抑制進食的卡路里，對於減肥真的有效嗎?

在開始之前先直接講結論，不但無效，而且越減越肥，接下來將從微觀至巨觀的角度來分析，節食的情況下，我們身體究竟產生了什麼樣的變化

1. 粒線體的效率

在談效率之前，先來回憶一下什麼是粒線體。還記得高中生物課有教，粒線體可以視為是細胞的能量來源，而ATP則可以想像成貨幣，當身體需要有任何作為時，從舉起你的右手、跨出一步、吃東西，甚至小到蛋白質的合成，神經的傳導都需要支付ATP這個貨幣，而我們吃下的碳水化合物、脂肪和蛋白質，像不同的貨幣，例如美金、日幣、歐元等，但最後必須換成台幣(ATP)，你才能去巷口買鹽酥雞，阿不是! 是換取能量使用。

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當我們進食後，主要的能量貨幣ATP的來源有兩個：糖解作用(Aerobic glycolysis)和克式循環(Krebs Cycle)，兩者都會產生少量的ATP，然而後者會產生NADH和FADH2，並且透過粒線體中的氧化磷酸化(Oxidative phosphorylation)產生大量的ATP，在電子傳遞鏈的過程中，NADH和FADH2的氫離子(Proton)被釋出到粒線體內膜和外膜的中間，進而形成梯度，當氫離子順著梯度回到粒腺體內，則產生大量的ATP。

粒線體產生能量的途徑(圖片來源)

然而，氧化磷酸化這個過程並不是100%有效率，可以想像開車加油後，並不是所有的能量都用來前進，一部分變成熱能散失，因此才需要冷卻系統，我們的身體其實大同小異，浪費的能量也是成為熱能(約莫佔60%)。

延伸閱讀：The thermodynamic efficiency of ATP synthesis in oxidative phosphorylation.

Proton Leak不會產生ATP，以熱能散失，見圖右邊(圖片來源)

當有些氫離子並沒有成功順著梯度回到粒線體內膜內，則並不會產生任何ATP，稱作「Proton Leak」，其中又分為本身就會的Basal Proton Leak和被誘發的Inducible Proton Leak，後者受到特殊膜蛋白Uncoupling Proteins(UCPs)調節，可以視作粒線體產能的效率，Proton Leak的比例越低，表示粒線體的產能效率越高，在哺乳動物中Proton Leak和體型大小成反比。當我們透過節食(限制卡路里)減肥時，經由賀爾蒙的調控，Proton Leak的比例減少，變相提升粒線體的效率，產生更多的能量，抵銷透過節食的卡路里限制。

2. 賀爾蒙

節食對於賀爾蒙的變化，將從甲狀腺素(Thyroid Hormone,TH)、瘦素(Leptin)、飢餓素(Ghrelin)、胰島素(Insulin)、性激素(Sex Hormone)和皮質醇(Cortisol)分別討論

a. 甲狀腺素(TH)

為身體影響代謝率最重要的激素之一，當TH較高時，大幅度增加細胞ATP的消耗速率，連帶使基礎代謝率上升，同時TH的上升也增加Proton Leak的比例，降低粒線體產生ATP產生的效率；TH同時具有調節褐色脂肪組織(Brown Adipose Tissue, BAT)的功能，這一類的組織最主要用在產熱，而且可以消耗大量的卡路里，隨著年紀的增加這類組織在人體的比例也逐漸下降。當我們透過節食減肥時，連帶使TH分泌下降，Proton Leak下降，粒線體產能效率增加，同時也抑制BAT燃燒卡路里的能力。

甲狀腺(Thyroid Gland)(圖片來源)

b. 瘦素(Leptin)

Leptin為脂肪細胞所分泌，並且隨脂肪細胞狀態好壞而分泌多寡(原文：production is only high when fat cells are full and happy)，同時Leptin為在節食減重時，影響身體最大的激素。當我們減肥時，脂肪細胞儲存的能量減少，萎縮的同時也造成Leptin的分泌減少，短短限制熱量攝取的幾天就可以讓Leptin濃度大幅下降，尤其是碳水化合物攝取不足時。

