基于TRIZ“物-场模型”的创新思维对人体充分补钙方法的综合分析

◎ 何若菡，孙蕾蕾，姚 露，张舒凡，孙雅慧，赵玉平

（烟台大学 生命科学学院，山东 烟台 264005）

物-场模型分析是TRIZ（发明问题的解决理论）中对创新问题进行描述和分析的重要工具[1]，它通过符号语言（表1）清晰描述技术系统的功能。物-场模型指出任何技术系统功能元的存在价值都在于其自身的使用功能，其功能的存在离不开3个元素（两个物质和一个场）的有机组合（图1），且3个元素缺一不可[1-3]，即两个物质（S1、S2）和一个场（F）的基本模式，其中物质（S1、S2）是指具有净质量的实体，常用的场（F）可以是生物场、化学场、机械场、光场、热场、电磁场等。

图1 基本的物-场模型图

表1 常用的物-场分析符号表

钙作为人体骨骼发育与健康不可缺少的营养元素[4-5]，不同年龄阶段以及不同人群都需要补钙：3~18岁的少年需要通过充足的钙量来促进骨骼发育、生长；18~35岁是储存钙的黄金周期；35岁以后，骨密度随着年龄的增长而下降[5]；老年人由于钙元素无法足量补充到骨骼，进而引发骨质疏松症、高血压、动脉硬化及老年痴呆症；孕妇若钙量不足，会引发妊高症，造成胎儿发育不良[6]；更年期女性雌激素降低，骨钙不足，造成骨头消融。

迄今为止，对于人体科学补充钙系统方法已逐渐完善，而回顾人体补钙的发展过程，与TRIZ理论的物-场模型标准解相吻合，本文通过物-场模型方法，阐述从单一服用钙剂到系统全方位补钙的方法与标准解系统分析问题过程及解决问题的方法，为物-场模型分析方法的学习提供有力的例证。

1 物-场模型的一般解法和分析步骤

某个功能的实现，需要有3个元素[2]，即S1为作用对象，S2为作用发出者，S1和S2的相互作用力为场F。

1.1 常见的物-场模型类型和解法

①有效的完整物-场模型：3个元素都存在且共同作用，达到期望值。②不完整的模型：缺物质或者场，需要补齐所缺失的元素，使模型完整。③当S2对S1作用不足时，引入另外的场F2代替原来的场或增加一个场强化不足效应或加入新的物质S3和另外的场F2强化效应。④当S2对S1作用有害时，增加新的物质S3等或加入新的场F2等来抵消有害效应。

1.2 物-场模型的分析步骤

为了实现某个功能，依据TRIZ理论找出关键问题，识别关键问题所在区域的3个元素，确定3个元素的相互联系及作用，根据3者之间的联系构成基本的物-场模型，由物-场模型所表现出的类型查找所对应的标准解系统，构建最优解的物-场模型，最后根据实际问题和约束条件优化最终解[1]。

2 科学补钙问题实例

钙是参与人体新陈代谢、维持骨骼健康的必需元素。据统计，我国居民补钙方式以膳食和营养保健品为主[7]，膳食摄入的钙大多来源于绿色蔬菜，而菠菜、油菜中的草酸含量极高[8]，影响人体肠道对钙的吸收，其次膳食烹饪的骨头汤中含钙量几乎为零[10-11]。市场上的钙强化剂多以药物复配合成，长期服用药物对人体健康造成一定的安全隐患。单纯的补钙与单一的运动并不能增加骨密度，也不能改善骨骼的韧性。因此当前要解决的是如何增加人体对钙的充分吸收和利用，科学预防骨质疏松是关键。

2.1 应用TRIZ物-场模型对该实例进行分析

关键问题1：早期人们补钙的方式多以药物疗法，常见的药物钙源为碳酸钙和柠檬酸钙。碳酸钙含钙量高，但不易被肠道分解利用[7,9]，不适用于肠胃功能不足及胃酸缺乏的人群；柠檬酸钙含钙量低，能达到补钙的效果，但成本较高，两种药物长期服用对人体产生副作用，因此，膳食补钙为当今最为安全的途径之一，当人们通过膳食钙摄入不足时，就会引发骨骼性的疾病。以S1-钙剂，S2-骨骼，F1-生物场，建立的效应不足的物-场模型如图2所示。

