現(xiàn)舉出一個(gè)氣體分析實(shí)驗(yàn)例。
現(xiàn)某健康成人安靜狀態(tài)下的呼出氣作氣體分析，結(jié)果為：O2=16.26%；CO2=4.14%。呼出氣量為1分鐘5.2L（通常將呼出氣量換算為不含水蒸氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)值；也有換算為被水蒸氣飽和的1個(gè)大氣壓、體溫狀態(tài)下的值)�？諝獾慕M成是：O2=20.96%；N=79.00%；CO2=0.04%。則：
受試者從每100ml通過(guò)肺的氣體中吸收的氧氣為：
20.96ml-16.26ml=4.7ml(或每升氣體中的47ml)
(空氣) （呼出氣)
因?yàn)楹舫鰵饬繛?.2L，則1分鐘的耗氧量為：
47ml×5.2=244.4ml
100ml呼氣中的CO2為：
4.14ml-0.04ml=4.1ml(或每升氣體中的41ml)
(呼出氣) （空氣)
1分鐘CO2排出量為：
41ml×5.2=213.2ml
RQ=213.1/244=0.85
所得呼吸商為受試者在安靜狀態(tài)下混合膳食代謝的呼吸商。
臨床上和勞動(dòng)衛(wèi)生常采用簡(jiǎn)略法，即用氣體分析法測(cè)得一定時(shí)間內(nèi)的耗氧量和CO2產(chǎn)量，并求出呼吸商，并且不考慮蛋白質(zhì)代謝部分，就根據(jù)非蛋白呼吸商表7-2查出呼吸商的氧熱價(jià)，然后將氧熱價(jià)乘以耗氧量，便得出該時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)熱量。仍以上述間接測(cè)熱法計(jì)算方法列舉的例子為數(shù)據(jù)（見(jiàn)前)，按此簡(jiǎn)略法來(lái)計(jì)算，則結(jié)果如下：
呼吸商=340/400=0.85
查表7-2，呼吸商0.85時(shí)的氧熱價(jià)為20.36kJ，所以24小時(shí)的產(chǎn)熱量=20.36×400=8144kJ。
這個(gè)數(shù)值與按完整的間接法計(jì)算得出的數(shù)值8059.8kJ是很近似的，誤差都在1%-2%以下。而且在非蛋白呼吸商從0.70到1.00的范圍內(nèi)，氧熱價(jià)也過(guò)變動(dòng)于19.6-21.1之間。此法在實(shí)際工作中是可用的。
另一種更簡(jiǎn)便的簡(jiǎn)略法只利用肺量計(jì)測(cè)出受試者一定時(shí)間內(nèi)（通常為6min)的耗氧量。受試者一般都吃混合膳食，所以通常將非蛋白呼吸商定為0.82，氧熱價(jià)為20.20kJ。因此，測(cè)出一定時(shí)間內(nèi)的耗氧量后，使可依下式來(lái)計(jì)算：
產(chǎn)熱量=20.20×耗氧量（kJ)
二、影響能量代謝的因素
影響能量代謝的因素有肌肉活動(dòng)、精神活動(dòng)、食物的特殊動(dòng)力作用和環(huán)境溫度等。
（一)肌肉活動(dòng)
肌肉活動(dòng)對(duì)能量代謝的影響最為顯著。機(jī)體任何輕微的活動(dòng)都可提高代謝率。人在運(yùn)動(dòng)或勞動(dòng)時(shí)耗量顯著增加，因?yàn)榧∪饣顒?dòng)需要補(bǔ)給能量，而能量則來(lái)自大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的氧化，導(dǎo)致機(jī)體耗氧量的增加。機(jī)體耗氧量的增加與肌肉活動(dòng)的強(qiáng)度呈正比關(guān)系，耗氧量最多右達(dá)安靜時(shí)的10-20倍。肌肉活動(dòng)的強(qiáng)度稱為肌肉工作的強(qiáng)度，也就是勞動(dòng)強(qiáng)度。勞動(dòng)強(qiáng)度通常用單位時(shí)間內(nèi)機(jī)體的產(chǎn)熱量來(lái)表示，也就是說(shuō)，可以把能量代謝率作為評(píng)估勞動(dòng)強(qiáng)度的指標(biāo)。從表7-3可以看出勞動(dòng)強(qiáng)度或運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量代謝率的增長(zhǎng)情況。
