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中图分类号：G804.5 文献标志码：B 文章编号：1007-3612(2014)08-0048-06 肥胖和一系列代谢性疾病已对21世纪前50a的公共卫生事业提出严峻的挑战。大量研究证实，体重和心血管疾病、代谢综合征、糖尿病、癌症及骨骼关节疾病等多种慢性疾病之间存在一定的关系[1]。因此，世界卫生组织将肥胖作为危害人类健康的重要因素之一。根据BMI的划分标准，全球有近11亿成年人体重超重，其中有3.12亿人属于肥胖[2]。因此，在美国《2020健康人类》中，已将减轻体重和体脂，作为提高国民健康的主要目的之一[3]。增加能量消耗和减少能量摄入是人们常用的两种体重控制手段。关于减体重，人们通常会从减少卡路里的摄入入手，很少关注能量消耗。但近期的研究指出，增加肥胖患者的体力活动水平(能量消耗)可以使患者获得比单纯减体重更大的健康效益，并可延长其寿命。因此，哪种体重控制方式带来的健康效益更大，还存在一定的争议。 1 肥胖的流行与危害 2000年，世界卫生组织(WHO)将肥胖确定为在发达国家和发展中国家都广泛存在，而又被忽视的公共健康问题。一项亚太地区近30万人的调查显示，BMI每增加1个单位，心脏局部缺血事件发生率增加9％，高血压死亡和缺血性中风发生率增加8％。有2/3的高血压患者体重超重，肥胖人患高血压的风险是体重正常人的5倍。在日本，BMI为28kg/
的70岁以上的老年人，50％患有糖尿病[33]。此外，肥胖还与呼吸障碍、生殖障碍、抑郁症、癌症等疾病的发生有密切的关系[1，4]。2013年，美国医学协会宣布，肥胖是一种疾病。在美国有1/3的成年人和17％的儿童肥胖患者需要接受治疗。 图1所示肥胖流行趋势。近10a来，肥胖和超重问题已引起了全球范围内的重视。人们逐渐认识到，肥胖不仅仅是一种疾病，它还会带来一系列的社会问题。例如，在美国，有69％的成人属于超重或肥胖，其相应的医疗开支已将近1470亿美元。
图1 世界范围的肥胖(不含超重)流行趋势[1] 近期的研究指出，与吸烟、酗酒和贫困相比，肥胖与更多的疾病发生有关。按照这种发展趋势，肥胖会超过吸烟成为美国死亡诱发的第一危险因素[4-5]。在英国，每年有近3万人死于肥胖及肥胖诱发的各种疾病[6]。英国政府估计，BMI为25kg/
的英国人的平均寿命减少了2a，到2050年，随着肥胖的流行，其平均寿命会减少5a[34]。 2 能量平衡与肥胖 随着人们对肥胖危害的认识，体重控制的重要性逐渐引起了重视。目前，在美国有46％的女性和33％的男性正在努力控制自己的体重，其中有60％的女性超重[7]。通常认为，导致肥胖的原因是进食量增加和/或运动量的减少。对超重/肥胖者，尤其是具有较高的心血管疾病、糖尿病风险的患者，节食和/或运动是被推荐的最常用的减体重方法。但是，哪种方法更有效，健康效应更大?关于这个问题一直存在争议，并且一直没有得到具有说服力的答案。1996年，James O.Hill提出了能量平衡(energy balance，EB)与肥胖的观点[8]，这一观点逐渐被越来越多的学者们接受。 2.1 能量平衡 根据能量平衡的热力学定义，它包括能量摄入(energy intake，EI)，能量消耗(energy expenditure，EE)和能量储存(energy storage，ES)3部分。通常，人们摄入的能量(energy in，
)主要来自食物，而消耗的能量(energy out，
)包括安静代谢率(RMR)、食物生热效应(TEF)和体力活动(
