臨床營養(yǎng)學(xué):1　熱能

1.1　前言

食物在體內(nèi)經(jīng)過消化吸收后，在代謝過程中有各種形式的能量轉(zhuǎn)換，以便對外做功，對內(nèi)維持各種生理機能及其相互協(xié)調(diào)。研究人體熱能代謝的目的在于研究能量平衡。一旦失衡，即有礙機體的正常生活。食物攝取過多，能量的攝取量大于消耗量，剩余的能量以脂肪的形式儲存于體內(nèi)，人體轉(zhuǎn)為肥胖，帶來一系列生理功能改變，甚至發(fā)生疾病。反之，食物攝取不足，能量的攝取量小于消耗量，人體逐漸消瘦，也會帶來一系列不良后果。能量不僅是維持機體正常生活的基礎(chǔ)，也影響其它營養(yǎng)素的正常代謝，因此，熱能代謝是營養(yǎng)學(xué)中應(yīng)首先考慮的問題。

1.2　人體熱能代謝的測定

在人體熱能代謝研究中，傳統(tǒng)應(yīng)用的能量單位為大卡也稱千卡（kcal)。把一升水加熱，其溫度從15℃上升到16℃所需要的能（熱)量稱為1kcal。根據(jù)國務(wù)院1984年3月3日公布的法令，熱量以千焦耳（kJ)為單位。1kcal=4.184kJ,1kJ=0.239kcal。

食物的能量可用彈式熱量計直接測得。這種熱量計是一個能承受很大壓力的鋼壁容器，即所謂的“彈”，其中有一可以通電的金屬樣品皿，放入一定量樣品并且充以氧氣。此“彈”放于四周有定量水的圓筒內(nèi)，水與外界隔熱。測定時通以電流，因有氧，遇火花樣品完全燃燒，釋放熱量。讀出水的溫度變化后即可計算此樣品所放出的熱量。此為精確的直接測定法，但設(shè)備與操作均很繁復(fù)，應(yīng)用不便。通常應(yīng)用是從食物成份表計算食物內(nèi)糖類、脂肪與蛋白質(zhì)的含量，然后再分別按其生理熱價值計算能量的含量。

人體釋放的能量測定有直接法和間接法，間接法又分為循環(huán)式和開放式兩種。前者的熱量計結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建造費昂貴，多只用于某些特殊的實驗研究，一般很少應(yīng)用。

間接測熱法所根據(jù)的原理是人體進行物質(zhì)代謝釋放能量時須消耗一定量的氧；測定人體一定時間內(nèi)的氧耗量即可計算熱能消耗量。循環(huán)式間接測熱法是一個閉合的氣體流通循環(huán)裝置；這一裝置依靠活門控制氣體定向流通，其中安裝有貯存一定氧氣量（或已知成分的混合氣體)的貯存器，CO₂吸收劑（蘇打石灰)貯存器及水分吸收劑（濃硫酸或其它吸水劑)貯存器，使之形成一個循環(huán)通路。人體通過此裝置進行一定時間的呼吸，即可測出其氧耗量。并計算出熱能消耗量。這種循環(huán)裝置的優(yōu)點是通過一定時間的呼吸，即可得出消耗的氧量，毋須進行氣體分析。因為是固定裝置，測定時人體不便活動，所以此法多為醫(yī)院應(yīng)用于基礎(chǔ)代謝率的測定。

大氣空氣成分比較恒定，O₂為20.94%,C0₂為0.03%，N2為79.03%,其它一些微量氣體可略不計；同時，N2在人體氣體代謝過程中，既不能吸收利用，也不能從體內(nèi)增加而經(jīng)肺排出。因而有可能采用開放式間接測熱法以測定人體的能量消耗。測定時人體吸入外界空氣，只收集呼出氣進行分析，分析所得的O₂與CO₂的百分比與空氣比較，結(jié)合一定時間呼出的氣體量，即可計算一定時間內(nèi)的氧耗量和CO₂排出量。開放式間接測熱法的經(jīng)典方法是Douglas-Haldane法。這一方法主要是兩部分組成。第一部分是通過裝有呼吸活瓣的口鼻罩，把人體一定時間內(nèi)的呼出氣體收集于“多氏袋”（Douglas bag)中，然后經(jīng)氣量計測量袋中氣量，最后計算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下每分鐘通氣量。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)采用STPD，即溫度0℃，氣壓101kpa（760mmHg)時的干燥氣體。測量氣量時，從多氏袋留取一部分呼出氣樣品準(zhǔn)備分析。第二部分是用Haldane氣體分析器分析呼出氣樣品中的O₂、CO₂的含量。分析結(jié)果與外界空氣成分比較，結(jié)合通氣量即可計算得出氧耗量。目前，開放式間接測熱法有很大的改進。主要在采用小型干式氣量計，采用電極法分析O₂與CO₂。這兩部分整個組裝在一個背囊內(nèi)，受試者穿戴這一裝置，可以進行較長時間的能量消耗測定。

食物在體內(nèi)分解釋放能量時，必須消耗一定量的氧，產(chǎn)生一定量的CO₂；CO₂的產(chǎn)生量與O2的消耗量之間的比稱為呼吸商。呼吸商隨著體內(nèi)消耗的能源物質(zhì)不同而異。

糖氧化時的呼吸商約為1，以葡萄糖為例：

C6H12O6+6O₂→6C02+6H20

呼吸商=6mol CO₂/6mol O₂=6×22.4/6×22.4=1.0

脂肪氧化時呼吸商約為0.7，以（三)軟脂酸甘油酯為例：

2C51H98O6+145O2→102C02+98H20

呼吸商=102mol CO₂/145mol O₂=102×22.4/145×22.4=0.7

蛋白質(zhì)的代謝過程比較復(fù)雜，它在體內(nèi)未經(jīng)徹底氧化，仍有一部分O及C與N結(jié)合隨尿排出，即是尿素等，這部分物質(zhì)在體外還可繼續(xù)氧化放出能量。100g蛋白質(zhì)在體內(nèi)氧化大約需要138.18g的O₂，產(chǎn)生152.17g的CO₂，其呼吸商為：

