运动干预对肌间脂肪含量的作用分析,生理学论文.docx

运动干预对肌间脂肪含量的作用分析,生理学论文摘 要： 对不同方式的运动训练影响骨骼肌间脂肪组织含量的文献进行分析综述，为通过运动锻炼促进老年人健康提供更多参考根据.研究显示，老年人的骨骼肌间脂肪组织含量与肌力下降和运动功能减退有关，运动减少会引起肌间脂肪合成增加，进行有氧练习和抗阻力训练均能够显着减少肌间脂肪的效果.将来应在比拟有氧/抗阻力训练的效果差异及两者能否具有协同效应，及运动干涉减少肌间脂肪的机制层面展开进一步研究. 本文关键词语 : 肌间脂肪;运动功能;有氧运动;抗阻力训练; Abstract： The paper reviews the literature which investigated the effect of different training methods on the volume of intermuscular adipose tissue,in order to provide more references for promoting the health of the elderly through exercise.The studies revealed that the volume of intermuscular adipose tissueassociated with lower muscle strength and motor function in older adults,and reduced physical activity may lead to increased intermuscular fat synthesis. And aerobic exercise and resistance training could reduce intermuscular adipose tissue effectively. Further studies are need to differentiate the independent or synergistic effects of resistance and/or aerobic training,and the mechanism of exercise intervention to reduce intermuscular adipose tissue. Keyword： intermuscular adipose tissue; mobility; aerobic exercise; resistance training; 0 、引言 骨质疏松和骨骼肌减少症是导致老年人虚弱、跌倒乃至骨折的重要原因1,2,3，而骨骼肌脂肪浸润在骨质疏松肌少症的个体中具有更高层次的发生率且程度更为严重4.研究发现，存在于骨骼肌部位的脂肪含量增加不仅与肌纤维收缩受损、肌力、平衡能力和步行速度等躯体能力的下降有关5,6,7,8，还与代谢相关疾病如胰岛素抵抗等具有密切联络9,10，并与全因死亡率存在关联11,12.骨骼肌脂肪被划分为存在于肌细胞内的脂肪滴intramyocellular fat和存在于肌肉外围筋膜之内这一较大范围中的肌间脂肪组织intermuscular adipose tissue,IMAT)13，由于肌细胞内脂肪增加既可见于型糖尿病患者，也见于优秀耐力运发动，因而以为其并非仅对健康产生负面效应14,15，所以更应重视肌间脂肪的病理意义并对其进行有效干涉.国外有研究表示清楚，运动训练能够降低肌间脂肪的含量16,17，但对于不同的运动类型、运动量等训练要素与肌间脂肪含量减少的效果关系，当前尚未到达充分认识；国内固然已有对肌间脂肪与代谢性疾病的关系及其测量方式方法的研究18,19，但未见运动干涉的研究报道.故此本文通过pubmed和ScienceDirect等电子数据库，检索通过运动训练干涉肌间脂肪含量的研究文献，讨论不同方式的运动训练方式影响肌间脂肪含量的效果，为进一步研究提供参考. 1 、肌间脂肪累积与老年人运动功能减退 1.1、 老年人肌间脂肪累积与运动功能减退具有相关性 骨骼肌的基本功能是收缩产生力进而为关节运动提供动力，研究表示清楚，肌间脂肪的累积与肌力减弱和运动功能减退具有密切联络.Delmonico等20通过5年的追踪研究，初次明确在老年人群中，肌间脂肪随年龄增长而出现连续的增加，并与肌力减弱同时发生；另外一项同样来自健康ABC项目的4年追踪研究显示，老年人大腿的肌间脂肪含量与步行速度的逐年下降及后续发生的躯体功能障碍密切相关21.Marcus等22发现，老年人大腿中部肌间脂肪横截面积与6 min行走距离、上下十级楼梯时间和计时起立行走等运动功能指标显着相关，能够解释其8%15%的离差，进而以为肌间脂肪是与老年人运动功能有关的一个重要变量；Altubasi等23报道的研究结果与之类似.Scott等24通过姿势描计术和步态分析发现，小腿肌间脂肪横截面积较大的老年人平衡和步行移动能力均较差.通过上述研究可见，在老年人群中肌间脂肪含量增加与运动功能减退具有明确的关联，而这种联络的内在机制也已为研究所讨论. 