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绪论
自从有了人类,便与食物结下了不解之缘。为了生存、繁衍和劳动,人类必须每日从外界摄取食物和水,所以便有了人类对饮食营养的探索、对生命本源和健康之真的追求。营养科学在人类生存中应运而生、发展应用,极大地促进了健康、长寿和社会生产力的发展,成为人类进步和文明的标志。
在浩瀚的自然科学中,营养科学(或营养学)与生理学、生物化学、生物学和食品科学有着广泛的联系与交叉。在漫长的科学和生活实践中,人类对营养的认识逐渐由模糊变得清晰、由感性上升到理性。19世纪是科学大发展的时期,科学史上的三大发现能量守恒定律、生物进化论、定量分析生命体组成(生物化学)为营养学的正式启动和发展打下良好基础,终于在20世纪初成为一门独立的学科。今天,营养学作为生命科学门类中的一个分支学科,在人类生活和科学技术的方方面面正起着越来越大的作用。
一、营养科学及其研究范畴
健康长寿一直是人类的追求和希望,因此,对饮食营养的研究和探讨从很早就开始。营养从中文字义上讲,“营”的含义是谋求,“养”的含义是养生,营养就是谋求养生。百年发展,营养科学已经从食物化学分析、细胞、动物等研究,扩展到临床营养、流行病学调查、行为改变等。营养科学属于自然科学范畴,也带有社会学的特征,具有较强的实践性。
(一)营养学概念和发展
简单地说,营养科学(nutrition science)是研究食物、膳食与人体健康关系的科学。营养(nutrition)是人体从外界环境摄取食物,经过消化、吸收和代谢,利用其有益物质,供给能量,构成和更新身体组织,以及调节生理功能的全过程。正是如此,营养学把食物成分区分为营养素和其他成分,营养素是指为维持机体繁殖、生长发育和生存等一切生命活动和过程,需要从外界环境中摄取的物质。营养科学的目的是为给予当代和后代更好发挥人类潜能、以最好的健康状态发展繁衍,维持和享受人类生活和物质上日益多样化以及保持可持续发展的环境做出贡献。
据词源字典(Etymology Dictionary)记载,早期营养一词出自15世纪,法国文献记载,营养是从拉丁语“滋补”而来,用来描述食物营养物质的滋补作用“from nūtrīre to nourish”。在经典的英国大不列颠词典、美国传统科学大辞典中,营养指生物体获取食物并将其用于生长、新陈代谢和修复的过程。这一过程包括摄食、消化、吸收、运输、同化和排泄几个阶段。早期的营养学研究,包括食物以及各种营养物质在维持健康方面的作用。
基于近代营养科学与文化、膳食行为、环境等的紧密联系,2005年,IUNS(International Union of Nutritional Sciences)专家组发表了吉森宣言(Giessen Declaration),强调新时代营养科学的定义和范围,应该充分考虑食物体系(food system)和营养政策,重新定义新营养科学为:营养科学是研究食物供应体系、食品和饮料、食物营养素和其他成分,以及它们在人体、其他生物体、社会和环境系统之间的相互作用的科学。这个定义,大大扩大了以前仅在自然科学层面的认识。2013年,McGuire M and Beerman强调:营养科学包括与饮食行为有关研究,因为即使人们被告知所选择的食物不利于健康,人们也还会选择那些食物。因此,膳食行为、营养教育等研究也是营养学的内容。后来,教育和科学界部分接受了这些观点,例如2017年美国宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)Willett W等 Nutrition Science教科书中,纳入饮食习惯、行为改变的研究,这些与心理学,人类学,社会学和经济学等社会科学相互交叉。Franklin Jacksonz在2018年新版教科书 Nutrition Science中也重申:营养科学是研究营养素与其他食物物质的相互作用,及对生物的生长、维持、发育、繁殖、健康和疾病控制关系的研究。它还包括生物合成、排泄、吸收、分解代谢、合成等的研究。其中的疾病控制,包含了广域的公共卫生内容。
在我国大百科词典中,营养科学是研究食物以及其中的营养素和化学成分,以及这些成分如何在体内作用和相互作用,以影响健康和疾病。在我国医学辞典中,营养学“研究食物及其在饮食和治疗上的应用”;葛可佑等主编的《营养科学词典》中的阐释营养科学是“研究人体健康和食物之间关系的科学”。在孙长颢等主编的第8版《营养与食品卫生学》中则表述为“营养学是研究机体营养规律及其改善措施的科学”。在我国现代的营养教科书中,一些大学多依据或使用上述的概念。
从表1和上述梳理可以看出,营养科学的概念发展带有基础学科的影响和社会需求发展的痕迹。现代营养学是将生物化学、生理学、化学和社会学的有机整合,一方面提供了具有学术挑战性的基础研究,理解食物、膳食、营养的作用和代谢机制,认识人类如何利用食物在正常和疾病状态下进行生长和新陈代谢。另一方面,研究人体营养和健康规律以及疾病改善和康复措施,扩充了膳食管理和营养技能,最大程度为人类全生命周期(图1)的健康、繁衍和美好生活提供新知识和技术。
(二)营养科学的特征和任务
营养科学的目的和任务,是为给予和发展当代和后代人类的营养健康潜能,并使得个体和群体处于最好的营养状态和健康寿命做出贡献。
营养学科研究以还原论(reductionism)、生物效应(nutri-systems biology)和比较研究(comparative analysis)等思维方法为主,经由设立假说、实验研究,并利用演绎归纳、仪器测量和临床试验等方法,呈现和揭示食物与人体健康关系的自然现象及其规律。传统营养学对营养素与健康关系情有独钟,在现代经济发达、食物丰富、触手可得的情况下,在实践洞察中,人们发现了营养教育、饮食文化、行为改变、国家政策等对人类行为改变的价值,从而推动了营养科学研究范围的全方位发展。
表1 国外营养科学的基础和代表性定义
图1 营养科学覆盖全生命周期各年龄阶段
从根本上讲,营养科学是研究生命的科学,以人的营养健康为出发点,无论对个体、群体,都以其营养状况、健康和长寿为根本目标。因此,营养科学应该具有科学性和社会属性,营养科学发展对国家的农业、食物生产加工、国民体质提升、社会经济和环境可持续发展等有着重要作用。表2仅从几个方面描述营养学与人类健康和社会需求服务的联系,以便于读者理解营养科学的特征、任务和意义,并感悟充实和具体化。
表2 营养学科的常见社会价值
(三)营养科学的研究范围
