第二章能量与营养素第一节能量与营养素一、能量的作用和意义人类利用能源的历史大致经历了柴草、煤炭、石油三个能源时期。

火的使用，使人类第一次支配了一种自然力，从而使人类和动物界彻底分开。

但是，当时人类还没有掌握把热能变成机械能的技巧，因此，柴草并不能产生动力。

从茹毛饮血的原始社会到漫长的奴隶社会、封建社会，人力和畜力是生产的主要动力。

风力和水力的利用，使人类找到了可以代替人力和畜力的新能源。

随着生产的发展，社会需要的热能和动力越来越多。

而柴草、风力、水力所提供的能量受到许多条件的限制而不能大规模使用。

煤的发现，提供了大量热能；风车和水车的制作，积累了机械制造的丰富经验；于是，两者结合起来，蒸汽机出现了。

蒸汽机的使用，不但奠定了各国工业化的基础，也开辟了人类利用矿物燃料作动力的新时代。

但是，蒸汽机十分笨重，效率又低，无法在轻便的运输工具如汽车、飞机上使用。

人类在生产实践中又发明了新的热机——内燃机。

内燃机的使用，引起了能源结构的一次又一次变化，石油登上了历史舞台。

世界各国依赖石油创造了经济发展的奇迹。

那么地球上的能源有哪些可用，它们又来自何方呢？地球上的能源按其来源可分为三类。

第一类是地球和其他天体相互作用而形成的，如潮汐能；第二类来自地球的内部，如地热能和原子核能；第三类来自地球以外，主要是太阳能以及由它产生的能源，如煤、石油、天然气、生物质能、水能、风能、海洋热能等等。

1.能量的作用与来源（1）能量的作用能量消耗：活动状态安静状态（维持人体正常的体温和体内器官的正常生理活动；如心脏跳动、血液循环、肺的呼吸、肌肉收缩、腺体分泌，以及各种生物活动物质的合成）（2）能量的来源——太阳能***能量守恒：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只可以从一个物体传递给另一个物体，而且能量的形式也可以互相转换。

这就是人们对能量的总结，称为能量守恒定律。

健康人：从食物中摄取的能量和所消耗的能量经常保持平衡状态能量不足：如果能量长期摄入不足，人体就动用机体储存的糖原、脂肪、蛋白质参与供热，造成人身体蛋白质缺乏，出现蛋白质-热营养不良（PEM）。

主要表现为消瘦、贫血、神经衰弱、皮肤干燥、脉搏缓慢、工作能力下降、体温低、抵抗力低，儿童出现停止生长。

能量过剩：造成人体超重或肥胖，血糖升高，脂肪沉积，肝脂增加，肝功能下降。

过度肥胖还造成肺功能下降，易引起组织缺氧，肥胖并发症的发病率增加，如脂肪肝、糖尿病、高血压、胆结石症、心脑血管疾病及某系癌症。

控制饮食性肥胖的方法是控制饮食中能量，增加体力活动。

2.能量单位过去：卡（Cal）/千卡（kcal）现在：焦耳（J）1ML=1000KL=1000000J1千卡(kcal)=4.184千焦耳(KJ) 1千焦耳(KJ)=0.239千卡(kcal)1千卡(kcal)=0.00418兆焦耳(MJ) 1兆焦耳(MJ)=239千卡(kcal)*** k/K为英语千(kilo) m/M为英语百万(million)的缩写二、食物能值与生理能值1.是产能营养素在体外彻底燃烧时所测得的能值，亦即“物理燃烧值”，或称“总能值”2.三大产能营养素在机体内实际可吸收利用的能值即为生理能值。

将1g营养素在体内完全氧化所产生的能量称为热能系数，也称生理卡价碳水化合物17.15KJ×98%=16.81KJ(4kcal)/g脂肪39.54KJ×95%=37.56KJ(9kcal)/g蛋白质(23.64KJ-5.44KJ)×92%=16.74KJ(4kcal)/g碳水化合物、脂肪在体内完全氧化，生成水和二氧化碳。

