機(jī)體從外界攝取的營養(yǎng)物質(zhì)包括碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、微量元素、水及維生素等，其中碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)是機(jī)體的主要能源。機(jī)體內(nèi)能量底物（如蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類等）氧化產(chǎn)生能量的過程稱為能量消耗（energy expenditure）。人體每日總能量消耗（Total daily energy expenditure, TEE）分為三個(gè)部分：基礎(chǔ)能量消耗（Basal Energy Expenditure, BEE），食物生熱作用（Diet-induced thermogenesis, DIT）和身體活動(dòng)能量消耗（Activity induced energy expenditure, AEE）。

其中基礎(chǔ)能量代謝（BEE）決定了人體能量最基本的需要量，它對(duì)生命存活起了一系列重要的作用，如體內(nèi)細(xì)胞功能、蛋白質(zhì)合成等。它占據(jù)了每日能量需要的60%-75%。BEE相比較于DIT和PAEE來說更加穩(wěn)定，每天變化很小，它是區(qū)分不同人之間能量需要的重要指標(biāo)。BEE是通過基礎(chǔ)能量代謝率（Basal metabolic rate, BMR）即人體每分鐘的基礎(chǔ)能量消耗（BEE/1440）計(jì)算得到的。

基礎(chǔ)能量代謝率（BMR）是指在中性溫和的環(huán)境中（20～25℃），清晨醒來，人體處于消化吸收后狀態(tài)（即消化系統(tǒng)處于非活動(dòng)狀態(tài)，需要至少隔夜12個(gè)小時(shí)禁食），正常呼吸并完全放松（平躺，沒有任何外部肌肉運(yùn)動(dòng)）時(shí)人體每分鐘消耗的能量。

機(jī)體各種能源物質(zhì)在體內(nèi)氧化時(shí)所釋放的能量，約有50%以上迅速轉(zhuǎn)化成為熱能的形式，主要用于維持機(jī)體的體溫。熱能不能再轉(zhuǎn)化為其他形式的能，因此不能用來做功。其余不足50%的能量是可以用于做功的“自由能”。這部分自由能的載體是三磷酸腺苷（adenosine triphosphate, ATP），能量貯存于ATP的高能磷酸鍵中。在機(jī)體能量轉(zhuǎn)化的過程中，ATP既是一種重要的貯能物質(zhì)，又是直接供能的物質(zhì)。機(jī)體的組織細(xì)胞進(jìn)行各種功能活動(dòng)時(shí)，能量的直接來源是ATP中的貯備能。除ATP外，體內(nèi)還有另一種含有高能磷酸鍵的貯能化合物，即磷酸肌酸（creatinephosphate, CP）。當(dāng)體內(nèi)物質(zhì)分解生成的能量增多，使形成的ATP濃度升高時(shí)，ATP會(huì)將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給肌酸，生成CP。將能量貯存起來；反之，當(dāng)組織細(xì)胞耗能增加，ATP濃度降低時(shí)，又將貯存的能量轉(zhuǎn)移給二磷酸腺苷（adenosine diphosphate, ADP），生成新的ATP。因此，CP常被看作是ATP的貯存庫。從能量代謝的整個(gè)過程來看，ATP的合成與分解是體內(nèi)能量轉(zhuǎn)換和利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

人體的能量需求源于消耗的能量的需要。總能量平衡時(shí)，能量攝入（比如飲食攝入）和能量消耗（總能量消耗）達(dá)到平衡，人體處在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，即可以滿足能量消耗的補(bǔ)給的需要。能量平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡。然而能量失衡時(shí)，比如能量攝入過多，會(huì)導(dǎo)致生長速度減緩、瘦體重減輕、脂肪堆積，甚至增加諸如冠心病、糖尿病、中風(fēng)、肥胖等一系列疾病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。另外很多疾病會(huì)影響機(jī)體的能量代謝，比如有哮喘、慢性阻塞性肺病、氣胸、上呼吸道感染、發(fā)熱、惡性腫瘤、甲狀腺功能亢進(jìn)癥、糖尿病、高血壓和腎臟疾病等疾病。

