酮好

酮好致力於生酮飲食的研究與推廣

蛋白質:寧多勿少(上)

Ted Naiman

2018年5月我們熟悉的好朋友──奈曼醫師(Dr. Ted Naiman)在研討會 Low Carb Cruise 演講(🛳 在遊輪上耶,好棒呀~),講題是『蛋白質:多比少好』,全程錄影發佈於 Diet Doctor(←這是兩分鐘預覽版),訂閱用戶才能觀看完整版,月費是9美金,不過第一個月免費,所以有興趣的朋友可以去看完整版(嗯,當然是生肉,沒有字幕)。

本文主要是根據該演講內容所撰寫,若有語義曲解或不到之處,還請不吝指出。

此外,非常感謝奈曼醫師願意分享他的投影片,也非常感謝馬蒂·坎道爾(Marty Kendall)同意我使用他的文章內容。不過真抱歉,我斷斷續續寫了快一年才交出半篇….😥


前言

『執行低醣飲食時,以減重與健康的觀點來看,增加蛋白質攝取,究竟是好是壞呢?原因呢?』

這個話題經常在低醣社團或一些討論區出現,奈曼醫生是提倡攝取較高蛋白質的那派,本文章介紹了他的論點基礎『蛋白質槓桿理論』(Protein Leverage),也就是蛋白質攝取會影響總熱量攝取。

所以我們會談到的包括營養生態學蛋白質槓桿理論

文長慎入,奈曼醫師的投影片就159頁了,現在回上一頁還來得及~ (p.s. 後來還是決定分成上下兩篇撰寫)

(不知有多少人懂上圖的梗😅)


營養生態學

什麼是營養生態學呢?營養生態學是『檢視生物體的營養需求其所在的營養環境之間的連結』的一門科學,換句話說就是,一個動物需要吃的東西實際有得吃的東西之間的差別。以下圖為例,一隻老鼠需要的營養是來自像起司這種食物,但環境卻只有甜甜圈可吃,令人覺得有點可悲哀呢,但仔細想想,其實跟你走進便利商店放眼望去的感覺也差不了多少…….

00001

我們會用到的工具叫營養幾何學


營養幾何學

營養幾何學是『檢驗不同營養素的混合比例,對生物體的健康造成什麼影響』,而最常被拿來討論的就是蛋白質攝取能量之間的關係。攝取的能量通常指的是碳水化合物加脂肪,事實上,所有的食物都可視為蛋白質加上能量的混合物,蛋白質、碳水化合物、脂肪也就是常說的三大(巨量)營養素。

00001

而在能量蛋白質的營養幾何圖上,有蛋白質比例很高但能量較低的食物,例如雞腿,也有能量很高但蛋白質含量很低的食物,例如葡萄。

不同的生物會有不同的以健康為目標的攝取比例(Fitness Target),以上圖的老鼠為例,理論上有一個最合適的比例(能量與蛋白質的比例),能讓老鼠活得最健康、最有活力、最長壽。在這個例子,最適合的比例就在上圖標靶的中心,那麼牠要如何達到目標呢?

00001

就像上圖四個首尾相連的小箭頭,牠可以吃一些雞腿、吃一些葡萄、再吃一些雞腿、再吃一些葡萄,來試著達到健康攝取標的(靶心)。事實上,地球上所有的動物都在這麼做,只是大家不自覺罷了。

也許有人跟我一樣厭惡數學,不過,小箭頭就是向量,方向代表了該食物的蛋白質與能量比例,而長度代表了攝取的份量


以下圖為例 [1],我們來看看食物選擇對達標的影響。橫軸是蛋白質,縱軸是脂肪,目標是要達到最佳比例的攝取標的(靶心),左圖有三種食物可供選擇,分別是:

  • 食物①,蛋白質與脂肪比例均衡的食物。
  • 食物②,蛋白質比例高的食物。
  • 食物③,脂肪比例高的食物。

你可以選擇只吃食物②來達到目標,或是搭配食物①②③來達到目標。

00001

如果很不幸地,如右圖,營養環境只有食物③怎麼辦呢?

