健康成年男子能量消耗与利用研究.docx

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健康成年男子能量消耗与利用研究

总结报告

中国快速的经济发展使人们饮食结构、生活方式和疾病模式发生改变。

在饮食上有以植物性食物为主的膳食模式向西方膳食模式转变的趋势；在生活方式上人们工作和生活中的体力活动量不断减少，静态生活方式比例明显增加。

这些变化使我国居民的疾病模式随之改变，与能量代谢密切相关的营养过剩或不平衡所致的慢性病如冠心病、肥胖、高血压、糖尿病、癌症等慢性病已成为当前危害中国人健康的一个主要问题。

与此同时，在我国一些农村和贫困地区也存在由于能量不足引起的消瘦或营养缺乏。

慢性病的发生是遗传基因和环境因素共同作用的结果。

大量研究证实：

大多数慢性病与能量失衡有关，膳食和体力活动是决定能量平衡的两个基本因素。

人体所需能量主要来源于膳食，体力活动或运动则是能量消耗的主要形式。

在能量平衡方程式中，能量摄入是一项有高度变化的组成部分，除总能量摄入外，还与食物构成密切相关；能量消耗包括基础代谢（BEE）、运动生热效应（TEE）、食物的生热效应（TEF）三个方面，其中BEE和TEE是能量消耗的两大组成部分。

迄今我国能量消耗研究只有零星报道，对于成人摄入不同营养素和膳食以后能量代谢的研究更缺乏研究资料。

本研究采用全新便携式智能化呼出气监测仪K4b2，尽可能严格控制测试条件，建立了测定人体基础代谢、运动生热效应和食物生热效应的方法，并对健康成人的能量消耗和利用情况进行了研究。

对象与方法

1、仪器和材料

1.1K4b2　呼出气监测仪：

意大利Cosmed公司产，该仪器可对各种活动状态下的每次呼吸气体交换进行实时、连续、动态监测，可以测定呼出气O2、CO2浓度、氧耗量（VO2）、二氧化碳产生量（VCO2）、呼吸商（RQ）、心率等20余项指标。

1.22200半自动凯氏定氮仪（FOSS公司产）

1.3TOYAMA节拍器

1.4试验膳制备：

标准混合膳食由馒头、香蕉、黄瓜、牛奶鸡蛋、香油组成，六种单一食物均为市售品，以日常加工方法处理食物（生食或水煮）。

2、对象

通过问卷调查和体检（身高、体重、心电图、胸片、血常规等），筛选出健康男性志愿者40名（20~、30~、40~、50~岁组各10名）作为受试对象。

他们满足以下条件：

无呼吸、心血管、消化、泌尿和内分泌系统疾病，近一周未服用任何药物，不吸烟、喝酒，情绪稳定、饮食睡眠正常。

受试对象均居住在成都市区，职业为学生、教师、管理人员。

3、测定方法

3.1仪器校正：

K4b2　呼出气监测仪使用前预热45分钟，并且用标准混合气（O216.1%、CO25.0%、N278.9%）进行校正。

3.2基础代谢能量测定

3.2.1选择测试条件：

在不同月份、不同测试状态、进餐后不同时点测定能耗量。

具体测定方法如下：

令5~10名20~组受试对象于测试前一天18：

00统一进晚餐，并说明试验要求，22：

00在能量代谢试验室就寝，试验室气温为20～25℃；次日晨8:

00在空腹、静卧、清醒状态下用K4b2　呼出气监测仪测试每次呼出气的能量代谢情况，包括氧耗量（VO2）、、二氧化碳产生量（VCO2）、呼吸商（RQ）、心率（HR）、呼吸频率（RF）等指标，每人测试6分钟；同时收集测试前晚6:

00到次日晚6:

00的24h尿液，混匀后，平行取样，用2200半自动凯氏定氮仪测定尿氮。

按Deweir公式[3]EE（kcal/d）=3.941×VO2+1.106×VCO2-2.17×UN计算能耗量（EE）。

其中VO2表示每天耗氧升数，VCO2表示每天产生二氧化碳的升数，UN表示24小时尿氮克数。

3.2.2静息代谢能量（REE）的测定：

令10名20~岁组受试对象于试验前一天晚统一进晚餐、睡觉，次日晨进食“标准混合膳食”后，在静卧状态下测定餐后2、3、4小时的能耗量，每次测5分钟，其他同3.2.1。

