生理学进展:体力活动不足生理学

摘 要：随着现代生活的方式的改变,人们越来越多的时间处于少动状态.少动行为方式是当今慢性非传染性疾病发生的第一独立危险因素,成为21世纪最大的公共卫生问题.近年来运动科学学者深入研究了少动行为对人体生理功能影响的机制,提出了体力活动不足生理学这一新的生理学分支.通过检索整理近年来与这一理论形成的相关文献和在2012年第59届美国运动医学年会的交流论文,从体力活动不足生理学理论产生的背景和过程、现代人的生活方式、少动体力活动不足生理学理论的特有证据以及少动行为方式的研究热点进行论述.这一理论提出改变少动行为最有效的方式是在完成运动处方指南推荐量的基础上,鼓励人们多进行轻体力活动和不断打断久坐的时间.目前这一新理论正在不断的完善中,相关的研究已经成为新的研究热点.

关 键 词：体力活动不足生理学；少动行为；体力活动流行病学；低强度体力活动

中图分类号：C804.2文献标识码：B文章编号：1007—3612（2012）08—0001-06

1体力活动不足生理学（InactivityPhvsiolo-gy）理论产生的背景和过程

早在18世纪,医生就意识到长时间坐着/不活动与全身健康之间有一定联系,但直到1953年的JerryMorris关于体力活动不足与慢性疾病风险高度相关的研究结果公布才真正引起人们的重视.这项调查研究发现,同一趟车上的驾驶员比售票员的腰围更粗,死于心脏疾病的风险更大,证明了体力活动对人体健康的重要影响.这一著名研究成果引起了广泛关注,由此大大推动了对体力活动与健康之间的广泛研究.直至目前,得到广泛认可的是,中等到较大强度的运动对预防心血管疾病、2型糖尿病、肥胖及一些癌症具有重要作用.美国运动医学会最新颁布的运动处方指南确指出了体力活动的频率、强度、持续时间和运动类型,建议每个成年人每周至少进行150min中等强度（每周5次）、或75min较大强度（每周3次）的有氧运动,或中等和较大强度相结合的运动；每个成年人每周应该使用多种运动方式和器械设备,针对每一个主要肌群每周进行2-3次抗阻练习.为了改善关节活动度,成年人每周应该进行2—3次柔韧性练习；对于有较好运动能力者,每周可进行2—3次综合功能练习,如太极、瑜伽或球类运动.

值得注意的是,人们每天约1/3的时间用于睡觉,剩余的16h中,即使每天运动30min,仍有很大一部分时间是处于少动或从事低强度的体力活动.因此,即使是满足推荐运动量的人仍然可能较长时间处于少动状态.一项利用加速度计研究人群体力活动水平的结果显示,只有1%～5%的普通人在清醒状态进行了中等到较大强度的运动,0.5%～1%的人每次运动时间持续了10min以上.少动生活方式的加剧,引起了越来越多学者的重视.体力活动流行病学研究首先发现了其对健康的不利影响,少动的生活方式不仅与多种疾病相关,而且是独立于运动的风险因素,这为少动行为方式的研究奠定了基础.同时,随着相关的生理生化及机制研究的进一步开展,2003年,美国MarcT.Hamilton等提出应该关注人体少动状态下的生理变化及其机制,之后随着逐渐明确少动行为方式带来的影响并不等同于体力活动不足对人体的影响,为了研究少动行为与全病因死亡率、心血管疾病风险、2型糖尿病、代谢综合征危险因素以及肥胖之间的关系,运动科学专家意识到需要对少动和体力活动不足引起的生理变化进行深入了解.至2007年,MarcT.Hamilton首次提出了体力活动不足生理学理论的设想（inactivityphysiology）,他将体力活动不足生理学定义为：在日常生活中久坐和其他要求不活动的行为起的急性和慢性有害健康生理反应,这无关于人们是否达到目前指南所推荐的运动量,而且缺乏体力活动在生物学上并不等同于运动过少.Hamilton认为有四点理由对其理论进行支撑：1）确定持续的少动是某些疾病如冠心病、2型糖尿病等疾病的风险因素,这将对公共健康具有重要指导意义.2）少动的时间是独立于参加运动行为的独立风险因素,并不是单纯的运动生理学的反方向效果,有其独特的特征.3）少动生理学已经有了一些明确的细胞和分子生物学的基础.4）不参加运动的人群,校正年龄的影响后,冠心病、2型糖尿病、代谢综合症、肥胖的发病率并不随着体力活动的进一步缺乏而增加.

