营养学第五章能量代谢

1第五章

能量代谢

体内的能量，一方面不断地释放出热量，维持体温的恒定并不断地向环境中散发，另一方面作为能源可维持各种生命活动的正常进行。除碳水化合物、脂肪和蛋白质是三大能量营养素外，酒中的乙醇也能提供较高的能量。

能量的单位焦耳(joule,J)

千焦耳(kilojoule，kJ)

卡(calorie，cal)

千卡(kilocalorie，kcalorie，kcal)1cal＝4.184J1J＝0.239cal第一节概述2生热营养素产生能量

1g碳水化合物产生能量为16.7kJ(4.0kcal)1g脂肪产生能量为36.7kJ(9.0kcal)1g蛋白质产生能量为16.7kJ(4.0kcal)1g乙醇产生能量为29.3kJ(7.0kcal)

3第二节人体的能量消耗

人体的能量消耗包括基础代谢、体力活动和食物的热效应三个方面。此外，处于生长期的婴幼儿、儿童、青少年需要额外的能量用于机体生长发育，孕妇要摄入更多的能量给子宫、乳房、胎儿、胎盘等的生长发育和母体体脂的储备，哺乳期妇女要储备能量以提供泌乳。

一、基础代谢基础代谢(basalmetabolism，BM)是指维持生命的最低能量消耗，即人体在安静和恒温条件下(一般18～25℃)，禁食12小时后，静卧、放松而又清醒时的能量消耗。4

确定基础代谢的能量消耗(basicenergyexpenditure，BEE)，必须首先测定基础代谢率(basalmetabolicrate，BMR)。基础代谢率就是指人体处于基础代谢状态下，每小时每平方米体表面积(或每公斤体重)的能量消耗。计算基础代谢的能量消耗●用体表面积进行计算体表面积(m2)＝0.00659×身高(cm)＋0.0126×体重(kg)－0.1603

然后再按年龄、性别查表，计算BMR。5人体基础代谢率引自《营养与食品卫生学》，第三版，第21页年龄(岁)男女KJ/m2Kcal/m2KJ/m2Kcal/m21357911131517192025221.8214.6206.3197.7189.9179.9177.0174.9170.7164.0161.5156.953.051.349.347.345.243.042.341.840.839.238.637.5221.8214.2202.5200.0179.1175.7168.6158.8151.91485147.7147.353.051.248.445.442.842.040.337.936.335.535.335.2年龄(岁)男女KJ/m2Kcal/m2KJ/m2Kcal/m23035404550556065707580154.0152.7151.9151.5149.8148.1146.0143.9141.4138.9138.136.836.536.336.235.835.434.934.433.833.2.33.0146.9146.4146.0144.3139.7139.3136.8134.7132.6131.0129.335.135.034.934.533.933.332.732.231.731.330.96

WHO于1985年提出用静息代谢率(restingmetabolicrate，RMR)代替BMR。人体24小时静息代谢参考值(kcal)

摘自NutritionScienceandApplications，第二版，第190页，1997年。年龄(y)体重(kg)4050576470778491100男性10～1818～3030～60>60135112911343102715261444145911621648155115401256177116581621135118761750169114231998185717721526212119641853162122432071193517162401220920391837女性10～1818～3030～60>601234108411771016135612311264112114411334132511951527143713861268160015251438133116851628149914041771173115601478185618331621155219661966169916467●直接用公式计算

男BEE＝66+13.7×体重(kg)+5.0×身长(cm)－6.8×年龄(y)

女BEE＝65.5+9.5×体重(kg)+1.8×身长(cm)－4.7×年龄(y)

简单的方法

成人男性按每公斤体重每小时1kcal(4.18kJ)

女性按0.95kcal(3.97kJ)，和体重相乘直接计算。

●WHO于1985年推荐使用Schofield公式(表)，计算一天的基础代谢能量消耗。

8WHO建议的计算基础代谢公式

注：w为体重(kg)。摘自TechnicalReportSerie724，Geneva，WHO，1985。我国营养学会推荐，我国儿童、青少年该公式适用，18岁以上人群按公式计算结果减5%。年龄(y)公式(男)公式(女)0～33～1010～1818～3030～60>60(60.9×w)-54(22.7×w)+495(17.5×w)+651(15.3×w)+679(11.6×w)+879(13.5×w)+487(61.0×w)-51(22.5×w)+499(12.2×w)+746(14.7×w)+496(8.7×w)+829(10.5×w)+5969影响人体基础代谢有以下一些因素●体格的影响

