一、能量：维持生命的燃料
人体为了生长、劳动和疾病后的迅速康复，必需不断地从食物中获取能量以满足机体的能量所需。食物主要由所含碳水化合物、脂肪和蛋白质在体内通过生物氧化提供能量，这就是三大营养素的共同作用。当然蛋白质、脂肪和碳水化合物三种产生能量的营养素还有它各自的一些功能。这在以后的章节中分别介绍。健康的成年人能量的摄入量与消耗量应当保持平衡或摄入略多于消耗。如果长期能量摄入量过多，就可能引起肥胖，相反则可能引起消瘦。肥胖和消瘦对健康都是有损害的。对能量营养状况的评价就是研究机体在不同生理情况、不同生活环境和劳动条件下能量的摄入量与消耗量之间的平衡关系，以及各种营养素占总能量的适宜百分比。
1、能量平衡的调节
能量平衡是制定能量供给量的理论基础。联合国粮农组织／世界卫生组织／联合国大学（FAO／wHO／UNu）专家委员会1985年的报告提出的能量需要量定义是：从食物供给的能量可平衡有一定身体大小，有一定体力活动，并且长期健康良好的人体的能量消耗。在儿童、孕妇和乳母，能量需要量还应包括组织生成和分泌乳汁的能量需要。因此，能量需要量是以满足人体能量消耗为目的，以维持能量平衡为目标。故近年来能量平衡成为营养学领域研究较多的课题，并指导其能量需要量的修订。
能量平衡的调节主要包含营养素摄入和能量消耗，二者相互作用的结果决定了体内能量的平衡与否。根据能量不灭定律，每日摄入的能量未被消化吸收的，则随粪便排出体外，吸收的能日常生活的最佳健康帮手量有少量作为蛋白质代谢产物从尿中排出，其余的或进入代谢，或储存于组织，成为蛋白质、脂肪或糖原。吸收的能量在体内用于许多化学过程，如维持肌肉张力和身体的基础需要以及各种体力活动。并且将多余的能量储存起来。现举例如下（以每天计算）：
摄入能量为2600千卡（10．88兆焦耳）。
粪便丢失能量为104千卡（0．44兆焦耳）。
吸收的能量为2496千卡（10．44兆焦耳）。
尿中丢失能量为130千卡（0．54兆焦耳）。
可用于代谢或储存的能量2366千卡（9．90兆焦耳）。
身体储存的能量，成年男子大约为：糖原1820千卡（7．61兆焦耳）；可动用蛋白质19600千卡（82．01兆焦耳）；甘油三酯112330千卡（469．99兆焦耳）。体内储存的这部分能量，以脂肪量最多。正常人储存的能量大约相当于每日所需能量的60倍。如果能量摄入暂时低于消耗，即从储存的能量中取用。1千克体内脂肪可满足饥饿3～4天的能量消耗。
人体通过代谢生热而消耗掉的能量，有以下四部分。
（1）安静代谢消耗（REE）。这是维持身体正常功能和稳态的能量消耗。约占总能量消耗的60％～75％，它是总能量消耗的主要部分。
（2）食物特殊动力作用。它是由于摄入食物在消化、吸收、运转、代谢和储存过程中所需要的能量。约占总能量消耗的10％。也有人称它为食物热效应，它在餐后1小时达到最高，4小时后消失。任何来源的能量摄入均会产生食物热效应，而蛋白质最高。这是一个重要的研究领域，对能量平衡的调节有一定的作用。
（3）体力活动时的能量消耗。它视体力活动多少而定，不同体力活动人群差异很大。随着节省劳动力的机械化程度的增高，职业性能量消耗及不同职业间能量消耗差异逐步会缩小。在同一职业人群中，由于人们对保健性体育活动认识不同，也显现一定的差异。以中等劳动的成年男子每天消耗2600千卡（10．88兆焦耳）为例，用于体力活动的能量约占30％，即每天780千卡（3．2兆焦耳）。1985年wHO提出用体力活动比来表示体力活动的能量需要，体力活动比为体力活动消耗的能量除以基础代谢率（BMR）。
（4）适用性生热作用。它主要是对环境应激适应的BMR的改变，一般不超过总能量消耗的±10％～15％，但它对于能量平衡和长期体重变化有重要作用。其机制不完全清楚，部分与自主神经系统、儿茶酚胺、甲状腺素与胰岛素有关。生化变化影响氧化磷酸化效率以及蛋白质合成和分解率的变化。它还可影响钠钾泵的活性。
总之，人体摄入恒定的食物，维持相同体重和完成同类型的体力活动，则24小时的总能量消耗是固定的，反复测定变动在2％以内。摄入量短期波动对能量消耗影响较小。故制定能量需要量须较长期的观察。提示长期的体重平衡说明其能量的摄入与消耗大致是相等的。可根据这个道理，较长期观察其体重，了解其能量摄入量，也就可知道其能量消耗量了。
2、对能量代谢的适应
