能量消耗测量方法:现代营养学

13.1.1　直接测热法

直接测热法（direct calorimetry）是测定能量消耗最精确的方法。通过直接测定人体在某一时间段内向外释放的能量，即可得出人体的能量消耗值。直接测热法必须在专门的直接测热器内进行。受试者处于一个密闭的铜制小室（即测热器）内，整个小室再以锌板和木板包围，锌板、木板、铜板间各自隔开，保证隔热性良好。室顶装置铜质水管，受试者散发出的所有能量被铜板吸收后，传导给铜管内流动的冷水，通过测定循环水流量，以及流入与流出铜室时的温差，即可获得此部分的能量值。另一部分的能量用以蒸发随呼吸排出的人体水，因此通过测定空气中水蒸气含量（由浓硫酸吸收），即可得到此部分水蒸气中所含的气化热。由于测热室室温与人体体温恒定，人体释放出的所有能量均随水蒸气与流动水带出，因此该两部分的能量之和即为受试者的能量代谢值。

由于直接测热装置复杂、使用受限，目前很少应用。

1.3.1.2　间接测热法

1.气体代谢法　通过分析受试者吸入气体的O2和呼出气体的CO2含量，计算受试者在代谢过程中的氧气消耗量（VO2）、二氧化碳生成量（VCO2），结合24小时尿氮含量测定，可推算出机体的能量消耗值。其理论依据是能量守恒定律和化学反应等比定律。不同的食物成分在完全氧化时的耗O2量、CO2生成量和释放的能量是不同的。这里涉及一个重要的概念——呼吸商（respiratory quotient，RQ）。RQ是指机体O2消耗量与CO2生成量的比值，即：RQ=VO2/VCO2。RQ值的正常范围为0.7～1.0，并且与消耗的能量底物种类与含量有关。碳水化合物的RQ值为1.0，脂肪为0.70～0.71，蛋白质为0.80～0.82。也就是说，如果机体完全以碳水化合物作为能量来源，消耗的O2量与产生的CO2量相等，RQ为1.0；若完全以脂肪作为自身能量来源，RQ值为0.7；混合供能的RQ值为0.7～1.0。若RQ＞1.0，表明碳水化合物摄入量大于需要量，多余的碳水化合物转化为脂肪。乙醇和酮体供能时，RQ值＜1.0。蛋白质不是主要的供能物质，产生的能量很少。根据尿总氮量可求出蛋白质代谢量，然后从消耗的O2量及产生的CO2量的总量中减去蛋白质分解所产生的部分，剩下的为碳水化合物和脂肪在代谢中消耗的O2量和生成的CO2量，称为非蛋白呼吸商（non-protein respiratory quotient，NPRQ）。NPRQ=1.0时，表示纯碳水化合物氧化；NPRQ=0.85时，则表示50%葡萄糖和50%脂肪被氧化。乙醇或酮体代谢可使NPRQ降至0.67。过度喂养所致脂肪生成，可使NPRQ升高至1.0～1.3。(www.xing528.com)

气体代谢法可分为循环式间接法和开放式间接法。典型的循环式间接测定装置由通风罩、采样管、传感器、氧分析仪、二氧化碳分析仪等部分组成，即间接能量代谢仪（代谢车）。测量时，受试者安静平卧，头部置于透明塑料头罩中，通过泵把空气吸出罩子，经采样管、传感器后，在氧分析仪、二氧化碳分析仪内进行实时动态连续分析。测定指标包括气流以及入口（从外部吸入的O2）和出口（从内部呼出的CO2）的浓度。成人气流率为25～50L/min。

开放式间接法采用道格拉斯收集袋收集和测量呼出气体的体积及O2和CO2的浓度，同时测定周围空气中O2和CO2的浓度，最后计算出能量消耗值。

2.双标记水法　双标记水法（doubly labeled water，DLW）是一种测定人体在日常生活和工作中自由进行各种活动的总能量消耗量的测定方法，不干扰受试者的一切正常活动。工作原理：受试者摄入定量的双标记水（2H218O）后，机体被这2种稳定同位素标记。当它们在体内达到平衡时，2H参与H2O的代谢，速率常数（rate constant）KD反映H2O的代谢率；18O参与H2O和CO2的代谢，在H2O和CO2的反应平衡时，18O速率常数KO反映H2O和CO2的代谢率。KO-KD可算出CO2的生成率。通过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。

此法的优点是受试者可自由活动，只需测体液中同位素即可计算能量消耗量。但双标记水法需要昂贵的质谱分析仪等设备，故很少在临床应用。