你無法靠食物③達到攝取標的,只能選擇折衷方案,你能控制的只有食物③的攝取量。

  • 攝取量I3 ,達到了脂肪需求,不過蛋白質不足。
  • 攝取量I4,脂肪過量了,蛋白質卻仍舊不足。
  • 攝取量I5,雖然達到了蛋白質需求,但脂肪嚴重過量……


以飲酒為例

突然想到一個不太恰當卻很好理解的例子,希望能讓大家更容易明白。

水量酒精的營養幾何圖上,有酒精比例很高但水量相對較低的飲料,例如高粱,也有水量很高但酒精含量很低的飲料,例如啤酒。

不同人酒量不同,也就是,以下圖為例,理論上有一個最適合的比例(水量與酒精的比例),能讓此人達到喝醉的目標,但肚子不會因為喝太多而覺得很撐。

在這個例子,最適合的比例就在下圖標靶的中心,那麼他要如何達到目標呢?

一杯高粱、一罐台啤、一杯高梁、一罐台啤……

00001


同樣的,以下圖為例,我們來看看酒的選擇,對達標的影響。左圖有三種飲料,你能輕鬆搭配,達到攝取標的,喝醉不撐死的目的…

00001

若像右圖只有啤酒呢?只能選擇折衷方案了,你只能控制攝取量。

  • 攝取量I3,水量合適,但酒精不足。

  • 攝取量I4,水量過量了,但酒精仍舊不足。

  • 攝取量I5,達到了酒精的需求,但水量嚴重過量,很撐……

順便在這邊提醒大家『飲酒過量有害健康』,尤其酒精對睡眠的快速動眼期影響很大,睡前最好不要喝,早上喝😛。


槓桿效應

『給我一個支點,我就可以舉起地球』阿基米德這麼說過,蛋白質與酒精就像是下圖5公斤的小球,離支點較遠,能以小搏大,一點點改變即造成很大的影響,我們稱之為槓桿效應。

00001


在前述喝酒這個例子裡,喝醉這件事,很明顯酒精是先決條件,我想大家不會有太多疑問。

喝酒是酒精槓桿效應,也就是酒精高的飲料,可以不用喝太多,因此總水量攝取變小,肚子不會撐。

那麼飲食這件事,蛋白質是先決條件嗎?

飲食是蛋白質槓桿效應嗎?也就是蛋白質高的食物,可以不用吃太多,因此總熱量攝取變小嗎?肚子也變小嗎?


動物的蛋白質槓桿效應

蛋白質槓桿效應是真的嗎?我們看看動物的例子來感受一下。

這些很多是大衛.勞本海默(David Raubenheimer)與史帝芬.辛普森(Stephen J. Simpson)的研究,他們可說是蛋白質槓桿效應的教父級人物,研究營養生態學許多年,對象包括:昆蟲、大鼠、小鼠、人類等等,任何你想得到的物種。


小鼠

下面是個經典的小鼠實驗 [2],他們給小鼠五種食物,其中蛋白質的含量分別是9%、17%、23%、31%、48%,在小鼠可以任意選擇這五種食物的情況下,牠們的平均蛋白質攝取量約是23%左右。

00001


接下來把小鼠分成五群,關在不同的籠子裡,每個籠子只有上述五種食物中的一種,蛋白質含量依舊分別是9%、17%、23%、31%、48%,這樣會如何呢?結果如下圖。

00001

分配在蛋白質含量23%食物籠的小鼠們,總熱量攝取與剛剛差不多,但分在9%的小鼠為了要達到蛋白質攝取需求,多吃了很多熱量,而在48%的小鼠則少吃很多熱量,因為牠們吃很少食物,就已經達到蛋白質攝取需求,這就是蛋白質槓桿效應。