1.2 、肌间脂肪累积引起老年人运动功能减退的机制 肌间脂肪累积引起老年人肌力和运动功能下降的机制，牵涉到骨骼肌本身的功能构造和神经活化2个方面. 1.2.1 、脂肪积累可能导致骨骼肌代谢和构造改变 Scott等24发现小腿肌间脂肪横截面积较大的老年人具有更高层次水平的血清C反响蛋白，提示肌间脂肪累积可能与炎异常感觉和状态态相关.Tumova等25综述以为，累积在骨骼肌中的游离脂肪酸free fatty acids,FFA能够在肌细胞内被转化为神经酰胺ceramide和二酰基甘油diacylglycerol,DAG，并在能耗需求没有增加的情况下，导致线粒体内脂肪酸氧化不全，产生太多活性氧自由基，上述的多重因素和途径能够引发炎症、肌细胞的损伤和凋亡，进而明确活动减少和脂肪累积导致骨骼肌细胞损害的分子机制.Mastrocola等26通过动物实验发现，伴随骨骼肌脂肪的累积，肌纤维出现萎缩，并且发生快肌纤维转化为慢肌纤维的情况，讲明脂肪浸润可能改变骨骼肌本身构造，进而导致肌力出现下降. 1.2.2 、脂肪累积与骨骼肌的活化发动能力减退有关 一些通过插入式电刺激技术评估骨骼肌发动能力的研究提示，老年人身体脂肪累积可能引起神经激活能力的下降，进而导致肌力减退：Clark等27的研究显示，等速肌力和活动能力最差的一组老年人与高肌力组比拟，在大腿瘦体重差异不显着的情况下，却具有显着更高层次的体重，同时大腿肌的自主激活率更低；Tomlinson等28发现，增龄引起的神经肌肉功能损害发生率，在高脂肪组中为最高；Yoshida等29使用MRI测量了15名老年人大腿中部的肌间脂肪面积，发现其与膝伸肌的中心激活率central activation ratio,CAR显着负相关r=-0.51.上述研究意味着肌间脂肪的累积可能影响老年人骨骼肌的发动能力.然而，对该问题的研究报道数量有限，尚未见肌间脂肪作用于肌纤维神经发动通路的详细部位和机制的报道. 2、 运动干涉对肌间脂肪含量的影响 众多研究观察到，肢体活动状态的改变能够影响肌间脂肪的含量，其效果既具体表现出在运动减少会引起肌间脂肪增加，也表现为运动锻炼能够使肌间脂肪减少. 2.1、 运动减少引起肌间脂肪含量增加 相关研究显示，在一些特殊状况如骨折固定、骨关节炎和中风卧床等造成肢体活动减少后，随着骨骼肌体积发生萎缩，肌间脂肪的含量出现增加30,31.Tuttle等32发现糖尿病和周围神经病变患者的日均行走步数与下肢肌间脂肪含量呈负相关，并提出减少肌间脂肪可能是一种减轻糖尿病及周围神经损害的潜在干涉途径.健康人群的活动减少同样会引起肌间脂肪的增加，Manini等33发现，健康青年人在进行4周单侧下肢悬吊以减少活动后，大小腿的肌间脂肪含量均出现了显着增加.上述研究从表现层面证实了运动减少与肌间脂肪的增加可能在各种人群中均存在关联.在机制层面，Pagano等34通过股外侧肌活检，发现经过仅3 d的废用仰卧位浸入水浴即引起肌纤维横截面积减少-10.6%，成熟脂肪细胞的两个关键标记围脂滴蛋白Perilipin和脂肪酸结合蛋白4(FABP4的表示出水平上调，脂肪构成的关键转录因子C/EBP和PPAR的表示出增加，纤维-脂肪祖细胞FAPs的外表标志PDGFR的蛋白质水平显着增加，上述变化均提示短期的废用即可能启动了肌间脂肪构成的经过. 2.2 、运动干涉有效减少肌间脂肪的含量 2.2.1 、有氧锻炼有效减少肌间脂肪 早期的研究通过运动干涉对照实验证实有氧锻炼能够减少肌间脂肪含量.Durheim等35对超重和血脂异常者的研究显示，经过89个月的有氧锻炼运动强度在40%80%VO2max后，男女性受试者的大腿肌间脂肪面积均出现了显着减少女：-0.55±1.34 cm2；男：-0.55±1.28 cm2).Murphy等36对5060岁男女性受试者采取了步行、跑步、踏步机、自行车等多种运动形式，实际运动强度约70%最大心率、每次约60 min、每周6次的运动干涉方案，施行1年后发现，受试者大腿肌间脂肪含量显着降低-45±5 mL.Lee等37对肥胖女孩分别使用跑步机进行60%75%VO2max强度、60 min/次×3次/周的有氧训练3个月后发现，受试者大腿中部肌间脂肪面积比空白对照组出现了显着减少-13.5±4.2 cm2.最近Chambers等38通过对青年锻炼者、不锻炼的健康老年人和终身锻炼锻炼史52±1年的老年人进行比拟，发现下肢肌间脂肪随增龄大幅度增加最大增幅为130%，而终身进行有氧锻炼者大腿肌间脂肪的增幅相对不锻炼者减少约50%.上述研究表示清楚，进行短期和长期的有氧锻炼均能够产生有效减少肌间脂肪含量的作用.在机制方面，Konopka等39发现12周有氧训练后，受试者大腿肌间脂肪截面积显着减少老年女性-0.79±0.38 cm2、老年男性-0.77±0.51 cm2、青年男性-0.19±0.68 cm2;P 0.05，肌肉生长抑制素myostatin与酪氨酸15位点磷酸化的细胞周期蛋白依靠性激酶2(P-CDK2(Tyr15显着降低，且肌肉生长抑制素的降低与肌间脂肪减少具有相关性r=0.41,P=0.05).de Guia等40的研究显示，骨骼肌中所含的烟酰胺磷酸核糖转移酶nicotinamide phosphoribosyltransferase,NAMPT与年龄呈负相关r2=0.297,P 0.001，进行12周有氧锻炼使其含量在青年人中增加12%、老年人中增加28%.上述研究为理解有氧锻炼改善骨骼肌代谢经过的分子机制提供了方向. 2.2.2、 抗阻力训练能够减少肌间脂肪 抗阻力训练传统上是促进骨骼肌体积和质量增大的方式方法，有研究显示这种训练也能够减少肌间脂肪.Marcus等41的研究显示，12周的离心性抗阻力训练反向用力蹬踏测功计踏板以减慢其转速后，55岁以上受试者的大腿瘦组织增加7%、肌间脂肪面积显着下降-11%,p 0.05.Lee等37对肥胖女孩使用负重器械、以8-12RM重量进行上下肢抗阻力训练3个月后，受试者大腿中部肌间脂肪面积比空白对照组显着减少-10.9±4.2 cm2.Nicklas等42使用配重片器械，采取70%1RM重量，10次×3组的方案，对肥胖老年人进行了共5个月包括上下肢和躯干等各部位练习的渐增式抗阻力训练，结果发现受试者膝关节伸肌的气力、功率及步行速度等均出现改善，大腿肌间脂肪面积显着下降-2.2±6.2 cm2.