能量的来源与去路
（一）能量的来源
人体生命活动所需的能量主要来源于食物中的糖、脂肪和蛋白质等物质的氧化分解。
１．糖人体所需能量７０％以上是由糖类物质氧化分解提供的。葡萄糖可以通过有氧氧化和无氧酵解两种途径直接为组织细胞供能，但体内绝大多数组织细胞是通过糖的有氧氧化获得能量的。脑组织代谢所需能量主要来自糖的有氧氧化，因此，脑组织对缺氧非常敏感，对血糖的依赖性也较大，如果血糖水平低于正常值的１／３～１／２，可引起脑功能活动障碍，出现头晕等症状，重者可发生抽搐甚至昏迷。人体虽然可以依靠其他物质供给能量，但必须定时进食一定量的糖，维持正常血糖水平，以保障大脑的功能。
２．脂肪脂肪在体内的主要功能是储存和供给能量。脂肪通过被分解为甘油和脂肪酸在细胞内氧化释放能量。成人体内储存的脂肪量较多，可占体重的２０％左右。脂肪氧化所释放的能量，是同等质量糖或蛋白质氧化释放的能量的２倍。在饥饿时脂肪则成为机体的主要供能物质，但由于脂肪酸经过β氧化生成大量酮体，长期饥饿者易发生酮症酸中毒。
３．蛋白质蛋白质的主要功能是合成细胞的组成成分，供机体生长发育、组织修复，以及激素、抗体、酶和其他生物活性物质的合成。正常情况下，蛋白质不作为供能物质使用，只有在某些特殊情况下（如长期不能进食或体力极度消耗时），机体才会依靠由组织蛋白质分解所产生的氨基酸供能，以维持基本的生理功能。
（二）能量的去路
食物中的糖、脂肪和蛋白质分子结构中的碳氢键蕴藏着化学能，在氧化过程中碳氢键断裂，生成ＣＯ２和Ｈ２Ｏ，同时释放出蕴藏的能量。这些能量５０％以上迅速转化为热能，用于维持体温，并向体外散发，其余不足５０％则以高能磷酸键的形式储存于体内，供机体利用。机体的组织细胞在进行各种生理活动时并不能直接利用食物分解的能量，而是从腺苷三磷酸（ＡＴＰ）中直接获得。ＡＴＰ既是体内直接的供能物质，又是体内能量储存的重要形式。储存在ＡＴＰ中的化学能可被机体用来完成各种生理功能活动，如合成代谢、生长、肌肉收缩、腺体分泌、神经传导、主动转运等。
除ＡＴＰ外，体内还有其他高能化合物，如磷酸肌酸（ＣＰ）等。ＣＰ主要存在于肌肉组织中，当物质氧化释放的能量过剩时，ＡＴＰ将高能磷酸键转给肌酸，在肌酸激酶催化下合成磷酸肌酸；当组织消耗ＡＴＰ的速度超过营养物质氧化生成ＡＴＰ的速度时，磷酸肌酸的高能磷酸键又可快速转给ＡＤＰ，生成ＡＴＰ，以补充ＡＴＰ的消耗。因此，磷酸肌酸是体内能量的储存库。
二、能量代谢的测定
人体的能量代谢遵循能量守恒定律，即在整个能量转化过程中，机体所利用的食物中的化学能与最终转化成的热能和所做的外功，按能量来折算是完全相等的。机体消耗的能量，除了肌肉收缩所做的机械功外，最终都将转化为热能。因此，在机体安静状态下，测定其单位时间内向外界散发的热量，即可估算出机体的能量代谢率。测定机体的产热量通常有两种方法：直接测热法和间接测热法。常用的能量计量单位是焦耳（Ｊ）或千焦（ｋＪ）。
（一）直接测热法
直接测热法是利用热量计测定整个机体在单位时间内向外界散发的热量的方法。热量计是由隔热材料组成的密闭房间，受试机体所散发的热量被房间内管道中流过的水所吸收，根据流过管道的水量和温度差，就可算出水所吸收的热量，即机体的产热量。此方法所需设备复杂，操作困难，一般只用于实验研究。
（二）间接测热法
间接测热法的测定原理是化学反应中反应物的量与产物量之间成一定的比例关系，即定比定律。例如，氧化１ｍｏｌ葡萄糖，需要６ｍｏｌＯ２，同时产生６ｍｏｌＣＯ２和６ｍｏｌＨ２Ｏ，并且释放一定的能量（ΔＨ）。下列反应式表明了这种关系：
Ｃ６Ｈ１２Ｏ６＋６Ｏ２＝６ＣＯ２＋６Ｈ２Ｏ＋ΔＨ(https://www.daowen.com)
