心肺耐力與不同代謝表型肥胖青少年脂代謝靈活性的相關性研究

【摘要】背景目前，中國肥胖青少年數量急劇增加，青春期肥胖不僅與代謝性疾病密切相關，還是成年期冠心病死亡的危險因素。脂代謝靈活性被視為衡量機體代謝健康水平的重要指標。研究證實心肺耐力與脂代謝靈活性相關，但缺少在不同代謝表型肥胖青少年中的研究。目的探究心肺耐力在代謝異常型肥胖（MUO）青少年和代謝健康型肥胖（MHO）青少年中與脂代謝靈活性的關系。方法選取參與2022—2023年深圳減肥夏令營的肥胖青少年91名，按照《中國兒童代謝健康型肥胖定義與篩查專家共識》標準劃分為MUO組35人，MHO組56人。使用氣體代謝分析儀與心率表采集受試者靜息代謝測試、遞增負荷跑臺測試的氣體代謝數據和心率數據；根據心率－攝氧量關系推算最大攝氧量（ VO_2max ）；通過三階數多項式擬合曲線求得最大脂肪氧化速率（MFO）或與之對應的最大脂肪氧化強度（ FAT_max ）反映脂代謝靈活性。使用線性回歸分析 VO_2max 與MFO和 FAT_max 的關系。結果兩組肥胖青少年總體MFO為 5.54±1.37）mg?min^-1?kg^-1 ， FAT_max 為（ 4.19±0.87 ）MET。MUO組BMI、收縮壓、舒張壓、三酰甘油水平高于MHO組，高密度脂蛋白膽固醇水平低于MHO組（ Plt;0.05 ）。調整前，MUO組的MFO低于MHO組（ Plt;0.05 ）；調整 VO_2max 后，兩組肥胖青少年MFO比較，差異無統計學意義（ Pgt;0.05 ）；調整前、調整 VO_2max 后，兩組肥胖青少年FAT_max 比較，差異均無統計學意義（ Pgt;0.05 ）。總體（ B=0.077 ， 95%CI=0.011～0.144 ， P=0.023 ）及MHO組（ B=0.105 ，95%CI=0.027～0.182 ， P=0.009 ）肥胖青少年的 VO_2max 與MFO呈正相關；MHO組（ _B=0.057 ， 95%CI=0.003～0.11 1，P=0.041 ）肥胖青少年的 VO_2max 與 FAT_max 呈正相關；MUO組肥胖青少年的 VO_2max 與MFO和 FAT_max 并無線性關系（ Pgt;0.05 ）。結論MUO青少年的MFO低于MHO青少年；跑步運動時，不同代謝表型肥胖青少年在（ 4.19±0.87 ）MET強度即可達到MFO。心肺耐力是影響 MHO青少年脂代謝靈活性的關鍵因素，MUO青少年可能需轉變為MHO青少年，促進脂代謝靈活性提升。

【關鍵詞】肥胖癥；心肺耐力；脂代謝靈活性；代謝健康型肥胖；代謝異常型肥胖；青少年【中圖分類號】R589.25【文獻標識碼】A DOI：10.12114/j.issn.1007-9572.2024.0237

Correlation between Cardiorespiratory Fitness and Lipid Metabolic Flexibility in Obese Adolescents with Different Metabolic Phenotypes

QINYuling ZHULin CHENGGuodong XIEWeijun

l.Graduate School，Guangzhou Sport University，Guangzhou 5105oo，China

2.GuangdongProvincialKeyLaboratoryofPhysical Activityand HealthPromotion，Guangzhou51o5oo，China

Corresponding author：ZHU Lin，Professor/Doctoral supervisor；E-mail：1l251@gzsports.edu.cn

