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食欲調節:從腸胃到大腦

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發表於 2013-10-6 12:00:00 |顯示全部樓層
John S. Allen

對哺乳動物來說,腦部是進食活動的最終裁決者,它決定了進食的時間、地點、數量和頻率。當然了,不同物種的飲食控制大相徑庭。總的來說,一個物種的高級認知處理能力越強,那麼除了饑餓和食物條件之外,影響飲食控制的因素就越多。但是行為模式非常復雜,千萬不要以為高層次的認知活動可以取代低層次的腦部活動。借用一個術語,這其中存在著垂直整合(vertical integration)。

垂直整合監控並調節著進食行為和食欲,上至腦部下至腸胃都牽涉其中。這一機制非常復雜,其具體細節我們現在仍不甚了解。但可以確定的是,所有的消化器官都參與其中,而這些消化器官與腦部的信息交換,依靠的是周圍神經系統、腦部和腸胃中向神經元傳遞信號的各種分子以及各種激素(如胰島素)。在大腦半球的底部,整個腦部的中央位置,有一個叫做下丘腦的結構。下丘腦負責調節食欲以及腦部和腸胃的信息交換。下丘腦有兩個不同的區域分別控制飽足和攝食。在實驗中,被破壞了飽足感調節區域的動物會過量飲食並發胖,而被破壞了攝食調節區域的動物則徹底停止進食。下丘腦並不僅僅是腦部與身體在進食方面的交匯點,它還幫助調節身體所有的自主過程,例如體溫調節、睡眠、性行為以及高度情緒化的行為(如攻擊行為)。

食物通過了口腔的感官守衛之後,就進入胃腸道,胃腸道包括胃部和大腸、小腸。人體吸收營養時,這些器官並不只是被動地容納食物,而是主動地調節整個攝食過程。消化道內側布滿神經纖維,監控著其中食物的數量和成分,並將信息傳遞到腦幹,繼而傳遞到下丘腦。食物的營養成分由消化道內側的細胞進行評估,利用血液循環中的特化分子將信息傳到腦部。而攝食後器官,如肝臟和胰臟,同樣與腦部有信息交換。例如,胰臟對血液中的葡萄糖含量很敏感,如果其含量升高,胰臟就會分泌胰島素,而胰島素直接作用於下丘腦和腦部其他區域。

為了能更好地理解食欲調節的復雜性,讓我們以一種激素——瘦素(leptin)為例,觀察它在該系統中起到什麼樣的作用。瘦素是由身體脂肪組織分泌的一種激素,而這種激素的受體以很高的密度分布在下丘腦中。瘦素發現於20世紀90年代早期,當時研究者認為它的角色是向大腦發信號要求停止進食。這是一個符合邏輯的論斷,因為實驗室研究經常用到由瘦素分泌基因缺陷而造成肥胖的小鼠品系。當這些小鼠人工補充瘦素之後,就開始減重。瘦素似乎是對抗肥胖潛在的一劑良方。

瘦素的结构示意图。图片来源:维基百科.png
瘦素的結構示意圖(圖片:維基百科)


不幸的是,瘦素帶來的希望無法輕易實現。瘦素的分泌量與體脂肪量直接相關,因此肥胖者已經分泌了大量的瘦素。這意味著,補充瘦素這種最簡單的療法,只會進一步提高肥胖者體內的瘦素含量。不過考慮到生產一種新減肥藥的潛在利潤,一種重組型瘦素的臨床試驗仍然開展起來。結果喜憂參半:服用瘦素的節食者比服用安慰劑的節食者減掉了更多的體重,這是一個積極的結果;但是瘦素在不同的節食者身上產生了不同的效果,有些人減掉了大量的體重,而另一些反而增重了。這些肥胖的參與者中有一小部分人不能分泌足夠的瘦素,因此額外補充瘦素對他們很有幫助。但是對大多數肥胖者而言,他們之所以發胖就是因為對瘦素的作用產生了一定的抵抗性,所以額外的補充反倒沒有益處。