)3部分。其中，RMR与瘦体重成正比；TEF与食物的消耗量成正比，通常占总能量摄入的8％～10％；而体力活动的能量消耗(EEPA)是能量消耗中变化最大的部分。 当能量摄入等于能量消耗时，机体处于能量平衡状态，体重保持稳定。在一定时间内，能量摄入和消耗的不平衡会导致体重的变化：当能量摄入大于能量消耗时，机体处于能量正平衡，体重增加，增加的60％～80％是体脂；反之，当能量摄入小于能量消耗时，机体处于能量负平衡，体重减少，减少的60％～80％也是体脂。但是，对于体重控制或调节所需要的时间周期，存在较大的个体差异，这也是在减体重过程中出现个体差异的原因之一。 体重的变化受生理、代谢、环境、行为和基因等多种因素的影响，这些因素必须通过一个或多个能量平衡环节来实现对体重的共同作用(图2)[9]。 能量平衡本身是不能测量的，因此现阶段多采用体重、体成分等指标来间接评价能量储存状态。但这些指标，检测不到有可能引起体重变化的微小能量平衡变化。因此，通过测定能量摄入和/或能量消耗量的变化来预测体重的变化，显得格外重要。
图2 体重变化的影响因素 2.2 能量平衡与肥胖发生 近1个世纪以来，由于城市化和工业化进程的加快，人们在日常体力活动水平逐渐降低的同时，又面临着食物品种增加、价格降低的挑战。因此，在过去的30a里，越来越多的人出现体重增加，甚至肥胖。在静坐少动的生活方式流行的今天，体重的增加会导致安静代谢率(RMR)增加、体力活动能量消耗(energy cost)增加，从而增加能量的流通量。从这个角度看，肥胖只是对现代生活方式的一个简单的适应性反应，同时也是机体对维持低体力活动水平的妥协。事实上，肥胖是在食物丰富的环境下，保持静坐少动的生活方式时，实现能量平衡的唯一方法[9]。 不能把肥胖的发生单独归因于能量摄入或能量消耗的变化。因为，能量平衡各因素中一个因素的变化会影响到其他因素[10]。Hall等模拟了在食物限制条件下，能量平衡各因素的变化。他们发现，理论上“少摄入3500kcal热量，体重可降低0.45kg”的说法是不准确的。因为伴随着能量摄入的减少，能量消耗也会相应降低，因此实际的体重变化会比理论值低。此外，机体还具有维持原有热量摄入和能量储存的自我生理调节机能，即能量摄入和消耗量的变化通常会引起机体的代谢性补偿。有研究指出，在节食减体重过程中，为了代谢性的补偿能量摄入的减少，机体会主动减少身体活动和卡路里的消耗[11]。也有研究指出，当身体活动增加时，机体会通过饱食中枢系统调节饮食行为，从而增加能量摄入[12]。如果忽视这一因素，把近10a来人类能量摄入和消耗的变化综合起来预测出的成人体重是现在增加30～80倍。 生理、代谢、环境、行为和基因等多种因素的共同作用，影响了能量的储存位置和储存量。研究显示，从1971—2000年，美国男性的能量摄入量平均增加了168kal/d，女性增加了335kcal/d。如果没有机体代偿性的自我调节和适应，理论上，男性每年体重会增加8kg，女性增加16kg [35]。从能量消耗的角度看，从1960年以来，人们工作中的体力活动水平平均下降了142kcal/d [13]。在20世纪初期，生活在Amish地区的以农业为生的老年男性平均每天步行18000步，而美国成年人平均每天步行仅5000步。不同的生活方式，导致了近13000步的差异。如果忽视生理适应的因素，体力活动的减少就是导致近一个世纪以来男性体质每年增加30kg，女性体重增加21kg的主要原因[14]。 2.3 能量平衡与肥胖预防 能量平衡的获得不受体重、体成分等因素的影响。但是，人体的生理状态会影响能量平衡的获得方式。研究肥胖的基本原则是：体重的改变是长期的能量摄入(EI)和能量消耗(EE)不平衡的结果，即导致肥胖的直接原因是进食量增加和/或运动量的减少。能量平衡方程(ES=EI-EE)仅仅描述EI和EE的数学关系，并没有阐明不平衡发生的具体环节。