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实验九总能量消耗量的测量

作者:高考题库网
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2020-10-26 14:40
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2020年10月26日发(作者:邱创成)


实验九 总能量消耗量的测量
能量消耗量是估算能量需要的关键。能量消耗的测定有直 接测定法和间接推算法。直接
法是指测定机体耗O2量和CO2产生量的各种方法,其中包括经典的方法 如双标记水法和热
量计法等;而间接法则是根据直接测定法的结果,通过计算而推算出的一日能量消耗。
一、 直接法
(一) 双标记水法
双标记水法(DLW)是一种测定人体在日常生活和工作环境中自由进行各种活动的总 能
量 消耗量的测量方法。基本原理是:受试者摄入定量的双标记水(2H218O)后,机体被这2
种稳定同 位素所标记。当它们在体内达到平衡时,2H参与H2O的代谢,其速率常数KD反映
H2O的代谢率; 18O参与H2O和CO2的代谢,在H2O和CO2反应平衡时,18O速率常数KO反
映H2O和C O2的代谢率。KO-KD可算出CO2的生成率。通过呼吸商(RQ)可计算出CO2产
生量,就可用 Weir公式计算单位时间内平均能量消耗量。详细过程见下图:H218O+CO2碳
酸酐酶H2C1 8O3H218O+C18O2碳酸酐酶H2C18O32H182O2H标记水代谢库
2HHOKD=rH2O18O标记水和CO2代谢库
H218OCO18OKO=rCO2+rH2O
KO-KD=rCO2
2H218O稀释池体积同位素分离
VCO2
21.0~27.7kJL CO2呼吸商摄入食物的呼吸商24h以上的呼吸商
总能量消耗量双标记水法的优点是可测定自由活动 人体一段长时间(7~15d)内的能量消耗
量。样本收集和测定过程很简便,实验前收集受试者少量尿 样(约1ml)作本底值,喝入定
量双标记水(婴儿剂量0.3gkg体重)后,约6h后收集第一次尿 样,然后每1~2d收集一
次尿样,连续收集8~15d。用同位素质谱仪测定尿样2H和18O的丰度 (enrichment),根据
2H和18O 的消失率计算能量消耗量。
双标记水法适用 于任何人群或个体的测量,特别适用于不容易合作或活动不能受到限制和干
扰的研究对象,无毒、无损伤 ,且同时可以测定机体的组织构成,但实验费用高。2H218O
的价格昂贵,同时还需要昂贵的高灵敏 度和精确度的同位素质谱仪和高技术素质的分析人
员,故双标记水法目前的使用仍有局限性。WHO建议 制定能量的需要应以实测的消耗量为基
础。因此,随着科学和经济的发展,相信用双标记水法研究人体能 量代谢会日益增多。近年
已采用双标记水法测定个体自由活动条件下不同活动水平(PAL)的能量消耗 值,为能量需
要的估算提供了重要的实验依据。表91根据双标记水法测定结果确定的PAL(体力活动 水
平)
生活模式与活动水平 PAL坐位与卧床
1.2坐位工作,无走动,很少重体力活动的休闲活动 1.4~1.5
坐位间有走动,但很少重体力的休闲活动 1.6~1.7站立
工作 1.8~1.9明显的体
育活动,或重体力休闲活动(每周4~5次,每次30~60min) +0.3(增加量)重力工
作或高度重体力休闲活动 2.0~2.4
(二) 热量计法
经典直接测热法是在隔热的特制小室内,被测对象进行特定的活动,测定循环进入和流
出小室的空气温差,即通过直接测定人体整个能量代谢过程中散发的所有热量,计算特定时
间内机体的总能量消耗量。因实验室建造昂贵,影响因素多,现存的实验室已很少,故基本
上无人使用。
呼吸室法也是直接测定法中的一种,被测对象在一个闭合的气体流通循环装置内进行特

