一、能量单位
“能”(energy)在自然界有多种形式有如太阳能、化学能、机械能、电能，它们之间可以相互转换。为了计量上的方便，国际上制订统一的单位，即焦耳(joule，J)，或卡(calorie)。
lkcal 指1000g
纯水的温度由15℃上升到16℃所需要的能量。
1 焦耳(joule，J)则是指用1
牛顿(n)力把lkg 物体移动lm 所需要的能量。
1000J等于1“千焦耳”(kilo joule，KJ)；1000kj 等于1“兆焦耳”(mega
joule，mJ)。两种能量单位的换算如下：
1kcal=4.184KJ lKJ=0.239kcal
1000kcal=4.184mJ 1mJ=239kcal
2、能量来源
（1）产能营养素
人体在生命活动过程中，都需要能量，如物质代谢的合成和分解反应、心脏跳动、肌肉收缩、腺体分泌等。而这些能量来源于食物。动、植物性食物中所含的营养素可分为五大类：碳水化合物、脂类、蛋白质、矿物质和维生素，如果加上水，则为六大类。其中，碳水化合物、脂类和蛋白质经体内代谢可释放能量。三者统称为“产能营养素”或能源物质。
1) 碳水化合物
碳水化合物是机体的重要能量来源。我国人民所摄取食物中的营养素，以碳水化合物所占的比重最大。一般说来，机体所需能量的50％以上是由食物中的碳水化合物提供的。
食物中的碳水化合物经消化产生的葡萄糖被吸收后，有一部分以糖原的形式贮存在肝脏和肌肉中。肌糖原是骨骼肌中随时可动用的贮备能源，用来满足骨骼肌在工作的情况下的需要。肝糖原也是一种贮备能源，贮存量不大，主要用于维持血糖水平的相对稳定。
脑组织消耗的能量相对较多，在通常情况下，脑组织消耗的能量均来自碳水化合物的有氧的条件下氧化，因而脑组织对缺氧非常敏感。另外，脑组织细胞贮存的糖原又极少，代谢消耗的碳水化合物主要来自血糖，所以脑功能对血糖水平有很大的依赖性。
2) 脂肪
在正常情况下，人体所消耗的能源物质中有40％～50％来自体内的脂肪，其中包括从食物中摄取的碳水化合物所转化成的脂肪；在短期饥饿情况下，则主要由体内的脂肪供给能量。脂肪酸可直接供给很多组织利用，也可在肝脏转化成丙酮酸再供给其他组织利用。不但骨骼肌、心肌等可利用脂肪酸和酮体，在饥饿时，脑组织也可利用酮体。所以，脂肪也是重要的能源物质，但它不能在机体缺氧条件下供给能量。
3) 蛋白质
蛋白质是由氨基酸构成的，在机体蛋白质代谢中，也主要是利用氨基酸进行合成和分解代谢。体内氨基酸有两个来源:
一是来自食物蛋白质消化所产生的氨基酸，由小肠吸收入血；
二是在机体新陈代谢过程中，组织、细胞蛋白质分解所产生的氨基酸。这两部分氨基酸主要用于合成细胞成分以实现自我更新，也用于合成酶、激素等生物活性物质。氨基酸也可以作为能源物质，但这是用较高的代价而取得的。
氨基酸在体内经过脱氨基作用或氨基转换作用，分解为非氮成分和氨基。其中非氮成分(α-酮酸)可以氧化供能，氨基则经过处理后主要由肾脏排出体外。人体在一般情况下主要利用碳水化合物和脂肪氧化供能。但在某些特殊情况下，机体所需能源物质供能不足，如长期不能进食或消耗量过大时，体内的糖原和贮存脂肪已大量消耗之后，将依靠组织蛋白质分解产生氨基酸来获得能量，以维持必要的生理功能。
进食是周期性的，而能量消耗则是连续不断的，因而贮备的能源物质不断被利用，又不断补充。当机体处于饥饿状态时，碳水化合物的贮备迅速减少，而脂肪和蛋白质则作为长期能量消耗时的能源。
（2）食物的卡价
人体所需要的能量来源于动物性和植物性食物中的碳水化合物、脂类和蛋白质三种产能营养素。每克产能营养素在体内氧化所产生的能量值称为“食物的热价”或“食物的能量卡价”，亦称“能量系数”。
1) 食物在体外的燃烧热
物质燃烧时所释放出的热，称为燃烧热。食物可在动物体内氧化，也可在动物体外燃烧。体外燃烧和体内氧化的化学本质是一致的，每克产能营养素在体外燃烧时所产生的能量值称为“物理卡价”。
食物的燃烧热通常采用“弹式热量计”测定。“弹式热量计”的基本构造是两中空形金属球(或带盖小钢罐)，即钢弹。钢弹内安放能放电的电极及其引出的导线。操作时先将定量的食物或产能营养素样品置于钢弹内电极附近，然后紧闭钢弹，从气口充人纯氧至一定压力；置钢弹于定量的特制水箱内，水箱中置一精密温度计。导线通电后可使钢弹内食物或产能营养素样品在纯氧的环境中充分燃烧；燃烧所产生的热量经过钢弹传导给水箱中的水，于是水温上升，再根据样品的重量、水箱中的水量和水温上升的度数推算出所产生的燃烧热。
