熱量平衡、肥胖與基因
93/08/02
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詹恭巨｜
靜宜大學食品營養學系
熱量與肥胖
隨著臺灣經濟發展的突飛猛進，國人物質生活水準也大幅提升。近年來豐衣足食的生活，使得國人的飲食攝取很容易出現過剩的現象，目前，營養過剩是臺灣地區人民一個很普遍的問題。營養素攝取過多，不僅是一種浪費，更會危害個人的健康。
如果所攝取的熱量超過身體所消耗的熱量，多餘的部分便很容易以體脂肪的形式儲存，久而久之便造成肥胖。相對地，如果所攝取的熱量低於身體所消耗的，為了滿足熱量的消耗，身體所儲存的體脂肪便會分解，而導致體重的減輕。所以，想維持理想的體重並不難，只要設法讓身體所攝取的熱量儘量接近消耗量便可以達成。
雖然，理論上是如此簡單，但要做到維持熱量的平衡卻很困難，因為您必須知道如何計算身體每天所需的總熱量，更需要知道如何計算您每天所攝取的總熱量。
我們身體每一天所需要的總熱量，是由三項熱量的支出所構成。一是用來維持生命所需最低的熱量需求，稱為基礎代謝率（basic metabolic rate, BMR），二是用來進行各種活動所需支出的熱量，稱為活動量（activity），以及每一天用在攝取、消化與吸收食物中的營養素所需消耗的熱量，稱為攝食生熱效應（diet-induced thermogenesis, DIT），這部分的熱量支出大約占每一天總熱量的6～10％。
至於要計算每天所攝取的熱量，您必須能精確地、巨細靡遺地記錄一天所吃的食物，再根據坊間的食物營養成分表，或是食物包裝盒上的營養標示，計算這些食物的總熱量及各項營養素的含量。有了每日熱量總需要量及每日所攝取的總熱量這兩項資訊，您就可以自行調整熱量的消耗，例如增加運動的時間以增加熱量的消耗，或是調控熱量的攝取，例如少吃兩碗白飯以減少熱量的攝取，如此才能求得攝取與消耗之間的平衡，進而達到維持體重的目的。
身體質量指數
那麼，體重要維持在什麼程度才叫做標準呢？目前營養學界是利用計算身體質量指數（body mass index, BMI）來判定體位是否標準，全球統一的BMI計算方法是將人的體重（公斤）除以身高（公尺）的平方，例如體重60公斤，身高1.6公尺的人，其身體質量指數為23.4。
根據行政院衛生署所公布的最新資料，臺灣地區以BMI為判定體位的定義如下：BMI＜18.5→體重過輕；18.5≦ BMI ＜24→正常；24≦ BMI ＜27→體重過重；27≦ BMI ＜30→輕度肥胖；30≦ BMI ＜35→中度肥胖；BMI ≧35→重度肥胖。所以，BMI超過24的人（即體重過重的人）就需要特別注意熱量的攝取，而超過27，就已經是屬於肥胖了。
另外，根據國民營養現況調查，男女性成年人（≧19歲）體重過重的百分比分別為17.5％及15.9％，而屬於肥胖的人，男性已將近10％，女性則約為8％。因此，可見社會上體位異常的人不在少數，而您如果不稍加注意生活及飲食形態，便很有可能成為肥胖一族囉！
肥胖會對個人帶來什麼樣的負面影響呢？一般認為肥胖的人其社會競爭力較差，不管是交友或是求職，肥胖的人總是遭到歧視。除此之外，肥胖也不利於個人健康的維持，流行病學的研究顯示，肥胖的人較容易罹患糖尿病、高血壓、冠心病及癌症等慢性疾病，特別是糖尿病及冠心病。
國外的研究顯示，BMI介於27～29的人得糖尿病的危險性比BMI介於22～23的人高了14.8倍，BMI介於29～31的人更高了26.6倍；BMI介於27～29的人得冠心病的危險性也較BMI＜19的人高了2.1倍。這些慢性疾病的發生，會嚴重影響中老年時的生活品質，也會顯著增加中老年人的死亡率。然而BMI值並非越低越好，研究也顯示BMI＜18.5的人，其疾病感染率會上升，免疫力會下降。過度追求苗條，對健康有害！保持適當的BMI值，才能夠活得健康，活得長壽。
熱量平衡的概念
