體育鍛煉對食欲和激素調(diào)控上的性別差異

哈格比安 等

體育鍛煉對食欲和激素調(diào)控上的性別差異

哈格比安 等

體育鍛煉是調(diào)節(jié)能量平衡和機體組成的重要影響因素。影響能量失衡的混雜因素有很多，在本文中我們闡述了鍛煉對能量平衡的影響，并且重點關(guān)注體育鍛煉對激素和食欲的影響在性別上的差異。不斷進展的研究可能影響了我們對于如何利用體育鍛煉來調(diào)節(jié)機體的理解。

引言

肥胖是一種全球范圍的流行病，與2型糖尿病和心血管疾病的發(fā)病風(fēng)險增高有關(guān)。限制能量攝入作為最常用的減少體脂和降低肥胖相關(guān)疾病風(fēng)險的方法，通常并不成功。超過90%的肥胖個體在減肥后兩年之內(nèi)又重新恢復(fù)體重。限制能量攝入的另一種方法是通過加強體育鍛煉來增加能量消耗。通常認為，規(guī)律性的體育鍛煉在能量平衡和機體組成的調(diào)節(jié)上發(fā)揮重要作用。單純依靠體育鍛煉干預(yù)（不限制能量攝入）來達到減少體脂的目的沒有明顯效果，要想達到最佳效果需要在體育鍛煉的同時限制能量。然而，最近的一些研究顯示，在自由飲食的條件下，進行體育鍛煉可以使男性的體脂減少，而對于女性沒有明顯作用。這些結(jié)果暗示，體育鍛煉對于體重減輕的不同作用似乎與食欲和/或飽腹感的變化有關(guān)，而食欲或飽腹感至少部分上是由循環(huán)中調(diào)節(jié)能量平衡的激素所調(diào)控的（例如?；痝hrelin、胰島素和瘦素）。我們最近的研究工作顯示，在男性，激素和食欲對于鍛煉的反應(yīng)明顯受能量平衡的影響，而在女性這種影響很輕微。這表明體育鍛煉影響能量攝入部分是通過能量平衡的方式，并且這種影響有性別差異。本文將會關(guān)注近期關(guān)于體育鍛煉如何影響激素反應(yīng)并調(diào)節(jié)食欲和能量攝入的研究，也重點關(guān)注了激素、代謝和食欲對于體育鍛煉反應(yīng)的性別差異，因為這種差異可能會影響體育鍛煉在體重管理方面的使用。

能量平衡和能量調(diào)節(jié)激素

能量狀態(tài)指飲食性能量攝入（EI）和能量消耗（EE）之間的相互關(guān)系，一般以24小時為周期衡量。當(dāng)EI=EE時即為能量平衡狀態(tài)，EI＜EE時為能量缺乏，EI＞EE時為能量過剩。能量缺乏和能量過剩可以通過調(diào)節(jié)EI（如減少進食或過度進食）或（和）EE來實現(xiàn)（增加或減少體育活動）。

能量狀態(tài)和體脂是由一個負反饋系統(tǒng)調(diào)控的，該系統(tǒng)以機體能量組成（如機體脂肪）的變化為信號，表現(xiàn)在食欲、能量攝入和能量消耗的變化上。調(diào)控這些系統(tǒng)的關(guān)鍵是具有能量調(diào)節(jié)作用的激素（如ghrelin、瘦素、胰島素），這些激素感知能量平衡狀態(tài)的變化并將信息傳遞到位于大腦的中樞處理中心。在那里，下丘腦和后腦的弓狀核通過增加或減少神經(jīng)遞質(zhì)（如神經(jīng)肽Y、刺鼠相關(guān)蛋白）的分泌來刺激或抑制能量攝入及消耗?？梢钥隙ǖ氖牵@些激素還影響其他生理功能，例如生殖功能和血流分布。但是基于本綜述的目的，我們稱這些帶有能量調(diào)節(jié)作用的激素為能量調(diào)節(jié)激素。

