想减肥？你需要了解的关于饮食和运动

全球肥胖流行病是人类面临的最大健康挑战之一。2014年，全球约有6亿成年人（占世界成年人口的13%）肥胖，自1980年以来，这一数字在全球范围内增加了一倍以上。目前，37%的美国成年人肥胖，另有34%的人超重。如果目前的趋势继续下去，健康专家预测，到2030年，一半的美国人将患上肥胖症。

如果流行的饮食、真人秀节目和意志力能够解决这个问题，我们早就看到改变了。然而，肥胖症（以体内脂肪过多为特征，并以理想体重的120%或以上来衡量）过于复杂，无法通过快速解决来解决。弄清楚我们为什么吃我们所吃的东西，身体如何控制体重，以及如何最好地让人们改变不健康的习惯并非易事。我们的实验室在过去的二十年中一直致力于以科学所允许的所有严谨性来开发更有效的方法来治疗肥胖症和保持健康体重。

我们的许多工作挑战了常见的教条，并为新方法打开了大门。例如，我们已经表明，运动不是你想减肥时最重要的事情——尽管它具有许多其他健康益处，包括保持健康体重。正如许多专家所怀疑的那样，正如我们和其他人现在已经证明的那样，你吃什么和你吃多少在决定你是否减轻体重方面起着更大的作用。但我们的研究更深入，表明不同的人通过不同的食物更有效地减肥。这种认识使我们能够为个人创建个性化的减肥计划，这些计划比任何一刀切的建议都更有效。

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我们相信这种新的理解可以改善全球数百万人的健康。肥胖会增加所有主要非传染性疾病的风险，包括 2 型糖尿病、心脏病、中风和几种类型的癌症——足以将一个人的潜在寿命缩短多达 14 年。研究表明，体重超重还会影响我们身体抵抗感染、深度睡眠和健康衰老的能力以及其他问题。现在是我们了解如何应对这种流行病的时候了。

节能

减肥可以简化为一个简单的数学公式：消耗比摄入更多的卡路里。几十年来，健康专家认为，如何产生这种热量缺口并不太重要：只要你摄入足够的营养，你就可以通过增加运动和减少食物摄入的任何组合来安全地减肥。但是，这种假设没有考虑到人体生理学和心理学的复杂性，因此在现实世界的经验面前很快就会瓦解。事实证明，理清细节并将体重管理置于更科学的基础上，比任何人预期的都要花费更长的时间，并且需要更广泛的专业知识。

我们的第一步，从 1990 年代开始，是确定基本需求：为普通人体提供能量需要多少能量？这个看似简单的问题并不容易回答。当然，人们从食物中获取能量。但为了让人体利用这些能量，食物必须分解或代谢，才能变成汽车的汽油。我们呼吸的氧气有助于燃烧燃料，而任何未立即使用的燃料都以糖原（碳水化合物的一种形式）或脂肪的形式储存在肝脏中。当肝脏中没有更多空间可用时，多余的脂肪会储存在脂肪细胞中的其他地方。此外，新陈代谢会产生二氧化碳，我们将其呼出，以及其他作为尿液和粪便排泄的废物。这个过程在不同的人身上以及同一个人在不同的情况下以不同的效率运行。

长期以来，衡量人们能量消耗的最佳方法是让他们在专门的实验室（例如我们的实验室）中生活两周，研究人员可以在那里测量受试者吃的所有东西并跟踪他们的体重。另一种方法是将志愿者放入一个密封的房间（称为量热计），测量他们呼吸的氧气和呼出的二氧化碳。通过这些测量，我们可以评估身体的基本能量需求。这两种方法都不是非常方便，也不能很好地复制日常生活的条件。

