第八節(jié) 能量平衡與能量值

一、食物能量值

    對人體的能量平衡進行研究，實際上是對攝入機體的食物提供的能量與機體的能量需要量之間的差值趨向于零的程度的討論。當(dāng)機體的能量平衡時，即能量差值接近于零時，說明我們的代謝過程是正常的，反之，就意味著我們攝入的食品營養(yǎng)不足或者營養(yǎng)過度。

    用數(shù)字對能量平衡程度進行表示，需要計算食物能量和值與人體能量需要量和值。這樣，就將解決問題的主要工作轉(zhuǎn)移到了對二個能量值的計算方面。

    關(guān)于食物能量值的計算，需要知道食物攝食量以及營養(yǎng)素成分含量值，然后，根據(jù)營養(yǎng)素的粗卡價值，或生理卡價值就可以得出食物的能量值。全部食物能量值的和，即為人體在一定時間里所獲得的全部能量。

    目前，絕大多數(shù)常用食品的單位能量值都已經(jīng)有了標(biāo)準(zhǔn)的食物成分表可供查閱，只要我們得到了攝入的食物量，就可以很容易地計算出攝入食物的能量。

二、人體能量值的測定和計算

    標(biāo)準(zhǔn)的人體能量需要量，是在人體的基礎(chǔ)上制定的。但是，對于人體所需要的能量，它的測定和計算，并沒有直接可行的辦法，需要通過間接的測量數(shù)據(jù)進行計算。

    直到現(xiàn)在為止，大多數(shù)間接的測量方法，仍然是針對人體的氣體交換進行的。測定出在一定時間內(nèi)吸入氧量和排出二氧化碳量，利用基本營養(yǎng)素的能當(dāng)量值，就可以計算出機體在一定時間內(nèi)的能量產(chǎn)量。加—上限制條件以后，就可以將此能量值看作為人體的能量需要量值。

    1、能當(dāng)量

    營養(yǎng)素的能當(dāng)量，是指每吸入lL氧氣時，營養(yǎng)素所產(chǎn)生的能量值。對于三大營養(yǎng)素，只需要寫出氧化反應(yīng)過程，就可以計算得出能當(dāng)量值。

    由表2—10可以知道，三大營養(yǎng)素的能當(dāng)量值的平均值為20kJ·L^-1。根據(jù)這個平均值，測出一定時間內(nèi)的機體耗氧量，就可以得出一個人在一定時間內(nèi)的總能量產(chǎn)量。

表2—10三大營養(yǎng)素的能當(dāng)量值

例如，我們測出一健康男子的平均耗氧量為15.0L·h^—1，則此男子的平均能量產(chǎn)量為 l 5.0× 20＝300.0(kJ·h^—1)，換算為ld的時間，則此男子的總能量值就為300.0×24=7 200.0kJ·d^-1。   

    2、等能定律

    等能定律是依據(jù)三大營養(yǎng)素的能當(dāng)量值非常接近，而單純從能量角度考慮，得出的一種三大營養(yǎng)素在機體內(nèi)產(chǎn)能方面可以互相替代的認(rèn)識。機體內(nèi)營養(yǎng)素的能量產(chǎn)量簡單地以能當(dāng)量平均值20kJ·L^—1來進行計算，本身也包含有這方面的理解。將等能定律以營養(yǎng)素質(zhì)量單位加以表示，可以有如下的公式關(guān)系：即在機體內(nèi)，能量產(chǎn)量lg碳水化合物＝0.45g脂肪＝1g蛋白質(zhì)。這個關(guān)系，對于我們制定營養(yǎng)素需要量標(biāo)準(zhǔn)和膳食計劃，具有很重要的指導(dǎo)作用和意義。由于等能定律最早由Rubner提出，所以又稱其為Rubner定律。

    運用等能定律，可以解釋為什么在一定時間內(nèi)，只食用單一成分(指三大營養(yǎng)素)的食物仍然可以維持機體的能量需要量。但是，不能因為如此就陷入一種誤解之中，這就是人們可以長時間地維持這種局面。首先，是吃進機體內(nèi)的營養(yǎng)素量的問題。以單一能量素來進行計算，可以得到為滿足人體24h所需的15000kJ的能量，必需食用約900g蛋白質(zhì)或4.5kg含水量80％的瘦肉類，或者是390g脂肪或485g含水量20％的植物油。這么多的單一營養(yǎng)素，是很難吃進肚里，并且很順利地進行代謝的。其次，在三大營養(yǎng)素里，脂肪和蛋白質(zhì)都是人體所必需的成分來源(必需脂肪酸、必需氨基酸)，如果長期缺乏，將會使機體出現(xiàn)相對應(yīng)的癥狀。   

