关于营养，科学界目前公认的定义是“人体从外界环境摄取食物，经过消化吸收和代谢，用以供给能量，构成和修补身体组织，以及调节生理功能的整个过程”。虽然在这个定义中自始至终没有出现营养素这个术语，但是从摄取食物开始一直到调节生理功能，这个定义描述的整个过程都是围绕着营养素进行的。食物中含有多种营养素，人体通过消化吸收获得其中的营养素，营养素在人体中进行代谢，供给能量，构成和修补组织，调节生理过程。在这一系列过程中，始终位于核心地位的就是营养素。对营养素的研究形成了营养学的基础。
食物中存在哪些人体必需的营养素？人体应该摄取多少营养素才能满足健康的需要？近两百年来，营养科学界一直围绕这两个基本问题进行着不懈的探索。研究初期通过防治营养缺乏病而认识营养素的必需性，研究确定了几十种必需营养素的需要量；继而为了防止营养素摄入过量而开始营养毒理学研究，测定各种营养素的摄入量上限值；近年又面对非传染性慢性病的挑战，将营养学研究扩展到预防慢性病的领域。随着这三个阶段研究的逐渐深入与发展，新的成果得到不断积累，营养科学也逐渐走向全面和系统化。本章的主要内容即是沿着营养学的发展历程，介绍必需营养素的研究发现以及有关营养素合理摄入量——膳食营养素参考摄入量的研究成果。
根据历史学家的考证，从原始时代到中世纪，很多人都是由于营养不良或食物中毒而死亡的。人类在与疾病作长期斗争的过程中，逐渐认识了食物的颜色、形状、味道等感官性状及其对某些疾病（主要是营养缺乏病）的预防和治疗的作用。在近一百多年的科学研究中，人们逐渐了解了食物中含有的多种成分。这些成分具有特定生理作用，能维持机体生长、发育、活动、生殖以及正常代谢，包括蛋白质、脂类、碳水化合物、矿物质及维生素等，被统称为营养素（nutrient）。
必需营养素（essentialnutrient）是一类为机体存活、正常生长和功能所必需，但不能由机体自身合成或合成不足，而必须从食物中获得的营养素。与其他食物成分相比，它们都具有一个重要的生物学特性，即缺乏该营养素可造成特异性功能异常或营养缺乏病，甚至死亡。人们对必需营养素的认识，正是在预防和治疗营养缺乏病的过程中逐渐获得的。
国内外有许多历史资料记载古人通过食物对某些疾病进行“治疗”的作用，按照现代医学的观点，其中很大比例的疾病属于营养缺乏病。例如，中国古代医学将缺碘性甲状腺肿称为“瘿病”，远在公元前4世纪的《庄子》中就有关于瘿病的记载。800年后晋朝的化学家葛洪首先用海藻制取药酒以治疗瘿病；公元7世纪的隋巢元方提出了瘿病与水、土有关的学说；唐朝孙思邈等人又扩大了用昆布来治疗瘿病。此外，古希腊人也在2400年前就进行过一些不同形式的“食疗”。1670年，英国医生Sydenham发现饮用含铁屑的葡萄酒可使萎黄病（贫血）患者的症状得到明显改善。但是，由于技术手段的局限，古人只能观察到整体食物的作用，而对食物的化学本质并不认识，这种情况一直持续到18世纪。
在这种发展背景下，科学界对于食物的研究不再停留在整体食物对于人类疾病的防治作用方面，开始探究是哪种食物成分具有这些作用。于是，营养素必需性的研究随之拉开了序幕。
1．产能营养素的必需性
我们现在认识到蛋白质、脂肪和碳水化合物的营养作用非常复杂，涉及生长发育、组织器官的构成和更新、渗透压、免疫功能、脑功能、心血管健康等诸多方面。但是，人们早期意识到这几种营养素必需性只是因为饥饿引起的蛋白质-能量缺乏。
由于儿童对蛋白质与能量的需要量相对高于成人，所以蛋白质-能量营养不良（PEM）多见于儿童。当膳食中蛋白质严重缺乏而能量的供给尚可勉强维持最低水平时，患者表现为水肿型营养不良（kwashiorkor）；如果由食物摄入的能量和蛋白质均长期严重缺乏，则患儿的出现消瘦、衰弱乃至“皮包骨”等症状，被称为干瘦型营养不良（marasmus），与成人长期饥饿后发生的情况类似。在贫困人民的实际生活中，这两种营养不良经常以轻度的混合形式出现，而且常常伴随着其他多种微量营养素的缺乏。
人类对食物蛋白质的发现和认定，是从植物性食物开始的。Beccari通过水洗的方法从面粉中得到谷蛋白。他认为人体的构成得益于面包中的这种物质，所以称之为“动物样”物质。后来的科学家又从大豆、动物组织中得到了这种“动物样”物质，并检测了这种物质的碳、氢、氧、氮等元素成分，发现其中的氮含量很高。1816年Magendie，F.用纯的碳水化合物或脂肪饲喂狗，结果导致实验狗死亡，而后加入蛋白质则使其存活，从而证实了蛋白质的营养必需性。
