这篇综述提出了一个突破性观点，阐释了运动如何通过能量调节机制影响健康。研究表明，人体并非简单地通过燃烧更多卡路里来应对运动，而是主动减少炎症、应激反应和生殖功能等其他生理过程的能量消耗，以补偿增加的身体活动。在适度运动水平下，这种能量补偿可通过降低慢性病风险带来健康益处；但极端运动可能损害基础生理功能，潜在地增加感染风险并引发其他健康问题。相关证据来自全球不同人群的研究，并表明身体在经过数月适应后，不同活动水平下的总能量消耗会趋于惊人的一致。
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身体如何管理能量：运动与健康之间令人惊讶的关系
目录
- 引言：重新思考运动与能量消耗
- 受限能量模型：身体如何平衡能量
- 能量补偿：身体的调节机制
- 健康意义：为何适度运动有效
- 通过运动调节免疫系统
- 应激反应与激素适应
- 生殖健康与能量分配
- 给患者的实用建议
- 研究局限性与未来方向
- 信息来源
引言：重新思考运动与能量消耗
长期以来，运动被公认为对健康至关重要。大量研究表明，定期进行体育活动能降低全因死亡风险。活跃人群的心血管疾病、2型糖尿病、多种癌症、精神疾病及认知衰退的发生率较低。相反，久坐行为与代谢性疾病风险上升和寿命缩短密切相关。
几十年来，科学家假设增加体育活动会直接转化为更高的总能量消耗（TEE，即身体每日燃烧的总卡路里）。传统观点认为，这种增加的卡路里消耗是运动的主要益处之一。然而，采用先进测量技术的突破性研究揭示，活动与能量消耗之间存在更为复杂的关系。
对不同全球人群的研究显示，无论活动水平如何，总能量消耗惊人地相似。比较尼日利亚体力活跃的农业社区与美国久坐城市居民的研究发现，总能量消耗或活动能量消耗（超出基本身体功能用于运动的能量部分）并无差异。对坦桑尼亚狩猎采集社区、玻利维亚农业社区与久坐西方人群的比较研究也得出了类似结果。
受限能量模型：身体如何平衡能量
受限总能量消耗模型提出，人类和其他动物进化出了机制，将每日能量消耗维持在狭窄范围内。当体力活动增加时，身体通过减少其他生理活动的能量支出来补偿，以维持整体能量平衡。
这种补偿不会立即发生。开始新的运动计划时，最初会燃烧更多卡路里。然而，经过数周或数月，身体通过减少非必要功能的能量分配来适应。这种进化适应可能帮助我们的祖先在食物能量常常有限的环境中生存。
身体根据进化重要性优先减少哪些功能。非必要支出，如过度炎症或应激反应，首先被削减，而必要功能则被保留，直到活动水平变得极高。这种智能能量管理系统解释了为何一旦身体有时间适应，不同生活方式下的总能量消耗保持惊人一致。
能量补偿：身体的调节机制
能量补偿，有时称为“代谢适应”，发生在身体通过减少其他能量支出来响应增加的活动时。例如，如果你通过运动每天额外燃烧200卡路里，身体最终可能通过减少其他生理活动约200卡路里来补偿，使总能量消耗保持不变。
分析涉及928名受试者的61项研究发现，补偿水平因研究持续时间和个体因素而异。对于持续26周或更长的干预，能量补偿平均约为80%。这意味着如果你每天增加500卡路里的运动，身体可能通过减少其他支出约400卡路里来补偿，导致净增加支出仅100卡路里。
几个因素影响补偿。体重较重、体脂较多的人显示较少补偿，可能因为他们的能量储备缓冲了代谢响应。年轻人也显示出与老年人不同的补偿模式。运动量不影响补偿百分比——无论你适度还是剧烈运动，身体都会按比例补偿。
补偿时机至关重要。有意义的补偿需要数月时间发展。短期研究（少于26周）显示补偿高度可变，范围在28-72%，而长期研究显示更一致的补偿，约80%。这解释了为何人们在运动计划的前几个月往往体重减轻少于预期。
健康意义：为何适度运动有效
受限能量模型提供了一个革命性框架，用于理解运动如何改善健康。运动不仅仅是燃烧更多卡路里，而是触发有益的非必要生理活动减少，这些活动在过度活跃时会驱动慢性疾病。
在适度活动水平下，身体减少对慢性炎症、过度应激反应和生殖系统过度活跃等过程的能量分配。这些降低减少了心血管疾病、代谢紊乱和其他慢性病的风险。这解释了为何从久坐到适度活跃的生活方式转变产生如此显著的健康益处。
然而，在极端活动水平下（如精英运动员大量训练），身体可能被迫减少对必要功能的能量分配。这可能损害免疫功能、生殖健康和其他关键过程，这或许解释了为何极高活动水平有时会增加健康风险。
活动与健康的关系似乎遵循U型曲线。久坐人群因非必要系统过度活跃而具有高疾病风险。适度活跃人群享受最低风险，因为这些系统得到适当调节。极度活跃人群可能看到风险增加，因为必要功能受到损害。
通过运动调节免疫系统
免疫系统代表显著的能量消耗，特别是先天（非特异性）免疫响应。受限能量模型预测免疫活动将对体力活动水平和能量可用性敏感。
