一、能量：維持生命的燃料

人體為了生長、勞動和疾病后的迅速康復，必需不斷地從食物中獲取能量以滿足機體的能量所需。食物主要由所含碳水化合物、脂肪和蛋白質在體內通過生物氧化提供能量，這就是三大營養素的共同作用。當然蛋白質、脂肪和碳水化合物三種產生能量的營養素還有它各自的一些功能。這在以后的章節中分別介紹。健康的成年人能量的攝入量與消耗量應當保持平衡或攝入略多于消耗。如果長期能量攝入量過多，就可能引起肥胖，相反則可能引起消瘦。肥胖和消瘦對健康都是有損害的。對能量營養狀況的評價就是研究機體在不同生理情況、不同生活環境和勞動條件下能量的攝入量與消耗量之間的平衡關系，以及各種營養素占總能量的適宜百分比。

1、能量平衡的調節

能量平衡是制定能量供給量的理論基礎。聯合國糧農組織／世界衛生組織／聯合國大學（FAO／wHO／UNu）專家委員會1985年的報告提出的能量需要量定義是：從食物供給的能量可平衡有一定身體大小，有一定體力活動，并且長期健康良好的人體的能量消耗。在兒童、孕婦和乳母，能量需要量還應包括組織生成和分泌乳汁的能量需要。因此，能量需要量是以滿足人體能量消耗為目的，以維持能量平衡為目標。故近年來能量平衡成為營養學領域研究較多的課題，并指導其能量需要量的修訂。

能量平衡的調節主要包含營養素攝入和能量消耗，二者相互作用的結果決定了體內能量的平衡與否。根據能量不滅定律，每日攝入的能量未被消化吸收的，則隨糞便排出體外，吸收的能日常生活的最佳健康幫手量有少量作為蛋白質代謝產物從尿中排出，其余的或進入代謝，或儲存于組織，成為蛋白質、脂肪或糖原。吸收的能量在體內用于許多化學過程，如維持肌肉張力和身體的基礎需要以及各種體力活動。并且將多余的能量儲存起來。現舉例如下（以每天計算）：

攝入能量為2600千卡（10．88兆焦耳）。

糞便丟失能量為104千卡（0．44兆焦耳）。

吸收的能量為2496千卡（10．44兆焦耳）。

尿中丟失能量為130千卡（0．54兆焦耳）。

可用于代謝或儲存的能量2366千卡（9．90兆焦耳）。

身體儲存的能量，成年男子大約為：糖原1820千卡（7．61兆焦耳）；可動用蛋白質19600千卡（82．01兆焦耳）；甘油三酯112330千卡（469．99兆焦耳）。體內儲存的這部分能量，以脂肪量最多。正常人儲存的能量大約相當于每日所需能量的60倍。如果能量攝入暫時低于消耗，即從儲存的能量中取用。1千克體內脂肪可滿足饑餓3～4天的能量消耗。

人體通過代謝生熱而消耗掉的能量，有以下四部分。

（1）安靜代謝消耗（REE）。這是維持身體正常功能和穩態的能量消耗。約占總能量消耗的60％～75％，它是總能量消耗的主要部分。

（2）食物特殊動力作用。它是由于攝入食物在消化、吸收、運轉、代謝和儲存過程中所需要的能量。約占總能量消耗的10％。也有人稱它為食物熱效應，它在餐后1小時達到最高，4小時后消失。任何來源的能量攝入均會產生食物熱效應，而蛋白質最高。這是一個重要的研究領域，對能量平衡的調節有一定的作用。

（3）體力活動時的能量消耗。它視體力活動多少而定，不同體力活動人群差異很大。隨著節省勞動力的機械化程度的增高，職業性能量消耗及不同職業間能量消耗差異逐步會縮小。在同一職業人群中，由于人們對保健性體育活動認識不同，也顯現一定的差異。以中等勞動的成年男子每天消耗2600千卡（10．88兆焦耳）為例，用于體力活動的能量約占30％，即每天780千卡（3．2兆焦耳）。1985年wHO提出用體力活動比來表示體力活動的能量需要，體力活動比為體力活動消耗的能量除以基礎代謝率（BMR）。

