蔣志銘 苗 芬 黃 園 李 燁

1(中國科學院深圳先進技術(shù)研究院 深圳 518055)

2(中國科學院大學 北京 100049)

3(深圳市中航健康時尚集團股份有限公司 深圳 518000)

1 引 言

在當今社會物質(zhì)生活越來越豐富的時代背景下，大部分國家和地區(qū)對于食物的獲取難度和成本越來越低，人們不再困擾于數(shù)千年來一直伴隨人類社會的饑餓、災荒及營養(yǎng)不足等問題[1]。但新的公共健康問題也隨之而來，研究表明[2]越來越低成本的食物獲取正在改變著人們的飲食習慣和生活方式。這促使全球人類肥胖率激增以及伴隨肥胖的并發(fā)癥在全球范圍內(nèi)普遍流行，其中最常見的病癥之一是高血壓[3]。目前高血壓已經(jīng)成為全世界心腦血管疾病最主要的危險因素之一[4-5]且患病率增長速度驚人。據(jù)估計到 2025 年，世界范圍內(nèi)高血壓的患病率將增加 60%，患者數(shù)量將達到 15 億[6]。盡管已經(jīng)存在多種有效抗高血壓藥物，但大多數(shù)患者的血壓控制仍然不理想。有研究證實 50%～80% 服用處方藥物的高血壓患者依從性較低[7]。

1997 年，Weindruch 等[8]的一項研究發(fā)現(xiàn)限制動物攝入熱量可有效控制其體重、血壓及血糖，從而延長了動物的壽命，自此以限制熱量為基礎的限食療法逐漸興起。限食不是新的概念，在中外歷史中均有通過限食或禁食以達到養(yǎng)生保健和凈化身心的相關(guān)記載。中國古代的限食法起源于道家的“辟谷”療法，即“不食五谷”之意[9]。此后國內(nèi)外多項動物和人體研究表明，一定程度的限食對健康有多方面的益處，包括減輕體重和改善血壓等[10-12]。作為一種基于飲食管理的干預方法，目前限食療法已經(jīng)形成 4 類主流干預方案：(1)限制總攝入熱量，具體干預措施為每日攝入熱量減少 15%～40%[13-14]；(2)限時喂養(yǎng)法，干預措施為將每日進食時間段限制為 4～12 h(如僅允許在 進食)[15-16]；(3)間歇限食或隔日限食，前者指的是一種限食時間與自由進食時間按照一定比例交替進行的限食模式[17]，后者指全天限食和次日隨意進食輪換進行的限食模式[18]；(4)Rangan 等[19]與 Wei 等[20]提出的模擬禁食方案，以高脂低糖類食物作為代餐并結(jié)合間歇性限食方案來限制攝入熱量。

近年來國內(nèi)對于限食療法和辟谷療法的研究也逐漸增多，張一銘等[21]基于“饑餓源于菌群”的理論基礎開展“柔性辟谷”干預試驗，12 名肥胖狀態(tài)的受試者出現(xiàn)體重減輕、血壓降低的干預效果；郭建紅與燕曉雯[22]對 10 名健康受試者開展了基于養(yǎng)生氣功和水果代餐的辟谷干預試驗，受試者的體重和血脂在干預后有效降低。但以上試驗的樣本量相對較少，也未能比較不同狀態(tài)人群在干預效果上的差異，同時缺少對個體干預效果的預估方法。

本文報告是一項納入 149 名受試者的限食辟谷試驗，對辟谷干預前后受試者生理指標的變化進行研究，同時通過亞組分析對比不同人群在辟谷干預前后降壓效果的差異。在此基礎上進一步嘗試根據(jù)辟谷干預時長與受試者降壓效果之間的關(guān)系建立多因素回歸模型，并對模型結(jié)果實現(xiàn)了可視化的解釋。

2 材料與方法

2.1 對象和流程

本試驗面向社會招募對限食辟谷有興趣的志愿者，按照納入和排除標準最終接收了 155 名志愿者作為受試人群參與試驗。此試驗共持續(xù) 5 天，受試者完全按照規(guī)定日程進行活動和休息，并且僅在規(guī)定的時間內(nèi)以代餐方式進食。所有參與者中，最終有 6 名受試者由于個人日程安排沖突，在商議后退出，其余 149 人均完成了連續(xù) 5 天的限食辟谷試驗。試驗期間對受試者的不良反應和主觀感覺進行每日問卷調(diào)查，并詳細記錄所有細節(jié)。

