运动防治慢性代谢性疾病的生物化学基础

运动防治慢性代谢性疾病的生物化学基础_简明运动生物化学

【学习任务】

    缺乏体力活动是慢性病的主要危险。提高体力活动水平与合理营养相结合，对于防治和减轻慢性病是有效的，已成为世界各国预防慢性病和提高人民健康水平的重要举措。规律的运动能降低糖尿病的患病风险，并通过增加肌细胞膜葡萄糖载体转运，增加肌肉糖摄取对胰岛素的敏感性，提高血胰岛素和瘦素水平，降低下丘脑神经肽Y蛋白浓度和基因表达水平，改善糖尿病患者的食欲亢进和多食等症状。运动可以显著改善脂代谢，从而有效降低高血脂。通过运动增强心脏机能、运动改善血脂代谢、运动改善血管机能，起到治疗高血压的作用。体育锻炼是骨质疏松患者治疗的有效途径。通过本章的学习，应能够为相关人群提供科学合理的运动健身指导及营养膳食建议。

【学习目标】

1.了解糖尿病、高血脂、高血压及骨质疏松等慢性代谢性疾病发生的生物化学基础。

2.�了解运动防治糖尿病、高血脂、高血压及骨质疏松等慢性代谢性疾病的生物化学原理。

3.掌握糖尿病、高血脂、高血压及骨质疏松等慢性代谢性疾病病人的运动原则。

4.�掌握糖尿病、高血脂、高血压及骨质疏松等慢性代谢性疾病病人在运动中的注意事项。

绝大多数慢性病与体力活动不足及营养不合理有关，其中缺乏体力活动是慢性病的主要危险。提高体力活动水平与合理营养相结合，对于防治和减轻慢性病是有效的，且已成为世界各国预防慢性病和提高人民健康水平的重要举措。这一章主要介绍运动防治糖尿病、高血脂、高血压和骨质疏松的生物化学知识。

糖尿病是胰岛素分泌减少或功能减弱引起的以空腹血糖水平升高（即高血糖）为特征的一组代谢性疾病。流行病学研究表明，参加体育锻炼的程度与糖尿病的发病率有关。Paffenbarger研究小组追踪调查了宾夕法尼亚大学的男毕业生，余暇时间每周运动消耗热量500 kcal时，可见2型糖尿病的发生率下降6％。同样，对女性的调查显示，每周进行一次以上的运动，如散步、慢跑、骑自行车直至出汗的程度，2型糖尿病的发病率明显减少。目前，运动已成为防治糖尿病的三大主要手段（饮食调整、规律运动和药物治疗）之一。

一、糖尿病发生的生物化学基础

（一）血糖

血糖是机体通过各种途径进入血液的葡萄糖，如图2.1所示。血糖有多个来源和多条去路，并受到严格控制，形成动态平衡，使血糖浓度保持稳定。当空腹血糖浓度低于3.3 mmol/L（毫摩尔／升）时称为低血糖；而空腹血糖浓度超过7.0 mmol/L时称为高血糖。血糖超过肾糖阈8.9~10.0 mmol/L时则出现糖尿。现代医学认为糖尿病是由于血糖来源增多，去路减少，失去正常状态下的动态平衡，出现高血糖和糖尿。

 

图2.1 血糖的来源与去路

肝脏是血糖调节的主要器官。当血糖浓度过高时，肝糖原合成作用加强，促进血糖消耗；糖异生主要减弱，限制血糖补充，从而使血糖浓度降至正常水平。当血糖浓度低于正常水平时，肝糖原分解加强，糖异生作用加强，从而使血糖水平升高。肝脏对血糖浓度的调节是在神经和激素的控制下进行的。

胰岛β细胞分泌的胰岛素是唯一能降低血糖浓度的激素，而升高血糖的激素主要有胰岛α细胞分泌的胰高血糖素、肾上腺髓质分泌的肾上腺素、肾上腺皮质分泌的糖皮质激素、腺垂体分泌的生长激素和甲状腺分泌的甲状腺技术等。这些激素通过调节糖代谢的各主要途径维持血糖浓度，见表2.1。

表2.1 激素对血糖浓度的影响

 

（引自《生物化学》，王继峰等，2007）

（二）糖尿病的主要代谢紊乱

糖尿病的症状可分为两大类：1型糖尿病是因为分泌胰岛素的胰岛β细胞自身免疫损伤所致，多为先天性缺陷，基本特点是胰岛素绝对缺乏和酮症酸中毒高发；2型糖尿病是由于骨骼肌、脂肪组织和肝脏胰岛素抵抗伴随胰岛素分泌缺陷所致，多为继发性的，基本特点是身体脂肪在躯干部位堆积过多。

糖尿病病人代谢异常主要表现在以下4个方面：①糖代谢紊乱——高血糖和糖尿；②脂类代谢紊乱——高脂血症、酮症酸中毒；③体重减轻和生长迟缓；④微血管病变、神经病变等并发症。

1.糖代谢紊乱

糖尿病时常见血糖升高，这是因为胰岛素/胰高血糖素比值降低，肝的糖酵解、糖原合成及生脂作用等途径不易启动，使血糖的去路受阻，而肝糖原分解和糖异生加强，血糖来源增加。1型糖尿病人由于胰岛素缺乏，许多组织不能摄取并利用葡萄糖，使血糖进一步上升。糖尿病病人空腹时出现高血糖，主要是因为糖异生作用增强。一般糖异生的速度主要依赖于胰岛素与胰高血糖素、皮质醇、儿茶酚胺等激素之间的平衡，其中胰高血糖素的作用最重要。有人认为糖尿病病人空腹高血糖有25％以上是由于胰高血糖素分泌过多引起，因此主张给病人生长素抑制胰高血糖素的分泌。由于胰岛素/胰高血糖素比值降低，血糖的去路受阻，而糖异生作用却不断进行，肝失去了缓冲血糖水平的能力，因此饱食时造成高血糖。病人体内蛋白质降解为糖异生提供了大量原料，进一步促进糖异生作用，结果是病人在饥饿状态下，血中葡萄糖浓度仍持续升高。

