第八节 能量平衡与能量值

一、食物能量值

    对人体的能量平衡进行研究，实际上是对摄入机体的食物提供的能量与机体的能量需要量之间的差值趋向于零的程度的讨论。当机体的能量平衡时，即能量差值接近于零时，说明我们的代谢过程是正常的，反之，就意味着我们摄入的食品营养不足或者营养过度。

    用数字对能量平衡程度进行表示，需要计算食物能量和值与人体能量需要量和值。这样，就将解决问题的主要工作转移到了对二个能量值的计算方面。

    关于食物能量值的计算，需要知道食物摄食量以及营养素成分含量值，然后，根据营养素的粗卡价值，或生理卡价值就可以得出食物的能量值。全部食物能量值的和，即为人体在一定时间里所获得的全部能量。

    目前，绝大多数常用食品的单位能量值都已经有了标准的食物成分表可供查阅，只要我们得到了摄入的食物量，就可以很容易地计算出摄入食物的能量。

二、人体能量值的测定和计算

    标准的人体能量需要量，是在人体的基础上制定的。但是，对于人体所需要的能量，它的测定和计算，并没有直接可行的办法，需要通过间接的测量数据进行计算。

    直到现在为止，大多数间接的测量方法，仍然是针对人体的气体交换进行的。测定出在一定时间内吸入氧量和排出二氧化碳量，利用基本营养素的能当量值，就可以计算出机体在一定时间内的能量产量。加—上限制条件以后，就可以将此能量值看作为人体的能量需要量值。

    1、能当量

    营养素的能当量，是指每吸入lL氧气时，营养素所产生的能量值。对于三大营养素，只需要写出氧化反应过程，就可以计算得出能当量值。

    由表2—10可以知道，三大营养素的能当量值的平均值为20kJ·L^-1。根据这个平均值，测出一定时间内的机体耗氧量，就可以得出一个人在一定时间内的总能量产量。

表2—10三大营养素的能当量值

例如，我们测出一健康男子的平均耗氧量为15.0L·h^—1，则此男子的平均能量产量为 l 5.0× 20＝300.0(kJ·h^—1)，换算为ld的时间，则此男子的总能量值就为300.0×24=7 200.0kJ·d^-1。   

    2、等能定律

    等能定律是依据三大营养素的能当量值非常接近，而单纯从能量角度考虑，得出的一种三大营养素在机体内产能方面可以互相替代的认识。机体内营养素的能量产量简单地以能当量平均值20kJ·L^—1来进行计算，本身也包含有这方面的理解。将等能定律以营养素质量单位加以表示，可以有如下的公式关系：即在机体内，能量产量lg碳水化合物＝0.45g脂肪＝1g蛋白质。这个关系，对于我们制定营养素需要量标准和膳食计划，具有很重要的指导作用和意义。由于等能定律最早由Rubner提出，所以又称其为Rubner定律。

    运用等能定律，可以解释为什么在一定时间内，只食用单一成分(指三大营养素)的食物仍然可以维持机体的能量需要量。但是，不能因为如此就陷入一种误解之中，这就是人们可以长时间地维持这种局面。首先，是吃进机体内的营养素量的问题。以单一能量素来进行计算，可以得到为满足人体24h所需的15000kJ的能量，必需食用约900g蛋白质或4.5kg含水量80％的瘦肉类，或者是390g脂肪或485g含水量20％的植物油。这么多的单一营养素，是很难吃进肚里，并且很顺利地进行代谢的。其次，在三大营养素里，脂肪和蛋白质都是人体所必需的成分来源(必需脂肪酸、必需氨基酸)，如果长期缺乏，将会使机体出现相对应的症状。   

    3、蛋白质的尿素氮能当量值

    在人体代谢过程中，蛋白质的终极产物之一有尿素，它主要以尿液的形式一同被排泄出体外。一般来讲，成熟机体处于营养正常状况时，从体内被排泄出的总氮量(主要为尿素)与从食物中(主要是蛋白质)摄入的量基本上相等。