受試者在限食辟谷的 5 天里，每日 24 h 活動流程如圖 1 所示。其中代餐的組成為辟谷丹和蔬菜湯，辟谷丹的成分包括牛肉、蓮子、山藥、白茯苓等，蔬菜湯的成分為青菜和水。代餐按照受試者每日正常攝入熱量的 40%～70% 計算其代餐食用量，并在規(guī)定時間進食。其中，受試者每日正常攝入熱量的測定基于 Harris-Benedict 公式，通過其年齡、性別、身高、體重以及活動系數(shù)進行估算，且活動系數(shù)由受試者的職業(yè)性質(zhì)確定。受試者每天早上起床后在空腹狀態(tài)下完成各項指標的測量采集。整個實驗過程符合中國科學院深圳先進技術(shù)研究院人體實驗倫理道德規(guī)范(審批編號為 SIAT-IRB-200115-H0409)。

圖1 受試者每日 24 h 日程安排Fig.1 24 hours daily schedule flowchart of participants

2.2 數(shù)據(jù)采集及設備說明

每名受試者的數(shù)據(jù)采集包括以下幾個方面：(1)性別、年齡等基本信息及是否有高血壓、糖尿病、高血脂等臨床病史記錄；(2)每日在數(shù)據(jù)采集時段測量受試者的體重、身體質(zhì)量指數(shù)(Body Mass Index，BMI)、體脂率、心率、舒張壓和收縮壓等指標。試驗過程中數(shù)據(jù)采集所使用的設備均為標準醫(yī)療器械，其中采用三合一采集器(粵械注準 20172211115)對心率進行測量；采用歐姆龍公司生產(chǎn)的 HEM-7012 型電子血壓計(國械注準 20082201855)對血壓進行測量；采用歐姆龍公司生產(chǎn)的 V-BODY-HBF-370 型身體脂肪測量器(蘇械注準 20112210223)對體重和體脂率進行測量。

2.3 數(shù)據(jù)分析方法

試驗中考慮到受試者的個體差異，對每名受試者從初始血壓狀態(tài)和初始體型狀態(tài)兩個維度進行重新分組：(1)按照最新血壓分級標準[23]，將受試人群分為 2 級高血壓人群(收縮壓≥140 mmHg或舒張壓≥90 mmHg)、1 級高血壓人群(收縮壓≥130 mmHg 或舒張壓≥80 mmHg)和正常血壓人群(受試者中無低血壓患者)；(2)按照中國肥胖分級標準[24]將受試人群分為肥胖體型人群(BMI≥28)、偏重體型人群(24≤BMI＜28)和正常體型人群(18.5≤BMI＜24)。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析中連續(xù)變量以均數(shù)±標準差的形式表示。干預前后的各項指標先用 Kolmogorov-Smirnov 方法進行正態(tài)性檢驗，滿足正態(tài)分布時配對比較采用雙側(cè)配對樣本 t 檢驗，不滿足正態(tài)分布時采用非參數(shù) Wilcoxon 秩和檢驗。由于過程中存在多重比較，通過 Bonferroni 方法來控制假陽性率。每日血壓數(shù)據(jù)屬于重復測量資料采用重復測量方差分析，不同時間點之間的兩兩比較采用 Bonferroni 方法。以上統(tǒng)計學檢驗水準均設為 0.05，采用 SPSS 26.0 統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

在對受試者辟谷期間特征指標變化進行差別檢驗的基礎上，進一步對受試者的血壓(收縮壓和舒張壓)變化與辟谷進行天數(shù)之間的關(guān)系進行分析。受試者具有多個特征指標作為相關(guān)因素對降壓結(jié)果產(chǎn)生影響，可作為一項關(guān)注干預時間與干預結(jié)果的的多因素生存分析。通過 R 軟件(3.6.1 版本)建立比例風險回歸模型(又稱 Cox 回歸模型)，并繪制列線圖(Nomogram)直觀展示結(jié)果以便于理解和使用。同時，采用內(nèi)部重采樣方法以一致性指數(shù)(C-index)作為評測指標評估模型的性能及穩(wěn)健性[25]。其中，比例風險模型(Cox 回歸)是一種半?yún)?shù)模型，優(yōu)勢在于可同時考慮多種相關(guān)因素的影響且對生存函數(shù)的分布類型有較高的容忍度，核心公式為：

