第八章营养与能量平衡

复习：1、能量的作用及意义2、能量单位与生热营养素产热能力3、基础代谢的计算及食物的代谢反应讲授：第八章营养与能量平衡第三节能值及其测定人体能量的需要量实际就是能量的消耗量。测定人体能量的消耗可为合理供给能量提供依据，在临床和实际中具有重要意义，同时也是营养学工作和研究中经常进行的工作。一、食物能值与生理能值1、食物能值是食物彻底燃烧时所测定的能值，即“物理燃烧值”，或称“总能值”。2、生理能值即机体可利用的能值，在体内，碳水化合物和脂肪氧化的最终产物与体外燃烧时相同。因考虑到机体对它们的消化、吸收情况（如纤维素即不能被人类消化），故二者的生理能值与体外燃烧时可稍有不同。二、能值的测定1、食物能值的测定食物能值通常用氧弹量热计，或称弹式热量计（bombcalorimeter）进行测定，这是一个弹式密闭的高压容器，内有一白金坩蜗，其中放入待测的食物试样，并充以高压氧，使其置于已知温度和体积的水浴中。用电流引燃，食物试样便在氧气中完全燃烧，所产生的热使水和量热计的温度升高，由此计算出该食物试样产生的能(热)量。2、人体能量消耗的测定人体能量的消耗实际上就是指人体对能量的需要。较常用的测定方法有以下两种。（1）直接测定法这是直接收集并测量人体所放散的全部热能的方法。为此，让受试者进入一特殊装备的小室。该室四周被水管包围并与外界隔热。机体所散发的热量可被水吸收，并通过液体和金属的传导进行测定，此法可对受试者在小室内进行不同强度的各种类型的活动所产生和放散的热能予以测定。此法原理简单，类似于氧弹热量计，但实际建造，投资很大，且不适于复杂的现场测定，现已基本不用。（2）间接测定法此法广泛应用于人体能量的消耗。主要根据其耗氧量的多少来推算所消耗的能量。关于人体耗氧量的测定可通过收集所呼出的气量，来分析其中氧和二氧化碳的容积百分比。由于空气中含氧量一定，且可测定，故将吸入空气中的含氧量减去呼出气体中的含氧量，即可计算出一定时间内机体的耗氧量。大气空气成分比较恒定，O2为20.94%，CO2为0.03%，N2为79.03%，其它一些微量气体可略不计；同时，N2在人体气体代谢过程中，既不能吸收利用，也不能从体内增加而经肺排出。因而有可能采用开放式间接测热法以测定人体的能量消耗。测定时人体吸入外界空气，只收集呼出气进行分析，分析所得的O2与CO2的百分比与空气比较，结合一定时间呼出的气体量，即可计算一定时间内的氧耗量和CO2排出量。食物在热量计中或在人体内氧化所消耗的氧量直接与以热释放的能量有关，葡萄糖不管如何氧化，其所需的氧量和所产生的能量基本一样。至于蛋白质由于其结构和易变性等，它的氧化不能用简单方程式表示。最近有双标水测量中能量消耗，用氢和氧的同位素标记，精密度准确度均高，但对材料、技术设备要求较高，费用昂贵，因此尚有局限性。食物在体内分解释放能量时，必须消耗一定量的氧，产生一定量的CO2；CO2的产生量与O2的消耗量之间的比称为呼吸商。呼吸商随着体内消耗的能源物质不同而异。糖氧化时的呼吸商约为1，以葡萄糖为例：C6H12O6+6O2→6C02+6H20呼吸商=6molCO2/6molO2=6×22.4/6×22.4=1.0脂肪氧化时呼吸商约为0.7，以三软脂酸甘油酯为例：2C51H98O6+145O2→102C02+98H20呼吸商=102molCO2/145molO2=102×22.4/145×22.4=0.7蛋白质的代谢过程比较复杂，它在体内未经彻底氧化，仍有一部分O及C与N结合随尿排出，即是尿素等，这部分物质在体外还可继续氧化放出能量。100g蛋白质在体内氧化大约需要138.18g的O2，产生152.17g的CO2，其呼吸商为：呼吸商=（152.17/44×22.4）/（138.18/32×22.4）=77.47lCO2/96.73LO2=0.8进食混合膳食时，可先从尿氮计算蛋白质的消耗量。1g尿氮相当于消耗6.25g蛋白质，同时消耗6.04LO2，产生4.84LCO2和释放110kJ的能量。从总的氧耗量及CO2产量中减去蛋白质氧化所消耗的氧量和CO2产量，则可得非蛋白呼吸商。