血糖过高可经肾脏排出，引起糖尿，并产生渗透性利尿。糖尿病病人在肾功能正常的情况下，血糖浓度一般不会超过28 mmol/L（500 mg/100 m L）。有些老年患者，不但血糖升高，同时伴有肾功能障碍，其血糖含量可极度升高超过33.6 mmol/L（＞600 mg/100 m L），使细胞外液的渗透压急剧上升，引起脑细胞脱水，出现高渗性高血糖昏迷。在糖尿病患者中，高渗性高血糖性昏迷的死亡率高于糖尿病酮症酸中毒。

2.脂类代谢紊乱

糖尿病时，由于胰岛素/胰高血糖素比值降低，脂肪分解加速，使大量脂肪酸和甘油进入肝脏。过多的脂肪酸再酯化成甘油三酯，并以极低密度脂蛋白（VLDL）的形式释放入血，造成高VLDL血症（Ⅳ型高脂血症）。此外，脂蛋白脂肪酶（LPL）活性依赖胰岛素/胰高血糖素的高比值，糖尿病时此比值低，LPL活性降低，VLDL和乳糜微粒（CM）难以从血浆清除，因此除VLDL进一步升高外，还可以出现高CM血症。糖尿病人由于存在高脂血症，因此容易伴发动脉粥样硬化。

糖尿病病人血浆胆固醇常常升高，可能是由于生长素、肾上腺素、去甲肾上腺素增多，这些激素使胆固醇合成的限速酶β-羟基-β-甲基戊二酸单酰辅酶A（HMG-Co A）还原酶增加，进而使胆固醇合成增加。

糖尿病时，肝合成甘油三酯的速度增加，如果合成的速度大于释放的速度时，则甘油三酯可以在肝内堆积，形成脂肪肝。

糖尿病时，脂类代谢紊乱除能发生高脂血症外，还会造成酮血症。胰岛素依赖型糖尿病（IDDM型糖尿病）人较非胰岛素依赖型糖尿病（NIDDM型糖尿病）容易发生酮症。这是因为胰岛素/胰高血糖素比值降低，脂肪酸合成明显减少，而脂肪组织的脂解速度却大大加速，血中脂肪酸升高，肝内脂肪酸氧化增强，酮体大量生成。当酮体生成量超过肝外组织氧化利用它的能力时，就发生酮体堆积，出现酮血症和酮尿症，严重时可发展为酮症酸中毒。

3.体重减轻和生长迟缓

胰岛素是一种以促进合成代谢为主的储存激素。当胰岛素不足时，体内蛋白质和脂肪的合成均下降，而分解则加速，这是病人体重减轻的重要原因。另外，葡萄糖由肾排出造成的渗透性利尿，大量失水，使体重进一步减轻。病人同时还可伴有水、电解质和酸碱平衡失衡。

胰岛素和生长素对促进蛋白质合成具有协同作用，而且生长素促进合成代谢所需要的能量也依赖于胰岛素促进物质的氧化。缺乏胰岛素的糖尿病患者，即使体内生长素水平较高，仍可见到生长迟缓的现象。

4.微血管、神经病变和白内障的发生

微血管病变是糖尿病人的严重并发病，其病变主要是肌肉和肾小球等组织的毛细血管基底膜增厚（膜上有大量糖蛋白沉着）以及视网膜血管异常。产生这种病变的原因还不清楚，多数人认为与生长素升高有关。因为糖尿病人血浆生长素水平的高低常与微血管病变有一致的关系，而且生长素介质有促进黏多糖合成的作用。由于高血糖时，许多蛋白质可发生糖基化作用，因此也有人提出，蛋白质的糖基化作用增强，可以促进糖尿病患者发生如冠心病、视网膜病变、肾病及神经病变等一系列并发症。蛋白质糖基化作用增强，是糖尿病患者血管损伤的原因。

糖尿病时，脑细胞中的葡萄糖含量随血糖浓度上升而增加。葡萄糖在脑细胞中经醛糖还原酶和山梨醇脱氢酶催化，转化为山梨醇和果糖。山梨醇和果糖不能被脑细胞利用，又不容易逸出脑细胞，从而造成脑细胞内高渗。当用胰岛素使血糖突然下降时，细胞外液水分可因脑细胞内高渗而向细胞内转移，使治疗中的糖尿病酮症酸中毒病人发生脑水肿。此外，山梨醇可使神经纤维内的渗透压升高，吸水而引起髓鞘损害，从而影响神经传导，出现糖尿病周围神经炎。同样，过高的葡萄糖进入晶状体后，形成的山梨醇和果糖不能再逸出晶状体，致使晶状体内晶体渗透压升高，水进入晶状体的纤维中导致纤维积水、液化而断裂。再加上代谢紊乱、晶状体中的ATP和还原型谷胱甘肽等化合物含量降低、α-晶体蛋白的糖基化等，最终使晶状体肿胀，出现空泡，其中某些透明蛋白质变性、聚合或沉淀，导致白内障。

综上所述，糖尿病可引起体内一系列的代谢紊乱，临床上病人出现三多一少症状，即多尿、多饮、多食和体重减少。高血糖引起的高渗性利尿是多尿的根本原因；而多尿所致的脱水刺激机体产生口渴感又导致多饮；体内糖利用障碍，能量代谢紊乱所致的饥饿感使得病人多食；大量蛋白质和脂肪的分解及脱水使病人体重减轻。在1型糖尿病人群中，三多一少症状比较明显，重型病人更加突出。而在2型糖尿病病人中，往往没有这些典型的症状。