随着营养素研究的进展，伦敦的一位内科医生Prout，W在1827年提出，高等动物的营养需求包括三种主要食物成分，即蛋白质、碳水化合物、脂肪。这种认识得到社会的广泛认可，但是必需营养素的研究仍未终结，而是随着营养问题的不断出现继续向着纵深发展。
2．矿物元素的营养必需性
在确定了产能营养素必需性以后的二十余年中，人们又陆续发现几种矿物质也是动物必需的营养成分。1842年，法国人Chossat用鸽子进行实验，观察到低钙饲料喂养的鸽子骨骼发育不良，而矿物质碳酸钙可以预防这种异常状况，证明了钙的营养作用。到1850年，至少有钙、磷、钠、钾、氯和铁等6种元素在动物实验中被证明了它们的营养必需性。
鉴于上述一系列的研究成果，Liebig，J.von提出，由产能物质（碳水化合物和脂肪），加上蛋白质以及一些矿物质，即可构成营养完全的膳食。然而在1870年普法战争的特殊情况下，人们发现了新的营养问题。当时，法国巴黎被普鲁士军队围困，人们用上述这些已知的各种营养素配制奶品喂养儿童，结果未能阻止他们的健康恶化。人们由此推测，食物中一定还含有某种别的生命必需物质，并开始寻找另外一类必需营养素——维生素。
3．维生素的营养必需性
大多数维生素及其必需性的发现都经历了类似的三个阶段，即首先发现人群中流行的营养缺乏病；然后找到防治缺乏病的特定食物；最后确定相应的食物成分，即人体必需的维生素。1910年，英国生物化学家Hopkins的论文“在正常膳食中附加因子重要性的饲养实验”指出：即使含有碳水化合物、脂肪、蛋白质和矿物质的人工合成饲料也不能使动物正常生长，只要加入少量鲜牛奶就能使动物生长良好。论文中提出了“附加因子”的概念，肯定了今天称之为维生素的存在。Hopkins和Willcode因发现维生素是机体不可缺少的物质，成为1929年诺贝尔生理学和医学奖的获奖者，他们的实验方法也为以后的营养必需性研究树立了典范。
维生素B1是人们发现最早的一种维生素。在维生素尚未被人们认识的年代，脚气病流传甚广。例如1880年，日本海军发现在长期航海过程中大约有30%的海员患上脚气病。1890年荷兰军医Eijkman注意到食用糙米有利于预防这种疾病，1911年英国的FunkC从米糠中提取到这种治疗脚气病的物质，并提出“维生胺”（vitamine）的概念，至此，人们防治脚气病的探索终于开始走向正确的方向。
维生素C的发现与人类坏血病的防治不可分割。16世纪英国海军派出1900余名海员作环球航行，4年后返航时竟有数百人死于坏血病。虽然人们早已发现柠檬等多种水果和蔬菜对于坏血病有预防和治疗作用，但直到1932年科学家从柠檬汁中分离出一种晶状物质，并证明其具有防治坏血病的效果，人类防治坏血病的研究才算进入了认识一种维生素必需性的新阶段。到1915年，6个矿物质、4种氨基酸和3种维生素，即维生素A、维生素B1和抗坏血症因子被证实为必需营养素。
在20世纪30年代，科学家们对维生素D、β-胡萝卜素、维生素B2（核黄素）、泛酸、生物素、维生素E、维生素K、维生素B6、叶酸、维生素B12、钾以及几种氨基酸进行了研究。在对食物和饲料中新的营养成分进行研究的过程中，如何确定它们是否属于人体或动物机体必需的营养素，成为一个务必解决的关键问题。出于研究的科学性和规范性要求，有必要明确必需营养素的概念，并制定一个标准，以便理性判别研究结果的真实性。
按照营养素的必需性进行分类，是从氨基酸开始的。早在1920年，Mendel将体内不能合成的氨基酸称之为必需氨基酸；而体内可以合成，食物中缺少也无关紧要的氨基酸称为非必需氨基酸。在氨基酸分类中使用的这种必需和非必需的概念，在更多营养成分的研究领域逐渐得到认可。
就像门捷列夫建立元素周期表以后，各国科学家又相继发现了许多新的元素一样，上述必需营养素标准的提出促进了更多的维生素、微量元素的发现。
经过营养学家们一百余年的工作，如今已确认的人体必需营养素有42种。这些营养素根据人体的需要量或体内含量多少又可分为宏量营养素（包括蛋白质、脂类和碳水化合物）和微量营养素（包括矿物质和维生素），其中矿物质又分为常量元素和微量元素。