呼吸商=（152.17/44×22.4)/（138.18/32×22.bhskgw.cn/job/4)=77.47l CO₂/96.73L O₂=0.8

進食混合膳食時，可先從尿氮計算蛋白質(zhì)的消耗量。1g尿氮相當(dāng)于消耗6.25g蛋白質(zhì)，同時消耗6.04LO₂,產(chǎn)生4.84LCO₂和釋放110kJ的能量。從總的氧耗量及CO₂產(chǎn)量中減去蛋白質(zhì)氧化所消耗的氧量和CO₂產(chǎn)量，則可得非蛋白呼吸商。按照下式，可以計算在不同的非蛋白呼吸商情況下，每消耗1LCO₂所能放出的能量。這叫做每升氧的能當(dāng)量。

每升氧的能當(dāng)量（kJ)=15.962+5.155r R為非蛋白呼吸商。

因此，測定出尿氮和氧耗量后，即可計算熱能消耗量。如果不測定尿氧，用總呼吸商計算所得的熱能消耗量與非蛋白呼吸商計算所得者相差只是1.1%，所以現(xiàn)在大多直接用總呼吸商進行計算。

從上述推理來看，在一定時間內(nèi)，測出之呼吸商可以代表體內(nèi)代謝物質(zhì)的種類。但是否確是如此，很多人提出疑義。從理論上講，不可能出現(xiàn)小于0.7或者大于1.0的呼吸商，可是在實際中大于1.0的呼吸商屢見不鮮，小于0.7的也時有出現(xiàn)。導(dǎo)致出現(xiàn)這種異常呼吸商的因素是很多的。臨床上長期攝取能量不足的病人或糖尿病患者，蛋白質(zhì)及脂肪分解加速，糖原異生增多可能使呼吸商小于0.7；人體在勞動過程中，有時因為勞動強度大，通氣量過大造成一時CO₂呼出過多，有時因為出現(xiàn)體內(nèi)乳酸蓄積，血液偏酸也使CO₂一時呼出過多，所以呼吸商出現(xiàn)大于1.0。體內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)換，如由糖轉(zhuǎn)換為脂肪，因為糖分子的含氧量相對地比脂肪較多，轉(zhuǎn)換時剩余的氧可供利用，機體可以從外界吸入較少的氧，所以CO₂呼出量相對地多，呼吸商即可能大于1.0�？梢姾粑�商還受到其它因素的影響，并不能據(jù)此判斷體內(nèi)代謝物質(zhì)的種類。同時因為呼吸商為1.0時，氧的能當(dāng)量為21.12kJ·L-1，呼吸商為0.7時，氧的能當(dāng)量為19.57kJ·L-1。兩個極值相差變很小，所以有的學(xué)者主張用“正常”呼吸商0.9以計算每升氧的能當(dāng)量。

1.3　人體的能量平衡

人體從食物中攝取能量以供給活動的需要，其中包括有基礎(chǔ)代謝、勞動代謝和食物特殊動力作用三個方面。

1.3.1　供給人體能量的營養(yǎng)素

人體依靠糖、脂肪和蛋白質(zhì)三大營養(yǎng)素供給能量。這三種物質(zhì)在氧化成水和CO₂過程中，釋放大量的能量供機體應(yīng)用。

糖在體外充分燃燒，徹底氧化至H₂O及CO₂時產(chǎn)生的能量為17.22kJ·g-1，這稱為糖的粗熱價。糖的消化吸收率為98%，在生理研究中，糖的供熱量在進行校正后以16.80kJ·g-1進行計算，此稱糖的生理熱價。糖是體內(nèi)的主要供能物質(zhì)，它供給約70%人體所需的能量。腦組織所需能量的唯一來源是糖。這使糖在能量供給上，更具有其特殊重要性。人體雖然可以依靠其它物質(zhì)供給能量，但必須定時進食一定量的糖，維持正常血糖水平以保障大腦的功能。另外，糖對脂肪的氧化過程也有很重要的作用。

脂肪也是人體重要的供能物質(zhì)。它在體外充分燃燒氧化的粗熱價為39kJ·g-1，生理熱價為37.8kJ·g-1。脂肪水解成脂肪酸進入血液而運送到肝臟和肌肉等組織氧化利用。脂肪酸經(jīng)β氧化形成乙酰輔酶A后，必須進入三羧酸循環(huán)才能徹底氧化成水及CO₂并釋放能量。乙酰輔酶A還可在肝臟形成酮體。在正常情況下，酮體進入血液，在骨骼肌和心肌中再形成乙酰輔酶A，進入三羧酸循環(huán)繼續(xù)氧化代謝。因此，脂肪的氧化必須依賴糖代謝。脂肪是機體儲存能量的重要形式，在進行長時間勞動時，它可被動員經(jīng)血液源源運送到骨骼肌，供給所需的能量。

蛋白體在體內(nèi)的功能主要是構(gòu)成體蛋白，而供給能量不是它的主要生理功能。蛋白質(zhì)分解成氨基酸，進而再分解成非氮物質(zhì)與氨基。非氮物質(zhì)進入三羧酸循環(huán)被氧化利用。氨基則形成氨或尿素隨尿排出。這部分尿氮在體外仍可進一步氧化釋放出能量，其量約相當(dāng)于5.05kJ·g-1蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的粗熱價為23.73kJ·g-1。顧景范根據(jù)我國資料統(tǒng)計得出蛋白質(zhì)生理熱價為23.73×80.5%-1.25=13.86kJ·g-1。在西方一般蛋白質(zhì)的消化吸收率為92%，所以其生理熱價約為16.8kJ·g-1。

1.3.2　基礎(chǔ)代謝

為了比較個體間的代謝率，醫(yī)學(xué)上采用在不影響代謝的一些情況下，進行代謝率的測定，其結(jié)果稱為基礎(chǔ)代謝率�；�礎(chǔ)代謝的意義是人體為了維持生命，各器官進行最基本的生理機能消耗的能量，如維持正常體溫、基礎(chǔ)血流和呼吸運動、骨骼肌的張力及某腺體的活動等。測定基礎(chǔ)代謝時，受試者應(yīng)處于完全安靜、清醒而舒適的狀態(tài)。周圍環(huán)境氣溫在20～25℃之間。時間應(yīng)在餐后12～14h以上。如按正常的生活規(guī)律安排，晚餐安排在下午6時左右，基礎(chǔ)代謝率的測定正好在次日晨6～8時為宜。晚餐膳食須比較清淡以免食物對代謝的影響。從前一天起，受試者即應(yīng)避免激烈運動，并且在測定前需要安靜休息30min以上。

