營養學不是一門需要背公式的科學，但是對於控制體重而言，還是有一些必須遵循的基本物理定律，熱力學基本定律就是其中最重要的一條。凡是減過肥或者正在減肥的人，都應該聽過「能量逆差」「熱量缺口」等概念。
要想管理體重，就需要對每天的能量帳本心裡有數。雖然這些聽起來有些難以理解的概念會讓大家對能量平衡望而卻步，看完以下內容之後你就會發現這些概念其實很好理解，和出門買菜算帳差不多。
能量平衡是什麼
熱量，是所有控制體重相關討論的中心。
在討論熱量的時候不能繞過的是能量的基本定律——熱力學第一定律，也稱為能量守恆定律。「熱量可以從一個物體傳遞到另一個物體，也可以互相轉換，但是傳遞和轉換過程中，能量的總值保持不變」「能量不能憑空產生也無法被消滅」「對於一個封閉的系統，這個系統獲得的熱量和產出的熱量相等」，這些都是熱力學第一定律的表述形式。
19世紀的物理學家們通過熱力學第一定律，證實了用來做功的熱量必須有來源，人類無法創造熱量。對於控制體重的現代人來說，熱力學第一定律意味著吃進嘴裡的食物的熱量不會憑空消失，人類也不能消滅熱量。
所以，熱力學第一定律告訴我們，完全不控制飲食也不加強運動的神奇減肥方式以現在的科技還是無法達到的。如果看到這樣的宣傳，要麼這是來自於超越人類的科技，要麼就是在騙人。當然，把熱力學第一定律應用在人體上並不完全合適。熱力學第一定律的應用對象是封閉的系統，是一種理想的情況，在現實中並不存在。
人體雖然不是完全封閉的系統，但與外界交換流失的熱量相對於我們攝入和消耗的熱量所佔比例並不大，所以可以粗略地在人身上應用熱力學第一定律，人體能量的變化等於進入人體的能量和人體做功產生能量的差值。即：
進入人體的熱量=人體儲存的能量+人體消耗的能量
換句話說就是：人體儲存的能量=進入人體的能量－人體消耗的能量
「人體儲存的能量」是我們身體生理活動和生長發育所需的能量，用來實現肌肉、骨骼、臟器的生長，這也包括脂肪的增長。對於從事一般工作而不是參加健美比賽的成年人，肌肉、骨骼、臟器基本已經維持穩定了，大部分儲存能量都是在增長脂肪。
講了這麼多物理定律，簡單地說：
「熱量順差」或者「過多卡路裡」：指的就是攝入的熱量＞消耗的熱量，長期存在熱量順差，這些多餘的熱量就會逐漸儲藏在身體裡，變成脂肪，導致肥胖。
「熱量逆差」或「卡路裡缺口」：指的就是消耗的熱量＞攝入的熱量，如果每天都能有熱量逆差，那麼人體就要動用存儲的能量，消耗脂肪，達到減重的目的。
所以減重並不困難，秘訣就是消耗的熱量＞攝入的熱量，接下來就會詳細講解攝入的熱量和消耗的熱量。
攝入的能量從哪裡來
熱量從哪裡來呢？大家可以想一想，在能量平衡的天平上，熱量攝入有三個砝碼，這三個砝碼指的是什麼呢？有的人會回答「早餐、午餐和晚餐」，其實這是一個很好的答案。因為這個回答抓住了熱量攝入的關鍵，那就是「吃」。「攝入的能量」就是每天所吃的東西中的熱量，除了白開水、黑咖啡等很少的幾種飲料，凡是吃進嘴裡的都有熱量。
在前面關於碳水化合物、脂肪和蛋白質的部分介紹過，這三大宏量營養素是食物中熱量的來源。所以熱量攝入這三個砝碼指的其實是碳水化合物、脂肪和蛋白質。通過消化和吸收， 1g碳水化合物和蛋白質提供4kcal熱量，1g脂肪提供9kcal熱量。給大家一個大概的數量概念，根據我國衛計委2015年《中國居民營養與慢性病狀況報告》中的統計，中國成人每日平均攝入能量是2172kcal。
消耗的能量到哪裡去
消耗的熱量是什麼呢？這部分比攝入的熱量稍稍複雜一點。概括來說，每天的熱量消耗主要來源於三部分——吃、動和維持生命。「吃」指的是消化吃進來的營養素所消耗的熱量，又稱為「食物的熱力作用」；「動」指的就是每日的運動消耗；「維持生命」指的是我們身體基礎所需的熱量，又稱為基礎代謝率。
對於兒童、孕婦、恢復期的病人，還需要有額外的熱量用來合成新的組織和修復器官，所以這些人群每日所需要的熱量會更高。對於普通成年人，除了這三部分熱量消耗，如果攝入的熱量過多，那麼就會作為能量的後備形式——脂肪，儲存起來。
