人体能量代谢

“人体是一台‘机器’，可以释放食物‘燃料’中的化学能；这种‘燃料’就是碳水化合物、脂肪、蛋白质和酒精”（世界卫生组织）。

所列的任何来源的优先使用在能量交换量和相关代谢变化方面均具有不同的特点。

各类食物能量供应代谢来源的特点

指标	葡萄糖	棕榈酸酯	蛋白质
释放热量，千卡：
每1摩尔氧化	673	2398	475
每1克氧化	3.74	9.30	5.40
氧气消耗量：
蛾	66.0	23.0	5.1
左	134	515	114
二氧化碳生成：
蛾	66.0	16.0	4.1
左	134	358	92
ATP 产量，摩尔：	三十六	129	23
ATP 产品成本：
地狱	18.7	18.3	20.7
速度/天	3.72	3.99	4.96
标准/天	3.72	2.77	4.00
呼吸商	1.00	0.70	0.81
每使用1升氧气的能量当量	5.02	4.66	4.17

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能量交换阶段

尽管蛋白质、脂肪和碳水化合物结构的异化和合成各有其特征和特定形式，但这些不同物质的转化过程中存在一些基本共同的阶段和模式。根据代谢过程中释放的能量，能量代谢应分为三个主要阶段。

在第一阶段，大分子营养物质在胃肠道中分解成更小的分子。碳水化合物由3种己糖（葡萄糖、半乳糖、果糖）、蛋白质（20种氨基酸）、脂肪（甘油三酯）（甘油和脂肪酸）以及一些稀有糖（例如戊糖等）组成。据计算，人体一生中平均有17.5吨碳水化合物、2.5吨蛋白质和1.3吨脂肪通过人体。第一阶段释放的能量微乎其微，主要以热量的形式释放。因此，总能量的约0.6%是在多糖和蛋白质分解过程中释放的，而脂肪的0.14%是在它们完全分解成最终代谢产物的过程中释放的。因此，第一阶段化学反应的意义主要在于为实际释放能量做好准备。

在第二阶段，这些物质通过不完全燃烧进一步分解。这些过程的结果——不完全燃烧——似乎出乎意料。在25-30种物质中，除了二氧化碳和水之外，只形成了三种最终产物：α-酮戊二酸、草酰乙酸和以乙酰辅酶A形式存在的乙酸。从数量上看，乙酰辅酶A占主导地位。在第二阶段，营养物质中约30%的能量被释放。

在第三阶段，即所谓的克雷布斯三羧酸循环，第二阶段的三个最终产物被燃烧成二氧化碳和水。在此过程中，60-70% 的营养物质能量被释放。克雷布斯循环是碳水化合物、蛋白质和脂肪分解的最终路径。它就像一个交换的节点，各种结构的转化在此汇聚，合成反应在此相互转化。

与第一阶段（胃肠道中的水解阶段）不同，在物质分解的第二阶段和第三阶段，不仅释放能量，而且还会以特殊方式积累能量。

能量交换反应

能量守恒是通过将食物分解的能量转化为一种特殊形式的化学化合物（称为大能化合物）来实现的。这种化学能在体内的载体是各种磷化合物，其中磷酸残基的键就是大能键。

能量代谢的主要环节在于焦磷酸键，其结构类似于三磷酸腺苷。蛋白质、脂肪和碳水化合物分解时释放的能量中，60% 到 70% 的能量以这种化合物的形式被人体利用。能量的利用（以 ATP 形式氧化）具有重要的生物学意义，因为这种机制能够区分能量释放的地点和时间，以及器官功能期间能量的实际消耗。据计算，24 小时内体内生成和分解的 ATP 量约等于体重。ATP 转化为 ADP 会释放 41.84-50.2 kJ，或 10-12 kcal。

新陈代谢产生的能量用于基础代谢，即在20°C环境温度下完全静止状态下维持生命所需的能量，也用于生长发育（塑性代谢）、肌肉工作以及食物的消化吸收（食物的特殊动力作用）。成人和儿童新陈代谢产生的能量消耗存在差异。

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BX

和所有未发育成熟的哺乳动物一样，儿童的基础代谢在出生后 1.5 岁时会开始增加，然后绝对值会稳步增加，而每单位体重的基础代谢则同样有规律地减少。

基础代谢率的计算方法通常采用计算方法。公式通常针对身长或体重等指标。

使用体重计算基础代谢率（千卡/天）。粮农组织/世卫组织建议

年龄	男孩们	女孩们
0-2岁	60.9 R-54	61 R - 51
3-9岁	22.7 R + 495	22.5 R + 499
10-17 »	17.5 R +651	12.2 R +746
17-30»	15.3 R +679	14.7 R + 496

