2.3.4 能量
新陈代谢是一切生命活动的基本特征。人体在生命活动过程中不断从外界环境中摄取食物，获得人体必需的营养物质，其中可以供能的糖类、脂类和蛋白质，称为三大营养素。三大营养素经消化转变成可吸收的小分子物质从而进入血液。这些小分子物质一方面经过合成代谢构成机体组成成分或更新衰老的组织；另一方面经过分解代谢释放出所蕴藏的化学能。这些化学能经过转化将成为生命活动过程中各种能量的来源。与机体物质代谢过程相伴的能量释放、转移和利用构成整个能量代谢过程，是生命活动的基本特征之一。
1）能量单位
“能”在自然界有多种形式，如太阳能、化学能、机械能、电能，不同形式的能量可以相互转换。能量计量单位很多，营养学领域常用的有焦耳（J）、卡（cal）和大卡（kcal）。
1kcal指使1kg纯水的温度由15℃上升到16℃所需要的能量。1 J 是指用1 N 的力把 1 kg 物体移动1 m 所需要的能量。两种能量单位的换算如下：
1 kcal = 4.184 kJ
1 kJ = 0.239 kcal
2）能量来源
人体生命活动的过程中需要能量，如物质代谢的合成和分解反应、心脏跳动、肌肉收缩、腺体分泌等。人类通过摄取食物获得所需的能量。糖类、脂类和蛋白质经体内代谢可释放能量，三者统称为产能营养素或能源物质。
3）热能系数
人体所需要的能量来源于动物性和植物性食物中的糖类、脂类和蛋白质三种产能营养素。每克产能营养素在体内氧化所产生的热能的数量称为热能系数或生理卡价。
物质完全燃烧时所释放出的热，称为燃烧热。食物可在动物体内氧化，也可在动物体外燃烧。体外燃烧和体内氧化的化学本质一致，糖类和脂肪在体内氧化和在体外燃烧所释放的热能数量基本相同，每克糖类平均放热17.15 kJ（4.1 kcal），每克脂肪平均放热39.54 kJ（9.45 kcal）；而每克蛋白质在体外燃烧时放热123.64 kJ（5.65 kcal），在体内氧化时放热18.2kJ（4.35 kcal）。
另外，食物中的营养素在消化道内的吸收率并非100%。一般混合膳食中各营养素的吸收率为糖类98%、脂肪95%、蛋白质92%。所以，3种产能营养素在体内氧化实际产生的能量为：
1g糖类：17.15 kJ×98%= 16.81 kJ（4.0 kcal）
1g脂肪：39.54 kJ×95%= 37.56kJ（9.0 kcal）
1g蛋白质：18.2kJ×92%= 16.74 kJ（4.0 kcal）
4）能量来源分配
三类产能营养素在体内都有特殊的生理功能并且相互影响，如糖类与脂肪可以相互转化且都对蛋白质有节约作用。因此，三者在总能量供给中应有一个恰当的比例。根据中国的饮食特点，成人由糖类供给的能量以占总能量的55%～65%为宜，脂肪占20%～30%为宜，蛋白质占10%～15%为宜。年龄越小，蛋白质及脂肪供能所占的比例越应增加。成人脂肪摄入量一般不宜超过总能量的30%。
5）能量消耗
成年人每日的能量消耗主要用于维持基础代谢、体力活动和食物生热效应；妊娠期妇女还需供给子宫、乳房、胎盘、胎儿的生长及维持体脂储备；哺乳期妇女还需要合成乳汁；儿童、青少年需额外满足生长发育的能量需要；创伤病人康复期间也需要额外的能量消耗。
（1）基础代谢
基础代谢指人体维持生命的所有器官需要的最低能量总和。测定者在清晨且极端安静的状态下，不受精神紧张、肌肉活动、食物和环境温度等因素影响时测量出的能量代谢即是基础代谢。而单位时间内的基础代谢，称为基础代谢率（BMR），一般以每小时所需要的能量为指标。基础代谢的测量一般在清晨未进餐前进行，距离前一次进餐12～14 h，且测量前的最后一次进餐不要吃得太饱，膳食中的脂肪量也不要太多，排除食物热效应作用的影响；测量前不应劳累疲惫，而且必须静卧0.5 h 以上，测量时平卧，全身肌肉放松，排除肌肉活动的影响；测量时室温应在20～25 ℃，排除环境温度的影响。(https://www.daowen.com)