营养科学研究的核心是食物/营养素和人体健康之间的关系。从理论和应用发展的角度,营养学的研究概括为四个方面,一是研究食物、营养素以及功能,包括食物组成、膳食结构和功能的研究,探讨在人类生命孕育、生长发育和老年等不同阶段,对健康生命和身体素质基础维持、保健和保障。二是研究营养缺乏和疾病预防,包括发现疾病病因,找寻营养干预、治疗和促进健康的措施和内容。三是营养相关性疾病预防和营养支持、治疗,如食物或营养素与慢性病的关系,营养评估和诊断,膳食调理、营养支持或治疗措施,康复和功能改善等临床应用新技术和新方法。四是相关公共营养和健康生活方式改善,包括营养教育、行为改善、食品标准、政策研究和健康促进等。这些包括了自然科学和社会科学两个层面。
常见营养学的研究范畴和专业方向(图2)包括基础营养、食物营养、人群营养、临床营养,公共营养等领域;近年来,更细的一些分支还包括妇幼营养、老年营养、特殊人群营养、运动营养、营养与功能食品、社区营养、营养流行病、膳食管理、营养教育以及营养方法学等,它们都是独立分支,但彼此间有相互依存关系。营养专家、营养师这些人类生命保护者,将运用理论和技术之手,为全人类创造健康未来。
图2 营养学的主要研究领域
健康长寿是人类有史以来一直为之奋斗的目标,而营养学一直是这一目标的核心科学。“健康是身体上、精神上和社会适应上的完好状态,而不仅是没有疾病和虚弱。”这是WHO对健康的最新定义。现代营养学与生命科学的各个学科的携手和互相渗透,已经在生命、健康和长寿以及人体素质改善方面取得非常显著的成绩。
近年来,在美国、欧洲等地,应用营养学得到较好发展。Dietetic and Nutrition(膳食营养学)学院或专业建设,大大扩展了营养科学在职业发展能力及就业率,例如Dietitian(营养师或膳食治疗师)。美国营养师协会(Academy of Nutrition and Dietetics)1917年成立,国际膳食营养协会[International Confederation of Dietetic Associations(ICDA)]在1952年成立,目前已经有50余个国家的营养师协会加入。根据ICDA标准(2014年),营养师(dietitian)是应用食品和营养科学促进健康、预防和治疗疾病,以优化个人、群体、社区和公众健康的专业人士。膳食营养学(dietetics)整合了食品、营养、社会、商业和基础科学衍生出的理论和技术,通过在各种环境的应用、传播和发展,提供和有效管理的食品和人类营养服务,来实现和保持个人的最佳营养状态。与此相同,一些教科书和单位名称(例如在美国和加拿大很多学院),常把两个词Nutrition&Dietetics放在一起,以示其内涵的理论性和实践性。在一些教科书中,膳食营养学(dietetic)与营养学(nutrition)的目录和目标有着很大的类同。营养师致力于医疗保健机构、养老护理机构,公共卫生机构,餐饮和食品行业等职位,致力于基于膳食治疗和营养管理的非药物的疾病康复。无论如何,Nutrition&Dietetics如同医学和临床医学、音乐学和音乐表演一样,都是理论与应用的关系。其中一个更注重完整的学科理论和创新发展,而另一个更注重膳食实践技能和问题解决。
自从2004年,我国劳动和社会保障部也开始培养“公共营养师”。2016年,中国营养学会开始注册营养师培养计划,参加教学基地的学校已经有45所。
二、营养学知识体系和理论框架
从理论上讲,营养学与食品化学、生物化学、生理学、病理学等学科都有密切联系。从应用方面来看,与临床、膳食、健康教育等相互交叉与渗透;它是人类生命孕育、机体素质优化、健康长寿的奠基理论;也是个体和群体生长发育、营养保健、公共健康和疾病防治等医疗卫生技术服务和产业发展的基础和核心。
(一)学科知识体系
在以往我国教育部的学科划分中,营养学(330.11)是预防医学与卫生学的二级学科。在2015年的新的学科分类标准中,又改为食品卫生和营养学(100402)。大学承载着人才培养、科学研究、社会服务的功能,二级学科划分也一直在学科体系与社会职业需求的交叉点上徘徊。原则上,专业是以行业职业体系划分的,学科是以知识结构体系划分的,是大学为了满足社会分工的需要而进行的活动。这在一定程度上揭示了专业和学科的本质内涵和功能。
每一个学科都有一套系统的、支持其活动的知识体系。一般而言,构成一门独立学科的基本要素主要有:独特的研究对象,严密的逻辑化学科知识技术体系(理论和方法论)。随着膳食对生命活动、功能影响的系统研究的不断深入,营养学学科也形成了独特的学科理论或知识体系、研究方法和应用技术体系。近年来,营养学科专业理论以及应用技术和理论发展迅速,营养学的综合性、实践性以及对生命营养的全方位覆盖,使其各个分支既互相独立,又密切联系。目前认识到的营养学在基础理论、专业理论以及应用技术方面框架见图3。理论框架图很好地支撑了食物和生命活动关系,以及展示了基础和应用之间关系。近年来,营养学与生物技术、信息技术、分子生物技术等有机结合,开拓了营养学的理论和技术体系的新领域。
图3 营养科学知识结构框架浅析
(二)营养学经典理论和代表性学说
一般而言,学科理论体系是由基本概念、基本原理和具体科学规律三个基本知识要素组成。营养学百年发展,通过观察和描述了食物、营养素、机体健康的内涵和特征,解释了食物和营养素在人体生长发育、衰老转化、疾病发生等关键环节的自然现象和生命本质,不断形成和完善的理论体系,丰富了人类对遗传、体质和美好生活的深入理解。
营养学理论和学说(theory and doctrine)是由多个概念(concept)形成的信息体系。主要理论和代表性学说,是指以此为出发点或前提,产生或组织了更多营养学相关定理、基本关系,并预言事物发展和结果。目前认识到的营养学概念、理论和学说有多种。例如食物的物质组成、氨基酸互补、能量平衡学说、营养素的必需性、膳食平衡、物质代谢和转化、胚胎起源学说等,反映了对食物和人体健康系统知识和规律的理解、对事物本质属性的认识。
1.营养素必需性理论