在正常情況下，人體的基礎(chǔ)代謝率比較恒定，根據(jù)前人的研究成果，一個成年人在保持健康狀態(tài)的情況下，其基礎(chǔ)代謝率20年內(nèi)不會偏離正常平均值的±5～10%；在同年齡、同體重、同性別的正常成年人群內(nèi)，有85%的人其基礎(chǔ)代謝率在正常平均值的±10%以內(nèi)。我國人正�；�礎(chǔ)代謝率可見表1-1。

表1-1 我國人正�；�礎(chǔ)代謝率平均值[5]（kJ·體表面積（m²)-1·h-1)*

＊方括號內(nèi)數(shù)值為“kcal·體表面積（m²)-1.h-1”

臨床上用測定值與正常值比較來衡量基礎(chǔ)代謝率的高低，在正常值的±10～15%以內(nèi)者認(rèn)為是正常的。計算方法，例如年齡為20歲的某男性，測得其基礎(chǔ)代謝氧耗量為15L/h。估計正常呼吸商為0.85，可以采用20.42kJ·L-1為氧的熱當(dāng)量。假設(shè)此人的體表面積為1.6m²,此人的基礎(chǔ)代謝率為15×20.42÷1.6=191.44kJ·體表面（m²)-1·h-1（表1-1)。因此，此人的基礎(chǔ)代謝率高于正常值21%。

影響基礎(chǔ)代謝率的因素如下：

（1)體表面積 身材大小不同，人體的基礎(chǔ)代謝總量的顯然不同，基礎(chǔ)代謝與人體的體表面積呈比例關(guān)系。Rubner早在1894年發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)代謝率如果以單位體表面積表示，則比較恒定。因此基礎(chǔ)代謝率·體表面積（m²)-1·h-1”表示。人體的體表面積與體重及身高顯著相關(guān)。三十年代，Stevensen曾經(jīng)得出我國人體表面積的計算公式。新中國成立以來。國人身材有很大變化，身高、體重都明顯增加。趙松山等人于1983年對我國人體表面與身高、體重的關(guān)系進行了研究，得出我國成年人的體表面積可以按下式計算：

A=0.00659H+0.0126W-0.1603

A:體表面積（m²)

H：身高（cm)

W：體重（kg)

我國營養(yǎng)學(xué)會根據(jù)近期的調(diào)查，1981年提出我國18～40歲的成年男性平均身高為170cm，體重為69kg，女性平均身高為160cm，體重為53kg。在此平均值±10%的范圍內(nèi)，應(yīng)視為正常體重。

Kleiber從實際應(yīng)用出發(fā)，曾提出基礎(chǔ)代謝率的正常值若以每小時表示，則為3×體重0.75若以第24h表示，則為70×體重0.75。這一標(biāo)準(zhǔn)可以應(yīng)用于任何身材大小的動物。還有人認(rèn)為代謝率與代謝活躍的組織關(guān)系密切，提出基礎(chǔ)代謝率應(yīng)以“去脂體重”（Lean bodymass)表示。但由于“去脂體重”的測量和計算方法現(xiàn)時尚未廣泛普及，所以采用者不多。

（2)年齡性別 女性的基礎(chǔ)代謝率略低于男性。嬰兒時期，因為身體組織生長旺盛，基礎(chǔ)代謝率最高，以后隨著年齡的增長而逐漸降低，參看圖1-1。

圖1-1 不同性別與不同年齡的正�；�礎(chǔ)代謝率

（引自Guyton,AC:Textbook of MedicalPhysiology.p.883.Philadelphia W.B.Saunders Co,Lodon,1981)

(3)環(huán)境溫度與氣候 環(huán)境溫度對基礎(chǔ)代謝有明顯影響，在舒適環(huán)境（20～25℃)中，代謝最低；在低溫和高溫環(huán)境中，代謝都會升高。環(huán)境溫度過低可能引起不同程度的顫抖而影響代謝升高；當(dāng)環(huán)境溫度較高，因為散熱而需要出汗，呼吸及心跳加快。因而影響代謝升高。

（4)甲狀腺功能 甲狀腺素可以增強所有細胞全部生化反應(yīng)的速率。因此，甲狀腺素的增多即可引起基礎(chǔ)代謝率的升高。基礎(chǔ)代謝率的測定是臨床上甲狀腺機能亢進的重要診斷指征之一。甲狀腺機能亢進者，基礎(chǔ)代謝率可比正常平均值增加40～80%，甲狀腺機能低下者，可比正常值低40～50%。

（5)其它因素 影響人體基礎(chǔ)代謝率的還有藥物及交感神經(jīng)活動等一些因素。食物對基礎(chǔ)代謝的影響，將在食物特殊動力作用一節(jié)中詳述。

1.3.3　勞動代謝

勞動代謝包括在生產(chǎn)與生活中全部體力活動的熱能消耗。體力活動是影響機體能量消耗的主要部分。常見的中等強度勞動，其氧耗量的大約是基礎(chǔ)代謝的4～5倍，較強勞動是基礎(chǔ)代謝的7～8倍，有的極強勞動可達基礎(chǔ)代謝的14～15倍。

