妊娠期能量消耗测定的研究进展

张馨媛，魏瑗

妊娠是一个“加速饥饿”的状态[1]，意味着更多的能量需求以及更复杂的能量代谢。孕期营养对母体及胎儿结局至关重要，孕期能量摄入过量，体重增长过多，巨大儿、剖宫产、产后体重滞留发生率升高；相反，能量摄入过少，体重增长不足，影响胎儿宫内发育，胎儿生长受限，低出生体重儿的风险增加。适当的能量摄入，适宜的体重增长，是良好妊娠结局的重要前提；美国医学科学研究院提出基于不同孕前BMI的孕期增重范围[2]，在此之前，我们需要先了解孕期不同的能量代谢水平变化。

1 机体总能量代谢

机体总能量消耗计算包括基础能量代谢率(basal metabolic rate,BMR,60%～75%)，食物生热效应(diet-induced thermogenesis,DIT,10%)和身体活动(physical activity，PA,25%～30%)所耗能量；理想情况下，总能量消耗是在自由生活条件下用双标水客观测量的。双标水的原理是在摄入规定剂量的稳定同位素试剂后，根据氘(2H)和氧-18同位素(18O)的不同稀释率间接评估二氧化碳的产生。摄入水后，2H被稀释到人体水池中，并通过尿液、汗液和水蒸气从体内排出。相反，氧同位素的排出不仅通过水分的丢失而被排放，而且还以二氧化碳的形式被排放。因此，2H和18O稀释率的差异与二氧化碳的产生成正比，从而得出二氧化碳生成量。然后，根据呼吸熵和二氧化碳生产量可算出O2消耗量，最后利用Weir公式计算出单位时间内平均能量的消耗量。可用于普通人群的能量代谢测定，同时在孕妇中也可应用，在2016年的一篇研究单胎妊娠能量摄入和消耗与孕期体重增长关系的文章中[3]，通过使用双标水的方法测定孕妇总能量消耗；一项对肥胖妇女妊娠期体重增加的决定因素的研究中，通过双标水法、间接测热法和体成分测量来测定孕妇孕期能量消耗，得出孕妇能量摄入不应超过能量消耗[4]。双标水法不仅在单胎妊娠中可使用，在双胎妊娠中也有应用，Gandhi M等[5]在2018年通过双标水法测定双胎孕妇早、中、晚孕期总能量消耗，得出孕中晚期比孕早期平均增加700 kcal/d的能量。

稳定的同位素是非放射性的，安全的，并且以最低限度干扰正常生理，可用于人体健康评估。国际原子能机构[6]支持使用稳定同位素技术来评估机体营养情况，故双标水的应用对机体来说是相对安全的。

双标水法是测量总能量消耗的金标准，包括了基础能量代谢、运动能量消耗以及食物生热效应所需要的能量。但因为此方法要求高、操作过程复杂等特点，主要在实验室或对研究数据要求高的试验中进行。因基础能量代谢占机体总能量代谢大部分比例，所以很多试验通过测定基础代谢率来评定能量代谢情况。

2 基础能量代谢测定

基础代谢是指人体在基础状态下的能量代谢，是维持机体生命活动最基本的能量消耗,是构成机体总能量消耗的重要部分。单位时间内的基础代谢称为基BMR，是评定基础代谢的重要参考指标。

目前，对于BMR的测量方法主要有3种，直接测热法、间接测热法及公式法。

2.1 直接测热法

直接测热法是指将被测者置于一特殊的检测环境中，收集被测者在一定时间内通过辐射、传导、对流及蒸发4个方面发散的总热量，然后换算成单位时间的代谢量，即能量代谢率(energy metabolic rate，EMR)。直接测热法操作比较困难，装置较为复杂，需要在特殊的检测环境中进行，主要用于研究肥胖和内分泌系统障碍等。一般人群的测量主要采取后两种方法,也未见孕妇用此种方法测量的文献报道。

2.2 间接测热法

间接测热法相对于直接测热法较简单，是目前使用最多的。近年来出现的气体代谢分析仪(又名心肺功能测试仪) 所用的分析系统是目前国际通用的一种无创间接测热法系统，已被广泛应用于实验和临床研究。间接测热法不是计算实际的热量，而是通过计算能量底物被氧化时释放的能量来评估能量消耗。Weir提出总热量输出[kcal]=3.9×所用氧气[L]+1.11×所产生的二氧化碳[L]，因此可以通过相对简单的氧气消耗量和二氧化碳生产量来估算能量消耗，可以用于人体营养需要的研究。间接测热法对基础能量的测定有以下要求[7]：① 在测量之前和测量期间，受试者应完全处于休息状态，保持平卧且完全清醒的状态； ② 在测量之前，受试者应禁食至少10～12 h；③ 进行测量的环境应该是热中性的(22℃～26℃)，以便对热量产生没有温度调节作用；④ 受试者应完全放松，避免情绪紧张，并熟悉所用器械。在这种情况下的代谢水平比较稳定，但对于达不到以上要求的情况，通常进行静息能量消耗(resting energy expenditure,REE)测定，即在安静状态下维持机体组织细胞正常功能活动所消耗的能量。测定时受试者需禁食2 h以上，在合适的温度下平卧或安坐30 min以上。一般静息能量消耗比基础代谢水平高10%左右。

