分享本文至 E-mail 信箱
學術引用格式
MLA
APA
EndNote(.enw)

當營養流行病學遇上資料科學:找出營養與疾病之間的關係

「營養流行病學」遇上「資料科學」

對實驗室的印象,還停留在瓶瓶罐罐的冒煙反應嗎?中研院生物醫學科學研究所潘文涵研究員,以 Dry Lab 研究營養流行病學,透過資料分析找出大眾的健康問題與飲食對策。

潘文涵團隊以 Dry Lab 探討營養與疾病的關聯。圖/林婷嫻、張語辰

潘文涵在美國康乃爾大學營養流行病學系研讀博士時,接觸到以統計分析為研究法的營養流行病學領域 。

作法是先觀察人群的健康現象和營養狀況,在什麼人、什麼地方、什麼時間聚集,並產生假說、提出想探討的病因。

想探討的病因,例如營養缺乏(如B群)、營養過剩(如鐵質)等和老化症候是否有關。接著蒐集各種層次的資料,透過電腦分析數據,找出病因與改善疾病的飲食方法。Dry Lab 研究要問對問題,且收集高品質的關鍵資料最為重要,一旦資料取得後,立基於紮實的理論訓練,使用適當的統計或資料採礦模型、方法,就能有效率地獲得研究結果。

國民營養健康調查,從飲食狀況找病因

為了追蹤國人的飲食狀況,政府從 1980 年代起即每 5 年啟動一次國民營養調查,1992 年潘文涵提出結合營養與健康數據的概念,「國民營養健康狀況變遷調查」因而成形。

對研究員而言,蒐集到的資料不應該只是做成一篇調查報告。

而是應該充分運用寶貴的資料,交叉分析,找出各種飲食問題與疾病之關係,政府才能有效擬訂健康政策。

例如,團隊透過調查發現:國人肥胖的代謝風險較西方人高;食鹽開放進口後,國人碘缺乏率增加;學童吃垃圾食品,蔬果蛋白質奶類不足,會影響在校整體表現;國人鎂營養不良,會增加糖尿病風險;老人蛋白質、蔬果攝食不夠,會引發衰弱症等等。

為能給全民打造健康飲食藍圖,受訪者涵蓋兩個月以上的嬰兒至九十多歲的長輩,針對不同年齡層設計合適該年齡的健康檢查,及生活形態、健康知識態度等問卷,也詳細收集每個人的攝食資料。

研究團隊在週間進行飲食問卷調查,週末時體檢團隊在各地執行受訪者健康檢查。照片中的巡迴體檢車,能測量骨質密度與身體組成(含肌肉脂肪量)。圖/潘文涵

24 小時飲食回顧法,讓資料精準個人化

1987 年之前的國民營養調查,是採用「食物盤存法」來調查受訪者最近吃了什麼。先記錄家裡「已有的」及「新進入的」食物種類及重量,三天後再盤點剩餘的食物,扣掉廢棄的食物量,計算差值求得全家人之攝食總量。

但這種盤存法是以「家庭」為單位,無法精準了解「個人」吃了什麼,也就難以探究不同年齡層男女獨特的飲食病因。1993 年起潘文涵團隊接手調查後,改用「 24 小時飲食回顧法」,設計適合華人飲食的散狀食物模型,調查時可以讓受訪者拼湊成盤,蒐集到個人化的資料。

潘文涵團隊設計的散式食物模型,有肉絲、蔬菜、玉米等十幾種,受訪者可回顧自己吃了什麼,自行取量組成一盤菜餚。研究人員可直接秤量,使用對換公式,求得食物真實重量。圖/張語辰

24 小時飲食回顧法有一套「菜餚食譜詢問標準流程」,為了仔細記錄每個受訪者的飲食狀況,不同菜餚會有不同的詢問方式。例如,當一位個案說昨天晚上在家裡吃了紅蘿蔔炒肉絲,調查人員要問他吃了多少量、有哪些食材、有什麼挑食不吃……等等。若不吃紅蘿蔔的話,需標註下來,系統會自動只保留肉絲、蔥、鹽等,並調整各項食物量。

但只把食物輸入資料庫還不夠,需要各種食物的營養含量,交叉相乘、再累加起來,才能求得每人每天各種營養素的攝取量。

藉由這些方式,潘文涵團隊建立了鉅細靡遺的飲食和菜餚資料庫。

國民營養健康狀況變遷資料庫中,清楚記載每道菜餚的烹調方式、油度、鹹度、成分重量等等,以利後續資料分析。(此為測試帳號)圖/國民營養健康狀況變遷調查團隊提供

Dry Lab 任何一筆資料,都不許模糊化

蒐集資料為什麼要把它模糊化?如果受訪者喝了牛奶,就必須記錄牛奶品牌等細節。

「光泉的牛奶必定跟味全的牛奶不一樣,雖然牛奶營養素大同小異,區分與否對每些營養素的估計不見得重要,但探討食品安全議題時,這種鉅細靡遺的資料就派上用場了」潘文涵強調。

