人体所需的能量与营养素：健康管理理论与实践

第一节　人体需要的能量与营养素

人体每天从食物中获取各种营养素，以保证机体新陈代谢和各种生理活动的正常进行。营养素是食物中具有供给能量，构成机体组织及调节生理功能等作用的物质。人体必需的营养素有七类：蛋白质、脂类、碳水化合物、维生素、无机盐、膳食纤维和水，存在于天然食物中。

一、能量

人类为了维持生命及从事活动，需要摄取足够的能量，所需的能量主要来源于食物。食物中能提供能量的营养素主要是碳水化合物、脂肪和蛋白质，被称为产能营养素。如果机体长期能量摄入不足或摄入过多，都会给机体的健康带来危害。

1.能量单位　国际上使用焦耳（Joule，简写为J）或千焦（焦耳的1 000倍，kJ）表示。普通居民中通常习惯于用卡（cal）或千卡（卡的1 000倍，kcal）表示。两种能量单位间的换算为：

1kJ＝0.239kcal　1kcal＝4.184kJ

2.能量来源　1g碳水化合物在体内氧化产生的能量为16.74kJ（4.0kcal），1g脂肪在体内氧化产生的能量为37.65kJ（9.0kcal），1g蛋白质在体内氧化产生的能量为16.74kJ（4.0kcal）。此外，1g乙醇在体内氧化产生的能量相当于29.29kJ（7kcal）。

3.人体对能量需要　人体对能量的需要与消耗是一致的，在理想的平衡状态下，人体对能量的需要等于其对能量的消耗。成人摄取的能量主要用于维持基础代谢、体力活动和食物特殊动力作用三个方面。对儿童、青少年、孕妇和乳母而言，还包括特殊生理状态下的能量需要。

4.能量的推荐摄入量　中国营养学会建议，根据不同的年龄、性别、体力活动强度，人体需要的能量并不相同。

根据我国居民膳食习惯，建议产能营养素的供能比分别宜为：碳水化合物55%～65%，脂肪20%～30%，蛋白质10%～15%。年龄越小，蛋白质、脂肪的供能比就可适当增加，但成人脂肪供能比不宜超过30%。

在一定时间内，通过人体体重变化可了解和评价能量摄入是否平衡，这是一个可行的自我监测方法。

二、营养素

（一）蛋白质

1.蛋白质的组成　蛋白质是由碳、氢、氧、氮、硫元素组成的有机高分子含氮化合物，是生命的基础物质。由于碳水化合物和脂肪中不含氮，因此蛋白质是人体所需氮的唯一来源。各种蛋白质的含氮量相当接近，约为16%。测定食物的含氮量，再乘以折算系数6.25（100/16）即可得到食物中蛋白质含量。

蛋白质的基本组成单位是氨基酸，组成蛋白质的氨基酸约有20种，它们以不同的种类、数量和排列顺序构成种类繁多、功能各异的蛋白质。

在组成人体蛋白质的20种氨基酸中，有9种是人体不能合成或合成速度较慢，不能满足机体需要，必须从食物蛋白质中摄取的氨基酸，称为“必需氨基酸”，它们是：异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸（含硫氨基酸）、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸、缬氨酸和组氨酸。还有两种氨基酸在一定的条件下可成为必需氨基酸，被称为条件必需氨基酸，即酪氨酸和半胱氨酸，前者可由苯丙氨酸转变而来，后者可由蛋氨酸转变而来，但如果机体苯丙氨酸、蛋氨酸不足，这两种氨基酸就成为必需氨基酸了。其他9种氨基酸可在体内合成，不一定要从食物中摄取，称为非必需氨基酸。

2.蛋白质的生理功能

（1）蛋白质是构成和修复人体组织的重要成分：人体组织、细胞的主要成分是蛋白质，成人体内蛋白质含量占体重的16%～19%，构成机体组织、细胞的成分是蛋白质最重要的生理功能。另外，机体每日约有3%的蛋白质参与组织的更新。从食物中获得蛋白质后，成人主要用于维持组织的更新；儿童、青少年、孕妇、乳母及有组织损伤的病人，除维持组织的更新外，还用于合成新的组织。