许多事实证明，人体对能量消耗有一种适应能力。对食物和营养素摄入量的变化，人体逐渐达到一种新的或不同的稳定状态的过程。这种稳定状态是相对的，使其相对稳定，基本有三类，即生物遗传的、生化代谢的和社会行为的。例如减少体力活动量，或改变能量传导效率来适应代谢。通过这些来维持体内的潜在能量趋于稳定状态。
代谢适应引起许多学者的兴趣，因方法条件不同，结果并不能得出一致的结论。但代谢适应的概念已被多数人重视，并具体运用于公共营养的研究中。第5次世界食物调查指出，在发展中国家的人群中，代谢适应可能在15％。
3、影响能量需要量的因素
能量需要量是营养学中首先需要考虑的项目。因能量不仅是维持人体生命活动的基本因素，而且对其他营养素的需要量有很大影响。FAO／WHO曾先后多次组织专家就能量与蛋白质需要量进行讨论。现一致认为能量供给不宜高出其消耗量，否则过高的能量将导致肥胖等一系列对健康有害的影响。然而其他营养素常常需要有一个安全水平，以保证摄入量能满足机体之需而略有节余。机体对能量的要求，除了一定的总热量外，还有蛋白质、脂肪、碳水化合物的比例问题（因这3种热源质各有不同的生理功能），所以在提供热源质时，必须考虑以下各种因素。
（1）劳动强度
1989年中国营养学会推荐的每日膳食中营养素供给量的说明中指出，由于现代生产工具的不断革新和机械化、自动化程度的日益提高，确切地划分劳动强度等级比较困难。但大致可分为5级。
①极轻劳动：以坐着为主的工作。如办公室工作、组装和修理收音机与钟表等工作，业余可有一定的文体活动。
②轻劳动：以站着或少量走动为主的工作。如店员售货、一般实验室操作、教员讲课等。
③中等劳动：如学生日常活动、机动车驾驶、电工安装、金属切削等。
④重劳动：如非机械化农业劳动、炼钢、舞蹈、体育运动等。
⑤极重劳动：如非机械化的装卸、伐木、采矿等劳动。
（2）牛理状况
儿童和青少年正在生长发育时期，身高、体重及活动量都不断增加，能量需要量也逐渐增大。中年以后，基础代谢率逐渐下降，活动量也逐渐减少，故能量需要也适当降低。孕妇和乳母的能量需要量应在其当时的劳动情况下适当增加。孕妇增加200千卡（0．84兆焦耳），以保证胎儿正常发育之需。乳母所增加的能量是补偿分泌乳汁所消耗的能量，规定增加800千卡（3．35兆焦耳）。
（3）气候条件
由于衣着和居住条件的改善，一般认为气候对人体能量需要的影响不大，只有较长时期地处于寒冷和酷热气候中才需要作适当调整。
（4）体型
体型不同的人，其基础代谢率不同；同时，活动时相应地要增加其能量消耗。为了避免超重（肥胖）或低重（过瘦）的偏差，应在一定身高时的体重正常与否为准。我国18～45岁成年男子与女子的体重参考值分别为63千克和53千克（各国不同的人群的标准体重是各不相同的）。
（5）疾病因素
发热、失血、严重感染、败血症、消耗性疾病及创伤、烧伤和手术等病人，都需适当地增加能量的供给。临床病人能量的供给很重要，但准确的估量却很困难。人体能量代谢与氮代谢关系密切，因此，临床上病人的能量供给量主要是参考病人蛋白质的需要量，即在满足病人蛋白质需要的情况下，供给的能量应使病人维持氮平衡或正氮平衡。
人类需要各种食物来满足能量的需要，产生能量的蛋白质、脂肪和碳水化合物之间应有一个适当的比例。蛋白质提供的能量应占总能量的11％～13％，脂肪占25％～30％，其余则可由碳水化合物供应，约占55％～65％。
我国对军人膳食对优质蛋白作了规定，陆军动物蛋白及大豆蛋白应占摄入蛋白质总量的30％～50％，而海、空军动物蛋白质应占摄入蛋白质总量的30％～50％。植物性来源的脂肪不得低于总脂肪摄入量的50％。海、空军膳食中蔗糖能量不得超过总能量摄入量的10％。
4、能量单位及换算系数
人体所需能量国际上用焦耳（J）为单位。常用焦耳1000倍，称千焦耳（KJ）。但营养学上，还嫌千焦耳较小。有用J×10（6上标）表示，称为兆焦耳（MJ）。营养学上习惯用千卡（kcal）表示。1千卡能使1升15℃纯水升至16℃时所吸收的能量。它们的换算关系如下：
1卡=4．184千焦耳，1千焦耳=0．239千卡
食物中所含碳水化合物、脂肪及蛋白质在弹式热量计中燃烧时，每克分别产生能量平均值：
碳水化合物：4．1千卡（17．15千焦耳）
脂肪：9．45千卡（39．54千焦耳）
蛋白质：5．65千卡（23．64千焦耳）