食物维生素发现和必需营养素的确立,是营养学最伟大的发现之一。必需营养素理论(essential nutrients)是最为重要的阐明食物与人体健康关系的经典理论(classical theory)。在过去的两百多年中,营养从食物是生命必需的首要条件(food is the essence and the first condition of life)开始,到坏血病、糙皮病、佝偻病之谜的探索,激发了人们对食物中特别物质和膳食优化的想象。后来确立了含氮营养素和蛋白质对组织生长和维持的重要性;已发现了某些类型脂肪酸和碳水化合物分类对健康影响的不同;已明确了多种矿物质、维生素的人体生理功能,认识了预防缺乏病所必需的维生素。早在1920年,从氨基酸被认识到为人体必需,到1973年WHO必需营养素被定义至今有42余种(详细见第一卷)。必需营养素的概念发展、推理、归纳和演绎了食物成分/营养素的分类(图4),确定了三大营养素的能量系数;以此概念出发,发现了营养素生理功能,认识了营养缺乏病病因(蛋白质-能量缺乏、抗坏血病、脚气病、佝偻病等),找到了治疗方法;进而发展了营养缺乏病诊断、人体营养状况评价方法和技术、不同人群营养素需要和肠内肠外营养技术等。这些知识和信息的组合,不但量化了生命不同阶段的生理需求和发展了膳食营养素参考摄入量(DRIs)(图5),而且极尽终结了人类营养缺乏疾病。在产业方面,开发了对食品的价值评价技术方法、营养素的生物合成、提取技术以及营养保健产业;还包括食物强化、营养设计和营养干预等管理和政策,例如食物强化面粉、碘盐、营养素补充剂及婴幼儿配方粉等。
应该说明,食物中含有数以千计的成分,其中的绝大多数物质以前被认为属于“非必需营养成分”。但是,随着营养学研究的深入,人们近年认识到一些植物化合物对于人体健康状况具有一定的改善作用。这一领域仍充满机会,等待解释和论证。
图4 营养素的分类
图5 膳食营养素参考摄入量框架
2.营养平衡学说
营养平衡学说(nutrition balance)是营养学解释食物摄入和人体健康关键的经典理论(classical theory)。这个经典理论的一个基本假设,即人体营养素的摄入和消耗必须平衡,才能保障身体正常功能和健康。
盖伦(Claudius Galen,16世纪,希腊医学家)(图6)首次提出平衡(balance)学说,认为人的所有疾病都是由于体液的不平衡造成的。18世纪,法国和德国化学家,提出了质量守恒定律(law of conservation of mass),IM Sechenov(1829—1905,俄罗斯生理学家)在他关于19世纪生物科学发展著作中描绘:营养经典理论是基于与生物系统有关的物质能量守恒的基本定律。平衡的方法归结为一个事实,即进入身体的食物物质必须补偿与基础代谢、外部活动以及年轻机体生长所需相关的损失和需求。换句话说,均衡营养理论是基于这样一个假设,身体必须接受一组或一套物质,用于补偿构建身体结构、活动和功能所需。
图6 克劳迪斯·盖伦(130—216)
营养学认识生命如同生理学和生物化学的观点一样,平衡营养并不是从饥饿状态到饱腹状态的转变,而是由各种重要的营养物质调节,从肠道进入人体内部环境并发挥作用的过程和结果。包括胃肠道的众多内分泌细胞产生的激素、酶类、以及食物分解衍生物质、细菌群等,是基于一系列复杂而精致的正负反馈关系和动态的平衡系统,以便能最有效地将食物能转化成人体可利用的化学能,进而发生若干循环反应(水的裂解、电子的循环传递等)、碳的固定(卡尔文循环)和呼吸(三羧酸循环)等。这些循环之间的连接与反馈调控,也就是人体消化、吸收、生化反应的秩序化平衡化过程。
营养平衡理论不仅因为逻辑性、实验有效性、清晰和一致性而引人注目,而且还因为它能够预测未知的现象,或者发现规律性模式。因此,用平衡的思想研究食物和人体健康关系贯彻于营养学的始终,包括机体代谢平衡“必需物质”指标的假设。各国膳食指南(Food Guidline)(表3)是基于这些认识给出的人类膳食优化学说的最好证明。另外,营养不足(undernutrition)、营养不良(malnutrition)、营养过剩(overnutrition)、能量平衡(energy balance)、蛋白质互补(protein complementary)等概念均由此衍生。
表3 世界各国膳食指南的首发史
部分参考:https://www.choosemyplate.gov/brief-history-usda-food-guides
http:/www.fao.org/nutrition/education/food-dietary-guidelines
部分参考:https://www.choosemyplate.gov/brief-history-usda-food-guides
http:/www.fao.org/nutrition/education/food-dietary-guidelines
合理营养(adequate nutrition)是近年来由营养平衡演化出来的概念,用来解释涉及不同复杂程度的生物系统,例如纠正与疾病相关的不良营养状态,需要正确判断,将纠正措施限制在“合理”体系的范围内,才能使疾病的营养治疗成为可能。
3.物质代谢和调节理论
物质代谢理论与亚里士多德(Aristotle公元前384~前322)和盖伦的理论有关。根据这一理论,食物制造了人体血液,营养物连续供应形成血液中物质交换,这是一个未知性质的复杂过程的结果,类似于发酵。在肝脏中,血液被净化,然后用于给器官和组织供血。因此,使用现代术语,初步消化被认为是将营养转化为其他物质的过程,这些物质是人体能源和建筑部件的来源。生命是一个化学过程,物质代谢是生命的基本特征。早在19世纪(1800年1月至1899年12月),工业革命的技术与经济上的进步,促进了各种自然科学学科,如物理、化学、生物化学等皆逐渐成形和发展。营养科学的诞生,重塑了人类对食物和人体关系的认识,食物摄入、消化吸收和代谢排泄,是人体不断地进行物质交换的过程,这种物质交换称为物质代谢或新陈代谢。如淀粉被分解成单糖,蛋白质被分解成氨基酸,脂肪被分解成甘油和脂肪酸。这些小分子有机物被小肠吸收进入血液,构成人体的一部分,并参与各种代谢环节。
营养学用物质论的观点,梳理生命过程中的新陈代谢、物质交换、物质合成,给予处于不断自我更新、自我复制、生长发育过程的质变和量变的认识。这不但重新定义了糖类、脂类、蛋白质、核酸等物质的组成和代谢规律,而且在分子水平上,也更清晰认识了维生素B族的辅酶作用、能量的产生、消耗等(见表4),进一步确定了食物营养素和其他成分在代谢过程中的功能作用、代谢途径以及基因调控等作用关系,逐步接近食物和生命现象的本质。
表4 维生素B族的辅酶作用
必需营养素、营养平衡、物质代谢和调节学说,是营养科学的三大经典理论学说。在此基础上,在营养科技发展的历史的长河中,新思想、新理论、新技术不断涌现,营养科学为人类健康,提供了数不清的理论基础和物质保证。在科技蓬勃发展的新时代,随着知识融合进步,新知识、新技术将陆续发展,营养科学必将在改善人民生活,提高人类的健康水平方面做出更大贡献。
(三)学科技术体系