< br>定的活动,通过测定装置内O2和CO2浓度的变化,求出被测对象的耗O2量和CO2产生,从
而计算特定时间内的能量消耗量。因室内活动不便,难以反映实际情况,但可用于测定不同
食物的热效应 和制定心率能量消耗的回归方程,过去也曾用于验证双标记水法等。目前也极
少使用。
二、 间接测量法
(一) 要因加算法
以被测者的基础代谢率(BMR)乘以体力活动水平(physical activity leve l,PAL)
来计算人体的能量消耗量或需要量,称要因加算法,是常用的一种总能量消耗的测算方法。
将某一年龄和躯体大小的人群组的能量消耗量结合他们的BMR来估算其总能量消耗量。能量
消 耗量或需要量=BMR×PAL要因加算法的两个关键,一是BMR的测定;另一为PAL的测定。
1? 基础代谢率的测定基础代谢率(BMR)是人体在单位时间内用于基本生命活动的能量消
耗。在具体测定时,虽然或多或少在人为的条件下进行,但它是一种经过长期反复验证、有
良好重复性的 测试方法,已被在各种营养条件下、不同国家和不同身材、年龄和性别所得到
的丰富的文献资料所证实。 个体内BMR的变异系数很小,个体间差异大于体内差异,其变异
系数约为8%,可能主要与体块(bo dy mass,BD)大小有关,也可能受激素(如甲状腺素
等)的影响。由于涉及遗传、种族和广泛 的环境因素的证据至今仍不充分,不能为特定的国
家规定任何特定的BMR值。因此,除非有足够充分的 本地区BMR资料,一般建议使用WHO(1985
年)归纳的简化公式,计算BMR,详见下表:表9 2按体重计算BMR的公式
年龄/岁BMR/(kcal/d)r SD BMR/(MJ/d) r SD男0~360.9m-54 0.9753
0.255m-0.2260.970.2223~1022.7m+495 0.8662 0.0949m +2.07 0.860.25910~
1817.5m+651 0.901000.0732m+2.72 0.900.41818~3015.3m+679 0.651510.0640m+2.84
0.650.63230~6011.6m+879 0.601640.0485m+3.67 0.600.686>6013.5m+487
0.791480.0565m+2.04 0.790.619女0~361.0m-51 0.97610.255m-0.214
0.970.2553~10 22.5m+499 0.85630.0941m + 2.09 0.850.26410~1812.2m+746 0.75
1170.0510m +3.12 0.750.48918~3014.7m+496 0.721210.0615m+2.08 0.720.50630~
608.7m+829 0.70 1080.0364m+3.47 0.70 0.452>6010.5m+596
0.741080.0439m+2.49 0.740.452注: r: 相关系数;SD: BMR实测值与计算值之间差别
的标准差;m: 千克体重。2? PAL的测定用BMR计算能量需要量时,代表活动水平(PAL)
的活动因子(activity factor)通常应用于人群组或总人口,而不用于个体。活动因子有
3种应用:
(1) 一天24h能量消耗量的计算。例如一组中等体力劳动人群一天24h总能量消耗量是
BMR×1.6;
(2) 某一段时间活动能量消耗量的计算,如一组农妇干轻农活10h,其轻农活的能量消耗
量是BMR×3.0;
(3) 单一活动能量消耗量的计算,如静坐的能量消耗量是BMR×1.2,步行是BMR×4.0。
每分钟 单项活动的能量消耗量相当于BMR的倍数,表示体力活动比(PAR),用相对稳定的
BMR标化变异 较大的活动耗能量。PAR=一项活动每分钟能量消耗量 每分钟基础代谢率的能
量消耗量PAL的测定步骤:
(1) 详细的活动监测: 记录被测 对象所有各种活动花费的时间,并进行活动样式分析。
在叙述个体的活动时,同样的活动其能量需要量在 不同的社会里会有变动。如在发展中国家
田间除草要弯腰劳动,耗能量大,在发达国家可能用机械或农药 除草,二者能量消耗量差别
大,故应进行活动样式分析。
参照文献中各种活动的能量消耗值( PAR)计算能量消耗量。PAR=一项活动每分钟能量消耗
量 每分钟基础代谢率的能量消耗量活动样 式分析掌握了各种活动所用时间,参照以往相应


