虽然经历了几十年的研究，但研究人员对于维生素补充剂是否真的有益健康，仍然看法不一。1911年，波兰生物化学家卡西米尔·芬克发现了导致脚气病的原因。当时，在以精米为主食的区域，脚气病是一种颇为流行的神秘神经疾病。芬克给一组生病的鸽子喂食从米糠中提取的物质，结果这些鸽子在12小时内就恢复了健康。
于是，他提出，人类的某些疑难病症其实是由于饮食中缺乏某些营养元素造成的，而他从米糠中发现的物质就是营养元素中的一种。他认为，这些化学物质是人体必需的胺类化合物，并将其称为维生素。虽然许多人都接受维生素能够预防或治疗某些疾病的观点，但当时的医疗机构却极为反对。
现在，虽已不再有人怀疑维生素B1可以预防脚气病，或者维生素C能预防坏血病，但对于健康人是否需要使用维生素补充剂，科学界的争论却是前所未有的激烈。去年，发表在《内科医学年鉴》上的一篇文章就提出了一个惊人的例证。在那篇文章中，美国约翰斯·霍普金斯大学和其他研究机构的研究人员肯定地表示，美国公众应该“停止在维生素补充剂上浪费钱”。
他们认为，没有任何研究显示，维生素补充剂对人体有益，因为工业化国家中的绝大多数人都能摄入足够的营养。但在随后的几个月中，对该文的质疑接踵而来。带头反击的科学家中，不乏营养科学和生物化学界的“巨头”，其中就包括美国加州儿童医院奥克兰研究所的布鲁斯·埃姆斯，以及美国哈佛大学的沃尔特·威利特。他们都认为，维生素缺乏的情况在美国实际上很普遍，而补充剂则有助于弥补营养不足。
迈尔·施坦普费尔是哈佛大学的流行病学家，他认为那篇反对维生素补充剂的文章不过是“垃圾”。他说：“我只是感到很悲哀，因为这样一篇拙劣的文章竟能发表在如此重要的期刊上，并造成这么大的影响。”这一次论战，让我们意识到了一个重要的问题——过去一个多世纪以来对维生素补充剂所开展的研究，是否在研究质量和相关性方面存在问题。
保罗·科茨是美国国立卫生研究院膳食补充剂办公室的负责人，他谈道：“科学界对于维生素补充剂的两种对立看法将会一直存在，主要是因为我们还不知道这个问题的答案。目前，对于这两种观点，我们都没有支持的证据。”双盲、安慰剂对照临床试验的结果显示，对于发达国家的居民，任何一种营养补充剂都不具有持久的健康效益。
但很多人认为，这一研究结果不过是反映了这些研究存在的弊端，比如试验设计不良、对不同类别数据的不恰当混杂，以及对营养元素有效剂量的误解等。苏珊·梅恩是美国耶鲁大学公共卫生学院慢性流行疾病学系的系主任，也是美国医学研究所食物与营养委员会的成员，参与制定了美国现行的居民营养指南，例如维生素和矿物质的每日参考摄取量。
她谈道：“过去，我们的研究手段十分粗劣，就好像透过拉着帘的脏窗户往外看似的，纯粹就是雾里看花。”虽然有些科学家认为，研究人员能够从现有的营养研究数据中发现重要线索，但其他人却认为，目前的大多数研究结果都存在着严重缺陷，整个研究领域需要进行全面的方法改革。美国克瑞顿大学内分泌学家罗伯特·希尼就属于后者。康妮·韦弗是美国普渡大学西拉斐特分校营养科学系的系主任，也是美国食物及营养委员会的成员。
她认为：“现有营养学试验所针对的问题并不恰当，试验结果自然就没什么可取之处了。”目前，全球维生素和营养补充剂的市场规模，估计高达680亿美元，其中复合维生素是最受欢迎的产品。根据美国膳食补充剂办公室去年发布的报告，大多数人服用复合维生素的目的并不是为了治疗维生素缺乏症，而是为了改善或保持“整体健康”。
虽然像坏血症这类维生素缺乏症在工业化国家已经十分罕见，但有些研究却显示，很多人会轻度缺乏某些营养素。2011年，美国疾病控制与预防中心开展的一项国民卫生营养调查的数据显示，超过1/4的美国人对维生素A、C、D、E，以及钙、镁等微量元素的摄取量不足，97%的美国人对钾的摄取量不足。2010年发布的《美国膳食指南》警告，公众对钾、膳食纤维、钙和维生素D摄取量不足的程度，已足以引起公共卫生部门的关注。