二、运动防治糖尿病的生物化学原理

大量研究表明，有规律的运动，特别是有氧运动，能降低糖尿病的患病风险。实现糖尿病防治的疗效与下列作用有关：它能增加肌细胞膜葡萄糖运载体4（glucose transporter 4， GLUT4）；增加肌肉糖摄取对胰岛素的敏感性；提高血胰岛素和瘦素水平，降低下丘脑神经肽Y蛋白浓度和基因表达水平，改善糖尿病患者的食欲亢进和多食等症状。

（一）运动改善糖代谢

运动可有效地消耗糖，如运动10 min就可以使肌肉组织从血液摄取的血糖量增加15倍（表2.2），因而可以有效地降低血糖。Coppack S W研究报道，8名2型糖尿病门诊病人参加了5个月被监控的个性化、递增抗阻力运动训练方案，每周两次。结果显示，运动组的糖化血红蛋白绝对值变化很小；但在对照组，血糖控制进一步恶化，结果两组间糖化血红蛋白有显著性差异和临床相关性。以上结果提示运动虽没有起到显著的降血糖作用，但可有效地控制血糖，避免糖尿病的进一步恶化。

表2.2 有氧运动治疗前后血糖水平比较

 

（引自叶彤，1993）

（二）运动改善胰岛素抵抗

1.胰岛素抵抗

胰岛素抵抗是指组织细胞对生理浓度的胰岛素的生物反应性不敏感或无反应。胰岛素抵抗不仅表现在外周组织摄取和利用糖障碍，而且还表现在肝糖原合成减弱、糖原分解增加。由于胰岛素具有比较广泛的生物作用，因此，在发生胰岛素抵抗时，除了葡萄糖代谢会发生改变外，脂质、蛋白质、水和电解质的代谢也会发生变化。糖尿病病人产生胰岛素抵抗主要是由于靶组织细胞膜上的胰岛素受体基因缺陷，使其亲和力下降。受体后缺陷或不正常的β-细胞产生异常胰岛素分子、血液循环中存在胰岛素的拮抗物等也降低胰岛素的作用，使机体处于胰岛素抵抗状态。近年来，发现2型糖尿病患者普遍存在胰岛素抵抗，其特点是：①胰岛素水平中度升高；②β细胞功能有不同程度的损害；③高胰岛素血症的程度与空腹血糖浓度无关；④葡萄糖的代谢速率明显下降，肝葡萄糖生成增加。

2.运动对胰岛素抵抗的影响

研究发现，耐力运动员与不爱活动的人相比对胰岛素的敏感性升高。美国护理协会的一项追踪调查也表明，过去的奥林匹克选手退役后余暇时间依然保持运动习惯者，糖尿病发病率显著低于对照组人群。国内的一项研究表明，葡萄糖耐量异常者6年间糖尿病的发病率在单独饮食治疗组为43.8％，单独运动治疗组为41.1％，而饮食和运动同时进行组为46％，均显著低于对照组（67.7％）。这些研究均提示运动具有改善胰岛素抵抗的作用。

由于运动的持续时间、频率和强度的不同，观察的运动改善胰岛素抵抗的效果也不尽相同。有学者研究发现，每天训练30~40 min，每周4 d，以40%最大摄氧量运动能提高胰岛素敏感性大约3倍。Mayer-davis等认为参加低强度和大强度运动均能增高胰岛素敏感性。其他试验支持中等强度运动不能提高胰岛素敏感性。Seals DR报道中强度训练（步行3~4次/周，约30 min/次）后，紧接着大强度训练（慢跑30~45 min/d，3~4 d/周）在最后一次运动约14 h后测口服葡萄糖耐量试验（Oral Glucose Tolerance Test， OGTT），在低强度训练时发现胰岛素敏感性没有提高。相反，在大强度训练后，胰岛素水平下降，口服葡萄糖耐量试验水平下降约30%。他们证明了剧烈运动方案的功效。方案包括高水平训练，即以至少70%~80% VO2max强度每周跑25~35 km。这种训练对糖耐量的影响是惊人的，但不能被2型糖尿病患者接受，提示运动方案要想改善对高血糖控制的影响，就应当与低热量膳食相结合，否则运动方案就必须有大的强度。同时研究对象的不同，也可能对结果造成明显的差异，甚至在2型糖尿病患者间也是如此。例如，胰岛素缺乏的2型糖尿病人不会因训练而对糖负荷产生胰岛素分泌减少。受试者胰岛素抵抗程度的不同也可能是训练效果的不同原因之一。

三、糖尿病病人的运动处方

参与运动获得益处对于糖尿病病人来说很重要。通过规律的运动可以改善2型糖尿病病人和糖尿病前期人群的糖耐量，提高胰岛素敏感性，降低糖化血红蛋白；降低1型糖尿病病人和使用胰岛素的2型糖尿病病人的胰岛素需要量。此外，规律的运动还具有改善心血管疾病的危险因素（血脂、血压、体重）和身心状态的作用。

通常推荐给普通成年人的运动处方也适用于糖尿病病人，见表2.3。

表2.3 糖尿病病人的运动处方推荐

 

四、糖尿病病人在运动中的注意事项

低血糖是参加运动的糖尿病病人面临的最严重的问题。运动会诱发急性血糖下降，即使在高血糖阶段也会导致病人出现颤抖、虚弱、异常出汗、手口麻木、饥饿等症状。更重要的是血糖的快速下降也可能不出现明显的症状，或者低血糖可能在运动后12 h才延迟出现。因此，对于糖尿病病人，在运动前和运动后要进行谨慎的血糖监测。

为了预防运动诱发的低血糖，运动时要考虑病人是否注射胰岛素和口服降糖药这两个因素。运动前应根据血糖水平和运动强度调整糖的摄入量或药物剂量。对于注射胰岛素的病人，改变胰岛素注射时间、降低胰岛素剂量和/或增加糖类的摄取量都是预防运动中和运动后低血糖的有效措施。

