1　熱能

1.1　前言

食物在體內經過消化吸收后，在代謝過程中有各種形式的能量轉換，以便對外做功，對內維持各種生理機能及其相互協調。研究人體熱能代謝的目的在于研究能量平衡。一旦失衡，即有礙機體的正常生活。食物攝取過多，能量的攝取量大于消耗量，剩余的能量以脂肪的形式儲存于體內，人體轉為肥胖，帶來一系列生理功能改變，甚至發生疾病。反之，食物攝取不足，能量的攝取量小于消耗量，人體逐漸消瘦，也會帶來一系列不良后果。能量不僅是維持機體正常生活的基礎，也影響其它營養素的正常代謝，因此，熱能代謝是營養學中應首先考慮的問題。

1.2　人體熱能代謝的測定

在人體熱能代謝研究中，傳統應用的能量單位為大卡也稱千卡（kcal）。把一升水加熱，其溫度從15℃上升到16℃所需要的能（熱）量稱為1kcal。根據國務院1984年3月3日公布的法令，熱量以千焦耳（kJ）為單位。1kcal=4.184kJ,1kJ=0.239kcal。

食物的能量可用彈式熱量計直接測得。這種熱量計是一個能承受很大壓力的鋼壁容器，即所謂的“彈”，其中有一可以通電的金屬樣品皿，放入一定量樣品并且充以氧氣。此“彈”放于四周有定量水的圓筒內，水與外界隔熱。測定時通以電流，因有氧，遇火花樣品完全燃燒，釋放熱量。讀出水的溫度變化后即可計算此樣品所放出的熱量。此為精確的直接測定法，但設備與操作均很繁復，應用不便。通常應用是從食物成份表計算食物內糖類、脂肪與蛋白質的含量，然后再分別按其生理熱價值計算能量的含量。

人體釋放的能量測定有直接法和間接法，間接法又分為循環式和開放式兩種。前者的熱量計結構復雜，建造費昂貴，多只用于某些特殊的實驗研究，一般很少應用。

間接測熱法所根據的原理是人體進行物質代謝釋放能量時須消耗一定量的氧；測定人體一定時間內的氧耗量即可計算熱能消耗量。循環式間接測熱法是一個閉合的氣體流通循環裝置；這一裝置依靠活門控制氣體定向流通，其中安裝有貯存一定氧氣量（或已知成分的混合氣體）的貯存器，CO[XB]2[/XB]吸收劑（蘇打石灰）貯存器及水分吸收劑（濃硫酸或其它吸水劑）貯存器，使之形成一個循環通路。人體通過此裝置進行一定時間的呼吸，即可測出其氧耗量。并計算出熱能消耗量。這種循環裝置的優點是通過一定時間的呼吸，即可得出消耗的氧量，毋須進行氣體分析。因為是固定裝置，測定時人體不便活動，所以此法多為醫院應用于基礎代謝率的測定。

大氣空氣成分比較恒定，O[XB]2[/XB]為20.94%,C0[XB]2[/XB]為0.03%，N2為79.03%,其它一些微量氣體可略不計；同時，N2在人體氣體代謝過程中，既不能吸收利用，也不能從體內增加而經肺排出。因而有可能采用開放式間接測熱法以測定人體的能量消耗。測定時人體吸入外界空氣，只收集呼出氣進行分析，分析所得的O[XB]2[/XB]與CO[XB]2[/XB]的百分比與空氣比較，結合一定時間呼出的氣體量，即可計算一定時間內的氧耗量和CO[XB]2[/XB]排出量。開放式間接測熱法的經典方法是Douglas-Haldane法。這一方法主要是兩部分組成。第一部分是通過裝有呼吸活瓣的口鼻罩，把人體一定時間內的呼出氣體收集于“多氏袋”（Douglas bag）中，然后經氣量計測量袋中氣量，最后計算成標準狀態下每分鐘通氣量。標準狀態采用STPD，即溫度0℃，氣壓101kpa（760mmHg）時的干燥氣體。測量氣量時，從多氏袋留取一部分呼出氣樣品準備分析。第二部分是用Haldane氣體分析器分析呼出氣樣品中的O[XB]2[/XB]、CO[XB]2[/XB]的含量。分析結果與外界空氣成分比較，結合通氣量即可計算得出氧耗量。目前，開放式間接測熱法有很大的改進。主要在采用小型干式氣量計，采用電極法分析O[XB]2[/XB]與CO[XB]2[/XB]。這兩部分整個組裝在一個背囊內，受試者穿戴這一裝置，可以進行較長時間的能量消耗測定。

食物在體內分解釋放能量時，必須消耗一定量的氧，產生一定量的CO[XB]2[/XB]；CO[XB]2[/XB]的產生量與O2的消耗量之間的比稱為呼吸商。呼吸商隨著體內消耗的能源物質不同而異。

