殷峻教授：人类研究与动物实验—低碳高脂饮食的悖论

第六届「全国低碳医学大会」已经在2024年12月15日落下帷幕。

为了让大家更好地了解国内前沿的低碳研究，我们将继续整理多位专家在低碳医学大会上的精彩演讲，以文章的方式进行科普分享。

今天，我们将继续跟大家分享殷峻教授的重要演讲《人类研究与动物实验—低碳高脂饮食的悖论》。

大家好，今天我在低碳医学大会上要跟大家分享的主题是《人类研究与动物实验—低碳高脂饮食的悖论》。

当前，低碳医学仍面临着巨大的挑战。

原因在于，推崇五谷杂粮、蔬菜水果的传统饮食观念，无论在自媒体还是公共媒体上，仍然占据主流地位。

那么为什么会出现这样的情况？

今天，我将与大家分享一个结合人群研究与动物实验的总体观察，来解释解释这个问题。

要知道，现代医学的许多重要概念都来源于动物实验。

如今，动物实验中常用的小鼠已成为重要的研究对象。然而，小鼠和人类毕竟是不同物种，因此，动物实验的结果可能与人类的实际反应有所不同。

以饮食研究为例，目前全球领先的实验动物饲料公司Research Diets，提供了几种常用于诱导肥胖的饲料（Diet-Induced Obesity，DIO）。

这些饲料的主要成分差异主要体现在脂肪的热量比例和甜度上。

常见的两种高脂饲料，一种含有60%热量来自脂肪，另一种为45%脂肪。

相比之下，对照饲料的脂肪热量比例约为15%，而低脂饲料则通常控制在10%左右。

饲料的脂肪热量构成基本为：高脂饲料45%-60%，对照饲料约15%，低脂饲料约10%。

具体而言，高脂饲料的脂肪成分以猪油为主，少量使用大豆油，而对照饲料主要由大豆油构成。

除了油脂成分，饲料的甜度也是一个关键因素，主要由添加的蔗糖和葡萄糖提供。

60%脂肪的高脂饲料含有9%的蔗糖（重量比），45%脂肪的饲料为21%的蔗糖，而15%脂肪的对照饲料则使用14%的葡萄糖。

这种甜度设置与人类的饮食习惯如何比较呢？

数据显示，中国人均每日蔗糖消耗量约为6.2%，占总热量的5%-10%；而在美国，这一比例更高，约为11%。

这表明，人类日常饮食中的蔗糖含量，与动物实验中15%脂肪的对照饲料（14%葡萄糖）和60%高脂饲料（9%蔗糖）在甜度上的差异并不大。

接下来，我们来分析《美国农业部膳食指南》中的一些建议，其中一些规定具有深远的意义。

该指南推荐，碳水化合物的摄入应占总热量的45%-65%，这一范围适用于所有年龄和性别。

值得注意的是，指南还规定了每日碳水化合物的最低摄入量为130克。这一标准非常关键。

我们可以观察到，从两岁小孩到50岁以上的成年人，不论男女，每个人的最低碳水化合物摄入量都为130克。

同时，脂肪摄入量的推荐占比为总热量的20%-35%。

这引发了一个核心问题：低碳饮食到底应该如何定义？是依据绝对摄入量，还是相对占比？

曾经在我出席的一次学术会议上，一位知名营养学专家批评低碳生酮饮食时指出：“你们连基本概念都没有搞清楚。”