一种更简单的方法是使用所谓的双标记水，其中含有微量的氘 (²H) 和氧 18 (¹⁸O)，这两种都是无害的非放射性同位素。在一个人饮用双标记水后的一到两周内，身体会在尿液中排出氘和一些氧 18。（其余的氧 18 以二氧化碳的形式呼出。）研究人员采集尿液样本，并比较这两种同位素在那段时间内从体内消失的速度。通过这些数据，他们可以计算出一个人在不中断其日常生活的情况下燃烧的卡路里数量。

该方法是在 1950 年代开发的，但几十年来，双标记水太昂贵，无法在人身上使用。到 1980 年代，价格下降了，这项技术也变得更加高效，尽管有时我们的实验室不得不花费高达 2,000 美元来进行一次测量。因此，花了 20 多年的时间才积累了足够的数据来弄清楚身体需要多少能量才能避免体重增加或减轻。

我们小组和其他小组进行的这些实验帮助我们确定，人类不需要大量卡路里来保持健康和活力。任何过量摄入都会迅速导致体重增加。在这方面，我们很像其他灵长类动物，包括黑猩猩和猩猩。今天生活在美国的健康体重和典型身高的成年男性每天需要大约 2,500 卡路里来维持体重，而非肥胖成年女性平均需要大约 2,000 卡路里。（男性倾向于消耗更多卡路里，因为平均而言，他们的身体更大，肌肉质量也更大。）

相比之下，研究表明，物种的多样性，如红鹿（Cervus elapus，一项实验中 6 岁雌性的平均体重为 100 公斤）和灰海豹（Halichoerus grypus，3 只成年雌性的平均体重为 120 公斤），每公斤体重所需的卡路里是灵长类动物的两到三倍，才能维持其体型。

人们很容易认为美国人的卡路里需求量低是因为他们过着久坐不动的生活，但研究人员已经记录到，即使是在过着非常活跃的生活的土著居民中，卡路里需求量也相似。亨特学院的 Herman Pontzer 及其同事测量了坦桑尼亚北部哈扎人的卡路里需求量，哈扎人是一个狩猎采集部落，他们发现男性平均每天需要 2,649 卡路里。女性（像男性一样，往往比其他地区的同龄人身材矮小）只需要 1,877 卡路里。对西伯利亚土著雅库特人的另一项研究发现，男性需要 3,103 卡路里，女性需要 2,299 卡路里。而居住在安第斯高原的艾马拉人被发现男性需要 2,653 卡路里，女性需要 2,342 卡路里。

尽管我们的卡路里需求量没有改变，但政府数据显示，平均而言，美国人每天消耗的卡路里比 1970 年代多了 500 卡路里（相当于一个烤鸡肉三明治或两个快餐店的牛肉玉米卷）。每天多摄入 50 到 100 卡路里（相当于一两个小饼干）就可能导致每年体重增加 1 到 3 公斤。十年后很容易变成 10 到 30 公斤。那么，我们中的许多人变得超重或肥胖也就不足为奇了？

复杂的卡路里

维持稳定体重的公式——消耗的卡路里不超过身体保暖、基本功能和体力活动所需的卡路里——只是另一种说法，即热力学第一定律仍然适用于生物系统：进入封闭系统（在本例中为身体）的总能量必须等于消耗或储存的总能量。但是，该定律中没有任何内容要求身体以相同的效率利用所有食物来源。这就引出了一个问题，即所有卡路里对体重增加的贡献是否相同。

该领域的研究正在发展，了解为什么花了这么长时间才获得明确的答案需要回到历史上的 1890 年代末和康涅狄格州斯托尔斯的小社区。一位名叫 Wilbur O. Atwater 的化学家在那里建立了美国第一个旨在研究食品生产和消费的研究站。事实上，阿特沃特是第一个证明热力学第一定律适用于人类以及动物的人。（他那个时代的一些科学家认为人类可能是这条规则的例外。）