（2）调节生理功能：蛋白质可参加机体内多种重要活性物质的合成，发挥调节机体生理功能的作用，如酶蛋白能促进食物的消化吸收；血红蛋白携带及运送氧气；肌纤维蛋白参与肌肉的收缩；胶原蛋白参与构成机体支架；免疫蛋白维持机体免疫功能等。甲状腺素是氨基酸的衍生物，胰岛素是多肽，它们都是机体重要的调节物质。

（3）维持体液平衡和酸碱平衡：血液中的白蛋白和球蛋白能帮助维持体内的体液平衡。若血液白蛋白含量下降，过量的液体会渗透到血管外，积聚在细胞间隙，造成水肿。血浆蛋白还能借助于接受或给出氢离子，使血液p H维持在恒定范围。

（4）提供能量：蛋白质在体内降解成氨基酸后，可进一步氧化分解产生能量。每克蛋白质在体内氧化供能16.74千焦（kJ），即4千卡（kcal）。但是利用蛋白质作为能量来源是不经济的，蛋白质含量高的食物价格较贵。

（二）脂类

脂类是人体必需的一类营养素，是人体的重要组成部分。脂类包括脂肪和类脂两部分。

1.脂类的分类

（1）脂肪：又称甘油三酯，由一分子甘油和三分子脂肪酸结合而成。因脂肪酸碳链的长短不同和脂肪酸碳链中不饱和双键的数目不同，形成了不同的脂肪酸，这些脂肪酸以不同的形式相互组合，形成了不同的脂肪。

（2）类脂：类脂包括磷脂、糖脂、类固醇及固醇等，除含脂肪酸外，还有一些磷等其他成分。

2.脂肪酸　脂肪酸是中性脂肪和类脂的组成成分。根据脂肪酸含双键的数目可以分为饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸。

（1）饱和脂肪酸：指在碳链上没有双键的脂肪酸。主要来源是猪、羊、牛的脂肪和禽肉中所含的部分脂肪，以及热带植物油如棕榈油和椰子油。研究表明，饱和脂肪酸有升高血胆固醇水平的作用。

（2）单不饱和脂肪酸：指在碳链上仅含有一个双键的脂肪酸。茶油、橄榄油的单不饱和脂肪酸含量高。单不饱和脂肪酸有降低血胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白胆固醇的作用。

（3）多不饱和脂肪酸和必需脂肪酸：多不饱和脂肪酸指在碳链上含有两个及两个以上双键的脂肪酸。其中亚油酸和α-亚麻酸在人体内不能合成，必须由膳食供给，称为必需脂肪酸。玉米油、芝麻油、葵花子油等含多不饱和脂肪酸较高。

3.脂类的生理功能

（1）供给机体能量：1g脂肪在体内氧化分解可产生37.7kJ（9kcal）的能量，是碳水化合物或蛋白质产能的两倍多。

（2）构成人体组织结构成分：磷脂、糖脂、固醇类等是构成细胞膜的重要物质。

（3）提供必需脂肪酸：亚油酸和α-亚麻酸是人体的必需脂肪酸，参与维持正常视力和脑、神经系统功能及参与脂质代谢等。

（4）脂溶性维生素的重要来源：食用油脂是脂溶性维生素的重要来源之一，如鱼油和肝脏的油脂含丰富的维生素A、维生素D；麦胚油富含维生素E；许多种子油富含维生素K。

（三）碳水化合物

1.碳水化合物的分类　碳水化合物可分为糖、寡糖和多糖三类。

（1）糖：可分为单糖（如葡萄糖、果糖和半乳糖）、双糖（如蔗糖、乳糖、麦芽糖）和糖醇（如山梨醇、甘露醇、木糖醇）。

（2）寡糖：又称低聚糖，是由3个以上、10个以下的单糖分子构成的聚合物。较重要的寡糖有棉籽糖、大豆低聚糖。

（3）多糖：为带有10个以上糖单位的聚合物。如淀粉、糖原和非淀粉多糖，非淀粉多糖又包括纤维素、半纤维素、果胶和亲水胶质物。

2.碳水化合物的生理功能(www.chuimin.cn)

