肥胖与认知功能关系的研究进展综述

崔 洁，李 琳（华东师范大学，上海 200241）

运动人体科学

肥胖与认知功能关系的研究进展综述

崔 洁，李 琳
（华东师范大学，上海 200241）

为了全面了解肥胖与认知功能的关系及其潜在机制，采用文献资料法在中外数据库搜索了近10年发表的18篇外文文献和5篇中文文献，对其进行归纳和分析，并从肥胖与认知功能的关系和潜在机制2个方面对其进行探讨。结果发现：关于肥胖与认知功能的关系，其研究结论并不统一，但大部分研究表明肥胖会导致认知功能下降；肥胖引发的炎症和胰岛素、多巴胺含量减少等生理变化以及与认知功能相关脑区萎缩的脑结构变化是肥胖导致认知功能下降的主要潜在机制。

肥胖；认知功能；执行功能

根据人民网等媒体的报道，2010年我国的肥胖人口已达到了3.25亿，增幅已超过美国、英国和澳大利亚，最可怕的是这个数字将可能在以后的20年中增加一倍［1］。肥胖不仅会导致人体基础代谢下降、高血压、高血糖、高血脂等生理疾病，还会导致抑郁、焦虑、自卑等更为严重的心理疾病，从而影响正常的生活和学习。

认知是指人脑接受外界信息，经过加工处理，将外界信息转换成内在的心理活动，从而获取知识和应用知识的过程。认知是脑的高级功能，它包括各种形式的活动，如感觉、学习、记忆、注意、思维、推理、语言和执行功能等［2］。

认知功能是人们完成身体活动所需的心理条件，肥胖是日益严重的社会问题，目前认知功能和肥胖的关系已受到了众多研究者的关注。因此本文采用文献研究法以肥胖和认知功能以及它们的同义词（肥胖、超重、BMI、身体质量指数（和认知功能、认知、神经认知、神经心理等为关键词，在中国知网等中文数据库和Web of Science、ScienceDriect等外文数据库中搜索了近10年的相关文献，其中中文文献为1 113篇，外文文献为1 134篇，排除其中重复、文献内容不相关、没有全文以及综述性的文献，最终得到的中文相关文献为5篇，外文相关文献为18篇。通过对23篇中外文文献进行整理和分析，从行为学层面和脑机制层面对肥胖与认知功能的关系进行评述，从生理生化和脑结构、脑功能2个方面对其潜在机制进行探讨，从而全面了解肥胖与认知功能的关系以及肥胖影响认知功能的潜在机制。

1 行为学层面上肥胖与认知功能的关系研究

肥胖和认知功能的关系研究多为行为学研究，研究中涉及的群体范围较广，包含了儿童、青少年、成年人和老年人群体。

1.1 以儿童、青少年群体为研究对象 在国内研究中，李军等人以8～9岁肥胖儿童为研究对象，结果发现肥胖儿童在反应速度和大脑工作能力等方面均低于正常儿童［3］。朱盛以过度肥胖儿童（BMI＞50）为研究对象，运用威斯康星卡片任务（WSCT）进行测量，结果显示与正常体重组相比，过度肥胖儿童组的完成分类数和正确应答数分值均较低，且持续性错误数较高［4］。曹慧等人以青少年为研究对象，结果发现青少年超重和肥胖均能对stroop实验相关认知加工过程产生明显的影响［5］。应锡钧等人以87名中学生为研究对象，并以BMI进行肥胖程度划分，采用韦氏智力量表测试60～70min作为脑力活动负荷，并且在负荷前后分别进行stroop测试，结果发现脑力活动负荷后超重组的点耗时数高于正常组［6］。

在国外研究中，Davis等人［7］以170名7～11岁的超重儿童为研究对象，结果发现肥胖与认知、成绩、行为呈负相关关系。Gentier等人［8］在执行功能和感知运动功能2个方面对肥胖儿童和正常体重儿童进行了对比，结果发现儿童肥胖与执行功能损伤和动作知觉功能障碍有关。

除以上横向研究以外，Guxens等人［9］还对儿童早期认知功能水平与儿童晚期超重风险的关系进行了纵向研究，实验选取了482名12个月的儿童作为被试，将被试分为健康体重、超重风险组和超重组，结果发现儿童4岁时认知功能越高，6岁出现超重的风险就较低。