通过食物获得的总能量会被分配用于维持基础代谢、食物的特定动力作用、排泄相关的热量损失、身体（运动）活动和生长发育。在能量分配结构（即能量代谢）中，存在以下区别：

• （从食物中）获得的能量=储存的能量+使用的能量。
• 吸收的能量=接收的能量-随排泄物排出的能量。
• 代谢能量 = 接收的能量 - 维持（生命）和活动的能量，或“基本成本”。
• 主要成本的能量等于以下总和：
  • 基础代谢率；
  • 体温调节；
  • 食物的变暖效应（WEF）；
  • 活动成本；
  • 合成新组织的成本。
• 沉积能是指蛋白质和脂肪沉积所消耗的能量。糖原的沉积（1%）不计入，因为其沉积量微不足道。
• 储存的能量=代谢的能量-基本消耗的能量。
• 生长的能量消耗=新组织合成的能量+新组织沉积的能量。

年龄差异主要在于成长成本与活动成本（程度较小）之间的关系。

每日能量消耗分布的年龄相关特征（kcal/kg）

年龄	BX	舒张期发育障碍	排泄损失	活动	高度	全部的
过早	60	7	20	15	50	152
8周	55	7	11	17	20	110
10个月	55	7	11	17	20	110
4年	40	6	8	二十五	8-10	87-89
14岁	三十五	6	6	20	14	81
成人	二十五	6	6	10	0	四十七

正如你所见，对于低体重新生儿以及出生后第一年来说，生长成本非常显著。当然，这些成本在成年人身上根本不存在。即使在新生儿和婴儿时期，体力活动也会产生大量的能量消耗，其表现形式包括吸吮乳房、躁动不安、哭闹和尖叫。

当孩子焦躁不安时，能量消耗会增加20-60%，而尖叫时则会增加2-3倍。疾病本身也需要消耗能量。体温升高尤其会导致能量消耗增加（体温每升高1°C，新陈代谢就会增加10-16%）。

与成人不同，儿童在生长发育（塑性代谢）上消耗大量能量。目前已确定，每增加1克体重（即新组织），需要消耗约29.3千焦（约7千卡）的能量。以下估算更为准确：

• 生长的能量“成本”=合成的能量+新组织沉积的能量。

对于早产、低体重的婴儿，其合成能量为每增加1克体重1.3至5千焦（0.3至1.2千卡）。对于足月婴儿，其合成能量为每增加1克体重1.3千焦（0.3千卡）。

增长的总能源成本：

• 长达1年=每1克新组织21千焦（5千卡），
• 1年后=每1克新组织36.5-50.4 kJ（8.7-12 kcal），约占营养成分总能量的1%。

由于儿童不同时期的生长强度不同，塑性代谢在总能量消耗中的占比也不同。胎儿在宫内发育期生长最为活跃，此时人体胚胎的质量增加了1亿2000万倍（1.02 x 10^9）。在出生后的最初几个月，生长速度仍然保持相当高的水平，体重的显著增加就是明证。因此，在出生后3个月的儿童中，“塑性”代谢在能量消耗中的占比为46%，之后在出生后一年内有所下降，但从4岁开始，尤其是在青春期前，生长强度有所增加，这又体现在塑性代谢的增加上。6-12岁儿童平均有12%的能量需求用于生长发育。

增长的能源成本

年龄	体重，公斤	体重增加，克/天	能量 值， 千卡/天	能量 值， 千卡/（千克-天）	占基础代谢率的百分比
1个月	3.9	三十	146	三十七	71
3 »	5.8	二十八	136	23	41
6 »	8.0	20	126	16	二十八
1年	10.4	10	63	6	11
5年	17.6	5	三十二	2	4
14岁，女孩	47.5	18	113	2	8
16岁，男孩	54.0	18	113	2	7

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难以计算的能源消耗损失

难以解释的损失包括脂肪、消化液以及消化道壁和腺体分泌物随粪便、脱落的上皮细胞、脱落的皮肤、毛发、指甲覆盖细胞、汗液以及青春期女孩的月经血的损失。遗憾的是，儿童的这一问题几乎没有得到研究。据估计，一岁以上儿童的能量消耗约占8%。

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活动和维持体温的能量消耗

用于活动和维持体温的能量消耗份额会随着儿童年龄的增长而变化（5岁以后，这部分能量消耗被纳入肌肉活动的概念）。新生儿出生后30分钟内，体温会下降近2°C，这会导致大量的能量消耗。在幼儿时期，为了在低于临界温度（28...32°C）的环境温度下维持恒定的体温并进行活动，儿童的身体需要消耗200.8-418.4 kJ/(kg • day)或48-100 kcal/(kg • day)的能量。因此，随着年龄的增长，维持恒定体温和活动所需的绝对能量消耗也会增加。