食物中含有的有机和无机化学成分数以千计，但是其中绝大多数对人体没有可以检测到的生理学作用；有些成分虽然对健康有益，例如多种脂肪酸和氨基酸，但是人体自身能够合成，或由其他营养素转化，没有必要从食物中摄取，被称之为非必需营养素（non-essencialnutrients）；只有符合上述5个条件的42种营养素才被称为必需营养素。
表1-2-1人体的必需营养素
如上所述，在营养素与必需营养素两个术语之间没有一个明确的分界线，这种表面上有违逻辑规律的描述，反映了食物成分与机体健康之间的复杂关系。因为，人体由食物中摄取的化学成分数以千计，这些成分对人体功能和健康的影响错综复杂，很难在食物成分的必需和非必需之间找到一条严格的界限。实际上，在必需与非必需之间有一个很宽的边缘区域，这个区域的存在，为营养素必需性的研究提供了广阔的发展空间。
必需营养素概念的提出及其标准的制定，在对公众进行饮食指导、防治营养缺乏病以及制定食物营养政策等方面都起到了积极的推动作用。但是，随着营养科学的深入发展，人们发现某些营养素在正常情况下并非人体必需，但在某些特殊条件下，人体对这些营养素的合成能力受到损害，它们就转化成为必需营养素如早产儿所需要的酪氨酸、高分解代谢患者需要的谷氨酰胺以及由遗传缺陷引起肌病的患者所需要的肉碱等，由人体自身代谢难以获得足量供应，而必需通过食物获得。
条件必需营养素这一概念最初只是用于全胃肠外营养（totalparenteralnutrition，TPN）的患者，现在这一概念还包括生长发育不全、某些病理状态以及遗传缺陷等条件下人体所需的营养素。
1．生长发育不全
Snyderman发现，许多氨基酸代谢酶在胎儿发育后期才能形成，所以早产儿需要半胱氨酸和酪氨酸保证氮贮留及维持血浆水平，因此，这两种氨基酸就成为早产儿的必需氨基酸。
牛磺酸对于机体的营养作用在动物实验中得到证实，用缺乏牛磺酸的饲料喂养实验猴，结果引起猴的视锥体损伤和体重下降，补充牛磺酸后可以预防此类异常的发生。接受全胃肠外营养的早产儿如果缺少牛磺酸，不仅导致血浆牛磺酸水平下降，而且其视网膜电流图的B波减弱。Gall认为，对用TPN的儿童，牛磺酸是一种条件必需营养素。
虽然新生儿血浆和组织中的肉碱浓度比成年人低，但仍然是维护正常生理功能不可缺少的营养素。如果新生儿的TPN中不补充肉碱，则会影响其正常代谢和氮潴留，合理补充肉碱则能纠正这一缺陷，所以肉碱对于接受TPN的新生儿是条件必需营养素。
2．病理状态
对于肝硬化的患者来说，维持氮平衡和血浆氨基酸水平有助于减缓病情进展，补充半胱氨酸和酪氨酸是维持平衡的有效措施。此类患者的血浆牛磺酸的水平也随血浆半胱氨酸水平下降，这些营养素的合成不足归因于病变肝脏合成旁路的损伤。由于患者机体的病理状态和特殊代谢过程，上述几种氨基酸营养素就成为肝脏疾病条件下的必需营养素。
3．遗传缺陷
遗传缺陷也可使某些膳食成分变成条件必需营养素。如遗传缺陷引起的肉碱合成不足而引起的肌病，补充肉碱后可以得到一定程度纠正。苯丙酮尿症（phenylketonuria，PKU）是一种常染色体隐性遗传性疾病。遗传缺陷可使患者体内的四氢生物蝶呤（芳香族氨基酸羟化酶）合成减少，一方面苯丙氨酸不能合成酪氨酸，引起体内苯丙氨酸浓度增高，出现高苯丙氨酸血症以及苯丙酮酸尿症。另一方面，某些需要芳香族氨基酸作为合成前体的神经递质合成受损，导致神经与精神症状。在这种情况下四氢生物蝶呤就成为条件必需营养素。
人类日常摄入的食物种类数以千计，目前人们认识的这些食物中含有的各种化学成分也超过数百种，上述几十种必需营养素与条件必需营养素只是食物成分中的很小一部分。以前营养学界将必需营养素之外的其他食物成分归类为“非营养成分”（non-nutrientcomponents）。但是，随着生活方式的变迁以及营养缺乏病得到预防，特别是由于食物成分与慢性病预防的研究资料日益增多，这种“非营养”的看法正在发生改变。
1．问题的提出
古代的人类由于技术方法的限制，对食物的认识只能停留在表面了解，不可能深入研究食物中的各种成分。18世纪末叶开始的营养学研究，使人们得以认知具有重要生理功能、为人体必需的各种营养素，从而能够对长期危害人类健康的营养缺乏病进行预防和治疗。近几十年来，由于采取了多种营养改善措施，营养缺乏病在发达国家中已基本消除，在大多数发展中国家原来流行的主要营养缺乏病也得到有效防治。随着营养与卫生状况的改善以及传染病的控制，世界上大多数人的健康水平得到明显提高，预期寿命延长。