    从测试角度上来讲，尿液中的尿素氮分析要比气体交换量的测定容易的多。因此，以尿液中的尿素氮来表示蛋白质的能当量，就可以很简单地将蛋白质的产能量值计算出来。在已知营养素的总产能量值的前提下，通过分析蛋白质产能所占的比例，对于我们的膳食构成和计划将会是有益的指示。

    以尿素氮表示的蛋白质能当量值为110kJ·g^-l。

    4、基础代谢

    基础代谢能的确定，是在机体处于基础代谢状态下进行的。标准的基础代谢状态，是指处于空腹、清醒、神经与肌肉完全安静松弛时刻的机体情形。机体静卧在18～25℃的舒适环境中完全处于既无体力劳动也无脑力活动的休息状态，而且消化系统也处于静止状态(12h前停止进食)，机体基本上处于是在维持体温和最基本的生命活动时，所需要的最低热能值，就是所谓的基础代谢能。换句话说，机体处于安静状态时，维持体温、心跳、呼吸和肌肉一定的张力所需要的热能，即是基础代谢状态时所需要的能量值。

    基础代谢能量是机体处于一种特殊状态下所需要的能量，但是，基础代谢所需要的这种热能却并不是人体的最低能量需要量。因为人体在睡眠或较长时间未进食或绝食的情况下，所消耗的能量将会明显地低于基础代谢能。这是由于生命体所具有的对外界环境的适应性所决定的。   

    基础代谢能与人体的大小(身高、体重)、性别、年龄和气候等因素有关。大多数情况下，男性的基础代谢能比女性要高，儿童和青少年的基础代谢能比成人高。具体的数据为，成年男子每lm²体表面积每1h基础代谢平均为167.4kJ(40kcal)或每lkg体重每1h平均消耗热能4.184kJ(1kcal)。以60kg体重为例，男子在24h的基础代谢能为4.184× 60× 24＝ 6.OMJ(1 440kcal)；女性比男性约低5％，为5.7MJ(1 370kcal)；老年人较成人低10％～ 15％，为4.9～5.4MJ(1 160～1 296kcal)。

    气候对机体的基础代谢能影响，主要表现在寒冷气候下，正常人的基础代谢能要普遍地高于温热气候时的基础代谢能。正常人的基础代谢能比较恒定，波动范围只有10％～15％。表2-11给出了我国正常人基础代谢率的平均值。

    由表2-11可以知道，在获得了某一个人的体表面积值以后，就可以计算出这个人的基础代谢能。

  表2-11 我国正常人基础代谢率平均值

单位：kcal·m^—2·h^—1

        注：lkcal=4.184kJ

关于体表面积的计算，有两种方法。其一是Sentivenson公式法，即：

A(体表面积，m²)=0.0061×身高(cm)+0.012 8×体重(kg)一0.152 9

目前，这一公式的运用，在我国已很少见。

第二种计算体表面积的方法，是由我国军事医学科学院军队卫生研究所提出的，其处理误差明显地小于Sentivenson公式法。其计算处理公式为：

A(男子，m²)=0.006 07×身高(cm)+0.012 7X体重(kg)一0.069 8

A(女子，m²)=0，005 86×身高(cm)+0.012 6X体重(kg)一0.046 1

A，(混合，m²)=0.006 59×身高(cm)+0.012 6X体重(kg)一0.160 3

三、能量需要量

对人体能量需要量的计算，其对象是个体。这种营养学意义上的个体，与社会人群往往存在着一定的差别。因此，必须选定共同的基础，针对社会人群，最终建立一套标准能量需要量值以进行参考比较。这种做法，与通过反复的测试和计算来获得机体能量需要量值相比，将会在很大程度上减少整个能量平衡的分析环节。

