营养学不是一门需要背公式的科学，但是对于控制体重而言，还是有一些必须遵循的基本物理定律，热力学基本定律就是其中最重要的一条。凡是减过肥或者正在减肥的人，都应该听过“能量逆差”“热量缺口”等概念。要想管理体重，就需要对每天的能量账本心里有数。虽然这些听起来有些难以理解的概念会让大家对能量平衡望而却步，看完以下内容之后你就会发现这些概念其实很好理解，和出门买菜算账差不多。
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能量平衡是什么？
热量，是所有控制体重相关讨论的中心。
在讨论热量的时候不能绕过的是能量的基本定律——热力学第一定律，也称为能量守恒定律。“热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以互相转换，但是传递和转换过程中，能量的总值保持不变”“能量不能凭空产生也无法被消灭”“对于一个封闭的系统，这个系统获得的热量和产出的热量相等”，这些都是热力学第一定律的表述形式。19世纪的物理学家们通过热力学第一定律，证实了用来做功的热量必须有来源，人类无法创造热量。对于控制体重的现代人来说，热力学第一定律意味着吃进嘴里的食物的热量不会凭空消失，人类也不能消灭热量。
所以，热力学第一定律告诉我们，完全不控制饮食也不加强运动的神奇减肥方式以现在的科技还是无法达到的。如果看到这样的宣传，要么这是来自于超越人类的科技，要么就是在骗人。当然，把热力学第一定律应用在人体上并不完全合适。热力学第一定律的应用对象是封闭的系统，是一种理想的情况，在现实中并不存在。人体虽然不是完全封闭的系统，但与外界交换流失的热量相对于我们摄入和消耗的热量所占比例并不大，所以可以粗略地在人身上应用热力学第一定律，人体能量的变化等于进入人体的能量和人体做功产生能量的差值。即：
进入人体的热量=人体储存的能量+人体消耗的能量
换句话说就是：人体储存的能量=进入人体的能量－人体消耗的能量
“人体储存的能量”是我们身体生理活动和生长发育所需的能量，用来实现肌肉、骨骼、脏器的生长，这也包括脂肪的增长。对于从事一般工作而不是参加健美比赛的成年人，肌肉、骨骼、脏器基本已经维持稳定了，大部分储存能量都是在增长脂肪。
讲了这么多物理定律，简单地说：
“热量顺差”或者“过多卡路里”：指的就是摄入的热量＞消耗的热量，长期存在热量顺差，这些多余的热量就会逐渐储藏在身体里，变成脂肪，导致肥胖。
“热量逆差”或“卡路里缺口”：指的就是消耗的热量＞摄入的热量，如果每天都能有热量逆差，那么人体就要动用存储的能量，消耗脂肪，达到减重的目的。
所以减重并不困难，秘诀就是消耗的热量＞摄入的热量，接下来就会详细讲解摄入的热量和消耗的热量。
热力平衡
摄入的能量从哪里来？
热量从哪里来呢？大家可以想一想，在能量平衡的天平上，热量摄入有三个砝码，这三个砝码指的是什么呢？有的人会回答“早餐、午餐和晚餐”，其实这是一个很好的答案。因为这个回答抓住了热量摄入的关键，那就是“吃”。“摄入的能量”就是每天所吃的东西中的热量，除了白开水、黑咖啡等很少的几种饮料，凡是吃进嘴里的都有热量。在前期介绍过碳水化合物、脂肪和蛋白质，这三大宏量营养素是食物中热量的来源。所以热量摄入这三个砝码指的其实是碳水化合物、脂肪和蛋白质。通过消化和吸收， 1g碳水化合物和蛋白质提供4kcal热量，1g脂肪提供9kcal热量。给大家一个大概的数量概念，根据我国卫计委2015年《中国居民营养与慢性病状况报告》中的统计，中国成人每日平均摄入能量是2172kcal。
摄入的热量来自于三大宏量营养素
消耗的能量到哪里去？
消耗的热量是什么呢？这部分比摄入的热量稍稍复杂一点。概括来说，每天的热量消耗主要来源于三部分——吃、动和维持生命。“吃”指的是消化吃进来的营养素所消耗的热量，又称为“食物的热力作用”；“动”指的就是每日的运动消耗；“维持生命”指的是我们身体基础所需的热量，又称为基础代谢率。对于儿童、孕妇、恢复期的病人，还需要有额外的热量用来合成新的组织和修复器官，所以这些人群每日所需要的热量会更高。对于普通成年人，除了这三部分热量消耗，如果摄入的热量过多，那么就会作为能量的后备形式——脂肪，储存起来。
热量平衡的具体成分
基础代谢率是什么？
在热量消耗的三部分中，吃、动和维持生命所需要的热量比例不同，其中维持生命也就是基础代谢，所占的热量比例最高，约为每日热量总消耗的60%～70%。那么基础代谢率是什么呢？ 简单的说就是不动也会消耗的能量。大家都有过这样的体会，放假在家躺在床上大睡一天，既不出门也不运动，但是也会饿也需要吃饭。这时所吃的饭主要都用在基础代谢上了。
基础代谢率（BMR），又称基础能量消耗（BEE），是我们身体基础生理活动所需的热量，也就维持生命所需的最低热量。在一些健身相关的书籍和网站上我们还会看到一个概念——静息代谢率（RMR），是指日常生活中平静不动时所需的热量，它的测定不需要像测定基础代谢率那么苛刻的条件，如不需要提前禁食和平静休息12小时，所以静息代谢率比基础代谢率要稍高一些，大约多10%，但是在大部分情况下二者基本可以等同。
