孔凡明，馬 杰，米 靖*

肥胖癥是一種因機體的能量攝入和消耗失衡甚至紊亂而導(dǎo)致的體內(nèi)脂肪過度蓄積和體質(zhì)量超常為特征的慢性代謝疾病，一般受遺傳、環(huán)境、飲食、營養(yǎng)以及體力活動（physical activity，PA）等多種因素的影響。世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2016年，全球有超過19億成人超重，6.5億人肥胖，肥胖癥人數(shù)比1975年增長近3倍（王祥全 等，2020）。目前，國際上公認的控制肥胖安全有效的方式包括有氧運動和合理的能量攝入限制（Batterham et al.，2013），其減肥機理與機體能量代謝的調(diào)節(jié)效應(yīng)密不可分（Roohinejad et al.，2017；Rubovitch et al.，2019）。一般認為，身體活動量越大，能耗便越多，疊加性能量消耗模型（additive model of energy ex?penditure，AMEE）是該觀點的典型代表（Pontzer，2015）?？追裁鞯龋?021a，2021b）研究發(fā)現(xiàn)，受機體能量保護模式的影響，人體的運動量與能量消耗之間并不是簡單的等比例或線性關(guān)系，它們之間有著更為復(fù)雜的關(guān)系，抑制性能量消耗模型（constrained model of energy expenditure，CMEE）（以下簡稱“CMEE模型”）是該觀點的核心理論（Pontzer，2015；Westerterp et al.，2017）。通過歸納梳理體力活動與健康促進領(lǐng)域的研究（李良 等，2019；劉祿彤 等，2021；宋俊辰 等，2020；Arem et al.，2015；Bull et al.，2020；Burton et al.，2021； Lee et al.，2019； Piercy et al.，2018；Saint-maurice et al.，2019；Tudor-Locke et al.，2013）發(fā)現(xiàn)，人體每日運動步數(shù)與死亡率之間、身體活動量與能量消耗之間同樣不是簡單的線性關(guān)系。上述研究表明，CMEE模型理論可能更加符合人體運動過程中的能量代謝特征或機理。

基于此，本研究以CMEE模型為理論基礎(chǔ)，以運動和熱量限制2種減肥手段為代表，從CMEE模型的理論概述、減肥機理以及實踐應(yīng)用3個方面闡述其在減肥領(lǐng)域的應(yīng)用進展。

1 CMEE模型的理論概述

CMEE模型主要參考Pontzer（2015）提出的Constrained TEE模型理論。Pontzer等（2016）調(diào)查了332名來自非洲（加納、南非、塞舌爾）和北美洲（牙買加和美國）人群的能量消耗后發(fā)現(xiàn)，體力活動較多的勞作人群與體力活動較少的靜坐人群的日常能耗非常相似；動物實驗中也存在類似現(xiàn)象，Pontzer等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，圈養(yǎng)動物與野外自由生存動物的日常總能量消耗差別并不明顯。因此，Pontzer（2015）建立了Constrained TEE模型來解釋此現(xiàn)象（圖1）。

圖1 Constrained TEE模型示意圖（Pontzer，2015）Figure 1. Schematic Diagram of Constrained TEE Model（Pontzer，2015）