糖氧化時的呼吸商約為1，以葡萄糖為例：

C6H12O6+6O[XB]2[/XB]→6C02+6H20

呼吸商=6mol CO[XB]2[/XB]/6mol O[XB]2[/XB]=6×22.4/6×22.4=1.0

脂肪氧化時呼吸商約為0.7，以（三）軟脂酸甘油酯為例：

2C51H98O6+145O2→102C02+98H20

呼吸商=102mol CO[XB]2[/XB]/145mol O[XB]2[/XB]=102×22.4/145×22.4=0.7

蛋白質的代謝過程比較復雜，它在體內未經徹底氧化，仍有一部分O及C與N結合隨尿排出，即是尿素等，這部分物質在體外還可繼續氧化放出能量。100g蛋白質在體內氧化大約需要138.18g的O[XB]2[/XB]，產生152.17g的CO[XB]2[/XB]，其呼吸商為：

呼吸商=（152.17/44×22.4）/（138.18/32×22.4）=77.47l CO[XB]2[/XB]/96.73L O[XB]2[/XB]=0.8

進食混合膳食時，可先從尿氮計算蛋白質的消耗量。1g尿氮相當于消耗6.25g蛋白質，同時消耗6.04LO[XB]2[/XB],產生4.84LCO[XB]2[/XB]和釋放110kJ的能量。從總的氧耗量及CO[XB]2[/XB]產量中減去蛋白質氧化所消耗的氧量和CO[XB]2[/XB]產量，則可得非蛋白呼吸商。按照下式，可以計算在不同的非蛋白呼吸商情況下，每消耗1LCO[XB]2[/XB]所能放出的能量。這叫做每升氧的能當量。

每升氧的能當量（kJ）=15.962+5.155r R為非蛋白呼吸商。

因此，測定出尿氮和氧耗量后，即可計算熱能消耗量。如果不測定尿氧，用總呼吸商計算所得的熱能消耗量與非蛋白呼吸商計算所得者相差只是1.1%，所以現在大多直接用總呼吸商進行計算。

從上述推理來看，在一定時間內，測出之呼吸商可以代表體內代謝物質的種類。但是否確是如此，很多人提出疑義。從理論上講，不可能出現小于0.7或者大于1.0的呼吸商，可是在實際中大于1.0的呼吸商屢見不鮮，小于0.7的也時有出現。導致出現這種異常呼吸商的因素是很多的。臨床上長期攝取能量不足的病人或糖尿病患者，蛋白質及脂肪分解加速，糖原異生增多可能使呼吸商小于0.7；人體在勞動過程中，有時因為勞動強度大，通氣量過大造成一時CO[XB]2[/XB]呼出過多，有時因為出現體內乳酸蓄積，血液偏酸也使CO[XB]2[/XB]一時呼出過多，所以呼吸商出現大于1.0。體內物質轉換，如由糖轉換為脂肪，因為糖分子的含氧量相對地比脂肪較多，轉換時剩余的氧可供利用，機體可以從外界吸入較少的氧，所以CO[XB]2[/XB]呼出量相對地多，呼吸商即可能大于1.0。可見呼吸商還受到其它因素的影響，并不能據此判斷體內代謝物質的種類。同時因為呼吸商為1.0時，氧的能當量為21.12kJ·L-1，呼吸商為0.7時，氧的能當量為19.57kJ·L-1。兩個極值相差變很小，所以有的學者主張用“正常”呼吸商0.9以計算每升氧的能當量。

1.3　人體的能量平衡

人體從食物中攝取能量以供給活動的需要，其中包括有基礎代謝、勞動代謝和食物特殊動力作用三個方面。

1.3.1　供給人體能量的營養素

人體依靠糖、脂肪和蛋白質三大營養素供給能量。這三種物質在氧化成水和CO[XB]2[/XB]過程中，釋放大量的能量供機體應用。

糖在體外充分燃燒，徹底氧化至H[XB]2[/XB]O及CO[XB]2[/XB]時產生的能量為17.22kJ·g-1，這稱為糖的粗熱價。糖的消化吸收率為98%，在生理研究中，糖的供熱量在進行校正后以16.80kJ·g-1進行計算，此稱糖的生理熱價。糖是體內的主要供能物質，它供給約70%人體所需的能量。腦組織所需能量的唯一來源是糖。這使糖在能量供給上，更具有其特殊重要性。人體雖然可以依靠其它物質供給能量，但必須定時進食一定量的糖，維持正常血糖水平以保障大腦的功能。另外，糖對脂肪的氧化過程也有很重要的作用。

脂肪也是人體重要的供能物質。它在體外充分燃燒氧化的粗熱價為39kJ·g-1，生理熱價為37.8kJ·g-1。脂肪水解成脂肪酸進入血液而運送到肝臟和肌肉等組織氧化利用。脂肪酸經β氧化形成乙酰輔酶A后，必須進入三羧酸循環才能徹底氧化成水及CO[XB]2[/XB]并釋放能量。乙酰輔酶A還可在肝臟形成酮體。在正常情況下，酮體進入血液，在骨骼肌和心肌中再形成乙酰輔酶A，進入三羧酸循環繼續氧化代謝。因此，脂肪的氧化必須依賴糖代謝。脂肪是機體儲存能量的重要形式，在進行長時間勞動時，它可被動員經血液源源運送到骨骼肌，供給所需的能量。

