肥胖可導(dǎo)致一系列嚴(yán)重并發(fā)癥，已成為全球性的健康問題。安全高效的減脂方法對(duì)于降低機(jī)體肥胖程度與預(yù)防能量代謝相關(guān)疾病尤為重要。禁食是指有意減少食物攝入或不攝入的行為[1]，作為一種古老的養(yǎng)生方式早在戰(zhàn)國時(shí)期的《莊子·逍遙游》中就有記載，古人主要通過不攝入五谷來調(diào)節(jié)身體機(jī)能，目前禁食在西方國家已經(jīng)發(fā)展成為一種針對(duì)肥胖、高血壓、高血脂等疾病較為成熟的療法。有氧運(yùn)動(dòng)最早由Cooper 提出，1986年被牛津詞典定義為：通過運(yùn)動(dòng)滿足適量氧氣攝入的增加與維持、對(duì)呼吸和循環(huán)系統(tǒng)有益的鍛煉方法[2]。在長(zhǎng)期的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)有氧運(yùn)動(dòng)能夠顯著改善機(jī)體形態(tài)、血糖、血脂等指標(biāo)，尤其是對(duì)體脂具有健康且高效的削減作用，是公認(rèn)的最安全有效的肥胖干預(yù)手段[3]。隨著研究深入，人們開始嘗試將這兩種方法聯(lián)用，尤其是Davis 等[4]在1989年提出餐前與餐后運(yùn)動(dòng)的生熱效應(yīng)不同，更是掀起了禁食聯(lián)合運(yùn)動(dòng)對(duì)人體成分影響的研究熱潮。

以往的研究從不同角度揭示了空腹有氧運(yùn)動(dòng)的生理機(jī)制，較為準(zhǔn)確地分析了其利弊。但其減脂作用與機(jī)制尚缺乏統(tǒng)一結(jié)論，空腹有氧運(yùn)動(dòng)相關(guān)公開數(shù)據(jù)仍相對(duì)較少且多為國外研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合中國人體質(zhì)特點(diǎn)也有待論證。現(xiàn)將相關(guān)研究結(jié)果進(jìn)行匯總分析，探討餐前餐后有氧運(yùn)動(dòng)的差異性及其生理機(jī)制，旨在為后續(xù)研究提供理論支持與參考。

1 空腹有氧運(yùn)動(dòng)概述

空腹一般指禁食8h 以上的機(jī)體狀態(tài)[5，6]，而空腹有氧運(yùn)動(dòng)則是在這種狀態(tài)下進(jìn)行的長(zhǎng)時(shí)間耐力運(yùn)動(dòng)。這種方法一度被認(rèn)為是減脂“利器”并在健美運(yùn)動(dòng)員中廣泛應(yīng)用。在禁食狀態(tài)下，機(jī)體由于無外源性能源物質(zhì)攝入會(huì)對(duì)自身組織進(jìn)行分解來滿足生命活動(dòng)的需要，因此禁食造成的熱量赤字在短期內(nèi)可造成體脂縮減，不同形式的禁食甚至能調(diào)節(jié)自噬延緩衰老，而不科學(xué)的運(yùn)用易引起機(jī)體應(yīng)激自我保護(hù)反應(yīng)損害健康。單純有氧運(yùn)動(dòng)在漫長(zhǎng)的減脂過程中會(huì)不可避免地?fù)p失更多骨骼肌，甚至導(dǎo)致減脂平臺(tái)期的出現(xiàn)?？崭褂醒踹\(yùn)動(dòng)作為一種獨(dú)特的方式將禁食與運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，打破飯后運(yùn)動(dòng)的傳統(tǒng)觀念，極大地提升了運(yùn)動(dòng)減脂效率。近期研究證實(shí)餐后1h 后進(jìn)行中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可將脂肪氧化率降低至空腹運(yùn)動(dòng)的50%左右，而空腹有氧運(yùn)動(dòng)過程中有更高水平的血甘油、脂肪酸釋放，能誘導(dǎo)更好的脂質(zhì)代謝[7]，對(duì)2型糖尿病與非酒精性脂肪肝患者的臨床應(yīng)用也表現(xiàn)出正向效益[8，9]。

