Metabolism and Energy Balance

代谢和能量平衡

新陈代谢和能量平衡是营养学和生理学中影响体重、健康和整体幸福感的基本概念。本文探讨基础代谢率 (BMR) 及其影响静息能量需求的因素，深入探讨体重管理中“卡路里摄入量与卡路里消耗量”的概念，并分析碳水化合物、蛋白质和脂肪在能量产生中的作用。

人体需要能量来执行所有生理功能，从细胞过程到身体活动。新陈代谢涵盖维持生命所需的所有生化反应，包括分解营养物质产生能量的分解代谢反应，以及利用能量合成复杂分子的合成代谢反应。了解新陈代谢和能量平衡对于控制体重、改善健康状况和预防慢性疾病至关重要。

基础代谢率（BMR）：影响静息能量需求的因素

基础代谢率的定义

基础代谢率 (BMR) 是指在中性温带环境中静息状态下，即吸收后状态（即消化系统处于非活动状态，需要禁食约 12 小时）所消耗的能量。BMR 代表维持身体机能（包括呼吸、循环、细胞生成、营养物质处理和体温调节）所需的最低能量。

影响基础代谢率的因素

有几个因素会影响个人的 BMR：

  1. 年龄
  • 随着年龄增长，代谢率下降：由于肌肉质量的损失和荷尔蒙的变化，BMR 通常会随着年龄的增长而下降。
  1. 性别
  • 男性和女性之间的差异：男性的 BMR 通常高于女性，因为男性的肌肉质量更大且体脂百分比更低。
  1. 身体成分
  • 瘦肌肉质量：肌肉组织的代谢活性高于脂肪组织。肌肉质量越高的人，基础代谢率（BMR）也越高。
  • 脂肪量：虽然脂肪组织的代谢活性较低，但整体身体尺寸也会影响 BMR。
  1. 遗传因素
  • 遗传代谢率：遗传因素会影响代谢率，影响一个人在静息状态下燃烧卡路里的速度。
  1. 荷尔蒙的影响
  • 甲状腺激素：甲状腺素 (T4) 和三碘甲状腺原氨酸 (T3) 调节新陈代谢。甲状腺功能亢进会导致基础代谢率 (BMR) 升高，而甲状腺功能减退会导致基础代谢率降低。
  • 其他激素：生长激素、肾上腺素和性激素也会影响 BMR。
  1. 环境温度
  • 体温调节：暴露在寒冷的温度下会增加 BMR，因为身体会消耗能量来维持核心温度。
  1. 生理状态
  • 怀孕和哺乳：由于能量需求增加，怀孕和哺乳期间 BMR 会增加。
  • 疾病和发烧：当身体抵抗感染时，BMR 可能会因疾病或发烧而升高。
  1. 营养状况
  • 饥饿与禁食：长时间禁食或严重的卡路里限制会降低 BMR，因为身体会保存能量。
  • 饮食引起的产热：食物消化、吸收和代谢过程中消耗的能量会稍微增加BMR。

测量基础代谢率

BMR 可以通过以下方式测量：

  • 间接量热法：测量氧气消耗量和二氧化碳产生量来估算能量消耗。
  • 预测方程：哈里斯-本尼迪克特方程等公式根据年龄、性别、体重和身高估算 BMR。

卡路里摄入与卡路里消耗：了解体重增加、减少和维持

能量平衡方程

  • 能量摄入：通过食物和饮料消耗的卡路里。
  • 能量消耗：通过基础代谢、体力活动和产热燃烧的卡路里。
  • 能量平衡：当能量摄入等于能量消耗时，体重就能维持。

体重增加

  • 正能量平衡：摄入的热量超过消耗的热量会导致体重增加。
  • 过剩的卡路里：以脂肪形式储存在脂肪组织中。
  • 导致过度消费的因素：高热量饮食、久坐的生活方式、心理因素。