蛋白體在體內的功能主要是構成體蛋白，而供給能量不是它的主要生理功能。蛋白質分解成氨基酸，進而再分解成非氮物質與氨基。非氮物質進入三羧酸循環被氧化利用。氨基則形成氨或尿素隨尿排出。這部分尿氮在體外仍可進一步氧化釋放出能量，其量約相當于5.05kJ·g-1蛋白質。蛋白質的粗熱價為23.73kJ·g-1。顧景范根據我國資料統計得出蛋白質生理熱價為23.73×80.5%-1.25=13.86kJ·g-1。在西方一般蛋白質的消化吸收率為92%，所以其生理熱價約為16.8kJ·g-1。

1.3.2　基礎代謝

為了比較個體間的代謝率，醫學上采用在不影響代謝的一些情況下，進行代謝率的測定，其結果稱為基礎代謝率。基礎代謝的意義是人體為了維持生命，各器官進行最基本的生理機能消耗的能量，如維持正常體溫、基礎血流和呼吸運動、骨骼肌的張力及某腺體的活動等。測定基礎代謝時，受試者應處于完全安靜、清醒而舒適的狀態。周圍環境氣溫在20～25℃之間。時間應在餐后12～14h以上。如按正常的生活規律安排，晚餐安排在下午6時左右，基礎代謝率的測定正好在次日晨6～8時為宜。晚餐膳食須比較清淡以免食物對代謝的影響。從前一天起，受試者即應避免激烈運動，并且在測定前需要安靜休息30min以上。

在正常情況下，人體的基礎代謝率比較恒定，根據前人的研究成果，一個成年人在保持健康狀態的情況下，其基礎代謝率20年內不會偏離正常平均值的±5～10%；在同年齡、同體重、同性別的正常成年人群內，有85%的人其基礎代謝率在正常平均值的±10%以內。我國人正常基礎代謝率可見表1-1。

表1-1 我國人正常基礎代謝率平均值[5]（kJ·體表面積（m[SB]2[/SB]）-1·h-1）*

＊方括號內數值為“kcal·體表面積（m[SB]2[/SB]）-1.h-1”

臨床上用測定值與正常值比較來衡量基礎代謝率的高低，在正常值的±10～15%以內者認為是正常的。計算方法，例如年齡為20歲的某男性，測得其基礎代謝氧耗量為15L/h。估計正常呼吸商為0.85，可以采用20.42kJ·L-1為氧的熱當量。假設此人的體表面積為1.6m[SB]2[/SB],此人的基礎代謝率為15×20.42÷1.6=191.44kJ·體表面（m[SB]2[/SB]）-1·h-1（表1-1）。因此，此人的基礎代謝率高于正常值21%。

影響基礎代謝率的因素如下：

（1）體表面積 身材大小不同，人體的基礎代謝總量的顯然不同，基礎代謝與人體的體表面積呈比例關系。Rubner早在1894年發現，基礎代謝率如果以單位體表面積表示，則比較恒定。因此基礎代謝率·體表面積（m[SB]2[/SB]）-1·h-1”表示。人體的體表面積與體重及身高顯著相關。三十年代，Stevensen曾經得出我國人體表面積的計算公式。新中國成立以來。國人身材有很大變化，身高、體重都明顯增加。趙松山等人于1983年對我國人體表面與身高、體重的關系進行了研究，得出我國成年人的體表面積可以按下式計算：

A=0.00659H+0.0126W-0.1603

A:體表面積（m[SB]2[/SB]）

H：身高（cm）

W：體重（kg）

我國營養學會根據近期的調查，1981年提出我國18～40歲的成年男性平均身高為170cm，體重為69kg，女性平均身高為160cm，體重為53kg。在此平均值±10%的范圍內，應視為正常體重。

Kleiber從實際應用出發，曾提出基礎代謝率的正常值若以每小時表示，則為3×體重0.75若以第24h表示，則為70×體重0.75。這一標準可以應用于任何身材大小的動物。還有人認為代謝率與代謝活躍的組織關系密切，提出基礎代謝率應以“去脂體重”（Lean bodymass）表示。但由于“去脂體重”的測量和計算方法現時尚未廣泛普及，所以采用者不多。

（2）年齡性別 女性的基礎代謝率略低于男性。嬰兒時期，因為身體組織生長旺盛，基礎代謝率最高，以后隨著年齡的增長而逐漸降低，參看圖1-1。

圖1-1 不同性別與不同年齡的正常基礎代謝率

（引自Guyton,AC:Textbook of MedicalPhysiology.p.883.Philadelphia W.B.Saunders Co,Lodon,1981）

(3)環境溫度與氣候 環境溫度對基礎代謝有明顯影響，在舒適環境（20～25℃）中，代謝最低；在低溫和高溫環境中，代謝都會升高。環境溫度過低可能引起不同程度的顫抖而影響代謝升高；當環境溫度較高，因為散熱而需要出汗，呼吸及心跳加快。因而影響代謝升高。