能量調(diào)節(jié)激素通常分為兩類，短時效信號激素和長時效信號激素。短時效激素調(diào)節(jié)每餐的開始和結(jié)束，并決定進食的頻率和每餐的多少。Ghrelin通常被認為是刺激能量攝入的重要短時效信號，其以酰基化的形式與在下丘腦、后腦或其他組織的受體相結(jié)合。外周靜脈輸入ghrelin可升高循環(huán)中g(shù)hrelin和大麻素的水平，這兩種物質(zhì)在人和動物體內(nèi)可直接刺激能量的攝入。最新的證據(jù)顯示，酪酪肽（peptide tyrosine-tyrosine, PYY）在調(diào)節(jié)每餐的多少和進食終結(jié)時發(fā)揮作用。PYY3-36是PYY最常見的活性形式，外周靜脈輸入PYY3-36在人和動物均可以抑制隨后發(fā)生的進食。此外，與正常對照大鼠相比較，PYY基因敲除的大鼠表現(xiàn)為食欲旺盛和體脂含量增加，這表明PYY對長期的體重調(diào)節(jié)有作用。

長時效信號激素，如瘦素和胰島素，更多的是在整體水平上調(diào)節(jié)長期的能量平衡和體脂含量，而不是調(diào)節(jié)每餐與每餐之間能量及體脂的變化。在動物，循環(huán)中瘦素和胰島素水平增高，可抑制能量攝入并刺激能量消耗。矛盾的是，肥胖個體循環(huán)中的瘦素和胰島素水平更高，表明這些個體對于瘦素和胰島素抑制能量攝入的作用可能是“抵抗”的。最近的研究發(fā)現(xiàn)，循環(huán)中瘦素和胰島素水平較低時可刺激食欲及能量攝入，同時抑制能量的消耗。這些結(jié)果表明，長時效信號激素在對抗持續(xù)能量缺乏和維持體脂方面發(fā)揮重要作用。瘦素/胰島素濃度與能量攝入之間的關(guān)系可能與“倒U形”曲線相似，當(dāng)瘦素/胰島素濃度很高或很低時都會刺激進食，而在中等水平時對食物攝入有抑制作用。

性激素尤其是雌激素，對能量平衡的調(diào)節(jié)有明確影響，至少在動物中如此。例如，在卵巢去勢的嚙齒類動物，雌激素缺乏可導(dǎo)致能量攝入增多，體重增加。相反，孕酮和睪酮對于食物攝入幾乎沒有影響。在女性，能量攝入會隨著月經(jīng)周期而變化。通常來說，女性處在月經(jīng)周期的黃體期時吃的較多，而在卵泡期時進食較少。這些都說明，當(dāng)直接比較女性和男性時，都需要慎重考慮月經(jīng)周期等潛在的因素所帶來的影響。

能量狀態(tài)對于能量調(diào)節(jié)激素的作用

能量狀態(tài)的變化（如缺乏、平衡或是過剩）對于調(diào)節(jié)食欲、能量攝入和能量消耗的激素反應(yīng)有明顯影響。同樣，能量狀態(tài)也可能影響機體對于ghrelin反應(yīng)的敏感性（例如能量缺乏等同于ghrelin敏感性增加，而能量過剩等同于ghrelin抵抗）。能量缺乏時食欲增加，循環(huán)中?；痝hrelin水平升高而瘦素和胰島素水平下降?；谀壳耙阎幕蚩赡軡撛诘募に氐墓δ埽鲜龇磻?yīng)可以逆轉(zhuǎn)能量缺乏并且維持（甚至儲存）機體的能量供應(yīng)。關(guān)于機體對能量缺乏時的激素反應(yīng)的研究很多，但是關(guān)于能量過剩時激素的變化很少有研究。我們的實驗顯示，給予能量過剩的飲食（每天增加750千卡）3天就可使空腹血清胰島素和瘦素水平升高，而對ghrelin的抑制可能依賴于生理狀態(tài)（空腹或葡萄糖刺激）。Ravussin的研究組和Robertson的研究組都發(fā)現(xiàn)在長期超量飲食的情況下空腹ghrelin的濃度沒有變化。然而，Robertson等發(fā)現(xiàn)，過量高脂飲食3周后，ghrelin曲線下面積平穩(wěn)下降。相反的，我們的研究發(fā)現(xiàn)在高糖飲食3天后ghrelin水平無明顯變化（圖1）。上述兩個結(jié)果的不同可能是由于過量飲食持續(xù)的時間不同（3周vs.3天）或是所用營養(yǎng)物質(zhì)不同（脂肪或葡萄糖）。這些研究數(shù)據(jù)顯示在3天過量飲食后，ghrelin降低的機制并不確定。