研究显示运动对炎症有复杂影响。运动期间，炎症暂时按强度比例增加。然而，长期运动创造整体抗炎状态。身体健康的个体显示出较低水平的促炎标志物，包括C反应蛋白、纤维蛋白原和白细胞计数。
一项对3,638名健康美国成年人的主要研究发现，每月报告四次或更多运动会话的人炎症标志物显著低于运动三次或更少的人。这种抗炎效应背后的机制正变得清晰。运动肌肉产生白细胞介素-6（IL-6），然后刺激抗炎化合物。运动还减少促炎免疫细胞及其对炎症触发物的敏感性。
然而，在极端水平下，运动可能过度抑制免疫功能。精英运动员中的过度训练综合征以白细胞计数减少为特征，包括中性粒细胞、单核细胞和T细胞。这种免疫功能受损增加感染风险，创造了“精英运动员悖论”，即极限运动可能实际上增加疾病易感性。
应激反应与激素适应
身体的应激响应系统——下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴和交感神经系统（SNS）——在激活时消耗显著能量。这些系统在应激期间增加心率、血压和能量动员。
这些应激系统的慢性激活与心血管健康差、肥胖和心理健康问题相关。受限能量模型预测体力活动将调节这些系统以节约能量。研究一致显示，身体健康的人应激反应性降低，同时保持正常基线功能。
研究表明，身体健康的人在面对心理应激源时显示出较小的皮质醇和心率增加。剧烈体能训练可以钝化对次最大运动的皮质醇反应。一些研究表明，较高的运动负荷可能减少皮质醇觉醒反应，即醒来时自然的皮质醇峰值。
这种与定期运动相关的钝化应激响应显著促进了体育活动的心理健康益处。降低的应激反应性与更好的心血管结果、代谢健康和心理健康相关。
生殖健康与能量分配
生殖代表另一个能量密集型生理系统，似乎通过能量约束机制对体力活动水平敏感。研究显示运动影响男性和女性的生殖激素产生和功能。
在男性中，剧烈运动与睾酮水平降低相关。在女性中，效果特别有据可查。剧烈运动可以抑制卵巢功能，减少黄体期孕酮水平，并导致月经不规律。这些效果遵循剂量-反应模式，运动负荷越大，抑制越显著。
对尼泊尔农村农民的研究显示，体力活动工作量的季节性增加与卵巢功能减弱相对应。在更体力活跃、欠发达人群中，通常显示出比工业化社会中久坐人群更低的孕酮水平。
女性运动员在密集训练时经常经历不规律周期和闭经（无月经）。这种生殖抑制代表了身体在高体力活动需求期间如何减少非必需能量支出的一个明显例子。
给患者的实用建议
基于这项研究，患者应理解运动的健康益处不仅来自活动期间燃烧的卡路里，还来自活动如何重新编程身体的能量分配。以下是基于证据的建议：
- 坚持性比强度更重要 - 定期进行适度运动可通过恰当调节非必需生理功能而不损害必需机能，从而提供最佳健康效益
- 给予适应时间 - 身体需要数月时间才能完全适应新的活动水平。不要期望仅通过运动就能立即实现减重效果
- 中等强度效果最佳 - 对于部分人群，极限运动可能因损害必需机能而实际增加健康风险
- 结合饮食干预 - 由于能量补偿会降低运动的减重效益，将运动与适当营养结合可获得最佳效果
- 倾听身体信号 - 训练过度的征兆包括频繁患病、月经失调、持续性疲劳及恢复能力下降
对大多数人而言，每周150-300分钟的中等强度运动可提供最佳健康效益。此活动水平似乎足以下调有害的非必需生理过程，同时避免身体启动损害必需机能的补偿机制。
研究局限性与未来方向
尽管约束能量模型得到大量证据支持，仍需注意若干局限性。许多运动干预研究未直接测量总能量消耗，导致难以区分代谢补偿与行为改变。能量消耗降低与能量摄入增加对补偿机制的相对贡献需要进一步研究。
多数研究聚焦体重稳定人群，因此运动同时进行刻意热量限制的效果仍不明确。体力活动与饮食能量限制可能存在的交互效应值得深入研究。人体优先下调哪些功能的决策机制也需要更深入的探究。
未来研究应在运动干预中纳入更直接的总能量消耗测量。考察不同运动类型（耐力训练与抗阻训练）如何影响能量补偿的研究具有重要价值。针对不同人群和年龄组的研究有助于厘清年龄、性别和体成分等因素对补偿模式的影响。
追踪数年（而非数月）补偿机制发展的长期研究，可为适应过程提供更深入的见解。探究能量约束背后的分子与遗传机制的研究，可能为治疗干预揭示新靶点。
来源信息
原文标题：能量约束：连接运动与健康的新机制
作者：赫尔曼·庞策（Herman Pontzer）
机构：杜克大学进化人类学系，北卡罗来纳州达勒姆市
出版物：《生理学杂志》第33卷，第384-393页，2018年
出版日期：2018年10月10日
数字对象标识符：10.1152/physiol.00027.2018
本篇患者友好型文章基于科学生理学期刊发表的同行评审研究。原研究综合多个人类与动物实验证据，构建了通过能量调节机制理解运动如何影响健康的新框架。