（4）甲狀腺功能 甲狀腺素可以增強所有細胞全部生化反應的速率。因此，甲狀腺素的增多即可引起基礎代謝率的升高。基礎代謝率的測定是臨床上甲狀腺機能亢進的重要診斷指征之一。甲狀腺機能亢進者，基礎代謝率可比正常平均值增加40～80%，甲狀腺機能低下者，可比正常值低40～50%。

（5）其它因素 影響人體基礎代謝率的還有藥物及交感神經活動等一些因素。食物對基礎代謝的影響，將在食物特殊動力作用一節中詳述。

1.3.3　勞動代謝

勞動代謝包括在生產與生活中全部體力活動的熱能消耗。體力活動是影響機體能量消耗的主要部分。常見的中等強度勞動，其氧耗量的大約是基礎代謝的4～5倍，較強勞動是基礎代謝的7～8倍，有的極強勞動可達基礎代謝的14～15倍。

糖在體內的分解代謝有兩種形式。如果勞動強度適宜，人體的循環和呼吸系統能夠供給骨骼以充分的氧，糖的代謝則為有氧氧化。1mol葡萄糖徹底氧化，可以凈合成38mol的ATP，釋放2881.20kJ能量。人體進行很強的勞動時，一時攝取的氧量不足，骨骼肌所需的能量則從糖的無氧酵解代謝獲得，此時糖酵解為乳酸。1mol葡萄糖經酵解凈合成2molATP，釋放218.40kJ能量。人體進行勞動時，骨骼肌能否得到足夠的氧，取決于肺通氣量、血流輸送的氧量及肌細胞對氧的利用。開始勞動時，機體的氧攝取量不能即時達到骨骼肌需氧量的水平，機體先動用肌細胞內儲存的高能磷酸化合物（如ATP和磷酸肌酸）及（或）糖的無氧酵解以供給即時所需之能量。這時人體的氧耗量急劇增加，經一段時間后，氧耗量才達到一個穩態（steady state）,這段時間大約為2min。2min內機體的供氧量小于需氧量，不足的氧量稱之為氧缺乏（oxygen deficit）。氧缺乏的大小隨勞動強度而異。勞動強度適宜時，氧的攝取量可滿足需要，體內儲存的高能磷酸化合物在勞動中可得到補償，產生的乳酸也可以部分繼續氧化，體內不再進一步蓄積。因此，氧耗量表現為穩態。勞動強度過大時，氧的攝取量始終小于需要量，機體進行這種勞動主要依靠糖的無氧酵解供給能量，乳酸在體內蓄積，氧耗量不能呈現穩態。勞動停止后，需要一段較長的時間，氧耗才能回到安靜水平。這部分勞動后超過安靜水平的氧耗量即是氧債（oxygen debt）。次極量（submaximum）以下的勞動，穩態的氧耗水平的高低與勞動強度呈比例關系，對這種勞動只須測定勞動時的氧耗量，即可測知該項勞動的熱能消耗量。對于過強的勞動。除測定勞動時的氧耗量以外，還必須測定勞動后的氧債。勞動代謝的供能特點見圖1-2。

圖1-2 不同強度運動的氧耗量變化過程圖解

（a）運動的第一分鐘氧耗量逐漸增加；以后，當氧攝取量能滿足需要時則趨于平穩。運動停止后，氧攝取量逐漸減少，以償還“氧債”

（b）自行車功率計上，在5～6分鐘之內完成不同負荷的運動量時，氧攝取量變化的圖解。

（c）b圖實驗中氧攝取量與運動功率的關系。250Watts已達到此一受試者的氧攝取能力的最大值，以300watts繼續運動，未能引起氧攝取量的進一步增加，所增加的功率依靠無氧代謝完成。此人的最大有氧代謝能力為3.5L/分（可寫成VO[XB]2[/XB]max）。各種功率運動時血乳酸濃度也列于圖中。

（引自Astand,P.O.et al:,Textbook of WorkPhysiology.MeGraw-Hill Book Company,New,York,1977.p.296）

在前面的討論中，人體基礎代謝率以每平方米體表面積每分鐘的能量消耗表示。在勞動代謝中，因為體力活動總是移動身體，所以勞動代謝率以每公斤體重每分鐘能量消耗表示為佳。勞動代謝的強度可以用氧耗率表示，如“L·min-1或ml·kg-1·min-1”，也可以用能量的單位表示。有的學者為了使勞動強度與安靜代謝之間的關系有一較明了的概念，主張用“梅脫”（met）表示。其含意是安靜代謝的倍數。1met相當于安靜代謝的氧耗量；所謂2met即指需要2倍于安靜代謝的氧耗才能完成的勞動。成年男性的安靜代謝率約為250ml·min-1女性約為200ml·min-1。沼尻章吉建議用相對代謝率（relative metabolicrate,RMR）其意義與met近似，計算方法如下，表示凈勞動氧耗量是基礎代謝的多少倍。