（1）供给能量：1g碳水化合物在体内氧化可产生的能量为16.74kJ（4.0kcal）。碳水化合物是人类最主要、最经济、最安全的膳食能量来源，我国居民传统膳食中的55%～60%以上的能量由碳水化合物提供。这也是唯一能被脑组织利用的能源物质。

（2）构成机体组织：碳水化合物是机体重要的组织成分之一，参与细胞的组成和多种生命活动。主要以糖脂、糖蛋白和蛋白多糖的形式存在。如细胞核的脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）中含有的核糖；细胞膜的糖蛋白、结缔组织中的黏蛋白、神经组织中的糖脂中也都有碳水化合物。

（3）节约蛋白质的作用：当机体摄入的碳水化合物充足时，人体首先利用它作为能量来源，无需动用蛋白质来供给能量。

（4）抗生酮作用：当碳水化合物供应不足时，脂肪酸分解所产生的酮体不能彻底氧化，而在体内聚积，产生酮症酸中毒。

（四）维生素

维生素是人体生命活动必需的一大类微量低分子有机化合物，其共同特点是：①大都存在于天然食物中，种类较多；②常以辅酶或辅基的形式参与机体物质和能量等的代谢活动，不参与机体构成，也不提供能量；③每天需要量少，但大多不能在体内合成，必须由食物提供；④人体只需少量即可满足需要，但缺乏可引起维生素缺乏性疾病。

维生素按照溶解性分为脂溶性和水溶性两大类。脂溶性维生素包括维生素A、维生素D、维生素E、维生素K 4种；水溶性维生素有维生素C和维生素B₁、维生素B₂、维生素B₆、维生素B₁₂、烟酸、叶酸、泛酸、生物碱和胆碱等10种。脂溶性维生素不溶于水，随脂类食物吸收后，大部分被储存于体内，因此缺乏时需要较长时间才会出现相应症状，但过量摄入可致中毒，最常见的是维生素A和维生素D中毒。水溶性维生素易由尿和汗中排出，在体内仅有少量储存，需经饮食经常摄入。当摄入不足时易出现缺乏症状。

1.维生素A及类胡萝卜素　维生素A又称视黄醇。维生素A的生理功能包括：①构成眼视网膜细胞的感光化学物质——视紫红质，缺乏时可致暗适应能力降低，严重时可致夜盲症。②维持上皮细胞结构的完整，缺乏时表现为皮肤粗糙、毛囊角化；眼睛角膜干燥、软化、溃疡，角膜损伤严重者可导致失明，还可引起干眼病。③维持机体正常免疫功能、促进骨骼生长等。

类胡萝卜素（维生素A原）来自植物性食物，在体内可转化为维生素A，其中最重要的是β-胡萝卜素。

维生素A的主要食物来源是动物肝脏、全奶、禽蛋等；胡萝卜素的良好来源是黄绿色蔬菜、水果，如西兰花、胡萝卜、菠菜、苋菜、生菜及芒果、橘子、子等。

2.维生素D　维生素D是人体钙磷代谢最重要的调节因素之一。人体内维生素D有两个来源：经食物摄取和经皮肤在体内转化形成。人体皮下含有7-脱氢胆固醇，经紫外线照射转变而形成内源性维生素D₃。

维生素D的生理功能主要是促进钙磷的吸收、促进骨与软骨及牙齿的钙化，参与调节血钙浓度。

维生素D的主要食物来源是动物性食物，尤其鱼肝和鱼油中含量最高，其次是鸡蛋、海鱼；人乳和牛乳维生素D含量较低，蔬菜、水果及谷物中几乎不含维生素D。儿童和年轻人每周2～3次短时户外活动，就可满足维生素D的需要；老年人皮肤产生维生素D能力较低，加之饮食摄入不足，易处于缺乏边缘，应鼓励老人多户外活动。

3.维生素E　维生素E又名生育酚，维生素E有很强的抗氧化作用，可防止脂肪、硒（Se）、维生素A和维生素C的氧化作用，延缓细胞因氧化而老化，保持青春的容姿；防止流产；阻止动脉粥样硬化的发展；对神经系统和骨骼肌具有保护作用，能维持机体正常的免疫功能等。

