科普园地 新闻中心

减肥 一个复杂难解的能量方程

冯杰

2017年07月07日 12:00

苏珊·B·罗伯茨 萨伊·克鲁帕·达斯
《光明日报》


多年来,营养学家一直认为,人摄入的能量,无论来自什么食物,对体重增加或减少所起的作用都是一样的。他们还认为,节食和运动对控制体重的效果也是等同的。而研究者在过去20年中辛苦积累起的新证据表明,减肥存在一些与这些常识相悖的重要规律。

事实证明,吃什么(例如含有多少蛋白质、多少纤维)和吃多少同样重要。而运动的实际效果却不如人们的预期。我们对人为何会变胖,以及怎样减肥最有效,有了更细致、更科学的认识。这些认识有望给我们对抗肥胖的战役带来巨大变化。

A.无比复杂的减肥不等式

减肥看似就是个简单的不等式——让消耗的能量超过摄入的能量,但实际操作起来却无比复杂。

肥胖,如同一种在全球蔓延的瘟疫,已成为人类面临的最大健康问题之一。2014年,全世界约有6亿人,即13%的成年人肥胖,比1980年增加了一倍多。目前,37%的美国成年人肥胖,另有34%超重。如果目前的趋势保持不变,健康专家预测,到2030年美国的肥胖人数将达到总人口的一半。

假如新潮减肥餐、减肥真人秀或者意志力真有用的话,现在我们应该已经看到趋势有所改变了。然而,肥胖(定义为体脂超标,且体重为理想体重的120%或更高)是一个太过复杂的问题,没有解决的捷径。我们为何会吃那些东西?身体如何控制体重?如何能最有效地促使人们改变不健康的习惯?要回答这些问题并不容易。过去20年来,本文作者所在的实验室试图以最严谨的科学手段,找出能更有效地治疗肥胖和保持健康体重的方法。

我们的许多研究成果颠覆了流行学说,为新方法打开了大门。比如,我们已经证实,如果你想减肥,运动并不是重点,尽管体育锻炼确实在其他诸多方面益于健康,其中也包括保持健康的体重。许多专家都怀疑,能否成功减肥,吃什么以及吃多少远比运动重要,我们实验室以及其他研究者已经证实了这个猜测。不过,相比其他人的研究,我们的研究要更深入一些,我们还发现,要更有效地减肥,不同的人需要吃不同的食物。我们由此制定出因人而异的减肥方案,比任何一刀切的建议都更有用。

我们相信这种新认识将改善全球各地数百万人的健康状况。肥胖增加了所有主要非传染疾病的患病风险,包括2型糖尿病、心脏病、中风及几种癌症,足以让一个人的潜在寿命减少14年之多。研究显示,超重还会干扰人体抵抗感染、深度睡眠、健康变老等诸多方面。我们早就该找出对抗这种流行病的方法了。

几十年来,健康专家一直认为,你如何实现这种能量“亏损”并不怎么重要。也就是说,只要保证足够的营养,你可以用“多动+少吃”来安全减肥,不论两者各占多大比例。然而,这种假设没有考虑到人类生理和心理上的复杂性,因此在真实世界中付诸实施时很快就败下阵来。实际上,要弄明白个中细节、更科学地管理体重,所需的时间长得多,而涉及的专业知识覆盖之广更是超出任何人的预期。

我们研究的第一步开始于20世纪90年代,目的是确定一个基础需求:维持一般人体的运作需要多少能量?这个直白的问题并不容易回答。人当然是从食物中获取能量,但要利用这种能量,食物必须首先被分解或代谢,从而成为身体的燃料,就像汽车用的汽油。我们吸入的氧气帮助身体燃烧这种燃料,而没有立即用掉的燃料会以糖元(一种碳水化合物)或脂肪的形式存储在肝脏中。当肝脏中没有多余的空间时,剩余的燃料会被存储在脂肪细胞中。同时,代谢生成的二氧化碳在我们呼气时排出,生成的其他废物则成为尿液和粪便排出体外。整个过程的效率在不同人身上是不同的,甚至同一个人在不同状况下也会有所不同。

我们和其他研究团队开展的实验得出了结论:要保持健康和维持日常活动,人类并不需要很多能量。而任何多余的能量摄入都会很快导致体重增加。今天,一名拥有健康体重和标准身高的美国成年男性每天需要约2500卡能量来保持体重,而一名体重正常的普通成年女性需要约2000卡(男性通常需要更多能量,因为平均而言他们体型更大,肌肉质量也更大)。美国人喜欢久坐不动,因而需要的能量较少,但研究人员发现,那些日常运动量非常大的土著人群也有着类似的能量需求水平。