圖1.基礎(chǔ)狀態(tài)、3天過量飲食（OF）和1天過量飲食+60分鐘有氧運動（OF+EX）后第二天清晨進行60分鐘葡萄糖耐量實驗時血漿ghrelin曲線下面積（AUC）的比較。有氧運動明顯降低血漿ghrelin水平，并且不依賴于能量平衡的變化。

體育鍛煉對能量調(diào)節(jié)激素的影響

體育活動，至少是有規(guī)律有計劃的鍛煉，可以改變調(diào)節(jié)能量平衡的激素。在解釋體育鍛煉效果的研究數(shù)據(jù)時，一個關(guān)鍵的問題是將鍛煉的效果與隨之而來的能量缺乏的潛在影響在本質(zhì)上區(qū)分出來。在研究中，運動中的能量消耗很少能通過飲食進行能量攝入和補充。因此，實質(zhì)上由能量缺乏時所帶來的影響可能歸因于體育鍛煉的效果。例如，能量缺乏時循環(huán)中酰基化ghrelin增加而胰島素和瘦素水平降低，同時刺激食欲和增加能量的攝入。

要想鑒別是體育鍛煉的效果還是能量失衡的影響，同時評估能量平衡狀態(tài)（即飲食能量攝入與更多的能量消耗相匹配）和能量缺乏狀態(tài)（即能量攝入小于能量消耗）時的結(jié)果是必要的。我們實驗室所進行的一項研究中，相匹配的兩組肥胖的胰島素抵抗個體都在能量缺乏（飲食攝入的能量不能代償更多的能量消耗）和能量平衡狀態(tài)（基礎(chǔ)飲食水平上加飲食性能量攝入）下完成6天的體育鍛煉。我們發(fā)現(xiàn)與基礎(chǔ)狀態(tài)相比，能量缺乏狀態(tài)時增加體育鍛煉可降低血中瘦素和胰島素水平（這兩種激素都刺激能量攝入）。但是，重建能量平衡后上述的效果消失，即瘦素和胰島素水平?jīng)]有變化。這些結(jié)果表明，當(dāng)原先習(xí)慣久坐且活動較少的個體開始進行規(guī)律的體育鍛煉時，能量缺乏是機體激素反應(yīng)的主要調(diào)節(jié)因

而我們實驗室進行的另一項研究結(jié)果則不同。在該研究中，我們選取了9名健康的、經(jīng)?；顒拥膫€體，在無體育活動的基礎(chǔ)狀態(tài)，3天過量飲食（沒有規(guī)劃性鍛煉）和1天過量飲食加60分鐘的中度體力勞動三種情況下，測量循環(huán)中能量調(diào)節(jié)激素的水平。能量攝入和消耗是嚴格控制的，所有個體在超量飲食和超量飲食加運動鍛煉時每天增加的能量相同（每天750千卡）。在能量過剩的情況下，體育鍛煉沒有影響空腹時瘦素、胰島素和ghrelin的水平。相反地，在能量過剩加體育鍛煉的情況下，口服葡萄糖時（設(shè)定比食物攝入所帶來的刺激?。┮种蒲h(huán)中g(shù)hrelin的效果更明顯（圖1）。同樣的情況在其他研究小組亦有報道，在經(jīng)?；顒拥娜巳褐?，有氧運動（加短期內(nèi)能量平衡）抑制ghrelin水平，而非體育鍛煉的情況下對ghrelin沒有影響。這些研究結(jié)果表明，即使沒有能量缺乏，體育鍛煉同樣可以改變能量調(diào)節(jié)激素，這與我們先前的研究結(jié)果并不一致。原先的研究表明是能量缺乏而不是體育運動調(diào)節(jié)能量調(diào)節(jié)激素的變化。研究對象臨床特征的差異（Black等研究中對象為超重、久坐和胰島素抵抗的個體，而Hagobian等的研究中對象為體形偏瘦、經(jīng)?；顒雍鸵葝u素敏感的個體），體育鍛煉計劃（Black等的研究中為連續(xù)6天體育活動，而Hagobian等的研究中為1天體育活動）以及能量狀態(tài)（Black等的研究中為能量缺乏vs.能量平衡，而Hagobian等的研究中為能量過剩vs.能量平衡）都可能解釋兩個研究的不同之處。