然而，也有研究显示了不同结果，Jacobs等43对有跌倒史的老年人进行了12周的抗阻力训练，采取了传统式的器械练习和肌肉离心工作的抗阻练习，结果发现2种肌肉工作方式的抗阻训练前后受试者大腿肌间脂肪和瘦组织面积均未发生显着变化；最近Aas等44的研究也显示，虚弱老年人经过10周的递增负荷抗阻力训练后，伸膝肌的气力、横截面积和密度出现显着增加，但肌间脂肪面积并没有显着变化.该2项研究的受试者均为虚弱的高龄老人，而研究显示，虚弱老年人相比于年龄体重相当的非虚弱老年人具有显着更高层次的肌间脂肪量45，这就提示虚弱老年人可能处于肌间脂肪合成经过加强的状态，故可能1012周的抗阻力训练可能尚未足以使其肌间脂肪含量出现可测量的降低，同时也提示，虚弱老年人可能更有必要进行抗阻力训练. 2.2.3 、有氧训练和抗阻力训练减少肌间脂肪效果的比拟 有氧训练的详细运动形式通常较为简单，如走、跑即可，且安全性较高，但是需要较长的运动持续时间；抗阻力训练一般需要专门器材，其练习部位和动作具有专门性，需要安全保障，但练习的净时间较短，所以2种运动方式在操作性方面各有优缺点.因而，比拟2种运动方式对肌间脂肪的干涉效果，进而为实践选择提供参考，也遭到了研究者的重视.Lee等37对肥胖女孩的研究显示，3个月的抗阻力训练腿蹬举、腿屈伸、坐位划船、卧推、臂弯举等动作，60%1RM负重，12次×2组后，受试者大腿肌间脂肪截面积较训练前显着下降，仅略低于有氧练习的减少幅度-10.9±4.2)(-13.5±4.2)cm2，但是，内脏脂肪组织和肝内脂肪含量仅在有氧练习组出现显着降低，抗阻力练习组的变化不具统计学显着性.然而Lee等46的另一篇报道却显示，在肥胖男孩中，有氧练习和抗阻力训练均有效减少内脏脂肪组织和肝内脂肪含量，该报道没有测量肌间脂肪.Deldin等47的后续报道显示，肥胖男女青少年分别进行3个月有氧练习和抗阻力练习后，肌间脂肪含量均减少且在2种运动方式的组间差异不显着.当前尚未见有更多的直接比拟有氧训练和抗阻力训练减少肌间脂肪效果的研究报道.然而，将2种运动方式相结合的研究有令人感兴趣的发现，Palumbo等48将青年女性受试者分为进行上肢抗阻力训练+下肢耐力训练组UpBdResist和下肢抗阻力训练+上肢耐力训练组LwBdResist，进行12周训练后发现，UpBdResist组其上肢的脂肪减少幅度%显着大于下肢-12.1±3.4)(-4.0±4.7),P=0.02；而LwBdResist组其下肢的脂肪减少幅度%显着大于上肢-2.3±7.0)(-11.5±8.2),P=0.02，提示在有氧耐力训练之前进行抗阻力训练，可能会特异性促使练习部位的脂肪减少.该研究没有测量肌间脂肪含量，但为将有氧训练和抗阻力训练有机结合来减少特定部位的脂肪提供了新的思路. 3、 结束语 肌间脂肪不仅与代谢性疾病和炎症经过相关，可以能通过影响代谢经过造成骨骼肌细胞的损害，甚至影响肌纤维类型转化，并与骨骼肌的活化发动能力减弱有关，进而与肌力下降和运动功能减退建立确切的联络.这种情况在老年人群中尤其值得重视.干涉研究表示清楚，运动减少能够导致肌间脂肪合成增加，而进行有氧练习和抗阻力训练均能够产生显着减少肌间脂肪的效果，但关于两者的效果比拟及能否具有协同效应尚需更为充分的研究.将来应该在各种运动干涉形式减少肌间脂肪的剂量效应关系方面展开更多研究，以探寻求索愈加有效和便于操作的运动干涉方案；并且在运动干涉减少肌间脂肪的机制层面进行愈加深切进入的探寻求索. 以下为参考文献 1 SEPULVEDA-LOYOLA W,PHU S,BANI HASSAN E,et al. The joint occurrence of osteoporosis and sarcopenia(Osteosarcopenia): definitions and characteristicsJ.J Am Med DirAssoc,2020,21(2):220-225. 2 INOUE T,MAEDA K,NAGANO A,et al. Related factors and clinical outcomes of osteosarcopenia:a narrative reviewJ. Nutrients ,2021,13(2):291. 3段好才,徐琪老年人虚弱的测评和干涉研究进展J中国康复理论与实践, 2021,21(11):1282-1286. 4 HIRSCHFELD H P,KINSELLA R,DUQUE G. Osteosarcopenia:where bone,muscle, and fat collideJ.Osteoporos Int.2021,28(10):2781-2790. 5 CHOI S J,FILES D C,ZHANG T,et al. Intramyocellular lipid and impaired myofiber contraction in normal weight and obese older adultsJJ Gerontol A Biol Sci Med Sci,2021,71(4):557-564. 