而蛋白质在体内不能完全氧化，其最终产物有尿素、尿酸、肌酐等含氮化合物，通过尿液排出体外。

1g碳水化合物=0.45g脂肪=1g蛋白质。

例题：1、热能的计算食物中含热能的计算方法如下：将食物中3大营养素的克数乘以各自的产热系数即得。

例：一杯200g的牛奶，其发热量为多少千卡?(1) 查食物成分表可知：100g牛奶含蛋白质3.3g，脂肪4.0g，碳水化合物5.0g。

可推算出200g牛奶含蛋白质6.6g，脂肪8.0g，碳水化合物10.0g。

(2) 总发热量=蛋白质的发热量+脂肪的发热量+碳水化合物的发热量=6.6g×4kcal+8.0g×9kcal+10.0g×4kcal=26.4kcal+72.0kcal+40.0kcal=138kcal答：一杯200g的牛奶，发热量为138kcal （577KJ）三、人体的能量需求***我们一辈子吃多少次饭？70*365*3=76650次***我们一辈子要吃多少食物？不包括零食，50-60吨这么多的食物都去哪里了？除了排出去的废物，其他都被人体消耗掉了。

——能量输出基础代谢：60~65%体力活动：25~35%食物热效应：5~10%机体的热能需要与消耗是一致的，在理想的平衡状态下，个体的热能需要量等于其消耗量。

(一)基础代谢的能量消耗1.基础代谢(basal metabolism, BM)是维持人体最基本的生命活动所需的代谢，是指人体维持生命的所有器官所需要的最低能量需要。

基础代谢量中，不可避免地要包括心脏、呼吸肌、消化管以及血管平滑肌等的力学功，还有因肝脏、肾脏等分泌活动而引起的机能性消耗，由各个细胞生活过程中引起的基础消耗，约占其3/4左右。

基础代谢率BMR用于基础代谢消耗的能量称为基础代谢率。

主要是维持体温、心跳、呼吸等最基本的生命活动和全身细胞的功能及完整性，保持体温等基本需求所消耗的热能。

实测值与正常标准值（各年龄、在别）之差对正常标准值的百分比值（+ ：代谢升高，-：代谢降低），称为基础代谢率（B．M．R．），临床上常用于甲状腺机能检查等一般情况下，基础代谢所消耗的热能占人体一天热能总消耗的50%左右测定方法是在人体在清醒而又极端安静的状态下，不受肌肉活动、环境温度、食物及精神紧张等影响时的能量代谢率。

为了排除因肌肉工作、精神活动、食物消化以及对外界温度变化进行体温调节所引起的额外能量消耗（称机能性消耗），被测定者要保持绝对安静和绝食（人是12―18小时不进食），以临界温度下的消耗能量作为基础代谢量。

人体在18～25℃室温下，空腹、平卧并处于清醒、安静的状态称为基础状态。

此时，维持心跳、呼吸等基本生命活动所必需的最低能量代谢，称基础代谢（BM）。

计算基础代谢的能量消耗（1）用体表面积进行计算体表面积(m2)＝0.00659×身高(cm)＋0.0126×体重(kg)－0.1603然后再按年龄、性别查表，计算BMR。

（2）直接用公式计算男BEE＝66+13.7×体重(kg)+5.0×身长(cm)－6.8×年龄(y)女BEE＝65.5+9.5×体重(kg)+1.8×身长(cm)－4.7×年龄(y) 简单的方法成人男性按每公斤体重每小时1kcal(4.18kJ)女性按0.95kcal(3.97kJ)，和体重相乘直接计算举例：体重68kg的男子，其每天基础代谢消耗的能量为：6816kJ● WHO于1985年推荐使用Schofield公式(表)，计算一天的基础代谢能量消耗。