孔凡明等（2021b）在Constrained TEE模型的基礎(chǔ)上進行了改進，并提出了CMEE模型理論（圖2）。CMEE模型理論也可稱為機體能量代謝的閾值理論，其主要觀點：1）人體在進行運動時的能量消耗應(yīng)是從M點出發(fā)而不是從坐標(biāo)原點（O）出發(fā)，O點至M點的距離是人體每日除身體活動以外的能量消耗，稱為非身體活動能量消耗，它包括靜息能量消耗（resting energy expenditure，REE）和進食消化過程能量消耗（diet-induced energy expenditure，DEE）等部分（Westerterp et al.，2017）。通常機體的非身體活動能量消耗是較為穩(wěn)定的，它是個體在自身生理特征（遺傳、身高和體質(zhì)量等）的基礎(chǔ)上對外界環(huán)境長期適應(yīng)的結(jié)果。2）人體每日的能量消耗具有上限，越接近上限，身體便越會以其他方式減少能量消耗，從而產(chǎn)生能量保護效應(yīng)。其他研究者也發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象，如Nie等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，大熊貓會通過縮小耗能器官（大腦、肝臟和腎臟等）、減少活動量以及降低甲狀腺激素水平等途徑節(jié)約日常能耗。3）不同人群的能量保護機制有所不同。通常訓(xùn)練有素的運動員的能量保護程度高于無訓(xùn)練經(jīng)歷的人群（孔凡明 等，2021b）。有研究（Carey et al.，2013；Enerb?ack，2010）表明，長期系統(tǒng)的耐力訓(xùn)練會使運動員棕色脂肪活動水平降低或產(chǎn)熱相關(guān)分子表達降低，這可能會作為一種代償機制降低運動訓(xùn)練導(dǎo)致的核心體溫增加，從而節(jié)約能量消耗（Mason et al.，2016）。

圖2 CMEE模型示意圖（孔凡明 等，2021b）Figure 2. Schematic Diagram of CMEE Mode（l孔凡明 等，2021b）

2 CMEE模型的減肥機理

2.1 CMEE與運動減肥

運動作為防止體質(zhì)量增加的重要、簡單有效、非藥物性減肥方式，具有認可度高、經(jīng)濟可靠以及易于實施等特征。相關(guān)研究（Anderssen et al.，1995；Mason et al.，2016；Wood et al.，1983）表明，肥胖者在進行為期1年的運動后，體質(zhì)量會有一定程度的下降，而對照組（非運動組）體質(zhì)量非但沒有下降反而出現(xiàn)一定幅度的上升，且兩組別的體質(zhì)量變化存在顯著性差異。然而，實踐中發(fā)現(xiàn)，單獨的運動誘導(dǎo)的減肥效果有限。除遺傳因素、飲食控制不合理以及減肥方法不科學(xué)之外，機體能量代謝存在一種保護性機制或代謝補償模式可能是又一原因（孔凡明 等，2021a）。

CMEE 模型理論的提出為這一思路提供了靶點。首先，該理論認為機體的日常平均能耗（圖2中O點至A點區(qū)域）可能存在一個穩(wěn)定的區(qū)間或能耗拐點，當(dāng)人體的活動量或能量支出超過一定范圍時（超過A點），方能打破該穩(wěn)態(tài)，其能耗幅度才會明顯增加。提示，運動量低（即運動能耗未達到A點）可能是大多數(shù)肥胖人群經(jīng)過一段時間的運動后，體質(zhì)量沒有明顯減輕的關(guān)鍵原因。有研究認為，如果要促使機體更易消耗能量，必須激活加強能量代謝的相關(guān)基因，但人類現(xiàn)有的日常體力活動量普遍無法達到此類基因表達所需的閾值（Booth et al.，2002）。其次，雖然存在打破人體日常平均能耗穩(wěn)態(tài)的活動量，但此活動量并非越大越好。提示，減肥時運動量過大，減肥效率可能會降低。第三，運動后機體能量消耗增多，進食水平也會增加，這可能也是造成運動減肥失敗的重要原因。從激素分泌的角度而言，人體激素的分泌和調(diào)控本身就是一個負反饋控制系統(tǒng)。運動可降低體內(nèi)瘦素（leptin）分泌而增加生長激素分泌，而這種變化又會刺激機體饑餓感增強，進而引起食欲增加。