标准混合膳食由馒头、香蕉、黄瓜、牛奶鸡蛋、香油组成，根据中国居民膳食参考摄入量和习惯可摄入量确定受试对象食物的量，其总能量为810kcal，占该年龄组中等体力劳动成年男子一天所需能量（2700kcal）的30%（蛋白质占12%，脂肪占25%，碳水化物占63%）。

3.2.3基础代谢能量（BEE）的测定：

所有受试对象于试验当日晨8：

00到达能量代谢试验室，静坐30

分钟后，在空腹、静坐状态下测试基础代谢能量。

其他同3.2.1。

基础代谢能量（BEE）以kcal/d来表示，基础代率（BMR）以kcal/m2.h或kcal/kg.h表示；体表面积按1984年赵松山的公式计算[2]。

3.4运动生热效应（TEE）的测定：

20~岁组受试对象于试验前一天晚统一进餐、睡觉，次日晨进食标准混合膳食后30分钟，分别测定30项常见体力活动的能耗量（方法同上），用节拍器测定标准运动频率，每项活动测2~5分钟。

相邻两项体力活动间隔时间以心率和呼吸频率恢复正常为准。

计算体力活动比PAR（从事单项活动时每分钟能耗量/每分钟基础代谢能耗量）。

根据PAR大小进行体力活动强度分级（轻、中、重）。

3.5食物生热效应（TEF）的测定：

20~岁组受试对象于试验前一天晚统一进餐、睡觉，次日晨进食

试验膳（限20分钟吃完），分别于餐后0~4小时内每半小时测定一次食物能耗量（TEF），每次测试5分钟，连续观察4小时。

其他测试条件和计算方法同3.2.1。

以时间为横坐标，TEF为纵坐标绘制食物生热效应曲线图，用曲线下面积计算食物生热效应。

试验膳包括标准混合膳食、瘦猪肉、纯牛奶、鸡蛋白、蔗糖、馒头、香蕉。

根据中国居民膳食参考摄入量和习惯可摄入量确定每一试验餐食物的摄入量，食物摄入量称重（精确至0.001g）,其所含的能量为中等体力劳动成年男子一天所需总能量的5%~30%。

3.6食物能量利用：

根据实测耗氧量（VO2）、、二氧化碳呼出量（VCO2）、、24h尿氮（UN）等）所计算出来的能耗量，与试验膳本身所含的能量比较，得出100g食物（或膳食）提供的可利用能量。

试验膳本身所含的能量根据食物摄入量和食物成分表计算而来。

4、数据处理：

原始数据经EXCEL处理，对基础代谢（VO2、VCO2、）和食物生热效应（tef）的原始数

据中的“0”，用其前后两数的均数补上；对运动生热效应的原始数据（VO2、VCO2），去掉X±3S

以外的值，用SPSS10.0软件上对数据进行方差分析及多元线性回归。

结果

1、受试对象一般情况

受试对象年龄、身高、体重、体质指数（BMI）、体表面积（m2）等情况见表1。

表1受试对象一般情况

受试对象

人数

年龄（岁）

平均身高（cm）

平均体重（kg）

体质指数

体表面积（m2）

20-岁组

20~22

170.95

60.25

20.62

1.73

30-岁组

30-39

167.10

62.85

22.51

1.73

40-岁组

40-49

166.38

62.63

22.62

1.72

50-岁组

50-59

167.45

64.40

22.97

1.75

2、基础代谢率

2.1不同月份测试的基础代谢能量比较：

表2显示5名20~岁组对象在不同月份测定的基础代谢能量（BEE，静卧、空腹状态），经方差分析各组之间差异均无显著性（P<0.05）。

表2.不同月份测试的基础代谢能量（静卧、空腹）比较

受试对象

BEE1（5月）

Kcal/min

BEE2（9月）

Kcal/min

BEE3（10月）

Kcal/min

X±S

0.939

0.83

0.917

1.049

0.939

0.935±0.078

1.118

1.045

1.257

1.706

0.714

1.168±0.361

0.918

0.906

1.304

1.332

1.048

1.102±0.205

2.2不同测试状态的基础代谢能量比较：

表3显示，在两种不同的测试状态下测定结果有显著差异（P<0.01），保持静卧空腹10小时方式（BEE1）显著低于测试当日空腹静坐30分钟方式（BEE2）测得的基础代谢能量。