相對代謝率=（勞動代謝-安靜代謝）/基礎代謝

1.3.4　食物特殊動力作用（specificdynamic action,SDA）

人體的代謝因進食而稍有增加。譬如，某人基礎代謝率為168.80kJ·h-1，當攝取相當于168.80kJ的食物，并處于基礎代謝條件下，經測定，這時的代謝率不是168.80kJ·h-1而是176.40kJ·h-1。顯然，這部分增加的代謝值是因進食引起的。這一現象最早為Rubner發現，他稱之為“食物特殊動力作用”。食物特殊動力作用與進食的總熱量無關，而與食物的種類有關。進食糖與脂肪對代謝的影響較小，大約只是基礎代謝的4%，持續時間亦只1h左右。但進食蛋白質對代謝的影響則較大，可達基礎代謝的30%。持續時間也較長，有的可達10～12h。食物特殊動力作用的機理，是食物在消化、吸收和代謝過程中的耗能現象。例如，某些酶的活力增加，代謝過程中某些物質在細胞與間質間的主動轉移等，氨基酸的脫氨基作用的耗能現象更加明顯。Krebs曾經報道蛋白質的特殊動力作用引起的能量消耗增加與體內尿素的產生有關；Cairnie等人在股骨骨折的動物實驗中，也觀察到產熱量與氮排出量平行地增加，并且認為這是因組織蛋白分解而增加氨基酸代謝所致。但Garrow等人的實驗又不能說明進餐后代謝率的升高與尿素的產量有任何關系[11]。對于人體勞動時的食物特殊動力作用，有人在實驗中發現幾乎是安靜時的2倍。由于這樣，人體進行勞動或運動時，機體不僅要供氧給運動的骨骼肌，而且要耗氧于食物影響的產熱過程，輸氧系統負擔加重，影響人體的耐力。如何使人體避免這種額外的負擔，而又處于供能充分的最佳狀態，所以，食物特殊動力作用仍然是需要進一步研究的課題。食物特殊動力作用在熱能需要量的計算中，仍然不甚明確，也不統一。首先是食物的種類，食物引起的耗能增加，在熱能需要量應占多少比例？其次是在勞動條件下應如何計算？一般認為對高蛋白飲食習慣者，食物特殊動力作用約占總熱量的10%。我國營養學者主張一般膳食的食物特殊動力作用約占總熱能需要量的6%。計算方法：

設 A為一日熱能需要量；

C為生活觀察一日熱能消耗量；

6A/100為食物特殊動力作用。

計算式為：A=C+6A/100

簡化之則得： A=10C/9.4

1.4　人體的熱能需要量

在24h內，人體從事各種活動所需要的能量，即是熱能需要量。熱能需要量是營養素需要量中應該首先考慮的項目。除了它是機體維持生命活動的基本條件外，對于其它營養素的需要量也有很大影響。1981年中國營養學會對我國人的營養素需要量進行了修訂，其中熱能需要量見表1-2。

1.4.1　熱能需要量的研究方法

（1）生活觀察法 對被觀察者24h內的各種活動進行觀察，記錄其持續時間，歸納同類活動的總時間，然后根據各種活動的熱能消耗率計算每種活動的熱能消耗量。最后計算出全天熱能消耗量。具體方法是用時表按時間先后順序記錄每個動作的起始時間；下一活動的起始時間減去上一活動的起始時間，即是上一活動的持續時間。并記錄某一活動時的環境條件、動作的姿勢及對象的反應等。此外進行觀察期內的膳食調查，計算熱能攝取量。根據觀察和調查的結果，比較熱能消耗和攝取在量方面的平衡情況和質方面的分配情況，最后作出評價。進行生活觀察法時應注意兩點：①根據研究目的，挑選具有代表性的觀察對象；②工作日的代表性，工作日的內容，在具體情況下可能變化很大，應事先規定典型工作日的內容，不能因其它事情干擾觀察日的勞動內容。計算熱能消耗量和攝取量時，要應用各種活動熱能消耗率和食物成分表[17，18]兩個資料。在這兩方面能夠作些實地測定，其準確性就更高。尤其對某些特殊地區、特殊工種更應注意。

表1-2 膳食中熱量供給量（kJ·d-1）（kcal·d-1）①

■［此處缺少一些內容］■

1.4.2　不同職業的熱能需要量

不同職業與勞動強度是影響熱能需要量的最主要因素。勞動過程能量消耗取決于兩個方面，一是單位時間內的勞動強度，二是勞動持續時間。單項操作的勞動強度，以單位時間內的熱能消耗率作為劃分強度等級的標準。在日常生活中，各種體力活動的強度相差很大，有的是任何人都可以經久不息地整日進行的極輕活動，有的活動只有強體力的人才能擔負，甚至只能堅持數秒鐘。中國營養學會于1981年把各種常見的勞動大致分為五個等級[16]。我們根據過去實際測定的熱能消耗率的結果，以這五個等級劃分了相應的熱能消耗率水平，現歸納于表1-3。Christensen[19]于1953年提出了一個適合西方的劃分等級的標準；于永中等于1964年也提出了一個我國勞動強度的分級標準。