营养科学技术体系结构同其他学科一样,分为科学、技术和生产三个层次(图7)。实验技术是指研究层面的技术方法,如细胞实验、动物实验、化学分析、组学等实验研究的常用共性技术和手段,为验证或比较某一可能而设计的技术方法等。这些实验技术通常是科学门类共有共享的。专业技术指本专业的独有技术和解决实际问题的方案,如营养调查、功能试验、营养教育、公共营养、临床营养等。而生产技术则是行业产业发展中用于大规模制造营养食品、保健用品相关技术或工程。
图7 营养科学技术体系结构图
三、世界营养科学的发展历史
关于营养方面的最早的英文记载,是在公元前400多年前。当时的西方居民经常将食物用作美容品或药品。在《圣经》中就曾描述有人将肝汁挤到眼睛中治疗一种眼疾。古希腊的名医,世称医学之父的希波克拉底(Hippocrates,公元前460—公元前377),首先认识到食物营养对于健康的重要性。他确信,健康只有通过适宜的饮食和卫生才能得到保障。“饮食”这一词即来自于希腊单词“daita”,其含义是选择合适的食物保持身体健康。希波克拉底曾对学生说“食物即药”。这同中国传统医学提出的“药食同源”的说法具有相似之处。在那时他已经开始用海藻来治疗甲状腺肿和用动物肝脏来治疗夜盲症。同时希波克拉底还注意到人们将烧红的宝剑淬火用过的含铁水来治疗贫血的事情。但无论如何,古代对营养的认识,都只能是根据感性经验得出的假说,只有在自然科学得到全面发展以后才有可能上升为理论,营养学也才有可能成为一门独立的科学。在19世纪,随着西欧与北美工业革命的技术与经济上的进步,各种自然科学学科,如物理、化学、生物学等皆逐渐成形和发展,并促进营养学雏形。在不同的历史阶段中,营养学的主要发现、理论和学说的建立,和科学时代发展不谋而合。
回顾营养科学发展脉络和历史,是我们理解和发展现代营养科学的智慧源泉。按照中国史划分的时段,下述是对1840年之前(古代),1840—1949年(近代),以及1949年之后(现代)世界营养学发展重大事件的梳理。希望读者在营养科学简史中领略根源、感受启迪和发展。
(一)萌芽时期——食物和生命关系的探索(1840年之前)
自从有了人类,就有了对食物的认识和创造。寻找可食用资源、用火烧煮食物,药食同源的认识,都是启蒙时期的营养学的探索。在1840年之前,从事医学、生物化学、化学的前辈对食物组成、生理化学等的探索,是营养学发展的萌芽时期。
1.柑橘和坏血病
1746年,英国医生詹姆斯·林德(James Lind)对船员的牙龈及皮肤出血(坏血病)发生和死亡,开始了开拓性的对照实验研究。他得到的结论是含有“酸”的柑橘类水果,可以预防和治疗坏血病。但事实上并不是有酸的东西都可以。1753年,詹姆斯·林德发表了他的《坏血病论》,在很多年后,人们终于发现是维生素C具有抗坏血病的作用,而不是纯柑橘酸。这之后的100多年间,人们又先后发现了绿色蔬菜等也有抗坏血病效果。柑橘可以治疗坏血病,这一发现,对食物组成、食物和疾病关系的认识有着重要启迪作用。之后几十年中,如夜盲症和甲状腺肿大这样的疾病,人们也会尝试用各种食物去解决。那个时代恰是微生物与传染病学的兴盛时期,这些兴旺发展的学科,限制了人们对食物营养新兴学科的思维和想象,因而有文章称营养科学延迟与此有关。
2.氧气和食物利用
燃素论(the phlogiston theory)是以物质(火物质fire matter)解释燃烧现象,是化学物质论基础的开端,有百年之久的统治地位。法国化学革命最大的成绩即是开启定量化学(现代化学)的新时代,发现氧气并推翻“燃素论”。1768年,法国化学家、被称为营养学之父的安托尼·拉瓦锡(Antoine Lavoisier,1743—1794)(图8)和他的助手,一起测出了人类呼吸的产物——碳酸(二氧化碳),并发现运动增加会使碳酸产量增加,还证明了呼吸和燃烧都是氧化作用,燃烧的本质是物体与氧的化合。
图8 安托尼·拉瓦锡(1743—1794)
后来,他发表论著“燃烧概论”,创立了氧化学说(oxygen)。氧化学说也在生理化学上统一说明了大多数化学现象,打破了之前人们认为呼吸只是为了给心脏降温的理解,成为了史上生命新陈代谢过程的重大发现。拉瓦锡还研究了豚鼠体内器官对有机物的消化/呼气,也是一种缓慢燃烧,并产生热量,为食物产能和物质代谢打下基础。对于营养学来说,拉瓦锡的研究发现,把大量的食物消化事实统一在一个概念之下,解释了食物被利用的过程,特别是物质转化过程和物质不灭定律,这些观点奠定了营养学近代、现代的思维基础。后人称其为营养学之父。
3.氮和物质代谢
法国化学革命的成果,是利用“天平”设备,把定性变成定量研究,也把大量化学事实联系在一起,开启食物代谢研究的新篇章。1785年克劳德·贝托莱(Claude Berthollet)发现动物腐败后会产生难闻气体,研究发现其组成是17%的氢和82%的氮(这与现代测算只差了0.75%),这一报告获得了法国科学奖。后来的研究者们发现了很多动物含“特别物质”(蛋白质),且这一物质都含有约16%的氮。1816年,弗朗索瓦·马让迪(Francois Magendie)文章指出,一种含氮的“动物化物质”,可能是生长或替换身体器官的需要的关键,因此动物能够利用植物性食物活命。马让迪最著名的实验还包括“单一食物喂养试验”。他仅用一种食物(橄榄油、糖)喂养一条狗,结果均在30天内死亡,他认为这些食物都不含氮,不能满足狗的全部需求。他的结论与现今推崇的食物多样性不谋而合。
1839年前,荷兰的研究者格利特·穆德(Gerrit Mulder)提出:动物性物质都是由同一个基团与不同比例的磷、硫组合而成的,应该被统一命名为“protein”(当时的定义与我们现在的定义“蛋白质”不同)。这个英文单词来源于希腊语,意思是组成动物界的主要材料。他还提议用“Pr”代表这个通用基。远在德国的农业化学家贾斯特斯·李比希(Justus Liebig,)验证了碳和氮4∶1的比例,提出植物能够合成这种“protein基”。1842年李比希建立了碳、氢、氮定量测定方法,并由此确立了食物组成与物质代谢的概念,提出了营养就是机体对食物蛋白质、脂肪、碳水化合物的氧化过程。李比希定量分析生命体组成的贡献,被视为营养和生物化学理论的奠基人。德国如今仍有以他名字命名的大学。
1822年,美国医生威廉·博蒙特(William Beaumont),通过10年的放置瘘管的病人(Alexis St. Martin)试验,观察到由进食刺激可分泌消化液,而消化液含有盐酸。克劳德·贝尔纳(Claude Bernard)发现小肠和大肠在胰腺配合下的消化吸收功能,更好地解释了食物消化吸收的过程就是机体获得营养的过程。同期,膳食与疾病的实践也在进行当中,第一个治疗性饮食的证据来自于1837年,英国牛津拉德克利夫医院,当时护士和医生注意到“痛苦和虚弱”的病人,需要术后饮食的特别安排。
