如果我們能知道每天所需要的熱量,那麼我們就可防止攝食食物過量,而避免肥胖,也能防止吃得過少,則可避免使身體機能不正常,而有害健康。簡單來說,當熱量消耗 = 熱量攝取,人體不會變胖也不會變瘦;但當熱量消耗 > 熱量攝取時,成人可減肥,但可能影響小朋友成長;而當熱量消耗 < 熱量攝取時,成人會增胖,但有易小朋友成長。
每個人每天的熱量主要可分成三部分,約有50-80%為基礎代謝所消耗的熱量,8-20%為每日活動所消耗的熱量,及約8-15%為食物消化吸收所消耗的熱量。其可簡化成以下公式:
人體熱量總消耗量 = 基礎代謝耗熱量 + 活動耗熱量 + 飲食代謝耗熱量
對懷孕階段的婦女及成長階段的小朋友,以上公式並不適用,因為尚需大量熱量以建構新人體組織。
基礎代謝耗熱量
基礎代謝耗熱量(energy for basic metabolism),乃指維持生命所需的最低熱量,主要用於呼吸、心跳、血液循環、氧氣運送、腺體分泌、腎臟過濾排泄作用、維持體溫、細胞新陳代謝等生理功能。一般而言,脂肪組織與骨骼組織的代謝作用較少,因此基礎代謝耗熱量與人體內瘦肉組織(lean body mass)的多寡成正比。
基礎代謝耗熱量,有兩種衡量方法,因而有兩種不同的值,一為基準基礎代謝率(basal metabolic rate,或BMR),另一種為休息態基礎代謝耗熱速率(resting metabolic rate,或RMR)。
BMR
所謂BMR,就是一個人要維持基本生理機能的最低熱量值。說得具體一點,就是當一個人處於植物人狀態時所需的熱量值。實際上真實世界,很難量測到BMR,因為正常人很難變成植物人以量測BMR,只能儘量模擬趨近植物人狀態而已。一般來說,每公斤體重每小時之植物人所消耗之熱量,約等於一仟卡,亦即BMR @ 1 仟卡/公斤‧小時(Kcal/Kg-h)。舉例來說,淑玲體重為58公斤,那麼她一天下來的基準基礎代謝耗熱量 = 58(公斤)´24(小時)´1(仟卡/公斤‧小時) = 1392(仟卡)。雖然BMR看起來很簡單,不過身材越胖的人,通常BMR會比身材較瘦的人小,這主要是由於瘦肉組織的生理代謝所需熱量多於脂肪組織所致。BMR在20歲之後,每增加10歲就會下降約2%。平日增加運動量,也可以增加BMR。
對於BMR的實際量測,其量測條件較為嚴苛,量測時間必須在早上起床8小時之後,頭腦清醒,禁食12小時,沒有體力及腦力活動,體溫正常,沒有疾病,24小時內未運動(exercise),並且須在室溫20-25oC之暗室中靜止斜躺30分鐘後才進行量測。量測時,戴上透明面罩,提供特定氧濃度氣體,再量測呼出氣體之體積,氧及二氧化碳的濃度,藉此即可計算每單位時間所消耗的熱量,然後再除以體重,即可計算出BMR。
RMR
所謂RMR,乃指在休息狀態下,維持基本生理機能所需的熱量值。說得具體一點,就是當一個人休息的時候,所需燃燒的卡路里。這是可以實際量測得到的值。乃休息狀態時,每公斤體重每小時所消耗之熱量。
至於對RMR的實際量測,其量測條件較不像BMR那麼嚴苛,只須飯後3小時以上未再進食即可,沒有體力及腦力活動,體溫正常,沒有疾病,24小時內未運動(exercise),在室溫20-25oC之暗室中靜止斜躺30分鐘後進行量測。量測時,戴上面透明罩,提供特定氧濃度氣體,再量測呼出氣體之體積,氧及二氧化碳的濃度,藉此即可計算每單位時間所消耗的熱量,然後再除以體重,即可計算出RMR。
一天基礎代謝耗熱量
一天(24小時)每個人的基礎代謝所消耗的熱量,因此有兩種算法,一種即可得基準基礎代謝耗熱量(basal energy expenditure,或BEE),另一種則可得休息態基礎代謝耗熱量(resting energy expenditure,或REE)。利用實際量測到的BMR及RMR,進行計算如下:
BEE (Kcal/day) = BMR ´ 24 (小時) ´ 體重 (公斤)
REE (Kcal/day) = RMR ´ 24 (小時) ´ 體重 (公斤)
BEE、REE估算方程式
當然,如果我們能輕易拿到量測儀器,直接量測我們身體的BMR或RMR,這是最好不過的了。然而量測BMR或RMR的儀器設備,除了購買費用及保養費用外,加上操作儀器的複雜性及分析的正確性,都不是我們一般人所能承擔得起的。因此許多學者便利用統計迴歸(statistical regression)分析的方法,發展了不少方程式,供我們估算BEE及REE,於此列舉幾個較為人所熟知的,簡單敘述如下:
(1) Harris-Benedict equation