6 CLEARY L C,CROFFORD L J,LONG D,et al. Does computed tomography-based muscle density predict muscle function and health-related quality of life in patients with idiopathic inflammatory myopathies?J. Arthris Care Res(Hoboken),2021,67(7):1031-1040. 7 KHOJA S S,MOORE C G,GOODPASTER B H,et al. Skeletal muscle fat and its association with physical function in rheumatoid arthritiJ Arthritis Care Res(Hoboken),2021,70(3);333-342. 8 SCOTT D,TRBOJEVIC T,SKINNER E,et al. Associations of calf inter-and intra-muscular adipose tissue with cardiometabolic health and physical function in community-dwelling older adultsJ.J Musculoskelet Neuronal Interact,2021, 15(4):350-357. 9 BERGIA R E,KIM J E,CAMPBELL W W. Differential relationship between intermuscular adipose depots with indices of cardiometabolic healthJ. Int J Endocrinol, 2021:275125 10 KIM J E,DUNVILLE K,LI J,et al. Intermuscular adipose tssue content and intramyocellular lipid fatty acid saturation are associated with glucose homeostasis in middle-agedand older adultsJ. Endocrinol Metab,20 17,32(2):257-264. 11 ZHAO Q,ZMUDAJ M.KUIPERS A L,et al. Greater skeletal muscle fat ifiltration is associated with higher ll-cause mortality among men of African ancestryJ. Age Ageing.216, 45(4):529-534. 12 MILJKOVIC I,KUIPERS AL,CAULEY J A,et al. Greater skeletal muscle fat infiltration is associated with higher allcause and cardiovascular mortality in older menJ. J Gerontol A Biol Sci Med Sci,2021,70(9):1133-1140. 13 MILJKOVIC 1,ZMUDAJ M. Epidemiology of myosteatosisJ. Curr Opin Clin Nutr Metab Care,2018,13(3).260-264. 14 COEN P M,GOODPASTER B H.Role of intramyocelluar lipids in human healthJ. Trends Endocrinol Metab,2020.23(8):391-398. 15 L X,LI Z,ZHAO M,et al. Skeletal muscle lipid droplets and the athlete s paradoxJ. Cells 2022,8(3):E249. 16 DURHEIM M T,SLENTZ C A,BATEMAN L A,et al. Relationships between exercise induced reductions in thigh intermuscular adipose tissue ,changes in lipoprotein particle size,and visceral adiposityJ. Am J Physiol Endocrinol Metab,2008 ,295(2):407-412. 17 KONOPKAA R,WOLFF C,SUER M K,et al. Relationship between intermuscular adipose tissue infiltration and myostatin before and after aerobic exercise trainingJ. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol,2021,315(3):461-468. 18徐隽斐,陶枫，顾逸梦， 等从“脾主肌肉 谈骨骼肌间脂肪与胰岛素抵抗的关系J.上海中医药杂志, 2021,50(10):16-19. 19于夫尧，孙鹤,孟燕，等骨骼肌脂肪量化的影像学评价及其在2型糖尿病中的临床价值研究J磁共振成像， 2021,9(11):862-868. 