糖在體內(nèi)的分解代謝有兩種形式。如果勞動強度適宜，人體的循環(huán)和呼吸系統(tǒng)能夠供給骨骼以充分的氧，糖的代謝則為有氧氧化。1mol葡萄糖徹底氧化，可以凈合成38mol的ATP，釋放2881.20kJ能量。人體進行很強的勞動時，一時攝取的氧量不足，骨骼肌所需的能量則從糖的無氧酵解代謝獲得，此時糖酵解為乳酸。1mol葡萄糖經(jīng)酵解凈合成2molATP，釋放218.40kJ能量。人體進行勞動時，骨骼肌能否得到足夠的氧，取決于肺通氣量、血流輸送的氧量及肌細胞對氧的利用。開始勞動時，機體的氧攝取量不能即時達到骨骼肌需氧量的水平，機體先動用肌細胞內(nèi)儲存的高能磷酸化合物（如ATP和磷酸肌酸)及（或)糖的無氧酵解以供給即時所需之能量。這時人體的氧耗量急劇增加，經(jīng)一段時間后，氧耗量才達到一個穩(wěn)態(tài)（steady state),這段時間大約為2min。2min內(nèi)機體的供氧量小于需氧量，不足的氧量稱之為氧缺乏（oxygen deficit)。氧缺乏的大小隨勞動強度而異。勞動強度適宜時，氧的攝取量可滿足需要，體內(nèi)儲存的高能磷酸化合物在勞動中可得到補償，產(chǎn)生的乳酸也可以部分繼續(xù)氧化，體內(nèi)不再進一步蓄積。因此，氧耗量表現(xiàn)為穩(wěn)態(tài)。勞動強度過大時，氧的攝取量始終小于需要量，機體進行這種勞動主要依靠糖的無氧酵解供給能量，乳酸在體內(nèi)蓄積，氧耗量不能呈現(xiàn)穩(wěn)態(tài)。勞動停止后，需要一段較長的時間，氧耗才能回到安靜水平。這部分勞動后超過安靜水平的氧耗量即是氧債（oxygen debt)。次極量（submaximum)以下的勞動，穩(wěn)態(tài)的氧耗水平的高低與勞動強度呈比例關(guān)系，對這種勞動只須測定勞動時的氧耗量，即可測知該項勞動的熱能消耗量。對于過強的勞動。除測定勞動時的氧耗量以外，還必須測定勞動后的氧債。勞動代謝的供能特點見圖1-2。

圖1-2 不同強度運動的氧耗量變化過程圖解

（a)運動的第一分鐘氧耗量逐漸增加；以后，當(dāng)氧攝取量能滿足需要時則趨于平穩(wěn)。運動停止后，氧攝取量逐漸減少，以償還“氧債”

（b)自行車功率計上，在5～6分鐘之內(nèi)完成不同負(fù)荷的運動量時，氧攝取量變化的圖解。

（c)b圖實驗中氧攝取量與運動功率的關(guān)系。250Watts已達到此一受試者的氧攝取能力的最大值，以300watts繼續(xù)運動，未能引起氧攝取量的進一步增加，所增加的功率依靠無氧代謝完成。此人的最大有氧代謝能力為3.5L/分（可寫成VO₂max)。各種功率運動時血乳酸濃度也列于圖中。

（引自Astand,P.O.et al:,Textbook of WorkPhysiology.MeGraw-Hill Book Company,New,York,1977.p.296)

在前面的討論中，人體基礎(chǔ)代謝率以每平方米體表面積每分鐘的能量消耗表示。在勞動代謝中，因為體力活動總是移動身體，所以勞動代謝率以每公斤體重每分鐘能量消耗表示為佳。勞動代謝的強度可以用氧耗率表示，如“L·min-1或ml·kg-1·min-1”，也可以用能量的單位表示。有的學(xué)者為了使勞動強度與安靜代謝之間的關(guān)系有一較明了的概念，主張用“梅脫”（met)表示。其含意是安靜代謝的倍數(shù)。1met相當(dāng)于安靜代謝的氧耗量；所謂2met即指需要2倍于安靜代謝的氧耗才能完成的勞動。成年男性的安靜代謝率約為250ml·min-1女性約為200ml·min-1。沼尻章吉建議用相對代謝率（relative metabolicrate,RMR)其意義與met近似，計算方法如下，表示凈勞動氧耗量是基礎(chǔ)代謝的多少倍。

相對代謝率=（勞動代謝-安靜代謝)/基礎(chǔ)代謝

1.3.4　食物特殊動力作用（specificdynamic action,SDA)

人體的代謝因進食而稍有增加。譬如，某人基礎(chǔ)代謝率為168.80kJ·h-1，當(dāng)攝取相當(dāng)于168.8www.med126.com0kJ的食物，并處于基礎(chǔ)代謝條件下，經(jīng)測定，這時的代謝率不是168.80kJ·h-1而是176.40kJ·h-1。顯然，這部分增加的代謝值是因進食引起的。這一現(xiàn)象最早為Rubner發(fā)現(xiàn)，他稱之為“食物特殊動力作用”。食物特殊動力作用與進食的總熱量無關(guān)，而與食物的種類有關(guān)。進食糖與脂肪對代謝的影響較小，大約只是基礎(chǔ)代謝的4%，持續(xù)時間亦只1h左右。但進食蛋白質(zhì)對代謝的影響則較大，可達基礎(chǔ)代謝的30%。持續(xù)時間也較長，有的可達10～12h。食物特殊動力作用的機理，是食物在消化、吸收和代謝過程中的耗能現(xiàn)象。例如，某些酶的活力增加，代謝過程中某些物質(zhì)在細胞與間質(zhì)間的主動轉(zhuǎn)移等，氨基酸的脫氨基作用的耗能現(xiàn)象更加明顯。Krebs曾經(jīng)報道蛋白質(zhì)的特殊動力作用引起的能量消耗增加與體內(nèi)尿素的產(chǎn)生有關(guān)；Cairnie等人在股骨骨折的動物實驗中，也觀察到產(chǎn)熱量與氮排出量平行地增加，并且認(rèn)為這是因組織蛋白分解而增加氨基酸代謝所致。但Garrow等人的實驗又不能說明進餐后代謝率的升高與尿素的產(chǎn)量有任何關(guān)系[11]。對于人體勞動時的食物特殊動力作用，有人在實驗中發(fā)現(xiàn)幾乎是安靜時的2倍。由于這樣，人體進行勞動或運動時，機體不僅要供氧給運動的骨骼肌，而且要耗氧于食物影響的產(chǎn)熱過程，輸氧系統(tǒng)負(fù)擔(dān)加重，影響人體的耐力。如何使人體避免這種額外的負(fù)擔(dān)，而又處于供能充分的最佳狀態(tài)，所以，食物特殊動力作用仍然是需要進一步研究的課題。食物特殊動力作用在熱能需要量的計算中，仍然不甚明確，也不統(tǒng)一。首先是食物的種類，食物引起的耗能增加，在熱能需要量應(yīng)占多少比例？其次是在勞動條件下應(yīng)如何計算？一般認(rèn)為對高蛋白飲食習(xí)慣者，食物特殊動力作用約占總熱量的10%。我國營養(yǎng)學(xué)者主張一般膳食的食物特殊動力作用約占總熱能需要量的6%。計算方法：

