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正常情况下机体将食物中所含的营养物质转化成生命活动所需的能量或能量储存形式，以维持机体正常新陈代谢和生理功能。饥饿、创伤应激等疾病状态下机体发生一系列代谢改变，以维持疾病状态下组织、器官功能以及生存所需。
（一）正常情况下的物质代谢 人体在正常生命活动中需要不断摄取各种营养物质，通过转化和利用以维持机体新陈代谢。人体所需的营养底物包括糖、脂肪、蛋白质、水、电解质、微量元素和维生素，这些营养物质进入人体后，参与体内一系列代谢过程，通过合成代谢使人体结构得以生长、发育、修复及再生，并为机体生命活动提供必不可少的能源。
1.碳水化合物 碳水化合物是人类食物的主要成分，其主要生理功能是供能，同时也是细胞结构的重要成分。正常情况下，碳水化合物提供约 55%～65% 维持成人机体正常功能所需的能量，机体一些组织细胞如大脑神经细胞、肾上腺及血细胞等则完全依赖葡萄糖氧化供能。此外，葡萄糖的某些代谢产物可为机体其他代谢途径提供必需的物质，也是组成人体组织结构的重要成分。食物中的糖以淀粉为主，经消化道消化、分解为单糖时才能被小肠上皮细胞所吸收。糖在体内的代谢过程主要体现为葡萄糖代谢，正常情况下，进入和移出血液中的葡萄糖处于相对平衡状态，使血糖维持在 4.5～5.5mmol/L 水平。血糖来源于食物中糖的消化和吸收、肝糖原分解或肝脏糖异生作用；血糖去路则为周围组织及肝脏摄取利用、糖原合成、转化为非糖物质或其他含糖物质。血糖水平保持恒定是糖、脂肪、氨基酸代谢协调的结果，也是肝脏、肌肉、脂肪组织等器官组织代谢协调的结果。
2.蛋白质 是构成生物体的重要组成成分，在生命活动中起着极其重要的作用。蛋白质的主要生理功能是参与构成机体各种细胞组织，维持细胞组织生长、更新和修复，参与多种重要生理功能及氧化供能。食物中的蛋白质是人体蛋白质的主要来源，在蛋白酶及肽酶的作用下水解成为寡肽及氨基酸而被吸收。正常情况下机体内各种蛋白质始终处于动态更新之中，蛋白质的更新包括蛋白质分解和合成代谢，其合成和降解的相互协调对维持机体组织和细胞功能、调节生长及控制体内各种酶的生物活性起着十分重要的作用。
3.脂肪 其主要生理功能是提供能量、构成身体组织、供给必需脂肪酸并携带脂溶性维生素等。膳食中的脂类是人体脂肪的主要来源，脂类不溶于水，在消化道中经胆汁酸盐、胰脂酶、磷脂酶 A2、胆固醇酯酶等的作用消化形成甘油一酯、脂肪酸、胆固醇、溶血磷脂等，乳化成更小的微团后被消化酶消化。短链和中链脂肪酸构成的甘油三酯，经胆汁酸盐乳化后即可被吸收，在肠黏膜细胞内脂肪酶的作用下，水解成脂肪酸及甘油，通过门静脉进入血液循环。长链脂肪酸构成的甘油三酯与磷脂、胆固醇及载脂蛋白结合形成乳糜微粒，通过淋巴进入血液循环。甘油三酯是机体储存能量的形式。
（二）能量代谢及需求 生物体内碳水化合物、蛋白质和脂肪在代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用称为能量代谢。准确地了解和测定临床上不同状态下病人的能量消耗是提供合理有效营养支持以及决定营养物质需要量与比例的前提和保证。
1.机体能量消耗的组成、测定及计算 机体每日的能量消耗包括基础能量消耗（或静息能量消耗）、食物生热效应、兼性生热作用、活动的生热效应等几个部分，其中基础能量消耗（BEE）在每日总能量消耗中所占比例最大（60%～70%），是机体维持正常生理功能和内环境稳定等活动所消耗的能量。由于测定基础代谢率的要求十分严格，因此，临床实践中通常测定机体静息能量消耗（REE）而非基础能量消耗。
临床上最常用的机体能量消耗的测定方法是间接测热法，其原理是通过测量机体气体交换来测定物质氧化率和能量消耗。机体在消耗一定量蛋白质、脂肪及碳水化合物时会产生一定量的热量，同时相应地消耗一定量的氧并产生一定量的二氧化碳。因此，测定机体在单位时间内所消耗的氧和产生的二氧化碳的量，即可计算出机体在该时间内的产热即能量消耗。