西元1919年(快100年了),Harris JA及Benedict FG,在Washington DC:Carnegue Institution, Publication 27, pp. 1-226,發表一篇論文,提出了Harris-Benedict equation,可表示如下:
男性 (Males)
BEE (Kcal/day) = 66.473 + (13.7516 ´ W) + (5.0033 ´ H) – (6.755 ´ A)
女性 (Females)
BEE (Kcal/day) = 655.0955 + (9.5634 ´ W) + (1.8496 ´ H) – (4.6756 ´ A)
其中W為體重(單位為公斤),H為身高(公分),及A為年齡(年)。
由於Harris JA及Benedict FG當初未考慮人體瘦肉組織(lean body mass)的影響,因此較瘦的人,BEE會被低估,而較胖的人,BEE會被高估。
(2)Schofield equation
西元1985年,Schofield WN在發表的論文中(Hum Nutr Clin Nutr 39C pp. 1-41),提出估算BEE的方程式,表示如下:
年紀 男性 女性
10-17 74´W+2754 56´W+2898
18-29 63´W+2896 62´W+2036
30-59 48´W+3653 34´W+3538
60-74 49.9´W+2930 38.6´W+2875
75- 35´W+3434 41´W+2610
其中W為體重(公斤)。
此方程式在澳洲(Australia)較常被使用,優點為不需要身高的值,甚為方便。
(3)Owen equation
西元1987年,Owen OE等人在發表的論文中(Am J Clin Nutr 46, pp. 75-85),提出估算REE的方程式,表示如下:
男性 (Males)
REE (Kcal/day) = 879 + (10.92´W)
女性 (Females)
REE (Kcal/day) = 795 + (7.18´W)
其中W為體重(公斤)。
此方程式,亦不需要身高的值,甚為方便。對於較瘦的人(non-obese,或BMI=18~30),準確率約73%;對較胖的人(obese,或BMI > 30),準確率約51%;對老年人(62歲以上),準確率低於10%,因此不適用於老年人。此處所謂的「準確率」,是只指估算值與實計量測值比較相差在±10%以內的機率。
(4)Mifflin-St Jeor equation
西元1990年,Mifflin MD及St Jeor ST等人在發表的論文中(Am J Clin Nutr 51 pp.241-247),提出估算REE的方程式,表示如下:
男性 (Males)
REE (Kcal/day) = (9.99´W) + (6.25´H) – (4.92´A) + 5
女性 (Females)
REE (Kcal/day) = (9.99´W) + (6.25´H) – (4.92´A) - 161
其中W為體重(公斤),H為身高(公分),A為年齡(年)。
此估算方程式在美國最為風行,並被美國健康飲食協會(American Dietetic Association)指定為使用估算REE的方程式,美國人認為這是估算最準確的REE估算方程式。對於較瘦的人(non-obese,或BMI=18~30),準確率約82%;對較胖的人(obese,或BMI > 30),準確率約70%;對老年人(62歲以上),準確率低於10%,因此不適用於老年人。
(5)Ireton-Jones equation
西元2002年,Ireton-Jones C等人在發表的論文中(Nutr Clin Pract 2, pp.29-40)
,提出估算在醫院住院病人每日人體熱量總消耗量(Total daily energy expenditure,或TDEE)的方程式,表示如下:
未戴輔助呼吸器之病人(non-ventilated patients)
TDEE (Kcal/day) = 629 - 11´A + 25´W – 609 ´ O
戴有輔助呼吸器之病人(ventilated patients)
TDEE (Kcal/day) = 1784 - 11´A + 5´W + 244´S + 239´T + 804´B
其中A為年齡(年),W為體重(公斤),O = 1當BMI > 27,O = 0當BMI < 27,S = 1當病人是男性,S = 0當病人是女性,T = 1當病人有嚴重創傷(trauma,如重大開刀、嚴重車禍受傷等),T = 0當病人無嚴重創傷,B = 1當病人有燒傷,B = 0當病人無燒傷時。