一般认为，对于健康成熟的机体来讲，除了维持基础代谢所需的能量外，人们对能量的需要量，主要与工作或劳动性质有关。

人体在基础代谢状态以外的任何体力或脑力活动，都将导致机体对能量需要量的增加。各种劳动所消耗的能量与劳动程度、劳动时间及工作熟练程度等有关。我国将劳动程度分为五个级别，随着级别的增高，能量需要量也将上升。每个级别之间的能量需要量差值约为836.8～2510.4kJ(200～600kcal)。

1、极轻体力劳动

以坐着为主的工作，如办公室工作、组装和修理电器与钟表等工作。其能量需要量值为：成年男子10041.6kJ(2400kcal)，女子9204.8kJ(2200kcal)。

2、轻体力劳动

以站着或少量走动为主的工作，如售货员售货、教师讲课、普通化学实验操作等。其能量需要量值为：成年男子10878.4kJ(2 600kcal)，女子10041.6kJ(2400kcal)。

3、中等体力劳动

包括学生的日常活动、电工安装、机床操作、机动车驾驶等，也包括一般农田劳动和重型机械操作。其能量需要量值为：成年男子12 552kJ(3000kcal)，女子1l 715.2kJ(2 800kcal)。

4、重体力劳动

包括半机械化搬运工作、非机械化农业劳动、体育运动、舞蹈、炼钢等。其能量需要量值为：成年男子14225.6kJ(3 400kcal)，女子13 388.8kJ(3 200kcal)。

5、极重体力劳动

包括非机械化的装卸、伐木、采矿、砸石和开垦土地等。成年男子的能量需要量值为16736kJ(4 000kcal)。女子一般不从事这类劳动。

    目前，随着科学技术和社会的进步，许多体力项目的劳动程度已逐渐下降，特别是在重体力劳动和极重体力劳动方面。因此，在考察具体的项目时，应根据实际上的体力付出进行恰当的判断。

四、能量需要量和值

除了工作或劳动以外，人体还有一些其他的行为也需要能量。对于这些能量需求，在计算个体的能量需要量时，必须加以考虑。

    l、食物特殊动力作用

    食物特殊动力作用，也称作为食物特殊生热作用，是指人们在摄食后，由于摄食行为的进行，将使机体能量代谢额外增高，使得机体向外界或环境散失的热能比进食前增加的现象。   

    大多数的营养素或食物都能够表现出特殊动力作用，只是程度不同而已。蛋白质的食物特殊动力作用要比碳水化合物和脂肪都强，它约相当于蛋白质本身所产生热能值的20％～ 30％，而碳水化合物和脂肪则分别只有5％～6％和4％～5％。

    一些特殊的食品成分，如辣椒、胡椒等，也具有很强的食物特殊动力作用。

    食物特殊动力作用，只能够增加机体的额外热能消耗，在摄食混合膳食时，这种消耗值约为0.6～0.8MJ(150～200kcal)，是人体基础代谢能的10％。因此，在计算能量需要量时，对于摄食混合膳食的人，可以按劳动程度对应的能量需要量再加上6％的热能，而对于摄食高蛋白质食物的人，可以补加上10％的热能。

    2、非劳动性质的体力活动能量需要量值

    非劳动性质的体力活动，主要是指人们的业余体力锻炼和娱乐活动。即使是最轻微的这种活动，也需要考虑机体相对应的能量需要量值。

    一般，散步需要大约427kJ·h^—1的能量，跑步需要2 730kJ·h^—1的能量，看书(躺卧式)需要约337kJ·h^—1的能量，看报纸需要约332kJ·h^—1的能量，看电影或电视约需要322 kJ·h”的能量，跳舞则约需要l610kJ·h^—1的能量。

    3、能量需要量和值

    对于一般人的能量需要量值，将是以上所有项目的能量需要量和值。即：能量需要量＝基础代谢能量＋劳动能量需要量+食物特殊动力作用+非劳动性质能量需要量。

    在特殊对象时，还要考虑一些额外的特殊的能量需要量值。如孕妇和乳母时期的妇女，还需要考虑胎儿和婴幼儿的能量需要量值。这时的能量需要量值，将高于一般正常人。