設(shè) A為一日熱能需要量；

C為生活觀察一日熱能消耗量；

6A/100為食物特殊動力作用。

計算式為：A=C+6A/100

簡化之則得： A=10C/9.4

1.4　人體的熱能需要量

在24h內(nèi)，人體從事各種活動所需要的能量，即是熱能需要量。熱能需要量是營養(yǎng)素需要量中應(yīng)該首先考慮的項目。除了它是機體維持生命活動的基本條件外，對于其它營養(yǎng)素的需要量也有很大影響。1981年中國營養(yǎng)學(xué)會對我國人的營養(yǎng)素需要量進行了修訂，其中熱能需要量見表1-2。

1.4.1　熱能需要量的研究方法

（1)生活觀察法 對被觀察者24h內(nèi)的各種活動進行觀察，記錄其持續(xù)時間，歸納同類活動的總時間，然后根據(jù)各種活動的熱能消耗率計算每種活動的熱能消耗量。最后計算出全天熱能消耗量。具體方法是用時表按時間先后順序記錄每個動作的起始時間；下一活動的起始時間減去上一活動的起始時間，即是上一活動的持續(xù)時間。并記錄某一活動時的環(huán)境條件、動作的姿勢及對象的反應(yīng)等。此外進行觀察期內(nèi)的膳食調(diào)查，計算熱能攝取量。根據(jù)觀察和調(diào)查的結(jié)果，比較熱能消耗和攝取在量方面的平衡情況和質(zhì)方面的分配情況，最后作出評價。進行生活觀察法時應(yīng)注意兩點：①根據(jù)研究目的，挑選具有代表性的觀察對象；②工作日的代表性，工作日的內(nèi)容，在具體情況下可能變化很大，應(yīng)事先規(guī)定典型工作日的內(nèi)容，不能因其它事情干擾觀察日的勞動內(nèi)容。計算熱能消耗量和攝取量時，要應(yīng)用各種活動熱能消耗率和食物成分表[17，18]兩個資料。在這兩方面能夠作些實地測定，其準(zhǔn)確性就更高。尤其對某些特殊地區(qū)、特殊工種更應(yīng)注意。

表1-2 膳食中熱量供給量（kJ·d-1)（kcal·d-1)①

■［此處缺少一些內(nèi)容］■

1.4.2　不同職業(yè)的熱能需要量

不同職業(yè)與勞動強度是影響熱能需要量的最主要因素。勞動過程能量消耗取決于兩個方面，一是單位時間內(nèi)的勞動強度，二是勞動持續(xù)時間。單項操作的勞動強度，以單位時間內(nèi)的熱能消耗率作為劃分強度等級的標(biāo)準(zhǔn)。在日常生活中，各種體力活動的強度相差很大，有的是任何人都可以經(jīng)久不息地整日進行的極輕活動，有的活動只有強體力的人才能擔(dān)負(fù)，甚至只能堅持?jǐn)?shù)秒鐘。中國營養(yǎng)學(xué)會于1981年把各種常見的勞動大致分為五個等級[16]。我們根據(jù)過去實際測定的熱能消耗率的結(jié)果，以這五個等級劃分了相應(yīng)的熱能消耗率水平，現(xiàn)歸納于表1-3。Christensen[19]于1953年提出了一個適合西方的劃分等級的標(biāo)準(zhǔn)；于永中等于1964年也提出了一個我國勞動強度的分級標(biāo)準(zhǔn)。

表1－3　不同強度勞動項目舉例及熱能消耗率的劃分

全天生活中，因為業(yè)余時間內(nèi)的活動因人而異，并且一個人在不同的日期也可能相差很大，所以影響8h業(yè)余時間內(nèi)的能量需要變化無常，從而對全天熱能需要量的影響也很大。因此，對評定各工種的熱能需要量和勞動強度問題，很多學(xué)者以8h工作日作為評定標(biāo)準(zhǔn)。對某一工種的熱能需要量，除考慮該工種主要勞動項目的熱能消耗率之外，還應(yīng)該考慮時間。一個工種工作日的熱能消耗量與主要勞動項目熱能消耗率之間的關(guān)系，在持續(xù)進行的輕勞動工種大致是成比例的，但大多數(shù)工種不一定呈比例關(guān)系。有的勞動項目強度很大，人體不可能在8h內(nèi)持續(xù)進行，所以一個工作日內(nèi)的活動情況多有變化，需要觀察整個工作日的活動，不能僅以主要勞動項目的單位時間的勞動強度為依據(jù)。

Lehmann與Muller曾經(jīng)在1953年分別建議21kJ·min-1為能堅持8h勞動的最大強度，亦即10080kJ·8h-1，這是工作8h的耐受上限[23]。Lehamann1958年又提出65kg體重的男性勞動代謝允許量為8400kJ·8h-1[24]，Bena等人于1963年提出的是6300kJ·8h-1(65kg體重)，印度Sen等人建議5040kJ·8h-1（50kg體重)[26]。把這三個標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一計算成60kg體重，則分別為7770kJ·8h-1，5817kJ·8h-1，6048kJ·8h-1；亦可分別相當(dāng)于18.40kJ·min-11，13.48kJ·min-11，14.07kJ·min-11。這種水平屬于中等強度勞動。如果作為一個工種，必須月復(fù)一月，年復(fù)一年地進行勞動，這樣的強度是比較合宜的。因此，8h工作日的熱能消耗以5880～8400kJ·8h-1為合宜。