在1840年之前,几乎所有的营养学研究都是在西欧进行的,而且多是关于氮、蛋白质或能量方面的探索。同期科学史上的几个大发现包括能量守恒定律、生物进化论和细胞学说(显微镜技术),这些理论和学科发展,是后期的营养素的发现和营养理论形成的基础,也奠定了营养科学的真正开始。
(二)独立形态产生——营养学科黄金阶段(1840—1949)
营养学成为独立学科的标志性事件,是首个专业学术团体的成立。19世纪中叶,美国军队护士弗洛伦斯·南丁格尔(Florence Nightingale)观察到饮食营养对战后军人康复的重要性。1917年,世界上第一个膳食营养协会(American Dietetics Association)在美国成立,随着美国第一批营养师的出现,更多世界各地的科学家进行了更广泛多面的营养学研究,增加了我们对食物和营养需求的了解。1928年美国营养研究所、美国营养学会(American Institute of Nutrition)成立,同年美国的营养杂志( J. Nutrition)出版发行。1936年英国营养师协会(BDA)成立,1941年英国营养学会(The Nutrition Society)成立,1945年中国营养学会成立。这些营养专业团体的成立以及相关学术期刊的创建,也标志着营养学科的成熟,真正赋予成为一门独立现代科学。
1.能量和能量系数确定
1880年前后,在美国农业部研究所的美国科学家威尔伯·阿特沃特(Wilbur Atwater)研究蛋白质,之后对食物能量测定产生了浓厚兴趣。他的团队得到的蛋白质、淀粉、脂肪在混合饮食中的代谢产热分别是4kcal/g、4kcal/g、9kcal/g。这组被称为“阿特沃特能量系数”让我们沿用至今。阿特沃特用5年时间,不惜代价的反复实验,创造第一代呼吸热量计,第二代食物能量测定仪,同时他们还发现如果少量多次的饮酒,酒精也能为人体提供能量。阿特沃特的学术成就被大家广泛应用。威尔伯·阿特沃特还组织了全美各地区的食物消费调查,编写了第一部营养指南,为后期的研究工作打下了坚实基础。
2.维生素发现与命名
最早认为食物是由碳、氢、氧和氮组成的。在1909年到1940年期间,是食物成分和维生素的发现和提取、合成最鼎盛时期。起初,人们认识到色氨酸是维持动物生命的基本营养素,还发现一些植物蛋白不能支持小鼠的生长,除非补充其他的氨基酸。1886年前后,东南亚各国流行脚气病,大部分人认为是细菌引起的,克里斯蒂安·艾克曼(Christiaan Eijkman,荷兰),作为助手在印尼参加了这项工作。在那里,他发现如果鸡只吃白米,就会产生严重的脚气病症状,可是如果让鸡吃混有糠的粮食,就能缓解脚气病症状。于是,否定了脚气病是由细菌引起的推论。1911年卡西米尔·冯克(Casimir Funk)决心提取谷糠中抗脚气病物质,发现了第一种维生素——硫胺素,他这样描述:“由于这是从糙米中提取出的可沉淀的物质,那么它一定是一个有机物,因此它一定由氨基组成。”他进而提出假设,认为糙皮病、坏血病和佝偻症都是由于食物中缺乏某种未被发现的物质引起的。尽管这个假设并不是他第一个提出的,但他的贡献在于他把这类物质和抗脚气病物质归为了一类,认为它们都具有相似的性质和化学结构,即至关重要的胺类(vital amines)。Funk将它们命名为“Vitamines”,掀开了维生素的新篇章,艾克曼等也因此获得诺贝尔奖。同时,英国生物化学家Frederick Gowland Hopkins的动物研究发现了促进生长的必需微量物质——氨基酸。
1913年,美国科学家Elmer McCollum和Marguerite Davis在鱼肝油里发现了一种物质可以使狗不会得佝偻病。后来,这种物质被他们命名为维生素D。1928年维生素C被提取,1939年维生素A被分离提取,到1945年共发现了14种脂溶性和水溶性维生素,营养学相关研究获得诺贝尔奖见表5。在此期间,膳食营养素可致坏血病、脚气病、佝偻病、癞皮病、干眼病等致残、致死性疾病的观点得到普遍认可,而且在检测、提取、合成等化学物质的结构等方面也成为研究热点。更重要的是营养学已经不是经验科学,而是具有科学规律的、初具规模、条理井然的理论体系,而且在人类生命养护、疾病预防和健康管理中社会价值突显。
表5 营养相关诺贝尔奖(1900—1949年)
3.必需营养素概念的提出
继18世纪中叶,欧洲的文艺复兴、化学革命,人们的思想空前活跃,激发了人们对食物组成和营养物质的想象,以及对坏血病、糙皮病、佝偻病等疾病之谜的探索。1842年,伦敦国王学院的医学教授乔治·巴德(George Budd)提出“营养物缺乏导致的紊乱”新概念,当时他的文章是轰动性的,他指出食物中存在着人体需要的物质,在穷人、在监狱、舰船等食物不足和封闭的环境中,出现的机体功能紊乱和疾病与此有关。这个阶段,许多学者发表了他们对身体如何运化食物的不同见解。成为推动营养科学启动和“必需性理论”发展的奠基之作。
门德尔(Lafayette Benedict Mendel,1872—1935)是美国耶鲁大学生物化学教授,研究蛋白质为主。早在1910年,他称人体和动物体内不能合成的氨基酸为必需(indispensable)氨基酸;而体内可以合成、食物中缺少也无关紧要的氨基酸称为非必需(non-essential)氨基酸。1920年前后,随着维生素和矿物质的不断发现,出于科学性和应用性的要求,门德尔将维生素分为水溶和脂溶性两类。他还提出了判定必需营养素的几个条件,以确定这些发现的营养素的真实性,当时有35个被列为必需营养素。1973年,WHO组织的专家委员会确认的人体必需营养素共42种。这42种中的任何一种都不能缺乏,否则将会出现相关的营养缺乏病(见第一卷)。
基于在胎儿宫内发育后期,许多氨基酸代谢酶才能形成,所以早产儿需要半胱氨酸和酪氨酸保证氮贮留及维持血浆水平,因而认为他们是早产儿的必需氨基酸。Rudman及其同事Feller随后提出了“条件必需营养素”这一概念,特指那些正常人体中不需要,但对那些体内不能合成适当量的人群是必需供给的营养素。最初将这一概念用于完全胃肠外营养的病人,现在这一概念还包括生长发育不全、病理状态、遗传缺陷等条件下所需的营养素。