20 DELMONICO M J.HARRIS T B,VISSER M,et al. Longitudinal study of muscle strength,quality, and adipose tissue infilrationJ. Am J Clin utr,2018,90(6):1579-1585. 21 BEAVERS K M,BEAVERS D P,HOUSTON D K,et al. Associations between body composition and gait-speed decline:results from the health, aging,and body composition studyJ. Am J Clin Nutr,2020,97(3);552-560. 22 MARCUS R L.ADDISON O,DIBBLE LE,et al. Intramuscular adipose tissue ,sarcopenia and mobility function in older individualsJ. J Aging Res ,2020 ,2020:629637. 23 ALTUBASI 1. Physical performance of elderly adults in association with thigh tissue composition:a cross-sectional studyJ. J Phys Ther Sci,2021,29(12):2194-2198. 24 SCOTT D,TRBOJEVIC T,SKINNER E,et al. Associations of calf inter- and intra-muscular adipose tissue with cardiometabolic health and physical function in community-dwelling older adultsJ. J Musculoskelet Neuronal Interact,2021, 15(4):350-357. 25 TUMOVA J,ANDEL M,TRNKAJ Excess of free fatty acids as a cause of metabolic dysfunction in skeletal muscleJ Physiol Res 2021,65(2):193-207. 26 MASTROCOLA R,COLLINO M.NIGRO D,et al. Accumulation of advanced glycation end-products and activation of the SCAP/SREBP lipogenetic pathway occur in diet-induced obese mouse skeletal muscleJ PLoS One,2021, 10(3):e0119587. 27 CL ARK B C,MANINI T M,WAGES NP,et al. Voluntary vs eletrically stimulated activation in age-related muscle weaknessJ. JAMA Netw Open,2022,2(9):e1912052. 28 TOMLINSON D J,ERSKINE R M,MORSE C I,et al. Combined effects of body composition and ageing on joint torque ,muscle activation and co-contraction in sedentary womenJ Age(Dordr),2020,36(3):9652. 29 YOSHIDA Y,MARCUS R L,LASTAYO P C. Intramuscular adipose tissue and central activation in older adultsJ. Muscle Nerve,2020,46(5):813-816. 30 KUMAR D,KARAMPINOS D C,MACLEOd T D,et al. Quadriceps intramuscular fat fraction rather than muscle size is associated with knee osteoarthritisJ. Ostearthritis Cartilage, .2020,22(2):226-234. 31 AKAZAWA N,HARADA K, OKAWA N,et al. Muscle mass and intramuscular fat of the quadriceps are related to muscle strength in non-ambulatory chronic stroke survivors:A cross- sectional studyJ. PLoS One,2021, 13(8):e0202189. 32 TUTTLE L J,SINACORE D R,CADE W T,et al. Lower physical activity is associated with higher intermuscular adipose tssue in people with type 2 diabetes and peripheral neuropathyJ. Phys Ther,2018,91(6):923-930. 