營養學之能量

一、概述能量是一個系統作功的能力。因系統作功時多以燃燒產熱形式表達，故曾被稱為熱能。自然界中的能量既不能創造也不會消失，只能從一種形式轉變成另一種形式。人類的一切生命活動的基本形式為新陳代謝。而人體的新陳代謝實際上又是體內、外環境進行的物質與能量的交換。在這一過程中均需不斷產生和消耗能量。由於人的新陳代謝和體溫的維持都需要消耗能量，如細胞的生長繁殖、組織的自我更新、營養物質的運輸、代謝廢物的清除等。因此，沒有能量，機體的任何一個器官都無法進行工作。即使是人在睡眠時，維持生命的血液循環和呼吸等生理活動仍照常進行，同樣需要消耗能量。食物中提供的營養素則是機體能量的源泉。食物中的供能營養素在體內經酶的作用進行生物氧化既可釋放出能量。人體所需能量通常來源於碳水化合物、脂肪和蛋白質等三大營養素，故此三者被稱為供能營養素。它們是通過自然界的動、植物吸收太陽能轉變成化學能貯存下來的物質。二、能量單位營養學界曾廣泛以「千卡（kcal）」為單位來表示能量。1千卡相當於將1kg水的溫度升高10C（即由150C升高到160C）時所需要的能量。目前，國際通用的能量單位為焦耳（J）。但有些國家，如美國、加拿大和我國仍在繼續使用卡和千卡。以下為千卡（kcal）與焦耳（J）之間的換算關係。1kcal=4.184kJ；1kJ=0.239kcal1000 kcal=4.184MJ；1 MJ=239 kcal每克蛋白質、脂肪、碳水化合物的產熱量分別為4kcal（16.7kJ）、9kcal（36.7kJ）和4kcal（16.7kJ）。此外，酒中的乙醇也能提供較高的能量。每克乙醇產生能量為7 kcal（29.3kJ）。三、人體的能量消耗一般成年人的能量消耗，包括基礎代謝、體力活動消耗和食物熱效應等三個途徑。對於兒童、孕婦、乳母等還要滿足其特殊生理需要，如兒童、青少年應滿足其生長發育的需要；孕婦則要保證胎兒正常生長需要，而乳母應考慮分泌乳汁的需要等。人體能量代謝很複雜，不僅受體力活動、營養條件、環境因素以及生理狀態、疾病等情況的影響，而且亦受中樞神經系統的調節與控制。其中，體力活動是影響能量需要最明顯的因素。㈠基礎代謝1、基礎代謝與基礎代謝率（插基礎代謝率表）基礎代謝（basal metabolism，BM）是指維持人體基本生命活動的最低能量需要，即在無任何體力活動及緊張思維活動、全身肌肉鬆馳、消化系統處於靜止狀態情況下（即睡眠或睡眠初醒時），用以維持體溫、心跳、呼吸、細胞內外液中電解質濃度差及蛋白質等大分子合成的能量消耗。而在基礎狀態下，單位時間內代謝所消耗的能量，即為基礎代謝率（basal metabolism rate，BMR）。通常，BMR常以單位時間內人的體表面積所散發的熱量來表示。2、基礎代謝的測定基礎代謝的測定一般是在環境溫度恆定（18～250C）及人處於清醒、靜卧、空腹（進食後12小時）的狀態下進行。通常應先根據身高、體重求出個體的體表面積，再按體表面積與該個體年齡的基礎代謝率計算出基礎代謝消耗的能量。我國趙松山於1984年提出一個適合中國人的體表面積計算公式：體表面積（m2）＝0.00659身高（cm）＋0.0126體重（kg）－0.1603。由於基礎代謝率的測定比較困難，WHO於1985年提出用靜息代謝率（resting metabolism，RMR）代替BMR。測定時全身處於休息狀態，禁食僅需4小時。因此RMR值一般都略高於BMR（約為10%）。一般情況下，每kg體重每小時基礎代謝所消耗的能量為1kcal。因而基礎代謝的簡單計算方法為1（kcal）×24（h）×體重（kg）。有西方學者提出的公式可以直接計算24小時的基礎代謝能耗量，即基礎能量消耗（basic energy expenditure，BEE）。男：BEE=66.5＋13.8×體重（kg）＋5.0×身長（cm）－6.8×年齡（歲）女：BEE=65.5＋9.5×體重（kg）＋1.8×身長（cm）－4.7×年齡（歲）3、影響基礎代謝的因素⑴體表面積——BMR的高低與人的體重並不呈正比例相關，但與其體表面積呈正比例關係。故目前常用人的體表面積作為標準來測定BMR。⑵年齡——如兒童的BMR最高，青壯年期較穩定，40歲以後有所降低。⑶性別——如男子的BMR一般多高於女子（但女子在妊娠期時，其BMR相應增加）。⑷種族——同樣身高人的BMR，因其種族不同而有差異。如身高相同及體表面積相同，但以愛斯基摩人和印第安人的BMR最高，歐美人次之，亞洲人較低。⑸營養狀態——長期熱能攝入不足、營養不良者BMR偏低。完全禁食10餘日後BMR降低25%，這可能是機體採取的一種適應機制。⑹疾病——白血病、癌症、發燒、內分泌失調等病理情況可影響機體的新陳代謝。體溫每升高1℃，BMR約增加13%。⑺內分泌——甲狀腺、垂體、腎上腺機能亢進，相關激素的分泌旺盛時，人的活動時間越長、強度越大，則能量消耗越多。