一、能量代謝的測定原理

機(jī)體的能量代謝水平通常用能量代謝率作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即測定機(jī)體在單位時(shí)間內(nèi)消耗能量。根據(jù)能量守恒定律，在整個(gè)能量轉(zhuǎn)化過程中，機(jī)體消耗的蘊(yùn)藏于能源物質(zhì)中的化學(xué)能和最終轉(zhuǎn)化的熱能及所做的外功按能量來折算是完全相等的。因此，機(jī)體的能量代謝率可通過測定在一定時(shí)間內(nèi)所消耗的營養(yǎng)物質(zhì)量，然后，按照營養(yǎng)物質(zhì)的熱價(jià)計(jì)算出它們所包含的能量；也可通過測定機(jī)體在一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量與所做的外功量。但實(shí)際上很難測定機(jī)體消耗的營養(yǎng)物質(zhì)的量，故通常采用簡潔的方法來推算，即通過測定在一定時(shí)間內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)代謝所消耗的氧量和二氧化碳量，推算出營養(yǎng)物質(zhì)的消耗量，并計(jì)算產(chǎn)出熱量，這樣就能得到機(jī)體的能量代謝率。

二、能量代謝的測定方法

1.直接測熱法 是直接測定受試者安靜狀態(tài)下在一定時(shí)間內(nèi)的散熱量的方法。測定時(shí)讓受試者居于一個(gè)特殊的隔熱小室內(nèi)并保持安靜狀態(tài)，通過測定一定時(shí)間內(nèi)流經(jīng)隔熱室的水溫變化及水的流量，計(jì)算出受試者單位時(shí)間內(nèi)發(fā)散的總熱量。這種方法主要用于科學(xué)研究。

2.間接測熱法 是根據(jù)受試者安靜狀態(tài)下一定時(shí)間內(nèi)的耗氧量和二氧化碳產(chǎn)生量，推算消耗的能源物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算出產(chǎn)熱量的方法。

利用間接測熱法測算單位時(shí)間內(nèi)機(jī)體產(chǎn)熱量需要應(yīng)用一下幾個(gè)基本概念和數(shù)據(jù)

食物的熱價(jià)：1g某種食物氧化時(shí)所釋放的能量，成為這種食物的熱價(jià)。食物熱價(jià)通常用焦耳（J）作為劑量單位。食物的熱價(jià)分為生物熱價(jià)和物理熱價(jià)，分別是指食物在體內(nèi)氧化和體外燃燒時(shí)釋放的能量。糖和脂肪的生物熱價(jià)和物理熱價(jià)相同，蛋白質(zhì)則不同，這是由于蛋白質(zhì)在體內(nèi)不能完全被氧化，部分代謝產(chǎn)物以尿素、尿酸和肌酐等形式從尿中排出，還有少量含氮產(chǎn)物在糞便中排出，因而其生物熱價(jià)小于物理熱價(jià)。

食物的氧熱價(jià)：某種食物氧化消耗1L氧所產(chǎn)生的熱量，稱為這種食物的氧熱價(jià)。

呼吸商：營養(yǎng)物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行氧化供能的過程中，需要消耗氧，并產(chǎn)生二氧化碳。將機(jī)體在一定時(shí)間內(nèi)呼出的二氧化碳與吸入氧量的比值，稱為呼吸商（RQ）RQ=二氧化碳產(chǎn)生量（mol）/氧消耗量（mol）=二氧化碳產(chǎn)生量（ml）/氧消耗量（ml）

由于葡萄糖氧化時(shí)，產(chǎn)生的二氧化碳量與消耗的氧量是相等的，所以糖氧化時(shí)呼吸商為1.00。蛋白質(zhì)和脂肪氧化時(shí)的呼吸商分別為0.80和0.71。如果某人的呼吸商接近于1.00，說明此人在這段時(shí)間內(nèi)所利用的能量主要來自糖的氧化。在糖尿病患者，因葡萄糖利用發(fā)生障礙，機(jī)體主要依靠脂肪代謝供能，因此呼吸商偏低，接近于0.71。在長期饑餓的情況下，人體的能量主要來自自身蛋白質(zhì)的分解，故呼吸商接近于0.80。正常人進(jìn)食混合食物時(shí)，呼吸商在0.85左右。

