【論文】體重反彈的新機制:能量補償
成果節(jié)選:
體重反彈的新機制:能量補償
【摘要】肥胖是一個全球主要的健康問題,使個體易患多種慢性病,并影響預期壽命?;谏罘绞礁淖兊母深A措施(如,熱量限制和增加身體活動)是肥胖管理不可或缺的組成部分。然而,盡管采取這些干預措施可以減輕體重,但從長遠來看,多數(shù)人會在成功減肥后出現(xiàn)體重反彈,其病理生理學基礎與減肥或減肥后體重維持過程中的能量補償有關。其中,進化、遺傳、致肥胖環(huán)境和行為的交互作用是其主要原因;適應性產熱、食欲增加和代謝成本降低是其主要機制;下丘腦在整合有關食物攝入、能量消耗和體重信號方面發(fā)揮著核心作用,內分泌激素以及腸道微生物的作用是其主要調節(jié)因素。根據(jù)體重反彈的能量補償機制提出應對體重反彈的策略:防止成功減肥后體重反彈,個人需要堅持抵制生理適應和其他有利于體重反彈的行為。
【關鍵詞】病理生理學;能量平衡;能量補償;體重反彈;減肥;熱量限制;身體活動
據(jù)世界衛(wèi)生組織報道,至2016年底,全球18歲及以上人口中有19億超重,其中6.5億人達到肥胖程度。肥胖可導致2型糖尿病、脂肪肝、高血壓、冠心病、癌癥等慢性病的發(fā)病率驟增,并與就業(yè)、婚戀、收入和生活質量有關,需要采取減重策略予以應對。研究表明,包括熱量限制(calorierestriction,CR)、身體活動(physi?calactivity,PA)和行為療法在內的生活方式干預被視為肥胖治療的基石,并可在短期內奏效。然而,對于許多人來說,長期效果卻令人失望。大多數(shù)人會在1年內出現(xiàn)明顯的體重反彈,或恢復到原來的基線體重,甚至超過基線體重,只有不到20%的超重或肥胖者能夠在1年后保持體重減少10%。臨床研究證實,無論采用何種減肥方式,包括生活方式和行為干預、藥物治療和減肥手術的效果都有限,都會或多或少地出現(xiàn)體重反彈?,F(xiàn)代生物醫(yī)學研究表明,在減肥—反彈的背后,隱藏著強有力生物學驅動力——能量補償機制,這種機制往往會阻止體重減輕,并試圖恢復基線體重和脂肪量水平,進而引起減肥后的體重反彈,且這種機制不受人的意志力所調控。鑒于此,本文就成功減肥后導致能量補償?shù)脑?、機制以及調節(jié)因素的研究進展進行評述,其目的是厘清體重反彈的病理生理學基礎,為人們更好地理解減肥后體重反彈的生物學機制提供參考,為臨床制定更為有效的減肥策略提供依據(jù)。
1.相關概念釋義
關于何謂成功減肥,目前尚未達成共識。Wing和Hill將“成功減肥”定義為“有意減掉初始體重的10%及以上,并保持此體重水平1年以上”。Crawford等將其定義為“通過減肥使體重降低至少5%,并維持體重不高于此水平2年以上”。至于為什么要把減重標準規(guī)定為“至少降低5%”,主要是基于肥胖對代謝健康影響的考慮。
體重反彈(weightregain)是指在成功減肥后,體重又有回升的現(xiàn)象。具體評價標準在不同的研究中有所不同。Voorwinde等在一項評論中根據(jù)減重后體重最低點總結出體重反彈的6條標準:1)減肥手術后體重從最低點增加>10kg;2)成功減肥后體重增加超過多余體重(excessbodyweight,EBW)的25%,即EBW>25%;3)BMI從減肥后體重最低點增幅>5kg/m2;4)成功減重后體重反彈至BMI>35kg/m2;5)減肥手術后的任何體重恢復;6)體重從成功減肥后的最低點增加>15%。而在成功減肥后體重反彈至上述6條標準之一者,則可視為“減肥失敗”。
能量補償(energycompensation,EC)是指當一個人試圖減肥時,身體會自動進行“反擊”,啟動能量平衡方程兩邊一系列的生理適應,并想方設法將體重恢復到身體體重設定點的狀態(tài),盡可能地避免機體出現(xiàn)能量負平衡的現(xiàn)象。其表現(xiàn)形式是無論采用CR減肥,還是通過增加PA水平減肥,體重減輕的幅度通常比預期的要少。
2.EC的原因