2) 食物在体内的燃烧热
产能营养素在体内的燃烧(生物氧化)过程和在体外燃烧过程不尽相同，体外燃烧是在氧作用下完成的，化学反应激烈，伴随着光和热；体内氧化是在酶的作用下缓慢进行的，比较温和；特别是最终产物不完全相同，所以产生的热量(即能量)也不完全相同。据用“弹式热量计”测定，lg
碳水化合物在体外燃烧时平均产生能量17.15kj(4.1kcal)；1g 脂肪平均产能39.54kj(9.45kcal)；lg
蛋白质平均产能23.64kj(5.65
kcal)。但在体内氧化时，碳水化合物和脂肪与体外燃烧时的最终产物均为二氧化碳和水，所产生的能量也相同。蛋白质在体内氧化时的最终产物为二氧化碳、水、尿素、肌酐及其他含氮有机物；而在体外燃烧时的
最终产物则为二氧化碳、水、氨和氮等，体内氧化不如体外燃烧完全。若将lg
蛋白质在体氧化的最终产物收集起来，继续在体外燃烧，还可产生能量5.44kj(1.3 kcal)。如果用“ 弹式热量计”
体外燃烧试验推算体内氧化产生的能量值应为： lg 碳水化合物17.15kj(4.1kcal) ， lg 脂肪：
39.54kj(9.45 kcal) ， lg 蛋白质则为23.64-5.44=18.2kj(4.35kcal)。
另外，食物中的营养素在消化道内并非100％吸收。一般混合膳食中碳水化合物的吸收率为98％、脂肪95％、蛋白质92％。所以，三种产能营养素在体内氧化实际产生能量则为：
1g
碳水化合物：17.15kj×98％=16.81kj(4.okcal)
1g
脂肪：39.54kj×95％=37.56kj(9.okcal)
1g
蛋白质：18.2kj×92％=16.74kj(4.0kcal)
（3）能量来源分配
三类产能营养素在体内都有其特殊的生理功能并且彼此相互影响，如碳水化合物与脂肪的相互转化及它们对蛋白质有节约作用。因此，三者在总能量供给中应有一个恰当的比例。根据我国的饮食特点，成人碳水化合物供给的能量以占总能量的55％～65％，脂肪占20％～30％，蛋白质占10％～15％为宜。年龄越小，蛋白质及脂肪供能占的比例相应增加。成人脂肪摄入量一般不宜超过总能量的30％。
3、能量消耗
能量从一种形式转化为另一种形式的过程中，其能量既不增加也不减少。这是所有形式的能量互相转化的一般规律，即能量守恒定律，机体的能量代谢也遵循这一普遍规律。即在整个能量转化过程中，机体所利用的蕴藏于食物中的化学能与最终转化成的能量和所做的外功，按能量折算是完全相等的。也就是说，机体的能量需要与消耗是一致的。在理想的平衡状态下，个体的能量需要量等于其消耗量。成年人的能量消耗主要用于维持基础代谢、体力活动和食物生热效应；孕妇还包括子宫、乳房、胎盘、胎儿的生长及体脂储备；乳母则需要合成乳汁；儿童、青少年则应包括生长发育的能量需要；创伤病人康复期间等也需要能量。
（1）基础代谢
基础代谢(basal
metabolism，BM)是指人体维持生命的所有器官所需要的最低能量需要。单位时间内的基础代谢，称为基础代谢率(basal
metabolic rate，BMR)。一般是以每小时所需要的能量为指标。
测定方法：在清晨而又极端安静状态下，不受精神紧张、肌肉活动、食物和环境温度等因素影响时的能量代谢。
基础代谢的测量：一般都在清晨未进餐以前进行，距离前一天晚餐12～14
小时，而且测量前的最后一次进餐不要吃得太饱，膳食中的脂肪量也不要太多，这样可以排除食物热效应作用的影响。测量前不应做费力的劳动或运动，而且必须静卧半小时以上，测量时采取平卧姿势，并使全身肌肉尽量松弛，以排除肌肉活动的影响。测量时的室温应保持在20～25℃之间，以排除环境温度的影响。
1) 基础代谢的测量
1.气体代谢法：能量代谢始终伴随着氧的消耗和二氧化碳的产生。故可根据氧的消耗量推算能量消耗量。目前临床常用的是一种特制的代谢车。
2.用体表面积计算。基础代谢一般以每小时、每平方米体表面积的产热量为单位。传统以kcal／(m2·h)表示，现按国际制单位则以kj／(m2·h)表示。基础代谢消耗的能量常根据体表面积或体重和基础代谢率计算。人体的体表面积，可根据身高和体重来推算。
基础代谢=体表面积(m2)×基础代谢率[kj／(m2·h)或kcal／(m2·h)]
2) 影响基础代谢的因索
1.体表面积
