Hoạt động trao đổi chất diễn ra rất nhanh ở trẻ sơ sinh, chững lại từ năm 20 tuổi và giảm dần sau 60 tuổi.
Người ta thường nói: để duy trì cân nặng khỏe mạnh, cần đảm bảo lượng calo tiêu hao phải bằng lượng calo cơ thể hấp thụ. Nếu bạn nạp nhiều calo (hay năng lượng) hơn mức sử dụng, bạn sẽ tăng cân. Nếu lượng calo nạp vào nhỏ hơn lượng calo tiêu hao, bạn sẽ giảm cân. Tuy nhiên, 55 - 70% calo mà chúng ta nạp vào thông qua ăn uống dùng để cung cấp nhiên liệu cho những phải ứng hóa học vô hình diễn ra trong cơ thể giúp duy trì sự sống, theo Herman Pontzer, phó giáo sư nhân chủng học tiến hóa ở Đại học Duke. Theo ông, việc tính toán tổng năng lượng tiêu hao hé lộ con người cần bao nhiêu calo để sống sót, đồng thời cho biết cơ thể hoạt động như thế nào.
Chạy bộ là một trong những hoạt động giúp tiêu hao calo. (Ảnh: Coachmag).
Dù đã nghiên cứu về trao đổi chất trong ít nhất một thế kỷ, các nhà khoa học vẫn chưa thể đo chính xác trong điều kiện thực tế với tập mẫu đủ lớn ở những độ tuổi khác nhau để xem xét quá trình này thay đổi ra sao xuyên suốt tuổi thọ của con người. Rõ ràng, người càng to lớn càng có nhiều tế bào hơn, do đó đốt cháy tổng lượng calo cao hơn mỗi ngày. Nhưng đánh giá liệu biến động về độ tuổi, giới tính, bệnh tật và lối sống có ảnh hưởng tới độ tiêu hao năng lượng không lại là việc khó khăn hơn nhiều.
Tình trạng thiếu dữ liệu dẫn tới những giả định bắt nguồn từ trải nghiệm cá nhân. Ví dụ, thay đổi lớn về hormone như ở giai đoạn dậy thì và mãn kinh sẽ thúc đẩy hoặc làm chậm quá trình trao đổi chất, khiến tiêu thụ nhiều hoặc ít calo hơn mỗi ngày. Một giả định khác là đàn ông trao đổi chất nhanh hơn phụ nữ, bởi họ dường như giảm cân dễ dàng hơn; hoặc mức tiêu hao năng lượng chậm lại ở tuổi trung niên, kéo theo tăng cân.
Tuy nhiên, bài báo do Pontzer và hơn 80 tác giả khác công bố tháng trước trên tạp chí Science hé lộ phần lớn hiểu biết của chúng ta về quá trình trao đổi chất không đúng. Sử dụng dữ liệu thu thập từ hơn 6.400 tình nguyện viên độ tuổi từ 8 ngày tới 95 năm tuổi và điều chỉnh kích thước cơ thể, lượng chất béo, cơ bắp, nhóm nghiên cứu nhận thấy quá trình trao đổi chất diễn ra theo 4 giai đoạn riêng biệt trong đời sống. Trao đổi chất của trẻ sơ sinh giống người lớn. Khi một tháng tuổi, tốc độ trao đổi chất của trẻ bắt đầu tăng lên nhanh chóng. Tới 9 - 15 tháng tuổi, trẻ sơ sinh trao đổi chất nhanh hơn 50% so với người lớn, tương đương một người trưởng thành đốt cháy khoảng 4.000 calo/ngày. Theo ước tính của Bộ Y tế và Dịch vụ nhân sinh Mỹ, trung bình, phụ nữ cần 1.600 - 2.400 calo/ngày và đàn ông cần 2.000 - 3.000 calo/ngày.
Trong khoảng 1 - 2 tuổi, tốc độ tiêu hao năng lượng bắt đầu giảm và tiếp tục giảm cho tới 20 tuổi. Từ độ tuổi đó, mức tiêu hao ổn định trong 40 năm tiếp theo, thậm chí trong suốt thời kỳ mang thai và mãn kinh. Ở tuổi 55, bạn đốt cháy calo hiệu quả như khi 25 tuổi. Đến tuổi 60, tốc độ tiêu hao năng lượng bắt đầu giảm lần nữa và kéo dài cho tới cuối đời. Các nhà nghiên cứu cũng quan sát thấy đàn ông không trao đổi chất nhanh hơn phụ nữ. Thay vào đó, họ thường đốt cháy nhiều calo hơn mỗi ngày, tương ứng với kích thước cơ thể bởi họ có lượng cơ bắp cao hơn.
