機(jī)體進(jìn)行各種生命活動(dòng)所消耗的能量，最終都轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)到體外（肌肉收縮所做的外功也可折算為熱能）。機(jī)體的能量代謝也遵循熱力學(xué)第一定律，所有形式的能量（動(dòng)能、熱能、電能和化學(xué)能）在由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式的過(guò)程中既不增加，也不減少，即能量是守恒的。即機(jī)體所利用的食物中的化學(xué)能，與最終轉(zhuǎn)化成的熱能加上所做的外功，按能量來(lái)折算是完全相等的。因此，測(cè)定機(jī)體在一定時(shí)間內(nèi)所散發(fā)的總熱量加外功折合的熱量，就可以測(cè)算出人體在同一時(shí)間內(nèi)的耗能量。

（一）能量代謝測(cè)定的方法

測(cè)定人體單位時(shí)間內(nèi)放散的總熱量有兩種方法：直接測(cè)熱法和間接測(cè)熱法。直接測(cè)熱法設(shè)備結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜，不便于臨床應(yīng)用，現(xiàn)已被間接測(cè)熱法代替。以下僅簡(jiǎn)單介紹間接測(cè)熱法的一般原理和基本概念。

間接測(cè)熱法的基本原理：

在一般化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物的量與產(chǎn)物量之間呈一定的比例關(guān)系，這就是定比定律。例如，氧化1mol葡萄糖，需要6molO2，同時(shí)產(chǎn)生6molCO2和6molH2O，并釋放一定量的能（△H）。下列反應(yīng)式表明了這種關(guān)系：

同一種化學(xué)反應(yīng)，不論經(jīng)過(guò)什么樣的中間步驟，也不論反應(yīng)條件差異多大，這種定比關(guān)系仍然不變。例如，在人體內(nèi)氧化1mol葡萄糖，同在體外氧化燃燒1mol葡萄糖一樣，都要消耗6molCO2和6molH2O，而且產(chǎn)生的熱量也相等。一般化學(xué)反應(yīng)的這種基本規(guī)律也見(jiàn)于人體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化供能的反應(yīng)，所以它成了能量代謝間接測(cè)熱法的重要依據(jù)。間接測(cè)熱法是據(jù)此而設(shè)計(jì)的一種方法，它先是測(cè)定人體在一定時(shí)間內(nèi)耗O2量和CO2產(chǎn)生量，再間接推算出各類食物的氧化量和產(chǎn)熱量，從而計(jì)算出機(jī)體的能量代謝率（單位時(shí)間內(nèi)所消耗的能量）。

測(cè)定耗O2量和CO2產(chǎn)生量的方法有兩種，一種是開(kāi)放式測(cè)定法（氣體分析法），此法是在機(jī)體呼吸空氣的條件下測(cè)定耗O2量和CO2產(chǎn)量的方法，適用于測(cè)定活動(dòng)時(shí)的能量代謝率。另一種是閉合式測(cè)定法，此法是讓受試者不斷地從閉合的測(cè)定裝置中攝取O2，根據(jù)裝置中O2量的減少算出被測(cè)試者在單位時(shí)間內(nèi)的耗O2量。CO2的呼出量則由裝在氣體回路中的吸收劑吸收，根據(jù)實(shí)驗(yàn)前后吸收劑的重量差可算出單位時(shí)間內(nèi)CO2的產(chǎn)量。此法一般采用代謝率測(cè)定儀來(lái)測(cè)定（圖9-3），適用于測(cè)定平靜狀態(tài)下的代謝率。

圖9-3　代謝率測(cè)定儀

（二）與能量代謝測(cè)定有關(guān)的幾個(gè)概念

間接測(cè)熱法是依據(jù)單位時(shí)間的耗O2量和CO2的產(chǎn)量，推算出各種食物的消耗量和產(chǎn)熱量的過(guò)程。由于食物的結(jié)構(gòu)不同，氧化時(shí)所產(chǎn)生的熱量和O2耗量也不同，因此，必須掌握以下幾個(gè)概念。

1．食物的熱價(jià)　1g食物被氧化時(shí)釋放出的熱量稱為食物的熱價(jià)，也稱卡價(jià)?？煞譃槲锢頍醿r(jià)和生物熱價(jià)。它們分別指食物在體外燃燒和體內(nèi)氧化時(shí)釋放出來(lái)的熱量。三種主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的熱價(jià)見(jiàn)表9-2。從表中可以看出，只有蛋白質(zhì)的生物熱價(jià)則小于它的物理熱價(jià)。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)在體內(nèi)不能被徹底氧化分解，它有一部分主要以代謝終產(chǎn)物尿素的形式排出體外。食物的熱價(jià)是間接測(cè)定能量代謝的基礎(chǔ)，而且為合理配置飲食提供科學(xué)依據(jù)。