另一方面，由于西方发达国家、中国和许多发展中国家经济建设的快速发展，人们的饮食和身体活动等生活方式也发生了巨大变化。每天摄入的食物从饥饿到温饱，再到过剩，结果导致超重和肥胖越来越多，高血压、冠心病、卒中、糖尿病、癌症等多种慢性病呈现高发流行态势。预防营养不良的主要目标已经从营养素的摄入不足转向摄入能量过多。
2．可能必需的微量元素
近年报道的大量研究资料使营养学原有的认识面临一个重大的挑战，即某些具有生理活性的食物成分是否为人体所“必需”？一方面，沿用已久的必需营养素和条件必需营养素的含义很清楚，如果纳入这些新的食物成分，则原有标准的确定性就会大大降低。另一方面，一些食物成分对于保持人体正常功能、预防NCD的作用得到越来越多的证据支持，似乎不能否认它们在维护人体健康方面可能具有的“必需性”。
其实，国际组织的一些专家早在研究微量元素分类时就使用了“可能必需”的称谓。从20世纪70年代开始，营养学界公认的看法是人和动物必需的微量元素共有14种。经过十余年的研究发展，1990年WHO/FAO/IAEA组织专家委员会综合考虑微量元素的营养必需性，提出了新的分类标准。该标准将有关的元素分为3类：第一类为人体必需的微量元素，即表1-2-1列出的8种；第二类为人体可能必需的微量元素，有锰、硅、镍、硼、钒等5种；第三类具有潜在毒性，但在低剂量时对人体可能具有必需功能的微量元素，包括氟、铅、镉、汞、砷、铝、锂、锡等8种。
以元素氟为例，按照原来的分类氟属于人和动物必需的一种微量元素。但是学术界对此种分类的质疑声一直很多。反对的学者认为氟与营养素必需性的标准不符合，不一定为牙齿和骨骼生长所必需，因而很难将它归于必需营养素之列。但另一方面的资料显示，氟可以被人体牙釉质中的羟磷灰石吸附，在牙齿表面形成一层坚硬的保护层。使牙釉质增强抗酸作用，并能抑制细菌以及某些酶对牙齿的损害，从而减轻发生龋齿的危险性。而骨盐中含氟较多时，有利于钙和磷的利用及其在骨骼中沉积，可使骨质坚硬。从饮食中摄入少量的氟有助于维护牙齿和骨骼健康，所以不可否认氟对于人体有明显的有益作用。权衡氟元素介于必需与不必需之间的利弊，三个国际组织的专家将其列入“低剂量时对人体可能具有必需功能”的范围。
三大国际组织对微量元素的重新分类，不仅使营养有关的微量元素数量从14种增加到21种，而且根据不同元素与人体健康的关系对其作出了更为明确的界定。这种分类方法也为营养学界认识营养素的必需性提供了一个新的视角。
3．植物化学物可能具有的营养作用
植物的颜色、味道都是它们含有的化学成分的表现形式。人们对多种植物化学物的认识从植物成分的含量分析开始，再到它们的分子结构、理化性质，进而了解不同成分对人和动物生理功能的影响，及其对某些疾病的预防，经历了一个逐渐明晰的过程。
国内外营养学界对植物性食物中的其他成分也进行了与膳食纤维类似的大量研究。由于越来越多的科学证据支持植物化学物可能减少人类NCD的发生和发展，所以对这类有益于健康，但又不符合必需营养素标准的植物成分，学者们采用了多种术语以反映它们的生物学功能，例如“生理调节物（physiologicalmodulators）”“生物活性成分（bioactivecomponents）”“有益健康成分（componentsbeneficialforhealth）”，有些文献则直接称之为“植物营养素（phytonutrients）”。无论如何，人们对于这类植物成分的生理调节功能和预防疾病作用已得到越来越多的认知。
中国营养学会在组织修订《中国居民膳食营养素参考摄入量》的过程中，认识到国内外营养学界近来数十年间对植物化学物的重视以及取得的科学成果，对有关论文进行了系统检索，并按照循证营养学的原则，对这些成果进行了分析比较。在此基础上，专家委员会提出了专用于植物化学物摄入量的特定建议值（specificproposedlevels，SPL）的概念，并为成人提出了膳食纤维的适宜摄入量，以及植物甾醇、番茄红素、叶黄素、花色苷、大豆异黄酮等植物化学物的特定建议值。将植物化学物的建议摄入量（SPL）纳入《中国居民膳食营养素参考摄入量》中，是将原来认为属于“非营养素”的植物成分列入可能必需营养素的重要一步。此举不仅在营养学的发展中具有重要科学意义，而且这些数值可以用于指导NCD危险性较高的某些成人在日常膳食中摄入合理水平的植物化学物，同时，也为研发和评价膳食补充剂等工作提供科学依据。当然，植物化学物与健康关系的研究正处于不断发展阶段，在发现更多科学证据的基础上，对其他种类的植物化学物也可能提出新的SPL。此外，随着科学证据的积累，对已有的建议摄入量也可能随之修订。
