 PwC 7 0 机 能试验 并用阿斯特 郎和贝斯 特劳姆的公式 推算了所观 察的练静功男大学生的最大摄氧量 的变化情况 l 结果练