间接测热法在妊娠期代谢研究中也广泛使用，在涉及基础能量测定的实验中，基本使用这种方法。2018年一项对患有或未患有糖尿病的日本孕妇REE和身体成分纵向变化的研究中，应用气体交换间接测热法得出葡萄糖耐量正常的日本孕妇在孕晚期的REE显著增加，血糖控制良好的女性的REE低于控制不良的女性[8]。Butte NF等[9]对不同孕前BMI的孕妇的能量测定中，通过间接测热法得出健康孕妇需要额外的能量摄入以支持适当的妊娠体重增加和BMR的增加，其不能通过孕期运动能量消耗的降低完全抵消。2016年Gilmore LA等[3]对45名孕妇早、中、晚期通过间接测热法及Wire公式得出BMR与妊娠体重增加成正比。在双胎妊娠中，间接能量测定法也有重要应用。Shinagawa S等[10]对非孕、单胎妊娠及双胎妊娠孕晚期妇女通过间接测热法进行基础能量测定得出，双胎妊娠孕妇的基础代谢量比单胎妊娠孕妇的基础代谢量增加约10%。Gandhi M等[5]也通过间接测热法对双胎孕妇孕早、中、晚期基础能量代谢进行测定。

间接测热法最常用于临床研究环境中的能量消耗评估，这主要是由于连续的能量消耗测量具有很高的精度，以及设备设计适应各种实验环境的灵活性。 间接测热法中耗氧量与二氧化碳生成量的比率也表明碳水化合物和脂肪的氧化，通常从24 h尿液排出量得出蛋白质氧化数据，以便深入了解常量营养素利用的平衡。

2.3 公式法

公式法相较于前两种方法都比较简单，只需要简单的人体测量即可计算基础代谢，可用于大样本的人体研究，不同国家发表了不同的参考公式，据Sabounchi NS等[11]的统计，截至2011年3月，文献中一共有248个不同的BMR预测公式 ，涉及的变量包括身高、体重、年龄、瘦体重、腰臀比、BMI等；张佳月等[12]对几种国际和国内被广泛参考的BMR公式进行比较得出，Liu公式、Yang公式及Singapore公式对于我国适重人群(BMI为18.0～23.9 kg/m2)的预测值较好；超重和肥胖人群(BMI≥24 kg/m2)Singapore公式预测准确性最高，但仍需大样本数据支持更适合我国人群的BMR测量。在对一些特殊人群(肠衰竭患者、植物人状态的患者、运动员、青少年)等的研究中发现公式预测的BMR与用间接测热法实测的差别较大，需要建立新的公式，而目前尚没有对孕妇进行BMR预测的公式。

3 孕期基础能量代谢测定的研究现状

妊娠期母体需要获得足够的能量来保证胎儿的生长发育、胎盘和相关的母体组织的生长以及为妊娠期间母体的BMR的变化提供能量；在单胎妊娠中，整个孕期BMR逐渐增加，平均(10.7±5.4)kcal/孕周，总能量消耗增加(5.2±12.8)kcal/孕周[8]；葡萄糖耐量正常的孕妇在孕晚期的REE显著增加，与非妊娠相比，正常单胎孕妇的孕晚期母体BMR提高了10%～20%[13]；孕期能量需求相较于非孕妇女大约增加17%，相当于一个正常体重的孕妇需要额外补充300 kcal/d 的能量[14]。孕期需要额外的能量补充来维持母体能量平衡以及胎儿的生长发育，但由于不同人群的身材、生活方式和基本营养状况的差异，孕妇的能量摄入建议应因人群而异，我们应特别关注体重过轻或超重的女性能量摄入。一项关于肥胖孕妇能量摄入的研究估计，在体重增长位于IOM的推荐范围内，妊娠中、晚期的能量摄入需求相较于妊娠初期并未增加[15];Eto E等[8]的一项研究指出，在正常BMI人群中，妊娠初期的能量需求增加可忽略不计，中期需增加350 kcal/d，妊娠晚期需增加500 kcal/d，与DRIs推荐的妊娠中、晚期需额外增加340 kcal/d、452 kcal/d相差不大；但一项荟萃分析指出，尽管孕妇生理上体重迅速增加，孕妇的膳食报告指出在怀孕期间能量摄入几乎没有变化，因此，当前建议将能量摄入增加1 000 kJ/d(约240 kcal/d)可能会导致体重增长过多以及增加不良妊娠结局的发生率[15]。

相对于单胎妊娠，双胎妊娠意味着子宫、胎盘体积增加以及母体体重及血流量的变化，因此需要更多的能量来满足母体与胎儿的需要，Singagawa S等[10]的研究表明在孕晚期，双胎妊娠孕妇的基础代谢量比单胎妊娠孕妇的基础代谢量增加约10%，这些增加的REE可能导致双胎妊娠的热量需求较单胎增加40%[16]；对双胎而言，尽管尚未指出准确的能量需求值，但是建议在单胎妊娠的基础上每个胎儿额外增加300 kcal的能量和10 g蛋白质。有研究指出双胎孕妇的能量需求从理论上讲是单胎妊娠孕妇所需能量300 kcal的双倍[17]；Gandhi M等[5]的研究表明，在双胎妊娠中，相较于早期，孕中期和孕晚期平均需增加约700 kcal/d的能量摄入来满足孕期体重以及能量消耗的增加。

孕期能量摄入平衡对妊娠结局有重要影响，生命早期1 000 d学说的提出让我们更关注能量摄入，从国际范围来看，目前对于双胎妊娠研究资料仍较少，尚不能形成指南或者专家共识，亟需更多的大样本研究。