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在人體熱能代謝研究中，傳統(tǒng)應(yīng)用的能量單位為大卡也稱(chēng)千卡（kcal）。把一升水加熱，其溫度從15℃上升到16℃所需要的能（熱）量稱(chēng)為1kcal。根據(jù)國(guó)務(wù)院1984年3月3日公布的法令，熱量以千焦耳（kJ）為單位。1kcal=4.184kJ,1kJ=0.239kcal。

食物的能量可用彈式熱量計(jì)直接測(cè)得。這種熱量計(jì)是一個(gè)能承受很大壓力的鋼壁容器，即所謂的“彈”，其中有一可以通電的金屬樣品皿，放入一定量樣品并且充以氧氣。此“彈”放于四周有定量水的圓筒內(nèi)，水與外界隔熱。測(cè)定時(shí)通以電流，因有氧，遇火花樣品完全燃燒，釋放熱量。讀出水的溫度變化后即可計(jì)算此樣品所放出的熱量。此為精確的直接測(cè)定法，但設(shè)備與操作均很繁復(fù)，應(yīng)用不便。通常應(yīng)用是從食物成份表計(jì)算食物內(nèi)糖類(lèi)、脂肪與蛋白質(zhì)的含量，然后再分別按其生理熱價(jià)值計(jì)算能量的含量。

人體釋放的能量測(cè)定有直接法和間接法，間接法又分為循環(huán)式和開(kāi)放式兩種。前者的熱量計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建造費(fèi)昂貴，多只用于某些特殊的實(shí)驗(yàn)研究，一般很少應(yīng)用。

間接測(cè)熱法所根據(jù)的原理是人體進(jìn)行物質(zhì)代謝釋放能量時(shí)須消耗一定量的氧；測(cè)定人體一定時(shí)間內(nèi)的氧耗量即可計(jì)算熱能消耗量。循環(huán)式間接測(cè)熱法是一個(gè)閉合的氣體流通循環(huán)裝置；這一裝置依靠活門(mén)控制氣體定向流通，其中安裝有貯存一定氧氣量（或已知成分的混合氣體）的貯存器，CO2吸收劑（蘇打石灰）貯存器及水分吸收劑（濃硫酸或其它吸水劑）貯存器，使之形成一個(gè)循環(huán)通路。人體通過(guò)此裝置進(jìn)行一定時(shí)間的呼吸，即可測(cè)出其氧耗量。并計(jì)算出熱能消耗量。這種循環(huán)裝置的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)一定時(shí)間的呼吸，即可得出消耗的氧量，毋須進(jìn)行氣體分析。因?yàn)槭枪潭ㄑb置，測(cè)定時(shí)人體不便活動(dòng)，所以此法多為醫(yī)院應(yīng)用于基礎(chǔ)代謝率的測(cè)定。

大氣空氣成分比較恒定，O2為20.94%,C02為0.03%，N2為79.03%,其它一些微量氣體可略不計(jì)；同時(shí)，N2在人體氣體代謝過(guò)程中，既不能吸收利用，也不能從體內(nèi)增加而經(jīng)肺排出。因而有可能采用開(kāi)放式間接測(cè)熱法以測(cè)定人體的能量消耗。測(cè)定時(shí)人體吸入外界空氣，只收集呼出氣進(jìn)行分析，分析所得的O2與CO2的百分比與空氣比較，結(jié)合一定時(shí)間呼出的氣體量，即可計(jì)算一定時(shí)間內(nèi)的氧耗量和CO2排出量。開(kāi)放式間接測(cè)熱法的經(jīng)典方法是Douglas-Haldane法。這一方法主要是兩部分組成。第一部分是通過(guò)裝有呼吸活瓣的口鼻罩，把人體一定時(shí)間內(nèi)的呼出氣體收集于“多氏袋”（Douglasbag）中，然后經(jīng)氣量計(jì)測(cè)量袋中氣量，最后計(jì)算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下每分鐘通氣量。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)采用STPD，即溫度0℃，氣壓101kpa（760mmHg）時(shí)的干燥氣體。測(cè)量氣量時(shí)，從多氏袋留取一部分呼出氣樣品準(zhǔn)備分析。第二部分是用Haldane氣體分析器分析呼出氣樣品中的O2、CO2的含量。分析結(jié)果與外界空氣成分比較，結(jié)合通氣量即可計(jì)算得出氧耗量。目前，開(kāi)放式間接測(cè)熱法有很大的改進(jìn)。主要在采用小型干式氣量計(jì)，采用電極法分析O2與CO2。這兩部分整個(gè)組裝在一個(gè)背囊內(nèi)，受試者穿戴這一裝置，可以進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的能量消耗測(cè)定。