知识拓展

口服葡萄糖耐量试验

人体处理所得葡萄糖的能力称为糖耐量或耐糖现象，它是临床上检查糖代谢的常用方法。正常人体的糖代谢调节机制健全，即使一次性食入大量的糖，血糖浓度也只有暂时性升高，一般不会超过7.0 mmol/L（毫摩尔/升），并且很快（约2 h）可以恢复到正常水平，这是正常的耐糖现象。如果血糖浓度升高后回落缓慢，或血糖浓度无明显升高甚至不升高，均反映血糖调节存在障碍，称为耐糖现象失常。

口服葡萄糖耐量试验是了解机体对葡萄糖调节能力的常用方法。当空腹血糖浓度在6~7 mmol/L且怀疑是糖尿病时，此试验可以帮助明确诊断。如图2.2所示，在口服葡萄糖耐量试验中，正常人体耐糖曲线的特点是：空腹血糖浓度正常；进食葡萄糖后血糖浓度升高，在1 h内达到高峰，但不超过肾糖阈；而后血糖浓度迅速降低，在2~3 h内回落到正常水平。而胰岛素分泌不足的糖尿病患者的耐糖曲线是：空腹血糖浓度高于正常值；进食葡萄糖后血糖浓度急剧升高，并超过肾糖阈，2~3 h内血糖不能回落到空腹水平。

 

图2.2 口服葡萄糖耐量试验及耐糖曲线

临床诊断糖尿病及糖尿病前期的标准见表2.4。

表2.4 糖尿病诊断标准

 

注：IFG，空腹血糖受损（至少空腹8 h）；IGT，糖耐量受损；OGTT，口服糖耐量试验（引自《ACSM运动测试与运动处方指南（第九版）》，王正珍等，2014）

小结

糖尿病病人和糖尿病前期人群进行规律运动可以获得的益处包括：提高糖耐受能力和增加胰岛素敏感性。规律运动可以降低1型糖尿病病人的胰岛素需求。健康人群的有氧运动处方一般原则不适用于糖尿病病人。低血糖是参加运动的糖尿病病人面临的最严重的问题。

探索与思考

1.影响运动改善胰岛素抵抗效果的因素有哪些？

2.通过进一步查阅资料，请您设计一个适用于糖尿病病人的运动处方。

血脂是血浆中的中性脂肪（甘油三酯和胆固醇）和类脂（磷脂、糖脂、固醇、类固醇）的总称。空腹12~14 h后血浆甘油三酯超过2.26 mmol/L（200 mg/dl），胆固醇超过6.21 mmol/L （240 mg/dl，成人）或4.14 mmol/L（160 mg/dl，儿童）即被诊断为高血脂。正常人空腹血脂的组成和含量见表2.5。随着生活水平的不断提高，人类高血脂（高脂血症）发病率呈上升趋势。高血脂是诱发冠心病、动脉粥样硬化、脂肪肝、糖尿病、肥胖症等的重要因素（图2.3）。

表2.5 正常人空腹血脂的组成和含量

 

 

图2.3 高血脂诱发的病症

一、高血脂发生的生物化学基础

脂类不溶于水，因此必须与蛋白质结合，以脂蛋白的形式才能在血液中转运。不同脂蛋白的形成场所不同，功能不同（表2.6），代谢过程也不同。如图2.4所示，食物脂类被消化吸收后，在小肠黏膜细胞内形成新生乳糜微粒（CM），通过淋巴进入血液，从高密度脂蛋白（HDL）获得载脂蛋白C和载脂蛋白E，形成成熟的CM。在血液循环流过脂肪组织和心肌、骨骼肌、哺乳期的乳腺等组织时，成熟的CM和载脂蛋白C-II激活毛细管内皮细胞表面的脂蛋白脂酶。脂蛋白酯酶催化CM的甘油三酯水解成脂肪酸和甘油，脂肪酸被组织吸收利用。所致甘油三酯的不断水解，CM逐渐变小，成为富含载脂蛋白B-48、载脂蛋白E和胆固醇的CM残体。CM残体流向肝脏，与肝细胞膜载脂蛋白E受体结合，被肝细胞摄取降解。

表2.6 血浆脂蛋白的来源与功能

 

 

图2.4 血浆脂蛋白代谢

人体内血脂的来源有两种途径，即内源性和外源性。内源性血脂是指在人体的肝脏、脂肪等组织细胞中合成的血脂成分；外源性血脂是指由食物中摄入的血脂成分。具体来说，内源性血脂是指通过人体自身分泌、合成的一类血清脂类物质。内源性血脂先经过肝脏、脂肪细胞，并与细胞结合后释放到血液中，便可成为供给人体新陈代谢和生命活动的能量来源。相对于内源性血脂而言，来自外界、不能由人体直接合成的血脂称为外源性血脂，这类血脂大多是人体从摄取的食物中吸收而来的。食物在经过胃肠道的消化和吸收后脂类物质进入血液，从而成为血脂。正常情况下，外源性血脂和内源性血脂相互制约，两者此消彼长，共同维持着人体的血脂代谢平衡。若是长期受到不良因素的影响，如高脂肪、高热量饮食等，则会造成血脂升高，诱发疾病。

二、运动改善血脂代谢的生物化学原理

脂代谢紊乱是指血脂和脂蛋白浓度异常。当低密度脂蛋白胆固醇或甘油三酯浓度增高，或高密度脂蛋白胆固醇浓度下降时，称为脂代谢紊乱。脂代谢紊乱是一种重要的、可改变的引起心血管疾病的原因。运动，无论是一次性运动还是长期运动都可能直接影响或有效调节血浆脂质和脂蛋白代谢，即降低血总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C），增加高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）。中等强度的有氧运动在促进这些积极变化中作用更突出。

1.运动对血浆甘油三酯的影响

运动对血浆TG的影响与运动量、强度及持续时间有关。大部分研究显示，运动后血清TG明显下降。运动时肌肉的脂肪动员加强，血中的游离脂肪酸水平由于不断向肌肉转运而降低，甘油三酯和脂蛋白进一步水解产生更多的FFA，血浆TG水平下降，而肌肉由于储存的TG被消耗，促进内皮细胞中的脂蛋白脂肪酶合成，脂肪组织中LPL的活性和血浆LPL水平升高，使TG和富含TG的脂蛋白的代谢加速，导致血浆TG水平下降。同时也可以使血浆LDL水平下降。