最新的研究證據(jù)顯示，某些形式的體育活動可能改變血漿中PYY的濃度，從而抑制能量攝入。Martins等的研究顯示，在中等強度的有氧運動時，PYY水平升高。Broom等的研究同樣發(fā)現(xiàn)，有氧運動增加PYY水平，而抗阻鍛煉（舉重）對PYY的濃度沒有影響。這些結(jié)果與中高強度有氧運動可暫時性抑制能量攝入和食欲的學(xué)說相一致。

為了系統(tǒng)地直接說明“是鍛煉還是能量狀態(tài)”的問題，我們設(shè)計了實驗來研究是否體育鍛煉對于激素和食欲調(diào)節(jié)能量代謝的影響是獨立于能量狀態(tài)之外的。該研究的另一個目的是從基礎(chǔ)和公共健康關(guān)系兩方面討論目前仍有爭議的一個問題，即有證據(jù)強烈支持當(dāng)開始有氧運動后男性體脂減少比女性明顯。

能量調(diào)節(jié)激素的性別差異

一般來說，與女性相比，男性通過規(guī)律的體育活動來減少體脂更有效。Donnelly等和Potteiger等報道在自由飲食的條件下，男性進行16周有監(jiān)督的有氧運動可減少體脂，而在女性體脂則沒有變化。Oscai等的研究發(fā)現(xiàn)雌性大鼠無論是連續(xù)游泳6周（每天6小時）還是不運動，體重增加的比率沒有差別，而在雄性大鼠游泳組比非運動組的體重減輕。這些數(shù)據(jù)表明，在有氧運動的情況下，女性能更精確地使能量攝入與消耗相匹配，從而保存機體脂肪。而男性則相反，在更多能量消耗的情況下，男性能量攝入不足不能達到能量平衡，因而體脂減少。

體育鍛煉減少體脂的效果有性別差異，這可能是由于男性和女性在激素反應(yīng)上的不同造成的。激素反應(yīng)在性別上的差異可表現(xiàn)為食欲、能量攝入和能量消耗的變化，具體來說在女性比男性更容易促進食欲和能量攝入（能量消耗可能受到抑制）。為了明確地說明“鍛煉還是能量狀態(tài)”以及“能量調(diào)節(jié)激素的性別差異”兩個問題，我們選取了原先習(xí)慣久坐的超重/肥胖的男性和女性，并評估體育鍛煉對這些人能量調(diào)節(jié)激素的影響。我們采用了平衡交叉實驗設(shè)計，分別在三種不同的狀態(tài)下測定空腹和進食后能量調(diào)節(jié)激素的水平。這三種情況包括：無運動的基礎(chǔ)狀態(tài)，四天體育鍛煉后加飲食能量攝入并維持能量平衡，四天體育鍛煉后沒有附加飲食性能量攝入（即能量缺乏）。為了控制性激素帶來的影響，所有女性均處在月經(jīng)周期中的卵泡期早期時進行實驗。

我們觀察到體育鍛煉對于能量調(diào)節(jié)激素和食欲的影響有明顯的性別差異。在女性，當(dāng)體育鍛煉后不增加飲食中能量攝入時，循環(huán)中?；痝hrelin水平增高（圖2）而胰島素水平降低（圖3），這兩種情況都會促進能量攝入。當(dāng)飲食中的能量攝入增加到維持能量平衡時，循環(huán)中?；痝hrelin和胰島素的變化減弱但是仍然存在，暗示體育鍛煉對于激素的影響有某些獨立作用。然而在男性，體育鍛煉對這些激素幾乎沒有影響。無論處于何種能量狀態(tài)，男性的?；痝hrelin都沒有變化（圖2）。胰島素水平在能量缺乏時降低，而在恢復(fù)能量平衡后這種情況完全消失（圖3）。