認識EC的原因和影響因素,是制定防止體重反彈策略的關鍵。目前認為導致肥胖的潛在生理因素涉及生物(進化和遺傳)、環(huán)境、行為等因素(圖1),而且每一個因素都不是孤立存在的,它們互相影響、互相制約,共同創(chuàng)造了一個維護體重的穩(wěn)態(tài)系統(tǒng),同時也為成功減肥后的EC創(chuàng)造了理想條件。其中,生物因素中的下丘腦在整合有關食物攝入、能量平衡和體重的信號方面發(fā)揮著核心作用,而“致肥胖”環(huán)境和行為模式對食物攝入和身體活動的劑量與類型產生影響。因此,無論是減肥,還是防治體重反彈均應根據(jù)這些影響因素制定策略。
圖1肥胖的生態(tài)學范式
Figure1 The Ecological Paradigmof Obesity
2.1進化
人類的身體是為了生存而設計的。在數(shù)百萬年的人類進化中,為應對周期性的食物短缺和頻繁的饑荒,人類已經(jīng)進化出以保持能量代謝正平衡(合成代謝為主)為特征,在有多余熱量時盡可能地聚積能量、形成脂肪組織,并保持它的內在保護性機制和節(jié)儉的能耗分配體系,塑造出在饑餓期間盡可能地減少體重減輕的脂肪量調控系統(tǒng),為人類在食物短缺條件下保持功能完整性和生存提供了生物學保障。
從能量平衡角度看,能量平衡調節(jié)系統(tǒng)應當既可以防止能量不足導致的體脂肪量減少,也可以防止能量過剩引起的體脂肪量增加。但作為一個物種,人類還沒有時間或環(huán)境進化出防止體重增加的進食行為模式,使人類抵御能量過剩的能力大大低于對能量不足抵御能力。因此,對于大多數(shù)人來說,是進化機制讓我們的增重比減肥更容易,而這一切又與人類史上長期食物短缺的進化背景有關。
研究表明,通過CR減肥,會讓這種與生俱來的能量調節(jié)系統(tǒng)的不平衡性變得更為極端。因為熱量攝入過少會引發(fā)機體進入饑餓狀態(tài),同時降低能量消耗,誘發(fā)EC,進而使減肥或維持減肥后的體重變得更加困難。另外,CR引起體重在短時期內的迅速下降,大幅度地偏離了減肥前設定點的新的體重標準,減肥者的身體會誤以為遇到了某種危險,比如遇到了饑荒,于是啟動機體的防衛(wèi)機制(EC或節(jié)儉機制),其結果必然驅動“覓食行為”,并把攝入的熱量更多地轉化成脂肪儲存起來,體重反彈也因此在所難免。還有,從飲食方面來看,人的自我調節(jié)系統(tǒng)更傾向于多攝入一些食物,以便轉化為脂肪存儲起來。因為將多余能量轉化為脂肪,是最為經(jīng)濟有效的儲能方式,有利于人類在各種惡劣的生存環(huán)境下保存足夠的體能以抵御饑餓與嚴寒,對人類的生存具有重要意義。從PA方面來看,人體的自我能量調節(jié)系統(tǒng)也更喜歡儲存脂肪。因為在沒有特別需要的時候,人一般都會本能地將自己的能量消耗限制在最低狀態(tài)。
2.2遺傳
雙胞胎、家庭和收養(yǎng)研究估計,肥胖易感性40%~70%的個體差異是由遺傳變異決定的。目前,大規(guī)模的全基因組研究也已確定了近150種肥胖易感基因變異,并證實這些變異與多個人群的BMI、腰圍或肥胖風險的橫斷面測量顯著相關。其中與成功減肥后體重反彈或EC相關的基因包括:1)參與營養(yǎng)代謝相關的基因。例如,周脂素(Plin)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)、瘦素(Leptin)、蛋白磷酸酶(LambdaPP)、Mg2+/Mn2+依賴性1K(PPM1K)、β-2腎上腺素能受體(ADRB2)等。2)與調節(jié)飽腹感、食物獎勵、飲食行為以及能量消耗相關的基因。例如,BDNF、瘦素、脂肪量和肥胖相關蛋白(FTO)、多巴胺受體D2(DRD2)、K通道四聚化結構域包含15(KCTD15)、跨膜蛋白18(TMEM18)、ADRB2、IL-6、神經(jīng)元生長調節(jié)劑1(NEGR1)和線粒體翻譯起始因子3(MTIF3)等。3)與炎癥、細胞外基質和骨代謝相關的基因。例如,IL-6、骨膜蛋白(POSTN)、膠原蛋白XXIII型α1鏈(COL23A1)、纖維蛋白5(FBLN5)、層粘連蛋白亞基β1(LAMB1)、纖連蛋白1(FN1)和TNF受體超家族成員11a(TNFRSF11A)等。2.3環(huán)境大量的研究表明,全球人口肥胖率驟增的驅動力是日益突出的致肥胖環(huán)境,并非個體代謝缺陷或基因突變。