基礎代謝率是什麼
在熱量消耗的三部分中，吃、動和維持生命所需要的熱量比例不同，其中維持生命也就是基礎代謝，所佔的熱量比例最高，約為每日熱量總消耗的60%～70%。那麼基礎代謝率是什麼呢？簡單的說就是不動也會消耗的能量。大家都有過這樣的體會，放假在家躺在床上大睡一天，既不出門也不運動，但是也會餓也需要吃飯。這時所吃的飯主要都用在基礎代謝上了。
基礎代謝率（BMR），又稱基礎能量消耗（BEE），是我們身體基礎生理活動所需的熱量，也就維持生命所需的最低熱量。
在一些健身相關的書籍和網站上我們還會看到一個概念——靜息代謝率（RMR），是指日常生活中平靜不動時所需的熱量，它的測定不需要像測定基礎代謝率那麼苛刻的條件，如不需要提前禁食和平靜休息12小時，所以靜息代謝率比基礎代謝率要稍高一些，大約多10%，但是在大部分情況下二者基本可以等同。
為什麼不動也需要熱量呢？在我們安靜不動的時候，很多重要臟器，如大腦、心臟、肝臟、腎臟還在高速運轉，這些臟器雖然只佔體重的5%，但是代謝所消耗的能量卻佔BMR的60%。基礎代謝熱量消耗的另一個大戶就是肌肉，身體裡的蛋白質處在持續更新中，肌肉作為蛋白質大戶，即便在不運動的時候也在活躍的代謝，會消耗熱量。
所以擁有更多肌肉意味著即便不動也可以消耗更多熱量。反之，脂肪組織基礎代謝很低，所以如果脂肪多而肌肉少，那麼基礎代謝就會較低。男性比女性擁有更多的肌肉，所以男性的基礎代謝率比女性高10%左右。
如何測量基礎代謝率
基礎代謝率關鍵在於「基礎」二字，它指的是完全不受外界幹擾，完全沒有運動的情況。測定基礎代謝率的條件比較苛刻，需要讓人處於恆溫的環境中、空腹、平臥，維持清醒但安靜，此時，維持心跳、呼吸等基本生命活動所必需的最低能量代謝就是基礎代謝率。測量BMR需要有專業測試設備的實驗室，因為要被測試者在完全安靜的覺醒狀態下測定消耗的氧氣和呼出的二氧化碳，所以需要一個恆溫的封閉環境，同時要在測定前至少12小時禁食，至少12小時內沒有健身或劇烈運動，並且需要在一個光線昏暗、溫度與體溫接近的空間中安靜平躺30～60分鐘後測定。
計算基礎代謝率的公式：食物+吸入的氧氣=呼出的二氧化碳+水+熱量，在不進食的情況下就是：吸入的氧氣=呼出的二氧化碳+水+熱量，這裡的熱量就是基礎代謝率。
具體的方法有直接測定和間接測定法兩種，現在間接測定方法比較常用，讓受試者平靜禁食12小時，在恆溫恆溼的環境中測定時用氣袋或機器收集一定時間內全部呼出氣體，分析其中氧含量和二氧化碳含量，並與吸入的空氣對比，即可算出此段時間內身體所消耗的氧量和二氧化碳生成量。這種方法測得的基礎代謝率與真實值的誤差約為5%～6%。
如何估算自己的基礎代謝率
每個人的高矮胖瘦、性別年齡不同，基礎代謝率也不同。基礎代謝率在每日能量消耗中佔了很大比重，所以了解自己的基礎代謝率對於維持熱量平衡或者創造熱量逆差也就是減肥很重要。但基礎代謝率的測定需要專業的儀器，在日常生活中很難做到。所以生理學家們通過大量的數據總結出了一些基礎代謝率的測量公式，這樣即使在無法使用特定儀器測定的情況下，也可以估算自己的基礎代謝率。
首先我們需要了解一下哪些因素會影響基礎代謝率，這些因素包括身體的內因（身高、體重、年齡、性別、身體成分、激素水平和特殊狀態）和外因（如天氣）。
身高、體重：身高、體重越大，瘦體重也相對較多，所以基礎代謝率會較高。
年齡：年齡越大，基礎代謝率越低，在成年以後基礎代謝率以每年2%的速率下降。這和隨著年齡增長而出現的瘦體重減少相關。規律的有氧和力量訓練可以阻止這種隨年齡增長而出現的基礎代謝率下降，所以健身對於中老年人更重要。
性別：女性的體脂含量高於男性，而肌肉含量低於男性，所以女性的基礎代謝率比男性低10%左右。
身體成分：代謝旺盛的器官組織越多，消耗熱量越多，瘦體重包括肌肉、臟器，比脂肪消耗的熱量多得多。
激素水平：兒茶酚胺、甲狀腺激素等激素會增加代謝速率，所以在應激（兒茶酚胺分泌增加）、甲狀腺功能亢進（甲狀腺激素分泌增加）的時候基礎代謝率會升高，不過這些是病態的。
