能量需要量是机体各项活动消耗的能量之和,对于一些特定人群,还要考虑一些额外能量需要量。可根据中国营养学会膳食营养素和能量推荐摄入量表查的,不同年龄、性别,体力活动水平能量推荐摄入量见附录一。......
2023-10-11
新陈代谢是一切生命活动的基本特征。人体为了维持生命活动及从事各项体力活动,必须每日不断从外界环境中摄取食物,从中获得人体必需的营养物质,其中包括碳水化合物、脂肪和蛋白质,一般称之为三大营养素。三大营养素在人体中经过消化转换成可被人体吸收的小分子物质,从而构成机体所需要的组成成分,同时营养素的代谢过程中会释放出所蕴藏的化学能。这些化学能经过转化便成为生命活动过程中各种能量的来源,如心脏跳动、血液循环、肺呼吸及腺体分泌等。机体在物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用则构成了整个能量代谢过程,是生命活动的基本特征之一。
在机体内,能量维持体温的恒定并不断地向外散发,用以维持各种生理活动和体力活动的正常进行。国际上通用的能量单位是焦耳(J)。我国传统单位为卡(cal),卡与焦耳可以相互换算,换算关系如下:
1卡=4.184焦耳 1焦耳=0.239 6卡
2.1.1 能量的来源
人体所需要的能量来源于食物中的碳水化合物、蛋白质和脂肪的氧化分解,三者统称为“产能营养素”,这3种营养素在食物中普遍存在,动物性食物所含的脂肪和蛋白质一般比植物性食物多,三大产能营养素在体内都有其特殊的生理功能并相互影响。
一般情况下,产能营养素被利用的过程中,三者有一个恰当的比例。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55%~65%是由食物中的碳水化合物提供的,所消耗的能源物质中有20%~30%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,当人体中能源物质不足,长期不能进食或能量消耗过多,体内的糖原和脂肪已经大量消耗之后,将依靠组织蛋白质供能,一般供能占总能的10%~15%。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%。
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。据测定,1 g碳水化合物在体外燃烧时平均产生能量17.15 kJ(4.1 kcal);1 g脂肪平均产能39.54 kJ(9.45 kcal);1 g蛋白质平均产能23.64 kJ(5.65 kcal)。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。但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1 g蛋白质在体内氧化的最终产物收集起来,继续在体外燃烧,还可产生能量5.44 kJ(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:1 g碳水化合物17.15 kJ (4.1 kcal);1 g脂肪39.54 kJ(9.45 kcal);1 g蛋白质为23.64-5.44=18.2 kJ(4.35 kcal)。
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,3种产能营养素在体内氧化实际产生的能量为:
1 g碳水化合物:17.15 kJ×98%=16.81 kJ(4.0 kcal)
1 g脂肪:39.54 kJ×95%=37.56 kJ(9.0 kcal)
1 g蛋白质:18.2 kJ×92%=16.74 kJ(4.0 kcal)
2.1.2 人体的能量消耗
人体能量的消耗主要是用以维持基础代谢、体力活动、食物的特殊动力作用和生长发育等。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(Basal Metabolism,BM)的能量消耗
基础代谢是指维持人体最基本生命活动的能量。人体在清醒、空腹(餐后12~14 h)、室温适宜(18~25℃)安静而舒适的环境中,无任何体力活动和紧张的思维活动,全身肌肉松弛,消化系统处于静止状态下的能量消耗,即指人体用于维持体温,心跳,呼吸,各器官组织和细胞基本功能等最基本的生命活动的能量消耗。
(1)基础代谢率(Basal Metabolism Rate,BMR)
基础代谢的水平用基础代谢率表示,是指单位时间内人体每平方米体表面积所消耗的能量,单位为kJ/(m2·h)或kcal/(m2·h)。由于基础代谢与体表面积密切相关,而体表面积又与身高及体质量相关。
(2)基础代谢的测量方法
①体表面积计算法。
20世纪80年代我国学者赵松山等经过测量提出中国人的体表面积计算公式:
S(m2)=0.006 59H(cm)+0.012 6W(kg)-0.160 3 (2.1)
式中 S,H,W——分别表示体表面积、身高和体重。
根据式2.1计算出体表面积,再按照表2.1人体基础代谢率查出对应的BMR,然后通过下列公式计算出基础代谢能。