然而，出生后一岁以内的儿童，体型越小，维持体温恒定的能量消耗占比就越低。之后，由于每公斤体重的体表面积再次减少，能量消耗再次下降。与此同时，一岁以上的儿童，当开始独立行走、跑步、进行体育锻炼或运动时，活动（肌肉活动）的能量消耗会增加。

体力活动的能量成本

机芯类型	卡路里/分钟
低速骑行	4.5
中速骑行	7.0
高速骑自行车	11.1
跳舞	3.3-7.7
足球	8.9
器械体操练习	3.5
短跑	13.3-16.8
长跑	10.6
溜冰	11.5
中速越野滑雪	10.8-15.9
以最高速度越野滑雪	18.6
游泳	11.0-14.0

对于6-12岁的儿童来说，体力活动所消耗的能量大约占能量需求的25%，而对于成年人来说，这一比例为1/3。

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食物的特定动力作用

食物的特定动力效应会根据饮食的性质而变化。富含蛋白质的食物对特定动力效应的影响更为显著，而富含脂肪和碳水化合物的食物则影响较小。对于2岁及以上的儿童，食物的特定动力效应为7-8%，对于年龄较大的儿童，则超过5%。

实施成本和克服压力

这是正常生命活动和能量消耗的自然规律。生活和社会适应、教育和运动，以及人际关系的建立——所有这些都可能伴随压力和额外的能量消耗。平均而言，这相当于每日能量“配给量”的10%左右。同时，在急性和严重的疾病或损伤中，压力消耗水平可能会显著增加，这需要在计算食物配给量时予以考虑。

下面给出了压力期间能量需求增加的数据。

州	能量 需求的变化
烧伤程度取决于体表烧伤的百分比	+ 30...70％
多处损伤伴机械通气	+ 20...30％
严重感染和多发性创伤	+ 10...20%
术后时期、轻度感染、骨折	0...+ 10%

持续的能量失衡（过量或不足）会导致体重和身长在所有发育和生物年龄指标上发生变化。即使轻度的能量不足（4-5%）也会导致儿童发育迟缓。因此，食物能量供应是确保充分生长发育的最重要条件之一。必须定期计算食物能量供应。对于大多数儿童，每日膳食总能量的建议值可作为分析的基准；对于某些有特殊健康状况或生活条件的儿童，则需要根据所有能量消耗成分的总和进行个体化计算。以下能量消耗计算方法可作为使用一般年龄供应标准以及对这些标准进行个体化修正的可能性的示例。

基础代谢率的计算方法

最多 3 年	3-10年	10-18岁
男孩们
X = 0.249 千克 - 0.127	X = 0.095 千克 + 2.110	X = 0.074 千克 + 2.754
女孩们
X = 0.244 公斤 - 0.130	X = 0.085 千克 + 2.033	X = 0.056 千克 + 2.898

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额外费用

损伤补偿 - 基础代谢率乘以：小手术 - 乘以 1.2；骨骼创伤 - 乘以 1.35；败血症 - 乘以 1.6；烧伤 - 乘以 2.1。

食物的特定动力作用：基础代谢率+10％。

体力活动：卧床+基础代谢率的10%；坐在椅子上+基础代谢率的20%；住在病房里的病人+基础代谢率的30%。

发烧的代价：体温平均每日每升高1℃，基础代谢率就会+10-12%。

体重增加：每周最多 1 公斤 + 每天 1260 kJ（300 kcal）。

人们普遍认为，应该为人群制定一些与年龄相关的能量供应标准。许多国家都有这样的标准。所有有组织群体的口粮配给都以此标准为基础制定。个人口粮配给也需根据这些标准进行核对。

11岁以下儿童营养能量值建议

	0-2个月	3-5个月	6-11个月	1-3年	3-7岁	7-10年
总能量，千卡	-	-	-	1540	1970	2300
能量，千卡/千克	115	115	110	-	-	-

能量标准化建议（kcal/(kg•day)）

年龄，月数	粮农组织/世卫组织（1985年）	联合国（1996年）
0-1	124	107
1-2	116	109
2-3	109	111
3^	103	101
4-10	95-99	100
10-12	100-104	109
12-24	105	90

能量代谢的计算和校正旨在消除主要能量载体（主要是碳水化合物和脂肪）的不足。同时，只有在考虑并校正多种基本必需的微量营养素的补充的情况下，才能将这些载体用于特定目的。因此，处方钾、磷酸盐、B族维生素（尤其是硫胺素和核黄素）、有时还包括肉碱、抗氧化剂等尤为重要。不遵守这些条件可能会导致与生命不相容的状况，而这些状况恰恰是由强化能量营养（尤其是肠外营养）引起的。