从上述研究可以看出肥胖能够对认知功能产生影响，但Gunstad等人［10］的研究却发现肥胖与认知功能无关。他们选取了478名6～19岁的儿童和青少年为被试，将其分为体重不足组、正常体重组、超重风险组和超重组，并运用关键词测试、逆序数字记忆广度、词数版注意转换等测试分别来评估被试的智力、注意、执行功能等，结果发现：BMI与认知表现无关，但体重不足女性的记忆表现要比其他女性差，Gunstad认为体重不足可能是导致记忆表现不好的风险因子，但升高的BMI与健康儿童和青少年的认知功能无关。

1.2 以成年人群体为研究对象 Boeka等人［11］以68名41岁的极端肥胖者（BMI平均为51.18 k/m2）为实验对象，运用连线测试等任务来评估认知灵活性、转换能力，结果发现极端肥胖个体的执行功能表现与常规数据存在显著差异。使用同样的测试任务来评估认知能力，Cserjési等人［12］结果发现肥胖女性的持续注意、认知灵活性和抑制能力的表现均较差。Coppin等人［13］以肥胖大学生为研究对象，结果发现肥胖大学生的工作记忆和刺激奖励学习均存在不足，并且肥胖个体学习避免消极结果的能力受损。Stingl等人［14］以人数相同的较瘦成年人和肥胖成年人为研究对象，结果发现身体重量的增加与执行功能任务表现下降、特殊神经元变化有关。

1.3 以老年人群体为研究对象 董凌燕等人［15］以77～89岁的老年人为研究对象，使用蒙特利尔认知评估量表来评估认知功能，以腰围作为肥胖测量指标，结果显示老年人中心性肥胖与认知功能受损高度相关。国外研究中，Benito-Leon等人［16］以65岁以上的1949名老年人为研究对象，根据BMI指标将被试分为正常体重组、超重组和肥胖组，使用微型心理状态检查表等对被试的认知、记忆等神经心理学成分进行评估，结果发现老年人BMI的升高对认知功能的损伤具有决定性作用。Gunstad等人［17］选取了年龄在20～82岁之间的408名被试对肥胖与认知功能的关系是否具有年龄差异进行了探讨，结果显示BMI与所有的认知测试表现呈负相关关系，但是这种关系与年龄无关。

与上述研究结果不同，Wirth等人［18］以1575名老年认知患者为研究对象来探究认知功能与体重、BMI、人体成分的关系以及潜在性别差异，结果发现执行功能损伤患者的体重和BMI指数都较低，并且女性执行功能损伤患者的体重要比男性损失的多，这说明肥胖对认知功能的影响具有性别差异。另外，Kuo等人［19］在探讨升高的BMI如何对老年人的认知功能产生影响的研究中发现超重组在推理和视觉空间加工速度方面的表现要优于正常体重组，而肥胖组在视觉加工速度方面的表现优于正常体重组。

从行为学层面上肥胖与认知功能的关系研究可以看出，除少数研究表明肥胖与认知功能无关或者积极相关外，大部分研究表明肥胖与认知功能为负相关关系，即肥胖会导致认知功能的下降。另外，由Wirth和Gunstad的研究可以看出肥胖对认知功能的影响具有性别差异，但无年龄差异。

2 脑机制层面上肥胖与认知功能的关系研究

相比行为学研究，肥胖与认知功能的脑机制研究相对较少。García等人［20］运用核磁共振成像技术在静息状态下对肥胖个体和正常体重个体进行了对比，结果发现肥胖个体的中间额回和外侧枕叶皮质体积以及全脑网络的功能性链接均比正常体重个体少。同样通过肥胖者与正常体重者的对比，Brooks等人［21］发现与正常体重者相比，肥胖人群的左侧背内侧前额叶、右侧海马区、右侧前中央回和右侧前扣带回等脑区对食物图片的反应较大，但左侧背外侧前额叶区域和左岛叶脑区则较小。同样采用食物图片作为刺激，Tuulari等人的研究结果却与Brooks等人的研究结果相反。Tuulari等人［22］以相同年龄的27名病态肥胖女性和14名正常体重女性为研究对象，使用功能磁共振成像仪在被试控制食欲期间扫描被试观看食物图片时的大脑，结果却发现在食欲控制期间，肥胖者的额中回、扣带中回和背侧尾状核等脑区对食物图片的反应较低，且病态肥胖者控制电路中的功能性连接比正常体重者要多。