图2 钙剂不足以改善骨质疏松症的物-场模型图

关键问题2：蔬菜是膳食补钙的重要来源，含钙较高的菜花、芥蓝、油菜等中含有大量的草酸，进入肠胃后与钙结合形成草酸钙，极易引发结石，造成钙离子大量流失。以S3-草酸，S1-钙剂，F2-化学场，建立的有害物场模型如图3所示。

图3 草酸导致钙流失的有害物-场模型图

应用TRIZ理论中的标准解对以上两个关键问题求解：膳食钙补充不足时，导致儿童生长发育迟缓，中老年人易患骨质疏松症，可以加入新的物质S5（鲜骨肉粉），经低温超微粉碎后的鲜骨肉粉保留了大量的营养成分，达到骨肉同吃，以骨壮骨的效果，据研究显示每人每天5～20 g鲜骨肉粉单独加热15 min或同其他食物煮熟，适用于所有人群补钙[10]。膳食中的草酸经过S4沸水焯烫去除，可以抑制草酸对钙剂的有害功能，从而有助于S6（人体肠道）对钙的吸收[9]。引入热场和鲜骨肉粉强化补钙的物-场模型，如图4所示。

图4 引入热场和鲜骨肉粉强化补钙的物-场模型图

关键问题3：食物中的维生素D促进人体对钙的吸收和利用，二者的协同作用增加肌肉的耐力和骨骼的韧性，而无活性的维生素D在人体内无法将钙充分沉积在骨骼中，造成骨钙下降。

关键问题4：单纯的补钙并不能改善骨质的流失，大量的钙沉积在血液中引发高血钙，进入肾脏中引发肾结石，骨质的合成与骨骼的韧性还与受力有关，因此需要找到合理的途径促进血液循环，帮助钙沉积骨骼中，减少骨折的风险是重点。人体内钙流失不足以改善骨骼强度的物-场模型，如图5所示。

图5 人体内钙流失不足以改善骨骼强度的物-场模型图

应用TRIZ理论物-场分析对关键问题3和4求解：引入新的光场F3，阳光照射促进维生素D在体内合成，激活后的维生素D加强骨骼对钙吸收和利用[12]。引入机械场F4，有氧和抗阻的混合运动可以促进血液循环，有利于血液中的营养物质输送到骨骼中，增强骨骼耐受压力。阳光和运动促进骨骼对钙的吸收利用的物-场模型，如图6所示。

图6 阳光和运动促进骨骼对钙的吸收利用的物-场模型图

2.2 优化物-场分析中的标准解，得到最完善的补钙方案。

蔬菜中的草酸被沸水去除后，促进人体肠道对钙的吸收。肠胃炎及胃酸分泌不足的人群可以每日食用鲜骨肉粉增加钙的吸收量。在户外晒太阳，选择夏天早上9:00—11:00，下午3:00—5:00，冬天正午，每天至少15 min且除了脸部防晒，身体其他部分尽量不要遮盖，这样更有利于合成维生素D，户外晒太阳结合运动疗法（有氧和抗阻的混合运动）促进人体血液循环，提高食物中钙的生物利用度，增加骨密度和骨骼的韧性[13-14]。完善的补钙物-场模型，如图7所示。

图7 完善的补钙物-场模型图

3 结语

人体对钙剂的吸收和利用受多种因素的影响，盲目的补钙并不能达到壮骨的目的。本文基于TRIZ理论中的物-场模型对人体钙摄入不足的关键问题求解，得到一个全面的补钙方案：经沸水烫漂后的蔬菜与营养全面的骨肉粉煮熟后同食，达到补充人体钙量流失的效果，在户外边晒太阳，边运动训练有利于人体肠道对食物中钙的充分吸收和骨钙的沉积，进而有助于预防骨质疏松的发生。