1、第三章 能 量,学习目的：1.了解能量单位和能值2.掌握人体能量消耗的构成3.了解并熟悉能量消耗量的测定及估算方法4.掌握能量不平衡对人体的影响，能量的合理膳食来源与构成及适宜摄入量。,第一节 人体能量来源第二节 能量表示方法 第三节 人体能量消耗的构成第四节 人体能量消耗的测定方法与估算第五节 膳食热能的供给量第六节 能量代谢失衡第七节 能量的推荐摄入量及食物来源,主要内容,人和其他动物一样，每天都要从食物摄取一定的能量以供生长、代谢、维持体温以及从事各种体力劳动等。机体即使处于安静状态也要消耗一定的能量，例如心脏跳动、血液循环、肺的呼吸、腺体分泌、肌肉收缩等代谢均需要能量，所以说能量是人类
2、赖以生存的物质基础，没有能量就没有生命活动，也就没有人类。,第一节 人体能量来源,一、热能物质 人体所需的能量物质，称为热能物质： 有三类： 碳水化合物(carbohydrates) 脂肪(fats) 蛋白质(protein) 称三大热能物质。 碳水化合物和脂肪是最重要的产能营养素。而蛋白质具有双重功效：它既能产生能量，也可以为构建机体的组织提供原料。,二、热能物质来源 第一原动力是太阳 绿色植物通过光合作用(photosynthesis)将自然界极其普通而且简单的无机物质CO2、H2O、 N用于合成极其复杂的各种有机物质和生命物质，并将太阳光能固定于热能物质中。光合作用：绿色植物利用太阳能和
3、自己的叶绿素，以CO2和H2O为原料生产出碳水化合物和氧气。,第一节 人体能量来源,三、生物氧化 蛋白质、脂肪和碳水化合物在机体内经过一系列的氧化、分解，最后生成CO2和H2O并释放出能量的过程叫生物氧化。,贮存（ATP） 热能物质 生物氧化 能量（能量代谢） 释放 维持体温 作功,体内,产生,第一节 人体能量来源,四、能量代谢 生物代谢产生的能量，以三磷酸腺苷（ATP）的形式贮存，在机体需要能量时，ATP则再将能量释放出来，供机体活动，这个过程叫能量代谢。 能量代谢过程中，如果摄入热能物质不足，机体就会动用自身热能储备，相反，如果摄入热能物质过多，就会储存起来，热能的主要储存方式是脂肪。,第
4、一节 人体能量来源,卡（calorie）和焦耳（joule）： 1卡（cal）是将1g水从14.5升高到15.5所需的热量；1焦（J）相当于1牛顿（N）的力使千克（kg）的物体移动米（m）所消耗的能量； 1cal=4.184J，1kcal=4.184kJ 营养学中过去常用千卡来衡量食物中所含的能量，目前国际上采用焦耳为单位。,第二节 能量表示方法,热能物质在体内生物氧化产生的能量与体外燃烧释放的能量类似。所以热能物质在体内的生物氧化也可叫体内燃烧。,第二节 能量表示方法,一、体外燃烧产热 由于三种营养素的的化学性质不同，它们在体内氧化分解和体外燃烧释放的热量也都不同 。 碳水化合物： 17.1
5、5kJ/g（4.10 kcal/g） 脂肪： 39.54kJ/g（ 9.45 kcal/g ） 蛋白质： 23.64kJ/g（ 5.65 kcal/g ）,第二节 能量表示方法,二、生理有效热能 对碳水化合物和脂肪而言，体内氧化和体外燃烧所释放的能量完全相同，蛋白质在体内由于不能完全被氧化分解，代谢废物中仍有含氮有机物（尿素、尿酸、肌酐等），它们随尿液排出体外。 收集每克不能在体内氧化所产生的这些含氮有机物并在体外燃烧，可释放出5.44kJ的能量，因此每克蛋白质在体内氧化只能产生18.2kJ的能量。,第二节 能量表示方法,三种产能营养素在体内并不能被完全消化吸收，在一般混合膳食中，正常人对碳水
6、化合物、脂肪和蛋白质的消化吸收率分别为98%、95%和92%。考虑到消化吸收中的损失，每克产能营养素在体内氧化产生的净能分别为： 碳水化合物 17.1598%=16.81kJ（kcal） 脂肪 39.5495%=37.56kJ（ 9 kcal） 蛋白质 18.292%=16.74kJ（kcal）在营养学中，将每克产能营养素在体内氧化分解后为机体供给的净能称为生理有效热能（能量）或生热（能量）系数。,第二节 能量表示方法,由此可见，能量最丰富的营养素是脂肪，每克有38kJ的热量。每克碳水化合物和蛋白质分别只有17kJ热量。产能营养素中的热量值表,酒精也可以产生能量，每克可产生29kJ的热量，但它