這些科學家做了很多不同物種的三大營養素自行選擇實驗

狗狗喜歡30%的蛋白質。[3]

00001


貓喜歡52%的蛋白質。[4]

00001


黏菌

他們甚至研究黏菌(史萊姆) [5],給予黏菌多種蛋白質和能量比例選擇時,它們喜歡的蛋白質與能量比例是2比1,這就是自由選擇會試著達到最佳的平衡。


猴子

靈長類也是一樣的,展現出非常明顯以蛋白質為重心的飲食目標。

下圖是觀察猴子38天的飲食 [6],每一個空心圓點代表一天,不管吃的是什麼食物,每日的蛋白質攝取量落在一個極窄的範圍,基本上這猴子就是為了得到足夠的蛋白質而吃,這就是蛋白質槓桿理論。

00001


人類的蛋白質槓桿效應

人類也展現一樣以蛋白質為重心的攝取比例,但我們毫無自覺。

下圖左邊是世界上許多國家 [7],碳水化合物攝取脂肪攝取的相關性,每個國家之間差異很大,有攝取很多碳水的國家,例如:奈吉利亞、日本,有攝取很多脂肪的國家,例如:美國、英國。但若比較蛋白質攝取能量攝取(也就是碳水化合物+脂肪),在不同國家之間,可說是毫無差異,每個國家、地球上每個人類族群,蛋白質攝取比例都固定在14~15%。

00001

這就是蛋白質槓桿效應,這就是蛋白質先決,人們的蛋白質攝取比例非常固定,但自己卻不知道。 對了,上圖是在肥胖的大流行發生之前,而我們都看過下面這張圖,從70年代開始至今,肥胖率持續增加。

00001

令人好奇的是,到底三大營養素的變化是如何呢?

碳水化合物和脂肪的攝取量增加,為什麼呢?因為70年代開始,食物的來源增加了糖、麵粉、油,稀釋了飲食內容中蛋白質的百分比,而你現在也了解了,我們必須要吃到一樣的蛋白質量,這使我們攝取更多的食物,來滿足蛋白質量的需求,也因此攝取了更多的碳水化合物與脂肪。到了後期,蛋白質攝取量也增加了(注意!但百分比並沒有增加),那是因為我們變胖了,蛋白質的需求量也因此增加。

00001


另外必須要指出的是,增加的油脂都是植物油,動物性脂肪的攝取是大幅下降的。

00001


蛋白質的攝取比例降到只有12.5%。 [8]

00001

勞本海默和辛普森看到這個覺得很熟悉,這就是蛋白質槓桿效應,從昆蟲、動物、靈長類都看到這種現象,非常合理!

蛋白質槓桿效應告訴我們,如果蛋白質的攝取百分比減少1.5%,碳水與脂肪的攝取就會增加14%,相反地,如果蛋白質的攝取百分比增加1.5%,碳水與脂肪的攝取則會減少11%,勞本海默和辛普森進行了這些計算,果然這些數字能輕易地解釋肥胖的大流行。 [3]

00001


蛋白質槓桿效應其實是真實發生的,下面是個小型的隨機試驗 [9],三種飲食蛋白質分別是5%、15%、30%,可以看到吃30%蛋白質的組別,碳水和脂肪攝取量遠遠低於5%蛋白質組別,這是真實發生在人類身上的。

00001


勞本海默和辛普森另外做了一個很棒的整合分析(Mete-analysis)[10],分析過去文獻中做過的任意進食(Ad libitum)的飲食研究,一共有155個,也就是讓參與者想吃多少就吃多少,並將他們的碳水、蛋白質、脂肪攝取量記錄下來。

勞本海默和辛普森把這155個研究的結果分析做圖,橫軸是蛋白質攝取,縱軸是碳水加上脂肪的攝取,得到一個非常窄的蛋白質攝取範圍,這意味著什麼呢?不管你吃低脂、高脂或任何飲食,人類就是會試著達到這樣的蛋白質攝取量,無論為了這個目標要吃上多少卡,這就是人類的蛋白質槓桿效應,沒人察覺,卻正在發生。

00001


勞本海默和辛普森接著把這155個任意進食(Ad libitum)研究,畫成熱區圖(Heat map)[10],以顏色來表示攝取的總熱量多寡,熱量越高的偏暖色系,越低的則偏冷色系,那麼這個圖怎麼看呢?