2.运动对HDL代谢的影响

目前，运动对HDL-C影响的研究日益趋向研究其亚组分（HDL2-C，HDL3-C）。流行病学调查显示，血浆中HDL水平的升高，特别是HDL2亚型的增多可有效地预防动脉粥样硬化。运动可引起HDL2-C水平升高，而对HDL3影响不大。运动引起的HDL代谢变化对调节脂代谢的有关酶活性可起积极的调节作用。

3.运动对胆固醇代谢的影响

运动对胆固醇代谢的影响研究相对较少。一次急性运动对血浆总胆固醇水平影响的结果并不一致。长期运动对血浆TC水平影响的多数报道均未见到显著的变化，部分报道提出长期运动有降低胆固醇的效应，也有运动使TC上升的报道，认为这种上升并非对健康无益，关键看血清脂蛋白的构成，特别是HDL-C部分，如TC/HDL-C比例下降，则说明这种运动可有效地改善脂蛋白组成，防止粥样硬化的发展，减少冠脉危险因素。

三、改善脂代谢的运动处方

目前，运动强度、运动时间和运动频率对血脂影响的观点尚不统一。在运动量相同的前提下，中等强度的运动（60%VO2max）足以提高血浆HDL含量，而高强度的运动（80%VO2max）提高HDL的效果并不明显。因此，尽管在具体问题上仍存在不同的建议，大多数学者认为，为了降低血脂，采用中等强度、长时间的有氧运动是最合适的。

小结

高血脂是诱发冠心病、动脉粥样硬化、脂肪肝、糖尿病、肥胖症等的重要因素。无论是一次性运动或是长期运动都可能直接影响或有效调节血浆脂质和脂蛋白代谢，其中中等强度、长时间的有氧运动的干预效果最佳。

探索与思考

1.高血脂患者在运动中应注意什么？

2.通过进一步查阅资料，请您设计一个适用于高血脂患者的运动处方。

高血压是最常见的心血管病，是全球范围内的重大公共卫生问题。高血压是一种以动脉血压持续升高为主要表现的慢性疾病，常引起心、脑、肾等重要器官的病变并出现相应的后果。由于部分高血压患者并无明显的临床症状，因此高血压被称为健康的“无形杀手”。

一、高血压发生的生物化学基础

高血压被定义为在安静状态下动脉收缩压和/或舒张压达到或超过140 mm Hg和90 mm Hg，常伴有脂肪和糖代谢紊乱以及心、脑、肾和视网膜等改变的综合征。不同时间两次以上测量血压升高者，即可诊断为高血压。高血压可分为原发性和继发性两大类。其中原发性高血压占总高血压患者的95％以上。高血压是引起冠心病的最重要危险因素之一。

按血压升高的程度将高血压分为临界高血压和1, 2, 3级,按器官的损害程度及其症状和体征分为Ⅰ期、Ⅱ期和Ⅲ期,见表2.7和表2.8。

表2.7 高血压水平分级

 

注：若收缩压与舒张压分属不同级别，则以较高的分级为准。（引自：2005年中国高血压防治指南）

表2.8 高血压的分期（按器官损害程度）及其症状和体征

 

目前研究认为，高血压并非由单一因素引起，而是由彼此之间相互影响的多种因素造成。其中关系密切的有以下因素：

1.遗传因素

原发性高血压是多基因遗传病，约75%的原发性高血压患者有家族史。

2.饮食因素

进食肉食较多的人其发病率较高。盐的摄入量与高血压病的发生、发展有着密切关系。一般地说，盐的摄入量越多者，高血压病的患病率越高。我国的饮食特点除了含盐量高以外，还有低钾、低钙的倾向，这也会加重高钠对血压的不利影响。

3.生理因素

不同年龄、性别、体重的人群高血压发病率有着明显不同。高血压病的发病率随年龄增加而升高。40岁以后，随着年龄的增长，发病率上升明显。同时，值得注意的是，幼年时期血压偏高者，随着年龄的增长而血压上升也较高、较快。高血压病的患病率、病情严重程度及发展速度等，男性远远高于女性。在高血压患者中，肥胖、超重者多见。根据研究，身高体重指数每增加1，发生高血压的危险性会剧增；而减轻体重血压往往会随着下降。

4.生活方式因素

根据观察，吸烟者、饮酒者发生高血压病的危险性和严重程度都远高于忌烟酒者。因此，戒烟酒对于预防高血压病以及治疗均是十分重要的。

5.其他

研究还发现，神经高度紧张及体力劳动剧烈的职业，或者置身的环境噪声大，也是导致高血压病的原因。

二、运动锻炼对高血压的影响

研究发现，运动可能会降低高血压和冠心病的发病率和死亡率。原因在于：

1.运动增强心脏机能

运动中有力而加快的呼吸，使肺吸入更多的氧气供心脏及心血管利用，从而促进新陈代谢，加速冠状动脉和心肌病变的恢复。冠心病人坚持有氧代谢运动，可提高心脏的应变力，减少心源性猝死的机会。

2.运动改善血脂代谢

坚持有氧代谢运动，还可使血液中高密度脂蛋白水平升高，而高密度脂蛋白有降低血中胆固醇水平的作用，它能把沉积在血管壁上胆固醇剥离并转运出去，从而减轻动脉粥样硬化，软化血管。