自阿特沃特时代以来，代谢实验室的实验设计变化不大。为了确定身体可以从食物的三种主要成分（蛋白质、脂肪和碳水化合物）中获取多少能量，他请了几位男性志愿者一次一人地住进量热计中几天。与此同时，阿特沃特和他的同事测量了每个人体豚鼠吃的所有东西，以及这些食物的去向，从志愿者呼出的二氧化碳到他的尿液和粪便中氮、碳和其他成分的含量。最终，研究人员确定，身体每克蛋白质和碳水化合物可以提取约 4 卡路里的能量，每克脂肪可以提取 9 卡路里的能量。（这些数字现在被称为阿特沃特系数。）

当然，食物并非以纯蛋白质、碳水化合物或脂肪的形式来到我们身边。鲑鱼由蛋白质和脂肪组成。苹果含有碳水化合物和纤维。牛奶含有脂肪、蛋白质、碳水化合物和大量水分。事实证明，食物的物理特性和成分在身体消化和吸收卡路里的完整程度方面起着比研究人员预期的更大的作用。

例如，在 2012 年，美国农业部马里兰州贝尔茨维尔人类营养研究中心的 David Baer 证明，身体无法从某些坚果中提取营养标签上指示的所有卡路里，这取决于它们的加工方式。例如，生的完整杏仁比阿特沃特预测的更难消化，因此我们从它们那里获得的卡路里减少了约三分之一，而我们可以代谢杏仁黄油中发现的所有卡路里。

全谷物、燕麦和高纤维谷物也比我们过去认为的消化效率低。我们团队最近的一项研究调查了志愿者食用包含 30 克膳食纤维的全谷物饮食与包含一半纤维的更典型的美国食物时发生的情况。我们检测到粪便中损失的卡路里数量增加，以及新陈代谢的增加。这些变化加起来每天净收益近 100 卡路里——这可能会在多年内对体重产生重大影响。

因此，我们和其他人已经证明，并非所有卡路里都是平等的——至少对于坚果和高纤维谷物而言是这样。随着科学家们更多地了解不同食物的消化效率以及它们如何影响身体的代谢率，我们可能会看到其他一些差异的例子，这些差异足以影响个人发现管理体重是容易还是困难。

能量消耗

关于我们吃进嘴里的东西就说这么多。我们的身体如何处理我们吃的食物将我们带到能量平衡方程的另一边——能量消耗。研究人员在这里也发现了一个令人惊讶的变异性。

人们在试图减肥时获得的最常见的建议之一是他们应该多运动。体育活动当然有助于保持你的心脏、大脑、骨骼和其他身体部位的良好运转。但是，在我们实验室和其他实验室进行的详细测量表明，体育活动仅占总能量消耗的三分之一左右（假设体重稳定）。身体的基础代谢，即身体在休息时维持自身所需的能量，占另外的三分之二。有趣的是，身体能量需求最大的部位是大脑和某些内部器官，例如心脏和肾脏，而不是骨骼肌，尽管力量训练可以适度提高基础代谢。

此外，正如任何达到中年的人都非常清楚地理解的那样，新陈代谢会随着时间的推移而变化。老年人维持身体运转所需的卡路里比年轻时少。代谢率也因人而异。1986 年发表的一项研究测量了来自 54 个家庭的 130 人的代谢率。在考虑年龄、性别和身体成分的差异后，研究人员报告说，家庭之间的变异性约为每天 500 卡路里。不可避免的结论是：当涉及到代谢率以及你减肥或维持体重的能力时，血统会产生影响。

但是，假设你已经开始减肥。当然，随着你的身体变小，你的代谢率和卡路里需求量必须下降，这意味着减肥速度会减慢。这只是一个物理问题：热力学第一定律仍然适用。但是，人体也受到进化的压力，进化会偏爱那些能够通过变得更节能来保持能量储备的人。事实上，研究表明，在积极减肥期间，代谢率的下降幅度略高于预期。一旦一个人的体重在新水平上稳定下来，运动可以通过弥补较小身体的能量需求减少来帮助体重管理。