CMEE模型的作用機制可能與人體的激素分泌、腸道菌群及其代謝底物的影響、能量代償與代謝適應(yīng)以及大腦皮層的超限抑制等因素相關(guān)（孔凡明 等，2021b）。如從激素分泌的角度而言，人體運動的最初階段，血漿中的生長激素（growth hormone，GH）濃度隨運動量的遞增而升高，運動到一定時間后就會出現(xiàn)血漿GH峰值，該峰值一般在運動后20～70 min出現(xiàn)，如果繼續(xù)堅持運動，血漿GH濃度就會開始下降。此外，當(dāng)活動量達到一定限度時，機體可能會通過降低交感神經(jīng)的興奮性、減少甲狀腺素和腎上腺素等合成代謝激素的分泌、抑制某些細胞因子（如irisin）的活性或降低基礎(chǔ)代謝率（basal metabolic rate，BMR）等途徑節(jié)省能耗。

2.2 CMEE與熱量限制減肥

熱量限制在調(diào)節(jié)機體能量代謝以及防治肥胖等慢性病方面具有積極作用，熱量限制一般指在提供生物體足夠的營養(yǎng)成分（如必需氨基酸、維生素等），保證機體不發(fā)生營養(yǎng)不良的情況下，限制其每日攝取的總熱量（樊曉娜 等，2020；Mitchell et al.，2019）。熱量限制在控制體質(zhì)量、改善心血管疾病、調(diào)節(jié)2型糖尿?。═2DM）甚至延長壽命等方面具有積極作用，但同時熱量限制也具有一定的不良反應(yīng)，如在減輕體質(zhì)量的同時會引起厭食癥、低血壓、情緒低落以及骨骼肌流失等癥狀（Cava et al.，2017）。熱量限制的減肥機理可能是通過調(diào)整機體的生物節(jié)律和激素分泌、改善腸道菌群的數(shù)量和活性以及降低炎癥因子反應(yīng)等途徑來調(diào)節(jié)機體的能量代謝（Heymsfield，2011；Nova et al.，2016）。

從理論上分析，機體在限制能量攝入后，能量收支平衡遭到破壞，此時便會動用脂肪進行供能，從而加速脂肪分解，降低脂肪含量，進而使體質(zhì)量下降，從而達到減肥的目的。然而，實踐中發(fā)現(xiàn)，單獨的熱量限制在體質(zhì)量下降到一定水平后，體質(zhì)量下降速度減慢甚至不再下降，這可能與熱量限制期間BMR和機體的產(chǎn)熱穩(wěn)態(tài)降低有關(guān)（Guijas et al.，2020；Harley et al.，2016）。提示，機體在熱量限制期間的能量代謝也會產(chǎn)生一種保護性機制或代謝補償模式，通過降低其他能量消耗來保持能量穩(wěn)態(tài)。

機體在熱量限制期間的能量保護主要體現(xiàn)在對脂肪的保護。在熱量限制前期，機體的能量供應(yīng)主要以糖原供能為主，當(dāng)糖原消耗殆盡時，機體便開始從糖原供能向脂肪供能轉(zhuǎn)變（柯雄文 等，2020）。然而，實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)糖原消耗到一定程度時，機體有時會通過降解肌肉蛋白質(zhì)而生成生糖性氨基酸作為糖異生的原料以代償能量的負平衡，并以此來延長糖類的供能時間，降低脂肪的供能比例（柯雄文 等，2020；Margolis et al.，2016）。機體在熱量限制期間，內(nèi)臟脂肪會對脂肪酸的釋放產(chǎn)生抵抗作用，并連同皮下脂肪增加其脂肪儲存能力，進而對反復(fù)禁食的空腹?fàn)顟B(tài)產(chǎn)生適應(yīng)，從而對脂肪產(chǎn)生保護作用（Harney et al.，2021）。提示，機體在熱量限制期間為保證產(chǎn)熱與散熱之間的正平衡，對能源物質(zhì)尤其是脂肪同樣存在保護性機制，而且這種保護性效應(yīng)或代償水平與人體的運動水平呈正相關(guān)。

