机体进行各种生命活动所消耗的能量，最终都转化为热能散发到体外（肌肉收缩所做的外功也可折算为热能）。机体的能量代谢也遵循热力学第一定律，所有形式的能量（动能、热能、电能和化学能）在由一种形式转化为另一种形式的过程中既不增加，也不减少，即能量是守恒的。即机体所利用的食物中的化学能，与最终转化成的热能加上所做的外功，按能量来折算是完全相等的。因此，测定机体在一定时间内所散发的总热量加外功折合的热量，就可以测算出人体在同一时间内的耗能量。
（一）能量代谢测定的方法
测定人体单位时间内放散的总热量有两种方法：直接测热法和间接测热法。直接测热法设备结构庞大复杂，不便于临床应用，现已被间接测热法代替。以下仅简单介绍间接测热法的一般原理和基本概念。
间接测热法的基本原理：
在一般化学反应中，反应物的量与产物量之间呈一定的比例关系，这就是定比定律。例如，氧化1mol葡萄糖，需要6molO2，同时产生6molCO2和6molH2O，并释放一定量的能（△H）。下列反应式表明了这种关系：
同一种化学反应，不论经过什么样的中间步骤，也不论反应条件差异多大，这种定比关系仍然不变。例如，在人体内氧化1mol葡萄糖，同在体外氧化燃烧1mol葡萄糖一样，都要消耗6molCO2和6molH2O，而且产生的热量也相等。一般化学反应的这种基本规律也见于人体内营养物质氧化供能的反应，所以它成了能量代谢间接测热法的重要依据。间接测热法是据此而设计的一种方法，它先是测定人体在一定时间内耗O2量和CO2产生量，再间接推算出各类食物的氧化量和产热量，从而计算出机体的能量代谢率（单位时间内所消耗的能量）。
测定耗O2量和CO2产生量的方法有两种，一种是开放式测定法（气体分析法），此法是在机体呼吸空气的条件下测定耗O2量和CO2产量的方法，适用于测定活动时的能量代谢率。另一种是闭合式测定法，此法是让受试者不断地从闭合的测定装置中摄取O2，根据装置中O2量的减少算出被测试者在单位时间内的耗O2量。CO2的呼出量则由装在气体回路中的吸收剂吸收，根据实验前后吸收剂的重量差可算出单位时间内CO2的产量。此法一般采用代谢率测定仪来测定（图9-3），适用于测定平静状态下的代谢率。
图9-3 代谢率测定仪
（二）与能量代谢测定有关的几个概念
间接测热法是依据单位时间的耗O2量和CO2的产量，推算出各种食物的消耗量和产热量的过程。由于食物的结构不同，氧化时所产生的热量和O2耗量也不同，因此，必须掌握以下几个概念。
1．食物的热价 1g食物被氧化时释放出的热量称为食物的热价，也称卡价。可分为物理热价和生物热价。它们分别指食物在体外燃烧和体内氧化时释放出来的热量。三种主要营养物质的热价见表9-2。从表中可以看出，只有蛋白质的生物热价则小于它的物理热价。因为蛋白质在体内不能被彻底氧化分解，它有一部分主要以代谢终产物尿素的形式排出体外。食物的热价是间接测定能量代谢的基础，而且为合理配置饮食提供科学依据。
表9-2 三种营养物质氧化时的几种数据
＊营养学中常用该数计算食物的热价
2．食物的氧热价 某种食物氧化时，每消耗1LO2所产生热量称为该种食物的氧热价。三种营养物质的氧热价见表9-2。氧热价是用耗O2量推算产热量的基础。而要通过耗O2量推算产热量，必须了解在一定时间人体氧化分解三种营养物质各占多少，才能计算产热量，呼吸商正是为解决这一问题而提出来的。
3．呼吸商 机体通过呼吸外界环境中的O2，以满足生理活动的需要，同时将所产生的CO2呼出体外。生理学上把氧化某种营养物质时，同一时间内CO2的产生量与O2的消耗量的比值（CO2／O2）称为该物质的呼吸商（respiratory quotient，RQ）。即
由于各种营养物质的碳、氧含量不同，在体内氧化分解时CO2的产量和耗O2量也不同，故RQ也各不相同。
葡萄糖氧化时所产生的CO2的量和所消耗的O2量是相等的，所以糖的呼吸商为1．0；脂肪的呼吸商为0．71；而蛋白质类由于分子结构复杂，它的呼吸商较难测定。通过间接计算，蛋白质的呼吸商为0．80。由于正常人体内蛋白质并不是主要的供能物质，用于氧化的蛋白质数量极少，因此，蛋白质氧化的产热量可以忽略不计，除去蛋白质之后所得的、糖和脂肪混合氧化时的呼吸商，称为非蛋白呼吸商。
在人的日常生活中，营养物质不是单纯的，而是糖、脂肪和蛋白质混合而成的（混合膳食）。所以，呼吸商常变动于0．71～1．00之间。人体在特定时间内的呼吸商要看哪种营养物质是当时的主要能量来源而定。若能源主要是糖类，则呼吸商接近于1．00；反之；糖尿病患者，因葡萄糖利用障碍，主要依靠脂肪供能，其呼吸商偏低，可接近于0．7；在长期病理性饥饿情况下，能源主要来自机体本身的蛋白质和脂肪，则呼吸商接近于0．80（表9-3）。一般情况下，摄取混合食物时，呼吸商常在0．82左右。
通过测定综合呼吸商，可大致估计在某一段时间内人体氧化营养物质的主要种类和大致比例，从而可以计算出相应的氧热价，根据氧热价，就可以计算出这一时间的产热量，从而可推测人体在这一时间内的能量代谢强度。
（三）能量代谢的简化测算
间接测热法理论上的测算程序繁琐，在这里不做介绍。在临床和劳动卫生工作实践中，通常采用简便的计算方法。简化法是利用非蛋白呼吸商来计算能量代谢。如果不考虑蛋白质代谢部分对所测的混合呼吸商的影响，可将所测定的综合呼吸商认为是非蛋白呼吸商。从表9-3中查出其对应的氧热价，再以此氧热价的数值乘以耗O2量即可得出该时间内的产热量。
在临床工作中将此方法进一步简化，规定一般进食混合食物的人，其呼吸商为0．82，从表9-3中查出其氧热价为20．19kJ，这样，只需要测出受试者一定时间内的耗O2量，即可按下列算式算出该时间内的产热量：
产热量＝耗氧量（L）×20．195（kJ）
实践证明这种方法所测得的结果与间接测定方法的理论测算值近似，在临床实用上是可靠的。
表9-3 非蛋白呼吸商和氧热价
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