Weir 公式是间接测热法计算机体 24 小时静息能量消耗的公式：
REE（kcal/d）=（3.9×VO2+1.1×VCO2）×1 440
式中，VO2为氧耗量（L/min）；VCO2为二氧化碳产生量（L /min），可通过非侵入性间接测热法进行测定。
通过测定 VO2及 VCO2还可计算出呼吸商（RQ）：RQ=VCO2 /VO2，根据呼吸商值可了解各种营养物质的氧化代谢情况。
由于设备或条件的限制，临床实践中并非所有单位或部门均能实际测量病人的静息能量消耗
以指导临床营养方案的实施，因此需要一些简便、有效的能量消耗计算公式供临床使用。HarrisBenedict 公式是计算机体基础能量消耗的经典公式：
男性：BEE（kcal/d）=66+13.7W+5.0H-6.8A
女性：BEE（kcal/d）=655+9.6W+1.85H-4.7A
式中，W 为体重（kg）；H 为身高（cm）；A 为年龄（岁）。
Harris-Benedict 公式是健康机体基础能量消耗的估算公式，临床上各种疾病状态下病人的实际静息能量消耗值与Harris-Benedict公式估算值之间存在一定的差异，如择期手术增加10%左右，严重创伤、多发性骨折、感染时可增加 20%～30%，大面积烧伤时能量消耗增加更明显，最大可增高 100% 左右。
2.机体能量需要量的确定 准确的能量供给与营养疗效和临床结局直接相关，能量摄入不足可造成机体蛋白质消耗，影响器官结构和功能，从而影响病人预后。相反，过多的能量摄入同样会对病人的预后产生不良影响。尽管间接测热法测定机体静息能量消耗值是判断病人能量需要量的理想方法，但临床上对大多数病人尚无法实时测量机体的能量消耗值，较多的仍然是应用预测公式或凭经验估计来确定病人的能量需求。目前认为，对于非肥胖病人，25～30kcal/（kg·d）的能量摄入量能满足大多数住院病人的能量需求；而对于体质指数（body mass index，BMI）≥30kg/m2的肥胖病人，推荐的能量摄入量为正常目标量的 70%～80%。
（三）饥饿、创伤状况下机体代谢变化 外科病人由于疾病或手术治疗等原因，常常处于饥饿、感染或创伤等应激状况，此时机体会发生一系列代谢变化，以维持机体疾病状态下组织、器官功能以及生存所需。
1.饥饿时机体代谢改变 外源性能量底物和营养物质缺乏是整个饥饿反应的基础，饥饿时机体正常代谢途径可能部分或全部停止，一些途径则被激活或出现新的代谢途径。饥饿时机体生存有赖于利用自身储存的脂肪、糖原及细胞内的功能蛋白。饥饿早期，机体首先利用肝脏及肌肉中的糖原储备以供能直至糖原耗尽，然后再依赖糖异生作用。此时，机体能量消耗下降，肝脏及肌肉蛋白分解以提供糖异生前体物质，蛋白质合成下降。当饥饿持续时，体内的脂肪贮备就成为机体主要能源供应物质，脂肪分解代谢增加，脂肪酸氧化，体内酮体形成及糖异生作用增强，大脑及其他组织越来越多地利用酮体作为能源，从而减少骨骼肌蛋白分解，其目的是尽可能地保存机体的蛋白质，使生命得以延续。
2.创伤应激状态下机体代谢变化 外科感染、手术创伤等应激情况下，机体发生一系列代谢改变，其特征为静息能量消耗增高、高血糖及蛋白质分解增强。应激状态时糖代谢的改变主要表现为内源性葡萄糖异生作用明显增加，组织、器官葡萄糖的氧化利用下降，以及外周组织对胰岛素抵抗，从而造成高血糖。创伤后蛋白质代谢的变化是蛋白质分解增加、负氮平衡，其程度和持续时间与创伤应激程度、创伤前营养状况、病人年龄及应激后营养摄入有关，并在很大程度上受体内激素反应水平的制约。脂肪是应激病人的重要能源，创伤应激时机体脂肪分解增强，其分解产物作为糖异生作用的前体物质，从而减少蛋白质分解，保存机体蛋白质。