表3不同测试状态的基础代谢能量比较（Kcal/min）

人数

均数

标准差

BEE1

0.982

0.149

BEE2

1.259

0.302

P值

<0.01

注：

BEE1：

保持静卧10h空腹测定结果；BEE2：

测试当日空腹静坐30分后测定结果

2.3餐后不同时点测定的能耗量比较:

表4显示基础代谢能量与餐后（混合膳）各时点测定的能耗量，经方差分析表明基础代谢能耗量分别与餐后各时点能耗量之间差异均有显著性（P<0.05）；餐后各时点能耗量间的差异均无显著性（P>0.05）。

进食混合膳食3小时后测得的能耗量非常接近，建议将3小时后测得的能耗量作为静息代谢能量。

2.4基础代谢和静息代谢能量的比较：

如表4所示，进食混合膳食后3~4小时能耗量比较稳定，取其平均值作为静息代谢能量（REE）。

静息代谢能量为1.24BEE1或0.97BEE2。

静息代谢能量与静卧、空腹测得的基础代谢能量（BEE1）之间有显著差异（P0.05），而与静坐30分钟后空腹测得的基础代谢能量（BEE2）无显著差异（P>0.05，见表5）。

表4基础代谢能量与餐后（混合膳）各时点能耗量的比较（Kcal/min）

BEE

TEF0

TEF0.5

TEF1.0

TEF1.5

TEF2.0

TEF2.5

TEF3.0

TEF3.5

TEF4.0

均数

0.982

1.255

1.285

1.334

1.381

1.362

1.306

1.202

1.235

1.213

标准差

0.149

0.189

0.250

0.214

0.225

0.272

0.268

0.175

0.180

0.197

注：

BEE1：

静卧空腹基础代谢能耗量。

TEF0-4.0分别为混合膳食餐后0h、0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h所测能耗量。