综上所述，人类对营养素的研究经历了一个漫长的历程。根据目前得到的营养素必需性的研究结果，我们对食物中的营养素可以得到这样一个多层次的基本认识：
营养素：A必需营养素（42种）；B条件必需营养素（某些氨基酸等）；C其他可能必需的食物成分（某些微量元素和植物化学物等）；D非必需营养素（多种对人体有益的食物成分）。
由此可以看到，必需营养素并不是一个确定不变的概念，而是随着研究的深入，其范围由小到大，其含义由模糊到清晰。这种认知过程的进步反映了人体与食物之间的复杂关系，也表现出营养科学发展的渐进性。
人们摄入的食物千差万别，而且不同地区、不同种族居民的饮食习惯差异很大，因此，食物摄入种类和数量都随着个体情况而变化，很难为每一种食物确定一个合理摄入量。自从人们发现了食物中的营养素是保障人体健康的决定性因素以后，探讨合理的营养素摄入量就成为营养学研究的主要目标。
营养缺乏病是由于严重缺乏某种营养素引起的疾病，如维生素A缺乏引起夜盲症，维生素B1缺乏引起脚气病，维生素C缺乏引起坏血病。在大部分情况下，发生营养缺乏病的原因主要是膳食中的营养素供给不足。由于营养缺乏病曾经对成千上万人造成健康危害乃至引起大量死亡，因此，通过膳食途径摄取足量的营养素以预防和治疗营养缺乏病就成为营养学领域最早期的研究任务。这一时期的研究成果就是确定营养素和能量的生理需要量，并由此推算出适宜指导大众的膳食营养素摄入量。
1．不同水平的营养素需要量
营养素需要量是指人体达到应有发育水平，维持正常生理功能，实施各种生活和劳动行为所需要的各种营养素的最低量。如果机体获得的营养素长期低于此量将会影响健康状况，严重者出现营养缺乏病。
由于对健康状态有不同水平的认定标准，所以，为维持健康对某种营养素的需要量也可有不同的水平。联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）联合专家委员会提出三个不同水平的营养素需要量（JenniferJO，etal，2006；中国营养学会，2014）。
（1）基本需要量（basalrequirement）：
又称营养素最低需要量（minimumdailyrequirement），是指维持身体正常生理功能所需要的营养素的最低量。达到这个目标水平的营养素量，可以保证机体正常生长和繁育，但该种营养素在组织内储备很少或没有，故短期内膳食供给不足即可造成缺乏。
（2）储备需要量（normativerequirement）：
维持组织中储存一定水平的某种营养素的需要量，这种储备可在必要时用来满足机体在特殊情况下的需要，从而避免造成临床上可察知的功能损害。但究竟个体应储备多少量还是尚未解决的问题。
（3）预防出现临床缺乏症的需要量：
除上述两种水平的需要量外，出于实用目的对某些营养素还可以使用这个概念，即预防临床能够察知的功能损害，不出现临床缺乏病的显著症状。这种需要量比基本需要量的水平更低。
2．平均需要量
平均需要量（estimatedaveragerequirement，EAR）是指某一特定性别、年龄及生理状况群体中个体对某营养素需要量的平均值。我们通常表述的营养素需要量都是指群体营养素需要量，是通过测定群体中个体需要量而获得的。由于生物学方面的差异，即使在年龄、性别、膳食构成、劳动状况等多种因素相似个体所构成的群体内，每个个体对营养素的需要量也是存在着差异的。所以，群体的需要量是个体需要量分布状态的表达，不可能提出一个适用于群体中所有个体的需要量，只能用群体中个体需要量分布状态的概率曲线来表达。按照EAR水平摄入营养素，根据某些指标判断可以满足某一特定性别、年龄及生理状况群体中50%个体需要量的摄入水平，不能满足另外50%个体对该营养素的需要。
EAR是制定膳食营养素摄入量的基础，常用于判断个体某营养素摄入量不足的可能性。由于某些营养素的研究尚缺乏足够的个体需要量资料，因此，并非所有营养素都能制定出其EAR。
3．能量需要量（estimatedenergyrequirement，EER）