为什么不动也需要热量呢？在我们安静不动的时候，很多重要脏器，如大脑、心脏、肝脏、肾脏还在高速运转，这些脏器虽然只占体重的5%，但是代谢所消耗的能量却占BMR的60%。基础代谢热量消耗的另一个大户就是肌肉，身体里的蛋白质处在持续更新中，肌肉作为蛋白质大户，即便在不运动的时候也在活跃的代谢，会消耗热量。所以拥有更多肌肉意味着即便不动也可以消耗更多热量。反之，脂肪组织基础代谢很低，所以如果脂肪多而肌肉少，那么基础代谢就会较低。男性比女性拥有更多的肌肉，所以男性的基础代谢率比女性高10%左右。
如何测量基础代谢率？
基础代谢率关键在于“基础”二字，它指的是完全不受外界干扰，完全没有运动的情况。测定基础代谢率的条件比较苛刻，需要让人处于恒温的环境中、空腹、平卧，维持清醒但安静，此时，维持心跳、呼吸等基本生命活动所必需的最低能量代谢就是基础代谢率。测量BMR需要有专业测试设备的实验室，因为要被测试者在完全安静的觉醒状态下测定消耗的氧气和呼出的二氧化碳，所以需要一个恒温的封闭环境，同时要在测定前至少12小时禁食，至少12小时内没有健身或剧烈运动，并且需要在一个光线昏暗、温度与体温接近的空间中安静平躺30～60分钟后测定。
计算基础代谢率的公式：食物+吸入的氧气=呼出的二氧化碳+水+热量，在不进食的情况下就是：吸入的氧气=呼出的二氧化碳+水+热量，这里的热量就是基础代谢率。具体的方法有直接测定和间接测定法两种，现在间接测定方法比较常用，让受试者平静禁食12小时，在恒温恒湿的环境中测定时用气袋或机器收集一定时间内全部呼出气体，分析其中氧含量和二氧化碳含量，并与吸入的空气对比，即可算出此段时间内身体所消耗的氧量和二氧化碳生成量。这种方法测得的基础代谢率与真实值的误差约为5%～6%。
如何估算自己的基础代谢率？
每个人的高矮胖瘦、性别年龄不同，基础代谢率也不同。基础代谢率在每日能量消耗中占了很大比重，所以了解自己的基础代谢率对于维持热量平衡或者创造热量逆差也就是减肥很重要。但基础代谢率的测定需要专业的仪器，在日常生活中很难做到。所以生理学家们通过大量的数据总结出了一些基础代谢率的测量公式，这样即使在无法使用特定仪器测定的情况下，也可以估算自己的基础代谢率。
首先我们需要了解一下哪些因素会影响基础代谢率，这些因素包括身体的内因（身高、体重、年龄、性别、身体成分、激素水平和特殊状态）和外因（如天气）。
身高、体重：身高、体重越大，瘦体重也相对较多，所以基础代谢率会较高。
年龄：年龄越大，基础代谢率越低，在成年以后基础代谢率以每年2%的速率下降。这和随着年龄增长而出现的瘦体重减少相关。规律的有氧和力量训练可以阻止这种随年龄增长而出现的基础代谢率下降，所以健身对于中老年人更重要。
性别：女性的体脂含量高于男性，而肌肉含量低于男性，所以女性的基础代谢率比男性低10%左右。
身体成分：代谢旺盛的器官组织越多，消耗热量越多，瘦体重包括肌肉、脏器，比脂肪消耗的热量多得多。
激素水平：儿茶酚胺、甲状腺激素等激素会增加代谢速率，所以在应激（儿茶酚胺分泌增加）、甲状腺功能亢进（甲状腺激素分泌增加）的时候基础代谢率会升高，不过这些是病态的。
特殊状态：女性妊娠期和哺乳期，因为身体要忙于合成新的物质，基础代谢率会升高。
温度：气温越高，能量消耗越大，体温升高1℃，基础代谢率升高13%，而生活在热带的人会比生活在温带的人基础代谢率高5%～20%。
基础代谢率的计算公式会考虑到上面提到的一些影响因素，如性别、年龄、身高、体重等。常用的公式包括Mifflin-St.Jeor公式，身高的单位是厘米（cm），体重的单位是千克（kg）。
男性：BMR=10×体重+6.25×身高-5×年龄+5
女性：BMR=10×体重+6.25×身高-5×年龄-161
如体重70kg的30岁女性，身高175cm，BMR=10×70+6.25×175-5×30-161=1482kcal
这只是计算基础代谢率的其中一个常用公式，还有一些其他的公式。不同公式计算出的基础代谢率差别在100～200kcal之间。但这些公式都是估算，所得的BMR与实际测定可能有15%的出入。虽然估算与实测有偏差，但可以让我们了解自己基础代谢率的数量级，对于估算每日的热量消耗还是很有意义的。基础代谢率在一段时间内不会有太大的变化，除非你的体重发生巨大的变化，如经过一段时间的锻炼肌肉增加，体重升高了；或者经过一段时间极端节食，体重下降明显，就需要重新计算基础代谢率。互联网上有很多计算基础代谢率的软件和网页，但同一个人在不同网站上所测得的基础代谢率会有所不同，这可能与该网站所使用的计算公式不同有关，可以尝试在不同网站多测几次，取平均值。
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《中国临床营养网》编辑部