7、是一种毒素，而非营养素（它对身体组织的生长、维持和修复有害）。,第二节 能量表示方法,第三节 人体能量消耗的构成,人体的热能消耗主要有四个方面： 能量消耗 = 基础代谢耗能+体力活动耗能 +食物热效应耗能+生长发育耗能 其中最重要的是从事各种体力劳动的耗能，正常成人能量消耗主要是用于维持基础代谢、体力活动、食物的热效应的需要，而孕妇、乳母、婴幼儿、儿童、青少年还包括机体生长、乳汁分泌等能量的消耗，疾病恢复期的病人还包括组织和机体修复的能量消耗。,1、基础代谢耗能（basal metabolism, BM) 指维持人体基本生命活动的能量。包括维持体温、呼吸、血液循环、腺体分泌、肌肉一定的紧张度等
8、。 人在清醒、空腹（饭后12-14h）、安静而舒适的环境中（室温20-25 ），无任何体力活动和紧张的思维活动、全身肌肉松弛、消化系统处于静止状态下的能量消耗。,第三节 人体能量消耗的构成,基础代谢率(basal metabolic ratio, BMR) 指单位时间内人体基础代谢所消耗的能量。一般为每小时每M2体表面积所散发的热量。我国成年人体表面积可按下式计算： M2 = 0.00659H + 0.0126W - 0.1603 式中： M2、H、W 分别为面积m2、身高cm、体重kg,第三节 人体能量消耗的构成,第三节 人体能量消耗的构成,自20世纪90年代起，世界各国大都采用FAO/WH
9、O建议的按体重计算BMR。下表中列出了利用体重推算基础代谢率的公式。,W（体重），kg,第三节 人体能量消耗的构成,一日基础代耗能计算一日基础代耗能 = BMR 体表面积（M2） 24 h,第三节 人体能量消耗的构成,经验公式（成年人）：BMR = 40 kcal/h/m2 或 BMR = 1 kcal/h/kg.bw,影响基础代谢率的因素体型：同体重者，瘦高体型者BMR高于矮胖体型者。年龄：随年龄增长BMR降低。生理状况：孕妇高于同年龄妇女。性别：男性高于女性5%-10%。环境温度：寒冷地区人BMR高于温带地区人。应激状态：应激状态可使BMR升高（如心理应激、发热、创伤、激素分泌等）。种族、
10、内分泌激素、劳动强度等：不同种族有一定差异。,第三节 人体能量消耗的构成,2 体力活动耗能 人体耗能的主要组成部分。 我国对体力劳动分级：（原5级分级法） 极轻体力劳动：以坐着为主的工作，如办公室工作、组装和修理收音机与钟表等工作，业余可有一定的文体活动。 轻体力劳动：以站着或有少量走动为主的工作，如店员售货、一般实验室操作、教员讲课等。 中等体力劳动：如学生的日常活动、机动车驾驶、电工安装、金工切削等。 重体力劳动：非机械化农业劳动、炼钢、舞蹈、体育活动等。 极重体力劳动：非机械化的装卸、伐木、采矿、砸石等劳动。,第三节 人体能量消耗的构成,我国对体力劳动分级：（现3级分级法）中国成年人活动
11、水平分级 活动水平 职业工作时间分配 工作内容举例 PAL 男 女 轻 75%时间坐或站立 办公室、修理电器、售货员 1.55 1.56 25%时间站着活动 服务员、实验操作、教员讲课 中 25%时间坐或站立 学生日常活动、驾驶员、 1.78 1.64 75%时间职业活动 电工、车工等 重 40%时间坐或站立 农业劳动、炼钢、体育、 2.10 1.82 60 %时间职业活动 舞蹈、采矿、装卸,第三节 人体能量消耗的构成,3 食物特殊动力作用耗能食物特殊动力作用（specific dynamic action，SDA）：指人体由于摄食所引起的一种额外能量消耗，又称“进食生热”或食物“热效应”（t
12、hermic effect of food， TEF）。食物热效应的最高点通常出现在进食后的2h。食物热效应与食物成分、进食量和进食频率有关。一般认为进食普通混合膳食时，SDA相当于基础代谢的10，每日约600kJ。,第三节 人体能量消耗的构成,4 生长发育耗能婴幼儿、青少年生长发育需要额外能量用于建造新生组织。如3-6个月的婴儿每天有15%-23%的能量用于建造新生组织。婴儿每增加1g体重约需要5kcal能量。孕妇和乳母除自身能量需要外，也需要额外的能量用于胎儿发育和泌乳。,第三节 人体能量消耗的构成,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,人体能量的需要量实际就是能量的消耗量 。消耗多少，就
