肥胖與認知功能關系的研究進展綜述

崔 潔，李 琳（華東師范大學，上海 200241）

運動人體科學

肥胖與認知功能關系的研究進展綜述

崔 潔，李 琳
（華東師范大學，上海 200241）

為了全面了解肥胖與認知功能的關系及其潛在機制，采用文獻資料法在中外數(shù)據(jù)庫搜索了近10年發(fā)表的18篇外文文獻和5篇中文文獻，對其進行歸納和分析，并從肥胖與認知功能的關系和潛在機制2個方面對其進行探討。結果發(fā)現(xiàn)：關于肥胖與認知功能的關系，其研究結論并不統(tǒng)一，但大部分研究表明肥胖會導致認知功能下降；肥胖引發(fā)的炎癥和胰島素、多巴胺含量減少等生理變化以及與認知功能相關腦區(qū)萎縮的腦結構變化是肥胖導致認知功能下降的主要潛在機制。

肥胖；認知功能；執(zhí)行功能

根據(jù)人民網(wǎng)等媒體的報道，2010年我國的肥胖人口已達到了3.25億，增幅已超過美國、英國和澳大利亞，最可怕的是這個數(shù)字將可能在以后的20年中增加一倍［1］。肥胖不僅會導致人體基礎代謝下降、高血壓、高血糖、高血脂等生理疾病，還會導致抑郁、焦慮、自卑等更為嚴重的心理疾病，從而影響正常的生活和學習。

認知是指人腦接受外界信息，經(jīng)過加工處理，將外界信息轉換成內(nèi)在的心理活動，從而獲取知識和應用知識的過程。認知是腦的高級功能，它包括各種形式的活動，如感覺、學習、記憶、注意、思維、推理、語言和執(zhí)行功能等［2］。

認知功能是人們完成身體活動所需的心理條件，肥胖是日益嚴重的社會問題，目前認知功能和肥胖的關系已受到了眾多研究者的關注。因此本文采用文獻研究法以肥胖和認知功能以及它們的同義詞（肥胖、超重、BMI、身體質(zhì)量指數(shù)（和認知功能、認知、神經(jīng)認知、神經(jīng)心理等為關鍵詞，在中國知網(wǎng)等中文數(shù)據(jù)庫和Web of Science、ScienceDriect等外文數(shù)據(jù)庫中搜索了近10年的相關文獻，其中中文文獻為1 113篇，外文文獻為1 134篇，排除其中重復、文獻內(nèi)容不相關、沒有全文以及綜述性的文獻，最終得到的中文相關文獻為5篇，外文相關文獻為18篇。通過對23篇中外文文獻進行整理和分析，從行為學層面和腦機制層面對肥胖與認知功能的關系進行評述，從生理生化和腦結構、腦功能2個方面對其潛在機制進行探討，從而全面了解肥胖與認知功能的關系以及肥胖影響認知功能的潛在機制。

1 行為學層面上肥胖與認知功能的關系研究

肥胖和認知功能的關系研究多為行為學研究，研究中涉及的群體范圍較廣，包含了兒童、青少年、成年人和老年人群體。

1.1 以兒童、青少年群體為研究對象 在國內(nèi)研究中，李軍等人以8～9歲肥胖兒童為研究對象，結果發(fā)現(xiàn)肥胖兒童在反應速度和大腦工作能力等方面均低于正常兒童［3］。朱盛以過度肥胖兒童（BMI＞50）為研究對象，運用威斯康星卡片任務（WSCT）進行測量，結果顯示與正常體重組相比，過度肥胖兒童組的完成分類數(shù)和正確應答數(shù)分值均較低，且持續(xù)性錯誤數(shù)較高［4］。曹慧等人以青少年為研究對象，結果發(fā)現(xiàn)青少年超重和肥胖均能對stroop實驗相關認知加工過程產(chǎn)生明顯的影響［5］。應錫鈞等人以87名中學生為研究對象，并以BMI進行肥胖程度劃分，采用韋氏智力量表測試60～70min作為腦力活動負荷，并且在負荷前后分別進行stroop測試，結果發(fā)現(xiàn)腦力活動負荷后超重組的點耗時數(shù)高于正常組［6］。

在國外研究中，Davis等人［7］以170名7～11歲的超重兒童為研究對象，結果發(fā)現(xiàn)肥胖與認知、成績、行為呈負相關關系。Gentier等人［8］在執(zhí)行功能和感知運動功能2個方面對肥胖兒童和正常體重兒童進行了對比，結果發(fā)現(xiàn)兒童肥胖與執(zhí)行功能損傷和動作知覺功能障礙有關。

除以上橫向研究以外，Guxens等人［9］還對兒童早期認知功能水平與兒童晚期超重風險的關系進行了縱向研究，實驗選取了482名12個月的兒童作為被試，將被試分為健康體重、超重風險組和超重組，結果發(fā)現(xiàn)兒童4歲時認知功能越高，6歲出現(xiàn)超重的風險就較低。