2 空腹有氧運(yùn)動(dòng)減脂機(jī)制

2.1 脂肪的分解禁食導(dǎo)致的空腹?fàn)顟B(tài)會(huì)讓代謝系統(tǒng)抽取肝糖原或脂肪酸甚至蛋白質(zhì)來維持生命活動(dòng)。此時(shí)血漿皮質(zhì)醇、生長(zhǎng)激素、腎上腺素（adrenaline，AD）、去甲腎上腺素（norepinephrine，NE）、胰高血糖素等濃度較高，循環(huán)胰島素水平低于基線，三酰甘油水解酶（adipose triglyceride lipase，ATGL）與激素敏感性脂肪酶（hormone-sensitive lipase，HSL）會(huì)觸發(fā)甘油三酯（triglyceride，TG）水解，增加血漿游離脂肪酸濃度（free fatty acids，F(xiàn)FA）[10]。肝糖原異生導(dǎo)致循環(huán)中的胰島素與胰島素樣生長(zhǎng)因子-1（insulin like growth factor 1，IGF-1）水平下降，胰高血糖素、酮體等濃度上升，此時(shí)FFA 與酮類是各類細(xì)胞主要能源物質(zhì)。短期饑餓還可造成?；鈮A種類增加，血漿色氨酸、磷酸膽堿、馬尿酸、甘油磷膽堿等濃度均下降，谷胱甘肽異生也被激活[11]。計(jì)劃性的禁食則可顯著提高多種脂肪溶解酶濃度，改善機(jī)體胰島素敏感性與葡萄糖耐受性，對(duì)齋月禁食的研究證實(shí)了禁食對(duì)脂肪代謝有顯著正向調(diào)節(jié)[12]。禁食可以降低血清總膽固醇（total cholesterol，TC）、TG、低密度脂蛋白膽固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C），增加高密度脂蛋白膽固醇（high density lipoprotein cholesterol，HDL-C）并誘導(dǎo)代謝適應(yīng)[13]。但當(dāng)無外源性碳水化合物攝入時(shí)，肝糖原耗竭后過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)則會(huì)引起低血糖或糖代謝失調(diào)。

脂肪的動(dòng)員途徑由胰高血糖素與兒茶酚胺（catecholamine，CA）激活，被胰島素抑制，血TG 與FFA可作為脂肪細(xì)胞分解的標(biāo)志物評(píng)估脂解程度。研究發(fā)現(xiàn)同樣是低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)過程中，餐后血TG 與FFA 濃度分別為5.5mol·kg-1·min-1與0.2mmol/L，而餐前狀態(tài)TG 與FFA 濃度分別為8.5mol·kg-1·min-1與0.45mmol/L[14]。Van 等[15]在保持相等高熱量攝入情況下對(duì)年輕男性進(jìn)行每周4 天，每次60～90min，共計(jì)6 周的中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)，觀察到餐后運(yùn)動(dòng)組體重顯著上升1.4kg，而餐前運(yùn)動(dòng)組體重?zé)o明顯增加，后續(xù)的實(shí)驗(yàn)采用同一運(yùn)動(dòng)方案，而飲食采取等熱量方案，結(jié)果顯示禁食運(yùn)動(dòng)組骨骼肌細(xì)胞內(nèi)脂肪（intramyocellularl-ipid，IMCL）分解增強(qiáng)，檸檬酸縮合酶（citrate synthase，CS）與β-羥脂肪酰輔酶A 脫氫酶活性上升。表明空腹有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)于預(yù)防運(yùn)動(dòng)性血糖下降、提高骨骼肌氧化能力、促進(jìn)IMCL 降解有重要意義。

Enevoldsen 等[7]發(fā)現(xiàn)餐前運(yùn)動(dòng)與基線值相比脂肪酸動(dòng)員增加了4倍，最大值可達(dá)4.7倍，而餐后組只增加了1.5倍，但CA水平無顯著差異。與此相反，Schoenfeld 等[16]對(duì)20名年輕女大學(xué)生進(jìn)行禁食與餐后有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)，4周后體成分測(cè)量發(fā)現(xiàn)兩組體脂含量都有所降低，但兩組無顯著差異。這可能與實(shí)驗(yàn)對(duì)象的差異性、飲食控制的精確性、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的差異性等外部條件有關(guān)。