根据1985年FAO/WHO/UNU能量和蛋白质联合专家委员会的定义，能量需要量是指能使个体长期保持良好的健康状态，具有良好的体型、机体构成和活动水平，达到能量平衡并能胜任必要的经济和社会活动所需要的能量摄入量。
机体所需的能量是由产能营养素在体内代谢产生的，但其需要量和膳食推荐量却与其他营养素差别很大。某个群体的能量推荐摄入量直接等同于该群体的能量EAR，而不是像蛋白质等其他营养素那样需要增加安全量，加上2个标准差或乘上1.2倍的变异系数。所以能量的推荐摄入量不用RNI表示，而使用另一个术语“能量需要量（EER）”来描述。1996年国际膳食能量顾问组（internationaldietaryenergyconsulativegroup，IDECG）分析了大量有关人体能量需要量的研究资料，并系统分析不同水平的膳食能量摄入对人体健康和社会福利的影响，仍然认同采用群体平均能量需要量作为能量推荐摄入量的观点。许多国家都将这种认识作为理论基础，制定本国居民的能量推荐摄入量。
如果某一特定群体的膳食摄入能量平均值达到推荐的EER水平，可以认为这一群体中50%个体的能量需要得到了满足。这时，随机个体摄入不足或过量的概率各占50%。
图1-2-1能量摄入水平与随机个体摄入量不足或过多的概率
如图1-2-1能量摄入的概率曲线所示，当能量摄入量极低时，随机个体能量摄入不足的概率为1.0，能量摄入过量的概率为0。随着能量摄入水平的不断升高，随机个体能量摄入不足的概率逐渐下降，而摄入过量的概率逐渐增加。在能量不足概率曲线与能量过量概率曲线的交叉点，随机个体摄入不足或过量的概率各占50%，摄入水平即为EER。比较而言，蛋白质及其他营养素推荐摄入量是满足个体第97.5百分位的需要，或群体中97%～98%的个体需要水平。
和营养素的需要量一样，EER的制定也需要考虑性别、年龄、体重、身高和体力活动的不同。在儿童、孕妇和乳母，能量需要量除了像成人一样要维持能量平衡以外，还应包括满足正常生长发育和分泌乳汁的能量储备所需要摄入的膳食能量。
4．需要量的影响因素
由于营养素和能量的需要量涉及人体和食物两个方面的多种因素，因此，在需要量研究中必需考虑有关的影响因素。
（1）不同个体的差异：
适宜的营养状况是指维持机体处于良好的健康状态。个体的营养素需要量随年龄、性别、生理特点、劳动状况等多种因素的变化而不同。即使在主要特征一致的群体内，由于生理功能的个体差异，需要量也各不相同。
（2）不同营养素的吸收率：
（3）营养素前体物质的摄入量：
食物中含有多种生理需要而不属于营养必需的物质，在体内可以合成必需营养素，这些物质即是合成某些必需营养素的前体物质。如果摄取的食物中这些前体物质含量充足，在体内可以节约由这些前体物质合成的必需营养素，减少其需要量。如成人食物中含有充足酪氨酸和半胱氨酸，它们能在体内合成必需氨基酸苯丙氨酸和蛋氨酸。此外，色氨酸是烟酸的前体物质，β-胡萝卜素及少量类胡萝卜素是维生素A的前体，这类前体物质的充分供应可在一定程度上减少人体对膳食中相应必需营养素的摄入量。
（4）营养素之间的交互影响：
（5）遗传缺陷：
在某些遗传缺陷个体，由于维生素不能转变成辅酶形式发挥作用，而表现为严重的维生素缺乏病。目前已知的有生物素、钴胺素、叶酸、烟酸、吡哆醇、维生素B1等维生素。其中有些疾病可以通过服用大剂量相应维生素得以减轻，但剂量反应随着疾病类型，甚至同一疾病的不同个体而有所不同。减轻或纠正这类患者症状的需要量远高于正常的推荐摄入量。此外，遗传性肠病性肢皮炎属于微量元素锌吸收障碍性疾病，患者对锌的需要量是正常人的3～4倍。
（6）疾病和药物的影响：
人群的营养素需要量应该按照其患病种类及其严重程度确定，如高血压患者的钠和钾需要量，血脂异常人群的脂肪酸需要量，以及癌症患者的氨基酸需要量等。许多情况下，药物与营养素的相互作用可使营养素需要量增加。如作为维生素拮抗剂或损害矿物质吸收的药物，均可导致营养素吸收不良，凡是药物和营养素的相互作用或损害代谢功能的药物都会影响营养素的需要量。
在研究确定了某一群体对营养素的平均需要量之后，还需要将其转换为能够满足这一群体大部分个体需求的膳食营养素摄入量，而不是仅能满足于50%的个体需求。推荐摄入量和适宜摄入量就是指导人们通过膳食摄取营养素满足人体需要的摄入量。
1．推荐摄入量（recommendednutrientintake，RNI）