表5基础代谢和静息代谢能耗量的比较

人数

能耗量（kcal/min）

BEE1

0.9820.149

BEE2

REE

1.2590.302

1.2170.184

注：

BEE1：

保持静卧10h空腹测定结果；BEE2：

测试当日空腹静坐30分后测定结果

REE：

进食混合膳食3小时后测得能耗量的均数

2.5各年龄组基础代谢能量（BEE）和基础代谢率（BMR）：

结果见表6和图1。

表6、图1显示，

受试对象在静坐30分钟后测得的基础代谢能量和基础代谢率随年龄增加而逐渐下降，30-岁组

与40-岁组比较接近，50-岁组基础代谢率比20-岁组下降16.67%。

表6各年龄组基础代谢能量和基础代谢率（XS）

组别人数

VO2

VCO2RQ

BEE

BMR

ml/min

（b/min）

kcal/d

kcal/m2.h

kcal/kg.h

Kj/m2.h

Kj/kg.h

20-

260.7

65.80

221.00.858

47.840.095

13.26

3.90

1812.96

434.88

43.74

10.02

1.260

0.300

183.2

41.86

5.245

1.190

30-

256.6

46.68

210.4

38.62

0.822

0.051

13.81

2.85

1771.20

321.12

42.60

7.20

1.176

0.180

178.3

30.24

4.915

0.851

40-

258.6

53.71

199.3

35.45

0.777

0.051

16.46

4.44

1762.56

352.80

42.60

8.58

1.170

0.240

178.1

35.80

4.908

0.905

50-

237.1

41.42

183.0

34.45

0.774

0.072

16.71

2.68

1617.12

279.36

38.40

6.30

1.050

0.180

160.6

26.33

4.376

0.769

2.5基础代谢能量回归方程：

所有受试对象的基础代谢能量（静坐30分钟、空腹）与年龄、身高、体重、呼吸频率关系的多元线性回归方程式如下：

Y（kcal/min）=0.127-0.534X1（岁）-0.009X2（cm）+0.364X3（kg）+0.536X4（b/min）

可根据年龄（X1）、身高（X2）、体重（X3）、呼吸频率（X4）用以上方程式可计算基础代谢能量（Y）。

20~60岁成年男子基础代谢能量随年龄增加而减少，随体重、呼吸频率增加而增加，其中以心率和年龄对基础代谢能量的贡献较大。

3、食物生热效应

3．1食物生热效应：

七种试验餐所含的能量及其来源见表7。

表7各种试验膳的营养成分

食物种类

食物摄入量

（g）

蛋白质含量

（g）

碳水化合物含量

（g）

脂肪含量

（g）

所含能量

（kcal）

占总能量

（%）

混合膳

870.0

25.46

120.90

21.62

810

瘦猪肉

377.6

76.65

5.66

23.41

540

纯牛奶

515.0

15.00

17.00

16.00

270

鸡蛋白

225.0

26.10

6.98

0.23

135

馒头

223.0

17.39

107.70

2.23

540

蔗糖

香蕉

67.5

296.5

0.07

7.04

66.76

104.50

0.00

1.01

270

表8摄入试验膳后不同时点的能耗量（Kcal/min）

食物

BEE

TEF0

TEF0.5

TEF1.0

TEF1.5

TEF2.0

TEF2.5

TEF3.0

TEF3.5

TEF4.0

混合膳

0.982

1.26

1.29

1.33

1.38*

1.36

1.31

1.20

1.24

1.21

馒头

1.115

1.46

1.19

1.53*

1.41

1.37

1.44

1.22

1.25

1.36

瘦猪肉

1.307

1.28

1.52

1.61

1.77

1.78

1.80

1.82

1.89*

1.76#

纯牛奶

1.054

1.45

1.44

1.42

1.48

1.57

1.54

1.60*

1.59

1.51#

香蕉

0.982

1.02

1.15

1.19*

0.93

1.1

1.08

0.97

1.00

1.19

蔗糖

1.228

1.51

1.66*

1.43

1.47

1.49

1.52

1.38

1.22

1.28

鸡蛋白

0.872

1.06

1.05

0.96

1.10

1.26*

1.20

1.24

1.18

1.17

注：

*表示TEF峰值；#TEF4.0与BEE比较P<0.05

表8、图2显示，不同的试验膳其TEF峰值出现时间各异，依次为蔗糖、馒头、香蕉、混合膳食、鸡蛋白、纯牛奶、瘦猪肉（0.5、1.0、1.0、1.5、2.0、3.0、3.5小时）；纯牛奶和瘦猪肉在餐后4h（TEF4.0）的能耗量仍明显高于其基础代谢能量（P<0.05），而其余食物于餐后4小时基本降至基础能量水平。