表1－3　不同強度勞動項目舉例及熱能消耗率的劃分

全天生活中，因為業余時間內的活動因人而異，并且一個人在不同的日期也可能相差很大，所以影響8h業余時間內的能量需要變化無常，從而對全天熱能需要量的影響也很大。因此，對評定各工種的熱能需要量和勞動強度問題，很多學者以8h工作日作為評定標準。對某一工種的熱能需要量，除考慮該工種主要勞動項目的熱能消耗率之外，還應該考慮時間。一個工種工作日的熱能消耗量與主要勞動項目熱能消耗率之間的關系，在持續進行的輕勞動工種大致是成比例的，但大多數工種不一定呈比例關系。有的勞動項目強度很大，人體不可能在8h內持續進行，所以一個工作日內的活動情況多有變化，需要觀察整個工作日的活動，不能僅以主要勞動項目的單位時間的勞動強度為依據。

Lehmann與Muller曾經在1953年分別建議21kJ·min-1為能堅持8h勞動的最大強度，亦即10080kJ·8h-1，這是工作8h的耐受上限[23]。Lehamann1958年又提出65kg體重的男性勞動代謝允許量為8400kJ·8h-1[24]，Bena等人于1963年提出的是6300kJ·8h-1(65kg體重)，印度Sen等人建議5040kJ·8h-1（50kg體重）[26]。把這三個標準統一計算成60kg體重，則分別為7770kJ·8h-1，5817kJ·8h-1，6048kJ·8h-1；亦可分別相當于18.40kJ·min-11，13.48kJ·min-11，14.07kJ·min-11。這種水平屬于中等強度勞動。如果作為一個工種，必須月復一月，年復一年地進行勞動，這樣的強度是比較合宜的。因此，8h工作日的熱能消耗以5880～8400kJ·8h-1為合宜。

1.4.3　影響熱能需要量的其他因素

除了勞動條件外，還有一些其他因素對熱能需要量也有很大的影響。

（1）年齡 嬰兒、兒童因為處在生長發育旺盛時期，如果以每公斤體重的熱能需要表示，嬰兒最高，以后逐漸降低。一般3個月內的嬰兒為504kJ·kg-1，3～5個月為483kJ·kg-1，6～8個月為462kJ·kg-1，9～11個月為441kJ·kg-1，1～３歲為420kJ·kg-1，至成人則為168kJ·kg-1。如果以個體而言，從嬰兒時期起，逐年明顯增加（表1-4）；在成年20～39歲的時期內，熱能需要量比較穩定；然而自40歲以后又逐年遞減，至70歲時只有青年人的70%（表1-5）。

表1-4 嬰兒、兒童及青少年的熱能需要量[SB][13][/SB]

表1-5 成年人熱能需要量（kJ·d[SB]-1[/SB]）與年齡的關系[SB][13][/SB]

（2）地區的氣候影響 一般認為氣溫低的地區熱能需要量趨向增加，大約在20～30℃之間為一舒適帶，氣溫過高代謝又趨于增強。聯合國糧農組織（FAO）1950年規定年平均氣溫10℃為營養需要量的標準條件，每降低10℃熱能需要量增加5%，1957年改為3%。于守洋[27]在總結1949～1957年我國東北，華中和華南一些地區的調查結果后，認為環境氣溫能影響人體的熱能代謝，同時還影響體重，進而又影響熱能代謝。他認為由于環境氣溫和體重兩個因素的影響，我國東北地區成年居民的熱能需要量比華中地區男子應高8%，女子應高7%；比南方地區男子應高13%，女子應高12%。

1.4.4　熱能代謝狀況的評價

熱能代謝狀況的評價大致有質與量兩個方面。熱能代謝狀況的好壞對臨床病人不僅影響疾病的痊愈，嚴重的可以危及生命的維持；對于病后也會影響到康復的進程；對于正常人則將影響健康和勞動能力的保持。

在量方面，熱能代謝平衡情況是一個日益重視的問題。人體的熱能代謝在消耗與攝取之間應以平衡為佳，不宜形成負平衡，亦不宜形成正平衡。負平衡，即攝取量小于消耗量，其結果是人體逐漸消瘦，并且影響其它營養素的代謝，生理功能紊亂，全身浮腫，抵抗力降低等等。若體重低于正常值的10%，為輕度熱能缺乏；低于10～20%者為中度缺乏，可以影響身體功能；若低于30%以上時，則為嚴重缺乏，低于40%以上將危及生命。如果熱能攝取量大于消耗量，呈正平衡，則體內脂肪沉積，逐漸肥胖，體重持續增加，并帶來一系列損害、心臟負擔過重，尤其是左心室更甚；高血壓，血脂過高，進一步損及心血管系統；腎臟、肺臟和膽囊等也易于罹及疾病。稱量體重，有兩點應加注意，第一是標準化，應在一定時間及相同條件下進行，排除衣服、進食與大小便等對體重的影響；第二是應較長期地稱量，以觀察變化的趨勢。此外，許多學者建議用體脂的百分率來衡量。我國成年男子正常體脂含量為體重的13.2%，西方人為15%。McArdle等人提出，男性體脂超過體重的20%，女性超過30%即屬于肥胖[1]。體脂的測量，現時多用比較簡便的皮褶厚度測量計算法。劉廣青等人于1982年得出一個我國成年男子求體脂百分率的計算公式[28]。以mm為單位，測量三頭肌、肩胛骨下和髂部皮褶厚度，然后按下式求出體脂百分率。