3 肥胖影响认知功能的潜在机制

随着肥胖和认知功能关系研究的深入，研究者逐渐开始关注这些关系的潜在机制。通过对相关文献的总结与分析，发现肥胖影响认知功能的潜在机制可分为生理生化和脑功能、脑结构这2个方面。

3.1 生理生化机制 董凌燕等人［15］运用蒙特利尔认知评估量表（MoCA）将老年被试分为认知正常组和认知异常组，根据腰围分为中心性肥胖组和腰围正常组，采用胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）和胰岛素敏感指数（ISI）来评估患者胰岛素抵抗和胰岛素敏感性，结果发现老年人中心性肥胖和胰岛素抵抗与认知功能障碍密切相关，他们认为中心性肥胖会导致内脏脂肪细胞增生，胰岛素受体树突减少、活性降低，从而使胰岛素受体的敏感性下降，产生胰岛素抵抗，引发体内代偿性高胰岛素血症，而这些症状的发生会导致胰岛素及其信号通路的异常，从而对大脑组织特别是海马、颞叶皮质神经突触、电位传导和神经保护等机制产生影响，最终导致认知功能受损甚至痴呆的形成。Kuo等人也认为胰岛素水平是肥胖影响认知功能的潜在机制，Kuo［19］表示血清胰岛素水平因子（IGF-1）与BMI的关系呈倒U型，具有最高血清胰岛素水平因子的BMI范围是25kg/m2～27kg/m2，而较高的血清胰岛素因子水平能够提高额叶执行功能，减缓老年人的认知下降；因此，Kuo认为BMI过高或者个体肥胖会导致认知功能的下降。除此之外，他们对肥胖影响认知功能的潜在机制还做了如下解释：1）骨肌质与认知功能具有积极关系，而BMI可以预测老年人骨肌质状态，因此，BMI可能与认知功能密切相关；2）BMI越高，心输出量和每搏输出量就会越高，因此BMI的上升可能会导致脑血流量增加，从而提高认知功能。

除了胰岛素之外，有学者还发现了多巴胺受体也能够影响肥胖与认知功能的关系。Volkow等人［23］对肥胖个体多巴胺受体与抑制控制的关系进行了探究，结果发现与正常体重相比，肥胖个体在背外侧前额叶、内侧眶、前扣带回和感觉皮质区中多巴胺D2受体含量较低，并且多巴胺受体与新陈代谢有关，因此他们认为多巴胺D2受体的增加可能会影响前额叶纹状体通路的代谢，从而导致肥胖。

此外，还有学者认为炎症是肥胖影响认知功能的潜在机制。Millera等人［24］认为肥胖会产生全身性炎症反应和过多的游离脂肪酸，而这些过多的游离脂肪酸和免疫细胞到达下丘脑区域会引起局部炎症（包括小胶质细胞增殖），这种局部发炎反应会使下丘脑突触出现重塑和神经退化，从而改变下丘脑内部电路和对大脑其他区域的输出，最终导致海马区、杏仁核等区域对认知功能和奖励处理中心的调节出现异常。

3.2 脑功能、脑结构 萎缩是指与正常大脑相比，由于各种突触密度、树突分支、神经元和神经胶质的血球容量的减少以及细胞坏死所导致的脑组织容量和皮层厚度的减少。Willette等人［25］发现所有的年龄段中肥胖都与前额灰质萎缩有关，尤其是前额叶皮层，而前额叶皮层是与认知功能相关的重要脑区，因此肥胖可能会使前额叶萎缩，从而产生认知功能障碍。

通过对上述研究的总结可以发现，肥胖主要是从生理生化和脑结构、脑功能这2个方面来影响认知功能的。其中，在生理生化方面，肥胖主要是通过胰岛素、多巴胺等激素的作用影响认知功能的，而脑结构、脑功能方面，主要是通过减少与认知功能相关脑区的体积或者功能性连接来影响认知功能的。