13、需补给多少。正常情况下能量摄入和消耗应该基本持平。,1、 直接测热法直接测热法通过测定身体向环境的散热量测量能量消耗。直接测热法一般是将整个身体置于密闭测热室内采用热量测定计(calorimetry chambers)进行测量。 准确度高，仪器设备投资大，应用少。,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,2、间接测热法间接热量测定通过呼吸中气体交换率，即氧气消耗量和二氧化碳的产量，来测算能量产量（能量消耗量）。受试者被限制在一个密封的房间内，或者在受试者头上带上一个头罩，该房间或头罩被连续不断地通入新鲜空气。通过比较流入空气的成分和充分混合的室内流出空气成分
14、，同时测定空气流量来测量受试者呼吸气体交换。,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,间接能量测量的技术难度远远小于直接能量测量，已经成为测量24h静坐状态能量消耗和BMR的首选方法。在一般化学反应中，反应物的量与产物量之间呈一定的比例关系，这就是定比定律。间接测热法的基本原理就是利用这种定比关系。,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,人食入的产热营养素是经过生物氧化产生热能的，即 生物氧化 热能物质 CO2+H2O+能量 O2 此过程需消耗O2，产生CO2。氧化一定量的产热物质，需消耗一定量的O2，产生一定量的CO2，释放一定量的热能。对同一热能物质，它们之间有如下定量关系：,第四节 人体能
15、量消耗的测定方法与估算,A 呼吸商一定呼吸商（respiratory quotient，RQ）：机体依靠呼吸功能从外界摄取氧，以供各种营养物质氧化分解的需要，同时也将代谢终产物CO2呼出体外，一定时间内机体的CO2产量与耗氧量的比值称为呼吸商。各种营养物质在细胞内氧化供能属于细胞呼吸过程，因而又将各种营养物质氧化时的CO2产量与耗氧量的比值称为某物质的呼吸商。,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,严格说来，应该以CO2和O2的克分子（mol）比值来表示呼吸商。但是，因为在同一温度和气压条件下，容积相等的不同气体，其分子数都是相等的，所以通常都用容积数（mL或L）来计算CO2与O2的比值，即：
16、,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,不同物质，化学组成不同，在体内发生氧化反应后，CO2产量与耗O2量不相同，其呼吸商也不一样。糖的一般分子式为（CH2O）n，氧化时消耗的O2和产生的CO2分子数相等，呼吸商应该等于1。如葡萄糖氧化的反应式如下： C6H12O6+6O26CO2+6H2O+H CO2产量与耗氧量均为6mol故：,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,脂肪氧化时需要消耗更多的氧。在脂肪本身的分子结构中，氧的含量远较碳和氢少。因此，另外提供的氧不仅要用氧化脂肪分子中的碳，还要用来氧化其中的氢。所以脂肪的呼吸商将小于1。现以甘油三酸酯（triolein）为例： C57H104O6
17、+80O2=57CO2+52H2O RQ57molCO2/80molO20.71,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,蛋白质的呼吸商较难测算，因为蛋白质在体内不能完全氧化，而且它氧化分解途径的细节，有些还不够清楚，所以只能通过蛋白质分子中的碳和氢被氧化时需氧量和CO2产量，间接算出蛋白质的呼吸商，其计算值为0.80。 在人的日常生活中，营养物质不是单纯的，而是糖、脂肪和蛋白质混合而成的（混合膳食）。所以，呼吸商常变动于0.71-1.00之间。,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,B 氧热价一定 氧热价(thermal equivalent of oxygen)：食物在体内氧化过程中，每消耗