到20世纪50年代,40多种营养素被识别及定性,并对其功能进行系统的探讨,到60~70年代,由于化学分析技术的灵敏度和精密度的提高,陆续发现一些微量元素对人体健康的重要意义,营养素的消化、吸收、代谢、生理功能、需要量等理论问题也逐步清晰。同时,人们也研究并认识到某些矿物质对饮食的重要性。例如锌对角化病的预防是在50年代和60年代发现的,硒的重要性是在70年代发现的,而铬,虽然被认为是必需的,但因为它是一种酶的一部分,今天仍然有争议。1973年,WHO组织的专家委员会根据动物研究的成果,将当时发现的14种微量元素确定为动物必需的微量元素,并提出了它们的日摄入量范围。1996年FAO/IAEA/WHO联合委员会确定8种元素是人体必需的微量元素,对防治贫血、地方性甲状腺肿及克山病等疾病起了重要作用。
4.营养素需要量
1943年,美国学者首次提出推荐营养素供给量(RDA)的概念和一系列的数值建议。随后欧洲和亚洲许多国家也提出了自己国家的营养素供给量建议。经过几十年的研究,有关膳食营养素合理摄入量的理论和实践得到了显著进展。在宏观研究方面,一方面对营养素缺乏及其过量造成的身体和智力损害有了更深入的了解,另一方面对膳食成分和营养素摄入量在预防慢性疾病、提高机体适应能力以及延缓衰老方面的意义有诸多发现。在微观研究方面,对营养素生理作用的认识已由器官组织水平推进到亚细胞结构及分子水平。例如叶酸、维生素B 12、维生素B 6与出生缺陷及心血管疾病相关联的研究;维生素E、维生素C、胡萝卜素及硒、锌等在体内的抗氧化作用及细胞机制和分子机制的研究等。“量化”营养对今后发展起到重要作用。
(三)多元化发展——营养学转化和扩展
经济、卫生的改善及传染病的控制,使人们的健康得到明显改善。到1950年,在发达国家中营养缺乏病已基本消除,预期寿命延长,慢性病和退行性疾病成为主要死因,这些疾病的易感性与膳食的关系引起了人们的广泛兴趣。
1.其他膳食成分
随后的脂肪酸、膳食纤维、类胡萝卜素、植物中的各种非营养成分摄入量与心脏病、癌症发病率关系的研究给出启示,除了必需营养素,这些有益膳食成分也可影响疾病的发展。20世纪70年代以来,人们开始研究膳食纤维及其他植物化学物(phytochemicals)的生理功能。例如,茶叶中的茶多酚、茶色素,大豆中的异黄酮,大蒜中的蒜素和蒜胺,蔬菜水果中的番茄红素以及人参皂苷、灵芝多糖、枸杞多糖等。这些成分大多具有抗氧化作用和免疫调节作用。已有不少动物实验和少数流行病学调查证明这些成分有预防心血管疾病、某些癌症及延缓衰老的作用。利用天然食物成分来预防疾病,正在成为国内外营养学研究的热点领域之一。目前营养学已经重视和深入研究膳食中各种化学成分与某些慢性病预防的新时期(表6)。一些植物化合物的分类、功能研究深入开展。
表6 膳食营养和人类疾病的关系
2.膳食模式与疾病预防
营养学研究在微观领域深入发展的同时,宏观营养研究也取得很大的进展,出现了针对群体的公共营养政策包括全国性营养调查监测、营养强化、膳食指南等。1975年,美国第一部《膳食指南》发布,以指导民众合理地选择食物。在各国政府改善国民健康的决策中,营养科学的宏观研究起着不可或缺的作用。目前世界范围内80多个国家都有了膳食指南,WHO/FAO还发布了膳食指南制定的指南,过多脂肪、糖、钠与慢性疾病关系被提到前所未有的高度。
3.疾病胎儿起源学说
20世纪80年代英国David Barker教授对1944—1945年荷兰饥荒时期的2414名孕妇的营养状况研究首次发现,孕期营养缺乏对后代心血管疾病、糖代谢异常、高血压病、中心性肥胖和血脂异常等一系列代谢性疾病的发生存在重要影响。美国一项22 000人的调查研究表明,发育早期不利因素,特别是宫内营养失衡(包括营养不良及营养过剩)均能影响胎儿发育编程(early life programming and imprinting),导致机体生理和代谢发生永久改变,引发子代肥胖、2型糖尿病、高血压、冠心病等成年慢性疾病的发生发展。这一过程发生在胎儿发育的窗口期,即健康和疾病的发育起源(developmental origins of health and disease,DOHaD),在经济快速转型的发展中国家更是意义深远。近年来疾病的发展起源学说(DOHaD)广受关注。2007年国际健康与疾病发育起源学会(International society for Developmental Origins of health and Disease)在英国成立。
4.应用营养学的发展
自从营养强化维生素D,对消灭佝偻病取得显著成绩,20世纪70年代后,是临床营养学、食物营养产业大发展的时期。
世界上第一个婴幼儿配方粉、第一个营养素补充剂、第一个功能食品、第一个特医食品,均在此阶段产生和发展。临床营养也从最初的膳食设计和管理发展到营养支持、营养治疗,注册营养师职业的发展,对于营养科学发展独立是至关重要的一步,不但促进了公共营养学、临床营养学、妇幼保健、老年营养学的分化和发展,而且为营养诊断评估技术和营养产业发展打下基础,大大提高营养学学科成熟度。
20世纪90年代之后,营养学科发展更加向多元化发展,包括营养转化医学、营养基因组、营养代谢组学、营养蛋白质组学、营养信息学等。同时,膳食行为、营养教育、营养流行病、社区营养等开始渗透到各个领域。营养科学已经从营养缺乏病预防和治疗,发展到以慢性病为核心的研究实验科学和行为改变、营养教育等社会科学。
多学科融合发展是新时代的特征,正如2017年诺贝尔奖主持人所说“物理学家解决了生物化学难题”。英国科学家理查德·亨德森等三人不断改进的技术,得以高分辨率测定溶液中的生物分子结构,而又不破坏其形态,这一突破对生物化学产生了革命性影响,将跨学科发展推进到高水平。营养学也在这个过程中取得了一个又一个的新成果(表7)。
表7 营养相关诺贝尔奖(1953—2017年)
四、中国营养学发展史
中国作为一个文明古国,其营养学的发展与其他自然科学一样,历史悠久,源远流长。有研究文献记载,早在1920年前后,就有食物营养研究的文章发表。1924年,叶恭绍,中央卫生研究院营养试验所主编的《病人食谱》(图9)出版,1928年,吴宪教授《营养概论》出版,1937年《我国民众营养素之最低需要》和《食物营养价值》的出版,成为我国历史上现代营养学研究启航的标志。
(一)古代食医和食疗
中国古人对于从食物获得营养以维持正常生命活动早有认识。在约公元前1100年—公元前771年的西周时期,官方医政制度将医学分为四大类:食医、疾医、疡医和兽医。其中的食医排在诸医之首,“掌和王之六食、六饮、百馐、百酱、八珍之奇”(《周礼·天官》),是专事饮食营养的医生,也可以说是世界上最早的营养师。
图9 病人食谱(叶恭绍等,1924年)