减肥

  • 负能量平衡：消耗的热量少于消耗的热量，从而导致体重减轻。
  • 储能利用：身体利用脂肪储存来获取能量。
  • 创造热量缺口的方法：
    • 饮食变化：减少热量的摄入。
    • 增加体力活动：增强能量消耗。

体重维持

  • 平衡收入和支出：通过匹配卡路里消耗和能量需求来实现。
  • 生活方式因素：定期的体育锻炼和良好的饮食习惯有助于维持体重。

能量平衡的挑战

  • 代谢适应：限制卡路里摄入期间，身体的新陈代谢可能会减慢，使减肥更加困难。
  • 食欲调节：生长素释放肽和瘦素等激素会影响饥饿感和饱腹感，从而影响卡路里的摄入量。
  • 环境和行为因素：高热量食物的可及性、份量大小和饮食行为都会影响能量平衡。

宏量营养素的作用：碳水化合物、蛋白质和脂肪在能量产生中的作用

碳水化合物

在能源生产中的作用

  • 一次能源：碳水化合物是人体首选的能量来源，尤其是对大脑和高强度运动时。
  • 葡萄糖利用：碳水化合物分解成葡萄糖，用于细胞呼吸产生 ATP。

碳水化合物的种类

  • 简单碳水化合物：单糖和双糖（例如葡萄糖、果糖、蔗糖）。
  • 复合碳水化合物：多糖（例如淀粉、糖原、纤维）。

贮存

  • 糖原：多余的葡萄糖以糖原的形式储存在肝脏和肌肉中，以满足短期能量需求。
  • 转化为脂肪：过量摄入会转化成脂肪长期储存。

蛋白质

在能源生产中的作用

  • 二次能源：当碳水化合物和脂肪储存不足时用于提供能量。
  • 氨基酸：蛋白质分解成氨基酸，氨基酸可以进入代谢途径产生 ATP。

主要角色

  • 构建块：对身体组织、酶、激素和免疫功能的合成至关重要。
  • 肌肉修复：对于运动后的肌肉恢复和生长至关重要。

脂肪

在能源生产中的作用

  • 集中能源：与碳水化合物和蛋白质相比，每克脂肪提供的能量是其两倍多（9 kcal/g 对 4 kcal/g）。
  • 脂肪酸氧化：脂肪酸经过β氧化产生ATP，尤其是在低强度、长时间的活动期间。

脂肪的种类

  • 饱和脂肪：存在于动物产品中；过量摄入与健康风险有关。
  • 不饱和脂肪：包括单不饱和脂肪和多不饱和脂肪；有益于心脏健康。
  • 必需脂肪酸：Omega-3 和 Omega-6 脂肪酸对于生理功能至关重要。

贮存

  • 脂肪组织：人体的主要能量储备；脂肪储存在脂肪细胞中。

宏量营养素的相互作用

  • 能源系统：身体会根据供应情况和能量需求，利用碳水化合物、脂肪和蛋白质的组合来获取能量。
  • 代谢灵活性：能够根据代谢需要在燃料来源之间切换。

均衡摄入宏量营养素的重要性

  • 最佳健康：充分摄入所有常量营养素可支持生理功能。
  • 饮食建议：根据个人需求、活动水平和健康目标而有所不同。
    • 碳水化合物：占每日总热量的45-65％。
    • 蛋白质：占每日总热量的10-35％。
    • 脂肪：占每日总热量的20-35％。

了解新陈代谢和能量平衡对于控制体重和优化健​​康至关重要。基础代谢率 (BMR) 代表受各种因素影响的基线能量需求，而能量平衡方程则解释卡路里摄入和消耗如何影响体重的增加、减少或维持。宏量营养素——碳水化合物、蛋白质和脂肪——在能量生成和整体健康中发挥着独特而又相互关联的作用。满足个人能量和营养需求的均衡饮食有助于维持代谢健康，并预防慢性疾病。

参考

注意：所有参考文献均为同行评审期刊、教科书和政府出版物的权威来源，以确保所提供信息的可信度和可靠性。

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