的实测资料计算能量消耗量。从事具体职 业的人们,如农业、采矿、机械制造、伐木等,他
们的能量需要量差别可能很大,所以应考虑与机械化程 度相一致的能量指数。
(2) 全天活动分类: 在详细监测个体各项活动能量消耗量的基础上,将24h内的各项活
动简化归纳为4大类。 每类活动包括职业活动及其暂歇休息时间,然后算出综合能量指数
(integrative energy index,IEI),用于群体能量消耗量的分析。综合能量指数IEI=规
定时间活动能量消耗量 同一时期的基础代谢率① 卧床时间: 卧床的能量消耗量假定与
BMR相同,即IEI=1.0。实际 上睡眠期间的能量消耗率约为BMR的95%,但在刚开始睡眠时,
由于进餐不久,仍有食物特殊动力作 用, 能量消耗可能高于BMR,故这一较小的差别对能
量需要量的影响很小,可略去不计。
② 职业活动时间: 简化后允许职业工作有暂歇的情况,对不同职业采用了包括职业活动和
间 歇时间的综合分析。WHO将职业劳动强度分为轻、中和重体力活动三个等级估算出综合能
量指数。男女 可能以不同的方式和速率从事某一特定的工作,故将男女分开列出不同等级劳
动强度的综合能量指数,并 假定每级活动的间歇平均时间分别为轻、中、重活动的75%、
25%和40%(表93)。表93不同 等级劳动强度的综合能量指数
劳动分类女a消耗量min平均消耗量×
BMR(kJmin)kcalkJ总净男b消耗量min平均消耗量×
BMR(kJmin )kcalkJ总净轻劳动75%时间坐或站立1.516.31.797.525%时间站着活动
1. 707.12.5110.5平均值1.566.51.70.71.998.31.70.7中等劳动25%时 间坐或站立
1.516.31.797.575%时间特殊职业活动2.209.23.6115.1平 均值
2.038.52.21.23.1613.22.71.7续表
劳动分类女a消耗量min平均消耗量×
BMR(kJmin)kcalkJ总净男b消耗量min平均消耗量×
BMR(kJmin )kcalkJ总净重劳动40%时间坐或站立1.516.31.797.560%时间特殊职业活动
3.2113.46.2226.0平均值2.5410.62.81.84.4518.63.82.8注: a: 年青的成年妇女(18~30
岁),体重55kg,BMR3.8kJ(0.90kcal)min。
b: 年青的成年男子(18~30岁),体重65kg,BMR4.9kJ(1.16kcal)mi n。国际劳工组织也以
职业活动的综合能量指数(EIE)进行职业活动的分类,见表94。表94国际 劳工组织列出
的职业类别(以IEI作职业活动的分类)的能量指数
职业组活动分类劳动时间的职业能量指数男女专业技术和有关工作人员轻 1.7 1.7行
政管理人员 轻 1.7 1.7办公室及有关人员 轻 1.7 1.7售货员中 2.7 2.2服
务行业人员 中 2.7 2.2农业、畜牧业、林业、渔业和守猎人员 混合型——中重3.0
2.3生产和有关运输设备工作者和劳动者 混合型——中重3.0 2.3
而美国( 1989年)将职业劳动强度分为休息、极轻、轻、中、重体力活动5个等级估算出
综合能量指数,见表 95。表95不同劳动强度的综合能量指数
休息BMR×1.0睡眠,躺着极轻BMR×1.5坐或站 着活动,绘画行业,开车,实验室工作,打
字,缝纫,烫衣,烹饪,玩纸牌,玩乐器轻BMR×2.5平 地步行(2.5~3kmh),修车厂工作,
供电行业,木工业,酒店业,房屋清洁,照顾小孩,打高尔 夫球,航海,打乒乓球中BMR×
5.0步行(3.5~4kmh),除草锄地,肩挑重担,骑自行车, 滑雪,打网球,跳舞重BMR×7.0
负重上坡,砍树,重体力挖掘,打篮球,爬山,打橄榄球,踢足球 注: ① 根据Durnin and
Passmore(1967年)和WHO(1985年)的资料。
② 以基础代谢率的倍数表示时,男女消耗量相似。③ 家务劳动和随意活动: 随意活动是
非职业性活动, 其中包括适意的社会活动和从事轻体力劳动者为保持心血管和肌肉功能而进
行的体育活动。
一 般情况下,妇女比男子承担更多的家务劳动。表96为家务劳动和随意活动的综合能量指


数及其活动时间。在一些发展中国家或其他不发达地区的妇女,家务工作机械化程度较差,
炊事工作花费 更长的时间,退休和失业者随意活动时间更多。为了促进健康,提倡从事轻体
力活动的成年人每日应有一 定的时间(约20min)参加较强的体力活动以维持心血管和肌肉
的功能。但老年人的活动强度可适当 减低。表96家务劳动和随意活动的集合能量指数
人群类别IEI分配的时间h1? 家务劳动男2.71女(发达国家)2.72女(发展中国家)2.732
? 随意活动(1) 合意的 社会活动男18~60岁3.31老年男>60岁3.32女(发达国家)3.32
女(发展中国家)2 .52(2) 从事轻度活动的成人为保持心血管和肌肉功能的锻炼男18~60
岁6.013女18~ 60岁6.013老年男>60岁4.013老年女>60岁4.013注: 引自1985
年FAOWHOUNU report on energy and protein requirements。④ 休闲时间: 指儿童和
成人没有职业性劳动、家务工作和其他随意活动 ,也没有卧床睡眠时余下的时间。这段时间
的能量消耗值是BMR的1.4倍。
(3) 每天24h总能量需要量的估算: 根据一天4大类活动的时间及其综合能量指数(IEI),
就能算出 不同劳动强度的人群一天的总能量需要量。表97轻体力劳动者男性一日能量的需