饥饿的大脑

阿特沃特系数和代谢率的差异并不是故事的结局。越来越多的研究表明，我们的大脑起着核心作用，协调来自体内各种生理传感器的传入信号，同时提醒我们食物的存在。然后，大脑会产生饥饿感和诱惑感，以确保我们进食。

换句话说，饥饿的作用长期以来一直是让我们活下去。因此，直接与之对抗是没有意义的。相反，成功体重管理的关键之一是首先防止饥饿感和诱惑感的发生。

包括我们自己的实验室在内的几个实验室进行的单餐喂养测试表明，蛋白质或纤维含量较高的膳食或那些不会引起血糖（葡萄糖）水平突然飙升的膳食通常更令人满意，并且更好地抑制饥饿感。（碳水化合物是血液中葡萄糖的最常见来源，但蛋白质也可以产生葡萄糖。）我们中的一位（Roberts）在 2000 年发表的一份摘要表明，在食用所谓的高血糖指数早餐（想想高度加工的早餐谷物）后的几个小时内，卡路里消耗量比食用低血糖指数早餐（钢切燕麦片或炒鸡蛋）后的早餐高 29%。

事实上，我们的团队最近获得了第一个初步数据，表明通过选择正确的食物有可能在减肥期间减少饥饿感。在将 133 名志愿者分配到两个小组中的一个小组之前，我们要求他们回答一份详细的问卷，内容涉及他们饥饿的频率、时间和强度。然后，我们将受试者随机分配到一个强调高蛋白、高纤维和低血糖指数食物（例如鱼、豆类、苹果、蔬菜、烤鸡肉和小麦浆果）的减肥计划或“等待名单”，后者作为对照组。

值得注意的是，在六个月的过程中，实验组的成员报告的饥饿水平降至低于计划开始前测量的水平。我们也在体重秤上注意到了差异。到研究结束时，他们平均也减掉了 8 公斤，而对照组增加了 0.9 公斤。

同样有趣的是，干预组也经历了较少的食物渴望，这表明他们的大脑认为愉悦的东西发生了变化。然后，我们扫描了 15 名志愿者的大脑，因为他们观看了各种食物的图片。结果表明，随着时间的推移，干预组的大脑奖励中心对烤鸡肉、全麦三明治和纤维谷物的图片的反应变得更加活跃。与此同时，该组的大脑对炸薯条、炸鸡、巧克力糖果和其他高脂肪食物的图像的反应变得不那么敏感。

个性化饮食

食物的饥饿感降低特性、食物被吸收的效率以及我们的新陈代谢适应能量摄入变化的真实但有限的能力的差异使体重管理成为一个复杂的系统。我们不断发现影响不同人群的特殊情况。例如，人们已经很好地确定，大多数肥胖个体分泌的胰岛素水平相对较高，胰岛素是一种帮助身体代谢葡萄糖的激素。这种所谓的胰岛素抵抗会导致许多其他代谢问题，例如心脏病发作或患上 2 型糖尿病的风险增加。当我们让这些人参加一个为期六个月的减肥计划，该计划以更多的蛋白质和纤维、更少的碳水化合物和低血糖指数为特色时，我们发现他们比高碳水化合物、高血糖指数的饮食减掉了更多的体重。相比之下，胰岛素水平低的人在高或低蛋白质和碳水化合物比例以及血糖指数的饮食中表现同样出色。

今天，我们定期帮助我们的研究志愿者减肥并保持体重。尽管我们前面描述的 133 名志愿者的调查持续了六个月，并且要求参与者在大部分时间内参加每周会议并回复电子邮件，但只有 11% 的人退出了。有些人甚至在研究团队的最后一次访问中哭了，因为他们不想说再见。他们不仅减轻了体重，而且比他们预期的要成功得多，以至于他们感觉在心理上和身体上都发生了转变。用一位参与者的话来说，“科学奏效了。”