尽管MarcT.Hamilton本人对其提出的少动生理学理论的设想明确表示还需要更多的研究进行支持,但这一理论却得到了著名运动科学专家StevenN.Blair的推崇,在其2012年出版的《体力活动和健康》（第二版）（PhysicalActivityandHealth）中用独立章节对其论述,将体力活动不足生理学概念进行了进一步的阐述,认为体力活动不足生理学是日常生活中久坐和其他要求不活动的行为损害健康的一种模型,可以引起急性或慢性生理反应.这无关于人们是否达到目前所推荐的运动量,而且少动在生物学上并不等同于体力活动不足.这个模型还认为,少动行为方式能迅速激发强烈的细胞和分子信号,从而引发相关的生理反应.

目前,这一新的理论及相关的研究受到广泛关注,在2012年第59届美国运动医学年会上的主题之一即为认识防止少动生活方式研究的重要性,并设专题对少动生活方式与健康关系进行讨论.

2现代人的生活方式：少动

现代交通方式、交流方式、工作方式和娱乐方式的改变已经减少了人们的体力活动水平和能量需求.现代人生活在鼓励少动的生活环境当中,人们经常处于坐位——工作时、开车时或在家时.坐可能是人们最普遍的行为.对很多人来说,坐的时间甚至超过了睡觉的时间.

Levine在非运动性体力活动能量消耗和20世纪60年代对消瘦和肥胖女性的研究中,测量了日常直立（包括站立和慢速行走）和少动时间（坐卧）,发现,在办公室的时间、肥胖、衰老甚至是对孩子们有约束的课堂,都与少动的时间直接相关.平均来说,以少动方式工作的人,每天大约有9～11h处于坐位或斜卧位.案头工作的人群大约有75%的工作时间（6—7h）处于坐位,学生在课堂上超过95%的时间处于坐位.在闲暇时间,大约有4h或更多时间处于少动状态,如躺在沙发上看电视或看书.再加上吃饭、交通和社交等处于坐位的时间,因此,不难理解为什么一个神经肌肉系统功能正常、没有关节活动受限的健康人在一天24h中仅仅有2h不处于坐位或卧位.更严重的是,人类可能还没有到达体力活动不足的顶峰,因为人们不进行锻炼但能量消耗却仍然高于静息状态,很可能是这些人每周处于坐位或卧位时仍有40—50h在进行维持姿势的肌肉负重活动,说明那就是人们并没有达到体力活动不足的极端情况（完全卧床）.

为了更好的理解、研究少动生活方式,StevenN.Blair等把人体生活方式分成了4个差异显著的少动和体力活动模式：1）高度少动、高度运动模式：有着较长少动时间,但同时又通过连续的中等强度到较大强度的运动满足或超过了运动处方指南所推荐的体力活动水平.这样的人可能是一个案头工作而且喜欢看电视的年轻人,但同时还在准备一项体育比赛.2）高度少动、体力活动不足模式：有着较长的少动时间,而且很少进行中等强度到较大强度的运动,甚至连小强度体力活动也很少.这样的人可能是一个超重或年老的人,他的工作需要久坐,开车上下班,停车场离工作地点很近,晚上时间用来看电视；他在工作时可能也很少从座位站起来活动.3）轻度少动、低强度体力活动模式：这些人个体经常在少动的时间里进行小强度的活动,但很少进行中等强度到较大强度的体力活动.这样的人可能从事怎么写作行业,他工作时坐在办公桌后但又需要经常站起来接待顾客.4）轻度少动、高度运动模式：这些个体进行大量中等强度到较大强度的体力活动,但间歇多于高度少动而且高度运动的模式.这样的人可能从事专业技术怎么写作或手工作业,工作时需要大量的站立和移动,有运动习惯；他进行大量短时间到中等时间、中等强度到较大强度的体力活动.

美国国民健康和营养测试调查（简称NHANES）发现,在佩戴加速度计1周以上的数千人中,成年人最常见的模式包含了大量的少动时间.

3体力活动不足生理学理论的特有证据

3.1少动行为方式对健康影响的流行病学证据

目前,对于体力活动生理学理论最重要的证据来源于体力活动流行病学调查.有力证据之一是澳大利亚糖尿病、肥胖和生活方式的基础评估研究（AusDiab研究）.这个在1999—2000年进行的澳大利亚人口调查研究,有11000名受试者,结果显示,看电视的时间与代谢综合征,葡萄糖代谢异常有显著关系.此外,在女性中发现了看电视时间和餐后2h血糖、空腹胰岛素的剂量反应关系.