按照下式，可以计算在不同的非蛋白呼吸商情况下，每消耗1LCO2所能放出的能量。这叫做每升氧的能当量。每升氧的能当量（kJ）=15.962+5.155rR为非蛋白呼吸商。因此，测定出尿氮和氧耗量后，即可计算热能消耗量。如果不测定尿氧，用总呼吸商计算所得的热能消耗量与非蛋白呼吸商计算所得者相差只是1.1%，所以现在大多直接用总呼吸商进行计算。（3）生活观察法详细观察和登记测试对象一天中各种活动的内容及时间，然后将各项活动的热能消耗率乘以从事该活动所占用的时间；将24h内各项活动的热能消耗量相加，得出某人一天的能量消耗。在此基础上，再加10%的食物特殊动力作用所消耗的热量，就是一天的热量需要量。采用观察法，观察的天数越多，代表性越强，偏差越小。此法简单易行，但要求被测对象密切配合，各项活动须计时准确，否则会影响测试结果。（4）体重平衡法此法只适用于健康成年人。如果体重恒定或相当于标准体重，说明这段时间内能量的摄入平衡，即摄入量和消耗量大致相等。根据对身高、体重关系的研究得出一个标准体重的简单计算公式：•身高（厘米）－105＝体重（公斤）•例：一个身高1.75米，年龄大于40岁的男性公民他的标准体重：175（厘米）－105＝70公斤。体重在标准体重的上下10%浮动都是正常的，大于10%为超重，大于20%者为肥胖，低于标准体重的10%－20%为清瘦，低于标准体重的20%以上为瘦弱。第四节能量在食品加工中的变化一、能量密度能量密度是指每克食物所含的能量，一般来说食品的水分含量高则能量密度低，脂肪含量高则能量密度高。二、能量在食品加工中的变化食品加工中，应尽量剔除不可食用的部分，以增加可食性比例和提高其可利用的食物能量，因为食物所含能量有可消化、利用与不可消化、利用之分。第五节能量的供给与食物来源一、能量的供给能量的供给应依据能量的消耗而定，不同人群的需要和供给量各不相同。人体一日能量需要的确定●计算法计算能量消耗确定能量需要:包括基础代谢、体力活动和食物热效应三方面。膳食调查●测量法直接测热法：直接测热法（directcalorimetry）的原理是人体释放热量的多少可反映机体能量代谢情况，进而可求出机体的能量需要。间接测热法：间接测热法（indirectcalorimetry）的原理是产热营养素在体内氧化产生CO2和H2O，并释放能量满足机体需要，因此只需测出氧气消耗量或产生水量的多少，就可以计算能量的消耗，进而确定能量的需要量。二、能量不平衡的危害1、热量不足的危害当人体热能摄入不足时，体内贮存的糖原首先被消耗，脂肪被氧化，甚至体内的蛋白质也被动供能，体重减轻，导致肌力减弱，工作效率下降。长期热能摄入不足，会影响蛋白质的吸收利用，造成体内蛋白质缺乏，出现蛋白质热能营养不良。临床上表现为消瘦、贫血、神经衰弱、皮肤干燥、脉搏缓慢、免疫力与健康水平下降等。2、能量过剩的危害多余的热能会在体内转化为脂肪贮存起来，尤其容易积聚在皮下组织。长期热能过剩，会使体脂增多，体重增加，造成肥胖。还易并发糖尿病、胆结石、胰腺炎、痛风症和某些癌症等。造成热能不平衡的原因主要有两方面：饮食和运动。能量和蛋白质供能比参考可如下表：能量和蛋白质的RNIs及脂肪供能比三、能量的食物来源食物中的碳水化合物、脂肪和蛋白质是人体能量的主要来源。按照等能定律，从能量供给上讲，三种物质比例的变化并不影响能量的摄取，可以在一定程度上相互代替。1g碳水化合物＝0.45g脂肪＝1g蛋白质。长期单一营养素会造成营养不平衡，影响健康。碳水化合物、脂肪和蛋白质三种产能营养素普遍存在于各种食物中，但是动物性食物一般比植物性食物含有较多的脂肪和蛋白质。适量饮用乙醇的情况下，乙醇是可以提供一定能量的。但是过度饮用乙醇会影响其他营养素，如蛋白质、无机盐、维生素的摄取，且过多酒精也可损伤肝脏、胃及神经系统，因此在摄取时一定要注意量的问题。工业食品中含能的多少是营养学方面的一项重要指标，但是不管是哪种食品，都应有一定的营养密度，而且从总的情况来看，在人体所需热能和各种营养素之间应保持一定的平衡关系。