    3、蛋白質(zhì)的尿素氮能當(dāng)量值

    在人體代謝過程中，蛋白質(zhì)的終極產(chǎn)物之一有尿素，它主要以尿液的形式一同被排泄出體外。一般來講，成熟機體處于營養(yǎng)正常狀況時，從體內(nèi)被排泄出的總氮量(主要為尿素)與從食物中(主要是蛋白質(zhì))攝入的量基本上相等。

    從測試角度上來講，尿液中的尿素氮分析要比氣體交換量的測定容易的多。因此，以尿液中的尿素氮來表示蛋白質(zhì)的能當(dāng)量，就可以很簡單地將蛋白質(zhì)的產(chǎn)能量值計算出來。在已知營養(yǎng)素的總產(chǎn)能量值的前提下，通過分析蛋白質(zhì)產(chǎn)能所占的比例，對于我們的膳食構(gòu)成和計劃將會是有益的指示。

    以尿素氮表示的蛋白質(zhì)能當(dāng)量值為110kJ·g^-l。

    4、基礎(chǔ)代謝

    基礎(chǔ)代謝能的確定，是在機體處于基礎(chǔ)代謝狀態(tài)下進行的。標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)代謝狀態(tài)，是指處于空腹、清醒、神經(jīng)與肌肉完全安靜松弛時刻的機體情形。機體靜臥在18～25℃的舒適環(huán)境中完全處于既無體力勞動也無腦力活動的休息狀態(tài)，而且消化系統(tǒng)也處于靜止?fàn)顟B(tài)(12h前停止進食)，機體基本上處于是在維持體溫和最基本的生命活動時，所需要的最低熱能值，就是所謂的基礎(chǔ)代謝能。換句話說，機體處于安靜狀態(tài)時，維持體溫、心跳、呼吸和肌肉一定的張力所需要的熱能，即是基礎(chǔ)代謝狀態(tài)時所需要的能量值。

    基礎(chǔ)代謝能量是機體處于一種特殊狀態(tài)下所需要的能量，但是，基礎(chǔ)代謝所需要的這種熱能卻并不是人體的最低能量需要量。因為人體在睡眠或較長時間未進食或絕食的情況下，所消耗的能量將會明顯地低于基礎(chǔ)代謝能。這是由于生命體所具有的對外界環(huán)境的適應(yīng)性所決定的。   

    基礎(chǔ)代謝能與人體的大小(身高、體重)、性別、年齡和氣候等因素有關(guān)。大多數(shù)情況下，男性的基礎(chǔ)代謝能比女性要高，兒童和青少年的基礎(chǔ)代謝能比成人高。具體的數(shù)據(jù)為，成年男子每lm²體表面積每1h基礎(chǔ)代謝平均為167.4kJ(40kcal)或每lkg體重每1h平均消耗熱能4.184kJ(1kcal)。以60kg體重為例，男子在24h的基礎(chǔ)代謝能為4.184× 60× 24＝ 6.OMJ(1 440kcal)；女性比男性約低5％，為5.7MJ(1 370kcal)；老年人較成人低10％～ 15％，為4.9～5.4MJ(1 160～1 296kcal)。

    氣候?qū)�機體的基礎(chǔ)代謝能影響，主要表現(xiàn)在寒冷氣候下，正常人的基礎(chǔ)代謝能要普遍地高于溫?zé)釟夂驎r的基礎(chǔ)代謝能。正常人的基礎(chǔ)代謝能比較恒定，波動范圍只有10％～15％。表2-11給出了我國正常人基礎(chǔ)代謝率的平均值。

    由表2-11可以知道，在獲得了某一個人的體表面積值以后，就可以計算出這個人的基礎(chǔ)代謝能。

  表2-11 我國正常人基礎(chǔ)代謝率平均值

單位：kcal·m^—2·h^—1

        注：lkcal=4.184kJ

關(guān)于體表面積的計算，有兩種方法。其一是Sentivenson公式法，即：

A(體表面積，m²)=0.0061×身高(cm)+0.012 8×體重(kg)一0.152 9

目前，這一公式的運用，在我國已很少見。

第二種計算體表面積的方法，是由我國軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院軍隊衛(wèi)生研究所提出的，其處理誤差明顯地小于Sentivenson公式法。其計算處理公式為：

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

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

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

三、能量需要量

對人體能量需要量的計算，其對象是個體。這種營養(yǎng)學(xué)意義上的個體，與社會人群往往存在著一定的差別。因此，必須選定共同的基礎(chǔ)，針對社會人群，最終建立一套標(biāo)準(zhǔn)能量需要量值以進行參考比較。這種做法，與通過反復(fù)的測試和計算來獲得機體能量需要量值相比，將會在很大程度上減少整個能量平衡的分析環(huán)節(jié)。