【Abstract】Background Currently，the number of obese adolescents in China is increasing dramaticaly，and adolescentobesityisnotonlycloselyrelatedtometabolicdiseases，butalsoariskfactorforcoronaryheartdiseasemortalityin adulthood.Lipidmetabolicflexibilityisregardedasanimportantindicatorofthemetabolichealthofanorganism.Studiesconfim thatcardiorespiratoryfitnessisassociatedwithlipidmetabolicfexibility，butarelackinginobeseadolescentswithierent"metabolicphenotypes.ObjectiveToinvestigatetheasociationofcardiorespiratoryfitnesswithlipidmetabolicflexibilityin metabolicallyunhealthyobesity（MUO）adolescents and metabolicall healthy obesity（MHO）adolescents.MethodsNinetyoneobeseadolescents were selected to participate inthe Shenzhen WeightLossCamp（2O22-2O23），andwere divided into 35 inthe MUO groupand56 in the MHO group in accordance with the \"Expert ConsensusontheDefinition and Screening of MetabolicalyHealthyObesityinChineseChildren\".Thegas metabolismdatafromtheresting metabolic test，incrementalload treadmilltst and heartrate data were collcted using agas metabolism analyzer anda heartrate meter；the maximum oxygen uptake （ VO_2max ）was estimated based on the heartrate-oxygen uptake relationship；and the third-order polynomial fiting curve was used to obtain the maximalfat oxidation rate（MFO）or the corresponding maximal fat oxidation intensity（ FAT_max ）to reflect theflexibilityof lipid metabolism.The linear regression analysis was used to explore the correlation between ΔV0_2max and MFO and FATmax.ResultsThe overall MFO and FAT of the two groups were （ 5.54±1.37）mg?min^-1?kg^-1 and （ 4.19±0.87 ）MET. max

The BMI，systolic blood pressure，diastolic bloodpressure，and triacylglycerollevels inthe MUO group were higherthanthose in the MHO group，and the level of high-density lipoprotein cholesterol was lower than thatinthe MHO group （ Plt;0.05 ）.Before adjustment，the MFO in the MUO group was lower than that in the MHO group （ Plt;0.05 ）；after adjustment for VO ，the 2max difference in MFO between the two groups of obese adolescents was not statistically significant（ Pgt;0.05 ）；before adjustment and after adjusting ΔV0_2max ，there was no statistically significant difference between the two groups of obese adolescents when comparing （20 FAT_max （ Pgt;0.05 ） ΔVO_2max was positively correlated with MFO in obese adolescents in the overall（ B =0.077，95%CI=0.011- 0.144， P =0.023） and MHO groups （ B =0.105，95%CI=0.027-0.182， P =0.009）； ΔV0_2max was positively correlated with （20號 FAT_max in obese adolescents in the MHO group（ B =0.057，95%CI=0.003-0.111， P =0.041）； V0_2max was not linearly related to MFO and FAT in obese adolescents in the MUO group（ Pgt;0.05 ）.Conclusion MUO adolescents have lower MFO than MHO max

adolescents；during running exercise，obese adolescents with diferent metabolic phenotypes could reach MFOat（ 4.19±0.87 ） METintensity.Cardiorespiratory fitness isakeyfactorinfluencing lipid metabolic flexibility inMHOadolescents，and MUO adolescents may need to be transformed into MHO adolescents to promote lipid metabolic flexibility.

【Keywords】Obesity；Cardiorespiratory fitness；Lipid metabolic flexibility；Metabolically healthyobesity; Metabolicallyunhealthyobesity;Adolescents

中國青少年的肥胖患病率持續上升，近年來呈進發式增長「1-2]。脂代謝靈活性是機體根據燃料的可用性調整脂肪底物的能力，被認為是反映代謝健康的重要指標[3］。肥胖的典型特征是脂肪氧化能力降低，從而出現骨骼肌內三酰甘油（triglyceride，TG）堆積促使二酰甘油和神經酰胺物質增高，導致胰島素抵抗，降低脂代謝靈活性[4-5] ○

遞增負荷運動是一種非侵入性且安全有效測定骨骼肌脂代謝靈活性的方式，通過最大脂肪氧化速率（maximumfat oxidation rate，MFO）[6-7]或與之對應的最大脂肪氧化強度（maximumfatoxidationintensity，FAT_max ）反映[3，8]。研究發現，在代謝健康型肥胖（metabolicallyhealthyobese，MHO）青少年與代謝異常型肥胖（metabolicallyunhealthy obese，MUO）青少年橫斷面研究中僅使用高胰島素－正葡萄糖鉗夾（hyperinsulinemic-euglycemic clamp，HEC）反映MUO青少年糖代謝的靈活性較差[9]。然而，脂代謝靈活性在肥胖青少年群體中是否因不同代謝表型區分而有所差異尚不清楚。

心肺耐力（cardiorespiratory fitness，CRF）與心血管疾病發生風險及預后密切相關[10]。世界衛生組織將最大攝氧量（maximal oxygenuptake， VO_2max ）視為評價 CRF的最佳指標[1]。研究表明， VO_2max 與MFO和FATmax間的正相關程度受年齡、性別、肥胖的影響[12-15]。但是，兩者的關系是否受代謝表型肥胖的分型影響還有待確認。