特殊狀態：女性妊娠期和哺乳期，因為身體要忙於合成新的物質，基礎代謝率會升高。
溫度：氣溫越高，能量消耗越大，體溫升高1℃，基礎代謝率升高13%，而生活在熱帶的人會比生活在溫帶的人基礎代謝率高5%～20%。
基礎代謝率的計算公式會考慮到上面提到的一些影響因素，如性別、年齡、身高、體重等。常用的公式包括Mifflin-St.Jeor公式，身高的單位是釐米（cm），體重的單位是千克（kg）。
男性：BMR=10×體重+6.25×身高-5×年齡+5
女性：BMR=10×體重+6.25×身高-5×年齡-161
如體重70kg的30歲女性，身高175cm，BMR=10×70+6.25×175-5×30-161=1482kcal
這只是計算基礎代謝率的其中一個常用公式，還有一些其他的公式。不同公式計算出的基礎代謝率差別在100～200kcal之間。但這些公式都是估算，所得的BMR與實際測定可能有15%的出入。
雖然估算與實測有偏差，但可以讓我們了解自己基礎代謝率的數量級，對於估算每日的熱量消耗還是很有意義的。基礎代謝率在一段時間內不會有太大的變化，除非你的體重發生巨大的變化，如經過一段時間的鍛鍊肌肉增加，體重升高了；
或者經過一段時間極端節食，體重下降明顯，就需要重新計算基礎代謝率。網際網路上有很多計算基礎代謝率的軟體和網頁，但同一個人在不同網站上所測得的基礎代謝率會有所不同，這可能與該網站所使用的計算公式不同有關，可以嘗試在不同網站多測幾次，取平均值。
吃東西也要消耗能量嗎
大家在生活中可能都會有這樣的體會，餓的時候特別容易冷，而吃完飯身體會不自主地發熱，甚至有的時候吃飯會吃得滿頭大汗。這是為什麼呢？其實從生理學的角度，吃飯真的會消耗熱量。簡單地說就是吃東西之後身體的熱量消耗會增加，這一現象稱為食物的熱力作用，又叫做食物的熱效應。
吃東西也會消耗熱量嗎？依據我們的常識，食物是為人體增加能量，是長胖的，怎麼反而會消耗熱量呢？從把食物吃進嘴裡進行咀嚼，到胃腸蠕動分泌消化酶進行消化，再到通過各種方式吸收營養成分，這是一系列不可逆的生理化學反應，這個過程一定會消耗熱量。
所以，吃飯也要消耗熱量！但是所消耗的熱量絕不會超過攝入食物所提供的熱量。為了科學地研究食物對於代謝的影響，有研究者讓人住在與外界隔絕的代謝倉中，通過檢測消耗的氧氣和呼出的二氧化碳，從早到晚多次測定人的代謝率，發現在三餐後人的代謝率會明顯上升，而且這種上升會從吃飯之後開始並持續幾個小時。
進食後為什麼會代謝增快呢？進食導致的能量消耗主要用於食物的消化、吸收和代謝儲存。那麼既然吃東西能消耗熱量，會不會存在某種食物，消化它所需要的能量特別高，甚至高於它提供給身體的熱量呢？
如果有這樣神奇的食物，我們豈不是能夠只憑吃東西就瘦下來？確實有很多減肥方法會宣傳「負熱量」食物，如西柚、蘋果等就是著名的負熱量食物，這些食物的熱量確實不高也比較健康，但是從科學的角度講「負熱量」食物真的不存在。
食物熱效應的計算方法是：食物熱效應=（進食後能量消耗－基礎代謝）/食物所提供的能量
由此可見，食物熱效應是一個百分比，不可能超過100%，也就是說吃飯導致的熱量消耗不可能超過吃進去的食物所提供的熱量，換句話說就是所謂的「負熱量」食物是不存在的。一般正常飲食的食物熱效應佔每日總熱量消耗的10%左右。
當然，不同飲食的熱效應是不同的。大家肯定會非常關心怎麼吃才能消耗更多的熱量？食物熱效應主要受兩個因素的影響，即吃什麼和吃多少。
吃多少：吃的越多，用來消化吸收的絕對熱量就越多，但是這是成比例地增多，一般不會超過攝入的10%，例如吃30kcal的西柚，需要3kcal來消化，儲存了27kcal，而吃300kcal的三明治需要30kcal來消化，但是儲存了270kcal，所以吃的多還是會多長肉。