同一种化学反应，不论经过什么样的中间步骤，也不论反应条件差异多大，这种定比关系都不变。根据定比关系，测出一定时间内人体氧化分解的糖、脂肪、蛋白质的量，以及机体Ｏ２的消耗量、ＣＯ２的产生量，即可推算出机体在该段时间内所产生的总热量。要计算能量代谢率，必须了解食物的热价、氧热价和呼吸商的概念。
１．食物的热价１ｇ食物在体内氧化时所释放出来的热量称为该食物的热价（ｔｈｅｒｍａｌｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）。热价有生物热价与物理热价之分，食物在体内氧化时所释放的热量称为生物热价；食物在体外燃烧时所释放的热量称为物理热价。糖、脂肪的生物热价和物理热价相等，糖为１７．１５ｋＪ，脂肪为３９．７５ｋＪ。蛋白质在体内不能完全氧化，有一部分中间产物（尿素）随尿排出，并在体外继续氧化，故其物理热价为２３．４３ｋＪ，而生物热价为１７．９９ｋＪ。
２．食物的氧热价食物在体内进行氧化时需要消耗Ｏ２，Ｏ２的消耗量和物质氧化的产热量之间有一定的关系。通常将某种食物氧化时，每消耗１ＬＯ２所产生的热量称为该食物的氧热价（ｔｈｅｒｍａｌｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｏｆｏｘｙｇｅｎ）。糖的氧热价为２０．６６ｋＪ，脂肪为１９．５８ｋＪ，蛋白质为１８．９３ｋＪ。３．呼吸商营养物质在体内氧化时，在一定时间内ＣＯ２产生量与Ｏ２消耗量的比值，称为呼吸商（ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙｑｕｏｔｉｅｎｔ，ＲＱ）。
ＲＱ＝ＣＯ２ 产生量（Ｌ）/Ｏ２ 消耗量（Ｌ）
由于不同营养物质碳、氢、氧的含量不同，其在体内氧化时的Ｏ２消耗量和ＣＯ２产生量也不同，故呼吸商各异。葡萄糖氧化时ＣＯ２产生量与Ｏ２消耗量是相等的，所以糖的呼吸商等于１．０，脂肪的呼吸商为０．７１，蛋白质的呼吸商为０．８０。根据呼吸商可以推测出机体在某一段时间内氧化营养物质的种类和大致比例。如果呼吸商接近１．０，则反映体内氧化的营养物质中糖的比例高。在糖尿病患者，因葡萄糖的利用发生障碍，主要依靠脂肪供能，其呼吸商偏低，可接近０．７１。长期饥饿时，人体的能量主要来自自身蛋白质的分解，呼吸商接近于０．８０。正常人的能量主要来自混合食物，呼吸商一般在０．８５左右。
正常情况下，体内能量主要来源于糖和脂肪的氧化，蛋白质的因素可忽略不计。为了计算方便，常根据糖和脂肪按不同比例混合时ＣＯ２产生量与Ｏ２消耗量计算出相应的呼吸商，这种呼吸商称为非蛋白呼吸商（ｎｏｎ－ｐｒｏｔｅｉｎｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙｑｕｏｔｉｅｎｔ，ＮＰＲＱ）。
（三）能量代谢的计算
（１） 测出受试者在一定时间内（通常是６ｍｉｎ） 的ＣＯ２ 产生量和Ｏ２ 消耗量， 并据此算出呼吸商。
（２） 查出相应的氧热价， 以算出的呼吸商作为非蛋白呼吸商（蛋白质用于供能的量极少， 可忽略）， 从非蛋白呼吸商与氧热价对应关系表中查出相应的氧热价。一般混合膳食的人基础状态下的呼吸商为０． ８２， 氧热价为２０． ２０ ｋＪ。
（３） 求出单位时间内的产热量（ｋＪ） ＝ 氧热价（ｋＪ／ Ｌ） ×耗氧量（Ｌ）， 可求出单位时间内的产热量， 即能量代谢率。
事实证明，能量代谢率的变化与体重并不成比例关系，而与体表面积基本成正比。故能量代谢率的单位通常以单位时间内每平方米体表面积的产热量来表示，即ｋＪ／（ｍ２·ｈ）。测量或计算体表面积时经常采用Ｓｔｅｖｅｎｓｏｎ公式：
体表面积（ｍ２）＝０．００６１×身高（ｃｍ）＋０．０１２８×体重（ｋｇ）－０．１５２９
另外，体表面积还可根据图７－１直接查出。其用法是：将受试者的身高和体重在相应的两条列线上的两点连成一直线，此直线与中间的体表面积标尺列线的交点就是该受试者的体表面积。