體內(nèi)能量主要來自糖和脂肪的氧化，若將蛋白質(zhì)的代謝量忽略不計(jì)，由糖和脂肪氧化時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳量和消耗的氧量的比值稱為非蛋白呼吸商（NPRQ）。

應(yīng)用間接測熱法測定受試者的能量代謝水平簡單易行，常被用于指導(dǎo)健康運(yùn)動(dòng)及作為臨床上對重癥患者制定營養(yǎng)支持計(jì)劃的依據(jù)。

（1）間接測熱法的步驟：

1）蛋白質(zhì)氧化的產(chǎn)熱量：首先測定機(jī)體在一定時(shí)間內(nèi)的尿氮排出量。蛋白質(zhì)的氮量一般為16%，即在體內(nèi)氧化1g蛋白質(zhì)可生產(chǎn)約0.16g的尿氮。將測出的尿氮量。根據(jù)蛋白質(zhì)的生物熱價(jià)，就可以計(jì)算出蛋白質(zhì)氧化的產(chǎn)熱量。

2）非蛋白物質(zhì)氧化的產(chǎn)熱量：先測定機(jī)體在一定時(shí)間內(nèi)的總的耗氧量和總的二氧化碳產(chǎn)生量。根據(jù)每克蛋白質(zhì)氧化時(shí)產(chǎn)生的耗氧量和二氧化碳產(chǎn)生量，可算出受試者在這段時(shí)間內(nèi)用于蛋白質(zhì)氧化的耗氧量和二氧化碳產(chǎn)生量。然后，分別從總量中減去該值，便獲得非蛋白物質(zhì)氧化時(shí)的耗氧量和二氧化碳產(chǎn)生量，由此求得非蛋白呼吸商（NPRQ）。

3）總產(chǎn)熱量：將蛋白質(zhì)氧化的產(chǎn)熱量與非蛋白質(zhì)物質(zhì)氧化的產(chǎn)熱量相加，即可計(jì)算出機(jī)體在一定時(shí)間內(nèi)的總產(chǎn)熱量，即能量代謝率。

上述的測算方法較為繁瑣，在臨床、運(yùn)動(dòng)生理及勞動(dòng)衛(wèi)生工作實(shí)踐中，能量代謝率的測定常采用兩種簡化方法：一種方法是將蛋白質(zhì)的氧化量忽略不計(jì)，將測得的一定時(shí)間內(nèi)的耗氧量和二氧化碳產(chǎn)生量所求得的呼吸商視為非蛋白呼吸商，經(jīng)查表得到相對應(yīng)的氧熱價(jià)，耗氧量與氧熱價(jià)相乘，便可計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)熱量。另一種變?yōu)楹啽愕姆椒ㄊ莾H測定一定時(shí)間內(nèi)的耗氧量，根據(jù)國人統(tǒng)計(jì)資料，將受試者食用混合膳食時(shí)的非蛋白呼吸商視為0.82，與此相對應(yīng)的熱氧化價(jià)則為20.20KJ/L，用測定的一定時(shí)間內(nèi)的耗氧量直接乘以20.20KJ/L，即可得出這段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)熱量。

（2）測定機(jī)體耗氧量和二氧化碳產(chǎn)生量的方法

1）開放式測定法：即氣體分析法，該方法一般是讓受試者自然呼吸空氣，收集受試者一定時(shí)間內(nèi)的呼出氣，通過氣體檢測儀測出呼出氣量，并分析呼出氣中氧和二氧化碳的容積百分比。

2）閉合式測定法：傳統(tǒng)測定方法是用肺量計(jì)來測定耗氧量及二氧化碳產(chǎn)生量，該裝置的結(jié)構(gòu)與原理，在肺量計(jì)上部的氣缸內(nèi)充有一定量的氧氣，讓受試者通過呼吸口瓣吸入裝置中的氧氣，呼出氣中的二氧化碳和水則被氣體回路中的吸收劑吸收。記錄裝置與氣缸上蓋相連，呼吸過程中肺量計(jì)內(nèi)氣體容積改變可引起上蓋移動(dòng)，吸氣時(shí)上蓋下降，呼氣時(shí)上蓋上升，由此記錄出呼吸曲線。

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