想要減少體重遠比想增加體重來得困難，為什麼呢？這是因為人類在演化過程中所發展出來的一項優勢。想想看，在遠古食物供應不穩定、也不充裕的時代，為了要取得生存優勢，是不是只要一有食物出現，就該儘量進食，以儲存熱量、增加體重，好應付並度過食物短缺的時期呢？那些容易流失體重的人，就很難熬過飢荒的考驗，而面臨被淘汰的殘酷命運了。
現今，熱量豐富的食物比比皆是，而人類易於增重的演化優勢則尚未消失，因此，也難怪稍微—貪嘴，體重便很容易增加，一旦過重或是變胖了以後，要想甩掉一、二斤肥肉卻是如此地困難。
那麼，是不是每一個人只要嚴守生活及飲食規範，努力尋求熱量攝取與支出的平衡，就可以維持理想的體重了呢？對大多數體重正常的人而言，答案是肯定的。因為，就算您不刻意地去做調整，您的身體還是會自動根據熱量消耗的多寡，透過食慾與攝食量的調節，來設法維持遺傳上所設定的體位。您難道不覺得有時運動量比較大時，食慾較好，攝食量會較大；而整天窩在家裡睡覺時，會覺得沒什麼食慾，不太吃得下東西嗎？
然而，有一些人這種天生的攝食量調節機轉失控了，明明所攝取的熱量已能滿足身體所需消耗的量，卻仍然身不由己地持續吃喝，以致多餘的熱量轉變成體脂肪儲存在體內，日積月累後就變成肥胖了！對一般健康、體位正常的人而言，稍微失控所造成的額外熱量攝取，只要很少量就可能會讓您變胖。美國的研究顯示在25～55歲之間，只要每天額外多攝取0.3％的熱量，就會讓您在這30年內體重增加9.1公斤。
攝食調控的機轉
攝食量及體重調節的機轉牽涉到信號的傳遞，身體裡面許多基因的產物便是一種調控信號，有了這些調控信號，我們的腦袋才能偵知到底吃東西了沒有？或是吃飽了沒有？熱量攝取過多的時候，腦袋也才能偵測出體脂肪及體重的增加，而下達減少攝食的命令，以設法維持熱量的平衡。
腦袋裡負責控制攝食的神經元位於下視丘（hypothalamus），下視丘接收到增加食慾的調控信號，便刺激飢餓中樞（hunger center）提高攝食量；收到抑制食慾的調控信號，便刺激飽食中樞（satiety center）減少攝食量。因此，身體裡面各部位所產生的各種調控信號，可經由血液循環運送到腦部，經下視丘神經元判讀並整合後，如果飽食信號強過饑餓信號，便會刺激飽食中樞而減少攝食，我們的身體便靠著這種信號傳遞的機轉來調控攝食量。
不幸的是，當調控的信號出了問題，也就是說當表現這些調控信號的基因有了缺陷，例如表現量不足，無法發出足夠的刺激強度，或是調控信號的品質不良，無法與腦部神經的受器結合，甚至是由於受器本身有了缺陷，都會讓腦部無法接收並整合出正確的命令，而導致攝食量失控。如果身體無法產生足夠的飽食信號，腦部飢餓信號將長期強過飽食信號，長期過度攝食的結果便導致肥胖。
攝食調控的信號
攝食調控大致可分為短期及長期的控制系統。短期指的是一天之內所發生的攝食調控。腦幹部位神經細胞上面的化學接受器可接收從肝臟、消化道及胰臟所釋放的信號，並偵測到血液中葡萄糖、脂肪酸及胺基酸的濃度，將這些信號轉給下視丘去判讀。消化器官如胃，也具有應力接受器可感知胃內食物的多寡，而釋放出信號並傳給腦部。
當胃內空空如也，或是當腦部偵測到血中葡萄糖濃度很低時，通常會發出飢餓的神經信號，例如胃會分泌飢餓信號ghrelin，受到刺激的下視丘也會分泌出飢餓訊號orexin，orexin便會刺激飢餓中樞而引起進食，因此，ghrelin及orexin都是屬於短期控制系統裡面的飢餓信號。
長期控制系統指的是腦部能偵測出身體熱量儲存量（即體脂肪）的多寡，並根據這個信號對短期的攝食量做出調控。我們體內的體脂肪組織會分泌飽食信號leptin，腦部便可根據偵測到血中leptin濃度的高低，而感知體脂肪組織的增減，再進而調控攝食量。因此，leptin是屬於長期控制系統裡面的飽食信號。