33 MANINI T M,CLARK B C,NALLS M A,et al. Reduced physical activity increases intermuscular adipose tissue in healthy young adutsJ Am J Clin Nutr, 2007,85(2)-.377-384. 34 PAGANO A F,BRIOCHE T.ARC-CHGNAUD C,et al. Short-term disuse promotes ftty acid infiltration into skeletal muscleJ. J Cachexia Sarcopenia Muscle,2021.,9(2)-335-34 35 DURHEIM M T,SLENTZ C A.BATEMAN L A.et al. Relationships between exercise-induced reductions in thigh intermuscular adipose tissue .changes in lipoprotein particle size,and visceral adiposityJ Am J Physiol Endocrinol Metab,2008,295(2):E407-412. 36 MURPHY J C,MCDANIEL J L,MORA K,et al. Preferential reductions in intermuscular and visceral adipose tissue with exercise-induced weight loss compared with calorie restrictionJ. J Appl Physiol(1985).2020.112(1):79-85. 37 LEE S,DELDIN A R,WHITE D,et al. Aerobic exercise but not resistance exercise reduces intrahepatic lipid content and visceral fat and improves insulin sensitivity in obese adolescent girls:a randomized controlled tialJ. Am J Physiol Endocrinol Metab,2020,305(10):E1222-1229. 38 CHAMBERS T L,BURNETT T R,RAUE U,et al. Skeletal muscle size function, and adiposity with lifelong aerobic exerciseJ. J Appl Physiol,2020,128(2):368-378. 39 KONOPKAA R,WOLFF C A,SUER M K,et al. Relationship between intermuscular adipose tissue infiltration and myostatin before and after aerobic exercise trainingJ. Am JPhysiol Regul Integr Comp Physiol,2021,315(3):R461-R468. 40 DE GUIA R M.AGERHOLM M,NIELSEN T S,et al. Aerobic and resistance exercise training reverses age-dependent decline in NAD+salvage capacity in human skeletal musclJ. Physiol Rep .2022,7(12):e14139. 41 MARCUS R L.ADDISON O,KIDDE J P,et al. Skeletal muscle fat ifiltration:impact of age,inactivity,.and exerciseJJ Nutr Health Aging,2018, 14(5):362-366. 42 NICKLAS B J,CHMELO E,DELBONO O,et al. Effects of resistance training with and without caloric restriction on physical function and mobility in overweight and obese oldeadults:a randomized controlled trialJ. Am J Clin Nutr,2021, 101(5):991-999. 43 JACOBS J L,MARCUS R L,MORRELL G,et al. Resistance exercise with older fllers:its impact on intermuscular adipose tissueJ. Biomed Res Int,2020,2020:398960. 44 AAS S N,BREIT M,KARSRUD S,et al. Musculoskeletal adaptations to strength training in frail elderly:a matter of qua