因此，本研究在比較MUO與MHO青少年遞增負荷運動狀態時的脂代謝靈活性基礎上，進一步分析CRF與兩組脂代謝靈活性的關系，旨在為不同代謝表型肥胖青少年細化運動處方提供理論基礎，也為肥胖青少年防控肥胖和優化代謝健康提供更多資料。

1對象與方法

1.1 研究對象

根據《學齡兒童青少年超重與肥胖篩查：WS/T586—2018》［16］標準于2022—2023年從廣東省深圳減肥夏令營中招募10＼～17歲110名肥胖青少年為研究對象。納入標準：（1）平時未進行規律的體育運動；（2）配合研究人員完成相關測試；（3）通過運動風險篩查。排除標準：（1）患有嚴重肥胖并發癥；（2）服用藥物治療的肥胖青少年。本研究共納入91名肥胖青少年，根據《中國兒童代謝健康型肥胖定義與篩查專家共識》[17]標準和血壓異常標準[18]劃分為MUO組35人，MHO組56人。該研究獲得廣州體育學院倫理委員會審批（2023LCLL-36），受試者及監護人均對本研究方案知情并同意。

1.2 研究方法

1.2.1身體形態學指標測量：采用身高計和體重秤測量受試者身高和體質量，身高以 cm 為單位，體質量以 kg 為單位，根據結果計算 BMI= 體質量/身高2（ kg/m² ），精確到小數點后1位。

1.2.2血壓測量：使用歐姆龍電子血壓計測量受試者血壓，測試部位為左臂肱動脈。受試者在清晨測試前靜坐 3～5min ，至少測試2次，每次間隔 1～2min ，取其中數值最接近的2次平均值作為受試者收縮壓（systolicpressure，SBP）、舒張壓（diastolic pressure，DBP）。

1.2.3血液指標測試：于清晨8：00采集受試者空腹（前1晚21：00后禁食）肘靜脈血液 3～5mL ，統一送往深圳市龍城醫院檢測。空腹血糖（fastingplasma glucose，FPG）采用葡萄糖氧化酶法檢測，TG、高密度脂蛋白膽固醇（high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C）使用酶聯免疫分析法檢測。

1.2.4靜息代謝測試：測試前要求受試者至少 24h 內無劇烈運動， ^12h 內不飲咖啡等刺激類飲品[19]。受試者到達測試房間（室溫 25～27°C ），靜坐休息 20min 后佩戴氣體代謝分析儀（CortexMetaMax3B，CORTEX，德國）、心率表（H7，Polar，芬蘭）進行 15min 的靜息代謝測試，測試前 10min 為適應期，截取平穩的后 5min 數據進行分析［平穩含義為 CO₂ 呼出量（ VCO₂ ）和 0₂ 吸入量（ VO₂ ）的變化量 lt;10% ]。

1.2.5遞增負荷測試：靜息代謝測試結束后，受試者在相同環境完成遞增負荷跑臺測試，初始速度為 3km/h （慢走），逐級遞增 4km/h （步行）、 5km/h （快走）、6km/h （慢跑）、 7km/h （快跑）。測試終止標準為受試者力竭；心率（heartrate，HR） gt;90% 最大心率（ maximum heart rate， HR_max ）；呼吸交換比（respiratoryexchange ratio，RER） gt;1.0^[20] 。遞增負荷跑臺測試每級 1～3min 為適應期，截取 4～5min 的 VCO₂ 和 VO₂ 的平均值進行后續分析。使用Frayn公式[21]脂肪氧化速率（fat oxidation，FO）（ g/min ） =1.67×VO₂ （ L/min ）-1.67×VCO₂ （ L/min ）計算不同速度下的FO；根據靜息與運動時的 VO₂ ，計算不同速度下的運動強度（以MET為單位）；通過 0rigin 2022 的三階數多項式擬合曲線計算相對體質量的MFO（ mg?min^-1?kg^-1 ）和 FAT_max （MET）。推算 VO_2max 的方法是根據遞增負荷試驗過程中采集每個速度最后30s的HR和 VO₂ 數據基礎上建立 的線性關系，然后將 HR_max （ HR_max=220- 年齡）帶入線性公式中即可計算［22-23]。此種方式推測的VO2max 和實測值具有顯著相關（r=0.99）〔23]