⑻季節與體力活動強度——BMR在不同季節與不同活動強度的人群中有一定的差異，正說明季節氣候變化與活動強度的差異是對BMR產生顯著影響的因素。如活動強度大的人要高於活動強度小的；冬季人的BMR要高於夏季等。㈡體力活動及強度分級由於體力活動強度的差異是對BMR產生顯著影響的因素。人在不同體力活動強度的狀態下，所需消耗的能量亦有很大差異，且對能量營養素的攝入量亦有不同。2001年中國營養學會將我國居民活動強度由原來的五級調整為三級，即輕、中、重體力活動，從而更便於掌握與操作。調整後，一般成年人能量的推薦攝入量可用BMR乘以不同的體力活動水平係數（physical activity level，PAL）進行計算，即能量推薦攝入量（RNI）＝BMR×PAL。表1—1 我國成人活動水平及PAL值活動強度活動形式舉例PAL輕中重辦公室工作、修理鐘錶、電器等售貨員、酒店服務員、教師講課等學生日常活動、工農業生產活動、午蹈、競技體育等1.0～2.52.6～3.94.0～湖北營養師網：www.hubeiyys.com表1—2 中國成年人膳食能量推薦攝入量（RNI）年齡（歲）RNI（kcal/d）男女18～輕體力活動中體力活動重體力活動24002700320021002300270050～輕中重23002600310019002000220060～輕中190022001800200070～輕中80～190021001900180019001700㈢食物熱效應食物熱效應（thermic effect of food，TEF）也稱為食物特殊動力作用（specific dynamic action，SDA），是指人體在攝食過程中，由於要對食物中的營養素進行消化、吸收、代謝轉化等生理活動，故需要額外消耗能量，同時引起體溫升高和能量消耗增加的現象，就是食物的熱效應現象。因此，食物熱效應對人體而言實際上是能量的損耗。通常食物熱效應的高低與食物營養成分、進食量和進食頻率有關。如蛋白質含量豐富的食物的熱效應最高；其次是富含碳水化合物的食物；而脂肪含量高的食物為最低。一般食物脂肪的消化、吸收等活動約需消耗其本身所產生能量的4%～5%，碳水化合物則為為5%～6%，而蛋白質食物則要消耗其本身所產生能量中的30%～40%。若食用混合膳食時，食物的熱效應作用可相當於基礎代謝的10%，或全日總能量消耗的6%，約為每日600kJ（150kcal）左右。並有吃得越多、進食越快，其能量消耗越多，食物的熱效應逾高。通常，食物的熱效應作用可在進食後7～8小時達到高峰。由於，進歺時的食物尚不能發揮其供能作用，故對其消化、吸收等活動所需的能量則是取自人體的能量貯備。所以，每歺攝入的能量至少應與其熱效應所消耗的能量保持平衡。四、能量供給目前，世界各國都有其相應的能量供給量的推薦值。其中，包括三大供能營養素的合理攝入比。我國營養學會於2001年制訂的「中國居民膳食營養素參考攝入量」中，即對各年齡組人群確定了具體的能量攝入推薦量，同時也根據不同的活動強度確定了具體的能量推薦攝入量，並根據嬰幼兒代謝旺盛，生長迅速的生理特點，制訂了以單位體重的計量方法。通常其能量的需要量要高於成年人。不過，任何國家或組織推薦的能量供給量值都不是絕對的，而僅是適用於多數人的適中值。故在使用時可作為參考基數，並需結合人的個體狀態或實際能量消耗狀況加以適當調整。一般人在20～39歲這段時間中的基礎代謝比較穩定，即以這個時期的能量供給量為基準；40歲以上年齡組可以每10年為一段，隨著年齡的增長，其能量供給量依次分別遞減5%、10%、20%、30%。孕婦在妊娠期是需要額外供給能量，以滿足胎兒發育的需要，並為合成乳汁作好準備。此外，能量是否能保持平衡與人體健康的關係極為密切。若能量長期收支不平衡，首先可反映在體重的變化，並可逐漸發展到影響人體健康。如體重超出理想體重值的15~20%者為過重；超出20%者為肥胖。反之，則為偏瘦、消瘦或極度消瘦。有關臨床資料顯示，當人的體形肥胖，或消瘦都有可能成為某些疾病的始動因素。如糖尿病、高血壓、結核病、肝炎等。再者，由飢餓或疾病等原因造成的能量攝入不足，可使機體脂肪貯存減少，以致人的體能下降、身體對環境的適應能力和抗病能力也會因此下降、工作效率低下等。如女性的體重過低，即可致性成熟延遲，或易生產瘦小嬰兒；若老年人的能量攝入不足會增加營養不良的危險；若能量不足時，則人體會動員蛋白質氧化供能，從而增加蛋白質的消耗量，可產生蛋白質缺乏症。五、常用食物能量含量舉例表1—3常用食物能量含量（100g）食 物熱 能食 物熱 能kcalkcal粳米（標一）秈米（標一）麵粉（標準）玉米粉玉米（干）343346344341335豬肉（肥瘦）花生仁綠豆赤小豆蠶豆395563316309335
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