另一项针对欧洲人的大样本实验结果显示,看电视的时间与全病因死亡率以及心血管疾病死亡率高度相关.在AUSDiab进行的一项为期6.5a的中,受试者每增加1h的看电视时间,就相对增加了18%和11%的心血管疾病以及其它疾病造成的死亡风险.控制了体力活动、控制肥胖（腰围）以及吸烟、高血压、饮食这些因素的影响之后,看电视的时间仍然与死亡率相关.

这些流行病学的研究发现了看电视的时间是一个潜在的健康风险因素.在汽车上的久坐时间也成为了少动行为和健康领域所关注的问题.AUS—Diab研究了7744名21岁以上的男性,研究表明那些每周在汽车上坐10h的人（和每周做少于4h的人相比）和看电视时间与驾驶时间总和大于23h的人（和每周少于11h的人相比）有高于40%的死亡风险.即坐的越久,死亡风险越高.

系统性综述也描述了横向研究中少动行为（尤其是看电视的时间）和超重、肥胖、代谢综合征、心血管代谢风险的特定生物标志物之间的关系.2型糖尿病、代谢综合征、已确定的临床风险包括血糖浓度、高密度脂蛋白、血浆甘油三酯和各个部位的多余脂肪都与少动时间相关.

而更值得关注的是,在所有这些研究中,控制了休闲体力活动及腰围因素,少动时间所带来的有害影响仍然明显存在.AusDiab的研究评价了有体力活动习惯的人群（每周累计进行中等强度到较大强度体力活动的时间不少于150min）看电视时间和随之增加的代谢风险,结果发现,对于男性来说,看电视时间与腰围、收缩压和餐后2h血糖有明显的有害剂量-反应关系；对女性而言,看电视时间还与空腹血糖、甘油三酯和高密度脂蛋白有关,证明,看电视的时间不利于代谢,即使是对于那些想要通过充足的体力活动来减少慢性疾病风险的人们,这个不利影响仍在存在,且具有性别差异（对女性的影响大于男性）,可能与男女在看电视时吃零食的差别有关,或由于女性瘦体重小而脂肪较多,增加了女性在餐后久坐对代谢影响的易感性.

美国NHANES研究于1999—2000年调查了1626名男性和女性,发现进行中等或较大强度体力活动的人比不进行相应运动的人患代谢综合征的人数少一半,而控制了年龄、性别、种族、教育程度、吸烟、饮酒因素后,少动生活方式的人其患代谢综合征的比例仍高于参与体力活动的人,指出少动生活方式是重要的代谢综合征的预测因子.另一项法国的关于中年人的大样本量横向调查中发现,增加体力活动则代谢综合征减少,反之亦然.而且,看电视的时间独立于运动与代谢综合征相关,提示少动行为方式是疾病的独立风险因素.这意味着不管有没有参与运动、是否满足日常生活推荐运动量,少动的时间过长,都会对健康产生不利影响.

一项长期的加拿大健康显示,那些被报道每日花大量时间久坐的人群,久坐时间和死亡率的关系在各个层面的受试者自我报告中都有着关联性,同时,在有一定体力活动的人身上,也发现了久坐时间和死亡率的相关性,提示少动行为方式直接与死亡率相关.

最近一项由柳叶刀体力活动研究组与StevenN.Blair、PeterTKatzmarzyk等多位该领域专家合作发表的一项系统综述总结了全世界范围内的多项大样本量研究,发现少动生活方式导致了约6%的冠心病、7%的2型糖尿病、10%的乳腺癌及10%的结肠癌,体力活动不足导致了9%的过早死亡率.这种直接量化的数据足以引起公共卫生领域的广泛注意,同时也提示少动生活方式这一常见的行为的特殊性.

3.2少动行为方式对健康影响的机制

3.2.1能量消耗的特征安静代谢率（RMR）指安静状态下、不进行体力活动时的能量消耗.安静状态下坐位或卧位的能量消耗大约是1kcal/h/kg（1MET,RMR的基本单位）.坐着或躺着看电视、读书、打字、打的能量消耗都很低,只有1-1.2kcal/h/kg.中等强度到较大强度体力活动（步行、骑车、游泳或跑步）的能量消耗则是3—10METs,有训练经历或心肺耐力水平更高的人在进行这些体力活动时的能量消耗可能更高.在睡觉或清醒安静状态下,除骨骼肌之外的组织（如大脑、肾脏、膈、心脏）始终在工作,即使是在不运动、骨骼肌没有收缩的情况下也在工作.然而,由于骨骼肌收缩需要消耗能量,因此在不活动（久坐）时,特定骨骼肌和整体能量消耗均显著降低.这也是不动与运动的区别之一,骨骼肌的活动越少,能量消耗更少.而且,即使只是将站立位与坐位相比,仍然存在着明显差异.图1中显示受试者在1min内进行站立、步行、坐和起身站立等几个动作,肌电图出现了显著变化,仅仅是站立位肌肉的肌电活动就明显高于坐位.