维生素E主要来源于植物性食物，含量较高的有各种豆类、坚果类及植物油。

4.维生素C　维生素C又名抗坏血酸，主要生理功能有：①抗氧化损伤作用。维生素C能清除氧自由基，可与脂溶性抗氧化剂如维生素E协同防御脂质氧化损伤。②促进铁的吸收和利用。③促进体内胶原合成。维生素C不足，创伤愈合延迟；血管壁脆性增加，严重时出现坏血病。④促进胆固醇转变为胆盐而增加排出，降低血胆固醇含量。⑤防止联苯胺、亚硝胺等的致癌作用。长期膳食摄取不足或机体需要量增加而未及时补充维生素C时，常引起疲劳、体重减轻、肌肉关节疼痛、牙龈红肿、黏膜及皮下出血，伤口愈合延迟等；严重可见坏血病。

维生素C主要来源于新鲜蔬菜和水果。蔬菜中辣椒、茼蒿、苦瓜、豆角、菠菜等含量丰富，水果以酸枣、鲜枣、草莓、柑橘、柠檬等含量较高。

5.维生素B₁　维生素B₁又名硫胺素。它的主要功能是作为辅酶参加体内物质和能量代谢，维生素B₁缺乏初期可出现疲乏、淡漠、食欲减退等症，严重者可出现以多发性神经炎和心力衰竭引起的水肿为主要症状的脚气病。婴幼儿维生素B₁缺乏可发生在出生后数月，以心血管症状为主。其还有调节机体的神经系统功能。

含维生素B₁丰富的食物包括动物内脏（心、肝及肾）、瘦肉、豆类及粗加工的粮谷类。

6.维生素B₂　维生素B₂又名核黄素，维生素B₂在体内有两种辅基形式，即黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和黄素单核苷酸（FMN），与特定的蛋白质结合形成黄素蛋白，在生物氧化过程中作为递氢体，在能量生成中起重要作用。维生素B₂还参与色氨酸转变为烟酸以及体内抗氧化损伤的防御系统。缺乏时常见口角炎、口腔溃疡及腹股沟阴囊等部位的脂溢性皮炎。

维生素B₂广泛存在于动物内脏、瘦肉、蛋黄、乳类及谷类、蔬菜水果及豆类中。

7.叶酸　叶酸的主要生理功能有：①参与核酸、蛋白质合成，对血细胞生成和组织修复有重要意义。②参与同型半胱氨酸转化形成蛋氨酸，因而能降低血同型半胱氨酸，防止动脉粥样硬化。叶酸缺乏可导致巨幼细胞性贫血和高同型半胱氨酸血症。怀孕早期叶酸缺乏则可引起胎儿神经管畸形。

叶酸广泛存在于各种动植物性食物中，含量丰富的食物有动物的肝脏、鸡蛋、豆类、坚果、蔬菜、水果等。

（五）常量元素和微量元素

人体必需的20余种元素中，除碳、氢、氧、氮主要以有机化合物形式存在外，其余的统称为无机盐或矿物质。体内含量超过体重0.01%的矿物质称为常量元素。而体内含量低于体重0.01%的矿物质则称为微量元素。人体必需微量元素有共8种，包括铁、碘、锌、硒、铜、钼、钴和铬。我国传统膳食结构下容易缺乏的矿物质主要有五种：钙、铁、锌、碘和硒。

1.钙　钙是人体内含量最丰富的矿物质之一，约占体重的1.5%～2%，成人体内钙含量约为1 200g，99%集中在骨骼和牙齿中，成为构成骨骼与牙齿的主要成分之一。其余不到总钙量1%的部分主要分布在血液和细胞内外液中，维持机体多种重要生理功能，如游离状态的钙离子参与神经、肌肉兴奋性，并介导和调节肌肉收缩；影响毛细血管的通透性和影响细胞膜的稳定性等。

正常情况下血清钙浓度为90～110mg/L时，体内钙维持平衡状态。血钙浓度与骨骼钙间呈现动态平衡关系，当钙摄入不足，血钙浓度下降时，骨骼中的钙将被释放，以维持正常血钙浓度；相反，膳食钙摄入充足时，钙被吸收进入血液并不断沉积于骨骼之中。但若长期摄钙不足，骨钙量减低，可加速老年人的骨质疏松，容易引起骨折。