18、一升氧所产生的热量，称为氧热价，又称氧卡价（氧卡值、氧能值、氧热值）。 因此，我们可以根据相应物质的氧热价，乘以一定时间内的耗氧量，来间接算出一定时间内的热能消耗。,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,氧热价的计算：以葡萄糖为例： C6H12O6+6O26CO2+6H2O+15.5kJ/g对于1mol葡萄糖而言，消耗6mol的O2，其体积为 622.4134.4L 可产生能量15.51802790kJ那么，每消耗1L O2，产能2790134.420.76kJ 同理，淀粉或脂肪氧化时每消耗1升O2，所产生的能量亦可计算出来，此值很接近食用糖和脂肪的实验测定值。蛋白质则有所不同，它的氧热价不能
19、用简单的方程式表示。经实验测得蛋白质的氧热价为18.8kJ/LO2，即4.49kcal/LO2。,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,在混合食物中，实验测定的平均值与测定氧消耗量计算所得的能量消耗很接近，为4.82kcal/L O2，即20.2kJ/L O2。所以，在实际中，食用的是混合食物，因此只要测定出一定时间内的O2消耗量，就可以算出受试者在该时间段的能量消耗： 能耗（kcal）4.82O2消耗量时间 或能耗（kJ）20.2O2消耗量时间,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,表 不同呼吸商的氧热价,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,举例： 已知测得某人每分钟耗O2量为0.8升，根
20、据O2消耗量和CO2产生量，可求得RQ0.82，查对氧热价，可知氧热价为4.825kcal/L，则此人每分钟的热能消耗为： 0.84.8253.86kcal/min， 由此还可进一步推算出一天的热能消耗。,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,热价 热价（thermal equivalent of food）：指每一克食物完全氧化时所产生的热量，称为该食物的热价。物理热价：指食物在体外燃烧时所释放的热量。生物热价：指食物经过生物氧化所产生的热量。,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,表 三种营养物质氧化时的几种数据,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,3 、简便计算法 测定一天当中各种劳动
21、的能量消耗，把24h（一天）内各种活动种类、持续时间分别计算，各种活动耗能相加，可得出一天消耗的总能。,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算, 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24h的跟踪观察，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，计算一天的能量消耗。 要求： A. 选择代表性活动日 B .多日调查，计算均值 C .各项活动计时准确,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,简易推算法 FAO采用的推算式： 男子： 体重（kg） 46 = 每日热能需要量(kcal) 女子： 体重（kg） 40 = 每日热能需要量(kcal) 调整系数： 轻微活动0.9;
22、 积极活动1.17; 剧烈活动1.34,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算, 按体重变化推算 依据: 热能摄入 = 热能消耗， 则体重保持恒定 若体重增加，说明热能摄入消耗 若体重减轻，说明热能摄入消耗 按照每增减1g体重相当于盈亏6.8kcal能量计算 一般要求观察15天，此法简便，但精确性较差。,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算, 要因计算法 要因计算法（factorial approach）是将某一年龄和不同人群的能量消耗结合他们的BMR来估算其总能量消耗。 成年人能量推荐摄入量= BMR PAL PAL = 24 h 总能量消耗24 h 的BMR PAL分为三级，见表3-3(P4