在其他一些有關(guān)性別差異與能量調(diào)節(jié)激素的研究中，結(jié)果與我們的研究相一致。Gayle等發(fā)現(xiàn)雌性大鼠與雄性大鼠相比，禁食12小時后ghrelin水平和自由進食量都增加。在女性，由于體育鍛煉而致能量缺乏并出現(xiàn)體重下降時ghrelin水平升高，而在男性ghrelin的水平則沒有變化。在另一項直接評價性別差異對多種能量調(diào)節(jié)激素影響的研究中，Hickey等發(fā)現(xiàn)在12周的體育鍛煉后，女性胰島素和瘦素水平下降，而在男性則沒變化。將上述結(jié)果綜合到一起，說明體育運動對于女性能量調(diào)節(jié)激素變化的影響比男性更為顯著。激素變化的方向與一個假說相一致，這個假設(shè)就是相較于男性，女性的食欲更易被刺激。如果激素的這些改變與食欲變化、更重要的是與實際進食相一致的話，那么在自由進食的情況下，女性在增加體育鍛煉時對于機體脂肪的“防御”更有效。

女性能夠更好地通過能量攝入以彌補體力活動帶來的能量消耗，達到能量平衡，這一現(xiàn)象可能是由能量平衡與生育繁殖間的重要關(guān)系所控制的。例如，能量缺乏時會抑制月經(jīng)周期和促性腺激素釋放激素的分泌，減少黃體生成素的脈沖釋放，并使性交行為停止。然而在男性，能量缺乏對于生育繁殖的成功似乎沒有重要影響。因此，女性體力活動時?；痝hrelin升高和胰島素/瘦素減低可能是一種拮抗能量缺乏的機制，并且防衛(wèi)機體脂肪貯存和保護生育功能。似乎當(dāng)胰島素、ghrelin和瘦素作為能量利用率的指標(biāo)而不是作為原始的生育信號時，它們與生育功能之間的相關(guān)性更為明顯。

體育運動會改變食欲和實際的進食量嗎？

除了血中的?；痝hrelin和胰島素水平有性別差異外，我們還發(fā)現(xiàn)食欲對開始進行運動的反應(yīng)具有性別差異。當(dāng)攝入能量能夠彌補多余的能量消耗并維持能量平衡時，對男性進行食欲問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)男性進食欲望較低，很少感覺到饑餓，在“你能吃多少東西”這一問題上得分較低。而在女性即使增加飲食中的能量攝入，食欲變化也不會如此明顯。這些數(shù)據(jù)與某些關(guān)注體育鍛煉（1-9天）影響食欲和進食的研究相一致，但是也有一些研究的結(jié)果不盡相同。在這些研究中食欲反應(yīng)的差異可能與能量攝入是否控制有關(guān)。在我們的以及Broom等的研究中，在整個干預(yù)過程中能量攝入是嚴格控制的，每個個體每頓飯都是經(jīng)過稱重和測量的。相反，其他的研究則允許實驗對象自由進食，并通過其對膳食的回顧來評估食物攝入。盡管自由進食（有具體措施以保證自由攝入能量）有自身的優(yōu)點，但是要使膳食回顧的數(shù)據(jù)與實際的能量攝入相符合有一定困難。但是在我們的研究中，能準確知道受試對象每天的進食量，從而總結(jié)出，在體育鍛煉如何影響食欲方面性別差異有潛在的重要作用。

盡管我們發(fā)現(xiàn)體育鍛煉改變激素和食欲的反應(yīng)在性別上存在差異，但是食欲和激素的反應(yīng)仍有不一致的地方。例如，關(guān)于激素的結(jié)果顯示體育鍛煉可增加女性的飲食攝入而對男性沒有影響。相反，關(guān)于食欲的數(shù)據(jù)顯示體育鍛煉對女性的食物攝入沒有影響，而在男性則減少食物攝入。最近的一項研究同樣支持食欲和激素相分離的觀點，其結(jié)果顯示，食欲和能量調(diào)節(jié)激素針對不同的生理/代謝信號作出反應(yīng)。Borer等的研究表明食欲受到近期能量攝入的影響（如吃飯），而能量調(diào)節(jié)激素則根據(jù)能量狀態(tài)的變化而改變（能量缺乏、平衡和過剩）。

