近日，美国亚利桑那州立大学的研究人员开发出一种新的数学模型，深入探究了消化过程中这一隐秘环节。该模型名为DAMM，全称是消化、吸收与微生物代谢模型。它可以追踪食物在消化道内的行进过程，测算人体直接吸收的营养物质、抵达结肠的物质，以及肠道微生物如何将剩余物质分解为可被人体吸收或排出体外的产物。
5月27日，相关成果发表在《公共科学图书馆—综合》上。该模型有望帮助研究人员进一步探究肥胖、糖尿病及其他代谢类疾病，解析不同饮食对人体及结肠内微生物群落产生的影响。
图片来源：Pexels随着相关研究不断推进，这一模型或将成为医护人员为患者制定个性化饮食方案的工具。
美国亚利桑那州立大学教授Rosa Krajmalnik-Brown表示：“消化并非单纯由人体完成，而是我们的身体与肠道内数万亿微生物共同协作的结果。DAMM模型为我们提供了一种全新的有效方式，可量化这些微生物伙伴对人体健康和能量平衡起到的作用，同时也让我们意识到合理喂养肠道微生物的重要性。”
在对照实验中，健康受试者分别食用两种经过精心搭配的饮食：一种是微生物优化饮食，富含膳食纤维和抗性淀粉，以加工程度低、食材颗粒完整的食物为主；另一种是典型的西式饮食，膳食纤维与抗性淀粉含量较低，多为精加工食品，食材颗粒细小。结果显示，食用西式饮食的受试者每日比食用高纤维饮食的受试者多吸收约116千卡热量，但高纤维饮食组的受试者并未产生更强的饥饿感。
“DAMM 模型的独特之处在于，它能够将人体代谢与结肠内微生物的代谢进行量化关联，计算结果与临床实验数据相吻合，同时也为我们理解微生物群落与人体宿主的协作机制提供了基础依据。”Krajmalnik-Brown说。
微生物带来的热量贡献不容小觑。模型测算得出，人体每日从结肠吸收的短链脂肪酸平均可提供约140千卡热量，约占人体总可用能量的7.4%。人体约85%的可用能量来自上消化道，剩余约15%来自以微生物活动为主的下消化道。
研究人员将DAMM模型的测算结果与对照饮食实验数据进行比对后发现，相较于传统计算法，该模型对人体实际吸收热量的估算结果更为精准。传统方法往往会低估人体吸收的热量，而DAMM模型的测算值与实验实测数据更为接近。
该模型还能清晰体现高纤维饮食与低纤维饮食带来的显著差异。微生物优化饮食会将更多可发酵物质输送至结肠，供微生物转化为短链脂肪酸。
DAMM模型预测，食用该类饮食时，人体产生的短链脂肪酸更多，这一规律也与临床实验结果一致。实验中，受试者的血清和粪便检测均显示短链脂肪酸水平更高。
研究人员表示，DAMM模型不只是一种饮食分析工具，更是一套可持续优化的研究框架。随着我们对饮食、代谢与微生物之间相互作用的认知不断加深，新的研究结论可以持续融入模型，让它伴随研究一同完善发展。
相关论文信息：https://doi.org/10.1371/journal.pone.0347668
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