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機(jī)體的新陳代謝不僅指身體如何處理營養(yǎng)物質(zhì)并將其轉(zhuǎn)化為可用的能量，還包括合成、修飾和細(xì)胞功能等方面的構(gòu)建，并作為細(xì)胞活動的傳感器和調(diào)節(jié)器，從而介導(dǎo)生物學(xué)過程。新陳代謝狀況與很多疾病有關(guān)，包括那些隨著年齡增長而普遍發(fā)生的疾病和代謝失調(diào)。 其中，身體活動的能量需求是疊加在一個巨大的綜合機(jī)制上的，生命的所有基本任務(wù)，從發(fā)育、繁殖到機(jī)體維持和運(yùn)動等，都需要能量。每日總能量消耗對于理解日常營養(yǎng)需求和身體在各種活動中的消耗都至關(guān)重要。然而，我們對人類能量總開支以及它在生命周期中的動態(tài)變化卻知之甚少。 前期大多數(shù)的研究對人類能量消耗的分析僅限于基礎(chǔ)支出或者是從基礎(chǔ)支出和日常身體活動中估算出的總支出，存在很大的不準(zhǔn)確性。自 20 世紀(jì) 80 年代「雙標(biāo)水」這一技術(shù)方法誕生以來，就被科學(xué)家用于人體能量消耗的測量，它通過收集尿液并分析尿液中標(biāo)記物的豐度值變化來了解機(jī)體的能量代謝情況。因其準(zhǔn)確度和精準(zhǔn)性，該技術(shù)被認(rèn)為是在實驗室之外，測量自由活動狀態(tài)下的日常能量消耗的「金標(biāo)準(zhǔn)」。

2021 年 8 月 13 日，中國科學(xué)院深圳理工大學(xué)（籌）藥學(xué)院講席教授、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)藥所能量代謝與生殖研究中心首席科學(xué)家 John R. Speakman 團(tuán)隊聯(lián)合杜克大學(xué)進(jìn)化人類學(xué)副教授Herman Pontzer 團(tuán)隊等 65 個單位聯(lián)手合作，在國際頂級期刊Science 在線發(fā)表題為 Daily energy expenditure through the human life course 的研究論文。

該研究通過雙標(biāo)水法測量了 8 天至 95 歲的 6000 多名男性和女性的能量代謝數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，嬰兒的代謝率最高，之后存在很長一段時間的穩(wěn)定期，60 歲以后人的代謝才真正開始出現(xiàn)下坡，而經(jīng)常被提及的「中年發(fā)福」，其罪魁禍?zhǔn)撞⒎谴x降低。

圖片來源：Science

主要研究內(nèi)容

總的來說，這項研究系統(tǒng)分析了年齡、身體組成和性別對總能量支出的影響，納入了來自 29 個國家，共計 6421 名的受試者，年齡跨度為 8 天至 95 歲。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，能量總支出和基礎(chǔ)支出均隨非脂肪質(zhì)量（fat-free mass, FFM）呈冪律增長。

通過線性模型和分段回歸分析，研究人員發(fā)現(xiàn)在整個生命周期中能量總支出和基礎(chǔ)支出的四個不同階段：

第一階段為新生兒。出生第一個月的新生兒的能量消耗與成人相似，能量總支出和基礎(chǔ)支出在第一年都迅速增長，反映了其對能量需求的迅速增加，到一歲時，嬰兒單位體重消耗的卡路里可以達(dá)到比成人高 50% 的代謝率。

第二階段是青少年階段。在整個兒童期和青春期，隨著非脂肪質(zhì)量的增加，總支出和基礎(chǔ)支出繼續(xù)增加。其代謝率會以每年約 3% 的速度減緩直到 20 歲左右，隨后便穩(wěn)定下來。盡管青少年時期身體發(fā)生劇烈變化，比如身高的增長，但數(shù)據(jù)表明，青少年每天的能量需求似乎并未有任何增加。在 1～20 歲的多元回歸中，男性的能量代謝均比女性要高，但是性別對能量支出隨年齡的下降速度并沒有明顯的影響。