（4）適用性生熱作用。它主要是對環境應激適應的BMR的改變，一般不超過總能量消耗的±10％～15％，但它對于能量平衡和長期體重變化有重要作用。其機制不完全清楚，部分與自主神經系統、兒茶酚胺、甲狀腺素與胰島素有關。生化變化影響氧化磷酸化效率以及蛋白質合成和分解率的變化。它還可影響鈉鉀泵的活性。

總之，人體攝入恒定的食物，維持相同體重和完成同類型的體力活動，則24小時的總能量消耗是固定的，反復測定變動在2％以內。攝入量短期波動對能量消耗影響較小。故制定能量需要量須較長期的觀察。提示長期的體重平衡說明其能量的攝入與消耗大致是相等的。可根據這個道理，較長期觀察其體重，了解其能量攝入量，也就可知道其能量消耗量了。

2、對能量代謝的適應

許多事實證明，人體對能量消耗有一種適應能力。對食物和營養素攝入量的變化，人體逐漸達到一種新的或不同的穩定狀態的過程。這種穩定狀態是相對的，使其相對穩定，基本有三類，即生物遺傳的、生化代謝的和社會行為的。例如減少體力活動量，或改變能量傳導效率來適應代謝。通過這些來維持體內的潛在能量趨于穩定狀態。

代謝適應引起許多學者的興趣，因方法條件不同，結果并不能得出一致的結論。但代謝適應的概念已被多數人重視，并具體運用于公共營養的研究中。第5次世界食物調查指出，在發展中國家的人群中，代謝適應可能在15％。

3、影響能量需要量的因素

能量需要量是營養學中首先需要考慮的項目。因能量不僅是維持人體生命活動的基本因素，而且對其他營養素的需要量有很大影響。FAO／WHO曾先后多次組織專家就能量與蛋白質需要量進行討論。現一致認為能量供給不宜高出其消耗量，否則過高的能量將導致肥胖等一系列對健康有害的影響。然而其他營養素常常需要有一個安全水平，以保證攝入量能滿足機體之需而略有節余。機體對能量的要求，除了一定的總熱量外，還有蛋白質、脂肪、碳水化合物的比例問題（因這3種熱源質各有不同的生理功能），所以在提供熱源質時，必須考慮以下各種因素。

（1）勞動強度

1989年中國營養學會推薦的每日膳食中營養素供給量的說明中指出，由于現代生產工具的不斷革新和機械化、自動化程度的日益提高，確切地劃分勞動強度等級比較困難。但大致可分為5級。

①極輕勞動：以坐著為主的工作。如辦公室工作、組裝和修理收音機與鐘表等工作，業余可有一定的文體活動。

②輕勞動：以站著或少量走動為主的工作。如店員售貨、一般實驗室操作、教員講課等。

③中等勞動：如學生日常活動、機動車駕駛、電工安裝、金屬切削等。

④重勞動：如非機械化農業勞動、煉鋼、舞蹈、體育運動等。

⑤極重勞動：如非機械化的裝卸、伐木、采礦等勞動。

（2）牛理狀況

兒童和青少年正在生長發育時期，身高、體重及活動量都不斷增加，能量需要量也逐漸增大。中年以后，基礎代謝率逐漸下降，活動量也逐漸減少，故能量需要也適當降低。孕婦和乳母的能量需要量應在其當時的勞動情況下適當增加。孕婦增加200千卡（0．84兆焦耳），以保證胎兒正常發育之需。乳母所增加的能量是補償分泌乳汁所消耗的能量，規定增加800千卡（3．35兆焦耳）。