虽然我们需要的能量并未改变过,但美国政府数据显示,平均而言美国人每天摄入的能量比20世纪70年代时增加了500卡(相当于快餐店的一个烤鸡三明治或两个牛肉玉米饼)。每天摄入的能量只要比所需的量多50~100卡(相当于一两块小曲奇饼),一年就会增重1~3千克,十年后很容易就增重了10~30千克。这么看来,我们这么多人都变得超重或肥胖,也就不足为奇了。

B.减肥食物的秘密

保持体重恒定的公式是摄入的能量不能多于身体保持体温、维持基本生理功能和身体活动所需的能量,这其实就是说热力学第一定律对生物系统也成立:一个闭合系统(在这个例子里是人体)摄入的能量总量必定等于消耗或存储起来的能量总量。但是,这个定律并没有要求人体以同等效率利用所有的食物,这就产生了一个问题:是否所有能量对体重增加的贡献都是等同的?

有关这个课题的研究仍在不断演变。为何要得到一个明确的答案需要那么长时间?要理解这一点,我们需要回溯历史,来到19世纪90年代末期康涅狄格州的小城斯托尔斯。在那里,化学家威尔伯·奥林·阿特沃特创设了美国首个研究食物生产和消耗的实验室。实际上,他是证明人和其他动物一样遵守热力学第一定律的第一人(他那个年代的一些科学家认为,人在这个定律上可能是个特例)。

自阿特沃特以来,代谢实验室的实验设计几无变化。为确定人体能从食物的三大成分——蛋白质、脂肪和碳水化合物中获得多少能量,阿特沃特让几名男性志愿者逐个在量热器内生活几天。他和同事记录下他们吃下的所有食物以及这些食物最后变成了什么——从呼出的二氧化碳到尿液和粪便中含有的氮、碳等成分。最终,研究团队总结出,人体从每克蛋白质和碳水化合物中获得约4卡能量,从每克脂肪中获得9卡。(这些数字如今被称作“阿特沃特系数”。)

当然,食物并不是以纯粹的蛋白质、碳水化合物或脂肪的形态存在的。三文鱼的主要成分是蛋白质和脂肪;苹果含碳水化合物和纤维;牛奶含脂肪、蛋白质、碳水化合物和大量的水。实际上,一种食物的物理特性和成分都会影响人体对能量的消化和吸收,其程度超出了研究人员的预期。

比如,美国农业部下属马里兰州贝茨维尔人类营养研究中心的戴维·贝尔于2012年证明,人体并不能从某些坚果中提取营养标签上列出的全部能量。具体而言,取决于坚果的加工方式。比如,生杏仁要更难消化,我们从它们那里获得的能量要比阿特沃特系数计算出的少,损失掉了三分之一,而我们却能代谢杏仁酱所含的全部能量。

全麦、燕麦和高纤维谷物也要比我们过去想的更难消化。我们团队近期的一项研究让志愿者进食含30克膳食纤维的全麦餐——美国人通常的一顿饭里含有15克左右的膳食纤维,结果发现通过粪便损失掉的能量增多,同时代谢率提高了。这些变化共同作用,总的效果相当于让志愿者每日少摄入了100卡能量——如果持续数年将对体重产生显著影响。

就这样,我们和其他研究人员证实,并非所有的能量都是一样的——至少坚果和高纤维谷物中的就不一样。随着科学家进一步了解不同食物的消化效率和其对人体代谢率的影响,我们还将看到更多例子,证明食物的差异对我们的体重管理有着巨大的影响,能够使这变得很简单——或者很难。

C.能量消耗的巨大差异

以上是有关我们吃什么的问题。而身体对食物的处理又把我们带到能量平衡公式的另一端——能量消耗。研究人员在这里也发现了令人吃惊的巨大差异性。

人们在尝试减肥时最常听到的建议是多运动。运动当然会帮助你的心脏、大脑、骨骼和身体其他部分保持良好的运作状态。但是,我们和其他研究组通过详细测量发现,运动只贡献了能耗(假定体重保持不变)的约三分之一。人体的基础代谢贡献了其余三分之二。基础代谢即人体在安静休息的状态下维持自身运作所需的能量。有趣儿的是,人体需要能量最多的部分是大脑和某些内部器官,如心脏和肾脏,而非骨骼肌,虽然力量训练可以略微提高基础代谢。