假设一天只吃一个红枣，碳水化合物的绝对摄入量极低，但其相对摄入量却接近100%，这到底算不算低碳饮食？

另外，如果一个人每天摄入4000大卡，虽然碳水相对比例不高，但绝对摄入量可能很高，这也算低碳吗？

低碳饮食究竟应关注绝对摄入量还是相对比例？

美国农业部规定的130克最低要求，为我们提供了重要的启示：低碳饮食应基于绝对摄入量定义——即每日碳水化合物摄入量低于130克，才可以称为低碳饮食。

当然，目前也存在相对占比的标准，普遍认为，碳水摄入量低于总热量的26%可视为低碳饮食。

那么，26%这一标准是如何得出的呢？

以一个每日需要2000千卡热量的50岁以上男性为例，130克碳水化合物提供的热量正好占总热量的26%。

由此可以看出，低碳饮食的本质是一个绝对值的概念，核心在于将每日碳水化合物摄入量控制在130克以下。

那为什么是130克？这个数字背后有着深刻的生理学基础，主要源自我们大脑对葡萄糖的需求。

成年男性的大脑每日约需120克葡萄糖，女性则大约需要100到120克。而红细胞每天也需要20到30克葡萄糖。

在正常情况下，大脑主要依赖葡萄糖作为能量来源。因为长链脂肪酸无法穿透血脑屏障，它们需要与白蛋白结合运输，因此无法直接为大脑提供能量。

因此，单单大脑每日需要约120克葡萄糖（相当于一定量的大米）。

此外，红细胞无法通过氧化脂肪提供能量，其能量完全依赖葡萄糖酵解，每天需要20-30克葡萄糖。

将大脑和红细胞的需求相加，得出的总值大约是130-150克，取最低保障值即130克。

综上所述，美国农业部设定每日130克碳水化合物的最低摄入量，正是为了保证大脑和红细胞满足其对葡萄糖的最低生理需求。

需要强调的是，这130克是一个绝对值，与年龄等因素无关。请看下图：通常，组织对葡萄糖的需求会随着年龄变化。

如右图所示，儿童大脑每日葡萄糖消耗量超过100克的时间点，大约出现在两岁。

其需求高峰约在5岁（精确值约为5.2岁），此时男孩每日需要167克葡萄糖，女孩则需要146克葡萄糖。

这种需求的变化源于大脑在快速发育期对能量和营养的极高需求，过程中需要消耗大量的葡萄糖。

因此，从满足基础葡萄糖需求的角度来看，低碳饮食（低于130克）的适用性与年龄关联不大。

仅在两岁之前的婴幼儿期，其葡萄糖需求可能低于成人标准。一旦超过两岁，儿童对葡萄糖的需求量至少等同于成人，在快速发育期甚至可能更高。

再看1992至2015年中国城乡居民膳食能量来源数据（图左为乡村，图右为城市）。

我们首先关注城市的数据：在中国城市居民中，碳水化合物的供能比从1992年的58.9%降至2015年的50.7%；同期，脂肪供能比从28.4%上升至36.4%。

再来看美国的数据，1999年，美国的碳水化合物供能比为52.5%；到了2016年，这一比例降至50.5%。这个变化与中国的情况非常相似。

再看看脂肪的摄入比例，美国人的脂肪摄入比例为33.2%，而中国人的脂肪摄入比例为36.4%。也就是说，中国居民的脂肪摄入比例略高于美国。

中美膳食结构的关键差异主要体现在蛋白质的摄入上：中国居民蛋白质供能比稳定在12.7%-12.9%，几乎没有变化；而美国则为16.4%。

因此，相较于中国，美国的饮食模式更偏向高蛋白（对肾功能正常的人群而言，适量的高蛋白饮食是安全的）。

当前人类（尤其是中国城市居民）的脂肪摄入比例平均已经达到35%左右，这个数值远高于动物实验中常用的对照饲料脂肪供能比（通常为15%）。

我们知道，在动物实验中，对照组饲料的脂肪供能比通常设定为15%。然而，我们人类的脂肪摄入比例已达35%。