從上述研究可以看出肥胖能夠對認知功能產(chǎn)生影響，但Gunstad等人［10］的研究卻發(fā)現(xiàn)肥胖與認知功能無關。他們選取了478名6～19歲的兒童和青少年為被試，將其分為體重不足組、正常體重組、超重風險組和超重組，并運用關鍵詞測試、逆序數(shù)字記憶廣度、詞數(shù)版注意轉換等測試分別來評估被試的智力、注意、執(zhí)行功能等，結果發(fā)現(xiàn)：BMI與認知表現(xiàn)無關，但體重不足女性的記憶表現(xiàn)要比其他女性差，Gunstad認為體重不足可能是導致記憶表現(xiàn)不好的風險因子，但升高的BMI與健康兒童和青少年的認知功能無關。

1.2 以成年人群體為研究對象 Boeka等人［11］以68名41歲的極端肥胖者（BMI平均為51.18 k/m2）為實驗對象，運用連線測試等任務來評估認知靈活性、轉換能力，結果發(fā)現(xiàn)極端肥胖個體的執(zhí)行功能表現(xiàn)與常規(guī)數(shù)據(jù)存在顯著差異。使用同樣的測試任務來評估認知能力，Cserjési等人［12］結果發(fā)現(xiàn)肥胖女性的持續(xù)注意、認知靈活性和抑制能力的表現(xiàn)均較差。Coppin等人［13］以肥胖大學生為研究對象，結果發(fā)現(xiàn)肥胖大學生的工作記憶和刺激獎勵學習均存在不足，并且肥胖個體學習避免消極結果的能力受損。Stingl等人［14］以人數(shù)相同的較瘦成年人和肥胖成年人為研究對象，結果發(fā)現(xiàn)身體重量的增加與執(zhí)行功能任務表現(xiàn)下降、特殊神經(jīng)元變化有關。

1.3 以老年人群體為研究對象 董凌燕等人［15］以77～89歲的老年人為研究對象，使用蒙特利爾認知評估量表來評估認知功能，以腰圍作為肥胖測量指標，結果顯示老年人中心性肥胖與認知功能受損高度相關。國外研究中，Benito-Leon等人［16］以65歲以上的1949名老年人為研究對象，根據(jù)BMI指標將被試分為正常體重組、超重組和肥胖組，使用微型心理狀態(tài)檢查表等對被試的認知、記憶等神經(jīng)心理學成分進行評估，結果發(fā)現(xiàn)老年人BMI的升高對認知功能的損傷具有決定性作用。Gunstad等人［17］選取了年齡在20～82歲之間的408名被試對肥胖與認知功能的關系是否具有年齡差異進行了探討，結果顯示BMI與所有的認知測試表現(xiàn)呈負相關關系，但是這種關系與年齡無關。

與上述研究結果不同，Wirth等人［18］以1575名老年認知患者為研究對象來探究認知功能與體重、BMI、人體成分的關系以及潛在性別差異，結果發(fā)現(xiàn)執(zhí)行功能損傷患者的體重和BMI指數(shù)都較低，并且女性執(zhí)行功能損傷患者的體重要比男性損失的多，這說明肥胖對認知功能的影響具有性別差異。另外，Kuo等人［19］在探討升高的BMI如何對老年人的認知功能產(chǎn)生影響的研究中發(fā)現(xiàn)超重組在推理和視覺空間加工速度方面的表現(xiàn)要優(yōu)于正常體重組，而肥胖組在視覺加工速度方面的表現(xiàn)優(yōu)于正常體重組。

從行為學層面上肥胖與認知功能的關系研究可以看出，除少數(shù)研究表明肥胖與認知功能無關或者積極相關外，大部分研究表明肥胖與認知功能為負相關關系，即肥胖會導致認知功能的下降。另外，由Wirth和Gunstad的研究可以看出肥胖對認知功能的影響具有性別差異，但無年齡差異。

2 腦機制層面上肥胖與認知功能的關系研究

相比行為學研究，肥胖與認知功能的腦機制研究相對較少。García等人［20］運用核磁共振成像技術在靜息狀態(tài)下對肥胖個體和正常體重個體進行了對比，結果發(fā)現(xiàn)肥胖個體的中間額回和外側枕葉皮質(zhì)體積以及全腦網(wǎng)絡的功能性鏈接均比正常體重個體少。同樣通過肥胖者與正常體重者的對比，Brooks等人［21］發(fā)現(xiàn)與正常體重者相比，肥胖人群的左側背內(nèi)側前額葉、右側海馬區(qū)、右側前中央回和右側前扣帶回等腦區(qū)對食物圖片的反應較大，但左側背外側前額葉區(qū)域和左島葉腦區(qū)則較小。同樣采用食物圖片作為刺激，Tuulari等人的研究結果卻與Brooks等人的研究結果相反。Tuulari等人［22］以相同年齡的27名病態(tài)肥胖女性和14名正常體重女性為研究對象，使用功能磁共振成像儀在被試控制食欲期間掃描被試觀看食物圖片時的大腦，結果卻發(fā)現(xiàn)在食欲控制期間，肥胖者的額中回、扣帶中回和背側尾狀核等腦區(qū)對食物圖片的反應較低，且病態(tài)肥胖者控制電路中的功能性連接比正常體重者要多。