營養調查資料,可以區分廠牌、食物狀態、菜餚型式等,這些資料可以視需要而重新分類運算。國民營養健康狀況變遷調查蒐集到的膳食資料,整合於國家衛生研究院建立的「國家攝食資料庫」裡(衛生福利部食品藥物管理署計畫),提供台灣各年齡的男女性每人平均一天各種食物的攝食量,此資料庫成為毒物學家進行 TDS (Total Diet Study) 的重要參考。

例如,若想知道台灣人暴露在瘦肉精的風險有多少,就能透過這個資料庫查詢台灣人平均每天吃多少克的各式肉類,進而搭配瘦肉精含量數據,評估國人之暴露風險。

國家攝食資料庫如何幫助毒物學家調查食安:以防腐劑為例。圖/林婷嫻、張語辰

實證研究、示範研究,好處人體感受得到

近年隨著科技與人工智慧進展,資料運算分析更快速,讓營養流行病學研究有更多發展機會,其中「實證研究」和「示範研究」的成果可以直接轉譯到人身上。

「實證研究」目的為,證實營養改變和健康變化的直接關係,例如潘文涵團隊曾提供含鉀低鈉鹽給板橋榮民之家烹飪食用,證實可降低心血管疾病死亡率[1]。近期研究將「加鎂加鉀」低鈉鹽給中風患者出院時帶回家煮菜,能顯著提升腦神經功能的恢復[2]。

而「示範研究」就是應用實證研究的結果,將好的飲食推廣到社區,證實其推廣效益,最終透過「社會行銷」手法,促成整個社會的飲食運動。

潘文涵團隊透過歷年研究發現,無論是高血壓、糖尿病、高血脂症、憂鬱症[3]、專注力下降[4]、衰弱症、氣喘[5]等都與飲食息息相關,從日常生活透過飲食調整,可回復身體狀態、減少依賴藥物。

“You are what you eat !" 這個想法也許不曾進入你的腦海,但從現在起吃每一口食物時,都請想想入口之物進入體內,對健康產生的影響,未來身體會謝謝你。

參考資料

註解

  • 1. Chang HY, Hu YW, Yue CSJ, Wen YW, Yeh WT, Hsu LS, Tsai SY, Pan WH*. Effect of potassium-enriched salt on cardiovascular mortality and medical expenses of elderly men. American Journal of Clinical Nutrition. 2006 Jan; 83(6):1289-96.
  • 2. Pan WH*, Lai YH, Yeh WT, Chen JR, Jeng JS, Bai CH, Lin RT, Lee TH, Chang KC, Lin HJ, Hsiao CF, Chern CM, Lien LM, Liu CH, Chen WH, Chang A. Intake of potassium and magnesium-enriched salt improves functional outcome after stroke: a randomized, multicenter, double-blind, controlled trial. AJCN 2017 (in press)
  • 3. Pan WH*, Chang YP, Yeh WT, Guei YS, Lin BF, Wei IL, Yang FL, Liaw YP, Chen KJ, Chen WJ. Co-occurrence of anemia, marginal vitamin B6, and folate status and depressive symptoms in older adults. Journal of Geriatric Psychiatry and Neurology. 2012 Sep; 25(3):170-8.
  • 4. Fu ML, Cheng L, Tu SH, (Pan WH)* Association between unhealthful eating patterns and unfavorable overall school performance in children. Journal of the American Dietetic Association 107(11), 1935-43 (2007) [JCR] [WOS]
  • 5. Lee SC, Yang YH, Chuang SY, Huang SY, Pan WH Reduced medication use and improved pulmonary function with supplements containing vegetable and fruit concentrate, fish oil and probiotics in asthmatic school children: a randomised controlled trial. The British journal of nutrition 110(1), 145-155 (2013) [JCR] [WOS]

 

本著作由研之有物製作,以創用CC 姓名標示–非商業性–禁止改作 4.0 國際 授權條款釋出。

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位

 喜歡泛科學的文章嗎?
好知識應該要讓更多人知道,除了按讚跟分享,我們更希望你也能告訴大家你的獨門知識和專業。
 
 
如果你想要加入科普的行列卻不知道從何開始,就讓泛科學幫助你吧!
總編輯鄭國威掏心掏肺教你如何把艱深難懂的硬知識,變成不分享會死的熱門文章!➡️課程說明

關於作者

研之有物│中央研究院

研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。
網頁:研之有物
臉書:研之有物@Facebook