DAMM模型结合了人类消化和肠道微生物组活动，以更好地估计人们实际从食物中吸收的卡路里数量。该模型的表现优于传统方法，并揭示了高纤维饮食和西方饮食之间的重要差异。图片来源：Shutterstock
研究人员创建了一个模型，该模型超越了传统的卡路里计算方法，将肠道微生物在消化过程中的作用纳入考量。
食品标签上的卡路里计数看起来很简单。每份列出的数字是根据食物的脂肪、碳水化合物和蛋白质含量计算得出的。
实际上，消化过程要复杂得多。当食物通过人体时，它会与肠道中的数万亿微生物相互作用，这些微生物会影响最终吸收的卡路里数量。
亚利桑那州立大学的研究人员开发了一种名为DAMM的数学模型，DAMM是消化、吸收和微生物代谢（Digestion, Absorption, and Microbial Metabolism）的缩写，以更好地捕捉这一过程。该模型跟踪食物在消化系统中的移动，估计被人体吸收的部分、到达结肠的部分，以及肠道微生物如何将剩余物质转化为被吸收或排出的物质。
研究人员表示，该模型可以通过揭示不同饮食如何影响人体和生活在结肠中的微生物群落，从而改善对肥胖、糖尿病和其他代谢紊乱的理解。
肠道微生物改变了卡路里方程式
随着进一步发展，DAMM可以帮助医疗保健提供者创建更加个性化的营养计划。
"消化不仅仅是人类的过程——它是我们的身体与生活在肠道中的数万亿微生物之间的合作，"罗莎·克拉伊马尔尼克-布朗教授说。"DAMM为我们提供了一种强大的新方法，可以量化这些微生物伙伴如何促进人类健康和能量平衡，同时也指出了正确喂养我们肠道微生物的重要性。"
泰勒·戴维斯是亚利桑那州立大学的研究生研究助理。图片来源：亚利桑那州立大学生物设计研究所
克拉伊马尔尼克-布朗指导通过微生物组促进健康的生物设计中心，并且是亚利桑那州立大学可持续工程与建筑环境学院的教授。
研究团队还包括环境生物技术生物设计斯韦特中心主任、亚利桑那州立大学环境工程特聘教授布鲁斯·里特曼，以及主要作者、研究生研究助理泰勒·戴维斯。该项目是与佛罗里达州奥兰多的AdventHealth转化研究所合作进行的。
介绍DAMM：一种新的消化建模工具
研究结果发表在《PLOS ONE》上。
100多年来，科学家一直使用阿特沃特因子来估计人们从食物中获取的能量。该方法通过将蛋白质、碳水化合物和脂肪的含量乘以它们的平均可代谢能量值来计算卡路里。
尽管被广泛使用，但这种方法没有考虑肠道微生物的作用。它无法捕捉不同饮食如何影响微生物活动，也无法捕捉微生物如何将纤维和其他未消化的物质转化为结肠中的短链脂肪酸等化合物。
这项新工作建立在一项探索肠道微生物组在人体能量平衡中作用的控制喂养研究基础上。肠道微生物组由生活在整个消化道中的细菌和其他微生物组成。
为什么高纤维饮食会影响能量吸收
在这项研究中，健康成年人遵循两种精心设计的饮食中的一种。一种是富含纤维和抗性淀粉的微生物组增强饮食（较少加工食品和颗粒较大的食物）。另一种反映了更典型的西方饮食，这些成分的水平较低（更多加工食品和较小的颗粒大小）。食用西方饮食的参与者每天比高纤维饮食组多吸收约116卡路里，尽管高纤维组报告没有增加饥饿感。
布鲁斯·里特曼指导环境生物技术生物设计斯韦特中心。图片来源：亚利桑那州立大学生物设计研究所
"DAMM模型真正独特之处在于，它以符合临床研究结果的方式，定量地将人类代谢与结肠中微生物的代谢联系起来，并提供了关于微生物群落如何与人类宿主合作的基本见解，"里特曼说。
该模型首先将饮食分解为其蛋白质、碳水化合物和脂肪成分。然后估计这些营养物质在上消化道中吸收的可用能量。
DAMM接下来追踪剩余物质进入结肠，肠道微生物在那里分解早期消化中逃逸的食物。这个过程产生可以被吸收并用作额外能量来源的短链脂肪酸。该模型还包括称为产甲烷菌的微生物产生的甲烷。
DAMM如何跟踪人类和微生物代谢
微生物活动对总能量有重要意义。根据该模型，从结肠吸收的短链脂肪酸平均每天提供约140卡路里，约占总可用能量的7.4%。大约85%的可用能量来自上胃肠道，而剩余的15%来自微生物起主要作用的下胃肠道。
当研究人员将DAMM与控制饮食研究的数据进行比较时，该模型估计的卡路里吸收比传统的阿特沃特方法更准确。标准方法往往低估了吸收的卡路里，而DAMM更接近测量结果。
该模型还确定了高纤维和低纤维饮食之间的重要差异。微生物组增强饮食向结肠输送了更多的可发酵物质，为微生物提供了额外的燃料来产生短链脂肪酸。
短链脂肪酸与卡路里吸收
DAMM预测微生物组增强饮食会产生更多的短链脂肪酸，这与临床研究中观察到的模式相匹配，在该研究中，血液血清和粪便样本中检测到更高水平的这些化合物。
短链脂肪酸不仅仅是消化的副产品。当肠道微生物发酵早期吸收中逃逸的纤维和其他食物成分时，会产生这些脂肪酸。其中一些脂肪酸然后被人体吸收并为其能量供应做出贡献。尽管如此，它们仅代表整体卡路里方程式的一部分。尽管微生物组增强饮食增加了微生物活性和短链脂肪酸的产生，但总体上仍然导致吸收的卡路里减少。
DAMM允许研究人员分离这些过程，区分身体直接吸收的部分、肠道微生物产生的部分以及最终被吸收或排出的部分。
"DAMM模型不仅仅是一个用于表征饮食的工具，"戴维斯说。"它是一个设计用于发展的框架。当我们发现更多关于饮食、代谢和微生物如何相互作用的信息时，新的见解可以被纳入模型中，使其随着我们的学习而发展。"
参考文献："使用消化、吸收和微生物代谢（DAMM）模型模拟微生物对人类能量平衡的贡献"，作者：泰勒·L·戴维斯、布莱克·迪克斯、埃尔维斯·A·卡雷尼奥、凯伦·D·科宾、史蒂文·R·史密斯、安德鲁·马库斯、罗莎·克拉伊马尔尼克-布朗和布鲁斯·E·里特曼，2026年5月27日，《PLOS ONE》。DOI: 10.1371/journal.pone.0347668
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