首先,蛋白質的攝取百分比是橫軸脂肪的攝取百分比是縱軸,另外,蛋白質 + 脂肪 + 碳水化合物 = 100%,所以碳水化合物的攝取百分比是45度的軸,碳水最高是右上角,最低是左下角。

若總能量攝取是脂肪先決,若脂肪的攝取量會影響總熱量攝取,那麼熱量攝取由多到少,會與脂肪攝取百分比相關,也就是會延著垂直方向分佈。

同理,若總能量攝取是碳水化合物先決,熱量攝取則會延45度的方向分佈。

00001

那麼,攝取能量分佈是如何呢?由上圖可以明顯看出,攝取熱量最高的(深紅色)在左手邊,而攝取最低的(深藍色)是在右手邊,熱量攝取大致是呈水平方向分佈的,與橫軸的蛋白質攝取百分比相關。換句話說,任意進食的時候(沒有人被逼著進食喔),蛋白質攝取的百分比,決定了最後會吃多少熱量。

看垂直方向,脂肪攝取百分比對於最後的總熱量攝取的影響並不大。

看45度方向,觀察碳水化合物的攝取百分比的影響,從圖的右上往左下來看,隨著碳水化合物攝取百分比的增加,總熱量攝取的確也會增加,所以碳水化合物的攝取百分比與總熱量攝取也有相關,但蛋白質還是主要的控制因素。


演化方面的觀察

我們來從演化的角度來看這件事。

一篇研究現代狩獵採集者族群的飲食攝取,其中提到:

『大幅依賴以動物為來源的食物,且野生植物來源食物的碳水化合物比例相對較低,產生一致的三大營養素攝取特性,蛋白質攝取提高(19~35%),碳水化合物因而下降(22~40%)』 [12]

這是什麼意思呢?如果我們把你丟在荒野,只給你隻長矛,你不會從野生、非耕種的植物中得到很多碳水化合物,而是靠獵食動物維生,從頭吃到尾,你的蛋白質攝取比例會很高。

00001

上圖來自勞本海默和辛普森寫的一本很棒的書 [5],在舊石器時代晚期,人類無法從植物取得太多碳水化合物,主食是肉類,所以飲食的蛋白質百分比很高。農業革命之後,人們學會如何耕種,取得了很多澱粉,稀釋了飲食中蛋白質的百分比,人們變得瘦小,較不健康,例如,有較多的牙齒方面的疾病。工業革命之後,人們學會糖、麵粉與油脂的大量精煉與運輸,在飲食加入了更多能量,更加稀釋了蛋白質的百分比,人們變得超級胖,接下來的事大家都很清楚了。


碳水和脂肪有差嗎?

下圖是勞本海默和辛普森的另一個研究,38個一樣是任意進食的飲食研究,分析它們的三大營養素,結果一樣展現攝取能量延著水平方向分佈,與蛋白質百分比相關。

00001


這時勞本海默和辛普森不禁懷疑:

『到底碳水化合物和脂肪,哪個高哪個低有關係嗎?』

『碳水化合物和脂肪有差異嗎?』

『還是它們就是能量而已?』

『只有蛋白質才會影響?』

所以他們把剛剛那38個研究重新做圖,把脂肪放在橫軸,碳水化合物放在縱軸,蛋白質放在45度的軸。假設碳水化合物與脂肪對總能量攝取的影響相同,則熱區圖分佈會如下。

00001


真實的數據如下,有很明顯的碳水化合物效應,隨著碳水化合物的攝取百分比增加,總能量攝取也增加。

00001


當他們更仔細地研究,發現一個很有趣的現象,當蛋白質百分比低於20%時,不管你吃高碳水化合物或高脂肪,都是一樣的,碳水和脂肪對總熱量攝取的影響是沒有差異的(總熱量都高)。 蛋白質攝取高於20%時,高碳水化合物才展現較高攝取熱量的趨勢。