圖2. 超重/肥胖的男性（A）和女性（B）在基礎(chǔ)狀態(tài)（無運動）、能量缺乏+運動（DEF）和能量平衡+運動（BAL）三種情況下進行2小時進食耐量實驗，血漿?；痝hrelin的曲線下面積比較。在兩種有運動的情況下，女性?；痝hrelin升高更加顯著（意味著對于進食促進更明顯）；并且相較于基礎(chǔ)狀態(tài)水平的?；痝hrelin的變化程度比男性顯著 。

圖3. 超重/肥胖的男性（A）和女性（B）在基礎(chǔ)狀態(tài)（無運動）、能量缺乏+運動（DEF）和能量平衡+運動（BAL）三種情況下進行2小時飲食耐量實驗，血漿胰島素曲線下面積比較。在兩種有運動的情況下，女性胰島素水平下降顯著（意味著對于進食促進更明顯）。

圖4男性和女性體育鍛煉如何影響能量調(diào)節(jié)激素和食欲的假說模型

仍有一個問題亟待解決，那就是能量調(diào)節(jié)激素和/或食欲的性別差異是否通過自由進食的差別反映出來。根據(jù)我們的知識，所有三個相關(guān)的參數(shù)（激素、食欲和食物攝入）沒有在單一的一個實驗中系統(tǒng)評價過。因為我們通過實驗設(shè)計可以控制能量攝入和能量消耗，但是不能確定激素和食欲反應(yīng)上的性別差異是否轉(zhuǎn)化為實際食物攝入的差異。一項研究顯示，當(dāng)由于鍛煉而能量消耗更多時，女性自由進食量會增加以部分代償能量的消耗，而在食欲方面則沒有變化（激素的反應(yīng)沒測量）。但是男性的結(jié)果則相反，自由進食沒有增加。這些結(jié)果得到另一項研究的支持，在禁食12小時后，與雄性大鼠相比，雌性大鼠ghrelin水平增高，整夜自由進食量也更多。盡管還有許多工作要做，但截至目前的數(shù)據(jù)表明，規(guī)律性體育鍛煉影響能量調(diào)節(jié)激素和食欲的性別差異可能導(dǎo)致食物攝入特點的不同，并最終影響體脂減少的效果（圖4）。

結(jié)論和對未來的展望

目前普遍認為在沒有飲食改變的情況下，男性進行規(guī)律性體育鍛煉后體脂減少較女性更顯著。我們及其他研究人員最近的工作使我們形成一個觀點：激素和食欲對于體育鍛煉反應(yīng)的男女差異可能改變了體育鍛煉在調(diào)節(jié)體重上起到的作用。這些基于性別的差異對于我們理解基礎(chǔ)科學(xué)（例如哪些信號通路參與調(diào)節(jié)機體代謝的性別差異以及哪些組織中存在這些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路）和實踐應(yīng)用（例如對于大眾人群的飲食/運動建議）都有重要啟示。很多基礎(chǔ)科學(xué)的問題可以通過對動物進行基因修飾以減低表達或過表達這些信號通路上的分子。基于動物實驗研究的結(jié)果，研究人員可以設(shè)計更合理的臨床實驗以了解人類能量消耗調(diào)節(jié)的應(yīng)用范圍。最終，研究的目的是為了充分了解能量調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信號以解決重大公共健康問題。是否能量調(diào)節(jié)激素和食欲的性別差異對給予不同性別人群不同的體育鍛煉建議具有意義呢？對于大多數(shù)女性（還有少量男性）是否需要增加能量消耗和限制能量攝入以達到減肥和/或維持理想體重/機體組成的目的呢？像往常一樣，要想回答上述問題需要在不同“水平”上進行一系列的實驗研究（例如細胞水平、器官系統(tǒng)水平、整體水平和人群研究）。

美國馬薩諸塞大學(xué)阿姆赫斯特分校人體運動學(xué)系

（北京大學(xué)人民醫(yī)院內(nèi)分泌科 唐勇 編譯）