1.4.3　影響熱能需要量的其他因素

除了勞動條件外，還有一些其他因素對熱能需要量也有很大的影響。

（1)年齡 嬰兒、兒童因為處在生長發(fā)育旺盛時期，如果以每公斤體重的熱能需要表示，嬰兒最高，以后逐漸降低。一般3個月內(nèi)的嬰兒為504kJ·kg-1，3～5個月為483kJ·kg-1，6～8個月為462kJ·kg-1，9～11個月為441kJ·kg-1，1～３歲為420kJ·kg-1，至成人則為168kJ·kg-1。如果以個體而言，從嬰兒時期起，逐年明顯增加（表1-4)；在成年20～39歲的時期內(nèi)，熱能需要量比較穩(wěn)定；然而自40歲以后又逐年遞減，至70歲時只有青年人的70%（表1-5)。

表1-4 嬰兒、兒童及青少年的熱能需要量^[13]

表1-5 成年人熱能需要量（kJ·d^-1)與年齡的關(guān)系^[13]

（2)地區(qū)的氣候影響 一般認(rèn)為氣溫低的地區(qū)熱能需要量趨向增加，大約在20～30℃之間為一舒適帶，氣溫過高代謝又趨于增強。聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO)1950年規(guī)定年平均氣溫10℃為營養(yǎng)需要量的標(biāo)準(zhǔn)條件，每降低10℃熱能需要量增加5%，1957年改為3%。于守洋[27]在總結(jié)1949～1957年我國東北，華中和華南一些地區(qū)的調(diào)查結(jié)果后，認(rèn)為環(huán)境氣溫能影響人體的熱能代謝，同時還影響體重，進而又影響熱能代謝。他認(rèn)為由于環(huán)境氣溫和體重兩個因素的影響，我國東北地區(qū)成年居民的熱能需要量比華中地區(qū)男子應(yīng)高8%，女子應(yīng)高7%；比南方地區(qū)男子應(yīng)高13%，女子應(yīng)高12%。

1.4.4　熱能代謝狀況的評價

熱能代謝狀況的評價大致有質(zhì)與量兩個方面。熱能代謝狀況的好壞對臨床病人不僅影響疾病的痊愈，嚴(yán)重的可以危及生命的維持；對于病后也會影響到康復(fù)的進程；對于正常人則將影響健康和勞動能力的保持。

在量方面，熱能代謝平衡情況是一個日益重視的問題。人體的熱能代謝在消耗與攝取之間應(yīng)以平衡為佳，不宜形成負(fù)平衡，亦不宜形成正平衡。負(fù)平衡，即攝取量小于消耗量，其結(jié)果是人體逐漸消瘦，并且影響其它營養(yǎng)素的代謝，生理功能紊亂，全身浮腫，抵抗力降低等等。若體重低于正常值的10%，為輕度熱能缺乏；低于10～20%者為中度缺乏，可以影響身體功能；若低于30%以上時，則為嚴(yán)重缺乏，低于40%以上將危及生命。如果熱能攝取量大于消耗量，呈正平衡，則體內(nèi)脂肪沉積，逐漸肥胖，體重持續(xù)增加，并帶來一系列損害、心臟負(fù)擔(dān)過重，尤其是左心室更甚；高血壓，血脂過高，進一步損及心血管系統(tǒng)；腎臟、肺臟和膽囊等也易于罹及疾病。稱量體重，有兩點應(yīng)加注意，第一是標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)在一定時間及相同條件下進行，排除衣服、進食與大小便等對體重的影響；第二是應(yīng)較長期地稱量，以觀察變化的趨勢。此外，許多學(xué)者建議用體脂的百分率來衡量。我國成年男子正常體脂含量為體重的13.2%，西方人為15%。McArdle等人提出，男性體脂超過體重的20%，女性超過30%即屬于肥胖[1]。體脂的測量，現(xiàn)時多用比較簡便的皮褶厚度測量計算法。劉廣青等人于1982年得出一個我國成年男子求體脂百分率的計算公式[28]。以mm為單位，測量三頭肌、肩胛骨下和髂部皮褶厚度，然后按下式求出體脂百分率。

F（%)=0.91137S1+0.17871S2+0.15381S3-3.60146

F（%)為體脂百分率，

S1、S2、S3分別為三頭肌、肩胛骨下及髂部皮褶厚度（mm)。

雖然熱能代謝失衡是體重過重或過輕的主要原因，但不應(yīng)忽略與內(nèi)分泌疾病或惡性腫瘤加以鑒別。

熱能代謝評價在質(zhì)的方面主要是供能三大營養(yǎng)素的合理分配百分率的問題。人體除了總的能量需要以外，對蛋白質(zhì)、脂肪、糖三大營養(yǎng)素都各有一定的需要量，尤其是對于嬰兒、少年、孕婦、乳母、臥床病人及病后恢復(fù)者更為重要，否則將會有不同的生理功能紊亂，甚至引起疾病。我國營養(yǎng)學(xué)者根據(jù)經(jīng)濟現(xiàn)狀及飲食習(xí)慣，提出如下三大營養(yǎng)素分配百分率的建議如下：

糖………………………………占總熱量的65%～75%

脂肪……………………………占總熱量的15%～20%

蛋白質(zhì)…………………………占總熱量的10%～15%

這是積多年不同地區(qū)膳食調(diào)查的結(jié)果，符合我國國情，同時也能保障人民健康。關(guān)于三大營養(yǎng)素各自在營養(yǎng)學(xué)中的重要意義，請參閱各有關(guān)章節(jié)。

1.5　臨床病人熱能需要量問題

臨床上比較嚴(yán)重的病人傾向于分解代謝，并且由于不能或不愿意攝食，常常造成熱量攝取不足，體重持續(xù)減輕。因為病人的能量代謝的測定很困難，從而也就缺乏比較準(zhǔn)確的病人能量平衡計算。在早些年代，腸外營養(yǎng)補充的方法也比較缺乏；同時，臨床醫(yī)生一般認(rèn)為體內(nèi)的能量儲備足以應(yīng)付臥床時期暫時的能量供給不足。因此，臨床病人的能量補充問題，在那些年代沒有得到應(yīng)有的重視。這樣就導(dǎo)致疾病向壞的方面發(fā)展，或者延長病后恢復(fù)，有的甚至貽誤救治。