碳水化合物和脂肪在体内能被完全氧化，所产生的能量与弹式热量计所测得者完全相同。蛋白质在体内不能完全被氧化，从尿中排出的蛋白质最终代谢物为尿素、肌酐、尿酸等。由1克蛋白质所产生的这些代谢产物在弹式热量计中燃烧时，尚可平均产生1．3千卡（5．44千焦耳）的能量。此外，在消化过程中，还有消化率的影响。碳水化合物、脂肪及蛋白质的消化率分别为98％、95％及92％。故它们在体内产生的能量分别是：
碳水化合物：0．98×4．1=4千卡（16．8千焦耳）
脂肪：0．95×9．45=9千卡（37．6千焦耳）
蛋白质：0．92×（5．65-1．3）=4千卡（16．8千焦耳）
在体内每克碳水化合物、脂肪及蛋白质产生能量的系数分别为4、9、4。
二、蛋白质与氨基酸：打造人体的材料
蛋白质是已知营养素中较为重要的一类营养素，它是由许多氨基酸组成的大分子物质，既是构成身体组成的重要成分，又能做为能源物质向机体提供能量。组成蛋白质的元素除碳、氢、氧、氮外，还有硫和磷。食物中除蛋白质能产生能量外，还有碳水化合物和脂肪也能产生能量，而后两者是主要的供能物质。碳水化合物和脂肪分子中仅含有碳、氢、氧，并不含有氮，故蛋白质是人体氮的主要来源。蛋白质的生理功能总是和各种生命活动联系着，它参与机体各种代谢，具有广泛的生理作用。如蛋白质与核糖核酸是遗传信息和代谢过程中的重要物质。再如激素、酶、免疫物质和载体蛋白均与蛋白质关系密切。由于氨基酸的种类、数量、排列不同，构成了机体中各种各样的蛋白质，这些蛋白质各有其不同的功能，在身体中发挥着各种作用。
1、蛋白质的生理功能
蛋白质有着广泛的生理功能，可概括为以下几个方面。
（I）构成身体的组成成分
在生物的发育时期需要蛋白质组成新的细胞，由细胞构成身体的组织。在生物机体成年时期，其体内的脏器与组织细胞不断破坏，同时又不断新生，所以机体必须经常摄取足够的蛋白质以补偿其消耗。
机体蛋白质分解的快慢和多少，取决于脏器机能活动的状态，激素和消化液中酶的分泌量，组织死亡与毛发、指甲和上皮细胞等的脱落情况。在病理情况下，如发热时，基础代谢加快，蛋白质分解也增多。在创伤失血过多时，血液的新生也需要大量蛋白质补给。在这些情况下，所需的蛋白质用于修补方面的需要增多。
（2）提供能量
每克蛋白质在体外弹式热量计中燃烧，释放约5．65千卡（23．6千焦耳），称这种能量为食物蛋白质的粗卡价。每克蛋白质在体内燃烧（即通过生物氧化）释放4．0千卡（16．7千焦耳），这种能量称为食物蛋白质的生理卡价。人体每日有一定量的能量是来自蛋白质。在一般生活情况下，机体的能量供给，主要依靠碳水化合物及脂肪供给。它们供给机体能量充分，可节约蛋白质提供的能量。从这个角度讲，碳水化合物及脂肪是蛋白质的“保护剂”。故在膳食营养素推荐量标准中，三大营养素产生能量占总能量有一定的百分比的要求。前面已提及，成人蛋白质产能应为总能量11％～13％，脂肪为25％～30％。余者由碳水化合物来提供。
（3）调节生理作用
包括以下几方面：
①保持体液平衡。正常人血浆与组织液间的水分不停地交流，保持着动态平衡。这依赖于血液中溶解状态的离子和分子的浓度及胶体物质蛋白质的浓度。
②维持血液的酸碱平衡。血液中有完善的缓冲系统。其中有机的缓冲系统中，血液蛋白质，特别是红细胞中血红蛋白等起着重要作用。
③促进机体内各种生理生化作用的进行。机体内所有合成和分解作用都有赖于酶和激素的作用，才能有效地完成。而酶和激素的本质都是蛋白质和蛋白质的产物，如胃蛋白酶、尿素酶和胰岛素等都是蛋白质，甲状腺素是酪氨酸的衍生物等。
④提高机体抵抗疾病的能力。机体抗病能力的强弱与体内抗体的多少有关。抗体的生成和蛋白质的营养状况有密切的关系，免疫球蛋白本身就是蛋白质，故蛋白质营养状况的优劣对机体抗病能力具有重要作用。
2、蛋白质的质量及必需氨基酸
氨基酸是组成蛋白质的基本单位。蛋白质是由很多氨基酸分子按不同种类、数量和排列顺序所组成。在人体及自然界中常见的氨基酸约有二十多种。这二十多种氨基酸对机体都不可缺少，但不是都需要直接从食物中提供，有一部分可在人体内合成或由其他氨基酸转变而成。但其中有8种氨基酸在人体内不能合成或合成速度不能满足机体需要，必须从日常膳食中获得，否则就不能维持机体的氮平衡。故将这8种氨基酸称为必需氨基酸（EAA）。它们是亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸。另外，组氨酸对婴儿也是必需氨基酸，但对儿童和成年人来说尚须进一步研究。
