第三章　居家老人营养学基础

第一节　能量

学习目标

1.掌握正常人基础代谢能量需要量及计算。

2.熟悉能量单位换算，能量参考摄入量及食物来源。

3.了解能量代谢基本知识。

节前导言

本章内容主要介绍人体能量代谢的基本概念，通过理解生命活动的能量代谢来理解和掌握正常人体能量需求和计算；并通过能量需要量来换算食物摄入量。进一步理解和熟悉不同个体、不同生理和病理状况、不同环境下人体能量需求变化和计算。

一、能量代谢概述

机体的一切生命活动都需要能量来推动，各类营养素的摄取、消化、吸收和利用也都需要能量，没有能量的供给，机体的营养过程就不能进行，机体的生命过程也不能维持。生命活动的能量主要来自三大营养物质（糖、脂肪、蛋白质）的氧化分解。能量代谢与物质代谢紧密相连。物质代谢也称新陈代谢，即指生物体内各种物质按一定规律不断进行化学变化的总称，包括合成代谢和分解代谢。合成代谢产生细胞组分的各种生物合成反应，即细胞将各种从内、外环境中获取的小分子前体合成为各种生物大分子，合成代谢是需能反应，其能量来自分解代谢。分解代谢主要是指营养物质在生物体内经过一系列氧化分解反应彻底分解为最终产物H2O、CO2和大量能量，其中相当部分能量以ATP形式所释放的过程。

能量的常用单位有卡路里（calorie，简称cal，c）简称卡，它是热量单位，指将1g水在1大气压下从15℃提高到16℃（升高1℃）所需的热能。常用千卡（kilocalorie或Calorie，简称kcal，kc，C）即大卡，1大卡等于1 000卡路里，它相当于1kg（1L）水升高1℃所需要的热量。对于营养素所含热量的换算来说，卡单位太小了，常用千卡（大卡）来表示。能量的国际标准单位是焦耳（joule，J）和千焦耳（kilojoule，kJ），某种情况下还要用到百万焦耳（megajoules，MJ）。两种单位制换算关系如下：

1cal=4.186J≈4.2J

1kcal=4.186kJ≈4.2kJ

1 000kcal=4.186MJ≈4.2MJ

人类需要的三大宏量营养素（碳水化合物、脂肪和蛋白质）和酒精都能为生命活动提供能量，由于这些营养素分子结构不同，单位重量所提供的热量是不同的，这些营养素通过热量计测定的单位重量所提供的热卡如下：

1g碳水化合物=4.30kcal

1g脂肪=9.45kcal

1g蛋白质=5.65kcal

1g酒精=7.00kcal

但由于食物消化吸收，以及体内氧化分解代谢等差异，实际三大营养素在体内释放的能量值稍低于体外测定值。碳水化合物消化吸收率大约为97%，脂肪为95%，蛋白质为92%，同时相当部分蛋白质在体内是不完全氧化分解的，含氮部分的代谢废物从尿中排出。总之，生物体内食物营养素实际释放的热量要低于上述测定值。所以实际工作中常常以下面标准来换算：

1g碳水化合物=4kcal

1g脂肪=9kcal

1g蛋白质=4kcal

1g酒精=7kcal

二、能量消耗

人体能量摄入与能量需要相一致，才能保证正常生命活动和健康。成年人每天总能量消耗（total daily energy expenditure，TDEE）包括基础代谢、体力活动和食物热效应（也称食物特殊动力作用）三个方面的能量消耗总和（图3-1）。其中基础代谢能量消耗占大部分，体力活动变化很大，对于特殊生理时期的人群如孕妇（胎儿发育）、乳母（乳汁分泌）、儿童及青少年（生长发育）等还应考虑他们的额外需要，而在疾病状态下需要考虑炎症、应激等因素引起能量消耗。