其中，h(t, Xi)表示第 i 個體在干預時間為 t 時的風險率；Xi表示對于第 i 個個體的協(xié)變量向量；β 為對 Xi的回歸系數(shù)向量；h0(t)為不受協(xié)變量影響時的基準風險率。模型輸入的初始協(xié)變量包含受試者的年齡、性別(以男性為“1”，女性為“0”的分類變量輸入)、體重、BMI、腰圍、心率、體脂率、收縮壓、舒張壓、血壓狀態(tài)(2 級高血壓、1 級高血壓、正常分別以“2”、“1”、“0”的分類變量輸入)和體型狀態(tài)(肥胖、偏重、正常分別以“2”、“1”、“0”的分類變量輸入)。根據(jù)赤池信息準則(Akaike Information Criterion，AIC)對協(xié)變量進行篩選，選取 AIC 統(tǒng)計量最小的模型作為最終結(jié)果[26]。

列線圖是一種將復雜的模型結(jié)果轉(zhuǎn)化為通過簡單運算即可理解的直觀形式的方法[27-28]。其原理是將模型中所得到的各影響因素的貢獻度(風險系數(shù))根據(jù)各因素對應的取值范圍進行刻度化，從而使每項相關(guān)因素的取值轉(zhuǎn)換成分數(shù)，通過計算分數(shù)總和得到個體的預測值。對于試驗中的干預結(jié)果，截止事件定義為：受試者的收縮壓和舒張壓相比基線值的下降幅度比達 5% 以上，且在辟谷期間收縮壓和舒張壓均未出現(xiàn)反彈。

3 結(jié)果與分析

3.1 受試者各項指標變化

本試驗 149 名受試者(男性 79 人、女性 70 人，年齡 18～68 歲)各項特征指標的基線值和進行 5 天限食辟谷干預后的變化如表 1 所示。受試者在限食辟谷干預期間體重下降了 3.4 kg(95% 置信區(qū)間為 3.2～3.5 kg，對比基線值 P＜0.001，如圖 2(a))；BMI 降低了 1.2 kg/m2(95% 置信區(qū)間為 1.1～1.2 kg/m2，對比基線值 P＜0.001，如圖 2(b))；腰圍降低了 3.9 cm(95% 置信區(qū)間為 3.6～4.3 cm，對比基線值 P＜0.001，如圖 2(c))。在干預期間男性體脂率的顯著降低(對比基線值 P＝0.002)可以部分解釋體重下降，而女性在干預前后的體脂率變化無統(tǒng)計學意義(對比基線值經(jīng)過 Bonferroni 方法校正后 P＝1.000)。

對干預期間受試者每日的舒張壓和收縮壓測量值的差異進行檢驗，從兩個維度進行考察：(1)開始進行辟谷后受試者的每日測量值與基線值進行對比；(2)受試者每日測量值與前 1 日測量值進行對比。辟谷干預期間受試者的收縮壓和舒張壓變化和檢驗結(jié)果如圖 2(d)和圖 2(e)所示。在辟谷的前 3 日，受試者的收縮壓和舒張壓在兩個維度(與基線值對比、及與前 1 日測量值對比）上均呈現(xiàn)下降，具有統(tǒng)計學意義(對比基線值 P＜0.001，對比前 1 日 P＜0.05)。從第 3 天開始受試者的收縮壓和舒張壓較前 1 日沒有明顯變化(P＞0.05)，但相較基線值仍顯著下降(P＜0.001)。

表1 受試者特征在辟谷前后的變化Table 1 Baseline of characteristics and changes after fasting intervention

圖2 限食干預下各特征的變化Fig.2 Changes of characteristics under the influence of fasting intervention