Từ lâu, giới nghiên cứu có thể tính toán con người đốt cháy tổng cộng bao nhiêu calo thông qua đo lượng carbon dioxide thải ra. Nhưng đối tượng nghiên cứu thường phải ở trong phòng thí nghiệm và trải qua các bài kiểm tra cần thiết. Vì vậy, kết quả chỉ phản ánh tốc độ trao đổi chất trong lúc nghỉ ngơi và ở một mốc thời gian. Mãi tới thập niên 1980, một phương pháp đo trao đổi chất trong đời sống hàng ngày có tên gọi kỹ thuật nước dán nhãn kép mới bắt đầu được áp dụng. Tình nguyện viên uống nước có chứa hai đồng vị bền, không phóng xạ gồm deuterium (đồng vị bền của hydro) và oxy-18. Liều được hấp thụ và trộn với nước trong cơ thể.
Đồng vị deuterium thải ra khỏi cơ thể chỉ thông qua nước trong cơ thể, chẳng hạn nước tiểu hoặc mồ hôi. Trong khi đó, oxy-18 thải ra khỏi cơ thể nhanh hơn thông qua hơi thở. Các nhà khoa học lấy mẫu nước tiểu trước, trong 7 - 14 ngày sau khi tình nguyện viên uống. Họ phân tích mẫu vật để xem cơ thể loại bỏ deuterium so với oxy-18 nhanh như thế nào. Đó là cách để đo tốc độ tạo ra carbon dioxide trong cơ thể. Carbon dioxide được tạo ra khi cơ thể sản sinh năng lượng. Do đó, các phép đo của nhà khoa học về carbon dioxide cho phép họ tính toán và hiểu lượng năng lượng một người tiêu hao.
Sử dụng phương pháp nước dán nhãn kép rất tốn kém. Chỉ có khoảng 9 phòng thí nghiệm trên thế giới ứng dụng kỹ thuật thường xuyên, theo Jennifer Rood, phó giám đốc điều hành tại Trung tâm Nghiên cứu Y sinh Pennington, đồng tác giả bài báo. Một nghiên cứu thực hiện bằng phương pháp này thường chỉ bao gồm chưa đến 100 tình nguyện viên, không đủ rộng để xác định xu hướng trong quần thể dân số.
Nhưng năm 2014, các phòng thí nghiệm sử dụng phương pháp nước dán nhãn kép nảy ra ý tưởng tạo cơ sở dữ liệu để đối chiếu nhiều kết quả đo hết mức có thể trong 40 năm qua. Cơ sở dữ liệu ngày càng lớn này chứa mẫu vật từ hàng chục nước và nền văn hóa, từ Tanzania tới Mỹ.
Quy mô và độ đa dạng của mẫu vật cho phép nhóm nghiên cứu nhìn ra xu hướng chung về cách trao đổi chất thay đổi theo tuổi tác. Nhưng vẫn có những khác biệt lớn trong tốc độ trao đổi chất của chủ thể nghiên cứu, chứng tỏ vai trò quan trọng của nhiều yếu tố khác như gene và lối sống. Nhiều khả năng những yếu tố đó góp phần quyết định tại sao những người có cùng khối lượng và thói quen giống nhau lại có mức tiêu hao năng lượng hàng ngày rất khác nhau.
Bài báo cũng dấy lên nhiều câu hỏi. Ví dụ, quá trình trao đổi chất nhanh hơn ở trẻ em và chậm hơn ở người già ảnh hưởng như thế nào tới khuyến cáo về dinh dưỡng và liều lượng sử dụng thuốc? Mối quan hệ giữa tốc độ trao đổi chất chậm lại từ tuổi 60 với sự gia tăng bệnh kinh niên là gì?
Trên thực tế, nhiều loại thuốc đang được sử dụng tác động tới trao đổi chất ở người và làm tăng tuổi thọ của chuột. Nhóm nghiên cứu đặt giả thuyết tế bào lão hóa sử dụng ít năng lượng hơn bởi chúng ít thực hiện các hoạt động giúp ngăn chặn bệnh tật hơn. Việc hiểu rõ khi nào tốc độ trao đổi chất thay đổi sẽ giúp giới nghiên cứu nhận thức rõ hơn khái niệm sức khỏe ở mỗi độ tuổi.