在成年人中，棕色脂肪组织(BAT)存在于锁骨上区域和靠近交感神经系统的更深层区域，包括颈部、脊柱和肾周。BAT是一种生热组织，它使用游离脂肪酸通过线粒体解偶联产生热量，使其在寒冷环境中非常耗能，生热作用活跃。由于冬泳者往往有蒸桑拿的习惯，因此可能比普通人对冷热环境有更好的适应能力。
近日，丹麦哥本哈哥大学的Camilla Scheele和他的合作者们在《Cell Reports Medicine》上发表了标题为“Altered brown fat thermoregulation and enhanced cold-induced thermogenesis in young, healthy, winter-swimming men”的研究论文，其中的数据充分利用了对BAT在成人体温调节中的作用，提示长期冬泳和桑拿使人体同时进行冷热适应，有助于加强能量消耗达到减肥效果。
受试者的初始体征
作者招募了年轻、健康的长期冬泳者（冬泳组）和非冬泳者（对照组）各8人，受试组冬泳者和对照组在食物、性别、体重指数（BMI）和力竭运动时的最大耗氧量(VO2max)相匹配。在冬泳组中，除了一个人以外，所有人都在实验期间蒸桑拿。对照组在研究期间不蒸桑拿，也不进行冷热疗。初步指标分析显示，尽管体重指数没有差异，但对照组的总脂肪百分比更高。此外，冬泳运动员的空腹血液生化指标略有不同，包括较低的甲状腺素(T4)、碱性磷酸酶、转铁蛋白和较高的钾水平。
口服葡萄糖实验和实验设置
口服葡萄糖耐量试验表明，冬泳组在摄入葡萄糖后120分钟的血浆葡萄糖水平较低(图1B)，这表明外周葡萄糖处置比对照组更多，胰岛素敏感性在冬泳后得到改善。接下来，作者让受试者接受冷加压测试，用于评估交感神经反应性和耐寒能力。受试者一只手在4℃的冷水中浸泡3分钟。这项测试刺激了两组的脉搏、收缩压和舒张压的增加，但对照组的受影响更大，表明冬泳组正在进行冷适应。因此作者认为两组都对寒冷有反应，但敏感度不同(图1D-1F)。
随后，在不同的日子里，作者评估了基于感知的降温和热舒适状态的反应(图1G)。对受试者的实验设置概述如下。在第一个降温日后大约一周进行第二次降温。第二个降温日的目的是测试感知的降温方案的再现性。第一个降温日的方案:热舒适状态45分钟（27-33°C），冷却195分钟，再加热45分钟。在整个冷却过程中，使用红外热像仪(IRT)实时测量BAT出现在皮肤附近区域的锁骨上皮肤温度，然后使用PET/磁共振成像(MRI)对受试者进行扫描(图1G)。在热舒适实验日，温度保持在热舒适范围。与第一个降温日相同，热舒适日也要进行9个时间点的血液样品采集。第二个降温日的温度设置与第一个降温日相同，但在实验前1小时分别让受试者休息30分钟，另外30分钟测量他们的静息能量消耗(REE)。此外，第二个降温日还进行了两次腹部皮下脂肪（WAT）活检。目的是分析WAT中由于急性冷却或反复冷休克和冷适应(冬泳)而导致的潜在褐变因素。
基于感知的降温提高锁骨上皮肤温度
作者使用blanketrol III控温系统对人体施加不同的温度，然后定制视觉模拟量表(VAS)，VAS一种用于评估感知程度的工具，如焦虑。在该实验中，受试者使用1-10分对温度感知进行评估（1.非常热；5.温度适中；10.冷得发抖）。在降温当天，先让受试者处于热舒适状态45分钟，在随后的一个小时内水温逐渐下降(图2A)。结果表明，这期间，冬泳组和对照组都显示VAS评分逐渐增加（与个体冷感提高相对应，图2B），直肠温度在降温快束时下降(图2C)。组间没有显著差异。
（blanketrol III控温仪）红外温度计（IRT）测量显示，在降温过程中，两组锁骨上皮肤温度都有所升高，而冬泳组的反应更明显。在降温过程中，冬泳组胸骨皮肤温度总体较高，但无降温引起的差异(图2H)。身体五个外围部位的皮肤温度记录器显示，冬季游泳组的外围温度普遍较高。这一观察结果可能表明，冬泳组的热量损失更大。由于对照组的组织脂肪百分比更高，为了排除脂肪厚度对IRT测量产生影响。作者分析了MRI扫描数据，结果表明，这种影响可忽略不计。