1.3 統計學分析

數據分析采用SPSS26.0軟件，經Shapiro-Wilk檢驗后符合正態性分布的連續型資料以 ）表示，兩組間比較采用獨立樣本 Φ_t 檢驗；性別構成比以相對數表示，組間比較采用 χ² 檢驗。采用協方差分析調整VO_2max 后比較兩組MFO和 FAT_max 差異。將年齡和性別作為協變量，使用線性回歸分析探究 VO_2max 與不同代謝表型肥胖青少年MFO和 FAT_max 的關系。以 Plt;0.05 為差異有統計學意義。

2結果

2.1 肥胖青少年基本特征

91名肥胖青少年中包含男50名、女41名，平均年齡（ 12.8±1.8 ）歲。MUO組與MHO組年齡、性別、身高、體質量、FPG、 VO_2max 比較，差異無統計學意義（ Pgt;0.05 ）；MUO組BMI、SBP、DBP、TG水平高于MHO組，HDL-C水平低于MHO組，差異有統計學意義（ Plt;0.05 ），見表1。

2.2不同代謝表型肥胖青少年MFO和 FAT_max 比較

兩組肥胖青少年總體MFO為（ 5.54±1.37 ）mg?min^-1?kg^-1 ， FAT_max 為 （4.19±0.87 ）MET。調整前，MUO組的MFO低于MHO組，差異有統計學意義0 Plt;0.05 ）；調整 VO_2max 后，兩組肥胖青少年MFO比較，差異無統計學意義（ Pgt;0.05 ）；調整前、調整 VO_2max 后，兩組肥胖青少年 FAT_max 比較，差異均無統計學意義（ Pgt;0.05 ），見表2。

2.3 VO_2max 與不同代謝表型肥胖青少年MFO和FAT_max 的線性回歸分析

分別以不同代謝表型肥胖青少年MFO、 FAT_max 為因變量（賦值：實測值），以 VO_2max 為自變量（賦值：實測值），以性別（賦值：男 ⁼¹ ，女 ⁼² ）和年齡（賦值：實測值）為協變量進行線性回歸分析，結果顯示，總體（ _B=0.077 ， 95%CI=0.011～0.144 ， P=0.023 ）及MHO組（ B=0.105 ， 95%CI=0.027～0.182 ， P=0.009 ）肥胖青少年的 VO_2max 與MFO呈正相關；MHO組（ B=0.057 ，95%CI=0.003～0.111 ， P=0.041 ）肥胖青少年的 VO_2max 與FAT_max 呈正相關；MUO組肥胖青少年的 VO_2max 與MFO和 FAT_max 并無線性關系（ Pgt;0.05 ），見表3、4。

3討論

青春期肥胖會導致患心臟代謝疾病風險增加，包括2型糖尿病、非酒精性脂肪性肝病、高血壓、血脂異常等［24]。而代謝性疾病又加劇機體慢性炎癥從而增加肥胖程度［25]，因此青春期這一年齡段的肥胖與代謝異常惡性循環問題值得被重視。代謝靈活性源于Randle循環，其機制是底物氧化循環競爭抑制[26]。脂代謝靈活性作為評估機體代謝健康的重要方面，一旦受損機體表現為運動過程中脂肪氧化能力受限，從而出現脂肪堆積加重肥胖［26]。已有研究表明CRF在成人肥胖和健康群體中與脂代謝靈活性呈正相關[7，12-13]。但此種關系是否受到代謝異常的影響尚不明確，因此針對肥胖青少年有必要按照不同代謝表型區分并討論兩者間的關系。