那么，高脂饲料（脂肪含量接近60%）对小鼠会产生什么样的影响呢？来看以下实验结果：

①体重显著增加，体脂率升高；

②糖耐量受损；

③胰岛素敏感性下降。

在胰岛素注射试验中，高脂饲料组的小鼠血糖下降较为困难，而对照组（正常饲料）小鼠的血糖明显下降——这是典型的胰岛素抵抗表现。

此外，高脂饲料组的小鼠肝脏出现明显的脂肪沉积，同时线粒体代谢活性增强。

为什么线粒体活性会升高？

因为脂肪的主要消耗场所是在细胞的线粒体中。当摄入大量脂肪时，线粒体必须保持高活性，来代谢这些脂肪。

如果线粒体活性不足，它就无法有效完成如此大量的脂肪代谢任务。

因此，这是一个很有趣的适应性现象。

这里也补充下：

此类高脂饲料的成分大约为60%脂肪和26%碳水化合物。

值得注意的是，这26%的碳水化合物供能比恰好位于人类定义的低碳饮食范围内（如前所述，低碳饮食是指碳水化合物供能比低于26%，即低于2000千卡中的520千卡）。

那么，在人群研究方面，我们团队也开展了相关工作。

这次我们的研究重点主要聚焦于：比较低碳饮食与运动干预的效果。

结果发现，采用低碳高脂饮食后，体重会快速下降。体重减轻的主要构成是去脂体重（其中水分流失显著），同时脂肪减少量也相当可观。

此外，腰围的缩减速度也非常快，塑形效果也非常好，甚至优于运动塑形效果—想象一下，可能在健身房努力锻炼的效果，还不如直接减少碳水化合物摄入来得更快。

另一个关键发现是肝脏脂肪含量显著降低（脂肪肝得到改善）。

这一点与动物实验的结果形成鲜明对比：在动物实验中，喂食高脂比例的饲料通常会导致肝脏脂肪堆积。

然而，在人类身上，采用类似热量比例的低碳饮食后，肝脏脂肪反而消失了，脂肪肝得到了改善，腰围也缩小了。

干预前后对比还显示，低碳饮食组的血糖水平明显降低，表现为平均血糖下降且血糖波动显著减小。

随后，我们对实验数据进行了进一步分析：将参与低碳饮食的人群按碳水化合物摄入比例重新分组，超过10%的为中低碳组，低于10%的为极低碳组。

观察发现，极低碳组（碳水化合物<10%）的体重下降明显更多，血糖波动也更小（极低碳组用蓝色表示），平均血糖水平也低于中低碳组。

这表明：在人类身上，碳水化合物的摄入量越少，代谢改善的效果似乎越明显。

那么在动物实验中，降低碳水（提高脂肪）是否也有类似的效果呢？

为此我们设计了一项动物实验。

这个实验首先设立了一个对照组，使用的是低脂饲料，准确地说脂肪含量为9.4%。

高脂饲料的来源有两个方向：一组使用可可脂，脂肪浓度梯度为60%、70%和75%；另一组使用猪油，脂肪浓度为60%。

我们没有将猪油的脂肪浓度提高到75%，原因在于技术上无法实现：猪油在室温下（尤其在夏季）会呈现融化状态，要让它在高温下依然保持固态，只有可可脂才能做到。

通过可可脂梯度实验，我们发现：随着饲料脂肪浓度的升高，小鼠的体重相应增加（这与人类的反应不同），肝脏脂肪沉积也变得更加严重。

然而，在60%猪油组中出现了一个例外：其体重和肝脏脂肪浸润程度不仅高于同浓度的可可脂组，甚至还超过了75%可可脂组——这是一个独特的现象。

另外，在血糖、胰岛素水平及胰岛素抵抗指数等代谢指标上，我们也能明显看到类似的差异趋势。

随着饲料脂肪浓度的增加，小鼠的胰岛素抵抗加剧，血糖升高，整体代谢紊乱恶化。

其中，代谢紊乱最严重的组别是60%猪油组：该组的胰岛素抵抗最严重，血糖最高，甘油三酯等血脂指标也最高。

在糖耐量试验、胰岛素耐量试验和糖异生检测中，我们都观察到同样的问题：小鼠的代谢状况随着饲料脂肪浓度的升高而恶化，且60%猪油组的恶化程度最为严重。