2.影响基础代谢能量消耗的因素随着年龄、性别、一日中的时间、季节、营养、体质、服药、病理状态等而变化（1）年龄人在出生时最低，然后很快激增；婴儿时期，因为身体组织生长旺盛，基础代谢率最高；5岁时达最高值；以后渐减，20―40岁大体上保持恒定值。

其后到老年再次缓慢降低。

（2）性别成年女子值比男子低5―7%，这是因为女子体内脂肪组织比率较高的缘故。

正常成年人的体脂率（体脂率是指人体内脂肪重量在人体总体重中所占的比例），分别是男性15%~18%和女性25%~28%。

而体脂可以起到保温的作用。

男性基础代谢率比女性高，女性的体温却比男性高。

（3）体表面积与体型体型与机体构成：体瘦质量大、肌肉发达者，基础代谢水平高。

（4）环境温度人体在20～30℃环境中能量代谢最为稳定。

气温高于或低于这个范围，产热量均有所增加。

环境温度对基础代谢有明显影响。

在舒适环境（20～25℃）中，代谢最低；在低温和高温环境中，代谢都会升高。

环境温度过低可能引起不同程度的颤抖而影响代谢升高；当环境温度较高，因为散热而需要出汗，呼吸及心跳加快。

因而影响代谢升高。

当人体受寒冷刺激时，反射性地首先引起肌紧张增加，继而出现寒战反应。

寒战是指骨骼肌发生不随意的，小的节律性收缩。

其特点是伸、屈肌同时活动，几乎不能做外功，此时所消耗的能量全部变为热量，其最大产热率可达每分钟39.2kJ/kg，使机体产热较平时提高4～5倍。

气温为30～45℃时，机体产热也会有所增加，这可能是由于此时体内化学反应速度增加之故。

通常体温每升高1℃，基础代谢率就升高13%。

（5）种族日本人为1200―1400大卡（kcal），欧美人为1500―2000大卡（6）其他***病理状态：在同一性别、体重和年龄组的正常人中基础代谢率很接近，其中约90%以上的人其代谢率与平均值相差不超过15%。

故临床上以此百分值作为正常值的界限。

超过这一界限就被认为基础代谢异常。

一般来说，基础代谢率的实际数值与正常的平均值相差10－15%之内都属于正常。

超过正常值20%时，才能算病理状态。

甲状腺机能减退时，基础代谢率比正常标准低20－40%（甲减：是由于甲状腺激素合成及分泌减少，或其生理效应不足所致机体代谢降低的一种疾病）甲状腺功能亢进时，基础代谢率比正常标准高出25-80%（甲亢：是由于甲状腺合成释放过多的甲状腺激素，造成机体代谢亢进和交感神经兴奋，引起心悸、出汗、进食和便次增多和体重减少的病症。

多数患者还常常同时有突眼、眼睑水肿、视力减退等症状）其他如肾上腺皮质和脑下垂体机能低下时，基础代谢率也要降低。

(二)食物特殊动力作用的能量消耗dynamic action，SDA)：指人体在摄食过程中，由于要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能量。

机体在进食后的一段时间内，较进食前的产热量有额外增加。

蛋白质食物可额外增加产热量30%，糖类或脂肪食物可增加4%～6%。

人进食普通混合食物时，每日因进食增加产热600～800kJ。

出现这种现象的机制还不十分清楚。

约为基础代谢耗能的5％～10％影响因素与食物成分有关:脂肪：消耗本身产生能量的4%～5%碳水化物: 消耗本身产生能量的5%～6%，蛋白质: 消耗本身产生能量的30%。

与进食量有关与进食频率有关(三)体力活动的能量消耗肌肉活动时，骨骼产生的热量可以增加若干倍，可占总产热量的75%～80%。

其增加的程度与肌肉活动的强度有关。

如步行时较安静状态增加约3倍，而剧烈运动时，可增加10～20倍。