不同血壓狀態(tài)和不同體型狀態(tài)受試者的限食降壓效果對比結(jié)果如表 2 和表 3 所示。2 級高血壓人群在干預前后的收縮壓和舒張壓下降幅值最大，其收縮壓和舒張壓分別下降了 15.7 mmHg(95% 置信區(qū)間為 10.7～20.7 mmHg)和 9.9 mmHg(95% 置信區(qū)間 6.6～13.2 mmHg)；1 級高血壓人群的收縮壓和舒張壓也均有顯著下降，分別降低了 6.4 mmHg(95% 置信區(qū)間 1.3～13.2 mmHg)和 4.3 mmHg(95% 置信區(qū)間為 0.9～7.7 mmHg)，如圖 3(a)和 3(b)所示。整體上，在 5 天辟谷干預后所有處于高血壓狀態(tài)的受試者(包括 1 級和 2 級)的收縮壓和舒張壓分別降低 11.2 mmHg(95% 置信區(qū)間為 8.2～14.2 mmHg)和 7.2 mmHg(95% 置信區(qū)間為 5.2～9.2 mmHg)。而正常血壓的受試者在干預前后舒張壓和收縮壓均未出現(xiàn)顯著變化(收縮壓對比基線值 P＝0.389；舒張壓對比基線值 P＝0.936)。對于不同體型狀態(tài)的人群，肥胖、偏重、正常人群在干預前后其收縮壓和舒張壓均顯著下降，如圖 3(c)和 3(d)所示。

3.2 基于比例風險回歸模型對降壓效果的預后估計

Cox 比例風險回歸模型經(jīng)過逐步迭代優(yōu)化后，最終選擇包括年齡、血壓狀態(tài)、體脂率、BMI 和舒張壓在內(nèi)的 5 個變量，模型結(jié)果詳見表 4 所示。圖 4 所示為根據(jù)模型結(jié)果繪制出的列線圖，實現(xiàn)對模型結(jié)果的可視化解釋。個體可根據(jù)以上 5 個納入特征的基線值經(jīng)過簡單計算后預估其通過限食辟谷干預的方式在 3 天、4 天、5 天內(nèi)達到有效降壓的可能性。各變量在列線圖中的含義及對應分數(shù)說明如表 5 所示。

表2 不同血壓狀態(tài)受試者在干預前后的血壓變化Table 2 Changes in blood pressure of subjects with different blood pressure status after fasting intervention

表3 不同體型狀態(tài)受試者在干預前后的血壓變化Table 3 Changes in blood pressure of subjects with different obesity status after fasting intervention

圖3 不同亞組的受試者在干預前后的血壓變化Fig.3 Changes in blood pressure of subjects in diあerent subgroups before and after fasting intervention

表4 Cox 比例風險模型結(jié)果Table 4 Results of Cox proportional hazards model

由于截止事件定義為取得降壓效果(收縮壓和舒張壓降幅比均超過 5% 且試驗期間未反彈)，模型結(jié)果中的生存率應解釋為未取得降壓效果的風險率(即干預后降壓失敗率)。如圖 4 所示，個體的每項特征值可對應為各變量軸上的相應點，以該點作垂線對應至最上方的單項分數(shù)軸得到個體在該特征上的得分，對各特征得分求和得到總分軸上的對應點，再垂直往下對應 3 天、4 天和 5 天干預后降壓失敗率，即分別得到個體通過 3 天、4 天、5 天限食辟谷干預后有效降壓的可能性(沒有降壓失敗即達到有效降壓的效果)。在列線圖中，3 天、4 天和 5 天干預降壓失敗率軸上越往左則代表成功率越高(失敗率越低)。模型在未校正前的一致性指數(shù)為 0.902，對模型采用 Bootstrap 方法內(nèi)部重采樣 1 000 次校正后的一致性指數(shù)為 0.891。

圖4 預估受試者通過限食干預有效降壓可能性的列線圖Fig.4 Nomogram for predicting the likelihood of subjects’ blood pressure reduction by fasting intervention

表5 列線圖變量說明Table 5 Description of nomogram variables

4 討論與分析

目前已有的限食試驗[13-14,22]在干預方案和干預強度上差異較大，尚無統(tǒng)一的標準。本試驗考慮到受試人群在年齡及 BMI 上分布范圍較大，因此基于個體正常攝入量確定其代餐食用量的方案不但可對個體差異給予足夠的關(guān)注，也有助于量化干預強度，但該方法在未來的推廣中還需要進一步的普及。試驗中以辟谷丹和蔬菜湯作為代餐，在成分上與 Wei 等[20]提出的模擬禁食方案中高脂低糖類代餐相似。其主要目的是降低熱量攝入的同時有更持久的裹腹感以提高受試者的依從度。對比國內(nèi)外的多項限食研究[18,20,22]結(jié)果，限食辟谷干預降壓原理可以從以下幾個方面解釋：(1)限制進食直接降低鹽攝入量[20,22]，受試者血液滲透壓降低使得血管中一部分水分流失；(2)限食一段時間后受試者的攝入量低于消耗量使得體重會明顯減輕，有研究驗證[29]超重和肥胖是導致高血壓的重要因素，降壓效果與體重減輕量之間在一定程度上呈正相關(guān)；(3)體重減輕的一部分原因是由于體內(nèi)脂肪的消耗[18,20]，血管平滑肌中脂肪減少可緩解血管硬化，增加血管彈性而降低血壓。