（3）氣候條件

由于衣著和居住條件的改善，一般認為氣候對人體能量需要的影響不大，只有較長時期地處于寒冷和酷熱氣候中才需要作適當調整。

（4）體型

體型不同的人，其基礎代謝率不同；同時，活動時相應地要增加其能量消耗。為了避免超重（肥胖）或低重（過瘦）的偏差，應在一定身高時的體重正常與否為準。我國18～45歲成年男子與女子的體重參考值分別為63千克和53千克（各國不同的人群的標準體重是各不相同的）。

（5）疾病因素

發熱、失血、嚴重感染、敗血癥、消耗性疾病及創傷、燒傷和手術等病人，都需適當地增加能量的供給。臨床病人能量的供給很重要，但準確的估量卻很困難。人體能量代謝與氮代謝關系密切，因此，臨床上病人的能量供給量主要是參考病人蛋白質的需要量，即在滿足病人蛋白質需要的情況下，供給的能量應使病人維持氮平衡或正氮平衡。

人類需要各種食物來滿足能量的需要，產生能量的蛋白質、脂肪和碳水化合物之間應有一個適當的比例。蛋白質提供的能量應占總能量的11％～13％，脂肪占25％～30％，其余則可由碳水化合物供應，約占55％～65％。

我國對軍人膳食對優質蛋白作了規定，陸軍動物蛋白及大豆蛋白應占攝入蛋白質總量的30％～50％，而海、空軍動物蛋白質應占攝入蛋白質總量的30％～50％。植物性來源的脂肪不得低于總脂肪攝入量的50％。海、空軍膳食中蔗糖能量不得超過總能量攝入量的10％。

4、能量單位及換算系數

人體所需能量國際上用焦耳（J）為單位。常用焦耳1000倍，稱千焦耳（KJ）。但營養學上，還嫌千焦耳較小。有用J×10（6上標）表示，稱為兆焦耳（MJ）。營養學上習慣用千卡（kcal）表示。1千卡能使1升15℃純水升至16℃時所吸收的能量。它們的換算關系如下：

1卡=4．184千焦耳，1千焦耳=0．239千卡

食物中所含碳水化合物、脂肪及蛋白質在彈式熱量計中燃燒時，每克分別產生能量平均值：

碳水化合物：4．1千卡（17．15千焦耳）

脂肪：9．45千卡（39．54千焦耳）

蛋白質：5．65千卡（23．64千焦耳）

碳水化合物和脂肪在體內能被完全氧化，所產生的能量與彈式熱量計所測得者完全相同。蛋白質在體內不能完全被氧化，從尿中排出的蛋白質最終代謝物為尿素、肌酐、尿酸等。由1克蛋白質所產生的這些代謝產物在彈式熱量計中燃燒時，尚可平均產生1．3千卡（5．44千焦耳）的能量。此外，在消化過程中，還有消化率的影響。碳水化合物、脂肪及蛋白質的消化率分別為98％、95％及92％。故它們在體內產生的能量分別是：

碳水化合物：0．98×4．1=4千卡（16．8千焦耳）

脂肪：0．95×9．45=9千卡（37．6千焦耳）

蛋白質：0．92×（5．65-1．3）=4千卡（16．8千焦耳）

在體內每克碳水化合物、脂肪及蛋白質產生能量的系數分別為4、9、4。

二、蛋白質與氨基酸：打造人體的材料

蛋白質是已知營養素中較為重要的一類營養素，它是由許多氨基酸組成的大分子物質，既是構成身體組成的重要成分，又能做為能源物質向機體提供能量。組成蛋白質的元素除碳、氫、氧、氮外，還有硫和磷。食物中除蛋白質能產生能量外，還有碳水化合物和脂肪也能產生能量，而后兩者是主要的供能物質。碳水化合物和脂肪分子中僅含有碳、氫、氧，并不含有氮，故蛋白質是人體氮的主要來源。蛋白質的生理功能總是和各種生命活動聯系著，它參與機體各種代謝，具有廣泛的生理作用。如蛋白質與核糖核酸是遺傳信息和代謝過程中的重要物質。再如激素、酶、免疫物質和載體蛋白均與蛋白質關系密切。由于氨基酸的種類、數量、排列不同，構成了機體中各種各樣的蛋白質，這些蛋白質各有其不同的功能，在身體中發揮著各種作用。