因此，什么是导致体重增加和肥胖的主要原因，还存在争议。 由于有大样本的人群数据显示：在过去的几十年里，人们获得的食物供给量显著的增加而人们的体力活动的能量消耗并没有明显降低，因此对体重变化产生主要影响的是卡路里的摄入而不是能量消耗[15-17]。因此，有一部分学者认为过量的卡路里摄入是导致体重增加和肥胖的主要原因，能量消耗对体重变化的影响很小。要想解决肥胖问题，首先应控制能量摄入。 但是，近期有研究指出，在过去的几十年里，由于交通出行方式、家务劳动方式和休闲生活方式的改变，人们的能量消耗明显减少。例如Archer等的研究显示：在近40a来，女性花费在家务劳动上的时间至少减低了7h/周，相应的能量消耗减少了265kcal/d [18]。数学模型显示，工作中的能量消耗减少100kcal/d，就会导致体重的相应增加[13]。因此，也有学者指出，体力活动减少，即能量消耗减少是导致体重增加和肥胖的主要原因。要想解决肥胖问题，首先应该增加能量消耗。 实际上，单独考虑从食物或体力活动对体重的影响，忽视了能量摄入和能量消耗在控制食欲方面的交互作用，忽视了生活方式改变导致的体力活动水平下降和之后食物品种增加、价格降低出现的先后顺序。因此，近一个世纪以来食物消耗和体力活动模式都促进了肥胖的发展，要想逆转肥胖的流行趋势，需要对两者同时进行控制。能量间隙理论可以为肥胖的预防和治疗提供一定的指导。如图3A所示，能量间隙理论包含两部分内容：预防体重增加能隙和维持体重降低能隙。预防体重增加能隙是预防体重进一步增加的能量平衡点，它与体重、BMI无关，可以出现在任意时间点。据估算，100kcal/d的能量平衡变化(降低能量摄入和增加能量消耗的综合作用结果)，理论上可以预防美国90％成年人的体重增加。维持体重降低能隙是保持体重降低一定数量的能量平衡点，可用于评价减体重过程中的能量需求量，及维持新的体重的能量平衡水平。以体重为100kg的成人为例，如果要减轻10％的体重，其每天的能隙是190～200kcal/d，如果要减轻15％的体重，每天的能隙就是280～300kcal/d(图3B)。
图3 能量间隙理论[19] 从2012年开始，由Steven N.Blair教授领导的研究团队，开展了一项名为“The Energy Balance Study(EBS)”的综合性研究。该研究的目的就在于探究在1a甚至更长时间内，能量摄入和能量消耗对健康成年人体重和体成分的综合作用[20]。目前，该研究已对430名21～35岁(20kg/
≤BMI≤35kg/
)的健康成年人进行了2a的跟踪调查。该研究使用BMI和双光子X射线扫描仪测定受试者体成分的变化，使用24h饮食回顾法(24HR)测试受试者的能量摄入，使用加速度计(The SenseWear Mini Armband)、姿势倾斜仪(The activPAL)和双标水(DLW)及安静代谢率(RMR)来评价受试者的能量消耗。同时，该研究还对受试者进行递增负荷运动测试(GXT)，并定期测量了受试者的血脂和血糖的变化。该研究的基础数据及研究成果已发表[21-24]，后续跟踪调查仍在进行当中。 3 体力活动与能量平衡 人类生理机能的提高是在高能量流通量的能量平衡条件下实现的(图4)。体力活动水平较高的人摄入和消耗3000kcal/d的热量，可以维持能量平衡和健康的体重。但是，同一个人，如果体力活动水平较低，要想维持能量平衡和体重健康，摄入和消耗的能量就是2000kcal/d。如果一个静坐少动的人，摄入的热量不能和减少的能量消耗匹配，就会出现体重增加，甚至肥胖。事实上，当机体处于静坐少动状态或运动至力竭状态时，能量摄入很难与能量消耗一致。