F（%）=0.91137S1+0.17871S2+0.15381S3-3.60146

F（%）為體脂百分率，

S1、S2、S3分別為三頭肌、肩胛骨下及髂部皮褶厚度（mm）。

雖然熱能代謝失衡是體重過重或過輕的主要原因，但不應忽略與內分泌疾病或惡性腫瘤加以鑒別。

熱能代謝評價在質的方面主要是供能三大營養素的合理分配百分率的問題。人體除了總的能量需要以外，對蛋白質、脂肪、糖三大營養素都各有一定的需要量，尤其是對于嬰兒、少年、孕婦、乳母、臥床病人及病后恢復者更為重要，否則將會有不同的生理功能紊亂，甚至引起疾病。我國營養學者根據經濟現狀及飲食習慣，提出如下三大營養素分配百分率的建議如下：

糖………………………………占總熱量的65%～75%

脂肪……………………………占總熱量的15%～20%

蛋白質…………………………占總熱量的10%～15%

這是積多年不同地區膳食調查的結果，符合我國國情，同時也能保障人民健康。關于三大營養素各自在營養學中的重要意義，請參閱各有關章節。

1.5　臨床病人熱能需要量問題

臨床上比較嚴重的病人傾向于分解代謝，并且由于不能或不愿意攝食，常常造成熱量攝取不足，體重持續減輕。因為病人的能量代謝的測定很困難，從而也就缺乏比較準確的病人能量平衡計算。在早些年代，腸外營養補充的方法也比較缺乏；同時，臨床醫生一般認為體內的能量儲備足以應付臥床時期暫時的能量供給不足。因此，臨床病人的能量補充問題，在那些年代沒有得到應有的重視。這樣就導致疾病向壞的方面發展，或者延長病后恢復，有的甚至貽誤救治。

1.5.1　體重的維持

臨床病人體重減輕是最普遍的，但未得到應有的重視。一般總是待體重極度減輕，以至產生癥狀的時候才加以注意。已經觀察到、減輕的體重量占原體重30～40%時即會危及生命。病人一般經過休克期后即進入分解代謝期，此時期內病人的身體一般狀態的維持將決定病程的變化；在此時期內對病人體重的觀察，猶如在休克期內觀察血壓的變化一樣重要。在排除脂肪和水的變化后，體重的變化實際是一個表示身體細胞質量（body cell mass）變化的指標。體重減輕的程度與快慢與病人的病情或傷勢的輕重呈比例。越是嚴重的病人越是需要在治療過程中觀察體重的變化。因此，有人也把體重稱之為“生死倏關的指征”（Vital sign）。體重的變化是身體成份中蛋白質、脂肪和水三者變化綜合的結果，其中以水的變化最大，能影響臨床醫師對體重的觀察和分析。不過，對體重的變化加以密切注意，并觀察影響體重各因素每天的平衡情況，對于分析身體成分的變化及決定治療的側重面等將是很有利的。每一名患者的病歷中應記載住院時或住院前的平常體重，以便作為日后觀察體重增減的參考。

在嚴重外傷或感染的病人中，由于不能和不愿時進食，他們體重的減輕似乎總是和饑餓聯系在一起。但是kinney比較了Keys與Bendict的研究結果后，認為正常人處于半饑餓狀態下，體重減輕的速率只是全饑餓的人或處于分解代謝狀態下的病人的六分之一[10]。可見病人體減輕愈快，其預后愈壞。這是否與所減少的身體組織成分不同有關？Kinney[2]觀察了手術后的嚴重外傷病人，得出前者蛋白質的喪失占減輕的體重的6～8%；后者體重在3周持續減輕的情況下，蛋白質的喪失也只占減輕體重的12%。Iampetro觀察半饑餓與全饑餓者，蛋白質的喪失很接近，分別為9.7%、11.4%。所以，初步認為蛋白質的喪失與減輕的總重量有關，而體重減輕的原因關系不大[10]。

1.5.2　氮代謝與能量供給的關系

人體能量代謝與氮代謝有很密切的關系。病人在急性分解代謝占優勢的狀態下，為了達到最佳的氮平衡，確定適宜的熱能攝取量，則顯得更為重要。前人的實驗觀察到正常人攝取不含氮的食物時，每4.2kJ(1kcal)基礎代謝需要排出1.35mg尿氮。如果以全天安靜代謝7560kJ計算，加上糞便和汗液排出的氮，一個平均體重60kg的人需要排出的氮則為3.4g；再考慮到疾病能影響蛋白質利用率降低，氮的全天排出量將會增加到4.8g。臨床外科及發燒病人尿氮排出量增加及血液尿素氮增加是蛋白質分解及糖原異生作用加強的結果，嚴重的外傷或傳染病人，氮的喪失可以累計到150g，有并發癥的三度燒傷病人，甚至可達300g以上。身體氮喪失過多，表示身體細胞的破壞。病人體氮丟失主要來自肌肉組織，而內臟蛋白質則在以后才被消耗。