（一）基础代谢

基础代谢是指维持人体基本生命活动所需要的最低能量消耗，即人体在安静和恒温（一般18～25℃）条件下禁食12小时后，静卧、放松而又清醒时的能量消耗。此时能量仅用于维持心脏跳动、肺脏呼吸、体温、血液循环、腺体分泌，以及维持肌肉一定紧张度等基本的生理需要。基础代谢水平的高低通常用基础代谢率（basal metabolic rate，BMR）表示，BMR指单位时间内人体基础代谢所消耗的能量，一般是以每小时、每平方米体表面积所发散的热量［单位：kJ/（m2·h）］来表示，也可用 kJ/（kg·h）或 MJ/d 表示。基础能量消耗（basal energy expenditure，BEE）表示24小时内基础代谢的能量消耗。除了BMR外，还有静息态代谢率（resting metabolic rate，RMR），即休息状态下机体所消耗的能量，它相当于BMR加上一小部分进食和肌肉活动额外消耗的能量。静息态能量消耗（resting energy expenditure，REE）是指在休息状态下24小时的能量消耗。测定REE比较容易，不要求禁食和卧床。一般REE要稍大于BEE，但两者相差一般不超过10%，通常两者可以互用。

BEE或REE存在个体差异，并受到很多因素影响，主要包括体格大小、年龄和性别的影响。BMR的高低与体表面积基本成正比，体表面积大者，其基础代谢消耗的能量多；同等体重者，瘦高者基础代谢高于矮胖者。人体瘦体组织消耗的能量占基础代谢的70%～80%，所以瘦体质量大，肌肉发达者，基础代谢水平高。反之，脂肪越多的肥胖个体其基础代谢越低，男性BMR比女性高也是这个原因。实际测定表明，在同一年龄、同一体表面积的情况下，女性BMR低于男性5%～10%。

在人的一生中，年龄愈小，BMR愈高。婴幼儿阶段是基础代谢最活跃的阶段，青春期又出现一个较高代谢的阶段。成年以后，随着年龄的增长，基础代谢水平逐渐降低，其中也有一定的个体差异。

环境炎热或寒冷、过多摄食、精神紧张等，都可使基础代谢水平升高。另外，在禁食或少食时，基础代谢水平也相应降低。

其他不同病理生理状况也可以明显影响基础代谢。孕妇的基础代谢相对较高；甲状腺功能亢进可使BMR明显升高；相反，甲状腺功能减低时BMR低于正常。另外，应激和长期炎症状态下可以导致高代谢状态。

（二）食物热效应

食物热效应（thermic effect of food，TEF）是指因摄食而引起额外消耗的能量，也称为食物特殊动力作用（specific dynamic action of food，SDA）。因为人体在摄食过程中，由于对食物中营养素进行消化、吸收、代谢转化等，需要额外消耗能量，同时引起体温升高和散发热量。影响食物热效应的因素很多，首先是食物成分，不同食物成分，其食物热效应不同。脂肪热效应消耗本身产生能量的4%～5%，碳水化合物为5%～6%，蛋白质最高可达30%；混合型食物的热效应一般相当于基础代谢的10%。也就是说，如果一顿饭能提供3 200kJ能量，那么消化、吸收和转化代谢的过程就要用去320kJ之多。一般认为，脂肪、碳水化合物主要为人体提供能量，而食物蛋白质中氨基酸的功能为合成人体所需的蛋白质，这一过程比脂肪、碳水化合物单纯转化为热量要消耗更多能量。另外，食物热效应与进食量也有关，吃得越多，热能消耗就越多。吃得快比吃得慢消耗的热量高。吃得快时，中枢神经系统更加活跃，激素和酶的分泌速度快、量更多，吸收和贮存的速率更高，其能量消耗也相对较多。

一般TEF持续时间为5～6小时，但高蛋白食物所产生的热效应时间更长，据测算，最长可达到12小时之久，这也是因为蛋白质代谢过程更为复杂。食物热效应只能增加体热的外散，而不能增加可利用能量。换言之，食物热效应对于人体是一种损耗而不是一种效益。进食时必须考虑食物热效应额外消耗的能量，使摄入能量与消耗能量保持平衡。