因此，在测定纯牛奶和瘦猪肉等高蛋白食物的TEF时，时间应适当延长。

表9各种试验膳的生热效应（X±S）

食物

⑴

⑵

VO2

ml/min

⑶

VCO2

ml/min

⑷

⑸

Sbee

kcal/4h

⑹

Stef

kcal/4h

⑺

Tef1

Tef2kcal/4h

⑽

Tef1/f

⑾

Tef1/Stef%

⑿

Stef/100g

⒀

kcal/4h

⑻

kj/4h

⑼

TEF-1（混合膳食）

264.8

233.2

0.881

235.5

310.1

74.60

312.1

74.60

9.2

23.7

35.6

±45.04

±44.21

±35.67

±45.80

±29.52

±123.5

TEF-2（馒头）

276.2

251.1

0.909

267.5

324.5

56.95

238.3

85.43

10.5

17.6

145.7

±32.21

±30.84

±16.32

±30.31

±14.31

±59.9

TEF-3（瘦猪肉）

350.2

290.9

0.831

313.7

411.0

97.26

406.9

145.89

18.0

23.7

108.7

±91.22

±79.05

±90.30

±107.2

±27.09

±113.3

TEF-4（纯牛奶）

317.3

245.6

0.774

252.9

363.7

110.8

463.6

332.52

41.1

31.2

70.70

±32.54

±26.81

±84.71

±28.57

±64.73

±270.8

TEF-5（香蕉）

219.0

197.2

0.900

235.7

256.1

20.47

85.65

61.41

7.6

7.2

86.20

±38.82

±35.90

±29.08

±24.75

±45.36

±189.8

TEF-6（蔗糖）

296.6

251.4

0.848

294.8

347.0

52.18

218.3

156.54

19.3

14.9

510.3

±58.51

±48.78

±30.69

±38.82

±18.46

±77.24

TEF-7（鸡蛋白）

234.60

201.2

0.858

209.3

273.3

64.00

267.8

384

47.4

22.8

121.3

±28.96

±25.05

±28.34

±31.19

±41.25

±172.6

注：

Sbee⑹表示4小时基础代谢耗能量；Stef⑺表示进餐后4小时内总耗能量；Tef1=Stef-Sbee；

Tef2⑽表示在Tef1基础上补足30%能量的Tef.

Tef1/f⑾表示Tef⑻占食物所含能量（见表6）的百分比；

Tef1/Stef⑿表示Tef⑻占食物在体内总耗能量Stef⑺的百分比；

Stef/100g⒀表示每100g食物所能利用的能量[（食物在体内总耗能量Stef⑺/食物重量）*100]

表9和图３显示，不同试验膳的TEF占其所含能量的百分比（tef1/f）以香蕉、混合膳、馒头较低（约10%），纯牛奶、鸡蛋白较高（>40%）;瘦猪肉TEF值居于这两类食物之间，可能与其含有较高的蛋白质，也含有较高的脂肪有关。

不同试验膳的TEF占其体内产能的百分比（Tef1/Stef）以香蕉、蔗糖、馒头较低，纯牛奶较高。

如表8、9、和图3所示，主要含碳水化合物的食物（如蔗糖、馒头）出现TEF峰值较早（0.5~1.0h），

TEF曲线随时间延长有下降趋势，Tef占食物所含能量的百分比较低；反之，含蛋白质较多的食物（如瘦猪肉、牛奶、鸡蛋白）出现TEF峰值较晚（2~3.5h），TEF曲线随时间延长有升高趋势,Tef占食物所含能量的百分比较高；含小分子物质的食物（如蔗糖）较快达到TEF峰值（0.5h）；含大分子物质的食物（如瘦猪肉）缓慢达到TEF峰值（3.5h）。

3.2食物能量利用：

食物能量利用以每100g食物所能利用的能量（kcal/100g）来表示（见表9），七

种试验餐从小到大依次为：

混合膳食、纯牛奶、香蕉、瘦猪肉、鸡蛋白、馒头、蔗糖。

每100g蔗糖所能利用的能量最高，且高于本身所含的能量，可能与体内的糖原分解作用增强有关，此点尚需做进一步研究。

主要含碳水化合物的食物（如蔗糖、馒头）所能利用的能量较多（>140kcal/100g），而含蛋白质较多的食物（如瘦猪肉、牛奶、鸡蛋白）因其食物特殊动力作用较高，故体内所能利用的能量较少（<140kcal/100g）。

4、运动生热效应

4.1运动生热效应（TEE）：

20～岁组男子30项运动生热效应（或体力活动能耗量）结果见表10。

表10运动生热效应（X±S）

体力活动项目

VO2（ml/min）

VCO2（ml/min）

TEE（Kcal/min）

静坐

254.6±59.56

141.4±70.72

0.555

1.135±0.280

坐着听音乐

274.9±72.60

143.8±77.22

0.523

1.215±0.326

坐看书

279.2±61.18

249.2±48.36

0.893

1.360±0.292

坐写字

333.6±97.35

295.9±81.71

0.887

1.625±0.471

坐打字

358.2±80.46

311.6±67.74

0.870

1.738±0.387

朗读

394.6±84.17

334.70±65.16

0.848

1.906±0.398

站立

313.6±84.07

156.4±60.44

0.499

1.379±0.350

步行80不摆手

547.5±101.3

277.5±89.13

0.507

2.416±0.390

步行80摆手

572.9±113.2

304.6±96.28

0.532

2.546±0.436

倒走

616.3±110.3

315.2±94.03

0.511

2.724±0.383

步行100*

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