近年來，醫學研究進展神速，陸續發現身體裡面越來越多的飽食與飢餓的調控信號，光是神經胜肽類的調控信號就超過二十個，例如發出飽食信號的瘦素（leptin）、膽囊收縮素（cholecystokinin）、蛙皮素（bombesin）、insulin等，及發出飢餓信號的orexin、ghrelin、神經胜肽Ｙ（neuropeptide Y, NPY）、galanin等。而透過鼠類肥胖動物及人類肥胖症的研究，到目前為止，在老鼠及人類身上，至少各發現五個表現異常的單基因和肥胖的發生有關。
由此可見，肥胖症的發生和基因遺傳也有密切的關係，事實上，據估計70％的肥胖症都和遺傳有關。限於篇幅，本文將以屬於長期控制系統中的飽食信號leptin及短期控制系統中的飢餓信號orexin及ghrelin，來簡單介紹這些信號的基因表現和發生肥胖之間的關係。
飽食信號leptin
這個名稱是源自於希臘文的leptos，也就是英文的thin，瘦的意思，所以就有人稱之為瘦素。瘦素是一個分子量大約一萬六千道爾頓（16 KDa）的蛋白質，是obese（ob）基因的產物，在一九九五年被科學家所發現。瘦素主要由脂肪細胞表現，並由身體的脂肪組織所分泌，脂肪組織增加，瘦素的分泌量也隨之增加。另外，腦部下視丘的神經細胞具有瘦素受器的高度表現，因此，腦部透過偵測血液中瘦素濃度的高低，而得知體脂肪或是體重的變化，並發布調控攝食量的命令，似乎是一項頗為合理的推論。
以肥胖鼠為模式的研究顯示，ob基因（產物為瘦素）的突變會造成瘦素的分泌量不足，而db基因（產物為瘦素受器）的突變，則會產生有缺陷的瘦素受器無法與瘦素結合，飽食信號不足的結果，就會使得老鼠過食，而產生肥胖。這些證據說明，瘦素在老鼠體內監控全身的營養狀態及調節體重的生理機轉上，扮演一個很重要的角色。
瘦素是透過影響下視丘的飢餓及飽食中樞、體溫及熱量消耗的方式參與體重的調節。將瘦素注射給ob基因突變的肥胖鼠（瘦素的分泌量不足），數天之內攝食量會有很明顯的下降，數周之內體重也下降近50％。注射瘦素所導致的體重下降，似乎是數種機轉共同運作的結果。
研究發現，瘦素除了本身會刺激下視丘的飽食中樞外，也會抑制下視丘分泌NPY，而NPY是另一種強力的飢餓信號。注射瘦素的胖老鼠也呈現氧耗量增加、體溫上升、體脂肪減少等增加熱量消耗的現象。所以，瘦素調節體重的機轉至少包括調降攝食量及增加熱量的消耗。
另外，將瘦素注射給db基因突變的肥胖鼠（瘦素受器有缺陷）並不會產生任何的效果，因為db基因突變的肥胖鼠是對瘦素沒有反應，而非瘦素分泌不足的問題（因其ob基因正常）。研究也發現將瘦素注射給正常體重的老鼠，則體脂肪及體重都明顯的減少，而體重的減少大部分是因瘦素加速脂肪組織的分解而來，對肌肉的部分則無明顯的影響。一般坊間的減肥法則會使得體脂肪及肌肉量同時減少，減肥時，您當然希望減掉的是脂肪，而不是肌肉吧？
不論是ob基因或是db基因的突變，結果都是產生肥胖的老鼠。這些肥胖鼠的體重大約是正常鼠的三倍，體脂肪則約為五倍，同時還伴隨著有糖尿病、免疫功能低下及不孕等現象。對人類的研究也發現，血中瘦素濃度的高低和體脂肪含量的多寡，有很強的相關性，胖的人ob基因的表現量也較瘦的人來得高。
不過對人類而言，肥胖可能和腦部受器對瘦素不敏感較為有關，因為胖的人，血液中瘦素的濃度通常較正常人高，但是也有大約5～10％肥胖的人，血液中瘦素的濃度是較正常人低的。因此，瘦素分泌量不足也可能是人類肥胖的原因之一。到目前為止，人類因ob基因或是db基因的突變所導致的肥胖案例並不常見。將瘦素注射給人，也看不到像注射在老鼠身上那樣顯著的減重效果。因此，人類的肥胖似乎不太可能因單純的ob基因突變所造成，要將瘦素用在治療人類的肥胖症可能還需要更多、更深入的研究。
飢餓信號orexin
這個下視丘所分泌的飢餓調控信號，是日本科學家於一九九八年首先在老鼠身上發現的，其名稱源自希臘文的orexis，乃「食慾」之意。Orexin由33個胺基酸所組成，分子量大約為三千六百道爾頓（3.6 KDa）。研究也發現腦部orexin的受器，主要是表現在下視丘飢餓中樞附近的神經元，飽食中樞未見有orexin受器的表現，可見orexin在刺激飢餓中樞，及調升攝食量的生理機轉上占有重要的地位。