Leptin的濃度下降，將會透過下視丘去調節身體許多的賀爾蒙(包含TH、Sex Hormone、Ghrelin等)和代謝率，並且抑制交感神經，降低BAT的活性以及大幅降低能量的消耗，除此之外，Leptin也控制了肌肉的能量消耗，過度節食將會造成肌肉消耗的能量降低。

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c. 胰島素(Insulin)

Insulin對於大多數人就比較沒有那麼的陌生，主要隨進食產生波動以控制血糖濃度，除此之外，Insulin也影響著BAT的活性，在代謝適應佔有一定的地位。在身體的激素中，有分解性(Catabolic)和合成性(Anabolic)兩種，胰島素屬於後者，較高的Insulin對於保持肌肉量(Lean Mass)有正向的影響，當我們節食時，身體的Insulin隨之降低，尤其是碳水量攝取不夠時，身體的肌肉量將會無法有效的保留，隨之帶動代謝率的下滑。

d. 飢餓素(Ghrelin)

Ghrelin主要的分泌器官為胃，告知大腦身體對於能量的需求，相對地吃飽飯後Ghrelin的分泌量會下降，目前有研究指出在節食的過程中，Ghrelin的敏感度會大幅提升，使身體長期處於對於能量的渴望，甚至可以長達24小時之久。

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e. 皮質醇(Cortisol)

Cortisol來源為腎上腺，又被稱作Stress Hormone，目前已有多篇研究指出準備比賽的壓力、高強度訓練負荷、生活壓力、熱量控制等皆會造成Cortisol的上升。Cortisol和Insulin相反，為分解性(Catabolic)的激素，過高會導致蛋白質的大量分解，有多筆健美選手在賽前極端節食和壓力下損失大量肌肉量的案例，其中礦物質皮質醇(Mineralcorticoid)的上升會使我們水腫。

延伸閱讀：

Case Study: Unfavorable But Transient Physiological Changes  During Contest Preparation in a Drug-Free Male Bodybuilder.

Natural bodybuilding competition preparation and recovery: a 12-month case study.

f. 性荷爾蒙(Sex Hormone)

長期攝取過少的卡路里，讓身體處在危機的狀態，自然而然會捨去對於維持生理機能較不重要的部分，性荷爾蒙就是其中之一。儘管睪固酮(Testosterone)的提升對於肌肉量的增加目前仍眾說紛紜，不足的睪固酮已經被證實會嚴重地使肌肉量下降，紅血球的不足也重創耐力運動員的表現；在女性身上，不足的雌性荷爾蒙(Estradiol)除了影響女性的經期，對於骨骼的健康也是不可忽略的威脅

延伸閱讀：

The IOC consensus statement: beyond the Female Athlete  Triad--Relative Energy Deficiency in Sport (RED-S).

Dietary Intake, Body Composition, and Menstrual Cycle Changes during Competition Preparation and Recovery in a Drug-Free Figure Competitor: A Case Study

最後用一張圖來彙整節食對於個賀爾蒙的影響

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代謝率、能量支出(Energy Expenditure)

在開始討論節食對於代謝率的影響，我們要先來認識所謂的一日能量消耗(Total Daily Energy Expenditure, TDEE)，TDEE主要由以下四種共同組成：

• 基礎代謝率(Basal Metabolic Rate)：約佔TDEE的70%，主要用以維持”存活”最基本的能量支出，通常為整天躺在床上，完全不做任何動作和進食的能量支出，不過BMR在現實生活中極為得到正確的數據，因此多以Resting Metabolic Rate代替，要求受試者整晚禁食，至實驗室後休息一陣子直到測驗開始。
• 進食時的耗能(Thermic effect of feeding)：表述用在進食時所消耗的能量，包含吃的過程、消化和代謝至儲存等，約佔TDEE的10%。
• 活動消耗的能量(Exercise Activity Thermogenesis)：顧名思義為”下意識”去進行活動消耗的卡路里，簡單講就是我們出門去運動流汗消耗的熱量，比例視運動時間和強度決定，一般來說佔TDEE的5%(運動員會較高)。
• 非活動消耗的能量(Non-Exercise Activity Thermogenesis, NEAT)：主要為生活中”非下意識”的任何動作所消耗的能量，例如散步去菜市場、開車、倒垃圾等，佔TDEE 15%左右，並隨生活型態而有波動。

