第一节 能 量

第一节 能 量

　　一、概述
　　能量是一个系统作功的能力。因系统作功时多以燃烧产热形式表达，故曾被称为热能。自然界中的能量既不能创造也不会消失，只能从一种形式转变成另一种形式。 

　　人类的一切生命活动的基本形式为新陈代谢。而人体的新陈代谢实际上又是体内、外环境进行的物质与能量的交换。在这一过程中均需不断产生和消耗能量。由于人的新陈代谢和体温的维持都需要消耗能量，如细胞的生长繁殖、组织的自我更新、营养物质的运输、代谢废物的清除等。因此，没有能量，机体的任何一个器官都无法进行工作。即使是人在睡眠时，维持生命的血液循环和呼吸等生理活动仍照常进行，同样需要消耗能量。 

　　食物中提供的营养素则是机体能量的源泉。食物中的供能营养素在体内经酶的作用进行生物氧化既可释放出能量。人体所需能量通常来源于碳水化合物、脂肪和蛋白质等三大营养素，故此三者被称为供能营养素。它们是通过自然界的动、植物吸收太阳能转变成化学能贮存下来的物质。
 
　　二、能量单位
 
　　营养学界曾广泛以“千卡（kcal）”为单位来表示能量。1千卡相当于将1kg水的温度升高10C（即由150C升高到160C）时所需要的能量。
 
　　目前，国际通用的能量单位为焦耳（J）。但有些国家，如美国、加拿大和我国仍在继续使用卡和千卡。以下为千卡（kcal）与焦耳（J）之间的换算关系。
 
　　1kcal=4.184kJ；1kJ=0.239kcal
 
　　1000 kcal=4.184MJ；1 MJ=239 kcal
 
　　每克蛋白质、脂肪、碳水化合物的产热量分别为4kcal（16.7kJ）、9kcal（36.7kJ）和4kcal（16.7kJ）。此外，酒中的乙醇也能提供较高的能量。每克乙醇产生能量为7 kcal（29.3kJ）。
 
　　三、人体的能量消耗
 
　　一般成年人的能量消耗，包括基础代谢、体力活动消耗和食物热效应等三个途径。对于儿童、孕妇、乳母等还要满足其特殊生理需要，如儿童、青少年应满足其生长发育的需要；孕妇则要保证胎儿正常生长需要，而乳母应考虑分泌乳汁的需要等。
 
　　人体能量代谢很复杂，不仅受体力活动、营养条件、环境因素以及生理状态、疾病等情况的影响，而且亦受中枢神经系统的调节与控制。其中，体力活动是影响能量需要最明显的因素。
 
　　㈠基础代谢
 
　　1、基础代谢与基础代谢率（插基础代谢率表）
 
　　基础代谢（basal metabolism，BM）是指维持人体基本生命活动的最低能量需要，即在无任何体力活动及紧张思维活动、全身肌肉松驰、消化系统处于静止状态情况下（即睡眠或睡眠初醒时），用以维持体温、心跳、呼吸、细胞内外液中电解质浓度差及蛋白质等大分子合成的能量消耗。而在基础状态下，单位时间内代谢所消耗的能量，即为基础代谢率（basal metabolism rate，BMR）。通常，BMR常以单位时间内人的体表面积所散发的热量来表示。
 
　　2、基础代谢的测定
 
　　基础代谢的测定一般是在环境温度恒定（18～250C）及人处于清醒、静卧、空腹（进食后12小时）的状态下进行。通常应先根据身高、体重求出个体的体表面积，再按体表面积与该个体年龄的基础代谢率计算出基础代谢消耗的能量。
 
　　我国赵松山于1984年提出一个适合中国人的体表面积计算公式：体表面积（m2）＝0.00659身高（cm）＋0.0126体重（kg）－0.1603。由于基础代谢率的测定比较困难，WHO 于1985年提出用静息代谢率（resting metabolism，RMR）代替BMR。测定时全身处于休息状态，禁食仅需4小时。因此RMR值一般都略高于BMR（约为10%）。
 