冬泳运动员较高的冷诱导产热能力
在进入降温或热舒适状态60分钟后，受试者被注射氟脱氧葡萄糖（FDG）示踪剂，60分钟后在集成正电子发射计算机断层显像（PET）和核磁共振成像(MRI)系统上接受PET/MRI扫描约60分钟。在降温状态下，除一名冬泳者外，所有受试者均在BAT区域显示冷激活葡萄糖示踪剂摄取，测量范围为颈部和膈肌。作者将这个BAT阴性的受试者排除之后所有分析之外。当观察到各组之间的血糖水平没有差异时，发现冬泳组的胰岛素水平总体较低。两组在血压和心率方面没有差异。肝脏的葡萄糖示踪剂摄取量也显示两组间或治疗组之间无差异。相反，在热舒适状态下，对照组大多数受试者的BAT中显示出适度的葡萄糖示踪剂摄取，而冬泳者在任何受试者中都没有摄取葡萄糖示踪剂(图3A-B)。作者发现冬泳组在降温过程中REE较高(图3E)，这与图2中观察到的锁骨上皮肤温度较高一致。并且冬泳组的冷诱导产热显著更高（冷诱导的产热作用是通过REE的增量来计算的，图3F）。为了评估冷却过程中肌肉产热的可能性，作者使用肌电图(EMG)监测肌肉活动。根据扫描结果评估认为，与对照组相比，冬泳组的肋间肌葡糖糖吸收更高(图3I)。在对照组中，骨骼肌的水分百分比高于白色脂肪组织（WAT）和BAT(图3K)，不过，BAT的水分百分比高于WAT。冬泳组骨骼肌水百分比也高于WAT和BAT，但WAT和BAT水分百分比无明显差异(图3K)。这可能潜在地提示冬泳者WAT的血管化和线粒体生物合成增加。另一种可能是冬泳组的脂质储存和代谢发生改变。
接下来，作者通过评估在急性冷刺激前后收集的腹部皮下脂肪组织活检组织中的基因表达，研究产热差异和脂质代谢的标志物是否在WAT中受到差异调节。结果表明，LIPE基因编码的激素敏感脂肪酶，由冷热效应引起。而PLIN1（编码脂滴包被蛋白1（Perilipin 1），保护脂滴不被激素敏感脂肪酶破坏）在冬泳者组中表达较低(图3M)。长链脂肪酸家族成员6(ELOVL6)是新生血管生成(DNL)的标志物，在冬泳组WAT中有较高的表达(图3O)。综上所述，作者证明了两组在热舒适状态下对葡萄糖示踪剂的摄取是不同的：大多数对照组的BAT代谢活跃，而冬泳者没有葡萄糖摄取。然而，冬泳者的冷诱导产热率明显高于对照组，而且冬泳组BAT和骨骼肌都参与其中，可能是脂质代谢发生了改变。
冬泳运动员的核心温度较低，锁骨上皮肤温度有明显的日节律
作者新纳入了一组受试者(冬泳组，n=5；对照组，n=6)，调查了BAT体温在24小时内的变化。实验对象被允许使用电脑，但被要求尽可能呆在床上，并且只允许进行轻微活动（如上厕所）。结果显示，当受试者躺在床上休息时，出现核心体温下降的节律(图4e)。冬泳组在24小时的核心体温低于对照组(图4E)，而锁骨上皮温高于对照组(图4G)。此外，左侧太阳穴的皮肤显示冬泳组比对照组体温更高，这可能反映了冬泳组更多的热量损失。因此，核心温度较低加上潜在的热量损失增加，这可能是冬泳组人在热舒适状态下没有摄取葡萄糖的原因。
虽然，冬泳组和对照组的BAT在夜间的温度比白天低，但在冬泳组中，清晨的温度峰值与白天的温度无显著差异(图4H)。因此，冬泳组BAT成熟度和冷适应能力的提高可能是造成组间差异的原因。
总结
在该研究中，大多数对照组受试者在热舒适状态下显示BAT葡萄糖摄取，表明BAT有助于维持年轻成年人的舒适体温。相比之下，在热舒适状态下，冬泳者的核心温度较低，同时BAT葡萄糖摄入减少，外围皮肤温度较高，表明由于热损失增加和产热减少导致核心温度降低，暗示着冬泳组有更好的热适应能力。此外，作者的研究提出了BAT可能参与调节人类睡眠模式。总之，冬泳组的冷水浸泡和热桑拿相结合，在冷却过程中比对照组燃烧更多的卡路里，因此，作者认为冬泳是一个很好的减肥策略。
原文链接:
https://www.cell.com/cell-reports-medicine/fulltext/S2666-3791(21)00266-4
end
注：本推文首发“科研日精进”微信公众号