表7-3 運(yùn)動(dòng)或勞動(dòng)時(shí)的能量代謝率
| 機(jī)體的狀態(tài) | 產(chǎn)熱量 平均（kJ/m2·min) |
| 躺臥 | 2.73 |
| 開(kāi)會(huì) | 3.40 |
| 擦窗子 | 8.30 |
| 洗衣 | 9.98 |
| 掃地 | 11.37 |
| 打排球 | 17.05 |
| 打籃球 | 24.22 |
| 踢足球 | 24.98 |
(二)精神活動(dòng)
腦的重量只占體重的2%，但在安靜狀態(tài)下，卻有15%左右的循環(huán)血量進(jìn)入腦循環(huán)系統(tǒng)，這說(shuō)明腦組織的代謝水平是很高的。據(jù)測(cè)定。在安靜狀態(tài)下，100g腦組織的耗氧量為3.5ml/min（氧化的葡萄糖量為4.5mg/min)，此值接近安靜肌肉組織耗氧量的20倍，腦組織的代謝率雖然如此之高，但據(jù)測(cè)定，在睡眠中和在活躍的精神活動(dòng)情況下，腦中葡萄糖的代謝率卻幾乎沒(méi)有差異�？梢�(jiàn)，在精神活動(dòng)中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)本身的代謝率即使有些增強(qiáng)，其程度也是可以忽略的。
人在平靜地思考問(wèn)題時(shí)，能量代謝受到的影響并不大，產(chǎn)熱量增加一般不超過(guò)4%。但在精神處于緊張狀態(tài)，如煩惱、恐懼或強(qiáng)烈情緒激動(dòng)時(shí)，由于隨之出現(xiàn)的無(wú)意識(shí)的肌緊張以及刺激代謝的激素釋放增多等原因，產(chǎn)熱量可以顯著增加。因此，在測(cè)定基礎(chǔ)代謝率時(shí)，受試者必須摒除精神緊張的影響。
�。ㄈ�)食物的特殊動(dòng)力作用
在安靜狀態(tài)下攝入食物后，人體釋放的熱量比攝入的食物本身氧化后所產(chǎn)生的熱量要多。例如攝入能產(chǎn)100kJ熱量的蛋白質(zhì)后，人體實(shí)際產(chǎn)熱量為130kJ，額外多產(chǎn)生了30kJ熱量，表明進(jìn)食蛋白質(zhì)后，機(jī)體產(chǎn)熱量超過(guò)了蛋白質(zhì)氧化后產(chǎn)熱量的30%。食物能使機(jī)體產(chǎn)生“額外”熱量的現(xiàn)象稱為食物的特殊動(dòng)力作用（specific dynamic action)。糖類或脂肪的食物特殊動(dòng)力作用為其產(chǎn)熱量的4%-6%，即進(jìn)食能產(chǎn)100kJ熱量的糖類或脂肪后，機(jī)體產(chǎn)熱量為104-106kJ。而混合食物可使產(chǎn)熱量增加10%左右。這種額外增加的熱量不能被利用來(lái)作功，只能用于維持體溫。因此，為了補(bǔ)充體內(nèi)額外的熱量消耗，機(jī)體必須多進(jìn)食一些食物補(bǔ)充這份多消耗的能量。
食物特殊動(dòng)力作用的機(jī)制尚未完全了解。這種現(xiàn)象在進(jìn)食后1h左右開(kāi)始，并延續(xù)到7-8h。有人將氨基酸注入靜脈內(nèi)，可出現(xiàn)與經(jīng)口給予相同的代謝率增值現(xiàn)象，這些事實(shí)使人們推想，食后的“額外”熱量可能來(lái)源于肝處理蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物時(shí)“額外”消耗的能量。因此，有人認(rèn)為肝在接脫氨基反應(yīng)中消耗了能量可能是“額外”熱量產(chǎn)生的原因。
�。ㄋ�)環(huán)境溫度
人（裸體或只著薄衣)安靜時(shí)的能量代謝，在20-30℃的環(huán)境中最為穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)環(huán)境溫度低于20℃時(shí)，代謝率開(kāi)始有所增加，在10℃以下，代謝率便顯著增加。環(huán)境溫度低時(shí)代謝率增加，主要是由于寒冷刺激反射地引起寒戰(zhàn)以及肌肉緊張?jiān)鰪?qiáng)所致。在20-30℃時(shí)代謝穩(wěn)定，主要是由于肌肉松馳的結(jié)果。當(dāng)環(huán)境溫度為30-45℃時(shí)，代謝率又會(huì)逐漸增加。這可能是因?yàn)轶w內(nèi)化學(xué)過(guò)程的反應(yīng)速度有所增加的緣故，這時(shí)還有發(fā)汗功能旺盛及呼吸、循環(huán)功能增強(qiáng)等因素的作用。