3.运动改善血管机能

长期坚持运动的高血压患者，通过全身肌肉运动，可使肌肉血管逐渐增大增粗，冠状动脉的侧支血管多，血流量增加，管腔增大，管壁弹性增强，这些改变均有利于血压下降。

4.运动还可以通过改变影响血压的另外两个环境因素（肥胖和精神因素）来降压

运动能减轻体重，体重指数偏高是血压升高的独立危险因素，肥胖者高血压患病率较体重正常者高2~3倍。通过体育锻炼使体重下降，从而可以使因肥胖引起的高血压得到缓解。健身运动还能加强神经系统的调节功能，从而使人精神振奋、心情愉快。紧张可引起血压上升，紧张过于持久或反复发作，可导致心血管系统的功能性及器质性病理损害。同时人们在运动中可以加强交往，协调人际关系，并且能为在工作中所产生的压抑、不满等消极情绪提供一个公开、合理的宣泄口。这些精神因素都有利于降低血压。也正是因为体育锻炼与血压的相关性，运动疗法应用于高血压患者的治疗已引起了人们的重视。

世界高血压联盟（WHL）通过多种方式收集了13.5万人在工作和闲暇时的体育活动情况，并有功率自行车测定运动量和评估健康状况，结果表明体育活动较多的人比活动较少的人的血压低。研究结果显示，采用散步、慢跑及太极拳运动，根据患者的病情制订了相应的运动处方进行治疗其疗效显著，有效率为94.4%，患者的血压下降明显（p<0.01），并且使患者的生活质量有所提高，适量的运动有助于高血压的治疗。有关专家认为：运动不仅可以使高血压患者的血压降低，而且有防治高血压的作用。对轻症患者甚至可以运动治疗为主，对于Ⅱ期以上的高血压患者则在配合临床药物治疗的同时进行运动康复，适当的运动治疗可以减少药物用量，降低药物不良反应，稳定血压。WHL建议医生们应当提倡高血压患者进行体育锻炼，给病人制订详细的运动疗法医嘱。

三、高血压患者运动的注意事项

运动是高血压和冠心病重要的非药物疗法之一，轻度高血压病人仅靠控制食盐和适量运动就能将血压控制在正常范围内。但是在运动过程中我们要注意运动的类型和强度。运动是否导致血压降低，运动强度是其决定因素。若从事中等强度以下的耐力性运动，一般可使收缩压下降20 mm Hg，舒张压下降16 mm Hg。当运动强度增加时将不会出现上述变化。强度过大或过度疲劳时还会使血压升高。同样，经常从事力量型练习可以降低高血压病人的血压，但应注意的是，力量训练可引起血压爆发式升高，因此，在进行力量训练时，应注意掌握低强度、多重复的原则，且在练习过程中不应憋气，以减少血压升高的可能性。此外，运动可使血管的口径出现适应性变化，减轻动脉粥样硬化。运动还可以改善情绪，减少血压波动幅度。

严重或血压未得到有效控制的高血压病人（即安静收缩压≥180 mm Hg和/或舒张压≥110 mm Hg），只有经过医生评估并开出降压药后，才能进行运动。如果病人安静时收缩压>200 mm Hg和/或舒张压>110 mm Hg,则不能进行运动。要谨慎地将运动中的血压维持在安静收缩压≤220 mm Hg和/或舒张压≤105 mm Hg。中等强度的有氧运动（即40%~60%的VO2max）就可以使高血压病人获得最佳的益处。

四、高血压患者的运动营养

高血压患者体育锻炼期间的膳食营养安排应满足身体需要，达到平衡为准。具体原则如下：

1.控制热量，降低体重，保持标准体重

控制体重要注意热量摄入，可根据锻炼强度而定，建议每千克体重供给 25~30 kcal的热量或更低一些。

2.热源物质合理供给

减少动物脂肪及胆固醇摄入。脂肪占总热量25%以下，多摄入不饱和脂肪，胆固醇小于300 mg/d，对高血压的防治有积极意义。蛋黄、肥肉、动物内脏、鱼子及带鱼等高脂高胆固醇食物尽量少食，常吃新鲜水果、蔬菜。

适宜蛋白质的摄入，提供能耗占总能量的10%~15%，应有1/3以上的蛋白质为优质蛋白质，如瘦肉、鱼、乳、蛋、豆制品等。血尿素升高者，应限制蛋白质摄入总量，以免肾脏负荷过重，血压升高。

减少高糖食物的摄入，防止暴饮暴食，勿过度饥饿等，以防进食后诱发胰岛素分泌增加而导致高血压。

3.摄入钾、钙、镁丰富食物

低钾、低钙、低镁也是高血压发病因素之一。分析研究表明，新鲜食物含钾高，而人工食品一般含钾低，因此应多进食新鲜蔬菜和水果，少吃盐腌制品等。如在高钠饮食中加入钙，或多吃一些含钙的食物，那么血压会有所降低。多吃含镁的食物，如坚果、大豆、豌豆、谷物、海产品、深绿色蔬菜和牛奶，也可降低血压。

4.饮食宜清淡

饮食清淡有利于降低血压。有利于治疗的食物有豆类、胡萝卜、芹菜、海带、紫菜、冬瓜、丝瓜、白木耳、食用菌、花生、葵花子、芝麻、核桃、香蕉、柚子、苹果等。少食一些高脂肪、高胆固醇的食品，如蛋黄、奶油、猪肝、猪脑等。

5.戒烟、限制饮酒

研究证明，尼古丁可迅速增加动脉血压。吸烟者的恶性高血压和蛛网膜下腔出血的发病率较高，吸烟者冠心病和猝死的危险性可增加1倍以上，吸烟还会降低某些降压药物的疗效。经常饮酒并使体内酒精含量超过一定浓度后可导致血压升高，因此提倡戒烟和限制饮酒（每日饮酒最多不可超过50 m L）。

6. 低盐饮食

外国医学机构研究认为：人们日常食物中，钠的摄入量已足够维系人体对钠的需要。食盐只应作为一种调味品，而国人每日平均摄入盐量超过了16 g，这可能是国内高血压患者较多的原因之一。但仅降低盐类摄入量是不够的，应从饮食中把盐类完全除去。仔细阅读食品包装说明，避免含有“盐”“苏打”“钠”或带有“钠”标志的食品。而对于无高血压的人，食盐摄取量应限制在5 g以内，这是比较安全的。