構成TDEE的比例(圖片來源)

在了解構成一天總能量消耗TDEE的組成後，接下來針對節食對於各部分影響逐步討論。

a. 進食時的耗能(Thermic effect of feeding)：當我們進食比較少時，可以很直接的使進食所需耗能下降，因為你根本沒吃什麼東西，自然也不需要花費能量去協助消化代謝等等，主要原理為較少食物的攝入連帶的使交感神經的活性下降，但是影響的比例微乎其微，一篇文獻針對節食減重前後的進食耗能進行量測，剛開始為13% TDEE，在為期12-14週的節食並平均減了7.3kg的體重後，進食的耗能只有小幅降到12.5% TDEE，換算起來大約只有3大卡，幾乎可以忽略不計。

延伸閱讀：

Effect of circadian variation in energy expenditure, within-subject variation and weight reduction on thermic effect of food.

b. 基礎代謝率(Basal Metabolic Rate)：節食減重的過程中，我們同時減了脂肪和肌肉，而肌肉主宰了基礎代謝率，因此可以預期肌肉的減少將會使基礎代謝率下降，一篇整理許多相關研究並交叉分析的文獻證實確實如此，然而也有其他篇指出基礎代謝率的下降程度似乎對比損失的肌肉量似乎更多，顯示身體對於這方面有一定的調節機制，並且在運動員和非運動員身上皆有相同現象。

延伸閱讀：

Meta-analysis of resting metabolic rate in formerly obese   subjects.

Natural bodybuilding competition preparation and recovery: a 12-month case study.

c. 活動消耗的能量(Exercise Activity Thermogenesis)：這類的熱量消耗相對起來比較有爭議，當我們進行跑步或騎車類的活動時，需要讓我們的身體往前，當體重越輕時需要做的功越小，自然消耗的能量也較少，此外，隨著運動的頻率增加，經濟性提升也會使肌肉耗能自然降低，當然較輕的體重也是提升運動經濟性的因素之一。一篇2003年針對自行車選手的研究，經過一段訓練後，為了消除重量變化的影響，受試者的大腿被加上等同於原先減去重量的重物，最後結果仍然發現相同強度測試下消耗的卡路里仍然較原先的低，可以去證實影響運動熱量的消耗不只是取決於體重，訓練後提升的運動經濟性也是影響因子之一。

延伸閱讀：

Effects of experimental weight perturbation on skeletal muscle work efficiency in human subjects

d. 非活動消耗的能量(Non-Exercise Activity Thermogenesis, NEAT)：NEAT為四者中影響最劇烈的，主要受下視丘調節，不論是工作型態、性別、年齡，甚至季節也會有影響，差不多身體組成的兩人，一整天的TDEE甚至可以相差到2000大卡，NEAT佔了不可或缺的角色，更讓人吃驚的是當我們節食減重時，影響最大的也是NEAT。當體重減少10%，換算起來TDEE約莫下降10-15%，然而實際TDEE卻下降大約20-25%，而BMR卻只有下降2-3%左右。一篇研究使受試者減輕或者增加10%的體重，發現NEAT的變化不成比例，在減重組NEAT減少了37.5%而增重組則增加了60.2%，可見NEAT隨著體重的增減變化之大。

延伸閱讀：

Effects of experimental weight perturbation on skeletal muscle work efficiency in human subjects.

綜合以上，透過節食減重的過程中，身體是一個非常精密的儀器，小至粒線體大至代謝率皆有對應措施，並沒有如憨人所想的那麼單純，過度的少吃除了肌肉量下降外，可能會有越來越胖的反效果，值得我們深思。

參考資料：The Metabolic Adaptation Manual: Problems, Solutions, and Life After Weight Loss