吃什麼：蛋白質含量越高，食物熱效應越高。在三大宏量營養素（碳水化合物、脂肪、蛋白質）中，脂肪是食物熱效應最低的（食物熱效應為4%～5%），碳水化合物次之（食物熱效應為5%～6%）；因為在消化吸收的過程中需要經過的化學反應最複雜、步驟最多，所以蛋白質的食物熱效應最大，相當於其本身能量的25%～30%。
平時的飲食中三種宏量營養素都有，所以綜合的食物熱效應約為10%。很多減肥食譜都會適當地增加蛋白質的含量，以此來增加食物熱效應，研究表明，食物中每增加1%蛋白質，食物熱效應會增加約0.6%。雖然增加蛋白質只能增加少量的熱量消耗，但是適當增加飲食中的蛋白質含量還有維持飽感和維持瘦體重的好處，所以被廣泛採用。
為什麼減肥離不開運動
控制體重一定要節食嗎？其實大多數研究都表明，限制熱量攝入只是控制體重的一方面，增加熱量消耗與限制熱量攝入同樣重要。熱量消耗中的基礎代謝率和食物熱效應是我們很難主動增加的。所以熱量消耗中的第三部分，也就是運動熱消耗就成了我們主動控制能量平衡的重要砝碼。
在日常生活中，體力活動的熱量消耗大約佔總熱量消耗的15%～30%。體力活動的能量消耗又分兩部分，一部分是非運動熱消耗，另一部分是運動熱消耗。簡單地說，體力活動所消耗的熱量有一部分是我們主動去健身房鍛鍊或去跑步時消耗的，還有一部分是在日常活動中不知不覺消耗的。
非運動熱消耗（NEAT）：指的是除了主動鍛鍊以外日常生活所消耗的熱量，如上下班、逛街買菜、做飯、洗衣服、嚼口香糖，甚至緊張的時候轉筆、抖腿所消耗的熱量。
不同的人群，非運動熱消耗可以相差很多，如農民或者工人，他們每天在工作的時候就會不知不覺消耗很多熱量，而上班族或者久坐的人群，每天的熱量消耗就相對很少。有的人怎麼吃都不胖，有的人吃一點就胖，其實容不容易胖除了和基因有關外，還很有可能和非運動熱消耗相關。仔細觀察一下，身邊喜歡抖腿的人是不是一般都不胖？
平時生活中健康成人的非運動熱消耗大約為300kcal，相當於慢跑半小時。在日常生活中，你有沒有過「今天去健身了，就不要走路上班啦」或者「爬樓梯好累還是坐電梯吧」這類的想法和舉動？如果健身之後，在生活中反而更懶了，降低了非運動熱消耗，那麼健身消耗的熱量就被抵消了。
另外，在一段時間內能量消耗大於攝入時，身體會主動減少非運動熱消耗，也就是說隨著減肥的進行，我們會「變懶」，會更喜歡坐著躺著，這也是造成減重平臺期的一個重要原因。
所以主動增加非運動熱消耗是控制體重的重要方法，如每坐一小時就站起來活動一下，採用站立式的工作檯，不乘電梯走樓梯，走路或者騎車上下班，主動做家務等都是很好的方式。這樣每天不經意間就可以消耗很多熱量。
運動熱消耗：運動熱消耗很好理解，就是我們去跑步、健身、遊泳、瑜伽所消耗的熱量，運動熱消耗是每日能量消耗中可變性最大的。對於一天到晚坐在沙發上看電視的人可能只有50～100kcal，而對於專業運動員可以高達3000kcal。所以加強運動是控制體重的重要方式。
運動熱消耗主要取決於運動的強度和從事運動人的體重。大部分運動不論是走路、跑步還是瑜伽，都需要對抗自己的體重，而搬起100kg的物體所消耗的熱量肯定會多於搬起60kg物體的熱量。
有研究顯示，能夠減重成功並且長期維持較低體重的人，平均體力活動更多，同時肌肉力量更強。體力活動不足的人更容易在初期減重成功後反彈。
美國醫學研究所、美國心臟病學會等權威健康機構都推薦每日進行30～60分鐘中等強度的鍛鍊。對於中國人，根據中國營養與健康狀況調查，體力活動水平越高的人群罹患糖尿病、高血脂、高血壓等代謝症候群的風險越低。
根據自己每日體力活動的量和基礎代謝率可以估測每天我們實際消耗的熱量。公式就是在基礎代謝率公式的基礎上乘以體力活動水平（PAL），這一係數根據不同體力活動水平而不同。
男性：BMR=（10×體重+6.25×身高-5×年齡+5）×體力活動水平
女性：BMR=（10×體重+6.25×身高-5×年齡-161）×體力活動水平一般人群即便是經常健身的，體力活動水平都只是在1.5～1.7左右，這樣我們就可以基本計算出自己每日的熱量消耗了。
本書節選自《邊吃邊瘦的營養書》
作者鄭西希，由人民衛生出版社出版