基础营养学

**篇 营养学基础 **章 能量 学习要求 掌握：能量单位、能量系数的概念，掌握人体能量消耗及影响人体能量消耗的主要因素。 熟悉：能量的参考摄入量和食物来源。 了解：能量消耗的测定方法。 核心概念 1. 能量系数 每克（g）碳水化合物、脂肪、蛋白质在体内氧化产生的能量值称为能量系数（或热能系数）。 2. 基础代谢 基础代谢是维持人体基本生命活动的能量。即在无任何体力活动和紧张思维活动、全身肌肉松弛、消化系统处于静止状态的情况下，用以维持体温和人体必要的生理功能（呼吸、循环、排泄、腺体分泌、神经活动和肌肉的紧张度等）所需的能量。 3. 食物热效应（thermic effect of food，TEF） 人体在摄食过程中，由于要对食物中营养素进行消化、吸收、代谢转运等，需要额外消耗能量，同时引起体温升高和散发热量。这种因摄食引起的额外的能量消耗称食物热效应或食物特殊动力作用（specific dynamic action）。 能量过去称为热能或热量。自然界中的能量（energy）以机械能、化学能、光能、电能、核能等多种形式存在。人的生命活动无时无刻不需要能量供应。人体内的能量来源于食物。产能营养素在体内氧化过程中，分子结构中的碳氢键发生断裂，在生成CO2 和H2O的同时，释放出化学能，机体将部分化学能转移到ATP 内，为各种细胞合成生命所需的物质成分、生物活性物质和离子泵等所利用，以完成各种生理活动。其他部分则转为热能，用于维持体温等。为了与工业上的能源有所区别，营养学上常常把“能量”称为“热能”。 正常情况下，人体从食物中摄取的能量和消耗的能量应保持平衡。当摄入能量不足时，机体会自动动用自身储备的能量甚至消耗自身组织以满足生命活动的需要，若长期处于饥饿状态，则将导致生长发育迟缓、消瘦甚至死亡。若长期摄入过多能量，则会使脂肪堆积，体重增加，从而增加各种慢性疾病，如高血压、高血脂、糖尿病、心血管疾病的发生。发达国家的能量过剩问题已经引起人们的极大关注。 **节 概述 一、能量单位 营养学上能量的量度单位惯用卡（calorie）或千卡（kilo-calorie）表示。1 卡是1 克水由15℃上升至16℃所吸收的热量（或反之，由16℃下降至15℃所放出的热量）。“卡”这个单位对于人类能量的消耗来说太小，故常用单位是千卡（kcal）。目前国际法定能量单位是焦耳（Joule，J），1J 是 1 kg 的物体以 1 N 的力移动 1 m 所消耗的能量，焦耳的1000 倍为千焦耳（kJ），1000 千焦耳称为兆焦耳（MJ）。卡和千卡均为非法定计量单位。 两种能量单位换算如下： 1 kcal=4.184 kJ 1 kJ =0.239 kcal 1 MJ =239 kcal 营养学上仍习惯用千卡作为能量单位。 二、产能营养素 人体需要的能量主要来自食物中的碳水化合物、脂肪和蛋白质。这三种营养素在体内多种酶的催化作用下，经过一系列生物化学反应，逐步分解，释放出其中蕴藏的能量。因此，这三种营养素又称为产能营养素。 （一）碳水化合物 碳水化合物是机体的重要能量来源。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，有一部分被用于合成糖原，并储存在肝脏和肌肉中。肌糖原是骨骼肌中随时可动用的储备能源，用来满足骨骼肌在运动情况下的需要。肝糖原也是一种储备能源，储存量不大，主要用于维持血糖水平的相对稳定。 神经系统消耗的能量相对较多，在通常情况下，神经系统消耗的能量均来自碳水化合物在有氧条件下的氧化，因而大脑对缺氧非常敏感。另外，神经系统细胞储存的糖原又极少，所需的能量主要来自血糖，所以神经系统功能的正常与否对血糖水平有很大的依赖性。 （二）脂肪 正常情况下，人体所消耗的能量有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在体内转化成的脂肪；在短期饥饿情况下，则主要由体内的脂肪供给能量。脂肪水解成脂肪酸进入血液被运送到肝脏和肌肉组织中被氧化利用。脂肪酸经β 氧化形成乙酰辅酶A 后，必须进入三羧酸循环才能彻底氧化成水和二氧化碳并释放出能量。乙酰辅酶A 还可在肝脏形成酮体。正常情况下，酮体进入血液，在骨骼肌和心肌中再形成乙酰辅酶A，进入三羧酸循环继续氧化代谢。因此，脂肪氧化必须依赖糖代谢，脂肪是机体储存能量的重要形式，在进行长时间劳动时，脂肪可被动员，并经血液源源不断运送到骨骼肌提供所需能量。但在机体缺氧条件下不能主要依靠脂肪供给能量。 （三）蛋白质 蛋白质由氨基酸构成，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构建机体、修复组织，也用于合成酶、激素等生理活性物质。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，氨基则由肾脏排出体外。一般情况下人体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，如长期不能进食或消耗量过大时，体内的糖原和储存脂肪大量消耗之后，将分解组织蛋白质来获得能量，以维持正常的生理功能。 进食是周期性的，而能量消耗则是连续不断的，因而储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，碳水化合物的储备迅速减少，而脂肪和蛋白质则作为能量消耗的主要来源。 