一般是在研究确定的群体EAR基础上再加2个标准差计算所得，是可以满足某一特定性别、年龄及生理状况群体中绝大多数个体（97%～98%）需要量的营养素摄入水平。长期摄入RNI水平，可以维持组织中有适当的营养素储备和机体健康。RNI的主要用途是作为个体每日摄入该营养素的目标值。
RNI是根据某一特定人群中体重在正常范围内的个体需要量而设定的。对个别身高、体重超过此参考范围较多的个体，可能需要按每公斤体重的需要量调整其RNI。
在2000年《中国居民膳食营养素参考摄入量》发布以前，中国营养学界一直使用“推荐的膳食营养素供给量”（recommendeddietaryallowance，RDA）指导民众的营养素摄入水平，迄今仍有一些国家仍然使用这一术语。RDA的含义与RNI基本相同。
如前所述，能量的膳食推荐摄入量直接等同于能量的需要量（EER）。
2．适宜摄入量（adequateintake，AI）
当某种营养素的个体需要量研究资料不足而不能得到EAR，从而无法推算RNI时，可以通过研究提出适宜摄入量作为个体膳食营养素的目标摄入量。AI是通过观察或实验获得的健康群体某种营养素的摄入量。例如纯母乳喂养的足月产健康婴儿，从出生到4～6个月，他们的营养素全部来自母乳，故摄入的母乳中的营养素数量就是婴儿所需各种营养素的AI。又如维生素E是已经确定的人类必需营养素，但是这种维生素在自然界中分布广泛，一般情况下人体不会因为摄入不足而导致缺乏。而且，人体对于维生素E缺乏的耐受性较强，所以很难积累足够的研究资料来确定人体维生素的平均需要量。在这种情况下，就需要依据有代表性的健康人群膳食调查资料，计算出维生素E的AI，用以代替RNI作为居民的膳食摄入量目标。
AI和RNI的相似之处是两者都可以作为目标群体中个体营养素摄入量的目标，可以满足该群体中几乎所有个体的需要。但值得注意的是，AI的准确性远不如RNI，且可能高于RNI，因此，将AI作为膳食摄入目标时应当比使用RNI更加谨慎。
3．可耐受最高摄入量（tolerableupperintakelevel，UL）
在毒理学实验中，常用最大耐受剂量（maximaltolerabledose，MTD）表示某种化学物质不引起实验动物死亡的最大剂量。必需营养素虽然属于人和动物的生理需要而且每天都要摄入的化学物质，但是过量摄入也会对机体产生毒副作用。营养毒理学借用了MTD的概念，提出了适用于营养素的一个新指标——可耐受最高摄入量。
Upper的含义是“靠近顶部的”，tolerable是指这一摄入水平在生物学上一般是可以耐受的。UL则是指平均每日摄入营养素的最高限量，在制定个体和群体膳食时，应使营养素摄入量低于UL，以避免营养素摄入过量可能造成的危害。因为当摄入量超过UL并进一步增加时，损害健康的危险性随之增大。
对一般群体来说，UL并不是一个建议的摄入水平。摄入量达到UL水平对几乎所有个体均不致损害健康，但并不表示达到此摄入水平对健康有益。而且，对大多数营养素而言，健康个体的摄入量超过RNI或AI水平并不会产生更多益处。但UL不能用来评估群体中营养素摄入过多而产生毒副作用的危险性，因为摄入量即使达到UL水平对健康人群中的几乎所有个体，包括最易感的个体也不至于造成危害。
有些营养素目前还没有制定UL，是因为尚未获得足够的资料。所以，没有设定UL的营养素，并不意味着过多摄入这些营养素不存在潜在的危险。
20世纪90年代初期，随着UL概念的提出及其内容逐渐完善，营养科学跨上了一个新的台阶。一些国家的营养学专家开始将已经研究确认的营养素UL值与原有的需要量数值结合起来，以期预防摄入营养素可能发生的双重危险性——缺乏与过量。此前已经获得的丰富研究资料促进了新思路的发展，为提出膳食营养素参考摄入量奠定了科学基础。
图1-2-2可以更清楚地说明个体的营养素摄入水平及其摄入不足或过多的概率。
图1-2-2营养素的安全摄入范围
长期以来，国内外的营养专家都使用推荐的膳食营养素供给量（recommendeddietaryallowance，RDA）来指导人们的合理膳食摄入。在上述安全摄入范围概念的基础上，自20世纪90年代各国营养学术团体开始建立适用于本国居民的膳食营养素参考摄入量（DRIs）。这是由RDA延续发展起来的一套综合指标体系，初期的DRIs包括四个参数，即平均需要量、推荐摄入量、适宜摄入量、可耐受最高摄入量。随着人们饮食方式的改变、疾病谱的变化，以及营养学研究的深入发展，DRIs主要内容逐渐增加了一些预防慢性疾病的内容。