由图1可知即使是站立等轻体力活动都可以增加人体能量消耗,在已有研究中也发现,测量人们在工作和家中进行一般轻体力活动的能量消耗发现,很多工作如洗碗、整理文件和熨烫衣物,能使能量消耗增加到基础代谢率的两倍.而且,进行轻微体力活动可以占用久坐的时间,对健康的益处是非常重要的.例如,一个人每天睡8h,坐10h,剩余6h处于站立位进行活动.普通人一般无法在生理上承受每天进行长时间的中等或高强度运动,但大多数少动时间可以被相对小强度的活动所代替,增加能量消耗.其他相关研究发现轻体力活动也具有促进健康的作用,其原因虽然不知道是总能量消耗的差异还是直接与骨骼肌收缩相关,但其增加能量消耗的结果是不容置疑的.

3.2.2生理生化的证据对少动生理及机制的理解很大程度来源于卧床研究和动物实验.外科手术后的卧床休息与损伤后的制动等实际事件促使了人体卧床研究的进展.研究发现,卧床可以诱导的一系列生理反应,包括神经-激素变化、骨骼肌萎缩、体液平衡失调、心肺功能下降等等,效果明显,有研究认为,健康人卧床3周所带来的对身体机能的影响比同一个体年龄增长30a所带来的影响还要大.卧床研究证明了人体需要必要的体力活动如站立等,同时从另一个方面也解释了为什么坐得太多（缺乏活动）对人体生理会产生不利影响.而且,更重要的是卧床研究一般是短时间内的,几天至多几周,而少动人群往往经历了长期的少动过程,时间更长,可以推测,其对人体生理的影响更大,比如深层静脉血栓的形成等,对人体健康构成威胁.

不同类型的肌肉纤维具有不同的抗疲劳能力,红肌抗疲劳能力好,白肌收缩速度快抗疲劳能力差,这种差异也可以帮助解释少动的部分生理反应.这种抗疲劳能力好、利用氧能力强的红肌纤维多存在于小强度收缩时先募集的运动单位中.相反,抗疲劳能力差、利用糖酵解功能的白肌纤维存在于募集阈值高的运动单位中,因此在轻体力活动如站立和慢走时并没有被动员.这也可以解释为什么简单的行为如斜躺在沙发上跟朋友打与站立位进行轻体力活动相比,会明显降低人体总的能量消耗,因为站立时动员了骨骼肌中的红肌纤维.

动物实验更是发现了缺乏活动（制动）对体内某些生物学标记物的影响.有研究模型阻止大鼠使用后腿站立,结果表明,局部肌肉不收缩导致后腿局部脂蛋白酶（LPL）活性迅速下降、血浆甘油三酯上升、血浆高密度脂蛋白和基因表达谱改变.其中,LPL直接调节脂蛋白的代谢（对血浆脂蛋白分布和区域性脂肪沉积有着核心作用）,并与心血管疾病和慢性代谢性疾病的临床预后有关.亦有研究发现升高LPL可以降低饮食诱导的肥胖和胰岛素抵抗,因此保持LPL活性对于疾病预防非常重要,制动降低LPL很可能是导致多种疾病的机制之一.另外,血浆甘油三酯、高密度脂蛋白的变化也与多种慢性疾病相关.

4少动行为方式的研究热点

4.1基于不同少动和体力活动模式对健康的影响的生活方式建议体力活动不足生理学研究的一个重要主题是通过关注处于坐位的不同模式对健康带来的危害和不同量的日常轻体力活动（light—inten—sityphysicalactivity,LIPA）的剂量一反应效果来建立实用的生活方式建议.运动科学专家认为科学的、有着公共卫生逻辑的、全面的关于行为的研究策略需要以下阶段：1）需要证实少动行为的生物学标记和相关的健康问题的关系；2）需要准确测量人们一生中持续的少动的时间；3）在家庭生活中、工作环境中、交通以及娱乐项目中,需要证实少动行为的必要性；4）需要严密的证实改变特定的久坐行为干预的可行性和有效性.需要所有以上几个阶段的信息汇总后,才可以制定出有效的公共卫生政策.

