科學家首次繪製出能量代謝人生“全景圖”

人一生的能量消耗有怎樣的規律？不同時期又有什麼樣的特點呢？| 圖源：pixabay。com

撰文 | 計永勝

責編 | 劉楚

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生命的維持以及生物機體的各類活動均需要能量支撐。生物透過攝取營養物質，將其進行一系列代謝後轉化為能量；而代謝失調或紊亂會引發一系列健康問題

（例如糖尿病）

。因此，瞭解不斷階段每天的能量消耗可以從側面明確每天的營養需求，為個體健康保駕護航。

從生長髮育角度來說，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。

那麼，

人一生的能量消耗有怎樣的規律？不同時期又有什麼樣的特點呢？

科學家對此有很多探索，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模。因此，解決上述問題就需要分工與協作，最後將資料整合分析。

國際原子能機構雙標記水資料庫聯盟

（IAEA DLW Database Consortium）

就是這樣一個組織。該組織的管理團隊成員來自杜克大學、洛約拉大學醫學中心、筑波大學、威斯康星大學、貝勒醫學院和馬斯特裡赫特大學等，主席由阿伯丁大學教授 John R。 Speakman

（同時就職於中科院深圳先進技術研究院）

擔任。

來自世界各國的科研團隊可以向上述資料庫提交透過 “

雙標記水法

（DLW）

” 測得的人群每日能耗資料。迄今為止，國際原子能機構雙標記水資料庫已經獲得了全球20多個國家超6500人的能耗資料。

2021年8月13日，國際原子能機構雙標記水資料庫聯盟在《科學》雜誌發表了他們對來自29個國家的6421人規模的每日能耗分析結果，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徵的能量消耗稱為

基礎能量消耗

（基礎代謝，Basal energy expenditure，BEE）

，也就是一個人啥也不想啥也不動安靜狀態下消耗的能量；如果把個體運動、學習等活動消耗能量加進去，就稱之為

總能量消耗

（Total energy expenditure，TEE）

。從比例上講，基礎能量消耗約佔總能量消耗的50%-70%。

體型對代謝率的影響已經被討論和探索了幾十年，該研究分析所得的第一個結果並不出大家所料：

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。這裡的體重指去脂體重

（Fat Free Mass，FFM）

，也稱瘦體重，更能反映人體的體質和運能能力。

研究得出單日總能量消耗（TEE）和體重（FFM）的關係 | 圖源［1］

人們更想知道的事人體隨著年齡變化能量消耗的變化規律，因此，研究人員透過設計一系列統計模型將體重這個因素進行了調整 “固定”，從而使年齡成為單一影響因子。同時，研究人員比較了實際能耗和 “預期” 能耗

（Expected value）

之間的差值，將其定義為

“調整” 能耗

（Adjusted expenditure）

，以百分數表示。如果實際測的能耗與相應體重下的統計模型預測能耗一致，則為100%；如果超出20%，則記為120%。

透過進一步分析，研究人員發現：

人體一生的能量消耗主要分為4個階段：

1

出生到1歲的嬰幼兒期。

這一時期人體總的能量消耗和基礎能量消耗均顯著上升，分界點出現在0。7歲。

2

1歲到20歲的青少年時期。

這時期人體總能耗和基礎能耗的絕對值仍然在上升，男性的能耗要高於女性。雖然此時段的 “調整” 能耗仍大於100%，即實測能耗值高於 “預期值”，但隨著年齡增長，實測值在逐漸向 “預期值” 靠攏，並在20歲左右與 “預期值” 持平，時間拐點出現在20。5歲。這也反映出人體在生長髮育期對能量的旺盛需求。

3

20歲到60歲的壯年時期。

這段時間人體的總能耗和基礎能耗均呈穩定狀態，並且與 “預期值” 基本一致。“調整” 總能耗的下降時間節點為63歲，而 “調整” 基礎能耗的下降拐點稍微提前，46。5歲。作者指出，造成年齡差異的原因是45歲到65歲階段參與基礎能耗測定的人比較少。

4

60歲以上時期。

這時期人體的總能耗和基礎能耗均開始下滑，逐漸低於 “預期值”。

研究分析得出的人體能耗隨年齡變化曲線圖 | 圖源［1］

研究得出結論：以年齡作為參照點，人一生的能耗並不是 “簡單地” 隨著年齡的增長而增加。

換句話說，理想狀態下，絕對能耗隨體重增加而上升，體重隨年齡增加，相應的絕對能耗和年齡正相關；但從相對能耗，或者從 “調整” 能耗角度來講，20歲之前比較高

（大於100%）

，這個階段也正是長身體的時候，而20歲到60歲階段的 “調整” 能耗就平穩了，60歲以後開始下降。

這與此前人們普遍認為的 “人到中年、代謝下降” 的觀念相悖。

研究分析得出的人一生能量代謝曲線圖 | 圖源［2］

研究人員透過資料整合為我們繪製了人的一生的能量代謝 “全景圖”。透過這張圖，我們可以更好地瞭解自身的代謝規律，透過調整飲食、增加運動等途徑來避免一些健康問題

（比如肥胖）

。同時，這項研究也提示，在進行疾病發病機制的基礎研究時，也應該把

動物的 “年齡”

考慮進去，畢竟不同年齡段的動物的代謝水平可能也存在差異。

威斯康星大學醫學與公共衛生學院教授 Timothy W。 Rhoads 在同期《科學》雜誌發表了評論文章《

Taking the long view on metabolism

<長遠眼光看代謝>》

［2］

。

評論提及了該研究涉及的大佇列資料分析的難度。相比原先的間接測熱法

（indirect calorimetry）

，近年來雙標記水法

（DLW）

被廣泛應用於人體能耗變化，但是由於成本高昂，大多數設研究被限制在相對較小的佇列中，但該研究團體透過承諾共享資料庫開發綜合方法，最終得以進行大佇列資料分析。

Timothy W。 Rhoads 寫道，研究表明，

研究人員在選擇疾病模型時，需要仔細考慮生命階段影響因素

，特別是對於年齡相關疾病的病因學研究尤為重要。

“在幼年正在成長的動物模型容易弄清楚的訊號通路或影響因素可能在老年動物體內不敏感，甚至沒反應。年幼動物模型不能真實反映老年動物的體內環境。”

參考文獻

［1］ Herman Pontzer， Yosuke Yamada， Hiroyuki Sagayama， et al。 Daily energy expenditure through the human life course。 Science。 2021。 DOI： 10。1126/science。abe5017

［2］ Timothy W。 Rhoads and Rozalyn M。 Anderson。 Taking the long view on metabolism。 Science。 2021。 10。1126/science。abl4537