Calloway等人在總結一些代謝研究工作的基礎上，認為蛋白質攝取量充足時，能量的供給量則是氮平衡的決定因素；反之，能量供給充足時，蛋白質攝取量即成為決定因素。Goodlad與Munro曾在三種蛋白質攝取量和高與低二種能量攝取水平鼠實驗中，結果表明分別增加能量與蛋白質攝取量，能都改善氮平衡的狀況。Elwyn等人在10名外科病人中觀察到病人的氮平衡與能量平衡呈直線相關，而與熱能攝取量的關系不顯著。大約每增減4.2kJ能量平衡，即可使氮平衡增減1.7mg。此一數字與正常人很接近。當能量處于零平衡時，攝取173mg·kg-1的氮，只有微量的正平衡，可是此量幾乎是正常人維持零氮平衡的兩倍。

1.5.3　臨床病人能量需要的計算

對臨床病人的能量供給是一個很重要的問題，也是一個比較復雜的問題。與正常人的熱能需要要量不同，在臨床上比較多注意的是其供應不足的一面。這是因為：①凡是較重的病人大致都有食欲減退、厭食的癥狀，以及其它許多原因，使病人不能正常經腸胃進食；②在發燒、外傷病人尤其是燒傷病人的分解代謝嚴重或者是高代謝（hypermetabolism）時，能量消耗增大，對營養素的需要增加。這樣，首先是造成能量供給不足，從而影響體重穩定和氮平衡的維持，最終造成總的營養不足。因為營養不足，疾病的治愈率受到嚴重影響，而大大增加死亡率。例如，傷口易于崩裂，創面愈合延遲；抗體產生受損，對感染抵抗力降低，如并發肺炎、褥瘡等；某些重要器官功能受損，如肝臟解毒能力下降，呼吸肌功能喪失，某些重要酶的活力降低等。因此，近二三十年來，臨床醫學對病人的營養支持相當重視，特別是對于高分解代謝的患者更為注意。但是，對嚴重病人的能量補充，并不是越多越好。如果補充過量，反會引起血糖過高，肝功能異常、脂肪肝以及血液尿素氮過高等弊端。能量補充的最基本目的是：分解代謝期在于維持能量平衡，從而維持氮平衡，保證身體各種功能以利于病人與疾病作斗爭；合成代謝期則應把消耗量和體內合成代謝需要的能量合計在內，以利于病人盡快恢復。

表1-6 臨床病人能量需要量的確定

住院病人能量代謝的增加，一般男性大于女性，青年人大于老年人，肌肉壯實的人大于瘦弱的人。嚴重病人起病的開始一段時間的能量消耗是最難確定的，大約可達21000～25200kJ·d-1。有些病人因食欲減退，處于半饑餓狀態，能量消耗可比正常低約10～30%。病人的活動量不大，因而受體力活動的影響不大。活動為坐在病床旁邊的病人，全天的能量消耗大約比基礎代謝增加5～10%；在床下稍事活動的病人，也不至于增加基礎代謝的20%。發燒病人因體溫過高，可以影響代謝增加，大約體溫每升高1℃，代謝增加13%。對于臨床病人，能量消耗的實際測定是很困難的。有的作者用長時間氣體代謝測定法結合尿氮測定進行過研究，應用很不方便[2]。比較迫切需要對能量消耗作出估計的，又幾乎都是危重病人，進行實際的能量消耗測定則更為困難。因此大多數都是按各種病情與安靜代謝比較進行估計。Elwyn等人介紹了Harris與Benedict計算安靜能量消耗（rest energy expenditure,REE）的計算如下：

REE（男）=（66.4230+13.7516W+5.0033H-6.7750A）·4.2

REE（女）=（655.0955+9.6534W+1.8496H-4.6756A）·4.2

式中A為年齡（歲），H為身高（cm），W為體重（kg），REE為kJ·d-1。Kinney在參考大量研究工作的基礎上，總結了各種類型疾病患者能量消耗與安靜代謝的關系（圖1-3）。參照此圖即可按不同類型疾病及病情計算病人的能量需要量。

圖1-3 急性分解代謝安靜能量消耗量的增加數與部分饑餓時減少數的比較

（引自Fischer,JE；Surgical Nutrition.p.119Little,Brown and Company,Boston,1983）

Apelgren等人在討論嚴重病人的營養補充時提出了一個簡化的計算方法（表1-6）。他們認為大多數特護病房內的嚴重病人的能量需要很少超過基礎代謝率的20～30%。燒傷病人的熱能需要量是最大的，但他們常常可以經口或管飼喂養。這幾位作者認為。對于平常身材的人，一般8400～12500kJ·d-1足以維持體重的穩定。

參考文獻

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