這種環(huán)境包括:易獲得、低成本、高能量的食物環(huán)境;生產勞動機械化、自動化,糧食生產產業(yè)化,農村人口城市化,家務勞動電氣化,交通出行便捷化的身體活動環(huán)境;社會競爭日益劇烈,生活節(jié)奏不斷加快,心理壓力不斷增加的社會環(huán)境;久坐不動或屏幕時間不斷增加,作息時間不規(guī)律、睡眠時間不足的生活環(huán)境;食品業(yè)營銷廣告,基本價值觀塑造的生活偏好,人際交往帶來的不可避免的飲食誘惑,以及閑暇時間不斷增加的文化環(huán)境;大氣中持續(xù)超標的多氯聯(lián)苯(PCB)、有機氯農藥等有機污染物(POPs)以及微生物組生態(tài)變化的自然環(huán)境等等。這些環(huán)境因素無時不在地影響著身體能量平衡方程的兩邊:能量攝入(energyintake,EI)和能量消耗(energyexpendi?ture,EE),極大地挑戰(zhàn)了人類的體重設定點和能量代謝調節(jié)系統(tǒng)。因此,觀察到的肥胖發(fā)病率驟增以及成功減肥后的體重反彈現(xiàn)象,與其說是一種代謝性障礙,不如說它是人類對當代環(huán)境變化的正常生理適應。
有研究指出,減肥成功后,減肥者通常會對美味食物,包括甜味和咸味物質更加敏感。
因此,暴露在富含美味、高脂肪、高熱量食物的環(huán)境中,減肥后的身體越來越難以抗拒極具吸引力的食物所帶來的誘惑。許多內部和外部因素可能會促使減肥者對某些食物產生更大的興趣,并增加進食欲望,進而增加熱量攝入,導致體重反彈。另有研究表明,現(xiàn)代環(huán)境會加劇導致暴飲暴食的生理壓力,使肥胖個體在應對負面情緒時會過度食用高能量食物以獲得舒適感,并通過享樂途徑促進體重反彈。因此,在沒有完全逆轉致肥胖環(huán)境的情況下有意減肥,會使大多數(shù)肥胖者在成功減肥后引起體重反彈。這是因為肥胖者減肥最終會受到機體脂肪儲存和體重設定點、穩(wěn)定點的限制,體重減輕會誘發(fā)機體產生強大的EC反應,而現(xiàn)代的致肥胖環(huán)境又為其EC創(chuàng)造了理想的條件。
2.4行為
行為改變是減肥和成功減肥后防止體重反彈的基石。然而,減肥又會引起機體EC反應,反射性地引起攝食行為和PA發(fā)生變化,導致最初由于CR或PA引發(fā)的能量“赤字”隨著時間的推移變得越來越小,致使減肥效果停滯不前或出現(xiàn)體重反彈。研究表明,CR或PA減肥會引起生理性饑餓,而饑餓會引發(fā)多巴胺獎勵系統(tǒng)對食物的“想要”和渴望,降低對食物線索抑制的控制,進而轉化為尋找和攝取食物的行為,增加對可口、高能量、容易獲得食物的攝入量。還有研究顯示,成功減肥后,減肥者通常會出現(xiàn)食欲亢進,進食動力增加,并試圖將體重恢復到減肥前的水平。如果隨后允許隨意進食,每天攝入的食物熱量可達25~42MJ。PA減肥也會發(fā)生補償性行為,可通過改變食物偏好和食物的享樂價值對飲食行為產生影響。例如,增加對高脂肪、高能量食物的渴望或自動生物學偏好,提高對食物的愉悅度,以補償PA引起的能量消耗,尤其是在長期CR情況下。
另一方面,無論是通過CR減肥,還是通過增加PA水平減重,都不可能一蹴而就,更不可能一勞永逸,需要終生堅持。成功減肥后,“好吃懶做”的“天性”使不少人難以抵擋美味佳肴或舒適靜態(tài)生活的誘惑,很難保證對CR和/或PA減肥計劃的良好依從性,進而導致成功減肥后的體重反彈。研究發(fā)現(xiàn),與成功減肥后體重沒有反彈者相比,體重反彈者飲食行為表現(xiàn)為較差的依從性,并伴有不健康的飲食模式,包括不吃早餐,攝入更少的堅果、種子和豆類食物,以及攝入更多的糖果、餅干、蛋糕和糕點。根據(jù)經(jīng)典理論,體重反彈的發(fā)生是因為減肥者遲早會回到最初使他們肥胖的“暴食和懶惰”的相同生活方式。盡管在減肥期間,意志力在發(fā)揮了重要作用,但在減肥成功后面對日益嚴峻的致肥胖環(huán)境時它會逐漸消退,使減肥者對CR、PA強度和/或劑量的依從性變得很差。另外,這種意志力很可能被強大的生理信號所抵消,這些信號可以感知體重的偏差并觸發(fā)補償機制。至于成功減肥后CR或PA依從性下降的原因目前尚不十分清楚,可能與多年來在致肥胖環(huán)境中養(yǎng)成的根深蒂固的飲食或PA習慣,以及能量攝入反饋調節(jié)導致的食欲不斷增加,實現(xiàn)PA所需強度目標時產生的疲勞感有關。
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