这种看似普遍存在的营养元素缺乏情况，到底意味着什么，科学界对此还存在争议。约翰斯·霍普金斯大学流行病学家皮特·米勒就根本不相信美国会存在这种情况，他认为这可能是由于“定义缺乏症的标准不正确”而造成的假象。比如，那些用于调查人们所吃食物种类和数量的方法大多不可靠。
2013年，一项发表在《公共图书馆·综合》上的研究就发现，在美国国民卫生营养调查历时39年所收集的能量摄入数据中，由于系统性漏报，大部分被调查者的数据从生理学的角度上看，都是不合理的。不过梅恩也谈到，有些人的确对某些营养元素摄取不足。另外，研究也显示，那些对某些营养元素的摄取量低于平均水平的个体，虽然在临床上没有表现出营养素缺乏的症状，但仍能通过服用营养补充剂受益。
美国哈佛大学公共卫生学院的研究人员，招募了672名具有良性结直肠肿瘤病史的卫生专业人士，来研究叶酸是否能降低肿瘤的复发率。其中一半测试者在3～6.5年间，每天服用1毫克叶酸，而另一半测试者则服用安慰剂。如果将所有人的数据进行整体分析，补充叶酸对于肿瘤的复发率并没有影响；但对于那些在试验开始时，叶酸摄取量较低的受试者，服用叶酸后，他们的肿瘤复发率确实降低了。
但另一方面，多项大型试验数据显示，过量服用营养补充剂也可能具有一定的危害。维生素AE癌症预防试验，就希望弄清楚，补充维生素A和E能否让吸烟者受益，该研究发现，那些在5～8年间，每天服用维生素A前体物质——β－胡萝卜素20毫克（3倍于美国每日推荐的维生素A摄取量）的受试者，患肺癌的几率要比服用安慰剂的受试者高18%。对于该研究结果，其中一种可能的解释是，高剂量的β－胡萝卜素的分解产物会促进细胞增殖。
以上这些研究结果，体现了营养元素代谢的复杂性。现在，营养科学家已经意识到，许多营养元素都具有“J”型或“U”型风险曲线：即在低剂量下，营养元素对人体有益，但在高剂量下，则可能有毒。而维生素对人体的影响程度，则与个体的初始摄入量有关。然而，这一点却经常被人们忽略。例如2009年，美国政府为了确定维生素D摄入量的指导原则，开展了一次对相关研究的系统性回顾，但其中却没有包括任何有关个体初始摄入量的信息。
由于研究人员很可能没有考虑到，个体初始摄入量的不同，会造成人体对维生素D的反应差异，因此美国政府的最后结论是——现有研究对维生素D的定论不一。希尼说：“我们在设计试验方案时，都应该考虑这些常见因素，但他们却没有这样做。”对照组摄取营养元素的情况也很重要，但这一点却常常被忽略。
作为美国国立卫生研究院“妇女健康行动”研究计划的一部分，研究人员测试了在补充维生素D基础上，每天摄取1 000毫克钙，对妇女骨折风险的影响。虽然美国国民卫生营养调查当时的研究数据显示，绝经妇女每日的平均钙质摄取量大约为600毫克，但研究人员发现，随机分组后，对照组妇女每日摄取的钙，实际上超过1 000毫克。
虽然试验结果显示，对照组和实验组发生骨折的风险，在统计学上并没有显著差异，但希尼认为，“这项试验的方案，就决定了试验结果不会有什么发现”。即便如此，这次系统性回顾仍会把‘妇女健康行动’视作负面研究”。此项研究还凸显了另外两个影响因素。首先，参与研究的受试者通常比其他个体更有健康意识。
虽然“妇女健康行动”的参与者一般都摄取了较高剂量的钙，但在31～59岁的美国妇女中，75%的人每天从食物中摄取的钙，却没有达到推荐量——1 000毫克。第二，受试者有时会不听话，只有59%的受试者在试验结束前，仍能坚持服用不低于要求剂量80%的钙片。那些没有坚持服用钙片的受试者，可能在许多重要方面对试验造成影响，从而使研究结果产生偏差。另一个重要的影响因素是遗传多样性。