研究者們現在才發現,瘦素並不是一種抑制食欲的激素,而是用於提醒大腦,身體的能量儲備(脂肪)很充足。當瘦素水平低時,腦部鼓勵動物要多進食或者保存能量。而在自然界中,過於肥胖是一種非常罕見的現象,因此瘦素水平高帶來的正常生理機能始終沒有被自然選擇進程馴服。所以高水平的瘦素,不管是自身分泌還是外界補充,並不能帶來標準的臨床效果。

科學界以及公眾都把瘦素看作一種潛在的減肥藥,這種反應生動地說明了熱量過剩的營養環境如何蒙蔽了我們的雙眼,使我們無視身體的演化史和生理機能。20世紀60年代也有一個相似的案例,當時研究者發現有些個體在步入成年期之後就不再分泌消化乳糖用的生物酶。現在我們知道全球大多數成人都無法消化乳糖,即乳糖不耐受,這是哺乳動物的常態。只有少數人群有長期食用乳制品、飲用鮮奶的歷史,經過自然選擇,這些人在成年之後也能消化乳糖。但是研究乳糖消化的首批科學家大多數都是北歐乳品文化的後代,所以他們認為成人的乳糖不耐受是一種遺傳病,而非人類常態。考慮到當時的研究背景,這也許是一個可以理解的錯誤,但是這畢竟是錯誤的。而瘦素是在一個急於應對肥胖的社會環境中發現的,可以理解為什麼它最初會被當作一種食欲抑制劑。毫無疑問,瘦素確實是調節食欲的諸多物質中的一種,但是只有當人體瘦素含量較低時它的自然作用才能顯現;而對高瘦素水平的肥胖者,它無能為力。

那麼瘦素在治療肥胖方面就全無臨床價值嗎?未必。一些研究顯示,瘦素與其他起調節作用的激素組合在一起,可能比單獨使用更有助於減肥。也許應對肥胖需要的是不同的藥物各顯神通,而不是只靠一種靈丹妙藥。另一種微妙的情況更需要瘦素的作用,這就是許多節食者面對的一大難題:體重反彈。瘦素水平會隨著體重的下降而下降,而正如前文所述,這又會抑制熱量消耗,增加食欲和饑餓感。在這兩種情況的作用下,剛減去不久的肥肉自然又容易長回來。

邁克爾·羅森鮑姆(Michael Rosenbaum)及其同事發現,對減掉10%體重的節食者補充一定劑量的瘦素,可以幫助他們保持現有體重,減輕低瘦素水平的影響。借助fMRI的幫助,他們發現體重下降和瘦素補充都會影響節食者在看到食物時的腦部活動(與看非食物物體相比)。羅森鮑姆等人寫道:“(體重減輕之後)參與者看到食物時,情緒、執行、感官等神經系統的活動有增加,而控制攝食的情緒和認知系統的活動有減少。”換言之,減重之後節食者的意志變得薄弱——他們想要吃得更多,同時更加難以控制自己對食物的情緒反應,這種情況可不妙。在體重維持階段補充瘦素(而非安慰劑),可以使腦部活動模式回到節食之前的狀況。因此從認知層面上來看,服用瘦素的節食成功者,體重反彈的風險較小。

在人類的腸胃-心智系統中,瘦素只是食欲調節鏈條上的一環。對於希望減肥或者正在維持節食後體重的人來說,瘦素自有其價值,或者將會發揮其價值。節食的基本前提很簡單:使攝入的熱量低於消耗的熱量。但是這個簡單的公式與塑造我們身體的演化史、文化史以及(很多情況下也包括)個人歷史相違背,非常難以貫徹到底。我們的身體不太想減輕體重,難以適應熱量攝入降低後的新陳代謝。也許在未來的某天,瘦素和食欲調節鏈條上的其他環節可以推我們一把,讓我們擁有更健康的未來。

本文節選自:《腸子,腦子,廚子:人類與食物的演化關系》

作者約翰·艾倫(John S. Allen)是南加州大學多尼斯夫認知神經科學成像中心(Dornsife Cognitive Neuroscience Imaging Center)和該校大腦與創造力研究所的一名研究員。

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