4 讨论与分析

从整体来看，肥胖与认知功能的关系研究结果存在差异，且具有性别之分，无年龄差异。从研究层面来看，行为学层面研究较多，脑机制层面研究较少。造成这一结果的原因，可能是由于被试、研究指标及技术手段的不同而导致的。

1）被试的性别和生理状况均有可能会影响到研究结果。年轻人的生理机能在各方面都要比老年人好，可能会缓解认知功能的损伤或肥胖带来的影响，从而使研究结果出现差异。另外，研究显示肥胖与认知功能的关系具有性别差异，故不同性别被试之间的比较，自然无法达成一致。

2）研究中肥胖指标主要有3种：BMI（人体质量指数）、WC （腰围）和WHR（腰臀比）。BMI是通过体重与身高的平方来测量的，是代表全身脂肪最简单的人体测量指标，是大规模人群流行病学研究中评价不同年龄、性别、种族等特征的人群超重及肥胖水平和变化趋势的首选指标，但是BMI并未详细地划分内脏脂肪、皮下脂肪以及脱脂质量。由于脱脂质量损失能够影响BMI，因此作为一种疾病生物标志物，BMI具有一定的局限性，尤其是老年人群体。WC是指呼气之后以肚脐为中心测得的周长，WHR则是指腰围与臀围的比值。这种测量能够更好地反映内脏肥胖，并且WHR比BMI能够更加精确地预测2型糖尿病、心血管等疾病。考虑到与新陈代谢的相关性，腰围和腰臀比也许能够更好地反映一生中肥胖与大脑健康的关系，但WHR因测量不便难以获得准确地测量结果，尤其是女性。由此可以看出3种肥胖测量指标均有优点和不足，故不同的测量指标可能是导致研究结果出现不一致的重要原因之一。

3）由肥胖与认知功能的相关性研究可以看出，由于研究技术或者实验仪器的缺乏导致脑层面的研究相对较少。这对于探究肥胖与认知功能的关系存在一定的局限性。相比于行为学研究，功能磁共振成像、运用脑电图和事件相关电位技术的运用更加能够深入地了解肥胖与认知功能之间的关系。

5 结论与建议

5.1 结论 关于肥胖与认知功能的关系，从研究对象来看，肥胖与认知功能的研究主要集中于老年人群体；从技术手段来看，行为学层面的研究较多，脑机制研究较少；从研究结果来看，肥胖与认知功能关系的研究结果存在差异，并且大部分研究表明肥胖与认知功能呈负相关关系，另外有研究表明肥胖对认知功能的影响具有性别之分，无年龄差异。关于肥胖影响认知功能的潜在机制，大多数研究表明肥胖主要通过影响胰岛素、多巴胺等生理生化指标以及减少与认知功能相关脑区的体积和功能性连接来影响认知功能的。

5.2 建议 通过对上述文献研究结果的分析，认为在探究肥胖与认知功能的相关关系时，建议在指标选择和技术手段运用方面应做到：测量肥胖指标的选择要根据研究对象和目的来确定，以提高研究结果的科学性和准确性；技术手段应与时俱进，当前是脑科学时代，在探究肥胖与认知功能的关系时，仅仅从行为学的角度进行研究是不够的。功能磁共振成像技术、脑电图以及事件相关点位技术的应用已经成为脑科学研究中的新手段，它可以帮助我们从新的角度探讨认知功能的变化，从而使研究更加深入，结果更具说服力。

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Research Progress of the Relation between Obesity and Cognitive Function

CUI Jie，LI Lin
（East China Normal University， Shanghai 200241， China）

In order to fully understand the relationship between obesity and cognitive function and its potential mechanism， this paper analyzes the papers about the relation between obesity and cognitive function in recent ten years， showing that the relation between obesity and cognitive function has no clear conclusion at present，but the majority of research show that obesity has a negative impact on cognitive function. In addition， some researchers think that the physiological and cerebral structural change caused by obesity is the major reason of decline in cognitive function such as infammation， the decrease in the level of insulin and dopamine hormones and brain atrophy.

obesity； cognitive function； executive function

G804.2

A

1004- 7662（2016）03- 0083-05

2016-03-03

崔洁，硕士研究生，研究方向：体育运动心理。通信作者：李琳。