25岁,65kg,身高1.72m,BMI为22,MBR估算为290kJ(70kcal)h
时 间h能量kcal能量kJ卧床1.0×BMR85452280职业活动3.8×BMR820708660随 意活动
3.0×BMR1205860休闲时间的能量需要1.4×BMR76702800总计2.1 4×BMR24349014580注:
引自1985年FAOWHOUNU report on energy and protein requirements。表98中体力劳
动者男性一日能量的需要
25岁,65kg,身高1.72m,BMI 22,估计BMR为290kJ(70kcal)h
活 动类别时间h能量kcal能量kJ卧床1.0×BMR85602340职业活动1.7×BMR671029 70随
意活动:社交及家务3.0×BMR24201760维持心血管及肌肉状况6×BMR1314 0580休闲时间
的能量需要1.4×BMR2337503140总计:1.54×BMR24258 010780
表99重体力劳动男性一日能量的需要
25岁,58kg,身高1.60m,BMI 22.4,估计BMR为273kJ(65kcal)h
活动类别时间h能量kcal能量kJ卧床1.0×BMR85202170职业活动1.7×BMR7 12305150
随意活动:社交及家务3.0×BMR23901630维持心血管和肌肉状况,中度 活动不计———休
闲时间的能量需要4.0×BMR76402680总计:1.78×BMR2427 8011630
在一般性估算全日职业性活动能量消耗量的基础上,补充家务工作、合理的社会性活动 的能
量消耗量,再结合耗能值相对稳定的睡眠时间(BMR×1.0)和休闲时间(BMR×1.4)的 能量
消耗,全天的活动水平(PAL)可进一步简化全天总能量消耗量的估算:PAL= 24h内总能量
的消耗 24h基础代谢率WHO(1985年)将PAL分为轻、中、重3级,详 见表910。表
910FAOWHOUNU估算成年的PAL
性别 轻 中 重 性别 轻 中 重 男 1.55 1.78 2.10 女 1.561.64 1.82
美国将PAL分为5级,即极轻、轻、中、重、极重水平活动,详见表911。 表911美国估
算的成年人PAL
性别 很轻 轻中 重 极重男 1.3 1.6 1.72.12.4女 1.3 1.5 1.6 1.9 2.2
在英国卫生部 1991年的报告中,对WHO报告的3个级别职业工作的PAL,再考虑3个级别
的非职业活动,理论 上这会更好地区分不同人群的总能量消耗量:表912英国估计成年人的
PAL
活动强度职业活动轻男 女中男 女重男 女无活动 1.4 1.4 1.6 1.5 1.71.5中度活
动1.5 1.5 1.7 1.6 1.81.6大量活动1.6 1.6 1.8 1.7 1.91.7
(二) 活动时间记录法
活动时间记录法是了解能量消耗 量最常用的方法。它是通过详细记录每人一天各种活动的持


续时间,然后按每种活动的能 量消耗率计算出全天的能量消耗量。各种活动的能量消耗率可
以取用他人的测定结果。国外及我国以往已 对各种职业的不同活动进行了能量消耗量的测
量。但由于生产和劳动条件的不断改善,各种新工种、新机 器和工具的出现与更新,人们从
事这些活动的能量消耗率需要不断补充。
此法的优点是它可以 利用已有的测量资料,不必昂贵的仪器和仪器分析技术。经过调查记录
可同时获得大量与生活方式有关的 生理和社会性资料、体力活动的方式和强度的资料,这对
判断被调查者的营养状况具有重要作用。但测定 结果的影响因素较多,如记录的活动不一定
与查表获得的耗能率资料一致。各种活动的耗能率也在非自由 活动状态下测量,个体间差异
较大。职业外的活动记录往往难以准确,会导致结果偏倚(Bias),如 活动记录由经过培训
的跟踪员记录活动类别和时间,其结果相对较好。表913大学生各种活动所消耗的 能量
(kcal·m-2·min-1)
活动种类能量消耗活动种类能量消耗安静躺卧(基础 代谢)0.652上自习0.846晚睡0.734
考试0.916午睡0.781抄黑板报0.980 课间休息0.786站立听课0.985卧床看书0.804实习
1.002看电影0.806抹窗子1 .983看示教0.808脱衣2.170上业务课0.812穿衣2.232开会
0.812整理床铺 2.263上政治课0.830洗衣2.362指挥唱歌2.645集体舞4.031扫地2.716
棒 球4.032步行2.703排球4.072广播体操2.770跑步5.302普通早操2.654篮球5.7 85
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