体表面积大者散发能量多，同等体重，瘦高者＞矮胖者；人体瘦体组织(包括肌肉、心、脑、肝、肾等)消耗的能量占基础代谢的70%～80%，瘦体质量(leanbodymass)大、肌肉发达者，基础代谢水平高，男性高于女性5%～10%。●不同生理、病理状况的影响儿童、孕妇高。30岁以上每10年降2%，但如注意加强体育锻炼，这种降低相对缓慢得多。

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●环境条件的影响炎热、寒冷、过多摄食、精神紧张等可使基础代谢水平升高，有人称这一部分的能量消耗为适应性生热作用(adaptivethermogenesis)；禁食、少食、饥饿降低基础代谢水平。●尼古丁和咖啡因可以刺激基础代谢水平升高。二、体力活动

通常情况下由于各种体力活动所消耗的能量约占人体总能量消耗的15%～30%，随着人体活动量的增加，其能量消耗也将大幅度增加。这是人体能量消耗变化最大，也是人体控制能量消耗、保持能量平衡、维持健康最要的部分。11

体力活动所消耗能量多少与三个因素有关：①肌肉越发达者，活动时间消耗能量越多；②体重越重者，做相同的运动所消耗的能量也越多；③活动时间越长、强度越大、消耗能量越多。营养学上根据能量消耗水平(即活动强度)的不等分为五个级别。

1.极轻的体力活动：以坐姿或站立为主的活动，如开会、开车、打字、缝纫、烹调、打牌、听音乐、油漆、绘画及实验室工作等。122.轻体力活动：指在水平面上走动(速度在4～5km/h)，扫卫生、看护小孩、打高尔夫球、饭店服务等。3.中等体力活动：这类活动包括行走(速度在5.5～6.5km/h)

、除草、负重行走、打网球、跳舞、滑雪、骑自行车等。4.重体力活动：负重爬山、伐木、手工挖掘、打篮球、登山、踢足球等。5.极重体力活动：运动员高强度的职业训练或世界级比赛等。13

中国营养学会2001年将我国居民活动强度由五级调整为三级：轻、中、重体力活动，成年人能量的推荐摄入量用BMR乘以不同的体力活动水平(physicalactivitylevel,PAL)系数进行计算(见下表)。14活动水平工作内容举例PAL系数男女轻中重办公室工作、修理电器钟表、售货员、酒店服务员、化学实验操作、讲课等学生日常活动、机动车驾驶、电工安装、车床操作、金工切割等非机械化农业劳动、炼钢、舞蹈、体育运动、装卸、采矿等1.551.782.101.561.641.82中国营养学会建议的我国成人活动水平分级(2001年)

15三、食物热效应食物热效应(thermiceffectoffood，TEF)，即食物特殊动力作用(specificdynamicaction，SDA)：指人体在摄食过程中所引起的额外能量消耗。由于要对食物中营养素进行消化、吸收、代谢转化等，同时引起体温升高和散发能量。不同的产能营养素其食物热效应不等。脂肪：消耗本身产生能量的4%～5%；碳水化物:消耗本身产生能量的5%～6%；蛋白质:消耗本身产生能量的30%。这种差异主要是：①各种营养素消耗消化吸16

收后转变成ATP贮存的量不一样；②由食物脂肪经消化吸收后变成脂肪组织，其消耗的能量要低于有消化吸收的葡萄糖转变成糖原或脂肪，而由食品蛋白质中的氨基酸合成人体蛋白质或代谢转化为脂肪，其消耗的能量更多。17第三节人体一日能量需要的确定

能量需要量(energyrequirement)是维持人体正常生理功能所需要的能量，长期低于或高于这个数量都将会对机体产生不利的影响。

一、计算法

1.计算能量消耗确定能量需要：包括基础代谢、体力活动和食物热效应三方面。基础代谢约占总能量消耗的60%～70%，习惯上将其作为估计成人能量需要的重要基础。

2.膳食调查：详细记录一段时间摄入食物的种类和数量，计算出平均每日食物总的能量含量，可以认为是其能量的一日需要量，但此种膳食调查一般至少进行5～7天。18各种强度的体力活动及能量消耗译自UnderstandingNutrition第八版，第240页，1999年。

活动强度能量消耗极轻BMR×1.3轻BMR×1.6（男）BMR×1.5（女）中重BMR×1.7（男）BMR×1.6（女）重BMR×2.1（男）BMR×1.9（女）极重BMR×2.4（男）BMR×2.2（女）19二、测量法