小结

高血压是最常见的心血管病。运动是非药物防治高血压和冠心病的重要手段之一。运动强度是其决定运动防治高血压效果的关键因素。运动强度过大或过度疲劳均不利于血压的改善。中等强度的有氧运动（即40%~60%的VO2max）就可使高血压病人获得最佳的益处。

探索与思考

1.高血压患者在运动中应注意什么？

2.通过进一步查阅资料，请你设计一个适用于高血压患者的运动处方。

骨质疏松是绝经后妇女和老年人最常见的骨代谢疾病，是威胁人类健康和生活质量的一种严重疾病。患者病情隐匿，患者骨量不知不觉丢失。由于骨的脆性增加、骨强度降低，骨折的危险度随之增加，通过骨折病变来影响生活质量。因此采取积极的预防措施，对控制骨质疏松的发生和发展具有重要作用。

一、骨质疏松发生的生物化学基础

骨质疏松是多种原因引起的一种骨病，骨组织内钙盐与基质成正常比例，以全身骨组织量减少、骨的微观结构退化为特征的代谢性骨病变。发生过脆性骨折或骨密度监测（BMD）计量达到诊断标准者即可诊断为骨质疏松。

骨质疏松症可在生命的任何阶段发生，一般分为两类：与生理老化密切相关的原发性骨质疏松，如老年性骨质疏松、绝经后骨质疏松等；由某些致病因素导致的继发性骨质疏松，如甲亢性骨质疏松、糖尿病性骨质疏松等。骨质疏松症的具体病因尚未完全明确，药物、饮食、种族、性别以及生活方式都有一定影响。一般认为主要与以下因素有关：

1.营养因素

已经发现青少年时钙的摄入与成年时的骨量峰直接相关。钙的缺乏导致甲状旁腺素（PTH）分泌和骨吸收增加，低钙饮食者易发生骨质疏松。维生素D的缺乏导致钙的吸收率下降，骨基质骨化受损，可出现骨质软化症。长期蛋白质缺乏造成骨基质蛋白合成不足，导致新骨生成落后，如同时有钙缺乏，骨质疏松则加快出现。维生素C能保持骨基质的正常生长和维持骨细胞产生足量的碱性磷酸酶，如缺乏维生素C则可使骨基质合成减少。

2.内分泌因素

骨质疏松症在绝经后妇女特别多见，卵巢早衰则使骨质疏松提前出现，提示雌激素减少是发生骨质疏松的重要因素。老年男性睾酮水平下降引起的蛋白质合成减弱以及成骨细胞功能减退，骨质形成减少等造成骨质疏松。还有研究发现，老年人的骨质疏松和甲状旁腺功能亢进有关，甲状旁腺素水平的升高可能是老年人群易患骨质疏松的原因之一。其他内分泌失调性疾病，例如库欣综合征（Cushing综合征）产生过多的内源性糖皮质激素，导致骨的吸收或排泄增加，这些都与骨质疏松症形成有关。

3.废用因素

肌肉对骨组织产生机械力的影响，肌肉发达骨骼强壮，则骨密度值高。静坐少动的人骨钙丢失量多于锻炼者。老年人由于肌肉强度的减弱和协调障碍较易摔跤，伴有骨量减少时则易发生骨折。老年人患有脑卒中等疾病后长期卧床不活动，因废用因素导致骨量丢失，容易出现骨质疏松。

4.遗传因素

骨密度为诊断骨质疏松症的重要指标，骨密度值主要决定于遗传因素，其次受环境因素的影响。

5.其他因素

酗酒对骨有直接毒性作用。吸烟能增加肝脏对雌激素的代谢以及对骨的直接作用，另外还能造成体重下降并致提前绝经。长期的大强度运动可导致特发性骨质疏松症。某些药物可抑制骨更新或钙吸收，如抗癌药物、抗惊厥药等。

二、运动防治骨质疏松的生物化学原理

世界卫生组织就提出预防骨质疏松的三大原则：补钙、运动疗法和饮食。在实际应用中，更多的人关注在补钙和饮食上，忽略了运动疗法在预防骨质疏松上的重要作用。适当的体育锻炼可使骨量丢失减缓，是骨质疏松患者治疗的有效途径。运动防治骨质疏松的功效在于它对骨的应力效应和对神经肌肉代谢的良好影响等。具体表现在：

1.运动的应力效应

运动产生的肌肉张力和机械应力作用于骨骼，刺激成骨细胞生成，促进骨形成和重建，以维持骨量或增加骨密度，并使骨的弹性增加，抗弯曲、抗挤压和抗扭转的能力增强。研究已证明，在绝经后的妇女和老年人中，运动在一定程度上弥补了骨量的大量丢失，从而起到了维持骨质水平的作用。

2.运动的内分泌效应

运动能够通过调节内分泌功能来促进骨形成，并可增加睾酮和雌激素的分泌，促进骨的蛋白质合成，使骨基质总量增加，即有利于骨的钙化。尤其是睾酮和雌二醇，可促进骨骼的生长、发育，使骨皮质增厚和骨密度增高。

3.运动的补钙效应

运动可提高需钙阈值，促进钙的吸收。运动在增加骨质的同时，也增加对钙的需求量，即提高了需钙阈值。相反，当长期不运动如卧床或肢体固定时，骨堆钙的需求量少，大量的钙从尿中排出，从而降低了骨密度。在进行室外活动时，可接受充足的阳光照射，使维生素D含量增加，从而促进钙的吸收。适当运动，可改善骨组织的血液供给，从而促进了钙的吸收。

4.运动的肌力效应

运动增强肌力量的同时，也增加了骨质的水平。Frost认为，在骨质疏松发病机制中，神经系统调控下的肌质量（包括肌质量和肌力）是决定骨强度（包括骨量和骨结构）的重要因素。研究发现，人体内肌力对应骨量是一个大致不变的比例关系，女性中与年龄相关的骨丢失往往会伴随着相应的肌力下降。因运动可使肌的体积增大、肌力增强，所以运动在增加肌力的同时，也维持或增加了相应的骨量。