一般認(rèn)為，對于健康成熟的機體來講，除了維持基礎(chǔ)代謝所需的能量外，人們對能量的需要量，主要與工作或勞動性質(zhì)有關(guān)。

人體在基礎(chǔ)代謝狀態(tài)以外的任何體力或腦力活動，都將導(dǎo)致機體對能量需要量的增加。各種勞動所消耗的能量與勞動程度、勞動時間及工作熟練程度等有關(guān)。我國將勞動程度分為五個級別，隨著級別的增高，能量需要量也將上升。每個級別之間的能量需要量差值約為836.8～2510.4kJ(200～600kcal)。

1、極輕體力勞動

以坐著為主的工作，如辦公室工作、組裝和修理電器與鐘表等工作。其能量需要量值為：成年男子10041.6kJ(2400kcal)，女子9204.8kJ(2200kcal)。

2、輕體力勞動

以站著或少量走動為主的工作，如售貨員售貨、教師講課、普通化學(xué)實驗操作等。其能量需要量值為：成年男子10878.4kJ(2 600kcal)，女子10041.6kJ(2400kcal)。

3、中等體力勞動

包括學(xué)生的日常活動、電工安裝、機床操作、機動車駕駛等，也包括一般農(nóng)田勞動和重型機械操作。其能量需要量值為：成年男子12 552kJ(3000kcal)，女子1l 715.2kJ(2 800kcal)。

4、重體力勞動

包括半機械化搬運工作、非機械化農(nóng)業(yè)勞動、體育運動、舞蹈、煉鋼等。其能量需要量值為：成年男子14225.6kJ(3 400kcal)，女子13 388.8kJ(3 200kcal)。

5、極重體力勞動

包括非機械化的裝卸、伐木、采礦、砸石和開墾土地等。成年男子的能量需要量值為16736kJ(4 000kcal)。女子一般不從事這類勞動。

    目前，隨著科學(xué)技術(shù)和社會的進步，許多體力項目的勞動程度已逐漸下降，特別是在重體力勞動和極重體力勞動方面。因此，在考察具體的項目時，應(yīng)根據(jù)實際上的體力付出進行恰當(dāng)?shù)呐袛唷?O:P>

四、能量需要量和值

除了工作或勞動以外，人體還有一些其他的行為也需要能量。對于這些能量需求，在計算個體的能量需要量時，必須加以考慮。

    l、食物特殊動力作用

    食物特殊動力作用，也稱作為食物特殊生熱作用，是指人們在攝食后，由于攝食行為的進行，將使機體能量代謝額外增高，使得機體向外界或環(huán)境散失的熱能比進食前增加的現(xiàn)象。   

    大多數(shù)的營養(yǎng)素或食物都能夠表現(xiàn)出特殊動力作用，只是程度不同而已。蛋白質(zhì)的食物特殊動力作用要比碳水化合物和脂肪都強，它約相當(dāng)于蛋白質(zhì)本身所產(chǎn)生熱能值的20％～ 30％，而碳水化合物和脂肪則分別只有5％～6％和4％～5％。

    一些特殊的食品成分，如辣椒、胡椒等，也具有很強的食物特殊動力作用。

    食物特殊動力作用，只能夠增加機體的額外熱能消耗，在攝食混合膳食時，這種消耗值約為0.6～0.8MJ(150～200kcal)，是人體基礎(chǔ)代謝能的10％。因此，在計算能量需要量時，對于攝食混合膳食的人，可以按勞動程度對應(yīng)的能量需要量再加上6％的熱能，而對于攝食高蛋白質(zhì)食物的人，可以補加上10％的熱能。

    2、非勞動性質(zhì)的體力活動能量需要量值

    非勞動性質(zhì)的體力活動，主要是指人們的業(yè)余體力鍛煉和娛樂活動。即使是最輕微的這種活動，也需要考慮機體相對應(yīng)的能量需要量值。

    一般，散步需要大約427kJ·h^—1的能量，跑步需要2 730kJ·h^—1的能量，看書(躺臥式)需要約337kJ·h^—1的能量，看報紙需要約332kJ·h^—1的能量，看電影或電視約需要322 kJ·h”的能量，跳舞則約需要l610kJ·h^—1的能量。

    3、能量需要量和值

    對于一般人的能量需要量值，將是以上所有項目的能量需要量和值。即：能量需要量＝基礎(chǔ)代謝能量＋勞動能量需要量+食物特殊動力作用+非勞動性質(zhì)能量需要量。

    在特殊對象時，還要考慮一些額外的特殊的能量需要量值。如孕婦和乳母時期的婦女，還需要考慮胎兒和嬰幼兒的能量需要量值。這時的能量需要量值，將高于一般正常人。