　　一般情况下，每kg体重每小时基础代谢所消耗的能量为1kcal。因而基础代谢的简单计算方法为1（kcal）×24（h）×体重（kg）。
 
　　有西方学者提出的公式可以直接计算24小时的基础代谢能耗量，即基础能量消耗（basic energy expenditure，BEE）。
 
　　男：BEE=66.5＋13.8×体重（kg）＋5.0×身长（cm）－6.8×年龄（岁）
 
　　女：BEE=65.5＋9.5×体重（kg）＋1.8×身长（cm）－4.7×年龄（岁）
 
　　3、影响基础代谢的因素
 
　　⑴体表面积——BMR的高低与人的体重并不呈正比例相关，但与其体表面积呈正比例关系。故目前常用人的体表面积作为标准来测定BMR。
 
　　⑵年龄——如儿童的BMR最高，青壮年期较稳定，40岁以后有所降低。
 
　　⑶性别——如男子的BMR一般多高于女子（但女子在妊娠期时，其BMR相应增加）。
 
　　⑷种族——同样身高人的BMR，因其种族不同而有差异。如身高相同及体表面积相同，但以爱斯基摩人和印第安人的BMR最高，欧美人次之，亚洲人较低。
 
　　⑸营养状态——长期热能摄入不足、营养不良者BMR偏低。完全禁食10余日后BMR降低25%，这可能是机体采取的一种适应机制。
 
　　⑹疾病——白血病、癌症、发烧、内分泌失调等病理情况可影响机体的新陈代谢。体温每升高1℃，BMR约增加13%。
 
　　⑺内分泌——甲状腺、垂体、肾上腺机能亢进，相关激素的分泌旺盛时，人的活动时间越长、强度越大，则能量消耗越多。
 
　　⑻季节与体力活动強度——BMR在不同季节与不同活动強度的人群中有一定的差异，正说明季节气候变化与活动強度的差异是对BMR产生显著影响的因素。如活动強度大的人要高于活动強度小的；冬季人的BMR要高于夏季等。
 
　　㈡体力活动及強度分级
 
　　由于体力活动強度的差异是对BMR产生显著影响的因素。人在不同体力活动強度的状态下，所需消耗的能量亦有很大差异，且对能量营养素的摄入量亦有不同。
 
　　2001年中国营养学会将我国居民活动强度由原来的五级调整为三级，即轻、中、重体力活动，从而更便于掌握与操作。调整后，一般成年人能量的推荐摄入量可用BMR乘以不同的体力活动水平系数（physical activity level，PAL）进行计算，即能量推荐摄入量（RNI）＝BMR×PAL。

　　㈢食物热效应

　　食物热效应（thermic effect of food，TEF）也称为食物特殊动力作用（specific dynamic action，SDA），是指人体在摄食过程中，由于要对食物中的营养素进行消化、吸收、代谢转化等生理活动，故需要额外消耗能量，同时引起体温升高和能量消耗增加的现象，就是食物的热效应现象。因此，食物热效应对人体而言实际上是能量的损耗。
 
　　通常食物热效应的高低与食物营养成分、进食量和进食频率有关。如蛋白质含量丰富的食物的热效应最高；其次是富含碳水化合物的食物；而脂肪含量高的食物为最低。一般食物脂肪的消化、吸收等活动约需消耗其本身所产生能量的4%～5%，碳水化合物则为为5%～6%，而蛋白质食物则要消耗其本身所产生能量中的30%～40%。若食用混合膳食时，食物的热效应作用可相当于基础代谢的10%，或全日总能量消耗的6%，约为每日600kJ（150kcal）左右。并有吃得越多、进食越快，其能量消耗越多，食物的热效应逾高。通常，食物的热效应作用可在进食后7～8小时达到高峰。由于，进歺时的食物尚不能发挥其供能作用，故对其消化、吸收等活动所需的能量则是取自人体的能量贮备。所以，每歺摄入的能量至少应与其热效应所消耗的能量保持平衡。
 
　　四、能量供给

　　目前，世界各国都有其相应的能量供给量的推荐值。其中，包括三大供能营养素的合理摄入比。我国营养学会于2001年制订的“中国居民膳食营养素参考摄入量”中，即对各年龄组人群确定了具体的能量摄入推荐量，同时也根据不同的活动强度确定了具体的能量推荐摄入量，并根据婴幼儿代谢旺盛，生长迅速的生理特点，制订了以单位体重的计量方法。通常其能量的需要量要高于成年人。不过，任何国家或组织推荐的能量供给量值都不是绝对的，而仅是适用于多数人的适中值。故在使用时可作为参考基数，并需结合人的个体状态或实际能量消耗状况加以适当调整。
 
　　一般人在20～39岁这段时间中的基础代谢比较稳定，即以这个时期的能量供给量为基准；40岁以上年龄组可以每10年为一段，随着年龄的增长，其能量供给量依次分别递减5%、10%、20%、 30%。孕妇在妊娠期是需要额外供给能量，以满足胎儿发育的需要，并为合成乳汁作好准备。
 
　　此外，能量是否能保持平衡与人体健康的关系极为密切。若能量长期收支不平衡，首先可反映在体重的变化，并可逐渐发展到影响人体健康。如体重超出理想体重值的15~20%者为过重；超出20%者为肥胖。反之，则为偏瘦、消瘦或极度消瘦。有关临床资料显示，当人的体形肥胖，或消瘦都有可能成为某些疾病的始动因素。如糖尿病、高血压、结核病、肝炎等。
 
　　再者，由饥饿或疾病等原因造成的能量摄入不足，可使机体脂肪贮存减少，以致人的体能下降、身体对环境的适应能力和抗病能力也会因此下降、工作效率低下等。如女性的体重过低，即可致性成熟延迟，或易生产瘦小婴儿；若老年人的能量摄入不足会增加营养不良的危险；若能量不足时，则人体会动员蛋白质氧化供能，从而增加蛋白质的消耗量，可产生蛋白质缺乏症。
 
　　五、常用食物能量含量举例 

　　表1—3常用食物能量含量（100g）