空腹?fàn)顟B(tài)下受試者已經(jīng)處于能量負(fù)平衡狀態(tài)，此時(shí)運(yùn)動(dòng)機(jī)體不依賴糖類而是脂肪作為底物，會(huì)引起血漿AD 與循環(huán)胰島素濃度升高，而餐后運(yùn)動(dòng)接近尾聲時(shí)AD 也有明顯增高，但運(yùn)動(dòng)過程中脂肪利用率顯著低于空腹?fàn)顟B(tài)[17]。AD是公認(rèn)脂肪分解的誘發(fā)因素，其釋放量與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度呈正相關(guān)，但在另一項(xiàng)高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)脂肪分解代謝會(huì)減弱而不是增強(qiáng)。Gillen 等[18]在保持受試者實(shí)驗(yàn)前飲食習(xí)慣的條件下對(duì)16名肥胖婦女進(jìn)行每周3 天，每次12min，共計(jì)6 周的高強(qiáng)度間歇性運(yùn)動(dòng)后，發(fā)現(xiàn)空腹運(yùn)動(dòng)組與餐后運(yùn)動(dòng)組腿部、腹部以及全身脂肪含量都有所下降，但兩組間并無明顯差異。造成這種結(jié)果的原因可能是6 周實(shí)驗(yàn)周期相對(duì)過長(zhǎng)，短期低碳飲食配合有氧運(yùn)動(dòng)在減脂末期或瓶頸期能夠發(fā)揮明顯效果，但單純有氧運(yùn)動(dòng)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)無論是脂肪組織還是肌組織都會(huì)不可避免的加重流失。同時(shí)也應(yīng)考慮實(shí)驗(yàn)對(duì)象雌性激素水平不同而導(dǎo)致脂肪細(xì)胞α2 受體活性不同引發(fā)的拮抗CA 脂解作用差異。研究證實(shí)禁食狀態(tài)下可致使肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1（carnitine palmitoyltransferase，CPT-1）、脂肪酸移位酶（fatty acid translocase，F(xiàn)AT/CD36）、解耦聯(lián)蛋白-3（uncoupling protein，UCP3）、腺嘌呤核糖核苷酸（adenosine monophosphate，AMP）激活蛋白酶等上調(diào)，從而導(dǎo)致骨骼肌與脂肪分解[19，20]。但一般認(rèn)為短期的禁食不會(huì)造成蛋白質(zhì)分解，機(jī)體對(duì)于蛋白質(zhì)的分解來源于禁食第3 天，前兩天主要依靠糖原與脂肪儲(chǔ)備氧化供能[21]。因此空腹有氧運(yùn)動(dòng)過程中的肌肉組織分解可能源于有氧運(yùn)動(dòng)而并非禁食。

此外，研究發(fā)現(xiàn)衰老的巨噬細(xì)胞能夠影響CA，致使CA 無法發(fā)揮誘導(dǎo)脂肪水解功能的現(xiàn)象似乎也能解釋空腹有氧運(yùn)動(dòng)的“長(zhǎng)時(shí)低效”[22]。也有研究顯示劇烈運(yùn)動(dòng)與禁食可以激活細(xì)胞內(nèi)部蛋白質(zhì)處理系統(tǒng)導(dǎo)致骨骼肌自噬[23]。其機(jī)理可能為胰高血糖素刺激蛋白酶體活性，增強(qiáng)細(xì)胞破壞錯(cuò)誤蛋白能力，通過調(diào)節(jié)泛素-蛋白酶途徑影響人體健康。短期空腹有氧運(yùn)動(dòng)是否能上調(diào)機(jī)體自噬水平，進(jìn)而降低衰老吞噬細(xì)胞對(duì)CA的抑制，還有待后續(xù)研究。

2.2 脂肪酸再脂化攝食后運(yùn)動(dòng)的高胰島素水平可通過降低脂肪細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸酰苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）濃度抑制ATGL 活性，促進(jìn)水解后的FFA 與甘油再脂化反應(yīng)，然而部分脂肪酸在運(yùn)動(dòng)中通過TG 水解釋放后并沒有重新脂化，而是被困在細(xì)胞內(nèi)，以便在運(yùn)動(dòng)早期釋放[24]。有學(xué)者提出如果脂肪酸和甘油都是從皮下或腹部脂肪組織中釋放出來的，那么脂肪酸/甘油的釋放率應(yīng)該等于3.0，然而在運(yùn)動(dòng)前和運(yùn)動(dòng)中空腹?fàn)顟B(tài)下釋放率通常為2.5～2.8[25]。這也可以解釋為什么運(yùn)動(dòng)后30min 左右，當(dāng)甘油釋放量急劇減少時(shí)，脂肪酸/甘油釋放率會(huì)超過3.0。目前血糖對(duì)脂肪酸活性成分跨膜效率負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)理尚未明確，但當(dāng)饑餓或糖儲(chǔ)過低時(shí)CAT1 活性增強(qiáng)，而餐后由于糖代謝旺盛，乙酰CoA 與檸檬酸能別構(gòu)激活乙酰CoA 羧化酶，變構(gòu)抑制劑軟脂酰CoA 與酮體生成減少,促進(jìn)丙二酰CoA 生成，進(jìn)而抑制CAT1、阻礙β-氧化，胰高血糖素共價(jià)修飾作用也可抑制脂肪酸合成。