“節(jié)儉基因表型”假說（thrifty gene theory，TGT）可能是熱量限制期間機體對脂肪進行能量保護的重要論據(jù)（吳靜 等，2007）。Neel（1999）認為，人體存在一種節(jié)儉能量分配體系，因此，提出“節(jié)儉基因表型”假說來解釋機體對能源物質(zhì)的保護現(xiàn)象。該假說認為，人類在長期進化中，為對抗外界環(huán)境不可預(yù)知的營養(yǎng)供給狀況，機體逐漸形成了一種自覺儲備剩余能量的適應(yīng)性。生物體在保持自身生存繁衍的同時，建立了有利于能量儲存的生理機制，但同時也獲得了對肥胖的易感性，其途徑可能是通過調(diào)控機體的某些節(jié)儉基因（如PPARγ、PTEN）的表達活性，降低leptin濃度，進而使機體食欲和攝食量增加，最終將攝入的能量存入脂肪細胞（Sarraf et al.，1998；Venniyoor，2020）。

3 CMEE模型的實踐應(yīng)用

CMEE模型理論為熱量限制與運動2種減肥方式提供了新的思路。一方面，由于機體在熱量限制期間對脂肪存在能量保護，因此通過適當(dāng)控制飲食，而不是極端限制飲食來盡可能地避免能量保護機制的誘發(fā)，進而降低骨骼肌流失的風(fēng)險；另一方面，運動減肥要把握有效的運動量，既不能過大，也不能過小，從而提高運動減肥的效率。本研究主要以運動減肥為代表，從運動方式、運動強度、運動頻率以及運動量4個方面探討CMEE模型理論對運動減肥的啟示。

3.1 運動方式與運動強度

運動方式一般指人體參與運動的途徑或方法。運動方式的種類劃分繁多，不同運動方式各有其優(yōu)點與局限，由“能量連續(xù)統(tǒng)一體”可知，任何運動方式均具有燃脂效果，都可使人體獲益。但同時也應(yīng)明確，運動燃脂是一個復(fù)雜的非線性過程，受多種因素的影響，運動強度、運動時長等均會對不同運動方式的燃脂效果產(chǎn)生影響（孔凡明 等，2022）?？紤]到運動減肥受到年齡、性別、健康狀況、運動水平、生活習(xí)慣等諸多因素影響，且不同運動方式（如跑步、游泳以及團體運動等）的運動強度差異較大，因此本研究僅以最簡便和最流行的快走運動（輕微負荷強度）為例，探討運動減肥的最佳運動量（以每日運動步數(shù)表示）。此外，以輕微負荷強度的快走運動為例，還考慮到任何負荷強度（包括輕微負荷強度）均可達到減肥的目的。WHO（2020）發(fā)布的《關(guān)于身體活動與久坐行為指南》取消了每次至少10 min的體力活動建議，并強調(diào)任何負荷強度（包括輕微負荷強度）體力活動均對健康有益（Bull et al.，2020）。

運動強度一般指單位時間內(nèi)完成的運動量，它是決定運動效應(yīng)的關(guān)鍵因素，同時也是刺激脂肪氧化的核心因素，可用最大攝氧量（V.O2max）、心率（heart rate，HR）、功率（power）和速度（m/s）等表示（孔凡明 等，2022）。Arney等（2019）認為，無論是中低強度的持續(xù)運動，還是大強度的間歇運動均能達到減肥的目的，其機理是運動中機體的總能耗比不同底物的動員順序和運動后過量氧耗（ex?cess post-exercise oxygen consumption，EPOC）更為重要。高強度間歇運動（high-intensity interval training，HIIT）和沖刺間歇運動（sprint interval training，SIT）的EPOC高于中等強度持續(xù)訓(xùn)練（moderate-intensity continuous training，MICT），但從總能量消耗角度而言，HIIT和SIT的總能量消耗與MICT相差無幾。Thivel等（2012）發(fā)現(xiàn)，肥胖成年人在一次較大強度運動（75%V.O2max蹬車）后，與低強度運動（40%V.O2max蹬車）相比，運動的總能量消耗相當(dāng)。