活動耗熱量
人在正常生活中,都會從事各種活動(activities),活動所需的熱量取決於活動之方式與時間長短,如慢跑、打球、游泳、開車、上班、逛街‧‧‧等等。活動中的動作越劇烈,熱量消耗越大。每日活動耗熱量(energy expended in physical activity,或EEPA),就是一整天所有日常活動所消耗熱量的總和。
飲食代謝耗熱量
進食後,體內代謝會加快,需有熱量消耗用於食物之消化與吸收,及營養素之運送、儲存與代謝利用。每日飲食代謝耗熱量(thermic effect of meals,或TEM),即對一整天所吃的東西,進行消化吸收,所需消耗的熱量。通常TEM約佔每日人體熱量總消耗量(Total daily energy expenditure,或TDEE)的8-15%,一般採用的計算方式為(基礎代謝耗熱量 + 活動耗熱量)´10%。
每日活動參數應用於估算每日人體熱量總消耗量
為了簡化估算每日人體熱量總消耗量(TDEE),因此發展了每日活動參數(daily activity factor,或AF),如下式所示:
TDEE (Kcal/day) = BEE ´ AF
或
TDEE (Kcal/day) = REE ´ AF
一般將AF粗略分為五級,各等級對應一個數值,如下所示:
AF = 1.2 -- 極輕度活動型,久坐而少量運動或無運動及未從事任何費力工作(Sedentary:little or no physical activity)
AF = 1.375 -- 輕度活動型,一星期內有從事運動或費力工作1-3天(Lightly active:light exercise or activity 1-3 days per week)
AF = 1.55 -- 中度活動型,一星期內有從事運動或費力工作3-5天(Moderate active:moderate exercise or activity 1-3 days per week)
AF = 1.725 -- 重度活動型,一星期內有從事運動或費力工作6-7天(Very active:hard exercise or activity 6-7 days per week)
AF = 1.9 -- 極重度活動型,每天都從事運動或費力工作。
值得注意的是,以上活動分級參數,已將每日飲食代謝耗熱量(TEM)納入估算,因此不須再另行估算TEM。
若未考慮額外運動,依所從事的職業,可歸類如下:
極輕度活動型:有錢貴婦或紳士。
輕度活動型:老師、辦公室職員、店員、非勞力型工廠作業員及需清理及準備餐點的家庭婦女等。
中度活動型:農場工人、水電工、油漆工、勞力型工廠作業員、好動型學生、士兵、送貨員、吊車司機、推土機司機等。
重度活動型:運動員、舞蹈人員、礦工、搬運工、接受軍事訓練的士兵、或重型勞動者。
極重度活動型:伐木工人、鋼筋捆工等。
每日人體熱量總消耗量之估算
假設一位45歲的男性大學教授,體重65公斤,身高172公分,且平常很忙很少運動,我們於此來估算他的每日熱量總消耗量(TDEE),估算如下:
第一步,首先選擇BEE或REE估算方程式,於此選擇Owen equation及Mifflin-St Jeor equation,並進行計算 --
Owen
REE = 879 + (10.92´W) = 879 + (10.92 ´ 65) = 1588.8 Kcal/day
Mifflin
REE = (9.99´W) + (6.25´H) – (4.92´A) + 5 = (9.99´65) + (6.25´172) – (4.92´45) + 5 = 1507.95 Kcal/day
第二步,選擇AF,因大學教授屬於老師,又少運動,所以屬於輕度活動型的人,因此AF = 1.375
第三步,計算每日熱量總消耗量(TDEE)
Owen
TDEE = REE ´ AF = 1588.8 ´ 1.375 = 2184.6 Kcal/day
Mifflin
TDEE = REE ´ AF = 1507 ´ 1.375 = 2073.4 Kcal/day
因此,此大學教授的每日熱量總消耗量約為2100大卡(大卡,即為仟卡)左右,所以每日熱量攝食,應儘量維持在2100大卡左右,勿超過太多,否則有增胖的風險,是否需減肥,則一般由BMI(body mass index)來粗略判定,BMI = 25~30間可考慮是否減肥,而BMI > 30,則建議進行適度減肥。我們現在來檢測看看,這位大學教授是否須要減肥?