3 肥胖影響認知功能的潛在機制

隨著肥胖和認知功能關系研究的深入，研究者逐漸開始關注這些關系的潛在機制。通過對相關文獻的總結與分析，發(fā)現(xiàn)肥胖影響認知功能的潛在機制可分為生理生化和腦功能、腦結構這2個方面。

3.1 生理生化機制 董凌燕等人［15］運用蒙特利爾認知評估量表（MoCA）將老年被試分為認知正常組和認知異常組，根據(jù)腰圍分為中心性肥胖組和腰圍正常組，采用胰島素抵抗指數(shù)（HOMA-IR）和胰島素敏感指數(shù)（ISI）來評估患者胰島素抵抗和胰島素敏感性，結果發(fā)現(xiàn)老年人中心性肥胖和胰島素抵抗與認知功能障礙密切相關，他們認為中心性肥胖會導致內(nèi)臟脂肪細胞增生，胰島素受體樹突減少、活性降低，從而使胰島素受體的敏感性下降，產(chǎn)生胰島素抵抗，引發(fā)體內(nèi)代償性高胰島素血癥，而這些癥狀的發(fā)生會導致胰島素及其信號通路的異常，從而對大腦組織特別是海馬、顳葉皮質(zhì)神經(jīng)突觸、電位傳導和神經(jīng)保護等機制產(chǎn)生影響，最終導致認知功能受損甚至癡呆的形成。Kuo等人也認為胰島素水平是肥胖影響認知功能的潛在機制，Kuo［19］表示血清胰島素水平因子（IGF-1）與BMI的關系呈倒U型，具有最高血清胰島素水平因子的BMI范圍是25kg/m2～27kg/m2，而較高的血清胰島素因子水平能夠提高額葉執(zhí)行功能，減緩老年人的認知下降；因此，Kuo認為BMI過高或者個體肥胖會導致認知功能的下降。除此之外，他們對肥胖影響認知功能的潛在機制還做了如下解釋：1）骨肌質(zhì)與認知功能具有積極關系，而BMI可以預測老年人骨肌質(zhì)狀態(tài)，因此，BMI可能與認知功能密切相關；2）BMI越高，心輸出量和每搏輸出量就會越高，因此BMI的上升可能會導致腦血流量增加，從而提高認知功能。

除了胰島素之外，有學者還發(fā)現(xiàn)了多巴胺受體也能夠影響肥胖與認知功能的關系。Volkow等人［23］對肥胖個體多巴胺受體與抑制控制的關系進行了探究，結果發(fā)現(xiàn)與正常體重相比，肥胖個體在背外側前額葉、內(nèi)側眶、前扣帶回和感覺皮質(zhì)區(qū)中多巴胺D2受體含量較低，并且多巴胺受體與新陳代謝有關，因此他們認為多巴胺D2受體的增加可能會影響前額葉紋狀體通路的代謝，從而導致肥胖。

此外，還有學者認為炎癥是肥胖影響認知功能的潛在機制。Millera等人［24］認為肥胖會產(chǎn)生全身性炎癥反應和過多的游離脂肪酸，而這些過多的游離脂肪酸和免疫細胞到達下丘腦區(qū)域會引起局部炎癥（包括小膠質(zhì)細胞增殖），這種局部發(fā)炎反應會使下丘腦突觸出現(xiàn)重塑和神經(jīng)退化，從而改變下丘腦內(nèi)部電路和對大腦其他區(qū)域的輸出，最終導致海馬區(qū)、杏仁核等區(qū)域對認知功能和獎勵處理中心的調(diào)節(jié)出現(xiàn)異常。

3.2 腦功能、腦結構 萎縮是指與正常大腦相比，由于各種突觸密度、樹突分支、神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)的血球容量的減少以及細胞壞死所導致的腦組織容量和皮層厚度的減少。Willette等人［25］發(fā)現(xiàn)所有的年齡段中肥胖都與前額灰質(zhì)萎縮有關，尤其是前額葉皮層，而前額葉皮層是與認知功能相關的重要腦區(qū)，因此肥胖可能會使前額葉萎縮，從而產(chǎn)生認知功能障礙。

