運動訓練對脂質和脂蛋白的影響機制

魏維維

(余姚市衛生進修學校大內科,浙江 余姚 315400)

心血管疾病是全球面臨的一個主要公共衛生問題,在中國約有3.3億心血管疾病患者,需有效策略來管理心血管疾病并改善患者預后。脂質和脂蛋白濃度低于理想水平是我國成年人的常見問題,同時也是心血管疾病發病率和死亡率的重要危險因素。醫療技術的進步、醫療管理的改善和生活方式的改變無疑促進了心血管疾病的整體改善,在過去20年里,心血管疾病相關死亡率下降了23%,而運動訓練,特別是與飲食調整相結合,已被證明可以改善心血管疾病的預后[1]。運動訓練在表觀遺傳的調節、衰老、改善2型糖尿病患者血糖控制以及胰島素敏感性和抵抗、預防心血管疾病以及多發性硬化癥、肺疾病、帕金森病等方面具有重要意義。雖然運動訓練對脂質代謝的影響以前已有文獻和綜述,但運動對血脂和脂蛋白的長期或短期影響尚未得到類似的關注。本研究回顧現有文獻中有關運動訓練對人類血脂和脂蛋白產生的影響,并結合血脂在心血管疾病中可能發揮的作用。

1 脂質和脂蛋白組成與分類

膽固醇可以從飲食中獲得(外源性脂質),也可以從頭合成(內源性脂質)。在哺乳動物中,肝臟是膽固醇合成的主要部位,血漿膽固醇和三酰甘油由脂蛋白運輸。脂蛋白是一種大的球狀顆粒,含有非極性脂質(膽固醇酯或三酰甘油)的油性內核,周圍是磷脂、游離(即未酯化)膽固醇和載脂蛋白的極性外殼。脂蛋白最常根據其重力密度進行分類,目前已發現六類脂蛋白,其大小和密度不同,核心中三酰甘油和膽固醇酯的相對比例不同,表面載脂蛋白的性質不同,這些類別包括乳糜微粒、乳糜微粒殘留、極低密度脂蛋白(VLDL)、中密度脂蛋白(IDL)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)[2]。每類脂蛋白都有一個或多個特定的合成和分解代謝組織,并與脂質轉運中的特定作用有關。肝臟分泌的極低密度脂蛋白將三酰甘油轉運至脂肪組織和肌肉。在毛細血管中,三酰甘油通過脂蛋白脂酶(LPL)的作用從VLDL中去除,因此,VLDL尺寸減小并作為含膽固醇酯的IDL返回循環,而IDL顆粒可以被肝臟吸收,或者它們可以進一步水解并轉化為LDL。

2 脂質、脂蛋白與心血管疾病

動脈粥樣硬化是一種動脈內膜或內膜疾病,首先出現脂肪條紋,隨后形成動脈粥樣硬化,伴有膽固醇和膽固醇酯的積累,形成瘢痕和鈣化,動脈粥樣硬化的重要表現包括心絞痛和心肌梗死。Ross在1986年對動脈粥樣硬化的過程進行了概述,該過程是一個多因素級聯事件,基于動脈內皮層初始損傷的假設,成熟斑塊的形成涉及幾個步驟,最終會阻礙血流并導致阻塞遠端組織缺血,血栓形成通常是導致冠狀動脈完全閉塞并最終可致心肌梗死[3]。盡管LDL似乎在動脈粥樣硬化的進展中起重要作用,但HDL的作用可能同樣重要。HDL可能通過清除外周組織和循環中的脂質并將其運送到肝臟進行代謝來發揮其影響,而低血漿HDL水平與未來缺血性事件的危險因素有關,如高膽固醇血癥、高三酰甘油血癥、男性、肥胖和糖尿病[4]。有人提出,HDL的減少可能通過損害膽固醇從動脈壁的清除而加速冠心病的發展。此外,血脂譜的改變有利于HDL的升高和LDL的降低,這似乎在冠心病的一級預防中是有效的。

3 運動訓練

運動訓練被定義為任何形式的身體活動,專門針對身體各項運動能力進行,包括力量訓練、速度訓練、有氧、無氧耐力訓練、柔韌和協調訓練等,可以提高心率和呼吸量,與藥物相比,運動訓練更容易進行,副作用也更少。對運動和血脂的多項薈萃分析得出結論,運動可以對癥狀和身體健康產生積極影響[5]。Ekelund等在2016年調查了運動和不運動對全因死亡率的影響,通過分析坐著和運動的持續時間,來分析運動與不運動對心血管疾病死亡率的影響,與運動組相比,長時間久坐的人死亡率高出12%～59%。因此,2015年歐洲心臟病學會建議,所有心血管疾病患者均應盡自己所能至少運動150 min/w,5 d/w;或75 min的劇烈運動,3 d/w。