图4 能量流通量与能量平衡 如图5所示，体力活动水平存在一个阈值。超过这个阈值时，机体的能量消耗处于可监管的范围内(“Regulated”Zone)。在这个范围内，能量摄入对能量消耗的变化非常敏感，并能及时调节以维持能量平衡，即机体对能量的需求量增加会“拉动”能量摄入。当机体的能量消耗处于不受监管的区域(“Unregulated”Zone)时，即体力活动水平较低时，能量摄入不能对能量消耗的变化产生及时准确的调整，机体就面临正能量平衡和肥胖的风险[25-27]。
图5 体力活动与能量平衡[9] 自从20世纪80年代，肥胖席卷全球以来，关于体力活动在肥胖预防和治疗方面的作用一直存在争议[15]。需要指出的是体力活动并不是能量平衡各要素中唯一能够解决肥胖的方法。治疗肥胖，人们首先会想到节食。节食和体力活动2种减体重的方法通常会在减体重初期的6～12个月使体重降低8％～10％[28]。但是节食很容易导致体重反弹，而增加体力活动有助于体重的维持。原因在于：节食不仅可以降低体重，还会导致能量平衡各要素代偿性降低，如能量消耗量降低，能量储存量降低，饥饿感增强等。伴随体重的降低，能量需求量也减少[19，29]，因此要想维持降低的体重，就需要进一步降低能量摄入。实际上，由于生理和环境的需求，机体必须摄入能量。而持续降低的能量摄入，是与机体的生理和环境需求背道而驰的。因此，单纯的限制或减少能量摄入来预防或治疗肥胖很难实现。增加体力活动可以增加总能量消耗，从而使能量摄入可以相应增加，使饮食环境得到改善。即通过高体力活动加高能量摄入来维持健康体重。 美国一项全民性的预防体重增长计划——the America on the Move(AOM) program[36]，提倡每天多走2000步，少摄入100kcal的热量。其目的在于通过微小的行为改变，增加受试者的可操作性。研究结果显示，该计划在增加受试者的总体力活动水平，减少能量摄入，降低体重方面效果明显[30-32]。这种“小变化模型”的特点是：1)变化的起点从受试者的基础水平算起。2)用每个受试者的个性化目标替代了整体的项目目标。3)制定的变化程度很小，在受试者的接受范围内。从能量平衡的角度看，“小变化模型”更适用于预防体重的增加，不适用于减轻体重。 除了对体重的影响外，运动和健康饮食还可以带来许多健康效益：增加骨骼肌的糖脂代谢和胰岛素反应，增强内皮细胞功能，改善血脂，降低血压，降低餐后血脂、血糖，降低炎症反应等。因此，对于超重/肥胖者，尤其是对那些具有不良饮食习惯、静坐少动的超重/肥胖者来说，不论健康的生活方式是否会减轻体重，都应该积极增加规律的体力活动，同时改善饮食习惯。 4 结束语 肥胖是较长一段时间内机体卡路里的摄入量和消耗量不匹配的结果。充分了解和掌握能量平衡，将有助于有效预防和治疗肥胖，从而减少世界范围内的肥胖流行程度。但是，目前围绕能量平衡及其在科学研究和实际生活中的应用，仍然有一些误区。因此，Steven N.Blair领导的研究团队提出了关于能力平衡的10大亟待回答的问题[24]：1)能量平衡公式应用的常见误区是什么?2)能量平衡或能量失衡的短期和长期影响是什么?几天里的能量失衡与几个月的能量失衡有联系或区别吗?3)由饮食或活动导致的体重降低在能量摄入、能量消耗和能量储存方面有差别吗?4)体力活动，尤其是体力活动强度、活动量，对能量平衡各要素有什么影响?5)能量平衡在减体重或维持体重方面的作用是什么?6)遗传因素在能量平衡方中起什么作用?7)环境因素对能量平衡各要素有什么影响?8)能量平衡存在的种族差异和性别差异有多大?9)研究能量平衡所面临的主要的方法学上的挑战是什么?10)未来推动能量平衡研究的途径和策略是什么?这10大问题的解决将有助于推动肥胖的预防与治疗。
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