本研究結果顯示，MHO組的MFO顯著高于MUO組的差異在調整 VO_2max 后消失，并且 VO_2max 顯著正向影響MHO 組的MFO，說明CRF是影響MHO青少年MFO的關鍵因素。高CRF有助于提升機體供氧能力從而加速氧運輸，增加線粒體生物合成和脂肪酸轉運，加快對脂肪組織的分解［26]。AMARO-GAHETE等 [7] 的研究顯示，CRF與MFO呈正相關（ β=0.072 ），本研究結果與之相似，肥胖受試者增加CRF可能有助于增加MFO。同樣在健康人群中，WALDMAN等［14]和SAN-MILLAN等[27]發現按照不同CRF分組后的女性與男性中，耐力訓練受試者擁有更高的MFO。而對于MUO青少年，并沒有發現 VO_2max 和MFO的線性關系。這與高峰等［28］發現高CRF代謝綜合征中年患者MFO相較于低CRF更高[ （165.18±15.65）mg/min 與（ 140.08±17.31 ）mg/min 結果不一致。出現差異的可能原因：其一是代謝綜合征與代謝異常嚴重程度不一，其二是受到測試儀器或研究對象的年齡和肥胖等因素干擾。另外，本研究考慮可能原因是代謝異常在肥胖青少年群體中對MFO的不利影響大于CRF的積極影響。大量研究證實代謝異常會阻礙機體空腹靜息狀態脂肪氧化從而出現肥胖與代謝異常之間的惡性循環。FERRO等［29]、MONTALCINI等［30］和CARNERO等[31]發現高血壓、高血脂、2型糖尿病患者的靜息RER相較于正常受試者升高，表明機體靜息狀態時脂肪氧化能力受損。靜息狀態特別是機體空腹時，脂代謝靈活性的表現主要取決于肝臟對葡萄糖輸出抑制控制能力，而運動狀態骨骼肌對能源需求占 95% 以上[32]，更能體現對脂代謝的調節能力［26]CAO等[33]使用運動MFO與靜息MFO差值評價脂代謝靈活性發現胰島素抵抗肥胖青少年相較于非胰島素抵抗肥胖青少年的差值更低［（ 2.34±0.80）mg?min^-1 ：kg^-1 與 3.20±0.87）mg?min^-1?kg^-1] 。本研究結果與之相似，考慮可能的相關機制是代謝異常引起的線粒體結構缺陷以及含量和功能降低，加重肌內TG濃度升高增加胰島素抵抗，從而阻礙脂肪氧化[34]

FAT_max 通常對應于 40%～50% （204號 VO_2max 的中等強度，但這一范圍可能因研究對象的年齡、性別、訓練水平等因素而有所差異［7-8]。本研究肥胖青少年 FAT_max 為（ 4.19±0.87 ）MET；不同代謝表型肥胖青少年 FAT_max 均屬于中等強度范圍。因此，不考慮代謝表型，肥胖青少年在中等強度范圍內運動能夠產生較高的MFO。除此之外，在MHO 組中， VO_2max 顯著正向影響 FAT_max 。這與絕大多數研究發現 VO_2max 與 FAT_max 正相關結果相似［12-13]，表明一定強度范圍內，CRF高者動用脂肪底物的時間延長和供能比例增加。但并沒有發現MUO組與MHO組的 FAT_max 有差異，與之相反，CAO等[33]發現胰島素抵抗肥胖青少年心率對應的 FAT_max 顯著低于非胰島素抵抗肥胖青少年［（ 130.9±8.9 ）次 /min 與（ 139.9±7.4 次 /min 」，其差異考慮為代謝異常分型和胰島素抵抗分型不一所致。HODDY等[35]研究發現代謝健康分型中仍然存在胰島素抵抗患者，因此未來研究需要進一步考慮胰島素抵抗指標作為混雜因素或亞組納入分析。

本研究存在以下局限性：鑒于MUO青少年樣本量較少，目前結果需要謹慎解釋；另外，本研究僅使用跑臺測試MFO，研究表明機體進行跑臺測試時的MFO相較于功率自行車更高[36]，因此，針對該群體的功率自行車試驗還有待完善； VO_2max 是根據 HR-VO_2max 線性關系推算得到，可能存在一定的誤差，但是試驗設計是一種相對安全的遞增負荷方案，更加適合肥胖受試者；最后，本研究是橫斷面設計，并不能探討兩者之間的因果關系，未來有待對肥胖青少年進行運動干預觀察CRF的改善是否有助于提升脂代謝靈活性。

綜上所述，MUO組在脂代謝靈活性的MFO方面低于MHO組；跑步運動時，不同代謝表型肥胖青少年在（ 4.19±0.87 ）MET強度即可達到MFO。CRF是影響MHO青少年脂代謝靈活性的關鍵因素，MUO青少年可能需轉變為MHO青少年，促進脂代謝靈活性的提升。本研究不僅為不同代謝表型肥胖青少年的運動強度提供了精準科學化指導外；還提示MUO組不僅在血壓、血脂指標上與MHO組相比有顯著異常，在運動中能源物質的底物代謝方面也存在缺陷，為MUO的形成途徑提供新思路；對于MUO青少年，高CRF對提升脂代謝靈活性可能并無作用，需要先轉變為MHO青少年。

作者貢獻：秦煜玲提出總體研究目標，數據采集與分析，撰寫論文；朱琳負責論文修訂；程國棟、謝維俊負責數據的采集和錄入。

本文無利益沖突。

秦煜玲Dhttps：//orcid.org/0009-0003-8971-8237

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（收稿日期：2024-07-03；修回日期：2024-08-12）（本文編輯，康艷輝）