3.1運動訓練與高密度脂蛋白HDL-C:HDL的動脈粥樣硬化保護特性包括逆向膽固醇運輸,抑制血管炎性反應和減少氧化應激。眾所周知,運動可以提高HDL-C水平,但它對其功能的影響尚不清楚。一些運動干預提供了改善HDL-C功能的證據,包括膽固醇外排能力(CEC)、抗氧化和抗炎特性。逆向膽固醇轉運是HDL在外周接受膽固醇并將其轉運到肝臟排泄的途徑,其中巨噬細胞特異性膽固醇外排是逆向膽固醇轉運過程的第一步,被認為是HDL抗動脈粥樣硬化的關鍵機制之一。大量動物和人類研究表明,CEC與CVD的發病率之間存在強烈的負相關關系,與HDL-C水平無關[6]。相反,HDL其他假定動脈粥樣硬化保護功能的潛在臨床應用尚未建立,并且由于缺乏可重復和有效的分析而受到限制。氧化脂質對正常生理功能具有廣泛的危害作用。氧化LDL脂有助于動脈粥樣硬化的發生和進展。HDL顆粒具有多種抗氧化功能,可以防止氧化脂質的影響。HDL通過代謝脂質氫過氧化物并阻止其在LDL上的積累來抑制LDL的氧化和隨后的動脈粥樣硬化LDL。此外,HDL可以吸收脂質過氧化物,脂質氧化的副產物,并將其運輸到肝臟排泄。最近的兩項研究也證實了急性和慢性運動對HDL脂質過氧化轉運功能的影響,24名耐力運動員在跑步機跑步到精疲力竭后,氧化HDL的濃度顯著增加了24%,并在15 min的恢復期間保持升高,而氧化LDL的濃度下降了19%,導致氧化HDL與氧化LDL的比例在跑步機跑步后立即增加了55%,在15 min恢復后仍保持升高,結果表明急性運動可以提高脂質過氧化轉移到HDL,并反向運輸到肝臟進行清除[7]。

3.2運動與低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C):血漿中LDL是運輸內源性膽固醇的主要載體,LDL通過結合其細胞膜上的LDL受體被降解和轉化。LDL受體功能缺陷總是伴隨血漿LDL-C清除能力降低,最終會造成動脈內膜粥樣斑塊形成。LDL-C濃度與冠心病的發病率有明顯正相關,LDL-C也成為評價個體冠心病發生的危險因素的一個重要指標,因此有必要明確運動訓練對LDL-C的影響。一些研究表明,單獨的運動訓練不會改變空腹血LDL-C水平,除非這一時期研究對象的體重也發生了變化。此外,研究統計表明,每公斤體重減輕導致LDL-C降低約0.8 mg/dl。盡管目前關于運動訓練對LDL-C反應的結果并不一致,但研究仍然表明LDL-C亞組分可能具有重要的心臟保護功能[8]。根據顆粒大小和密度高低不同,可將LDL分為不同的亞組分,與心血管疾病直接相關的是形態更小、密度更大的LDL顆粒。研究人員發現在一些輕度至中度血脂異常患者中,運動訓練幾個月后,LDL-C無明顯變化,但致動脈粥樣硬化的LDL顆粒濃度下降,顆粒平均尺寸增大。因此,運動訓練對LDL-C的影響可能還需要對LDL-C亞組分進行關注。

3.3運動與三酰甘油:三酰甘油濃度與冠狀動脈疾病風險之間獨立關聯的數據是模棱兩可的,其中一個重要混淆因素是富含三酰甘油的脂蛋白的異質性:較大的富含三酰甘油的顆粒被認為與冠狀動脈疾病風險無關,而較小(和更密集)的顆粒被認為是導致動脈粥樣硬化的主要原因。運動鍛煉能夠增強身體的代謝能力,加強身體對于脂質的代謝和利用,合理的運動鍛煉,對于促進三酰甘油轉化為LDL,加強三酰甘油的運轉和消化,都是非常有益的做法。在健康的久坐男性中,阻力運動可降低乳糜微粒內的三酰甘油和膽固醇,在超重/肥胖的糖尿病前期男性中,內源性和膳食衍生的FA摻入乳糜微粒三酰甘油和富含三酰甘油的脂蛋白[9]。有氧運動和(或)阻力運動可降低總膽固醇和LDL,并增加HDL-C。其次,運動鍛煉能夠減少內臟脂肪,肝臟是膽固醇代謝運轉的重要器官,而如果肝臟周圍出現較多的脂肪堆積,會影響肝臟的脂質代謝功能以及糖代謝能力,出現胰島素抵抗以及脂質代謝異常等方面的問題,運動鍛煉可以有益于改善肝臟周圍的脂肪堆積,改善和提高肝臟功能,從而加強三酰甘油的代謝能力。肌肉三酰甘油脂肪分解是由高強度運動刺激的,因此在高強度運動后,雖然脂肪分解立即減少,但會增加游離脂肪酸釋放到血漿中,此外,一項研究顯示,馬拉松運動員在完成長時間的耐力訓練后,血三酰甘油降低和甘油濃度成比例升高,此外還報道了血糖濃度顯著升高、不飽和血FA延長和(或)減少,以及氨基酸產生和血液釋放增加[10]。