1、蛋白質的生理功能

蛋白質有著廣泛的生理功能，可概括為以下幾個方面。

（I）構成身體的組成成分

在生物的發育時期需要蛋白質組成新的細胞，由細胞構成身體的組織。在生物機體成年時期，其體內的臟器與組織細胞不斷破壞，同時又不斷新生，所以機體必須經常攝取足夠的蛋白質以補償其消耗。

機體蛋白質分解的快慢和多少，取決于臟器機能活動的狀態，激素和消化液中酶的分泌量，組織死亡與毛發、指甲和上皮細胞等的脫落情況。在病理情況下，如發熱時，基礎代謝加快，蛋白質分解也增多。在創傷失血過多時，血液的新生也需要大量蛋白質補給。在這些情況下，所需的蛋白質用于修補方面的需要增多。

（2）提供能量

每克蛋白質在體外彈式熱量計中燃燒，釋放約5．65千卡（23．6千焦耳），稱這種能量為食物蛋白質的粗卡價。每克蛋白質在體內燃燒（即通過生物氧化）釋放4．0千卡（16．7千焦耳），這種能量稱為食物蛋白質的生理卡價。人體每日有一定量的能量是來自蛋白質。在一般生活情況下，機體的能量供給，主要依靠碳水化合物及脂肪供給。它們供給機體能量充分，可節約蛋白質提供的能量。從這個角度講，碳水化合物及脂肪是蛋白質的“保護劑”。故在膳食營養素推薦量標準中，三大營養素產生能量占總能量有一定的百分比的要求。前面已提及，成人蛋白質產能應為總能量11％～13％，脂肪為25％～30％。余者由碳水化合物來提供。

（3）調節生理作用

包括以下幾方面：

①保持體液平衡。正常人血漿與組織液間的水分不停地交流，保持著動態平衡。這依賴于血液中溶解狀態的離子和分子的濃度及膠體物質蛋白質的濃度。

②維持血液的酸堿平衡。血液中有完善的緩沖系統。其中有機的緩沖系統中，血液蛋白質，特別是紅細胞中血紅蛋白等起著重要作用。

③促進機體內各種生理生化作用的進行。機體內所有合成和分解作用都有賴于酶和激素的作用，才能有效地完成。而酶和激素的本質都是蛋白質和蛋白質的產物，如胃蛋白酶、尿素酶和胰島素等都是蛋白質，甲狀腺素是酪氨酸的衍生物等。

④提高機體抵抗疾病的能力。機體抗病能力的強弱與體內抗體的多少有關。抗體的生成和蛋白質的營養狀況有密切的關系，免疫球蛋白本身就是蛋白質，故蛋白質營養狀況的優劣對機體抗病能力具有重要作用。

2、蛋白質的質量及必需氨基酸

氨基酸是組成蛋白質的基本單位。蛋白質是由很多氨基酸分子按不同種類、數量和排列順序所組成。在人體及自然界中常見的氨基酸約有二十多種。這二十多種氨基酸對機體都不可缺少，但不是都需要直接從食物中提供，有一部分可在人體內合成或由其他氨基酸轉變而成。但其中有8種氨基酸在人體內不能合成或合成速度不能滿足機體需要，必須從日常膳食中獲得，否則就不能維持機體的氮平衡。故將這8種氨基酸稱為必需氨基酸（EAA）。它們是亮氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、色氨酸和纈氨酸。另外，組氨酸對嬰兒也是必需氨基酸，但對兒童和成年人來說尚須進一步研究。