表9-2　三種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化時(shí)的幾種數(shù)據(jù)

＊營(yíng)養(yǎng)學(xué)中常用該數(shù)計(jì)算食物的熱價(jià)

2．食物的氧熱價(jià)　某種食物氧化時(shí)，每消耗1LO2所產(chǎn)生熱量稱為該種食物的氧熱價(jià)。三種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的氧熱價(jià)見(jiàn)表9-2。氧熱價(jià)是用耗O2量推算產(chǎn)熱量的基礎(chǔ)。而要通過(guò)耗O2量推算產(chǎn)熱量，必須了解在一定時(shí)間人體氧化分解三種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)各占多少，才能計(jì)算產(chǎn)熱量，呼吸商正是為解決這一問(wèn)題而提出來(lái)的。

3．呼吸商　機(jī)體通過(guò)呼吸外界環(huán)境中的O2，以滿足生理活動(dòng)的需要，同時(shí)將所產(chǎn)生的CO2呼出體外。生理學(xué)上把氧化某種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)，同一時(shí)間內(nèi)CO2的產(chǎn)生量與O2的消耗量的比值（CO2／O2）稱為該物質(zhì)的呼吸商（respiratory quotient，RQ）。即

由于各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的碳、氧含量不同，在體內(nèi)氧化分解時(shí)CO2的產(chǎn)量和耗O2量也不同，故RQ也各不相同。

葡萄糖氧化時(shí)所產(chǎn)生的CO2的量和所消耗的O2量是相等的，所以糖的呼吸商為1．0；脂肪的呼吸商為0．71；而蛋白質(zhì)類由于分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它的呼吸商較難測(cè)定。通過(guò)間接計(jì)算，蛋白質(zhì)的呼吸商為0．80。由于正常人體內(nèi)蛋白質(zhì)并不是主要的供能物質(zhì)，用于氧化的蛋白質(zhì)數(shù)量極少，因此，蛋白質(zhì)氧化的產(chǎn)熱量可以忽略不計(jì)，除去蛋白質(zhì)之后所得的、糖和脂肪混合氧化時(shí)的呼吸商，稱為非蛋白呼吸商。

在人的日常生活中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不是單純的，而是糖、脂肪和蛋白質(zhì)混合而成的（混合膳食）。所以，呼吸商常變動(dòng)于0．71～1．00之間。人體在特定時(shí)間內(nèi)的呼吸商要看哪種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是當(dāng)時(shí)的主要能量來(lái)源而定。若能源主要是糖類，則呼吸商接近于1．00；反之；糖尿病患者，因葡萄糖利用障礙，主要依靠脂肪供能，其呼吸商偏低，可接近于0．7；在長(zhǎng)期病理性饑餓情況下，能源主要來(lái)自機(jī)體本身的蛋白質(zhì)和脂肪，則呼吸商接近于0．80（表9-3）。一般情況下，攝取混合食物時(shí)，呼吸商常在0．82左右。

通過(guò)測(cè)定綜合呼吸商，可大致估計(jì)在某一段時(shí)間內(nèi)人體氧化營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要種類和大致比例，從而可以計(jì)算出相應(yīng)的氧熱價(jià)，根據(jù)氧熱價(jià)，就可以計(jì)算出這一時(shí)間的產(chǎn)熱量，從而可推測(cè)人體在這一時(shí)間內(nèi)的能量代謝強(qiáng)度。

（三）能量代謝的簡(jiǎn)化測(cè)算

間接測(cè)熱法理論上的測(cè)算程序繁瑣，在這里不做介紹。在臨床和勞動(dòng)衛(wèi)生工作實(shí)踐中，通常采用簡(jiǎn)便的計(jì)算方法。簡(jiǎn)化法是利用非蛋白呼吸商來(lái)計(jì)算能量代謝。如果不考慮蛋白質(zhì)代謝部分對(duì)所測(cè)的混合呼吸商的影響，可將所測(cè)定的綜合呼吸商認(rèn)為是非蛋白呼吸商。從表9-3中查出其對(duì)應(yīng)的氧熱價(jià)，再以此氧熱價(jià)的數(shù)值乘以耗O2量即可得出該時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)熱量。

在臨床工作中將此方法進(jìn)一步簡(jiǎn)化，規(guī)定一般進(jìn)食混合食物的人，其呼吸商為0．82，從表9-3中查出其氧熱價(jià)為20．19kJ，這樣，只需要測(cè)出受試者一定時(shí)間內(nèi)的耗O2量，即可按下列算式算出該時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)熱量：

產(chǎn)熱量＝耗氧量（L）×20．195（kJ）

實(shí)踐證明這種方法所測(cè)得的結(jié)果與間接測(cè)定方法的理論測(cè)算值近似，在臨床實(shí)用上是可靠的。

表9-3　非蛋白呼吸商和氧熱價(jià)