此外,就像所有中老年人都非常了解的那样,代谢会随年龄而变化。人们年老时维持身体机能所需的能量少于他们年轻时。代谢率在不同的人身上也不一样。1986年发表的一项研究测量了来自54个家庭共130人的代谢率。在考虑了年龄、性别、身体结构等差异后,研究人员发现不同家庭间的差异可达到约每天500卡。由此不可避免地得出一个结论:在代谢率这一点上(进而也关乎减肥或保持体重的能力),人与人之间存在着遗传差异。

让我们假设你的体重已经开始有所下降了。随着你的身体变小,你的代谢率和能量需求必定下降,这意味着你体重下降的速度也会放慢。这只是个物理问题——热力学第一定律仍然适用。但人体同时也受制于演化压力——在演化中,那些更善于节省能量从而把能量存储起来的人处于更有利的地位。确实,有研究显示,在减重过程中,代谢率下降的幅度要大于预期。一旦体重在一个新的、较低的水平上稳定下来,运动可以帮助你管理体重——抵偿因身体减小而降低的能量消耗。

D.饥饿的大脑

在阿特沃特系数和代谢率上存在的差异并非问题的全部。越来越多研究表明,在吃上,我们的大脑发挥着关键的作用,它协调着来自体内各种各样生理传感器的信号,并提醒我们食物的存在。随后大脑就会产生饥饿感和食欲,以确保我们进食。一直以来,饥饿感的作用是帮助我们活下去。因此,直接与之对抗并无意义。成功管理体重的关键之一在于,不让饥饿感和食欲出现。

包括我们在内的几个实验室都曾开展单餐测试,实验结果显示,假如一顿饭中的蛋白质或纤维含量较高,或者不会导致血糖(葡萄糖)水平骤升,通常就更能满足食欲和抑制饥饿感。(碳水化合物是血液中葡萄糖最常见的来源,但蛋白质也能生成葡萄糖。)人们在吃过一顿所谓的高升糖指数早餐(比如精加工的早餐麦片)后,在接下来的几个小时里摄入的能量要比吃低升糖指数早餐(钢切燕麦粒或煎蛋)多出29%。

事实上,我们团队最近已获得初步数据,表明在减肥过程中可以通过选择正确的食物来减少饥饿感。我们先请133名志愿者回答一个详细的问卷,了解他们感到饥饿的频率、时间和强度。而后将他们随机分成两组,一组为减肥组,重点进食蛋白质和纤维含量高而升糖指数低的食物(比如鱼、豆类、苹果、蔬菜、烤鸡、麦仁),另一组是对照组。在接下来的半年时间里,实验组成员报告的饥饿水平相比实验前有所下降。他们的体重也有了变化。到实验结束时,他们已平均减重8千克,而对照组增重0.9千克。

有趣的是,实验组成员对食物的欲望也下降了,这表明,能给他们的大脑带来愉悦的东西也改变了。我们让15名志愿者浏览各种不同食物的图片,并扫描他们的大脑。结果显示,实验组成员大脑的奖励区域在看到烤鸡、全麦三明治和高纤维麦片的图片时活跃度增加,而对薯条、炸鸡、巧克力糖以及其他易让人发胖的食物的反应变迟钝了。

不同食物抑制食欲的能力和消化吸收的效率都存在差异,而人体代谢还能根据能量摄入的变化做出调整(虽然有限但切实存在),这些因素使得体重管理变成了一个复杂的体系。我们还发现了越来越多能对不同人群产生不同影响的特殊条件。比如,我们早已知道,大部分肥胖人士都会分泌更多胰岛素(与体重成正比)。胰岛素是一种帮助人体代谢血糖的激素。所谓的“胰岛素抵抗”会导致一系列其他代谢问题,比如增加罹患心脏病或2型糖尿病的风险。我们让这类人参加6个月的减肥实验后发现,他们在坚持吃高蛋白质高纤维、低碳水化合物和低升糖指数的食物后,体重下降的幅度要比吃高碳水化合物、高升糖指数食物更大。与之不同的是,对于那些胰岛素分泌水平低的人,两类食谱对体重下降程度并无影响。

目前,我们经常帮助参与实验的志愿者减肥及保持体型。尽管前文介绍的那个133人参与的实验长达6个月,其间还要求志愿者参加每周例会并坚持回复邮件,但只有11%的人中途退出。一些人甚至在我们团队最后一次造访时哭了,因为不想说再见。他们不但减轻了体重,而且成效比自己预期好太多,令他们感到身心都焕然一新。用一位志愿者的话说:“科学成功了。”


]]>

2017年07月07日 03:40
2877
你所不知道的石墨烯