Altered brown fat thermoregulation and enhanced cold-induced thermogenesis in young, healthy, winter-swimming men

研究背景与意义

棕色脂肪（Brown Adipose Tissue, BAT）作为一种特殊的脂肪组织，具有通过产热消耗能量的功能，这一特性使其在能量代谢和体温调节中发挥重要作用。近年来，关于 BAT 在人体中的存在及其功能的研究逐渐增多，但针对特定生活方式对 BAT 功能影响的深入研究仍相对有限。本文献聚焦于冬季游泳这一特殊生活方式对年轻健康男性棕色脂肪热调节及寒冷诱导产热的影响，旨在探讨冬季游泳是否会对人体的热舒适状态、BAT 活性以及产热能力产生影响，为理解 BAT 在人体体温调节中的作用机制提供新的视角，同时为潜在的生活方式干预策略提供科学依据。

 

研究方法

研究对象

研究纳入了 7 名冬季游泳男性和 8 名对照组男性，两组在年龄、BMI 和最大耗氧量（VO2max）等方面进行了匹配。冬季游泳组的纳入标准为每周进行 2-3 次冬季游泳且至少进入第二个冬季游泳季。对照组则排除了有冬季游泳或冷水浴习惯的个体。

实验设计

研究采用交叉设计，在随机顺序下进行干预。实验包括基于感知的冷却测试日、热舒适状态测试日以及重复的冷却测试日。在冷却测试日，受试者在热舒适状态下持续 45 分钟后，逐渐降低水温进行冷却，直至达到稳定的非战栗冷感觉（视觉模拟量表 VAS 评分为 8-9）。在热舒适状态测试日，受试者处于主观热舒适状态（VAS 评分为 4-5）。在第二个冷却测试日，重复第一个冷却测试日的协议，但不进行 PET/MRI 扫描，而是测量静息能量消耗（REE）并进行腹部皮下脂肪活检。

测量指标

核心温度与皮肤温度 ：通过直肠温度计测量核心温度，并使用红外热成像（IRT）实时测量锁骨上皮肤温度、胸骨皮肤温度以及左太阳穴皮肤温度。同时，利用 iButtons 记录 5 个外周身体部位（前额、右足背、左肩、右手背和左手背）的皮肤温度。

BAT 活性与代谢体积 ：采用 2-脱氧-2-[18F]氟代-D-葡萄糖（FDG）正电子发射断层扫描（PET）结合磁共振成像（MRI）测量 BAT 活性。通过标准化摄取值（SUV）阈值为 2.0 的方法确定 BAT 体积，并计算 SUVmean 和 BAT 代谢体积（BMV）。

能量消耗 ：使用间接热量计测量静息能量消耗（REE），并计算寒冷诱导产热（CIT）。

基因表达 ：对腹部皮下脂肪活检样本进行 RNA 提取、cDNA 合成和实时定量 PCR，分析与脂肪代谢和产热相关的基因表达。

研究结果

冬季游泳者热舒适状态下的生理特征

冬季游泳组在热舒适状态下核心温度低于对照组（P = 0.008），且未检测到 BAT 葡萄糖摄取，而对照组大多数受试者在热舒适状态下存在 BAT 葡萄糖摄取。

冬季游泳组的总脂肪百分比低于对照组（P = 0.01），而两组的 BMI 无显著差异冷却过程中生理反应的差异。

在冷却过程中，冬季游泳组和对照组的核心温度均有所下降，但两组在冷却过程中的核心温度和冷感觉评分无显著差异。

冬季游泳组在冷却过程中锁骨上皮肤温度升高幅度显著大于对照组（P = 0.001），且在多个时间点与热舒适状态相比存在显著差异。而胸骨皮肤温度在两组间整体较高，但冷却对其无显著影响。

冬季游泳组在冷却过程中外周皮肤温度普遍较高，可能反映了更大的热量丢失。

BAT 活性与代谢体积分析

在冷却状态下，两组的 BAT SUVmean 水平相当，但在热舒适状态下，冬季游泳组未检测到 BAT 葡萄糖摄取，而对照组存在一定程度的 BAT 葡萄糖摄取。

在调整 BAT 代谢体积后，两组间未再出现差异，但后测显示仅对照组在冷却状态下存在显著的冷却效应。

对于肾周 BAT，两组间未观察到总体差异，但仅冬季游泳组在冷却时肾周 BAT 的葡萄糖摄取显著增加。

能量消耗与寒冷诱导产热

冬季游泳组在冷却状态下的 REE 高于对照组（P = 0.001），且 CIT 在冬季游泳组中显著更高，能量消耗增加了 500-1000 kcal/24h，远高于之前研究报道的人类 BAT 约产生 20kcal/24h 的水平。

基因表达分析

在腹部皮下脂肪中，与脂肪代谢和产热相关的基因如 PPARGC1A、TBX1、TMEM26 和 CKMT2 在两组间以及在冷却状态下均未表现出显著差异，排除了在皮下腹部分脂肪中发生 “棕色化” 的可能性。

LIPE 基因在冷却状态下表达上调，PLIN1 基因在冬季游泳组表达较低，ELOVL6 基因在冬季游泳组的皮下脂肪中表达较高，提示冬季游泳组的皮下脂肪可能存在不同的脂质代谢调节。

昼夜节律研究

冬季游泳组在 24 小时监测期间核心温度低于对照组（P = 0.01），且在夜间的核心温度降低幅度更大。

冬季游泳组的锁骨上皮肤温度在夜间出现明显的下调规律，并在清晨 5 点左右出现温度峰值，而对照组未观察到如此明显的峰值。

冬季游泳组在左太阳穴皮肤温度上也高于对照组，可能反映了更大的热量丢失。

研究结论与展望

本研究深入探讨了冬季游泳这一特殊生活方式对年轻健康男性棕色脂肪热调节及寒冷诱导产热的影响。研究结果表明，冬季游泳者相较于对照组，在热舒适状态下具有更低的核心温度且未检测到 BAT 葡萄糖摄取，而在冷却状态下则展现出更高的寒冷诱导产热和锁骨上皮肤温度。这些发现揭示了冬季游泳可能对机体的热舒适状态和产热机制产生显著影响，提示 BAT 在人体体温调节中发挥着重要作用，并且长期的寒冷适应（如冬季游泳）可能会改变 BAT 的功能和调节机制，进而影响机体的能量代谢。此外，研究还发现冬季游泳者的皮下脂肪可能存在不同的脂质代谢调节，这可能与他们适应寒冷环境的能力有关。

尽管本研究提供了关于冬季游泳对棕色脂肪影响的有价值见解，但仍存在一些局限性。例如，研究样本量较小，可能存在 I 型和 II 型错误的风险；仅纳入男性受试者，限制了研究结果的普遍性；此外，多种测量方法均存在一定局限性。未来的研究应扩大样本量，并包括女性受试者，以进一步验证和扩展本研究的发现。同时，深入探究 BAT 在不同生活方式和环境条件下的功能变化，以及其与能量代谢、体温调节和其他生理过程之间的相互作用，将有助于为预防和治疗肥胖及相关代谢性疾病提供新的策略和靶点。

总之，本文献通过严谨的实验设计和多维度的测量方法，为理解冬季游泳对棕色脂肪热调节及寒冷诱导产热的影响提供了重要证据，为进一步探索生活方式干预对能量代谢的潜在益处奠定了基础。