3.2 運動頻率與運動量

運動頻率、運動量與減肥效果之間關(guān)系密切，既往相關(guān)研究和《ACSM運動測試與運動處方指南》建議，肥胖人群每周應(yīng)進行5次以上有氧運動，每次持續(xù)時間保持在30～60 min（美國運動醫(yī)學(xué) 會 ，2015；Bull et al.，2020；Piercy et al.，2018）。其中，運動頻率與減肥效果之間的關(guān)系基本已成共識。WHO發(fā)布的2020版《關(guān)于身體活動與久坐行為指南》中提出，成年人（包括妊娠婦女與殘障人士及慢性病人群）每天都需要進行體力活動（Bull et al.，2020）。但運動量與減肥效果之間的劑量效應(yīng)關(guān)系仍存有較大爭議。

由CMEE模型理論可知，人體每日的活動量與能量消耗之間不是簡單的線性關(guān)系。因此，本研究建議為激活加強能量代謝相關(guān)基因的表達，在減肥實踐中應(yīng)采用有效運動量進行鍛煉（Booth et al.，2002；Yanovski et al.，2018）（圖2）。有效運動量是指以科學(xué)健康減肥目標(biāo)為導(dǎo)向，可以達到激活加強能量代謝相關(guān)基因表達，進而有效增加能量消耗的最佳運動量。有效運動量的含義或理解包括兩個層面，一是有效果，二是有效率。有效果是指可以達到預(yù)期的減肥目標(biāo)，有效率則是指以少的運動投入達到高的能耗標(biāo)準。

目前，運動科學(xué)領(lǐng)域和健康促進領(lǐng)域均倡導(dǎo)以客戶為中心的個性化運動處方，但不同人群（青少年、成年人、老年人、妊娠婦女與殘障人士等）在生理構(gòu)造、減肥動機與日常能耗等方面存在較大差異，因而其每日運動量也迥異（王竹影 等，2011）。Lee等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，與每日2 700步相比，每日步行達到4 400步時，老年女性的全因死亡風(fēng)險約降低40%。在一定范圍內(nèi)，日均運動步數(shù)越多，死亡風(fēng)險便越低，直到步數(shù)達到7 500步時，死亡率無明顯變化，提示，每日4 400～7 500步對于老年女性來說較為理想，因此可將該運動量作為老年女性保持健康的理想運動量。較之有效運動量，理想運動量更加突出運動減肥的效率和安全性?？紤]到目前的肥胖人群仍以成年人居多，因此本研究主要以成年人為例，探討成年人減肥的理想運動量。

王竹影等（2011）研究發(fā)現(xiàn)，成年（41～50歲）肥胖人群采用快走的方式每周減脂0.5 kg，男性的日均運動步數(shù)需達到9 180步，女性的日均步數(shù)需達到11 580步。完成相同的減脂目標(biāo)，男性與女性日均步行量略有不同，提示，理想運動量的制定應(yīng)考慮性別因素的影響，且女性應(yīng)比男性略高，這可能與女性的BMR和步幅比男性略低有關(guān)。此外，“健康日本21”計劃第二期（2013—2022）在“增進健康的運動基準2006”中提出，每天步行8 000～10 000步能有效預(yù)防肥胖等慢性病（黃亞茹 等，2016）；美國發(fā)布的《美國人身體活動指南第2版（2018）》中提出，對大多數(shù)人而言，每天走10 000步對身體健康較為有益（李良 等，2019；Piercy et al.，2018）。提示，運動減肥理想運動量的下限可能在8 000～10 000步。