通過對上述研究的總結可以發(fā)現(xiàn)，肥胖主要是從生理生化和腦結構、腦功能這2個方面來影響認知功能的。其中，在生理生化方面，肥胖主要是通過胰島素、多巴胺等激素的作用影響認知功能的，而腦結構、腦功能方面，主要是通過減少與認知功能相關腦區(qū)的體積或者功能性連接來影響認知功能的。

4 討論與分析

從整體來看，肥胖與認知功能的關系研究結果存在差異，且具有性別之分，無年齡差異。從研究層面來看，行為學層面研究較多，腦機制層面研究較少。造成這一結果的原因，可能是由于被試、研究指標及技術手段的不同而導致的。

1）被試的性別和生理狀況均有可能會影響到研究結果。年輕人的生理機能在各方面都要比老年人好，可能會緩解認知功能的損傷或肥胖帶來的影響，從而使研究結果出現(xiàn)差異。另外，研究顯示肥胖與認知功能的關系具有性別差異，故不同性別被試之間的比較，自然無法達成一致。

2）研究中肥胖指標主要有3種：BMI（人體質(zhì)量指數(shù)）、WC （腰圍）和WHR（腰臀比）。BMI是通過體重與身高的平方來測量的，是代表全身脂肪最簡單的人體測量指標，是大規(guī)模人群流行病學研究中評價不同年齡、性別、種族等特征的人群超重及肥胖水平和變化趨勢的首選指標，但是BMI并未詳細地劃分內(nèi)臟脂肪、皮下脂肪以及脫脂質(zhì)量。由于脫脂質(zhì)量損失能夠影響B(tài)MI，因此作為一種疾病生物標志物，BMI具有一定的局限性，尤其是老年人群體。WC是指呼氣之后以肚臍為中心測得的周長，WHR則是指腰圍與臀圍的比值。這種測量能夠更好地反映內(nèi)臟肥胖，并且WHR比BMI能夠更加精確地預測2型糖尿病、心血管等疾病?？紤]到與新陳代謝的相關性，腰圍和腰臀比也許能夠更好地反映一生中肥胖與大腦健康的關系，但WHR因測量不便難以獲得準確地測量結果，尤其是女性。由此可以看出3種肥胖測量指標均有優(yōu)點和不足，故不同的測量指標可能是導致研究結果出現(xiàn)不一致的重要原因之一。

3）由肥胖與認知功能的相關性研究可以看出，由于研究技術或者實驗儀器的缺乏導致腦層面的研究相對較少。這對于探究肥胖與認知功能的關系存在一定的局限性。相比于行為學研究，功能磁共振成像、運用腦電圖和事件相關電位技術的運用更加能夠深入地了解肥胖與認知功能之間的關系。

5 結論與建議

5.1 結論 關于肥胖與認知功能的關系，從研究對象來看，肥胖與認知功能的研究主要集中于老年人群體；從技術手段來看，行為學層面的研究較多，腦機制研究較少；從研究結果來看，肥胖與認知功能關系的研究結果存在差異，并且大部分研究表明肥胖與認知功能呈負相關關系，另外有研究表明肥胖對認知功能的影響具有性別之分，無年齡差異。關于肥胖影響認知功能的潛在機制，大多數(shù)研究表明肥胖主要通過影響胰島素、多巴胺等生理生化指標以及減少與認知功能相關腦區(qū)的體積和功能性連接來影響認知功能的。

5.2 建議 通過對上述文獻研究結果的分析，認為在探究肥胖與認知功能的相關關系時，建議在指標選擇和技術手段運用方面應做到：測量肥胖指標的選擇要根據(jù)研究對象和目的來確定，以提高研究結果的科學性和準確性；技術手段應與時俱進，當前是腦科學時代，在探究肥胖與認知功能的關系時，僅僅從行為學的角度進行研究是不夠的。功能磁共振成像技術、腦電圖以及事件相關點位技術的應用已經(jīng)成為腦科學研究中的新手段，它可以幫助我們從新的角度探討認知功能的變化，從而使研究更加深入，結果更具說服力。

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Research Progress of the Relation between Obesity and Cognitive Function

CUI Jie，LI Lin
（East China Normal University， Shanghai 200241， China）

In order to fully understand the relationship between obesity and cognitive function and its potential mechanism， this paper analyzes the papers about the relation between obesity and cognitive function in recent ten years， showing that the relation between obesity and cognitive function has no clear conclusion at present，but the majority of research show that obesity has a negative impact on cognitive function. In addition， some researchers think that the physiological and cerebral structural change caused by obesity is the major reason of decline in cognitive function such as infammation， the decrease in the level of insulin and dopamine hormones and brain atrophy.

obesity； cognitive function； executive function

G804.2

A

1004- 7662（2016）03- 0083-05

2016-03-03

崔潔，碩士研究生，研究方向：體育運動心理。通信作者：李琳。