在战国至西汉时代编写的中医经典著作《黄帝内经》中,已经对膳食平衡的概念进行了精辟的论述,强调“五谷为养,五果为助,五畜为益,五菜为充,气味合而服之,以补精益气”的原则,可以认为这是世界上最早的“膳食指南”。
在饮食养生方面,强调“饮食有节,起居有常,劳作有序”,与现代平衡膳食的观点非常接近。元代宫廷已经有膳食太医,专门管理“调养护理之术”。公元1330年,我国第一部描述饮食营养的书《饮膳正要》出版,共三卷,第一卷描述和记载妇人妊娠、哺乳、孩童喂养和部分疾病的饮食要点和忌讳;第二卷记录了各种预防和治疗膳食、汤煎和食疗方法;第三卷记录了各种有作用的食物本草,用现在的话可能是药食同源食品。作者是皇帝膳食太医忽恩慧,当时上呈朝廷阅后批示“刻莘而广传之”,此书一刻再刻,说明当时重视和欢迎程度。
唐代名医孙思邈的杰出思想是主张“治未病”。在饮食养生方面,他强调顺应自然,特别要避免“太过”和“不足”的危害。孙思邈还明确提出了“食疗”概念。他认为食用和药用同样重要,就食物功能而言,“用之充饥则谓之食,以其疗病则谓之药。”在《神农本草经》和《本草纲目》等中医学经典中记载有数百种食物的性质和对人体的影响。此外,历史上还有《食经》《千金食治》等书籍,都反映了我国古代在膳食营养学方面的成就。
(二)近代和现代营养学发展
中国的现代营养学是在20世纪初创立的,这个时期,也是国际研究史上食物营养素发现大爆炸的阶段。在1920年前后,以吴宪(1890—1959)(图10)、罗登义(1903—2000)、郑集(1900—2010)、万盺(1896—1994)、沈同(1911—1992)等为代表的生物化学、农业化学家开始了在中国营养学领域的耕耘。例如1943年,沈同在美国《科学》杂志发表的《中国士兵和大学生的饮食》,陈德明在英国《自然》杂志发表的《一种中国南部高含量维生素C野果——余甘的研究》,以及罗登义教授170多种水果蔬菜的营养成分分析等。如果说多数专家是以营养学研究为主的贡献,而吴宪教授则在营养学科建设和国际交往中立下不朽功勋,可以称为中国营养学之父。1920年吴宪从美国哈佛大学化学系毕业,回国到北京协和医学院生理化学系任教,开始了他在蛋白质化学、氨基酸等营养学方向的研究。1928年吴宪教授《营养学概论》(图11)问世,《营养学概论》吸收了食物化学、生物化学、医学等学科的重要成果,在能量守恒定律和生物进化论的指导下,总结了营养素必需性、物质代谢理论,以及膳食医疗成就和治疗经验,确定了营养学的理论和原则,系统地阐述了食物营养成分组成、营养缺乏病诊疗、预防等问题,成为中国营养学科发展的里程碑事件。1936—1938年,他组织并担任中华医学会营养学委员会主席,1938年吴宪教授第二版《营养学概论》,第一版《中国食物的营养价值》和《中国民众最低限度营养需要》发表。1937年顾学箕《食物营养化学》(图12)、1943年沈同《营养新论》(图13),罗登义《营养论集》等著作发表,成为我国营养理论奠基之作。此后,1941年中央卫生实验院召开了全国第一次营养学会议,他开始与万盺、郑集等一起,组建中国营养学会、创办中国营养学杂志(营养学报),1945年,这两个对学科发展具有重要意义的组织和刊物成立,为营养学在中国的发展开辟了道路,给后世营养学的壮大带来了深远的影响。1946年吴宪先生任中央卫生实验院北平分院院长兼营养研究所所长,也成为我国首届中央研究院的院士,担任联合国粮食农业组织(FAO)营养顾问委员会常务委员(1948—1949年)和热能需要量委员会委员。
图10 吴宪(1893—1959)
图11 营养概论(吴宪,1928年)
图12 食物营养化学(顾学箕,1937年)
图13 营养新论(沈同,1943年)
1949年新中国成立后,营养工作得到快速发展,以中央卫生研究院营养系(现在的中国疾病预防控制中心营养与健康所)为首的国家院所,逐渐形成一支专业的营养工作者队伍,先后进行了“粮食适宜碾磨度”“军粮标准化”“5410豆制代乳粉”等研究,1952年,在众多实验室工作的基础上,新一版《食物成分表》出版。所有这些营养研究,对解决当时儿童生长发育迟缓、成人营养不良以及提高部队作战能力等做出贡献。
1959年,我国首次开展了26省市的50万人四季膳食调查,此后每隔10年,进行一次全国性营养调查,为了解我国居民营养状况和存在问题提供帮助;1962年,在生理学会营养专业组的组织下,提出了新中国成立后第一个中国居民营养素供给量建议,在此期间,我国的营养工作者进行了一些重要营养缺乏病的防治研究,包括癞皮病、脚气病、碘缺乏病及佝偻病等,解决了新疆、西藏、江西、湖南等地区营养缺乏病问题。20世纪70年代,结合对克山病及硒中毒病的防治研究,经过现场和实验室的多个研究,杨光圻等人确定了不同人群硒的需要量,修正了以往建立的人体硒需要量数值,此项成果在20世纪80年代获得施瓦茨奖,并被世界各国营养学界应用。
20世纪80年代,中国营养学会复会,1988年中国营养学会第二届理事会,修订了我国《每人每日膳食营养素供给量》,在2000年、2013年又公布了我国《中国居民膳食营养参考摄入量(DRIs)》,标志着我国营养学在理论研究和实践运用结合方面的成熟。研究中国居民的必需营养素摄入量范围以及相关方法学等,例如不同人群硒、碘、蛋白质、膳食纤维、维生素等需要量研究,为我国居民膳食营养素参考摄入量的制定提供了原始研究数据,标志着我国在营养素摄入量的研究方面进入了一个新的发展阶段(表8)。
表8 中国居民膳食营养素需要量研究历史
膳食与几种疾病的关系研究取得了许多成果,公共营养政策成为营养学的一项重要工作内容。我国首个膳食指南由中国营养学会在1989年提出,首个膳食指南仅有重点条目8条,高度浓缩了当代营养学的重点结论,成为营养教育的核心指引。此后,中国营养学会在1997年、2007年,2016年发布第二、第三、第四版《中国居民膳食指南》(详见第四卷),同时提出《中国居民平衡膳食宝塔》,把我国食物分类的概念、每人每日各类食物合理摄入范围以宝塔图形直观地展现出来。这对普及营养知识,指导居民合理饮食、预防慢性疾病具有重要的意义。
1993年,国务院发布了《九十年代食物结构改革与发展纲要》,此后在2001年、2014年国务院相继发布《中国食物与营养发展纲要(2001—2010年)》《中国食物与营养发展纲要(2013—2020年)》等。1994年由国务院总理签发了《食盐加碘消除碘缺乏危害管理条例》。1997年由国务院办公厅发布了《中国营养改善行动计划》。2016年国务院相继发布《“健康中国2030”规划纲要》《国民营养计划(2017—2030年)》,提出了关于千天营养、老年营养、临床营养等六大任务和七大政策保障措施,《关于印发中国防治慢性病中长期规划(2017—2025年)的通知》提出到2025年,慢性病危险因素得到有效控制,实现全人群全生命周期健康管理,逐步提高居民健康期望寿命,有效控制慢性病疾病负担。