在運動科學(xué)領(lǐng)域存在某些人群在體力活動或身體鍛煉后未見效果的現(xiàn)象，有學(xué)者將上述人群稱為運動無效人群（non-responder，NR），將上述現(xiàn)象稱為抵抗運動現(xiàn)象（exercise resistance，ER）。該現(xiàn)象一般受遺傳、年齡、性別、種族以及訓(xùn)練水平等因素的影響（Bouchard et al.，2001；Burton et al.，2021）。有研究報道，相同的耐力訓(xùn)練后，有些人的V.O2max會增加1倍，而有些人卻毫無改變（Bouchard et al.，2001；Lortie et al.，1984）。 Burton 等（2021）研究發(fā)現(xiàn)，減肥中抵抗運動現(xiàn)象多發(fā)生于每日活動5 000步以下，而每日運動8 500步則可以有效提高機體脂代謝，進而可以抑制抵抗運動現(xiàn)象，從而達到運動減肥的目的。提示，每日8 500步可能是激活加強能量代謝相關(guān)基因表達的最低運動量。

運動減肥的最終目的是減少體內(nèi)的脂肪含量，因此有效運動量的上限應(yīng)是能夠有效降低體脂的最佳運動量。既往研究（劉祿彤 等，2021；Stevens et al.，2006）認為，減肥應(yīng)至少減少體質(zhì)量的5%，或BMI降低至少1個單位，或腰圍持續(xù)減少4 cm，或體脂率下降1%以上才具有臨床意義。宋俊辰等（2020）選取11 664名成年人探討了日均步行量與體脂率下降的關(guān)系后發(fā)現(xiàn)，日均步行量8 000～15 000步組體脂率下降1%及以上的概率是日均步行量＜8 000步組的1.48倍；日均步行量＞15 000步組體脂率下降1%及以上的概率是日均步行量＜8 000步組的1.65倍。該研究表明，日均步行量越大，降低體脂率的效果越好，但兩組間（8 000～15 000步組和＞15 000步組）降低體脂效果的差異并不顯著。該團隊采用受試者工作特征曲線（receiver operating characteristic curve，ROC曲線），以有效步數(shù)作為檢驗變量，以體質(zhì)量、BMI、體脂率和腰圍是否下降有效值作為狀態(tài)變量，進一步探討超重/肥胖人群的步行推薦量，得出體質(zhì)量下降5%、BMI降低1個單位、腰圍減少4 cm、體脂率下降1%的每日有效步數(shù)切點在12 000步左右（劉祿彤 等，2021）。鑒于運動量遠超12 000步（約2 h步行）仍可達到顯著的減脂效果，加之過大的運動量可能超過多數(shù)人的恢復(fù)能力，因此本研究將每日12 000步作為運動減肥理想運動量的上限。

因此，依據(jù)CMEE模型理論、“節(jié)儉基因表型”假說以及體力活動與健康促進領(lǐng)域的研究進展，本研究建議，為提高運動減肥效率，成年男性應(yīng)將理想運動量（以每日運動步數(shù)表示）保持在8 500～12 000步，女性比男性略高，高于12 000步可能會超出多數(shù)人的恢復(fù)能力并觸發(fā)機體的能量保護機制從而降低減肥效率，并可能引起關(guān)節(jié)酸痛甚至運動損傷而產(chǎn)生負面效果。

4 結(jié)語與展望

本研究以CMEE模型理論和“節(jié)儉基因表型”假說對運動減肥和熱量限制減肥的作用機理進行了系統(tǒng)闡述，在此基礎(chǔ)上提出了有效運動量的理念，并對其進行了初步界定。雖然目前鮮見CMEE模型理論在國內(nèi)能量代謝領(lǐng)域和減肥領(lǐng)域的應(yīng)用，但該理論有其存在的科學(xué)性和合理性，如“節(jié)儉基因表型”假說是其核心理論支撐，后期需要學(xué)者們給予更多的關(guān)注，為該模型補充更具科學(xué)性和解釋力的理論依據(jù)?？梢灶A(yù)見，以CMEE模型作為減肥理論的新靶點，能為肥胖等代謝性疾病的防治提供更為科學(xué)、有效的途徑。