00001

大家都聽過肥胖研究的專家說:

『低醣飲食、高醣飲食是沒有差別的,只與卡路里攝取有關』

『碳水和脂肪都一樣,我們只看卡路里』

也聽過低醣、原始人飲食的提倡者說:

『等等,不是那樣,我吃越多碳水就越胖呀』

也許他們都是對的,在現今這個低蛋白質攝取的年代,碳水化合物和脂肪的影響可能沒那麼大,而低醣飲食者的蛋白質攝取可能較高,因而有低醣的總熱量攝取低的趨勢。


最低的熱量攝取發生在蛋白質50%、脂肪40%、碳水10%,其實就是相當於吃肉,例如牛肉,基本上你吃全雞、全牛、全羊就是攝取2克蛋白質搭1克脂肪。

00001


自由任意進食時的最高與最低的熱量攝取,其脂肪都是40%,脂肪似乎不是個影響因子,最低的熱量攝取是50%的蛋白質與10%的碳水化合物,而當你把碳水化合物與蛋白質交換,50%的碳水化合物與10%的蛋白質,就得到最高的熱量攝取。

00001


加工食品

勞本海默和辛普森還發現,飲食中的超級加工食品比例越高,蛋白質比例就越低,如下圖,幾乎是直線下降,很合理對吧?你吃越多加工的垃圾食物,攝取的蛋白質比例就越低,也許這就是超級加工食品對健康的危害如此之大的原因之一。[11]

00001


大部份的美國人吃的食品都過度加工,大概只有5%的熱量是來自非加工食品,當你問『70年代到底發生什麼事造成肥胖的大流行?』下面這張照片說明了一切,看看結帳櫃台上那些精美的加工食品,在這之前,他們吃的是肉和馬鈴薯,你想想看,要添加多少糖、麵粉、油,才能夠增加這些垃圾食物在貨架上的保存期限,這張照片基本上是肥胖大流行的起點。

00001


價格因素

勞本海默和辛普森把106種超市的食品,根據其碳水化合物、脂肪、蛋白質的含量,以及價格來做圖,顏色越偏暖色系越貴,很明顯蛋白質含量越高的食品越貴,不令人意外呀,因為蛋白質是最難保存、最難生產、最難獲利的營養素。加上蛋白質槓桿效應的影響,肥胖的盛行率確實與貧窮有明顯的相關性。[13]

00001

飽足感與營養密度

飽足感當然在蛋白質槓桿效應中扮演了很重要的角色,大家也很熟悉的馬蒂·坎道爾(Marty Kendall) 在一篇文章中也提到 [14],由近一萬人所輸入的 MyFitnessPal 飲食紀錄 [15],總共約兩百萬餐,他發現從其中也的確看到蛋白質攝取量越低,無法守住熱量攝取目標的人越多,如下圖,紅色虛線是大家設定的目標熱量攝取,蛋白質攝取量越高,達成目標的次數越多。

00001


去掉一些誤差大的數據,並將人們分成20群來平均,得到下圖簡化的結果,雖然有一些極端數據點,不過多數人的蛋白質攝取落在12~35%。

00001


假設多數人設定的目標熱量攝取是低於基礎代謝率15%,我們可以回推他們吃的蛋白質是每公斤淨體重多少克。如下圖,每公斤淨體重蛋白質攝取從0.7克提升至2.4克,熱量攝取大約減少15%,若考慮蛋白質產熱效應(也就身體消化、吸收、代謝、排出等整個過程需要耗費的熱量),熱量攝取大約是減少20%。