1.5.1　體重的維持

臨床病人體重減輕是最普遍的，但未得到應(yīng)有的重視。一般總是待體重極度減輕，以至產(chǎn)生癥狀的時候才加以注意。已經(jīng)觀察到、減輕的體重量占原體重30～40%時即會危及生命。病人一般經(jīng)過休克期后即進入分解代謝期，此時期內(nèi)病人的身體一般狀態(tài)的維持將決定病程的變化；在此時期內(nèi)對病人體重的觀察，猶如在休克期內(nèi)觀察血壓的變化一樣重要。在排除脂肪和水的變化后，體重的變化實際是一個表示身體細胞質(zhì)量（body cell mass)變化的指標(biāo)。體重減輕的程度與快慢與病人的病情或傷勢的輕重呈比例。越是嚴(yán)重的病人越是需要在治療過程中觀察體重的變化。因此，有人也把體重稱之為“生死倏關(guān)的指征”（Vital sign)。體重的變化是身體成份中蛋白質(zhì)、脂肪和水三者變化綜合的結(jié)果，其中以水的變化最大，能影響臨床醫(yī)師對體重的觀察和分析。不過，對體重的變化加以密切注意，并觀察影響體重各因素每天的平衡情況，對于分析身體成分的變化及決定治療的側(cè)重面等將是很有利的。每一名患者的病歷中應(yīng)記載住院時或住院前的平常體重，以便作為日后觀察體重增減的參考。

在嚴(yán)重外傷或感染的病人中，由于不能和不愿時進食，他們體重的減輕似乎總是和饑餓聯(lián)系在一起。但是kinney比較了Keys與Bendict的研究結(jié)果后，認(rèn)為正常人處于半饑餓狀態(tài)下，體重減輕的速率只是全饑餓的人或處于分解代謝狀態(tài)下的病人的六分之一[10]。可見病人體減輕愈快，其預(yù)后愈壞。這是否與所減少的身體組織成分不同有關(guān)？Kinney[2]觀察了手術(shù)后的嚴(yán)重外傷病人，得出前者蛋白質(zhì)的喪失占減輕的體重的6～8%；后者體重在3周持續(xù)減輕的情況下，蛋白質(zhì)的喪失也只占減輕體重的12%。Iampetro觀察半饑餓與全饑餓者，蛋白質(zhì)的喪失很接近，分別為9.7%、11.4%。所以，初步認(rèn)為蛋白質(zhì)的喪失與減輕的總重量有關(guān)，而體重減輕的原因關(guān)系不大[10]。

1.5.2　氮代謝與能量供給的關(guān)系

人體能量代謝與氮代謝有很密切的關(guān)系。病人在急性分解代謝占優(yōu)勢的狀態(tài)下，為了達到最佳的氮平衡，確定適宜的熱能攝取量，則顯得更為重要。前人的實驗觀察到正常人攝取不含氮的食物時，每4.2kJ(1kcal)基礎(chǔ)代謝需要排出1.35mg尿氮。如果以全天安靜代謝7560kJ計算，加上糞便和汗液排出的氮，一個平均體重60kg的人需要排出的氮則為3.4g；再考慮到疾病能影響蛋白質(zhì)利用率降低，氮的全天排出量將會增加到4.8g。臨床外科及發(fā)燒病人尿氮排出量增加及血液尿素氮增加是蛋白質(zhì)分解及糖原異生作用加強的結(jié)果，嚴(yán)重的外傷或傳染病人，氮的喪失可以累計到150g，有并發(fā)癥的三度燒傷病人，甚至可達300g以上。身體氮喪失過多，表示身體細胞的破壞。病人體氮丟失主要來自肌肉組織，而內(nèi)臟蛋白質(zhì)則在以后才被消耗。

Calloway等人在總結(jié)一些代謝研究工作的基礎(chǔ)上，認(rèn)為蛋白質(zhì)攝取量充足時，能量的供給量則是氮平衡的決定因素；反之，能量供給充足時，蛋白質(zhì)攝取量即成為決定因素。Goodlad與Munro曾在三種蛋白質(zhì)攝取量和高與低二種能量攝取水平鼠實驗中，結(jié)果表明分別增加能量與蛋白質(zhì)攝取量，能都改善氮平衡的狀況。Elwyn等人在10名外科病人中觀察到病人的氮平衡與能量平衡呈直線相關(guān)，而與熱能攝取量的關(guān)系不顯著。大約每增減4.2kJ能量平衡，即可使氮平衡增減1.7mg。此一數(shù)字與正常人很接近。當(dāng)能量處于零平衡時，攝取173mg·kg-1的氮，只有微量的正平衡，可是此量幾乎是正常人維持零氮平衡的兩倍。

1.5.3　臨床病人能量需要的計算

對臨床病人的能量供給是一個很重要的問題，也是一個比較復(fù)雜的問題。與正常人的熱能需要要量不同，在臨床上比較多注意的是其供應(yīng)不足的一面。這是因為：①凡是較重的病人大致都有食欲減退、厭食的癥狀，以及其它許多原因，使病人不能正常經(jīng)腸胃進食；②在發(fā)燒、外傷病人尤其是燒傷病人的分解代謝嚴(yán)重或者是高代謝（hypermetabolism)時，能量消耗增大，對營養(yǎng)素的需要增加。這樣，首先是造成能量供給不足，從而影響體重穩(wěn)定和氮平衡的維持，最終造成總的營養(yǎng)不足。因為營養(yǎng)不足，疾病的治愈率受到嚴(yán)重影響，而大大增加死亡率。例如，傷口易于崩裂，創(chuàng)面愈合延遲；抗體產(chǎn)生受損，對感染抵抗力降低，如并發(fā)肺炎、褥瘡等；某些重要器官功能受損，如肝臟解毒能力下降，呼吸肌功能喪失，某些重要酶的活力降低等。因此，近二三十年來，臨床醫(yī)學(xué)對病人的營養(yǎng)支持相當(dāng)重視，特別是對于高分解代謝的患者更為注意。但是，對嚴(yán)重病人的能量補充，并不是越多越好。如果補充過量，反會引起血糖過高，肝功能異常、脂肪肝以及血液尿素氮過高等弊端。能量補充的最基本目的是：分解代謝期在于維持能量平衡，從而維持氮平衡，保證身體各種功能以利于病人與疾病作斗爭；合成代謝期則應(yīng)把消耗量和體內(nèi)合成代謝需要的能量合計在內(nèi)，以利于病人盡快恢復(fù)。