三、基礎(chǔ)代謝
基礎(chǔ)代謝（basal metabolism)是指基礎(chǔ)狀態(tài)下的能量代謝。基礎(chǔ)代謝率（basal metabolic rate,BMR)是指單位時(shí)間內(nèi)的基礎(chǔ)代謝，即在基礎(chǔ)狀態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)的能量代謝。所謂基礎(chǔ)狀態(tài)是指人體處在清醒而又非常安靜、不受肌肉活動(dòng)、環(huán)境溫度、食物及精神緊張等因素的影響時(shí)的狀態(tài)。測(cè)定基礎(chǔ)代謝率，要在清晨末進(jìn)餐以前（即食后12-14h)進(jìn)行。前一日晚餐最好是清淡菜肴，而且不要吃得太飽，這樣，過(guò)了12-14h ，胃腸的消化和吸收活動(dòng)已基本完畢，也排除了食物的特殊動(dòng)力作用的影響。測(cè)定之前不應(yīng)做劇烈的活動(dòng)，而且必須靜臥半小時(shí)以上。測(cè)定時(shí)平臥，全身肌肉要松馳，盡量排除肌肉活動(dòng)的影響。這時(shí)還應(yīng)要求受試者排除精神緊張的影響，如摒除焦慮、煩惱、恐懼等心理活動(dòng)。室溫要保持在20-25℃之間，以排除環(huán)境溫度的影響�；緱l件下的代謝率，比一般安靜時(shí)的代謝率可低些（比清醒安靜時(shí)低8%-10%)。基礎(chǔ)代謝率以每小時(shí)，每平方米體表面積的產(chǎn)熱量為單位，通常以kJ/m2·h來(lái)表示。要用每平方米體表面積而不用每公斤體重的產(chǎn)熱量來(lái)表示，是因?yàn)榛A(chǔ)代謝率的高低與體重并不成比例關(guān)系，而與體表面積基本上成正比。
表7-4 人體產(chǎn)熱量和體表面積的關(guān)系
| 測(cè)定人數(shù) | 平均體重（kg) | 體重范圍 | kJ/m2·24h |
| 6 | 48.7 | 40-50 | 3860 |
| 41 | 53.4 | 50-60 | 3827 |
| 164 | 64.5 | 60-70 | 3881 |
| 24 | 74.7 | 70-80 | 3868 |
| 8 | 83.7 | 80-90 | 3868 |
| 平均 | 3860 |
若以每公斤體重的產(chǎn)熱量進(jìn)行比較，則小動(dòng)物每公斤體重的產(chǎn)熱量要比大動(dòng)物高得多。若以每平方米體表面積的產(chǎn)熱量進(jìn)行比較，則不論機(jī)體的大小，各種動(dòng)物每平方米每24小時(shí)的產(chǎn)熱量很相近。在人體上測(cè)定的結(jié)果也表明了這一事實(shí)（表7-4)。因此，用每平方米體表面積標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量能量代謝是比較合適的。
受試者體表面積的測(cè)定繁瑣而不易進(jìn)行，鑒于體表面積與身高、體重之間有一定的相關(guān)關(guān)系，因此，有人對(duì)一定的人群作過(guò)測(cè)定后，從身高、體重推算出體表面計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式。最基本的是Meeh的算式：
S=KW2/3
式中，S為體表面積，W為體重（kg)，K為不同種屬動(dòng)物的常數(shù)。
計(jì)算人的體表面積在DuBois的身長(zhǎng)體重算式：
S=W0.425×H0.725×K
式中，S為體表面積（m2)，W為體重（kg)，H為身長(zhǎng)。K為不同人種的常數(shù)。我國(guó)人的體表面積可根據(jù)下列Stevenson算式來(lái)計(jì)算：