这就引出了一个核心问题：为什么会出现这种情况？

最初，我也感到困惑：为什么人类摄入高脂饮食（>60%）后，食欲会抑制，体重减轻，血糖改善，而小鼠却出现食欲亢进、体重增加、代谢恶化的现象？

这背后涉及到一个关键因素——进食量。

我们发现：低脂饲料组与60%猪油高脂饲料组的小鼠摄食量（克数）相近。

但当饲料脂肪浓度达到70%-75%的可可脂时，小鼠的摄食量反而有所减少。

然而，由于高脂饲料的能量密度非常高，按能量摄入计算，我们可以清楚地看到：随着饲料脂肪浓度的增加，小鼠的总能量摄入呈上升趋势，尤其是猪油组的能量摄入最高；

而在人类的高脂饮食中，总能量摄入通常是下降的——这两者完全相反。

此外，甜度也是一个不可忽视的因素：小鼠的进食行为会受脂肪和甜度的刺激。

但数据显示，甜度对进食量的影响其实并不大（例如，60%脂肪饲料的甜度低于对照饲料）。

因此，驱动小鼠大量摄食高脂饲料的核心因素是脂肪本身。

这就引出了物种间饮食偏好差异的一个问题。

我们对人类做了一个实验：展示相同的食物图片，并询问他们喜欢吃什么。

结果表明，人类更倾向于选择高碳水化合物食物——这些食物通常也代表了更高的甜度。

人类在进食时，很大程度上是受甜味的驱动。

历史上制糖业的兴起也印证了人类对甜味的强烈追求，以及这种偏好对摄食量的影响。

然而，小鼠的偏好却完全不同。

在双选实验中，我们给小鼠提供了对照饲料和猪油高脂饲料供其选择。当两个饲料并排放置时，小鼠几乎完全忽略对照饲料，且只吃高脂饲料。

接下来，我们观察了下丘脑的神经肽表达情况，在同样的饲料条件下（即持续喂食高脂或对照饲料后）：

我们发现，食欲刺激的神经肽在高脂饲料组小鼠中的表达较低，而食欲抑制的神经肽则明显增高——这一现象出现在自由进食16小时后。

换句话说，即使小鼠已经处于“饱食”状态（食欲抑制信号较强），它们依然会摄入大量高脂食物。其根本原因在于：小鼠对高脂食物具有极强的偏好。

因此，核心差异在于：人类对甜味（高碳水）食物有天然偏好，而小鼠则对油脂（高脂肪）食物有强烈的嗜好，老鼠偷油”这一说法正是源于此。

可以想象：人类饥饿时会寻找面包、米饭等碳水食物，而几乎不会直接饮用食用油。

这种物种间的饮食偏好差异，正是导致动物实验与人体研究结果相反的根本原因。

当人类食用高脂肪饲料时，随着脂肪摄入量逐渐增高，食物摄入量逐渐降低。

而老鼠则相反，摄入量越高，吃得越多。

此外，脂肪种类的偏好也存在物种差异。

例如，人类偏爱可可脂（巧克力），而通常不喜欢直接食用猪油（肥肉）。反观小鼠，它们显著偏爱猪油而非可可脂。

所以，人类与小鼠在食欲驱动机制和食物偏好上存在巨大差异，这种差异正是导致动物实验和人体研究之间结果差异的根本原因。

以上就是我的分享内容，谢谢大家！

以上就是殷峻教授在「全国低碳医学大会」上分享的全部内容！

看到这里，是不是觉得又学到了点新知识？

没想到，人类和小鼠执行相同的低碳高脂饮食时，人类的腰围缩小、血糖平稳、脂肪肝逆转，而小鼠却在疯狂长胖，出现各种代谢性问题！

殷峻教授提到的这些，帮助我们认清了动物实验与人类反应的本质差异，所以我们在查阅研究文献时，还是要多看看真实的人类实验/临床试验，动物实验的结果不一定是正确的哦。

接下来，我们将整理更多第六届低碳医学大会的专家分享，继续探索低碳知识~

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殷峻

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