食物在體內(nèi)分解釋放能量時(shí)，必須消耗一定量的氧，產(chǎn)生一定量的CO2；CO2的產(chǎn)生量與O2的消耗量之間的比稱(chēng)為呼吸商。呼吸商隨著體內(nèi)消耗的能源物質(zhì)不同而異。

糖氧化時(shí)的呼吸商約為1，以葡萄糖為例：

C6H12O6+6O2→6C02+6H20

呼吸商=6molCO2/6molO2=6×22.4/6×22.4=1.0

脂肪氧化時(shí)呼吸商約為0.7，以（三）軟脂酸甘油酯為例：

2C51H98O6+145O2→102C02+98H20

呼吸商=102molCO2/145molO2=102×22.4/145×22.4=0.7

蛋白質(zhì)的代謝過(guò)程比較復(fù)雜，它在體內(nèi)未經(jīng)徹底氧化，仍有一部分O及C與N結(jié)合隨尿排出，即是尿素等，這部分物質(zhì)在體外還可繼續(xù)氧化放出能量。100g蛋白質(zhì)在體內(nèi)氧化大約需要138.18g的O2，產(chǎn)生152.17g的CO2，其呼吸商為：

呼吸商=（152.17/44×22.4）/（138.18/32×22.4）=77.47lCO2/96.73LO2=0.8

進(jìn)食混合膳食時(shí)，可先從尿氮計(jì)算蛋白質(zhì)的消耗量。1g尿氮相當(dāng)于消耗6.25g蛋白質(zhì)，同時(shí)消耗6.04LO2,產(chǎn)生4.84LCO2和釋放110kJ的能量。從總的氧耗量及CO2產(chǎn)量中減去蛋白質(zhì)氧化所消耗的氧量和CO2產(chǎn)量，則可得非蛋白呼吸商。按照下式，可以計(jì)算在不同的非蛋白呼吸商情況下，每消耗1LCO2所能放出的能量。這叫做每升氧的能當(dāng)量。

每升氧的能當(dāng)量（kJ）=15.962+5.155rR為非蛋白呼吸商。

因此，測(cè)定出尿氮和氧耗量后，即可計(jì)算熱能消耗量。如果不測(cè)定尿氧，用總呼吸商計(jì)算所得的熱能消耗量與非蛋白呼吸商計(jì)算所得者相差只是1.1%，所以現(xiàn)在大多直接用總呼吸商進(jìn)行計(jì)算。

從上述推理來(lái)看，在一定時(shí)間內(nèi)，測(cè)出之呼吸商可以代表體內(nèi)代謝物質(zhì)的種類(lèi)。但是否確是如此，很多人提出疑義。從理論上講，不可能出現(xiàn)小于0.7或者大于1.0的呼吸商，可是在實(shí)際中大于1.0的呼吸商屢見(jiàn)不鮮，小于0.7的也時(shí)有出現(xiàn)。導(dǎo)致出現(xiàn)這種異常呼吸商的因素是很多的。臨床上長(zhǎng)期攝取能量不足的病人或糖尿病患者，蛋白質(zhì)及脂肪分解加速，糖原異生增多可能使呼吸商小于0.7；人體在勞動(dòng)過(guò)程中，有時(shí)因?yàn)閯趧?dòng)強(qiáng)度大，通氣量過(guò)大造成一時(shí)CO2呼出過(guò)多，有時(shí)因?yàn)槌霈F(xiàn)體內(nèi)乳酸蓄積，血液偏酸也使CO2一時(shí)呼出過(guò)多，所以呼吸商出現(xiàn)大于1.0。體內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)換，如由糖轉(zhuǎn)換為脂肪，因?yàn)樘欠肿拥暮趿肯鄬?duì)地比脂肪較多，轉(zhuǎn)換時(shí)剩余的氧可供利用，機(jī)體可以從外界吸入較少的氧，所以CO2呼出量相對(duì)地多，呼吸商即可能大于1.0。可見(jiàn)呼吸商還受到其它因素的影響，并不能據(jù)此判斷體內(nèi)代謝物質(zhì)的種類(lèi)。同時(shí)因?yàn)楹粑虨?.0時(shí)，氧的能當(dāng)量為21.12kJ·L-1，呼吸商為0.7時(shí)，氧的能當(dāng)量為19.57kJ·L-1。兩個(gè)極值相差變很小，所以有的學(xué)者主張用“正?！焙粑?.9以計(jì)算每升氧的能當(dāng)量。