（2）体力活动
除了基础代谢外，体力活动是人体能量消耗的主要因素。生理情况相近的人，基础代谢消耗的能量是相近的，而体力活动情况却相差很大。机体任何活动都可提高代谢率，人在运动或劳动时耗氧量显著增加。人体运动或劳动时肌肉消耗能量，能量来自营养物质的氧化，这必然导致机体耗氧量增加。机体耗氧量的多少与肌肉活动强度的大小呈正相关。人体运动时耗氧量最多可达到静息时的10～20 倍。人体各种体力活动消耗的能量占人体总能量消耗的15%～30%。
影响体力活动能量消耗的因素有：①肌肉越发达，能量消耗越多；②体重越重，能量消耗越多；③劳动强度越大、持续时间越长，能量消耗越多；④活动消耗与活动的熟练程度有关。
其中劳动强度和持续时间是主要影响因素，而劳动强度主要涉及劳动时牵动肌肉的多少和负荷的大小。
（3）食物热效应
食物热效应指进食引起的能量消耗增加的现象，旧称食物的特殊动力作用。例如，进食糖类可使能量消耗增加基础代谢5%～6%，进食脂肪增加4%～5%，进食蛋白质增加30%～40%。一般混合膳食约增加基础代谢的10%。食物热效应对人体是一种损耗。当摄入只够维持基础代谢的食物后，人体消耗的能量多于摄入的能量，外散的热多于食物摄入的热，这部分损耗将消耗体内的营养贮备。因此，为了保存体内的营养贮备，人们进食时必须考虑食物热效应额外消耗的能量，使摄入的能量与消耗的能量总体平衡。
（4）生长发育及影响能量消耗的其他因素
处在生长发育过程中的儿童，其一天的能量消耗还应包括生长发育所需要的能量。妊娠期的妇女，间接地承担并提供胎儿迅速发育所需的能量，此外，妊娠期妇女器官及生殖系统的进一步发育需要额外的能量。
除上述影响基础代谢的几种因素外，机体能量消耗还受情绪和精神状态影响。例如，精神紧张可使大脑的活动加剧，能量代谢增加3%～4%。
6）热能的食物来源及供给量标准
人体的食物能量来源是糖类、脂类和蛋白质。这3类营养素普遍存在于各种食物中。粮谷类和薯类食物糖类含量较多，是膳食能量最经济的来源；油料作物富含脂肪；动物性食物一般比植物性食物含有更多的脂肪和蛋白质，但大豆和坚果类的油脂和蛋白质含量非常丰富；蔬菜和水果所含能量一般较少。合理膳食中，三种营养素应有适当的摄入比例，根据中国居民的饮食习惯，成人由糖类供给的能量以占总能量的55%～65%为宜，脂肪占20%～30%为宜，蛋白质占10%～15%为宜。
不同的种类、劳动强度、年龄、性别、生理特点等，使人体的热能消耗不同。成年人热能摄入量与消耗量保持平衡时，体重一般可维持相对稳定，能够保证人体健康和正常活动。
人体每天摄入的食物产生的热量无法满足人体需要，或者长期处于饥饿状态时，体内储存的糖逐渐消耗，脂肪也被氧化供能，蛋白质随之消耗一部分，人体会出现负氮平衡，各种生理功能受到严重影响甚至失调，导致疾病。此外，成年人（特别是40 岁以上者）摄入的食物的热量超过了需要量，多余的营养素会在体内转化为脂肪储存起来，长期如此，将导致肥胖。
根据世界卫生组织（WHO）的建议，我们可以用身体质量指数（BMI）来判断身体是否肥胖，见表2.5。BMI 是指20 岁以上的人相对于身高的平均体重，计算公式为：
表2.5 BMI 范围与判断结果
此外，人体标准体重也是常用的判断依据，其计算公式为：
标准体重（kg）= 身高（cm）- 105
实际体重占标准体重相差10%以内，属于正常范围。超过标准体重10%为偏重，超过20%属于肥胖，低于标准体重20%属于消瘦。肥胖易引起动脉血管粥样硬化、冠心病等多种疾病，影响人的正常生活。肥胖者应进行体育活动，增加热能的消耗，保持身体健康。