BMI = 體重(公斤)/(身高´身高) = 65/(1.72´1.72) = 22
其中,身高的單位為公尺。
BMI =22,身材很棒,不須減肥,每天不必非要食用低於2100大卡不可,略低於2100大卡亦無妨,但千萬儘量不要高於2100大卡太多,以免有增胖風險。
傷害參數
人體遭受傷害(injury)時,為了恢復生理正常運作,會促進體內代謝加快,熱量消耗用於防止傷害擴大及休補傷害,例如免疫系統與病毒或細菌纏鬥、組織恢復等。
傷害參數(injury factor,或IF),又叫壓力參數(stress factor,或SF),是為了考慮人體受到傷害時,對抗傷害所需消耗的熱量而設計的,因此每日人體熱量總消耗量(TDEE),可改寫如下:
TDEE = REE (或BEE) ´ AF ´ IF
一般IF的粗略分級如下:
小手術(minor surgery): IF = 1.0~1.2;大手術(major surgery):IF = 1.3~1.5;輕微感染(minor infection):IF = 1.0 ~ 1.2;骨折(bone fracture):IF ~1.3;大傷口感染發炎(infected wound):IF ~ 1.3;急性腎臟炎但無洗腎(acute renal without dialysis):IF ~ 1.3;肝衰竭(liver failure): IF ~ 1.5;呼吸衰竭(respiratory failure):IF ~ 1.5;嚴重敗血症(sepsis):IF ~ 1.6;癌症(cancer): IF ~ 1.5;燒傷低於20%(burns):IF = 1.2 ~ 1.5;燒傷20%~50%(burns):IF = 1.5 ~ 2;燒傷超過50%(burns):IF ~ 2;發燒(fever):IF = 1 + 0.13´R,R為高於正常體溫的度數。
假設本篇貼文前述之大學教授,染了感冒但未發燒,則他的每日熱量總消耗量(TDEE),可計算如下:
TDEE = REE ´ AF ´ IF = 2100 ´ IF = 2100 ´ 1.1 = 2310 Kcal/day
因感冒屬於輕微感染,IF = 1.0 ~ 1.2,假設並不嚴重,因此選擇IF = 1.1。如此,此大學教授之每日熱量總消耗量,略增加200大卡左右,所以每日可再多吃一點食物。
簡易估算準確性之注意事項
以估算方程式,所得的基礎代謝耗熱量(BEE或REE),再乘上活動參數(AF)及傷害參數(IF),具有0-15%誤差的可能性,使用上應時時注意偵測自己的體重或體脂率(最好使用體脂率),以瞭解所估算的值,是否準確。
例如,以前述的大學教授來說,假設無生病情況,則他的每日熱量總消耗量(TDEE)約為2100大卡,但若每天約食用2100大卡的食物,而體重卻再增加,此即表示,其TDEE過於高估;相對的,體重若有減少現象,則表示其TDEE過於低估。
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