基础代谢率的高低与体重并不成比例关系，而与体表面积基本上成正比。因此，用每平方米体表面积为标准来衡量能量代谢率是比较合适的。
2.年龄在人的一生中，婴幼儿阶段是整个代谢最活跃的阶段，其中包括基础代谢率，以后到青春期又出现一个较高代谢的阶段。成年以后，随着年龄的增加代谢缓慢地降低，其中也有一定的个体差异。
3.性别实际测定表明，在同一年龄、同一体表面积的情况下，女性基础代谢率低于男性。
4.激素激素对细胞的代谢及调节都有较大影响。如甲状腺功能亢进可使基础代谢率明显升高；相反，患粘液水肿时，基础代谢率低于正常。去甲肾上腺素可使基础代谢率下降25％。
5.季节与劳动强度基础代谢率在不同季节和不同劳动强度人群中存在一定差别，说明气候和劳动强度对基础代谢率有一定影响。例如，寒季基础代谢高于暑季；劳动强度高者高于劳动强度低者。
（2）体力活动
除了基础代谢外，体力活动是人体能量消耗的主要因素。因为生理情况相近的人，基础代谢消耗的能量是相近的，而体力活动情况却相差很大。机体任何轻微活动都可提高代谢率，人在运动或劳动时耗氧量显著增加。这是因为运动或劳动等体力活动时肌肉需要消耗能量，而能量则来自营养物质的氧化，这就必然导致机体耗氧量增加。机体耗氧量的增加与肌肉活动的强度呈正比关系。耗氧量最多可达到安静时的10～20
倍。通常各种体力活动所消耗的能量约占人体总能量消耗的15％～30％。
人们每天的工作和生活包括多种活动，这些活动都需要肌肉做功来完成。在人体的整个能量消耗中，肌肉活动或体力活动占较大比例。因为一切活动都需要能量。
影响体力活动能量消耗的因素：
①肌肉越发达者，活动能量消耗越多；
②体重越重者，能量消耗越多；
③劳动强度越大、持续时间越长，能量消耗越多；
④与工作的熟练程度有关。其中劳动强度和持续时间是主要影响因素，而劳动强度主要涉及劳动时牵动的肌肉多少和负荷的大小。
（3）食物热效应
食物热效应的概念食物热效应(thermic effect
of food，TEF)是指由于进食而引起能量消耗增加的现象。过去称为食物的特殊动力作用(specific dynamic
action，SDA)。例如，进食碳水化合物可使能量消耗增加5％～6％，进食脂肪增加4％～5％，进食蛋白质增加30％～40％。一般混合膳食约增加基础代谢的10％。
食物热效应只能增加体热的外散，而不能增加可利用的能；换言之，食物热效应对于人体是一种损耗而不是一种收益。当只够维持基础代谢的食物摄入后，消耗的能量多于摄人的能量，外散的热多于食物摄人的热，而此项额外的能量却不是无中生有的，而是来源于体内的营养贮备。因此，为了保存体内的营养贮备，进食时必须考虑食物热效应额外消耗的能量，使摄入的能量与消耗的能量保持平衡。
(4) 生长发育及影响能量消耗的其他因素
处在生长发育过程中的儿童，其一天的能量消耗还应包括生长发育所需要的能量。怀孕的妇女，由于子宫内胎儿的发育，孕妇间接地承担并提供其迅速发育所需的能量，加上自身器官及生殖系统的进一步发育需要特殊的能量，尤其在怀孕后半期。
除上述影响基础代谢的几种因素对机体能量消耗有影响之外，还受情绪和精神状态影响。脑的重量只占体重的2％，但脑组织的代谢水平是很高的。例如，精神紧张地工作，可使大脑的活动加剧，能量代谢约增加3％～4％，当然，与体力劳动比较，脑力劳动的消耗仍然相对地少。
4、能量需要量及膳食参考摄入量
人体能量代谢的最佳状态是达到能量消耗与能量摄人的平衡。这种能量平衡(energybalance)能使机体保持健康并能胜任必要的社会生活。能量代谢失衡，即能量缺乏或过剩都对身体健康不利。
（1）能量需要量的确定
由于BMR
约占总能量消耗的60％～70％，所以它是估算成年人能量需要量的重要基础，采用“要因加算法”估算成年人的能量需要量。即能量需要量=BMR×PAL。对儿童、孕妇、乳母等特殊生理情况下尚需考虑其特殊需要。
(2) 膳食能量推荐摄人量
中国居民成年人膳食能量推荐摄入量(RNI)10.03MJ/日（2400Kcal/日）。
5、能量的食物来源
人体的能量来源是食物中的碳水化合物、脂类和蛋白质。这三类营养素普遍存在于各种食物中。粮谷类和薯类食物含碳水化合物较多，是膳食能量最经济的来源；油料作物富含脂肪；动物性食物一般比植物性食物含有更多的脂肪和蛋白质；但大豆和坚果类例外，它们含丰富的油脂和蛋白质；蔬菜和水果一般含能量较少。
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