（三）各种体力活动的能量消耗

体力活动是影响人体能量消耗的主要因素，在人体的整个能量消耗中，肌肉活动占较大比例，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、维持健康最重要的部分。人在运动或劳动时耗氧量显著增加，因体力活动肌肉消耗能量，而能量则来自营养物质的氧化，导致机体耗氧量增加。机体耗氧量的增加与肌肉活动的强度呈正比关系。耗氧量最多可达安静时的10～20倍。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%。根据能量消耗水平，即活动的强度不等，一般分为三个级别：轻体力活动、中体力活动和重体力活动。

轻体力活动指坐姿或在水平面上走动的活动（速度在4～5km/h）、打扫卫生、看护小孩、打高尔夫球、饭店服务等。

中体力活动包括行走（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。

重体力活动包括负重爬山、伐木、手工挖掘、打篮球、登山、踢足球等。

三、人体能量需要量的确定

确定各类人群或个体的能量需要量，对于指导人们改善自身的膳食结构、膳食规律，维持能量平衡，提高健康水平十分重要，也是营养学研究经常进行的工作。如前面所述，成年人每天总能量消耗（TDEE）包括基础代谢、体力活动和食物热效应三个方面。分别测出或计算出这三个能量值再相加，得出人体TDEE，再根据TDEE转换为具体的食物摄入量。

活动能量消耗确定方法如下。

1.生活作业观察法

选择具有代表性的一段时间，对调查对象进行24小时跟踪观察，详细记录各项活动和持续的时间，参照各种活动的能量消耗系数，计算出一日的能量消耗。

2.体力活动水平（physical activity level，PAL）计算法

采用活动等级的PAL系数来计算人群总能量消耗是简单的方法之一，我国将PAL分为轻、中、重三级，其每一级PAL系数见表3-1。

上述测定或计算基础上还要考虑不同生理和病理状态下能量消耗的变化，疾病状态下的能量代谢状况比较复杂，也是多年来研究的焦点问题之一。不同创伤程度的患者，能量消耗有所不同。20世纪初，DuBois等通过直接测热法测定发现，败血症患者的能量消耗轻度增加。1970年，Kirme和他的研究小组发展了呼吸交换法（或称间接能量测定法），其采用非侵入性的面罩系统，发现选择性手术不会明显增加能量消耗，而重大创伤或非常严重的败血症患者的能量消耗（在一段时间内）会增加10%～30%。大面积烧伤患者的代谢率可增加100%以上，而一般手术患者无明显的能量代谢值增加。如果患者入院时已经存在一定程度的营养不良，则还存在代偿性能量消耗下降。此外，随着辅助呼吸、镇痛镇静、人工降温、护理技术等医疗措施的发展，与创伤相关的危重患者的基础代谢负荷出现降低趋势。因此视上述不同情况应作相应的能量校正，具体见表3-2。

四、能量参考摄入量及食物来源

（一）摄入量

正常成人摄食量与能量的消耗基本持平，通过膳食调查，可间接估计人群的能量需要。这是一种简便、易行但相对粗糙的方法，对确定人群或个体的能量需要简易、方便、可行，目前在能量和营养调查中被广泛使用。中国营养学会提出了中国居民膳食能量需要量，本书摘选出老年人膳食能量需要量。（见表3-3）

（二）食物来源

人体的能量来源是食物中的碳水化合物、脂肪和蛋白质。这三类营养素普遍存在于各种食物中。粮谷类和薯类食物含碳水化合物较多，是膳食能量最经济的来源；油脂类与植物种子富含脂肪；动物性食物、豆类和坚果中脂肪和蛋白质含量比较高；蔬菜和水果一般含能量较少。

（三）能量来源分配

三种产能营养素在体内都有其特殊的生理功能，虽能相互转化，但不能完全代替，三者在总能量供给中应有恰当的比例，即合理的分配。根据我国的营养指南，成人碳水化合物占总能量的50%～65%，脂肪占20%～30%。蛋白质占10%～15%为宜。年龄小，蛋白质及脂肪供能占的比例应适当增加。成人脂肪摄入量一般不宜超过总能量的30%。不同能量需要量水平的平衡膳食模式所提供能量来源分配见表3-4。图3-2分析了2 000kcal能量水平时，不同类型食物提供的能量比例，植物性食物是能量的主要来源，约占膳食总能量的66%左右。