今后20年,将是我国居民食物结构迅速变化和营养水平不断提高的重要时期。结合我国居民的膳食营养状况进行深入系统的科学研究,为人民提供更为丰富的食物资源,提高营养水平,改善国民素质,是我国社会主义现代化建设对营养学的迫切要求。
五、营养科学的发展和展望
经过百年发展,营养科学已经形成了一个系统的、包含多个研究领域的独立学科。长期以来,营养科学以物质论(还原论)和病因学的观念为指导思想,以化学、生理、生化为核心手段,以食物、膳食为主要措施,形成了独特理论和技术体系;基本明确了食物、营养素、疾病间的关系,解决了许多其他学科不能解决的问题。但是,面对人类健康需求和慢性病的挑战,未来营养科学的发展仍有众多科学高峰需要努力攀登。
(一)需求和未来发展重点
我国人口目前已经超过13亿,老龄人口超过12%,慢性病的发病率尚没有放缓的趋势。同时,我国居民生活水平不断提高,预期寿命不断增长,对食物多样化、优质化的需求明显增加。在国务院发布的《健康中国行动2019—2030》和《国民营养计划2017—2030》中,已经提出了多个任务和节点,满足人民健康需求、完成国家明确相关任务,将是未来营养科学发展的重点。
1.慢性病预防和营养管理
营养学研究的早期目标是以预防和治疗营养缺乏病为主,其概念、定律、机制和技术均围绕消灭营养不良、营养缺乏病改善而进行。20世纪80年代以来,转化为对慢性病的发生、发展中膳食营养作用和营养干预、治疗膳食技术为中心;在理论方面,三大营养素与慢性病关系尚需深入研究。另外,基于营养学从生物化学起始,更重视食物消化吸收和功能作用理论和机制研究,而对于饮食行为、饮食文化等研究仍需重视。
2.现代营养技术体系的创新发展
最近几年,营养科学受到了很多批评。一个突出问题可能由于一些结论太过依赖于观察研究,这些研究容易混淆和错误地自我报告,导致可疑关联和推论。例如膳食调查、横断面调查研究,例如脂肪、钙等与一些疾病的关系等。为了解决这些问题,大力发展现代营养科学的实验技术、专业技术和研究手段,提高精确性、特异性和可靠性是非常重要的。多学科合作,创造新技术、新仪器和方法,以扩大评估工具和营养生物标志物等的新发现。
理论体系完善、专业技术先进、产业多元发展,是一个学科成熟的标志。整体营养科学正在逐步走向成熟,正由描述性科学向实用性(控制性)科学发展。其思维方式正在由物质论走向系统化时代。营养专家不但可运用营养的观点来观察和思考问题,也应该能用营养知识和技术来分析和解决社会问题。这一任务对推动健康中国建设有着重要的战略意义。
3.其他食物成分的营养必需性
传统营养学思维是物质论,因此营养素必需性成为重要指导思想。食物中不属于营养素的重要植物化合物(phytochemicals)或称非营养素的成分如植物多酚、类胡萝卜素、生物类黄酮、植物甾醇类、姜黄素等。对这些物质的研究,多集中在抗氧化、抗炎、抗癌等广泛性功能方面,目前对其“必需性”尚无明确的结论。一些国家和学术组织已经开展了对部分植物化合物的功能和毒性评价及建议推荐值。将对膳食成分与疾病防治关系提供新的理论认识和应用前景。
4.精准营养
由于人类生命体的多样性,而且单个营养素对机体表型的影响又相对微小,因此多组学研究手段更加显示出它的重要性。近年国际营养学界特别强调精准营养(precision nutrition)的重要意义,并将其作为优先研究领域之一。精准营养从表观遗传和种族、疾病状态等因素入手,主要探讨个体对食物代谢的反应多样性及形成的原因,并为制定个体化营养干预和包括膳食营养素参考摄入量等相关政策提供更好的科学依据。
5.营养学科的分化和整合
进一步思考营养学与其他学科的结合方面,应该有更大进步。一段时间里,学科分化曾是学科发展的主流。如在自然科学领域里,化学经过数百年的发展,有我们熟悉的经典分支如有机化学、无机化学、物理化学等众多庞大领域为一体的学科体系,还有如化学生物学(chemical Biology)、化学遗传学(chemicalgenetics)、化学基因组学(chemical genomics)等新兴分支。在社会科学领域,心理学也由于学科分化最终衍生出了教育心理学、发展心理学、认知心理学、社会心理学、实验心理学等分支。学科分化成为衡量学科发展的重要依据。学科分化和整合的显著标志,是交叉学科时代的到来。目前,多数营养代谢病的生理、生化和病理特征及机制已经基本清晰,但缺乏在分子、细胞、组织系列水平上营养调控和治疗措施。营养学需要结合其他学科知识和技术,丰富人体细胞体系、酶体系、激素体系和免疫体系的调控认识,完善人体营养生物化学(biochemistry of human nutrition)、营养生态学(nutrition ecology)、应用膳食营养学(applied dietetics)、营养基因组(nutrigenomics)、食物生理评价(physiological evaluation of food)以及营养咨询和行为改变(nutrition counselling and consumer behaviour)等发展,在营养领域里发现更多未知世界。
(二)营养学在国民经济和人类社会发展中作用及展望
《联合国营养问题行动十年(2016—2025)》的70/259号决议(2016年),其中要求国际和区域组织、平台以及加强营养等运动协商;重申致力于消除全球范围内的饥饿问题并避免一切形式的营养不良,尤其是5岁以下儿童食物不足、发育迟缓、消瘦、体重不足和超重现象、妇女和儿童贫血症及其他微量营养素缺乏症;遏制超重和肥胖症的上升趋势,减少所有年龄组中膳食相关非传染性疾病的负担。营养科学应在保障不同地区和人群的食物供给,改善人类食物营养、营养保健进步方面有着不可替代的作用。
2019年国务院发布《健康中国行动(2019—2030年)》,统筹推进合理膳食、健康教育、重大疾病预防、治疗、康复、健康促进。营养学界应积极研究实施健康中国战略的重大问题,提出研究计划和解决策略,形成合力,共同为健康中国建设、健康中国人保障贡献力量。
增进身体健康素质,延长人类寿命将是营养界、医学界乃至整个科学界的重要任务,希望在未来20年能够在这方面获得更辉煌的进步。
(杨月欣)
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