4.2少动时间的测量方法

之前的关于少动时间的测量主要要求受试者自我报告,Clark等的系统性综述认为,这些研究中普遍使用的测量看电视时间的方法是可信的、有效的.然而,看电视只是众多少动行为中的一个.随着加速度计的兴起,通过佩戴在髋部、腕部的小型仪器,客观记录运动量、运动强度和运动频率,虽然并不能直接评价身体姿势,但可用于辨别少动时间,这使得测量时间的准确性大大提高.目前,已经有了多个年龄段的相关数据与计算公式,极大的推动了相关研究的进一步开展.在2012年第59届美国运动医学学会年会上进行了专题报告,对如何正确使用加速度计、如何解决出现的问题及新的研究方向等均做了专题讨论,收录的论文摘 要多达上百篇.

4.3流行病学研究仍在进行,干预性研究尚显不足已有的体力活动流行病学研究得到了重大成果,为了给公共健康领域提供足够的数据,也促使了越来越多的相关流行病学研究,必然会为少动生理学提供更多的研究证据.但是目前仍然比较缺乏的是高精度的实验研究/随机对照研究,缺乏直接由少动诱导各种生理反应的证据,这是体力活动不足生理学理论目前最需要的支撑证据,也将是下一步研究的重点.

4.4如何对少动行为方式进行干预

随着逐渐认识到少动生活方式与多种疾病的相关性,如何进行有效干预成为相关学者考虑的问题.运动可以给机体带来多种益处,但是资料显示,达到推荐运动量的人群不足5%,而且,即使是满足推荐运动量的人群也可能出现长时间的少动,因此,日常生活中的LIPA受到关注.研究发现,人们大部分清醒时间用于轻体力活动,大部分没有经过运动训练的健康人在一周中有很多时间在进行轻体力活动,因为这是人们在日常生活中处理事情的行为,如做饭、洗衣服、打扫卫生、照顾老人孩子等等.这提示,进行轻体力活动更能为普通人群所接受.而很明显,少动时间和轻体力活动之间存在显著负相关,进行轻体力活动的时间越长,少动的时间越少,这对于减少久坐的时间本身就有益处.研究少动时间与死亡率、疾病预后和临床生物标志物之间的关系,发现减少每天处于坐位和斜卧位的时间可能会给健康带来潜在的益处,这独立于参加运动.运动生理学和体力活动不足生理学的剂量一反应参数的一个主要区别与体力活动强度有关.根据AC—运动测试与运动处方指南中的定义,中等强度体力活动是3～5.9METs,较大强度体力活动是6METs以上.另外,推荐中对于有益健康的体力活动主要强调活动持续时间（每次>10min）,科学研究也支持这一点.相反的,日常生活活动的强度通常都很小,关于这种很小强度活动的细胞学反应或对预防疾病的作用,目前了解的还很少.小强度活动下的主观感觉（和生理学反应如心率）很小,这支持通过小强度活动减少久坐时间并不足以预防疾病这一观点.相反的,体力活动不足生理学已经发现,缺乏体力活动会诱导出强烈的细胞信号,从而引发不良生理反应.可以抵消这些信号的活动仅仅是低强度、高度间歇性的活动,远低于基于运动科学研究所得出的传统指南.

当肌肉收缩时,能量消耗迅速增加到安静时的100倍（从0.01～1kcal/kg肌肉/min）.一名60kg的女性在完全静息状态下的全身RMR大约是1kcal/min.因此,想要使全身代谢率增加一倍,只需要多动员全身肌肉的一小部分（3%或1kg肌肉）即可,LIPA可以起到这个作用.

除了运动、轻体力活动外,研究证明,即使只是少动的时间被打断的频率增加,人体也能获得一定的健康益处,不断打断少动的方式或许是一个潜在的预防方法.研究发现,少动打断次数最少的25%受试者的腰围平均比打断次数最多的25%受试者的腰围多6cm.腰围与少动时间被打断频率之间的关系独立于整体的少动时间,独立于进行中等强度到较大强度体力活动的时间,独立于体力活动的平均强度.少动间歇次数多对甘油三酯和餐后2h血糖也有良好作用.因此,经常打断少动状态可能对代谢健康会产生良好影响,这可能是降低总体少动时间对健康益处的补充.相较于运动与轻体力活动,这种方式无疑更容易做到.

5小结

体力活动不足生理学理论是多位学者根据现实需要提出的一个新的理论,并不等同于运动的相反效果,其主要支撑证据来源于流行病的研究,强调了少动这一行为方式是慢性疾病的独立风险因素,其机制可能与能量代谢、骨骼肌活动及多种激素代谢相关.要改变这一行为是最有效的方式在完成运动处方指南推荐量的基础上,是鼓励人们多进行轻体力活动和不断打断久坐的时间.虽然这一新理论还需要更多的临床高质量的干预性研究结果的支持,但是对其更深入的了解将会为推行新的健康措施和新的生活方式改变提供更有利的支持.