為了要證實orexin在調升攝食量方面的作用，日本科學家把orexin直接注射到老鼠腦室側部後發現，2～3小時內老鼠的攝食量增加了數倍。另外，將老鼠禁食了48小時後，測量腦部orexin的表現也發現，和正常進食的老鼠相比，下視丘orexin的表現量也增加了2.4倍。所以，在飢餓狀態下，下視丘可分泌orexin，刺激飢餓中樞而引起食慾，似乎是不容置疑的。另外，如果orexin的基因表現異常，orexin分泌過多，刺激食慾太強的結果，會導致過食而引發肥胖，也是一種頗為合理的假設。
來自胃部的飢餓信號ghrelin
科學家在二○○○年稍早發現ghrelin主要是由老鼠及人的胃部細胞所分泌，下視丘也有少量的表現，和前兩個攝食調控信號產生的方式不同。Ghrelin是由28個胺基酸所構成，在身體裡面的作用是促進腦下垂體生長激素的釋放，同時也會強力地刺激食慾而引起進食。
研究顯示將ghrelin注射到老鼠的腹腔或腦室中，會使得脂肪的分解減少而導致體重增加。ghrelin注射到老鼠腦室中也會增加老鼠的攝食量及體重，且隨著ghrelin注射量增加，效果就愈顯著。老鼠在禁食狀態下，血液中ghrelin的濃度會上升，而在進食的時候，血液中ghrelin的濃度則相對地下降，光給老鼠喝水，就沒有這種現象。所以，ghrelin的作用是和瘦素相反的，在攝食量的控制上，ghrelin就好像是汽車的油門，leptin就像是煞車，在兩者的共同操控下，汽車（攝食量）才能夠受到控制。
在二○○二年，美國西雅圖華盛頓大學的科學家，研究正在減重的肥胖症病人，發現這些減肥的病人在用餐前血中ghrelin濃度急遽上升，用完餐後便下降了。隨著減重的時間增加，體重減得愈多，用餐前血中ghrelin的濃度也上升得更高。換句話說，體重減得愈多，ghrelin分泌得愈多，刺激食慾就愈強，也會有更強烈的飢餓感。這就是靠飲食控制進行減肥的人所常遭遇到的溜溜球症候群（yo yo syndrome），體重減了又增，增了又減的原因。
另一項研究也發現以胃縫合繞道手術（將胃縫合以減少其容積）進行減肥的人，雖然體重有效地下降了36％，但是他們血中ghrelin的濃度，卻較以其他控制飲食方式減肥的人低了將近80％，此外，這些人用餐前血中ghrelin的濃度，也不像大部分的人那樣會有急遽上升的現象。這些研究結果證實ghrelin是由人類胃部的細胞所分泌，在攝食量的短期控制系統中，ghrelin無疑地扮演了一個重要的角色。因此，目前最熱門的研究是探討，要用什麼方式才可以安全地操控血中ghrelin的濃度，進而達到抑制減肥者食慾的目的。
永保健康之道
腦部攝食調節的機轉如果只以飽食中樞及飢餓中樞的調控來說明，似乎是一種太過於簡化的解釋。事實上，下視丘裡面各種不同的神經元，縱橫交錯所構成的聯絡網絡，其複雜度可能遠超過我們的想像，更遑論還要去判讀數十種從身體各部位湧入下視丘的各類攝食調節信號。下視丘的攝食調控機制，到目前為止還未充分明瞭，不過，身體大致上是依賴這種方式，才能隨時偵知全身的營養狀態，並適時下達精確的命令，透過攝食量的調節維持全身營養狀態的恆定。
雖然遺傳因素在人類肥胖症的發生上，可能占有很重要的地位，但是在腦部攝食調節的機轉，及各種可能參與攝食調控基因的功能還未完全明瞭之前，要透過操控基因表現的方式，有效治療人類的肥胖症，恐怕是很困難的。
因此，藉著明瞭熱量平衡和體重控制之間的關係，如果現階段您有體重過重的問題，那麼，設法去控制熱量的攝取，並培養一種持之以恆的、適宜的運動習慣，不要太劇烈地去減少熱量的攝取（每天減少五百大卡的熱量），並緩和地增加運動量，讓您的體重能慢慢地減輕（一個月1～2公斤左右），應該是所有想減重及想維持身體健康的人，一個較佳的選擇。