直接测热法(directcalorimetry)的原理是人体释放热量的多少可反映机体能量代谢情况，进而可求出机体的能量需要。间接测热法(indirectcalorimetry)的原理是产热营养素在体内氧化产生CO2和H2O，并释放能量满足机体需要，因此只需测出氧气消耗量或产生水量的多少，就可以计算能量的消耗，进而确定能量的需要量。20能量和蛋白质的RNIs及脂肪供能比

21续上表22

三、能量供给

能量平衡与健康的关系极大。由于饥饿或疾病等原因造成能量摄入不足，可使体力下降、工作效率低下。能量摄入不足致使太少的脂肪贮存，身体对环境的适应能力和抗病能力也因此而下降。体重太低的女性，性成熟延迟，易生产低体重婴儿。年老时能量摄入不足会增加营养不良的危险。过多的能量摄入已成为西方国家居民严重的健康问题，如肥胖、高血压、心脏病、糖尿病和某些癌症发病率明显高于其它国家，我国近些年来也有类似的危险趋势。因此，各个国家都有相应的能量供给量的推荐值，包括三大产能营养素合理的摄入比。中国营养学会在2001年制订的中国居民膳食营养素参考摄入量中，对各年龄组人群的能量摄入有具体的推荐量，也根据不同的活动强度。按轻体力劳动、中等体力劳动和重体力劳动来推荐能量摄入量。23第四节能量摄入的调节

机体长期大量摄入能量并超过能量消耗(energyexpenditure)时，过剩的碳水化合物以糖原的形式贮存在肝脏和肌肉或转化为脂肪，并与过剩的脂肪一起以甘油三酯的形式贮存于脂肪组织中。当摄入能量低于消耗能量时，机体将动员贮存的糖原(肝糖原和肌糖原)或脂肪。人体主要是通过能量的摄入与消耗来维持能量平衡(energybalance)。能量摄入和能量平衡调节机制主要涉及生理、生化、内分泌、神经、体液因素以及环境与社会因素的复杂过程。24

(一)摄食的神经生理调节当人体感觉器官(嗅觉、视觉、触觉和味觉)受到食物色、香、味的感觉刺激时，摄食信号迅速通过神经、体液、代谢以及营养素存储的信号传到大脑，启动了消化过程(包括唾液腺、食管黏膜、胃、胆汁和胰岛素等的分泌以及胃蠕动)，从而引发饥饿感和食欲，表现为启动摄食。当食物进入消化系统后，食物作用于口腔、食管和胃肠壁上的机械感受器和化学感受器，并通过神经和激素等信号传人大脑，产生饱腹感，食欲得到满足，机体终止对食物的加工和摄食过程。25

(二)营养素及其代谢产物对摄食的调节当血糖低于某一阈值时，会导致机体饥饿感和食欲增加，并激发摄食行为；而高血糖水平会产生饱腹信号，抑制摄食。葡萄糖是通过葡萄糖受体调节系统或者通过血糖的水平及其对脑葡萄糖水平的影响而发挥摄食调节作用的。脂肪酸及其代谢产物的水平对食物摄入有负反馈调节作用。当体内脂肪贮存增加时，过多的脂肪作为饱腹信号反馈作用于中枢神经系统，通过调节饱腹感，抑制摄食。

26(三)中枢系统中肽类信号因子对摄食的调节

1.调节抑制食欲和能量代谢的主要肽类信号因子⑴痩素(1eptin，LP)：LP是白色脂肪细胞分泌的蛋白质类激素。目前认为，LP及其受体参与调节能量摄入与能量消耗的主要途径：①影响下丘脑区弓状核的神经肽Y(neuropeptideY，NPY)mRNA表达，并抑制其分泌，影响食欲和摄食行为；②作用于中枢神经，增加交感神经系统活动，使外周去甲肾上腺素释放增加，解偶联蛋白表达上调，棕色脂肪组织产热与耗能增加；③影响多种神经递质和肽类活性，抑制摄食行为；④直接作用于脂肪细胞LP受体，通过增加脂酶表达并减少脂肪酸合成酶表达，抑制脂类合成；⑤与胰岛

细胞LP受体结合，抑制由葡萄糖刺激引起的胰岛素分泌，减少能量贮备。27

⑵饱腹因子(cocaineandamphetamineregulatedtranscript，CART)：研究表明，CART可明显抑制摄食行为，且与NPY诱发的摄食现象呈剂量反应关系。⑶胆囊收缩素(cholecystokinin，CCK)：CCK可刺激胰腺分泌和胆囊收缩，促使胃排空并诱导出现饱腹感，还受到LP的调节，提高