生命的所有基本任務，從生長發育和繁殖到維持和運動，都需要能量。因此，每日總能量消耗（總消耗；每天兆焦耳）對於了解每日營養需求和身體在活動中的投入非常重要。然而，令人驚訝的是，我們對人類的總熱量支出或其在整個生命週期中的變化知之甚少。對人類能量消耗的大多數大型（n > 1000 名受試者）分析僅限於基礎消耗—休息時的代謝率，僅佔總消耗的一部分（通常約為50% 到 70%）—或者已經估計基礎支出和日常體力活動的總支出。
雙重標記的水研究提供了對自由生活受試者總支出的測量，但在樣本量（n < 600 名受試者）、地理和社會經濟多樣性和/或年齡（6-9 歲）方面受到限制。身體成分、大小和身體活動在整個生命過程中發生變化，通常是一致的，因此很難解析能量消耗的決定因素。隨著兒童的成長和成熟，總支出和基礎支出隨著年齡的增長而增加，但增加體力活動和與年齡相關的組織特異性代謝率變化的相對影響尚不清楚。同樣，從老年人開始的總支出下降對應於無脂肪體重和身體活動的下降，但也可能反映了器官代謝與年齡相關的減少。
我們使用大型（n = 6421 名受試者；64% 為女性）、多樣化（n = 29 個國家/地區）的雙標記水測量數據庫，調查了年齡、身體成分和性別對總能量支出的影響，這些數據庫適用於 8 天至 95 歲的受試者，通過使用單一的同位素測量計算總支出，通過對所有受試者使用單一的、經過驗證的方程計算同位素測量的總支出。使用間接量熱法測量的基礎支出可用於 n = 2008 名受試者，我們通過額外公佈的新生兒基礎支出測量和雙標記水測量孕婦和產後婦女的總支出。
我們發現總支出和基礎支出均以冪律方式隨無脂肪體重增加（圖 1），這需要我們調整體型以孤立年齡、性別、和其他因素。由於與尺寸的冪律關係，能量消耗/質量的比率不能充分控制體型，因為對於較大的個體，該比率趨向於較低。相反，我們使用回歸分析來控制體型。我們使用具有能量消耗（總或基礎）、無脂肪質量和 20 至 60 歲成人脂肪質量的對數轉換值的一般線性模型來計算每個受試者的剩餘支出。我們將這些殘差轉換為“調整後的”能量支出，以便在討論與年齡相關的變化時更加清晰：100% 表示支出與給定受試者的除脂肪質量和脂肪質量的預期值相匹配，120% 表示支出比預期高出 20%，依此類推。使用這種方法，我們還計算了調整後總支出中歸因於基礎支出的部分（圖 2D ）。分段回歸分析揭示了整個生命週期中調整後的能量總支出和基礎支出的四個不同階段。
第一階段是新生兒直至 1 歲。出生後第一個月的新生兒的體型調整後能量消耗與成人相似，調整後總消耗為 99.0 ± 17.2%（n = 35 名受試者），調整後基礎消耗為 78.1 ± 15.0%（n = 34 名受試者）（圖2）。這兩項情況在第一年都迅速增加。在分段回歸分析中，調整後的總能量支出從出生到 0.7 歲時的拐點每年增加 84.7 ± 7.2% [95% 信賴區間 (CI)：0.6, 0.8]；調整後的能量基本支出也有類似的上升和轉折點。對於 9 至 15 個月大的受試者，與成人相比，調整後的總支出和基礎支出增加了近 50%（圖 2）。
第二階段是青少年，1 到 20 歲。在整個兒童期和青春期，總支出和基礎支出隨著年齡的增長以及除脂肪體重持續增加（圖 1），但調整後的能量支出穩步下降。調整後的總支出以每年 –2.8 ± 0.1% 的速度下降，從 1 至 2 歲受試者的 147.8 ± 22.6% 降至 20 至 25 歲受試者的 102.7 ± 18.1%。分段回歸分析在 20.5 年時確定了調整後總支出的折點（95% CI：19.8、21.2），此後它在成人時趨於穩定（圖 2）；調整後的基礎支出也出現了類似的下降和轉折點（圖 2 ）。在 10 至 15 歲的受試者中，調整後的總支出或基礎支出在青春期沒有明顯增加（圖 2 ）。在 1 至 20 歲受試者的多元回歸中，男性的總支出和調整後的總支出較高，但性別對調整後總支出隨年齡（性別：年齡）的下降率沒有明顯影響相互作用（P = 0.30)
第三階段是成年期，從 20 歲到 60 歲。從 20 歲到 60 歲，總能量支出和基礎支出以及除脂肪體重都保持穩定（圖 1 和 2 ）。在無脂肪質量和脂肪質量的多變量模型中，性別對總支出沒有影響，對調整後的總支出分析也沒有影響。即使在懷孕期間，調整後的總支出和基礎支出也保持穩定；未調整能量支出的增加與母親除脂肪質量和脂肪質量增加的預期相符（圖 2C）。分段回歸分析確定了 63.0 歲的折點（95% CI：60.1、65.9），之後調整後的總支出開始下降。對於調整後的基礎支出（46.5, 95% CI: 40.6, 52.4），這個斷點要早一些，但是 45 到 65 歲的基礎測量數量相對較少（圖 2D）降低了我們確定這個斷點的精確度。