表1-6 臨床病人能量需要量的確定

住院病人能量代謝的增加，一般男性大于女性，青年人大于老年人，肌肉壯實的人大于瘦弱的人。嚴(yán)重病人起病的開始一段時間的能量消耗是最難確定的，大約可達21000～25200kJ·d-1。有些病人因食欲減退，處于半饑餓狀態(tài)，能量消耗可比正常低約10～30%。病人的活動量不大，因而受體力活動的影響不大�；顒訛樽�在病床旁邊的病人，全天的能量消耗大約比基礎(chǔ)代謝增加5～10%；在床下稍事活動的病人，也不至于增加基礎(chǔ)代謝的20%。發(fā)燒病人因體溫過高，可以影響代謝增加，大約體溫每升高1℃，代謝增加13%。對于臨床病人，能量消耗的實際測定是很困難的。有的作者用長時間氣體代謝測定法結(jié)合尿氮測定進行過研究，應(yīng)用很不方便[2]。比較迫切需要對能量消耗作出估計的，又幾乎都是危重病人，進行實際的能量消耗測定則更為困難。因此大多數(shù)都是按各種病情與安靜代謝比較進行估計。Elwyn等人介紹了Harris與Benedict計算安靜能量消耗（rest energy expenditure,REE)的計算如下：

REE（男)=（66.4230+13.7516W+5.0033H-6.7750A)·4.2

REE（女)=（655.0955+9.6534W+1.8496H-4.6756A)·4.2

式中A為年齡（歲)，H為身高（cm)，W為體重（kg)，REE為kJ·d-1。Kinney在參考大量研究工作的基礎(chǔ)上，總結(jié)了各種類型疾病患者能量消耗與安靜代謝的關(guān)系（圖1-3)。參照此圖即可按不同類型疾病及病情計算病人的能量需要量。

圖1-3 急性分解代謝安靜能量消耗量的增加數(shù)與部分饑餓時減少數(shù)的比較

（引自Fischer,JE；Surgical Nutrition.p.119Little,Brown and Company,Boston,1983)

Apelgren等人在討論嚴(yán)重病人的營養(yǎng)補充時提出了一個簡化的計算方法（表1-6)。他們認(rèn)為大多數(shù)特護病房內(nèi)的嚴(yán)重病人的能量需要很少超過基礎(chǔ)代謝率的20～30%。燒傷病人的熱能需要量是最大的，但他們常�？梢越�(jīng)口或管飼喂養(yǎng)。這幾位作者認(rèn)為。對于平常身材的人，一般8400～12500kJ·d-1足以維持體重的穩(wěn)定。

參考文獻

1．McArdle WD etal:Exercise Physiology…Energy,Nutrition,and Human Performance,Lea and Febiger Philadelphia,1981,p.406

2.Fischer JE:Surgical NutritionLittle,Brown and Company Boston 1983,p.97-126,129-163

3.Guyton AC:Textbook of MedicalPhysiology 6th ed,W.B.Saunders Co,1981,p.877-885,899-906

4.顧景范：熱能和三大營養(yǎng)素-軍隊衛(wèi)生學(xué)專題講座，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院軍隊衛(wèi)生研究所編，天津，1982，P.161-176

5.姚承禹：能量代謝和體溫--生理學(xué)，周衍椒，張鏡如主編，人民衛(wèi)生出版社，北京，1983，p.250-278

6.引自MountcastleVB:Medical Physiology 14th ed,VolⅡ,The C.V.Mosby Co.London,1980,p.1362

7.Astrand P-O. and Rodahl K:Textbook of Work Physiology ,McGraw-Hill Book Company,New York,1977,p.296

8.Karran SJ et al:PracticalNutritional Support,Pitman Medical Publishing Co.Ltd.London,1980,P.33-43,81-93

9.Garrow JS and Hawes SF:Brit JNutr 27:211,1972

10.Bray GA et al:Am J Clin Nutr27(3):254,1974

11.顧景范：生理科學(xué)進展12：341，1981

12．中國人民解放軍海軍醫(yī)學(xué)研究所：營養(yǎng)衛(wèi)生手冊，上海，1975，P。39

13．軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院軍隊衛(wèi)生研究所：部隊營養(yǎng)調(diào)查方法及評價簡介，天津，1982，P.24

14．中國生理科學(xué)會第三屆全國營養(yǎng)學(xué)術(shù)會議及營養(yǎng)學(xué)會成立大會：每日膳食中營養(yǎng)素供給量。營養(yǎng)學(xué)報3：185，1981

15．于永中等：職業(yè)勞動能量消耗手冊，北京，1982

16．中國醫(yī)學(xué)衛(wèi)生科學(xué)院衛(wèi)生研究所編著：食物成份表，人民衛(wèi)生出版社，北京，1976

17．于永中等：中華衛(wèi)生雜志，9：139，1964

18．Passmore R etal:Physiol Rev 35:801,1955

19.Lehmann G:Ergonomics1;328,1958

20.Sen RN et al:J Human Ergol4:103,1975

21.于守洋：從膳食調(diào)查結(jié)果探討我國成年人熱能需要量的地區(qū)差值。營養(yǎng)學(xué)進展（侯祥川主編)，上�？茖W(xué)技術(shù)出版社，1964，p,152

22．劉廣青等：營養(yǎng)學(xué)報4：131，1982

23．Apelgren KN,and Wilmore DW:Surg Clin North Am 63:497,1983

24.Iampietro PF et al:J ApplPhysiol 16:624,1961

25.Calloway DH: J Nutr105:914,1975

26.Goodlad GAJ and MunroHN:Biochen J 73:343,1959

27.Elwyn DH et al:Am J Clin Nutr32:1597,1979

28.Kinney JM:Energy requirementsof the surgical patient.in"The Committee on Pre-and postoperativeCare":Manual of Surgical Nutrition,W.B.SaundersCo.Phladelphia,London,1975,p.233-235

29.Elwyn DH et al: Surg ClinNorthAm 61:545,1981