3.4運動與血脂水平:目前已有研究證實總膽固醇與冠狀動脈疾病的關系密切。一項針對40～55歲中年男性的研究顯示,隨著運動強度的增加,跑步運動降低血脂的效果趨于減弱,中低強度有氧運動(達最大耗氧量的30%～60%)降低血脂的效果好于高強度有氧運動(達最大耗氧量的61%～75%)。經過6個月的快走或慢跑運動,訓練者血液中總膽固醇水平明顯下降。研究顯示,鍛煉時有效運動時間達到30～60 min/次,鍛煉1次/d,鍛煉5 d/w,采用這個強度進行鍛煉,鍛煉的有效運動時間達到}即可起到有效改善血脂異常的作用,有效運動時間達到60 min時改善血脂異常的效果更好。另一項研究表明,運動顯著改善了絕經后婦女的總膽固醇指標,并發現水上運動是改善總膽固醇水平的最佳運動,并且可以顯著改善血脂異常人群的總膽固醇水平[11]。水上運動改善總膽固醇水平的機制可能與以下因素有關:運動時,人體對能量物質的消耗和代謝產物的排泄比安靜時要高。由于水環境的特殊性,在水中運動的阻力比在陸地上運動要大,在水中進行同樣速度的運動所消耗的能量大約是在陸地上運動的6倍。總膽固醇指數的顯著改善也可能與LDL-C的降低有關,LDL-C在總膽固醇中所占比例較高,本研究表明運動可以顯著改善絕經后婦女LDL-C,因此,LDL-C的降低可能是總膽固醇降低的另一個原因。

4 潛在機制

脂蛋白脂肪酶(LPL)是三酰甘油脂蛋白分解代謝的關鍵酶,因此,LPL被認為促進脂質從乳糜微粒和VLDL向HDL的轉移。LPL是一種毛細血管結合酶,可水解循環乳糜微粒和VLDL中的三酰甘油,使游離脂肪酸(FFA)可被周圍組織吸收。盡管LPL存在于大多數身體組織中,但LPL活性最高的組織是氧化(心臟和骨骼肌)和酯化(脂肪組織)大量FFA的組織。因此,LPL在調節血清三酰甘油、脂肪細胞脂質儲存和肌肉燃料供應方面是重要的。陳文祥等[12]發現通過長時間的高強度運動能夠急劇增加LPL的活性,此外,LPL活性的增加可能介導了三酰甘油的降低和HDL的增加,而且進一步觀察到HDL升高是由于HDL顆粒的脂質富集增加,而不是主要HDL載脂蛋白的增加。因此,LPL似乎是導致運動引起的血脂和脂蛋白譜變化的機制之一。

膽固醇酯的合成主要發生在血漿中,通過C-2脂肪酸從卵磷脂轉移到游離膽固醇,這個反應是由一種叫做卵磷脂膽固醇脂酰基轉移酶(LCAT)的血漿酶催化的。由于LCAT被載脂蛋白A激活,大部分膽固醇酯是由HDL上的游離膽固醇形成的,因為該顆粒上有大量的載脂蛋白A。隨著攝取膽固醇酯的增加,HDL的大小逐漸增加然后形成HDL3,再逐漸演變為HDL2。因此,LCAT活性的增強可能會增加HDL水平,特別是HDL2亞組分。

肝三酰甘油脂酶(HTGL)似乎參與了HDL和LDL通過門靜脈循環時膽固醇的清除,有研究表明,運動后HTGL活性的降低會導致HDL水平升高,有學者報道過類似的結果。但在一項研究中,訓練組和未訓練組男性進行周期幾何運動后,在校正血漿體積變化后,未觀察到HTGL活性變化。因此,需要更多的數據來發現HTGL在短期運動誘導的血漿脂質和脂蛋白反應中可能發揮的作用。

綜上,運動訓練可能對改善血脂和脂蛋白水平有效,且運動對于心血管疾病患者至關重要,應提倡與傳統藥物治療同時進行,或在某些情況下代替傳統藥物治療。然而,大多數運動訓練研究中存在的方法學問題限制了就運動訓練對不同性別、不同種族人群血脂和脂蛋白水平的影響得出基于證據的有效結論,未來應該對此進行更深入的研究,以確認運動強度、運動持續時間和總能量消耗對血脂和脂蛋白水平變化的相對重要性的研究。