第四階段是老年人，> 60 歲。在 60 歲左右，總能量支出和基礎支出以及除脂肪質量和脂肪質量開始下降（圖 1）。然而，能量支出的下降不僅是除脂肪質量和脂肪質量減少的結果。調整後的總支出每年下降 –0.7 ± 0.1%，調整後的基礎支出也以類似的速度下降（圖 2）。對於 90 歲以上的受試者，調整後的總支出比中年人低約 26%。我們的分析提供了從嬰兒到老年的總支出和基礎支出的經驗測量和預測方程，並揭示了整個生命過程中的主要代謝變化。首先，我們可以從懷孕期間母體的測量推斷胎兒代謝率：如果胎兒的體型調整後支出增加，那麼孕婦的調整後支出-特別是在懷孕後期，當胎兒佔母親的很大一部分時重量—同樣會升高。相反，懷孕期間調整後的總支出和基礎支出穩定在約 100%（圖 2B）表示，成長中的胎兒保持與成人相似的除脂肪質量和脂肪質量調整代謝率，這與新生兒出生後最初幾週調整後的支出（均約為 100%）（圖 2）。總能量支出和基礎支出，包括絕對值和規模調整值，然後在第一年迅速加速。
這個代謝加速的早期階段對應於早期發育的關鍵時期，在這個時期，營養緊張的人群的生長通常會放緩。能源需求的增加可能是一個促成因素。在第一年總支出和基礎支出迅速增加之後，調整後的支出隨後逐漸下降，在 20 歲左右達到成人程度。這一生命階段調整後支出的增加可能反映了生長發育的代謝需求。即使在懷孕和產後，根據體型和成分調整後的成人支出也非常穩定。老年人代謝率下降可能會增加體重增加的風險。然而，在此期間脂肪量和百分比均未增加，這與能量攝入與支出相關的假設一致。
根據之前的研究，我們計算了器官大小對整個生命週期基礎能量支出的影響。具有高組織特異性代謝率的器官，尤其是大腦和肝臟，在年輕人中佔除脂肪質量的更大比例。因此，根據器官大小和組織特異性代謝率估計的基於器官的基礎支出遵循與除脂肪質量的冪律關係，這與觀察到的基礎支出大致一致。儘管如此，觀察到的基礎支出在生命早期（1 至 20 歲）比基於器官的估計值高出約 30%，並且比 60 歲以上受試者的基於器官的估計值低約 20%。與表示組織特異性代謝率在青少年中升高和在老年人中降低的研究一致。
我們使用具有兩個組成部分的簡單模型研究了日常體力活動和組織特異性代謝率變化對總支出和基礎支出的貢獻：活動和基礎支出。假設活動成本與體重成正比，活動支出被建模為體力活動和體重的函數，並且可以在整個生命週期中保持不變，也可以遵循加速度計測量的日常體力活動軌跡，在 5 到 10 年達到峰值年齡和此後下降（圖 3）。
類似地，基礎能量支出被建模為除脂肪質量的冪函數（與基於器官的基礎支出估計一致）乘以“組織特異性代謝”項，該項可以在成年後的整個生命水平保持不變跨越或遵循調整後的基礎支出中觀察到的軌跡（圖 2）。對於每個情景，總支出被建模為活動和基本支出的總和。
在整個生命週期中保持身體活動或組織特異性代謝率恆定的模型不能再現觀察到的總能量支出或基礎支出的絕對或調整措施中與年齡相關的變化模式（圖 3）。只有當身體活動和組織特異性代謝的年齡相關變化被包括在內時，模型輸出才會與觀察到的支出相匹配，這表示身體活動和組織特異性代謝的變化有助於整個生命週期的總支出及其組成部分。生命早期組織特異性代謝升高可能與生長或發育有關。相反，晚年支出減少可能反映器官代謝的下降。
生命史的代謝模型通常假設生命過程中組織特異性代謝的連續性，代謝率以穩定的冪律方式增加。這裡的人類測量挑戰了這一觀點，它偏離了兒童和老年總能量支出和基礎支出的冪律關係（圖 1 和圖 2）。
這些變化為研究與代謝率密切相關的疾病動力學、藥物活性和癒合過程提供了一個潛在的目標。此外，即使在控制去脂量、脂肪量、性別和年齡的情況下，個體間支出的差異也是相當大的（圖 1 和圖 2）。 表示整個生命過程中代謝變化和個體差異的潛在過程可能有助於揭示代謝變異在健康和疾病中的作用。
小編結論：
隨著兒童的成長和成熟，總支出和基礎支出隨著年齡的增長而增加，但增加體力活動和與年齡相關的組織特異性代謝率變化的相對影響尚不清楚。同樣，從老年人開始的總支出下降對應於無脂肪體重和身體活動的下降，但也可能反映了器官代謝與年齡相關的減少。因此身體活動程度（PAL）跟非運動性熱量消耗（NEAT），還有代謝性疾病與器官的狀況尤其高組織特異性代謝率，當這兩個要被包括在內才會跟觀察到的成年時期TEE模式穩定相關（見圖3-B)。
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