美国北卡罗来纳大学教堂山分校营养研究所所长史蒂文· 蔡塞尔谈道：“每个人的基因中，大约有5万个突变，而在这些突变中，任何一个都可能影响人体的新陈代谢。然而，很少有遗传学家会收集个体的饮食信息，也很少有营养学家会收集个体的遗传信息。”例如，蔡塞尔的研究就发现，44%的妇女由于具有某些基因突变，需要从饮食中获取更多的胆碱。
这或许可以解释，为什么各个试验很难得出一致的结果，而各种回顾性研究也很难有所发现。而且，补充营养元素产生的效果往往很微妙。药物试验比较的是用药组与非用药组，而营养试验比较的则是高剂量组和低剂量组，因为每个人都需要摄取和消耗某些营养元素。这些细微的差别，可能很难在试验中体现出来，或者需要很长的时间才能显现出来。
美国俄勒冈州立大学莱纳斯·鲍林研究所所长、生物化学家鲍尔茨·弗赖谈道：“考虑到这些局限性，我们就不难理解，为什么很少有试验能发现营养元素的任何益处。”那么，科学家该如何设计试验，揭开营养元素的真相呢？今年1月的《营养学综述》上刊登的一篇论文中，希尼提出了一些此类研究的指导原则。他认为最重要的是，科学家需要考虑营养元素的“剂量－反应”曲线。
他说，检测受试者摄取各种营养元素的基本情况，跟踪观察这种情况的变化，是非常关键的步骤。他还建议，研究人员应该采用基础摄取量相近的测试者。虽然这将限制研究结果的适用范围，但数据更容易理解。测定个体的营养状况则是另一大挑战。以钙质为例，当个体从饮食中摄取的钙质过少时，身体会从骨骼中吸取矿物质，以保持血压平稳。
希尼说，研究人员可以通过检测其他生物指标来测定人体内钙质的消耗量，例如甲状旁腺激素，但进行这类测试，费用非常高。研究人员还必须准确评估受试者在试验中的食物和营养素摄取量。这就要求研究人员清楚了解各种食物的营养成分。
弗赖说，虽然美国农业部的《国家营养元素标准参考数据库》被认为是权威的食物组成数据来源，但在这个数据库中，食物中的维生素A含量被高估了，因为它所使用的标准单位不能正确反映维生素A的生物利用率。而且，数据库也没有考虑到维生素的其他来源，例如没有测定动物食品中25－羟胆钙化醇的水平。好消息是，科学家已经研发出了新技术，可以更好地测定受试者的营养状态和营养元素的摄取量。
例如，梅恩和同事就发明了“皮肤－光谱学”测定法，来检测人体中的类胡萝卜素水平。她说：“这种检测基本上不需任何花费，只要扫描皮肤30秒，就能知道人体内类胡萝卜素的状态。”而普渡大学的研究人员则正在开发一种手机应用程序，来记录食物的摄取量。使用者只需为盘中的食物拍照，这个应用程序就能估计并记录其中的营养成分。目前的研究显示，这个估算方法比自我报告更准确。
研究人员还需要更好地考虑和解释一些会干扰实验结果的因素。希尼认为，对于现有研究数据的分析应该更具针对性，以确定特定人群对特定营养素的需求量——也就是说，研究人员应该只考虑那些可以综合成一份数据的试验。美国膳食补充剂办公室就资助了一系列这类营养学研究，其中已有6项研究得到发表。现在，让我们回到最初的问题吧——补充剂到底有没有用？
目前的研究只能给出一个模棱两可的答案：某个剂量下，某种营养素对于某些个体“或许有用”；但在其他情况下，则“可能没有用”。梅恩说：“营养学是一门复杂的科学，我不认为存在一个适用于所有人的营养公式，但新的研究工具或许可以改变我们对营养学的看法”。关键在于，如果科学家找到了所需的所有“拼图”，他们能否将这些“拼图”完美地接合起来，进而得到一张营养学“蓝图”？