在年龄较大的人群中，运动对骨量的影响却不明显。虽然运动对改变老人的骨量作用不明显，但长期的运动可增加老人肌肉的力量和弹性，维持身体的平衡性和协调性，减轻、减少或避免摔跌，从而减少骨质疏松性骨折的发生。

三、骨质疏松患者的运动处方

目前还没有建立骨质疏松病人的运动禁忌指南。一般会给出不引起或加重疼痛的中等强度的运动处方。应避免爆发性和高冲击性运动，还应避免扭曲、弯曲和挤压脊柱的运动。

有骨质疏松风险的人每周应进行3~5 d的负重有氧运动和2~3 d的抗阻运动，以保持骨骼健康。其中有氧运动的强度为中等强度（40%~60%VO2max）到较大强度（≥60%VO2max）；抗阻运动可根据骨骼的承受能力，从中等强度（60%~80%1RM、8~12次重复训练）增加到较大强度（80%~90%1RM、5~6次重复训练）。每天30~60 min，承受体重的有氧运动和抗阻运动相结合。承受体重的有氧运动包括网球、爬楼梯、步行等。有骨质疏松症的人进行中等强度的有氧和抗阻运动即可。

四、骨质疏松患者的运动营养

骨质疏松患者体育锻炼期间的膳食营养安排应满足身体需要，达到平衡为准。具体原则如下：

1.供给充足的蛋白质

蛋白质是组成骨基质的原料，可增加钙的吸收和储存，对防止和延缓骨质疏松有利。如奶中的乳白蛋白，骨头里的骨白蛋白，核桃中的核白蛋白，蛋类的白蛋白，都含有弹性蛋白和胶原蛋白，维生素C对胶原合成有利，故中老年人应有充足的蛋白质与维生素。注意不应摄入过多的动物性蛋白，会使体液酸化，增加钙的排泄。

2.多食用含钙、磷丰富的食品

除饮食补充外，可适当补充钙剂，但要注意钙的结合形式，如碳酸钙吸收较差，乳酸钙的含量很低。只有膳食中的钙与蛋白质结合后，才能充分地被机体所利用，因此提倡膳食中补钙。适当摄入磷保证每天1~1.5 g磷的摄入，但不能过高。钙磷比例以1.5~2∶1为宜。保证钙的充足摄入，保证每日800~1 000 mg钙的供应，更年期后的妇女和老年人，保证每日1 000~1 500 mg钙的供应。含钙、磷高的食物有牛奶、鱼类、虾蟹、青菜、乳制品等。

3.补充维生素D

注意补充维生素D、适当增加日光浴，可增强钙的吸收能力；同时可增加富含维生素D的膳食。含维生素D的食物有沙丁鱼、鳜鱼、青鱼、牛奶、鸡蛋等，也可以加用适量的鱼肝油，但注意不能过量摄入。

4.生活禁忌

限制饮酒、戒烟，少喝咖啡、浓茶、碳酸饮料，避免对钙磷吸收的影响。

5.注意烹调方法

烹调方法也相当重要，一些蔬菜如菠菜、苋菜等，含有较多的草酸，影响钙的吸收。如果将这些菜在沸水中焯一下，滤去水再烹调，可减少部分草酸。再则谷类中含植酸酶，可分解植酸盐释放出游离钙和磷，增加利用率。

小结

骨质疏松是绝经后妇女和老年人最常见的骨代谢疾病。预防骨质疏松的三大原则：补钙、运动疗法和饮食。有骨质疏松风险的人每天应进行30 min中等强度的运动，运动方式以负重有氧运动与抗阻运动相结合。同时，注意运动中的营养补充。

探索与思考

1.骨质疏松患者在运动中应注意什么？

2.通过进一步查阅资料，请您设计一个适用于骨质疏松患者的运动处方。

本章小结

糖尿病、高血脂、高血压和骨质疏松都是发病率较高的慢性代谢性疾病，研究指出这些疾病的发生均与体力活动不足有关。通过本章内容的学习，我们了解了糖尿病、高血脂、高血压及骨质疏松等慢性代谢性疾病的发生均具有复杂的生物化学基础；适宜的运动

可以改善糖、脂代谢，调节血压，促进骨骼生长，进而达到防治糖尿病、高血脂、高血压及骨质疏松等慢性代谢性疾病的目的。慢性代谢性疾病病人在进行运动锻炼时，应根据个人健康状况，选择适宜的运动强度。慢性代谢性疾病患者可以通过中等强度有氧运动获得较高的健康效益。

练习题

一、名词解释

1.糖尿病

2.低血糖

3.胰岛素抵抗

4.高血脂

5.高血压

二、填空题

1.糖尿病存在两种不同的类型，包括______、_______。

2.血糖的来源包括______、______和_______。血糖浓度高于______时称为高血糖。

3.调节血糖水平的激素有降血糖的_____和升高血糖的______、______、_______和_______等。

4.糖尿病病人代谢异常主要表现在______、_______、_______和______。

5._______是糖尿病病人参加运动时面临的最严重的问题。

6.人体内血脂的来源包括______和______两条途径，这两条途径相互作用，维持人体血脂代谢平衡。

7.高血压是由________、_______、_____和_______等因素引发。

8.高血压病人安静时收缩压______和/或舒张压_______则不能进行运动；运动中应将血压维持在收缩压_______和/或舒张压________。

9.骨质疏松患者在运动时膳食营养应注意_______、_________、_________、_______和________。

三、问答题

1.试述运动防治糖尿病的生物化学原理。

2.试述运动防治高血脂的生物化学原理。

3.试述运动防治高血压的生物化学原理。

4.试述运动防治骨质疏松的生物化学原理。

5.慢性代谢性疾病患者如何开展健身运动？为什么？