三、能量系数 产能营养素在体内的氧化过程与体外燃烧有类似之处，但由于其终产物不同，以及体内消化吸收的影响，所以释放的能量不完全相同。 每克（g）碳水化合物、脂肪、蛋白质在体内氧化产生的能量值称为能量系数（或热能系数）。食物中每克碳水化合物、脂肪和蛋白质在体外完全燃烧所产生的能量为： 碳水化合物：4.1kcal（17.15kJ）。 脂肪：9.45kcal（39.54kJ）。 蛋白质：5.65kcal（23.64kJ）。 碳水化合物和脂肪在体内可以被完全氧化成CO2 和H2O，产生的能量与在体外完全燃烧产生的能量相等。蛋白质在体内不能完全氧化，其*终产物除了CO2 和H2O 外，还有尿素、肌酐、尿酸等含氮物质不能再分解而排出体外。在热量计中这些含氮物质完全氧化还可产生5.44 kJ（1.3kcal）热量，所以蛋白质在体内实际仅产生热量23.64-5.44＝18.2 kJ（4.35kcal）。由于食物在消化道不能完全被消化吸收，通常碳水化合物的消化率为98%，脂肪95%，蛋白质92%，故这三种营养素在体内氧化实际产生的能量（能量系数）应为： 碳水化合物：17.15kJ×98%＝16.84 kJ（4kcal）。 脂肪：39.54kJ×95%＝37.56 kJ（9kcal）。 蛋白质：（23.64 kJ－5.44 kJ）×92%＝16.74 kJ（4kcal）。 以植物性食物为主的膳食结构，其消化吸收率低于上述估计值，则能量系数下降，尤其是蛋白质。 第二节 人体的能量消耗 能量从一种形式转化为另一种形式的过程中，既不增加也不减少。这是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*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。 人体的能量消耗包括基础代谢、体力活动和食物特殊动力作用三个方面。对于孕妇和乳母，还包括组织储存和哺乳所需能量；对于婴幼儿和儿童，则还包括生长发育所需能量。 一、基础代谢 （一）基础代谢与基础代谢率及其影响因素 1. 基础代谢（basal metabolism） 基础代谢是维持人体基本生命活动的能量。即在无任何体力活动和紧张思维活动、全身肌肉松弛、消化系统处于静止状态的情况下，用以维持体温和人体必要的生理功能（呼吸、循环、排泄、腺体分泌、神经活动和肌肉的紧张度等）所需的能量。基础代谢的测定应在清晨、空腹、静卧及清醒状态下进行，室温保持在18～25℃。 2. 基础代谢率（basal metabolic rate，BMR） 研究结果表明，人体基础代谢的高低虽与体重有关，但并不成比例关系，而与体表面积成正比。所以，单位时间内人体单位体表面积所消耗的基础代谢能量被称为基础代谢率。一般以每小时所需要的能量为指标。人体BMR 见表1-1。 表1-1 人体基础代谢率 （二）基础代谢的测量 基础代谢的测量一般都在清晨进餐前进行，距离前一天晚餐12～14 小时，测量前的*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。 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。目前临床常用特制的代谢车。代谢车是通过使用代谢监测系统测定能量的消耗量、二氧化碳的产生量、氧气的消耗量来计算三大营养物质在能量消耗中的构成并得出三大营养素在人体的代谢情况与平衡状况，从而为患者提供科学有效、配比适当的营养支持。 2. 根据体表面积或体重计算基础代谢 可按以下方法计算人体一日基础代谢的能量消耗（basic energy expenditure，BEE）。 （1）BEE =基础代谢率×24h×体表面积。 体表面积可以查表，也可以按以下公式计算： 体表面积男（m2）=0.006 07×身高（cm）+0.012 7×体重（kg）-0.069 8 体表面积女（m2）=0.005 86×身高（cm）+0.012 6×体重（kg）-0.046 1 或体表面积（m2）=0.006 59×身高（cm）+0.012 6×体重（kg）-0.160 3 举例：计算一名30 岁体重69kg，身高175cm 男子的24 小时BEE。 按上公式计算体表面积为1.75m2，该年龄男性BMR 为36.8kcal/（m2 h）[154.0kJ/（m2 h）]，24 小时的BEE＝36.8×1.75×24＝1546kcal（6468.5 kJ） （2）按Harris 和Benedict 公式计算BEE： 男BEE＝66+13.7×体重（kg）+5.0×身高（cm）-6.8×年龄（岁） 女BEE＝65.5+9.5×体重（kg）+1.8×身高（cm）-4.7×年龄（岁） （3）利用简化公式计算BEE： 男BEE＝1kal（4.18kJ）×体重（kg）×24（h） 女BEE＝0.95 kal（3.97kJ）×体重（kg）×24（h） （4）WHO 建议的计算方法：WHO于1985年推荐使用Schofield 公式计算一天的BEE（表1-2）。 表1-2 WHO建议的计算基础代谢公式 注：W为体重（kg）。 按WHO推荐公式计算亚洲人的BEE 可能偏高，亚洲人的BMR可能比欧洲人低10%。因此，中国居民在应用WHO 的推荐计算公式时，可采取减5%的办法作为计算18～30岁和30～60岁两个人群的BEE。 （三）基础代谢的影响因素 1. 体表面积与体型 基础代谢率的高低与体重并不成比例关系