研究結(jié)果表明，5 天的限食辟谷干預能對受試者的體重、BMI、腰圍等特征指標起到有效的干預效果，這一試驗結(jié)果與國內(nèi)多項限食研究[12,21-22]的結(jié)果相一致，進一步積累了證據(jù)。處于高血壓狀態(tài)的受試者在干預后能有效改善血壓狀況，而正常血壓受試者在干預前后血壓未出現(xiàn)明顯下降。這一結(jié)果對比驗證了此前針對高血壓患者的限食干預研究[12]中顯著降壓的效果和針對健康人群限食干預研究[22]中血壓未明顯變化的現(xiàn)象。受試人群的收縮壓和舒張壓均從限食的第 3天開始趨于穩(wěn)定，有研究[30]針對這一現(xiàn)象從生理機制上提出解釋，當限食時間超過 2 天時人體會減少分泌促生長信號，并激活相應的細胞保護機制阻止血壓進一步下降。以上兩項研究結(jié)果在一定程度上為限食辟谷干預降壓的可行性和安全性積累了依據(jù)。研究中基于 Cox 比例風險回歸模型繪制的列線圖反映了一般規(guī)律，即本身處在高血壓狀態(tài)的體脂率、BMI 和舒張壓基線值較高的個體更有可能達到預期的降壓效果，而年齡增長是限食辟谷降壓的不利因素。此外，相同刻度點在 3 天、4 天和 5 天干預降壓失敗風險軸上逐漸向右移，表明隨著禁食時間的延長達到有效降壓的可能性也更高。此結(jié)果具有一定的臨床意義，對限食降壓療法感興趣的志愿者可通過列線圖預估干預效果，有助于限食干預的推廣以及對不適合進行限食干預的人群進行篩選、排除。

本研究存在兩方面的局限性：首先，由于受試者人數(shù)及測量天數(shù)的限制，對模型的檢驗還缺少一個獨立的測試集以評估模型的區(qū)分能力。后續(xù)將繼續(xù)組織相關(guān)試驗，建立外部驗證集檢驗模型。其次，由于人員和設備的限制，在干預結(jié)束后沒有進行長期跟進，不能評估受試者在干預結(jié)束回歸正常生活后降壓效果的時間維持情況。此外，對是否可能實現(xiàn)在正常生活和 5 天限食辟谷干預之間周期性切換的干預方案設計，還有待進一步的評估和探究。

5 結(jié) 論

本研究驗證了 5 天限食辟谷干預對受試者生理指標的干預效果，受試者的體重、BMI、腰圍三項指標較基線明顯下降，具有統(tǒng)計學意義(P＜0.001)。對不同血壓狀態(tài)的受試人群在限食辟谷干預后降壓效果的分析顯示，處于高血壓狀態(tài)的受試者(包括 2 級和 1 級高血壓)在干預前后收縮壓和舒張壓的下降幅度分別為 11.2 mmHg(95% 置信區(qū)間為 7.5～14.9 mmHg, P＜0.001)和 7.2 mmHg(95% 置信區(qū)間為 4.7～9.7 mmHg,P＜0.001)，而血壓正常的受試者收縮壓和舒張壓均未出現(xiàn)明顯下降。同時，基于 Cox 比例風險回歸模型建立了受試者在限食辟谷干預下降壓效果預后估計的列線圖。這提供了一種直觀方便、易于使用的限食干預效果預估方法，模型內(nèi)部重采樣 1 000 次校正后的一致性指數(shù)為 0.891。綜上所述，限食辟谷是一種基于飲食管理的控制體重、防治高血壓的有效方式。但對其更完善的試驗研究和更全面的循證驗證以及干預方案的優(yōu)化設計仍需要進一步的研究。