圖片來源：Science

第三個階段是成年期，即從 20 歲到 60 歲。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這一時期的代謝率和能量消耗是最穩(wěn)定的。即使在懷孕期間，隨著嬰兒的成長，孕期女性的能量需求也僅僅是隨著體重增加而增加，其自身的能量需求并沒有大幅上升。這也就是說 30 歲以后身體各項機(jī)能的下降和體型改變，比如腰圍變粗，體重增加等，這些并不是由于機(jī)體代謝發(fā)生變化引起的。

第四階段為老年時期。研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)體代謝真正開始下降是在 60 歲時，這個時期的能量總支出和基礎(chǔ)支出開始下降，非脂肪質(zhì)量和脂肪量也開始下降，具體來說，是每年以 0.7% 的速度緩慢下降。但老年人需要消耗的能量也較少，比如說對于 90 歲以上的受試者，能量總支出比中年成年人低約 26%。

圖片來源：Science

通過上述的分析結(jié)果，研究人員還提供了從嬰兒期到老年的能量總支出和基礎(chǔ)支出的預(yù)測方程，以揭示生命過程中的主要代謝變化：

嬰兒在出生后的前 12 個月里，對能量的需求會迅速增加，并在 1 歲時達(dá)到峰值；

隨后逐漸下降，在 20 歲左右達(dá)到成人水平，在這一生命階段增加的能量支出可能反映了機(jī)體生長和發(fā)育的代謝需求；

成年期調(diào)整后的代謝則非常穩(wěn)定，即使在懷孕和產(chǎn)后，自身的能量需求并沒有大幅上升；

真正出現(xiàn)下坡是在老年時期，此時代謝率的下降可能會使得體重增加，進(jìn)而增加患各種代謝性疾病的風(fēng)險。

圖片來源：Science

研究總結(jié)

綜上所述，這項由 60 余團(tuán)隊參與的大規(guī)模國際合作，研究樣本覆蓋從剛出生后 1 周的嬰兒到 95 歲老人，涵蓋了近乎全部年齡分層，通過系統(tǒng)分析了人體代謝規(guī)律的「高峰」與「低谷」，首次揭示了全生命周期的代謝規(guī)律。

這一成果也顛覆了以往人們對代謝的認(rèn)知，比如我們所認(rèn)為的青春期才是高代謝時期，其實嬰兒期才是；以及普遍認(rèn)為代謝率下降是「中年發(fā)福」的原因，但研究揭示總能量消耗在約 60 歲左右才開始下降。同時，研究結(jié)果也提醒我們可能需要重新審視發(fā)育階段和衰老階段的能量需求和營養(yǎng)策略。

此外，這也為研究與代謝率密切相關(guān)的疾病、藥物活性和愈合過程的動力學(xué)提供了一個重要資源數(shù)據(jù)，所以說，闡明生命過程和個體間變異的潛在代謝變化過程可能有助于揭示代謝變化在健康和疾病中的作用。

圖片來源：Science

Science 雜志同期刊發(fā)的來自威斯康星大學(xué)麥迪遜分校 Rozalyn M. Anderson 等學(xué)者的觀點文章做出了這樣的評價：該項研究為人類新陳代謝的研究提供了重要的新見解，多團(tuán)隊杰出的協(xié)作和數(shù)據(jù)共享精神，讓這項具備了空前規(guī)模和范圍的研究成為可能。

圖片來源：Science

本研究通訊作者 John R. Speakman 教授表示：「該研究可以對能量需求進(jìn)行估計，幫助人們更準(zhǔn)確地計算出他們需要吃多少食物，既能保證營養(yǎng)，又能避免體重增加。目前我們正在與一家在線提供膳食建議的中國公司建立聯(lián)系，以實現(xiàn)更加合理的膳食管理。」

同時，作為國際原子能機(jī)構(gòu)「雙標(biāo)水」數(shù)據(jù)庫項目的主要負(fù)責(zé)人，John R. Speakman 還提到：「針對龐大的數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和管理是最困難的部分，我們設(shè)計了一個新的方法，將不同實驗室以不同方式分析的數(shù)據(jù)，最終轉(zhuǎn)換為通用方法，回答了單個研究團(tuán)隊無法回答的問題。通過匯集和分析整個生命周期的能量消耗的數(shù)據(jù)，觀察人體的代謝規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了這些令人驚喜的現(xiàn)象。」