體表面積（m2)=0.0061×身長(zhǎng)（cm)+0.0128×體重（kg)-0.1529
另外，體表面積還可根據(jù)圖7-3直接求出。其用法是，將受試者的身高和體重在相應(yīng)兩條列線的兩點(diǎn)連成一直線，引直線與中間的體表面積列線的交點(diǎn)就是該人的體表面積。有意義的事實(shí)是：肺活量、心輸出量、主動(dòng)脈和氣管的橫截面、腎小球?yàn)V過(guò)率等都與體表面積有一定的比例關(guān)系。]
通常采用前述簡(jiǎn)略法來(lái)測(cè)定和計(jì)算基礎(chǔ)代謝率。下面舉一實(shí)例供參考。
某受試者，男性，20歲。在基礎(chǔ)狀態(tài)下，1h的耗氧量為15L。非蛋白呼吸商定為0.82，氧熱價(jià)為20.20,所以1h的產(chǎn)熱量為：
20.20×15=303kJ
此人的體表面積為1.5m2,從而1h內(nèi)每平方米體表面積拉熱量，即基本代謝率為：303÷1.5=201.8kJ/m2·h
20歲男子的正�；A(chǔ)代謝率為157.8kJ/m2·h，所以此人超出正常值的數(shù)字為（201.8-157.8)=44.0，超出正常值的百分?jǐn)?shù)為：
44．0×100/157.8%=27.8%
即+27.8%
圖7-3 體表面積測(cè)算用圖
實(shí)際測(cè)定結(jié)果表明，基礎(chǔ)代謝率隨性別、年齡等不同而有生理變化。當(dāng)甚情況相同時(shí)，男子的基礎(chǔ)代謝率平均比女子的高；幼年人比成年人的高；年齡越大，代謝率越低，但是，同一個(gè)體的基礎(chǔ)代謝率，只在測(cè)定時(shí)的條件完全符合前述的要求，則有不同時(shí)日重復(fù)測(cè)定的結(jié)果基本上無(wú)差異。這就反映了正常人的基礎(chǔ)代謝率是相當(dāng)穩(wěn)定的。醫(yī)學(xué)全在線網(wǎng)站www.med126.com
關(guān)于我國(guó)正常人基礎(chǔ)代謝率的水平，男女各年齡組的平均值如表7-5所示。
一般來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)代謝率的實(shí)際數(shù)值現(xiàn)上述正常的平均值比較，相差±10%-15%之內(nèi)，無(wú)論較高或較低，都不屬病態(tài)。當(dāng)相差之?dāng)?shù)超過(guò)20%時(shí)，才有可能是病理變化。在各種疾病中，甲狀腺功能的改變總是伴有基礎(chǔ)代謝率異常變化。甲狀腺功能低下時(shí)，基礎(chǔ)代謝率將比正常值低20%-40%；甲狀腺功能亢進(jìn)時(shí)的基礎(chǔ)代謝率將比正常值高出25%-80%（圖7-4)。因此，基礎(chǔ)代謝率的測(cè)量是臨床診斷甲狀腺疾病的重要輔助方法。其它如腎上腺皮質(zhì)和垂體的功能低下時(shí)，基礎(chǔ)代謝率也要降低。
表7-5 我國(guó)人正常的基礎(chǔ)代謝率平均值（kJ/m2·h)
| 年齡 | 11-15 | 16-17 | 18-19 | 20-30 | 31-40 | 41-50 | 51以上 |
| 男性 | 195.5 | 193.4 | 166.2 | 157.8 | 158.7 | 154.1 | 149.1 |
| 女性 | 172.5 | 181.7 | 154.1 | 146.4 | 142.4 | 142.4 | 138.6 |
當(dāng)人體發(fā)熱時(shí)，基礎(chǔ)代謝率將升高。一般說(shuō)來(lái)，體溫每升高1℃，基礎(chǔ)代謝率可升高13%。其它如糖尿病、紅細(xì)胞增多癥、白血病以及伴有呼吸困難的心臟病等，也伴有基礎(chǔ)代謝率升高。當(dāng)機(jī)體處于病理性饑餓時(shí)，基礎(chǔ)代謝率將降低。其他如阿狄森病、腎病綜合癥以及垂體肥胖癥也常伴有基礎(chǔ)代謝率降低。
圖7－4 甲狀腺疾病患者的基礎(chǔ)代謝與正常人基礎(chǔ)代謝的比較
縱坐標(biāo)表示受檢人數(shù)；橫坐標(biāo)的0代表正常平均值，
-10表示比正常人平均值低10%，10表示高10%