外源性底物可以對(duì)代謝過程起到調(diào)節(jié)作用，因此無論是運(yùn)動(dòng)前還是運(yùn)動(dòng)過程中攝入碳水化合物，都會(huì)抑制脂肪氧化[26]。這與胰島素參與的脂肪組織分解代謝的減弱、糖類無氧氧化供能比例增加、脂肪酸氧化與轉(zhuǎn)運(yùn)的參與基因表達(dá)減少密不可分[19，27]。在中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中，低糖原水平與低胰島素水平會(huì)導(dǎo)致身體的能量利用從碳水化合物向脂肪轉(zhuǎn)移，長(zhǎng)期來看對(duì)線粒體氧化能力、肌糖原儲(chǔ)量、脂肪氧化率等均產(chǎn)生正向效益[28～30]。目前血糖濃度與再脂化反饋調(diào)節(jié)機(jī)制、磷酸二羥丙酮（dihydroxyacetone phosphate，DHAP）與血葡萄糖對(duì)脂肪酸的負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

Civitarese 等[31]對(duì)比7名健康男性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)攝入/不攝入碳水化合物發(fā)現(xiàn)，空腹組FFA 濃度上升，脂肪氧化程度較高。當(dāng)餐后運(yùn)動(dòng)時(shí)，延遲脂肪酸釋放似乎沒有發(fā)生，因此脂肪酸/甘油值低，餐后葡萄糖利用率的增加與相對(duì)較高的胰島素結(jié)合導(dǎo)致再脂化增強(qiáng)[32]。目前來看DHAP 上升使脂肪酸釋放減少從而導(dǎo)致脂肪酸再脂化減少路徑的生理機(jī)制尚無定論，但值得注意的是，脂肪水解的速率并不是縮減體脂的全部，如何降低FFA 與甘油再脂化也是治療肥胖的突破點(diǎn)。

2.3 脂肪酸氧化最近研究表明，在進(jìn)食碳水化合物后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致中長(zhǎng)鏈脂肪酸進(jìn)入線粒體比例降低，脂肪氧化供能減少，除此之外還可造成運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的肌肉脂肪氧化基因表達(dá)受抑，多種脂解酶mRNA 濃度顯著降低，CPT-1、FAT/CD36 等脂肪代謝酶的含量下降[22，33]?？崭褂醒踹\(yùn)動(dòng)的高脂耗路徑可能為循環(huán)胰島素的低水平引誘乙酰CoA 羧化酶合成下降，致使丙二酰CoA水平降低，肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ（carnitine acyltransferase 1，CAT1）、肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅱ（carnitine acyltransferase 2，CAT2）受抑作用減弱后，活性增強(qiáng)，會(huì)轉(zhuǎn)移更多的長(zhǎng)鏈脂酰入線粒體基質(zhì)氧化供能。此外由于空腹?fàn)顟B(tài)胃腸道負(fù)擔(dān)較小，循環(huán)血量較餐后更多，可能彌補(bǔ)紅細(xì)胞無線粒體而不能氧化脂肪酸獲能的缺陷。

研究認(rèn)為，在運(yùn)動(dòng)中消耗過多的脂肪后，機(jī)體會(huì)在恢復(fù)期內(nèi)更多地利用其他能源物質(zhì)[34]。Lee等[35]也表示運(yùn)動(dòng)前進(jìn)食增加的運(yùn)動(dòng)熱效應(yīng)可以抵消空腹運(yùn)動(dòng)潛在消耗的脂肪。為了證實(shí)這些觀點(diǎn)，Paoli 等[36]比較了空腹與餐后中強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)24h內(nèi)的呼吸商（respiratory quotient，RQ），發(fā)現(xiàn)餐后組相對(duì)空腹組RQ 顯著增加（0.96 vs 0.84），在隨后12h內(nèi)，兩組都下降，但餐后下降更明顯，直到運(yùn)動(dòng)結(jié)束的24h內(nèi)餐后運(yùn)動(dòng)組相對(duì)空腹組都表現(xiàn)出顯著較低的RQ值。似乎空腹有氧運(yùn)動(dòng)的弊端在于只能提高運(yùn)動(dòng)時(shí)的脂肪氧化，而餐后有氧運(yùn)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)在于可以提高機(jī)體新陳代謝，降低訓(xùn)練后的RQ 來增加恢復(fù)期脂肪分解。