按照國際單位系統(tǒng)的規(guī)定，法定能量計(jì)量單位是焦耳（joule, J）或千焦耳（kJ）。在生理學(xué)上有關(guān)能量代謝的研究中，熱量單位傳統(tǒng)使用卡（cal）或千卡（kcal），1千卡是指能使1升純水從15℃加熱到16℃所需的能量。卡和焦耳之間的換算關(guān)系是：1cal=4.187J或1J=0.23885cal。

能量代謝的測(cè)量方法有很多，比如直接測(cè)熱法、間接測(cè)熱法、雙標(biāo)水法、心率檢測(cè)法、運(yùn)動(dòng)傳感器法、自我報(bào)告法等。

直接測(cè)熱法的原理是將受試者置于密閉的艙室內(nèi)，用艙內(nèi)管道中流動(dòng)的水來吸收受試者機(jī)體所散發(fā)的熱量，并根據(jù)流過的水量以及溫度差，來測(cè)出水所吸收的熱量，以此來確定機(jī)體單位時(shí)間向外界散發(fā)的總熱量，此總熱量即為能量代謝率。此方法被認(rèn)為是金標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量精確并且受試者可以進(jìn)行自由活動(dòng)，但由于設(shè)備復(fù)雜、造價(jià)昂貴以及操作繁瑣，很少使用。

間接測(cè)熱法是通過測(cè)量氧氣消耗量以及二氧化碳產(chǎn)生量來計(jì)算能量消耗。經(jīng)典的有道格拉斯袋（Douglas bag），但是這種裝置使用較為繁瑣。其他主要的設(shè)備還有人體能量代謝測(cè)試艙，其原理是用近似密閉的艙室來連續(xù)收集氧氣和二氧化碳以此來分析艙內(nèi)兩種氣體含量的變化，從而計(jì)算能量消耗。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于受試者在艙內(nèi)可以自由活動(dòng)，并且提供了一個(gè)不受外界環(huán)境干擾的穩(wěn)定的測(cè)試環(huán)境。間接熱量測(cè)試方法被認(rèn)為是精度比較高的測(cè)試方法。通常情況下間接熱量測(cè)試法用于評(píng)定其它測(cè)試方法的有效度和可靠性。

雙標(biāo)水法的原理是受試者口服含有氫（H）和氧（O）的穩(wěn)定同位素的水（H2O），通過收集尿液或唾液中這兩種同位素濃度的變化來計(jì)算能量消耗。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無創(chuàng)，準(zhǔn)確度和精確度高，但其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴而且難以獲得能量消耗以及身體活動(dòng)的模式。

心率檢測(cè)法的原理是在有氧運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，根據(jù)心率和氧氣消耗量之間所存在的線性關(guān)系，建立校準(zhǔn)曲線來估算能量消耗。其優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，價(jià)格低廉。但是所確立的心率和氧氣消耗關(guān)系個(gè)體性較強(qiáng)，不具有普遍性。

運(yùn)動(dòng)傳感器可以分為計(jì)步器（Pedometers）和加速度計(jì)（Accelerometers）兩種，其原理是由運(yùn)動(dòng)傳感器測(cè)量軀體相應(yīng)部位的運(yùn)動(dòng)或加速度信息，經(jīng)過計(jì)算間接獲得能量消耗。這種方法的特點(diǎn)在于數(shù)據(jù)可以直接被計(jì)算機(jī)處理，操作簡單，便攜性好。目前較新的運(yùn)動(dòng)感應(yīng)器有IDEEA、armband。

自我報(bào)告包括身體活動(dòng)記錄表和調(diào)查問卷。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是過程簡單，便于操作，成本較低。但是由于受試者存在著很強(qiáng)的主觀性等因素，此方法不能作為準(zhǔn)確測(cè)量能量代謝的方法。同時(shí)研究人員通過大樣本量的人群實(shí)驗(yàn)建立了基于性別、年齡、身高、體重的能量預(yù)測(cè)的代謝方程，通過計(jì)算能量代謝來應(yīng)用于很多領(lǐng)域人群的能量平衡控制，即通過計(jì)算能量消耗來估計(jì)能量需要，比如可以應(yīng)用于學(xué)校飲食制定、體重管控、住院患者的營養(yǎng)管控等。

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