BM(kJ或kcal)=S(m2)×BMR[kJ/(m2·h)或kcal/(m2·h)]×24(h) (2.2)
表2.1 人体基础代谢率(BMR)
②直接计算法——Harris-Benedict公式法。
Harris-Benedict公式将身高、体重和年龄直接代入公式,直接计算基础代谢能耗。该公式男性和女性不同:
男性BM=66.473+13.751×体重(kg)+5.003×身高(cm)-6.755×年龄(y)
(2.3)(www.chuimin.cn)
女性BM=655.095+9.463×体重(kg)+1.849×身高(cm)-4.675×年龄(y)
(2.4)
上述公式求出的BM是24 h的总能量(kcal)消耗,年龄以年(y)计。
(3)影响基础代谢的因素
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。体表面积大者,散发热能也多,所以同等体重者,瘦高者基础代谢高于矮胖者。
②年龄。生长期的婴幼儿基础代谢率高,青壮年期较稳定,老年人基础代谢率较低,但其中也有一定的个体差异。
③性别。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。妊娠期妇女的基础代谢率随胎儿生长相应增高。
④环境温度。寒冷气温下的人群基础代谢率高于温热带气候下的人群。
⑤不同生理、病理状况的影响。儿童和孕妇的基础代谢相对较高。成年后,随年龄增长,基础代谢水平不断下降。生病发热时,甲状腺等有关激素水平异常时,也能改变基础代谢的热能消耗。
⑥种族。相同身高、体重的人种以爱斯基摩人和印第安人的基础代谢率最高,欧美人次之,亚洲人较低。
⑦其他因素。人体激素的分泌,情绪、营养状况、饮食习惯及疾病等都可能影响基础代谢。
2)体力活动的能量消耗
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。通常各种体力活动所消耗的能量占人体总能量消耗的15%~30%,是人体热能消耗变化最大,也是人体控制热能消耗、保持能量平衡维持健康最重要的部分。体力活动所消耗热能多少与肌肉发达程度、体重和活动时间、强度等因素有关。
体力活动一般包括社会活动,职业活动,家务活动和休闲活动等,因职业不同造成的能量消耗差别最大。体力活动水平值(Physical Activity Level,PAL)指24 h总能量消耗量除以24 h基础代谢所消耗的能量。2001年中国营养学会建议的我国成人活动水平分为3级(见表2.2),即轻、中、重3级,根据不同级推算出能量消耗。
表2.2 中国成人活动水平分级
3)食物的特殊动力作用
食物的特殊动力作用(Specific Dynamic Action,SDA)是指人体因摄食过程中引起的能量消耗额外增加现象,也称为食物的生热效应(Thermic Effect of Food,TEF),即摄食后一系列消耗、吸收、合成活动及营养素和营养素代谢产物之间相互转化过程中的能量消耗。不同食物或营养素的热效应不同,食物中以蛋白质的热效应最大,相当于本身产热能量的30%~40%,脂肪为4%~5%,碳水化合物为5%~6%。一般来说,混合性膳食时,每日SDA约为627.6 kJ(150 kcal),相当于人体每日基础代谢耗能的10%。
由于食物的特殊动力机制尚不完全明确,因此也有把食物的特殊动力作用的能量消耗称为食物代谢作用的能量消耗。
4)生长发育
正在生长发育的机体还要额外消耗能量维持机体的生长发育。婴幼儿、儿童、青少年和孕妇、乳母的能量消耗除了上述3方面以外,还有生长发育所需的能量,主要用于婴儿形成新组织的新陈代谢、胎儿(孕妇)每天的增重、孕妇的生长发育(其能量消耗主要用于子宫、乳房,胎盘、胎儿的生长发育及体脂的储备)、乳母的乳汁合成分泌等。
2.1.3 能量的需要量
1)能量的需要量的确定
能量需要量是机体各项活动消耗的能量之和,对于一些特定人群,还要考虑一些额外能量需要量。能量需要量是维持人体正常生理功能所需要的总能量,长期低于或高于这个数量都将会对机体产生不利的影响,确定人群或个体的能量需要量,对于指导人们合理膳食、设计食谱都是非常重要的。
(1)根据基础代谢率确定
迄今为止,直接测定成年人在自由活动情况下的能量消耗量仍十分困难。由于BMR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。WHO(1985)、美国(1989)、日本(1990)修订推荐摄入量时均采用了“要因加算法”估算成年人的能量需要量。即以24 h总BMR乘以体力活动水平(Physical Activity Level,PAL)计算人体的能量消耗量或需要量。对儿童、孕妇、乳母等特殊生理情况下的人群尚需考虑其特殊需求。
总能量消耗量(24 h)=基础代谢率(BMR)×PAL (2.5)
式中BMR可由表2.1查得,也可根据表2.3的公式计算得知,PAL可由表2.4查知,代入上式即可得出能量需要量的估算值。成年人的PAL受劳动强度的影响,不同劳动强度的PAL值见表2.4。
表2.3 WHO建议的计算基础代谢公式
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