成人钙的适宜每日摄入量为800mg，孕妇、乳母需要量适当增加至每日1 000～1 200mg。

奶和奶制品是钙的良好来源，奶中含钙量高且吸收率也高。小鱼、小虾及坚果、豆类、绿色蔬菜也是钙的良好来源。促进钙吸收的因素有维生素D、乳糖、蛋白质等；而降低钙吸收的因素是植物性食物中的植酸、草酸和膳食纤维，动物性食物中的脂肪酸等。

2.铁　人体必需微量元素中含量最多的一种，人体含量为4～5g，其中60%～75%存在于血红蛋白，3%在肌红蛋白，1%为含铁酶类，为功能性铁；另25%～30%以铁蛋白、含铁血黄素的形式存在于脾、肝和骨髓中，为储存性铁。缺铁常见于儿童、青春期及妊娠期、哺乳期女性，最常见的表现为缺铁性贫血。

动物肝脏、全血、肉鱼禽类是食物铁最好的来源；其次是绿色蔬菜和豆类，黑木耳、海带、芝麻酱；膳食中铁的吸收主要与食物铁存在形式有关，动物性食物中的血红素铁，吸收率为10%～30%，不受植酸、草酸和磷酸影响；植物性食物中的非血红素铁，吸收率一般不到10%，蛋中铁的吸收率仅为3%左右。

3.锌　主要储存于人体肌肉、骨骼和皮肤，是多种酶的结构成分或激活剂，人体生殖器官的发育与功能、骨骼的正常骨化及视觉、味觉、嗅觉功能的维持等，都需要锌的参与。较容易出现缺锌的主要是儿童，轻者味觉减退、食欲不振、生长发育迟缓、创伤不易愈合、容易感染、性成熟推迟；重度缺乏则可造成营养性侏儒、原发性男性不育症；孕妇缺锌可致胎儿畸形。

动物性食物含锌较多，特别是贝壳类海产品，如牡蛎、海蛎、生蚝等，其次是畜肉及动物内脏；植物性食物含量较低，且含有植酸、纤维素等影响吸收的因素。

4.碘　在人体内主要分布在甲状腺内，是甲状腺素合成的主要原料。其主要生理作用通过甲状腺素体现，即促进机体的基础代谢和生长发育，促进多种营养素的吸收和利用等。碘缺乏要导致单纯性甲状腺肿、克汀病、亚临床克汀病。

含碘丰富的食物主要有海产品。预防碘缺乏最好的办法是采用强化碘的食盐，目前我国食盐碘强化量为20～30mg/kg。

（六）膳食纤维

膳食纤维是一种不能被人体消化的碳水化合物，分为非水溶性和水溶性纤维两大类。纤维素、半纤维素和木质素是三种常见的非水溶性纤维，存在于植物细胞壁中；而果胶和树胶等属于水溶性纤维，则存在于自然界的非纤维性物质中。

食物中的大麦、豆类、胡萝卜、柑橘、亚麻、燕麦和燕麦糠等食物都含有丰富的水溶性纤维，非水溶性纤维来自食物中的小麦糠、玉米糠、芹菜、果皮和根茎蔬菜。糙米和胚芽精米，以及玉米、小米、大麦、小麦皮（米糠）和麦粉（黑面包的材料）等杂粮，根菜类和海藻类中的牛蒡、胡萝卜、四季豆、红豆、豌豆、薯类和裙带菜等食物含纤维较多。

膳食纤维是健康饮食不可缺少的，纤维在保持消化系统健康上扮演必要的角色。膳食纤维对促进良好的消化和排泄固体废物有着举足轻重的作用。适量地补充纤维素，可使肠道中的食物增大变软，促进肠道蠕动，从而加快排便速度，防止便秘和降低肠癌的风险。纤维素还可调节血糖，有助预防糖尿病；又可以减少消化过程对脂肪的吸收，从而降低血液中胆固醇、甘油三酯的水平，摄取足够的纤维可以预防心血管疾病、癌症、糖尿病以及其他疾病。