23、2)。 此法适用于人群而不适合于个体，简便易行。,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,4 、其他测定方法双标记水法心率监测法,第四节 人体能量消耗的测定方法与估算,第五节 膳食热能的供给量,1. 确定人体热能供给量需要考虑的因素： 体能消耗：热能消耗越大，供给高热能食物要越多。 年龄阶段：生长发育阶段：热能供给量应随年龄增长而增加。,成年阶段：生理代谢及体重相对稳定，热能供给量视劳动强度而定。45岁以上：代谢率渐降，活动量减少，热能供给量应适当降低，以免发胖。 生理状况:孕妇、乳母：热能供给应高于相应劳动强度下的一般成年妇女。,第五节 膳食热能的供给量,2. 三种热能物质的平衡供给三种热能物
24、质就供给能量而言，有等能值关系， 如 1g脂肪=2.27g糖类=2.27g蛋白质 或 1g糖类=1g蛋白质=0.45g脂肪三种热能物质之间相互影响，在一定程度上可以相互转化，脂肪、碳水化合物适量供给对蛋白质也有节约作用，但三者之间各有其生理功能，不能相互代替。制定热能供给量时，三者之间应有一个恰当的比例，这是在拟定膳食计划应予以注意的问题.,第五节 膳食热能的供给量,研究表明： 在人一日热能供给中： 碳水化合物占： 55-65% 脂肪占： 20-30% 蛋白质占： 11-12%（成年人） 13-15%（少年儿童）,第五节 膳食热能的供给量,第六节 能量代谢失衡,膳食能量供给的原则是能量平衡，即
25、“能量摄入=能量总消耗”，并且体内储备处于稳定状态。能量失衡：当能量摄入超过能量总消耗（相应的机体能量储备增加）时，该个体被称为处于能量正平衡。当能量摄入小于能量总消耗，机体能量储备就会减少，为负能量平衡。能量需求与供给的长期不平衡，会对身体产生危害，首先反映在体重的变化上。,1、体重评价方法 营养调查中，常将体重、皮褶厚度或测定脂肪与其他组织的相对构成来综合评价人体的胖瘦程度。 体重则用体质指数（body mass index, BMI）来衡量： BMI=体重（kg）/身高（m）2,第六节 能量代谢失衡,2、能量不足 能量长期摄入不足，体内会动用糖元与脂肪储备，之后，蛋白质会过度消耗，从而引
26、起“饮食性营养不良”或称之“蛋白质热能营养不良”。 表现为消瘦、贫血、神经衰弱、皮肤干燥、脉搏缓慢、工作能力下降、体温低、抵抗力减弱，儿童出现生长迟缓等。,第六节 能量代谢失衡,3、能量过剩 能量摄入长期过多，过剩的热能物质将以体脂形式囤积起来，导致肥胖。 过度肥胖会使人体态臃肿，动作缓慢，身体负担加重。极度肥胖易发生高血压、冠心病、糖尿病、脂肪肝、某些癌症等。,第六节 能量代谢失衡,第七节 能量的推荐摄入量及食物来源,1、能量的推荐摄入量 能量需要量是指维持机体正常生理功能所需要的能量，即能长时间保持良好的健康状态，具有良好的体型、机体构成和活动水平的个体达到能量平衡，并能胜任必要的经济和社
27、会活动所必需的能量摄入。对于孕妇、乳母、儿童等人群，还包括满足组织生长和分泌乳汁的能量需要。中国居民膳食能量推荐摄入量见表3-6（P45）。,2、热能的食物来源 热能的食物来源为食物中的蛋白质、脂肪和碳水化合物，这三种热能物质普遍存在于食物中。3、热能的食物分布粮谷类、薯类：碳水化合物、植物蛋白(摄入量大，为主要来源)大豆和坚果类：蛋白质、油脂（为膳食热能辅助来源）动物性食品：蛋白质、脂肪（为膳食热能重要构成部分）油料作物：脂肪（为膳食热能辅助来源）,第七节 能量的推荐摄入量及食物来源,4、高热能及低热能食物高热能食物 主要是一些脂肪含量高， 水分含量低的食品， 如：奶油、奶酪、咸肉、硬果类等低热能食物 蔬菜、水果类 *关于粮谷类食物, 虽不是高热能食物，但摄入比例高，所以其提供的热能也就多，在控制热能时也应注意。,第七节 能量的推荐摄入量及食物来源,
