科學(xué)家首次繪制出能量代謝人生 “全景圖”
撰文 | 計(jì)永勝
責(zé)編 | 劉楚
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生命的維持以及生物機(jī)體的各類活動均需要能量支撐。生物通過攝取營養(yǎng)物質(zhì)，將其進(jìn)行一系列代謝后轉(zhuǎn)化為能量；而代謝失調(diào)或紊亂會引發(fā)一系列健康問題（例如糖尿?。?/span>。因此，了解不斷階段每天的能量消耗可以從側(cè)面明確每天的營養(yǎng)需求，為個體健康保駕護(hù)航。
從生長發(fā)育角度來說，人都是從呱呱墜地的嬰兒走向步路蹣跚的老人，但人生各個階段對能量的需求卻是不一樣的。
那么，人一生的能量消耗有怎樣的規(guī)律？不同時期又有什么樣的特點(diǎn)呢？
科學(xué)家對此有很多探索，但從研究手段上來說，研究人員不太可能連續(xù)跟蹤一個人一生每天的能量消耗，更不要提涉及成百上千人的研究規(guī)模。因此，解決上述問題就需要分工與協(xié)作，最后將數(shù)據(jù)整合分析。
國際原子能機(jī)構(gòu)雙標(biāo)記水?dāng)?shù)據(jù)庫聯(lián)盟（IAEA DLW Database Consortium）就是這樣一個組織。該組織的管理團(tuán)隊(duì)成員來自杜克大學(xué)、洛約拉大學(xué)醫(yī)學(xué)中心、筑波大學(xué)、威斯康星大學(xué)、貝勒醫(yī)學(xué)院和馬斯特里赫特大學(xué)等，主席由阿伯丁大學(xué)教授 John R. Speakman（同時就職于中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院）擔(dān)任。
來自世界各國的科研團(tuán)隊(duì)可以向上述數(shù)據(jù)庫提交通過 “雙標(biāo)記水法（DLW）” 測得的人群每日能耗數(shù)據(jù)。迄今為止，國際原子能機(jī)構(gòu)雙標(biāo)記水?dāng)?shù)據(jù)庫已經(jīng)獲得了全球20多個國家超6500人的能耗數(shù)據(jù)。
2021年8月13日，國際原子能機(jī)構(gòu)雙標(biāo)記水?dāng)?shù)據(jù)庫聯(lián)盟在《科學(xué)》雜志發(fā)表了他們對來自29個國家的6421人規(guī)模的每日能耗分析結(jié)果，年齡跨度從出生8天到95歲 [1]。
我們把維持生命個體基本生理功能和生命特征的能量消耗稱為基礎(chǔ)能量消耗（基礎(chǔ)代謝，Basal energy expenditure，BEE），也就是一個人啥也不想啥也不動安靜狀態(tài)下消耗的能量；如果把個體運(yùn)動、學(xué)習(xí)等活動消耗能量加進(jìn)去，就稱之為總能量消耗（Total energy expenditure，TEE）。從比例上講，基礎(chǔ)能量消耗約占總能量消耗的50%-70%。
體型對代謝率的影響已經(jīng)被討論和探索了幾十年，該研究分析所得的第一個結(jié)果并不出大家所料：人體的單日總能耗隨著體重增加而增加，也就是體重越重的人需要的能量就越多。這里的體重指去脂體重（Fat Free Mass，F(xiàn)FM），也稱瘦體重，更能反映人體的體質(zhì)和運(yùn)能能力。
人們更想知道的事人體隨著年齡變化能量消耗的變化規(guī)律，因此，研究人員通過設(shè)計(jì)一系列統(tǒng)計(jì)模型將體重這個因素進(jìn)行了調(diào)整 “固定”，從而使年齡成為單一影響因子。同時，研究人員比較了實(shí)際能耗和 “預(yù)期” 能耗（Expected value）之間的差值，將其定義為 “調(diào)整” 能耗（Adjusted expenditure），以百分?jǐn)?shù)表示。如果實(shí)際測的能耗與相應(yīng)體重下的統(tǒng)計(jì)模型預(yù)測能耗一致，則為100%；如果超出20%，則記為120%。
通過進(jìn)一步分析，研究人員發(fā)現(xiàn)：人體一生的能量消耗主要分為4個階段：
研究得出結(jié)論：以年齡作為參照點(diǎn)，人一生的能耗并不是 “簡單地” 隨著年齡的增長而增加。
換句話說，理想狀態(tài)下，絕對能耗隨體重增加而上升，體重隨年齡增加，相應(yīng)的絕對能耗和年齡正相關(guān)；但從相對能耗，或者從 “調(diào)整” 能耗角度來講，20歲之前比較高（大于100%），這個階段也正是長身體的時候，而20歲到60歲階段的 “調(diào)整” 能耗就平穩(wěn)了，60歲以后開始下降。這與此前人們普遍認(rèn)為的 “人到中年、代謝下降” 的觀念相悖。
研究人員通過數(shù)據(jù)整合為我們繪制了人的一生的能量代謝 “全景圖”。通過這張圖，我們可以更好地了解自身的代謝規(guī)律，通過調(diào)整飲食、增加運(yùn)動等途徑來避免一些健康問題（比如肥胖）。同時，這項(xiàng)研究也提示，在進(jìn)行疾病發(fā)病機(jī)制的基礎(chǔ)研究時，也應(yīng)該把動物的 “年齡” 考慮進(jìn)去，畢竟不同年齡段的動物的代謝水平可能也存在差異。
威斯康星大學(xué)醫(yī)學(xué)與公共衛(wèi)生學(xué)院教授 Timothy W. Rhoads 在同期《科學(xué)》雜志發(fā)表了評論文章《Taking the long view on metabolism <長遠(yuǎn)眼光看代謝>》[2]。
評論提及了該研究涉及的大隊(duì)列數(shù)據(jù)分析的難度。相比原先的間接測熱法（indirect calorimetry），近年來雙標(biāo)記水法（DLW）被廣泛應(yīng)用于人體能耗變化，但是由于成本高昂，大多數(shù)設(shè)研究被限制在相對較小的隊(duì)列中，但該研究團(tuán)體通過承諾共享數(shù)據(jù)庫開發(fā)綜合方法，最終得以進(jìn)行大隊(duì)列數(shù)據(jù)分析。
Timothy W. Rhoads 寫道，研究表明，研究人員在選擇疾病模型時，需要仔細(xì)考慮生命階段影響因素，特別是對于年齡相關(guān)疾病的病因?qū)W研究尤為重要。
“在幼年正在成長的動物模型容易弄清楚的信號通路或影響因素可能在老年動物體內(nèi)不敏感，甚至沒反應(yīng)。年幼動物模型不能真實(shí)反映老年動物的體內(nèi)環(huán)境?！?nbsp;
參考文獻(xiàn)
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