Goben 等[37]對(duì)7名體瘦女性進(jìn)行不同強(qiáng)度的空腹/餐后運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)低強(qiáng)度與高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)前攝入食物可顯著增加運(yùn)動(dòng)后氧消耗量，且餐后運(yùn)動(dòng)比空腹運(yùn)動(dòng)對(duì)提高和維持較高能量支出更有益。該研究很好地揭示了氧耗與餐前餐后運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，但由于測(cè)試周期相對(duì)較短，餐前與餐后運(yùn)動(dòng)對(duì)身體成分、耗氧量的影響可能需要更長(zhǎng)時(shí)間才能顯現(xiàn)出來。此外也應(yīng)考慮食物與運(yùn)動(dòng)耗氧量有累加效應(yīng)[38]、短暫禁食后交感-腎上腺-髓質(zhì)（SAM）軸釋放的CA類抑制食欲導(dǎo)致攝入減少的因素[2]。上述餐前餐后實(shí)驗(yàn)中攝入熱量的計(jì)算數(shù)據(jù)僅來源于飲食記錄報(bào)告，因此不排除餐后運(yùn)動(dòng)受試者食欲相對(duì)增強(qiáng)，有額外未報(bào)告的食物攝入所引發(fā)的食物氧耗增加或餐前運(yùn)動(dòng)恢復(fù)期內(nèi)短暫食欲降低引起的總蛋白攝入少所致的食物氧化耗氧低；其次由于人體試驗(yàn)較為復(fù)雜，受試者無法完全做到不參加其他運(yùn)動(dòng)，后續(xù)研究可采用封閉式固定飲食的方法來細(xì)化實(shí)驗(yàn)。

Trabelsi 等[39]對(duì)19名男性進(jìn)行餐前餐后有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)空腹?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致體重與體脂百分比下降明顯，但尿素、肌酐、尿酸、HDL-C 等指標(biāo)差異不顯著。另一項(xiàng)為期6 周的餐前健美操運(yùn)動(dòng)結(jié)果顯示，餐前運(yùn)動(dòng)較餐后運(yùn)動(dòng)骨骼肌中UCP3 與酸性結(jié)合蛋白含量相對(duì)提升，并且訓(xùn)練能夠顯著增加IMCL 在能量供應(yīng)方面的貢獻(xiàn)，顯著增強(qiáng)肌肉氧化能力、預(yù)防快速運(yùn)動(dòng)時(shí)血糖濃度下降，有助于提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[18，40]。為了確定運(yùn)動(dòng)前攝入碳水化合物后脂肪分解的抑制是否可以減少運(yùn)動(dòng)中脂肪氧化，對(duì)6名健康男性進(jìn)行運(yùn)動(dòng)前攝入/不攝入碳水化合物膳食，結(jié)果顯示餐后運(yùn)動(dòng)脂肪分解減少導(dǎo)致了脂肪酸利用率低下，進(jìn)而限制骨骼肌脂肪氧化[18]。通過回顧性分析發(fā)現(xiàn)不同禁食與運(yùn)動(dòng)方法對(duì)體成分會(huì)產(chǎn)生不同效益，一些研究甚至出現(xiàn)矛盾的數(shù)據(jù)，這可能與實(shí)驗(yàn)對(duì)象過于單一且有差異性、飲食控制的精確性、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的周密性等有關(guān)，但總體來看空腹有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)體脂具有高效縮減作用。

3 小結(jié)

相比餐后有氧運(yùn)動(dòng)，空腹有氧運(yùn)動(dòng)短期內(nèi)可高效削減體脂與骨骼肌含量、改善脂代謝，這對(duì)于消除腰腹等部位頑固脂肪、突破減脂平臺(tái)期、治療非酒精性脂肪肝及糖尿病等能量代謝類疾病具有重大意義，但長(zhǎng)期應(yīng)用似乎并無明顯優(yōu)勢(shì)。目前空腹有氧運(yùn)動(dòng)在臨床治療中已有應(yīng)用，顯示出較好的療效，由于該方法被提出時(shí)間較短，故其影響體成分的作用機(jī)制還有待深入研究。值得注意的是，在獲得其正向效益的同時(shí)，也應(yīng)防范其導(dǎo)致的低血糖、酮癥酸中毒、高尿酸血癥等風(fēng)險(xiǎn)增高及骨骼肌流失等負(fù)面效益。