機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)是機體的主要能源。機體內(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，它對生命存活起了一系列重要的作用，如體內(nèi)細胞功能、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)處于非活動狀態(tài)，需要至少隔夜12個小時禁食），正常呼吸并完全放松（平躺，沒有任何外部肌肉運動）時人體每分鐘消耗的能量。

機體各種能源物質(zhì)在體內(nèi)氧化時所釋放的能量，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)。機體的組織細胞進行各種功能活動時，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，ATP會將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給肌酸，生成CP。將能量貯存起來；反之，當(dāng)組織細胞耗能增加，ATP濃度降低時，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?？偰芰科胶鈺r，能量攝入（比如飲食攝入）和能量消耗（總能量消耗）達到平衡，人體處在一個穩(wěn)定的狀態(tài)，即可以滿足能量消耗的補給的需要。能量平衡是一種動態(tài)平衡。然而能量失衡時，比如能量攝入過多，會導(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。另外很多疾病會影響機體的能量代謝，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?？ê徒苟g的換算關(guān)系是：1cal=4.187J或1J=0.23885cal。

能量代謝的測量方法有很多，比如直接測熱法、間接測熱法、雙標(biāo)水法、心率檢測法、運動傳感器法、自我報告法等。

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

間接測熱法是通過測量氧氣消耗量以及二氧化碳產(chǎn)生量來計算能量消耗。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，從而計算能量消耗。這種方法的優(yōu)點在于受試者在艙內(nèi)可以自由活動，并且提供了一個不受外界環(huán)境干擾的穩(wěn)定的測試環(huán)境。間接熱量測試方法被認為是精度比較高的測試方法。通常情況下間接熱量測試法用于評定其它測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算能量消耗。這種方法的優(yōu)點是無創(chuàng)，準(zhǔn)確度和精確度高，但其缺點是價格昂貴而且難以獲得能量消耗以及身體活動的模式。

心率檢測法的原理是在有氧運動范圍內(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)點是操作簡單，價格低廉。但是所確立的心率和氧氣消耗關(guān)系個體性較強，不具有普遍性。

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

自我報告包括身體活動記錄表和調(diào)查問卷。這種方法的優(yōu)點是過程簡單，便于操作，成本較低。但是由于受試者存在著很強的主觀性等因素，此方法不能作為準(zhǔn)確測量能量代謝的方法。同時研究人員通過大樣本量的人群實驗建立了基于性別、年齡、身高、體重的能量預(yù)測的代謝方程，通過計算能量代謝來應(yīng)用于很多領(lǐng)域人群的能量平衡控制，即通過計算能量消耗來估計能量需要，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。

[1] Ravussin E, Bogardus C. Relationship of genetics, age, and physical fitness to daily energy expenditure and fuel utilization. Am J ClinNutr, 1989, 49(5): 968-975.

[2] Human Energy Requirements: Report of a Joint FAO/WHO/UNU Expert Consultation : Rome, 17-24 October 2001.

[3] Zhang, K., Sun, M., Werner, P., Kovera, A. J., Albu, J., Pi-Sunyer, F. X., & Boozer, C. N. Sleeping metabolic rate in relation to body mass index and body composition. International journal of obesity and related metabolic disorders: journal of the International Association for the Study of Obesity, 2002, 26(3): 376-383.

[4] Case K O, Brahler C J, HEISS C. Resting energy expenditures in Asian women measured by indirect calorimetry are lower than expenditures calculated from prediction equations. Journal of the American Dietetic Association, 1997, 97(11): 1288-1292.

[5] Brychta R, Wohlers E, Moon J, et al. Energy expenditure: measurement of human metabolism. Engineering in Medicine and Biology Magazine, IEEE, 2010, 29(1): 42-47.

[6] Keim N L, Blanton C A, Kretsch M J. America’s obesity epidemic: measuring physical activity to promote an active lifestyle. Journal of the American Dietetic Association, 2004, 104(9): 1398-1409.

[7] Sabounchi N S, Rahmandad H, Ammerman A. Best-fitting prediction equations for basal metabolic rate: informing obesity interventions in diverse populations. International Journal of Obesity, 2013.

[8] 朱文玉主編. 醫(yī)學(xué)生理學(xué). 第2版. 北京：北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社，2009.

相關(guān)知識

能量代謝和體溫
新陳代謝秘籍：探索能量與健康的關(guān)系，提升代謝速度
人體新陳代謝！解讀能量與健康的奧秘！如何加速新陳代謝？
促進能量代謝的運動營養(yǎng)補充劑
怎樣調(diào)代謝功能
食物營養(yǎng)與健康能量代謝與糖尿病.ppt
如何增加代謝能力？
怎樣提高代謝能力
什么是基礎(chǔ)代謝率？基礎(chǔ)代謝率還能減肥？6個方法，提高代謝率
怎么提高代謝功能

網(wǎng)址: 能量代謝 http://www.u1s5d6.cn/newsview320988.html