科学网—肠道菌群对食物能量摄入的影响非常大
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2026-6-14 07:13
| 系统分类: 海外观察
DAMM模型结合人体消化过程与肠道菌群活动，能够更精准地测算人体实际从食物中吸收的热量。该模型的表现优于传统计算方法，同时揭示了高膳食纤维饮食与西式饮食之间存在的显著差异。
研究人员研发出一款新型模型，突破了传统热量计算的局限，将肠道微生物在消化过程中发挥的作用纳入考量。
食品标签上的热量标注看似简单直观。每份食物的热量数值，是根据其脂肪、碳水化合物和蛋白质含量计算得出的。
但实际上，人体的消化过程远比这复杂。食物进入人体后，会与肠道内数万亿微生物发生相互作用，而这些微生物会最终影响人体吸收的热量总量。
亚利桑那州立大学的研究团队开发出一款名为 DAMM的数学模型，全称是消化、吸收与微生物代谢模型。该模型可以完整还原整个消化过程：追踪食物在消化道内的运转轨迹，测算人体吸收的营养量、抵达结肠的食物残渣量，以及肠道微生物如何将剩余物质转化为可被人体吸收或直接排出体外的产物。
研究人员表示，借助该模型，人们能更深入地理解肥胖、糖尿病及其他代谢类疾病，明晰不同饮食模式对人体和结肠菌群的双重影响。
肠道微生物：改写热量计算规则
经过进一步优化， DAMM模型有望帮助医护人员制定更具个性化的营养方案。
罗莎 ·克拉伊马尔尼克-布朗教授表示：“消化并非单纯依靠人体自身完成，而是人体与肠道内数万亿微生物协同作用的结果。DAMM为我们提供了一种全新的有效手段，能够量化这些微生物伙伴对人体健康和能量平衡的影响，也让我们意识到合理喂养肠道菌群的重要性。”
本文第一作者泰勒 ·戴维斯是亚利桑那州立大学在读科研助理。
克拉伊马尔尼克 -布朗教授现任生物设计微生物组健康研究中心负责人，同时任职于该校可持续工程与建筑环境学院。
该研究团队成员还包括布鲁斯 ·里特曼教授。他是生物设计斯韦特环境生物技术中心主任、亚利桑那州立大学环境工程学荣休教授。此项研究由该团队与美国佛罗里达州奥兰多市艾德文健康转化医学研究所合作完成。
全新消化模拟工具： DAMM模型问世
该研究成果已发表于《公共科学图书馆 ·综合》期刊。
百余年来，科学界一直使用阿特沃特系数估算人体从食物中获取的能量。这种方法会将食物中蛋白质、碳水化合物、脂肪的含量，分别乘以各类营养素的平均可代谢能量值，最终算出总热量。
该方法应用广泛，却忽略了肠道微生物的作用，无法体现不同饮食对菌群活性的影响，也不能反映微生物如何在结肠中将膳食纤维及其他未被消化的物质转化为短链脂肪酸等产物。
本次研究依托一项对照饮食试验展开，该试验此前已探究过肠道微生物组对人体能量平衡的影响。肠道微生物组，指分布在整个消化道内的细菌及其他微生物群落。
高膳食纤维饮食为何会影响热量吸收
在这项对照试验中，健康受试者被分为两组，分别食用两种精心搭配的膳食。第一组为促菌群健康饮食，富含膳食纤维和抗性淀粉，以加工程度低、食物颗粒完整的食材为主；第二组则采用典型西式饮食，膳食纤维与抗性淀粉含量偏低，多为精加工食品，食材颗粒细碎。
结果显示，食用西式饮食的受试者，每日比高纤饮食组多吸收约 116千卡热量，而高纤组受试者并未出现饥饿感加剧的情况。
布鲁斯 ·里特曼教授说道：“DAMM模型的独特之处在于，它能够将人体代谢与结肠微生物代谢进行量化关联，计算结果与临床试验数据高度吻合，也为解析菌群与人体宿主的协同运作机制提供了基础理论依据。”
该模型首先将饮食拆解为蛋白质、碳水化合物、脂肪三大组分，测算这些营养物质在上消化道中被人体吸收的可用能量。
随后，模型继续追踪未被消化的食物残渣进入结肠的过程：肠道微生物会分解这些残余物质，生成可被人体吸收、充当额外能量来源的短链脂肪酸。同时，模型还纳入了产甲烷菌产生甲烷的代谢过程。
DAMM 如何追踪人体与微生物的代谢活动
微生物代谢贡献了相当一部分人体总能量。模型测算数据显示，人体平均每日从结肠吸收的短链脂肪酸约提供 140千卡热量，占每日总可用能量的7.4%左右。其中，85%的可用能量来自上消化道，剩余15%则来自下消化道，而肠道微生物在下消化道中起到主导作用。
研究人员将 DAMM模型的测算结果与对照饮食试验数据对比后发现，它对热量吸收量的估算精度远超传统的阿特沃特系数法。传统方法往往会低估人体实际吸收的热量，而DAMM的计算结果与实测值更为接近。
模型还清晰展现了高纤饮食与低纤饮食的核心差异：促菌群健康饮食会将更多可发酵物质运送至结肠，为肠道微生物提供充足 “原料”，进而促进短链脂肪酸生成。
短链脂肪酸与热量吸收
DAMM模型测算得出，促菌群健康饮食模式下，人体产生的短链脂肪酸更多，这也与临床试验结果一致——研究人员在受试者的血清和粪便样本中，检测到了更高浓度的短链脂肪酸。
短链脂肪酸并非单纯的消化副产物。当肠道微生物发酵膳食纤维及其他未被提前吸收的食物成分时，就会生成这类物质，其中一部分会被人体吸收，补充能量供给。
不过，短链脂肪酸只是热量代谢体系中的一环。即便高纤饮食能提升菌群活性、增加短链脂肪酸产量，人体从这类饮食中吸收的总热量依然更低。
DAMM模型可以清晰区分整个代谢流程：人体直接吸收的营养、肠道微生物合成的物质，以及最终被吸收或排出体外的成分。
泰勒 ·戴维斯表示：“DAMM不只是一款饮食分析工具，更是一个可持续优化的研究框架。随着我们不断探索饮食、代谢与微生物之间的相互作用，新的研究结论都可以融入模型当中，让它和我们的认知一同发展进步。”
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