00001


此外,蛋白質含量越高的食物,對血糖的影響越低。

00001


蛋白質含量越高的食物,越不升胰島素。

00001

而在所有營養素中,蛋白質含量與營養密度最相關,換句話說,在飲食中提高蛋白質的攝取百分比,攝取到各種營養的量是最高的,而不會只是空熱量。當然前提是吃的是食物,少加工食品,也不是只吃蛋白粉。

00001

(未完待續)


上篇小結

  • 營養幾何學提供了一個很好的工具,讓我們檢視營養素對生物體的影響。
  • 任意進食的情況下,飲食中蛋白質百分比高,則總熱量攝取就低,被稱為蛋白質槓桿效應。
  • 蛋白質槓桿效應或蛋白質先決的現象,就像是為了滿足蛋白質需求而吃,在不同物種的身上都能看見。
  • 由於精緻加工食品,以及方便或是經濟因素,現代人普遍蛋白質攝取不足。
  • 高蛋白攝取可提高飽足感,因此減少熱量攝取。
  • 所有營養素中,蛋白質與營養密度最相關,蛋白質含量越高,營養密度越高。


下篇預告

  • 高蛋白飲食的影響
  • 恐懼高蛋白飲食的迷思
  • 我就是要酮
  • 糖質新生?
  • 飽足感
  • 維持減重成果
  • 低醣飲食:正常蛋白質 vs. 高蛋白質
  • 結語

感謝您耐心看到這,明年見👋 (誤)


參考資料

  1. Simpson SJ, Le Couteur DG, James DE, et al. The Geometric Framework for Nutrition as a tool in precision medicine. Nutr Healthy Aging. 2017;4(3):217-226
  2. Sørensen A, Mayntz D, Raubenheimer D, Simpson SJ. Protein-leverage in mice: the geometry of macronutrient balancing and consequences for fat deposition. Obesity (Silver Spring). 2008;16(3):566-71
  3. Hewson-Hughes AK, Hewson-Hughes VL, Colyer A, et al. Geometric analysis of macronutrient selection in breeds of the domestic dog, Canis lupus familiaris. Behav Ecol. 2013;24(1):293-304
  4. Raubenheimer D, Machovsky-Capuska GE, Gosby AK, Simpson S. Nutritional ecology of obesity: from humans to companion animals. Br J Nutr. 2015
  5. The Nature of Nutrition: A Unifying Framework from Animal Adaptation to Human Obesity ISBN: 9780691145655
  6. Felton, A. M., A. Felton, D. B. Lindenmayer, and W. J. Foley. 2009a. Nutritional goals of wild primates. Functional Ecology 23:70–78
  7. A modern epidemic: Expert perspectives on obesity and diabetesISBN: 9781920899851Chapter 2
  8. Simpson SJ, Raubenheimer D. Obesity: the protein leverage hypothesis. Obes Rev. 2005;6(2):133-42
  9. Martens EA, Lemmens SG, Westerterp-Plantenga MS. Protein leverage affects energy intake of high-protein diets in humans. Am J Clin Nutr. 2013;97(1):86-93
  10. Raubenheimer D, Simpson SJ. Nutritional Ecology and Human Health. Annu Rev Nutr. 2016
  11. Martínez Steele E, Raubenheimer D, Simpson SJ, Baraldi LG, Monteiro CA. Ultra-processed foods, protein leverage and energy intake in the USA. Public Health Nutr. 2018;21(1):114-124
  12. Cordain L, Miller JB, Eaton SB, Mann N, Holt SH, Speth JD. Plant-animal subsistence ratios and macronutrient energy estimations in worldwide hunter-gatherer diets. Am J Clin Nutr. 2000;71(3):682-92
  13. 【歷史文化】美國社會的頭號殺手:肥胖──為什麼窮人愈來愈胖?因為他們根本吃不起新鮮食物
  14. How much protein do you need to reduce hunger for weight loss?
  15. MyFitnessPal Food Diary Dataset

更新


分享