1．宏量营养素
蛋白质、脂肪和碳水化合物都属于产能营养素。一方面它们都是人体必需的营养素，膳食摄入量过低将对人体营养状况和健康水平造成不利影响；另一方面，三种产能营养素的过量摄入将使体内能量积累过多，引起血脂升高、血糖升高、胰岛素抵抗，进一步发展则导致肥胖、心脑血管疾病、糖尿病、恶性肿瘤等NCD的发生率增高。因此，制定DRIs时需要为它们设定一个合理、安全的摄入范围，即可接受的宏量营养素分布范围（acceptablemacronutrientdistributionranges，AMDR）。
AMDR是指蛋白质、脂肪和碳水化合物等三种营养素的摄入范围及三者之间的适宜比例，常以某种营养素摄入量占摄入总能量的比例来表示，其显著的特点之一是具有上限和下限。AMDR设立上限的目的与UL不同，不是为了避免短期摄入过量引起的毒副作用，而是为了预防长期摄入过量而引起慢性病的风险。该范围有利于降低慢性疾病发生的危险，同时又可提供必需的营养素。如果一个个体的膳食构成高于或低于推荐的范围，会增加发生慢性疾病的发生风险或必需营养素摄入不足的危险（IOM，2005；Ottenetal，2006；Paik，2008）。
2．微量营养素
PI-NCD是以非传染性慢性病的一级预防为目标，提出的微量营养素的每日建议摄入量。从实际应用的角度，某种营养素的PI是一个摄入量的高限水平，例如钠的每日摄入量应该低于PI，以利于预防高血压病；而对于另一些营养素，其PI是一个低限水平，即适当高于RNI或AI，达到PI的摄入量则有利于预防慢性病，例如钾和维生素C。
3．植物化学物
近几十年中营养学领域的很多研究是观察食物中必需营养素以外某些食物成分的健康效应。其中的一些营养流行病学资料以及群体干预研究，证明了食物中的某些植物化合物具有调节人体生理功能、预防慢性疾病的生物学作用，这些食物成分的摄入量多少在NCD的发生、发展和转归中起着重要作用。
有史以来中国人在使用天然植物防治疾病的过程中就有独特的优势，《黄帝内经》《本草纲目》等许多传统医学专著对此有着很详细的描述。近年中国学者在中医药学、营养学、植物化学等领域进行了大量研究，取得的研究成就为世界同业所瞩目。基于国内外在这一领域的丰硕研究成果，2013版《中国居民膳食营养素参考摄入量》提出了预防NCD的特定建议值（specificproposedlevels，SPL）。
SPL是专用于食物中植物化学物摄入量的一个建议水平，一个人每日膳食中这些食物成分的摄入量达到这个水平时，有可能降低NCD的发生风险。在系统检索复习有关资料，并根据循证营养学原理进行筛选的基础上，2013版《中国居民膳食营养素参考摄入量》对科学证据比较充分的植物甾醇、番茄红素、叶黄素、大豆异黄酮、花色苷等几种植物性食物成分提出了SPL。同时，也根据研究证据确定了几种植物化合物的UL，以防止过量摄入这些物质引起健康损害。
《中国居民膳食营养素参考摄入量》2013修订版中包含的主要指标及其内容见表1-2-2。
表1-2-2《中国居民膳食营养素参考摄入量》2013版指标归类
注：婴儿的大部分营养素提出的是AI值，只在0.5～岁组提出了铁和锌的EAR/RNI值
在20世纪30年代，中国生物化学与营养学已经有了较大发展，研究工作涉及某些食物中的营养素含量分析，以及对学生、士兵和工人进行战时国民营养状况调查等课题。1936年，由中华医学会公共卫生委员会黄子方、吴宪、侯祥川等专家组成“营养委员会”，提出《中国民众最低限度之营养需要》。于1938年作为中华医学会特刊第10号及国联健康组季报，以中英文发表。这是我国制定的第一个营养需要量文件，其中包括能量、蛋白质、钙、磷、铁、碘和维生素A、B、C、D等营养素，对于抗日战争时期中国军队和民众的基本营养保障发挥了指导作用。
1952年，中央卫生研究院营养学系编著出版了《食物成分表》，其中附录有我国发表的“膳食营养素需要量表”，此后几十年间对一些营养素的膳食推荐量进行过几次修订，直到2000年中国营养学会制定发布《中国居民膳食营养素参考摄入量（ChineseDRIs）》，将中国营养需要量的研究推上了一个新的台阶。
目前最新的《中国居民膳食营养素参考摄入量》是2013修订版，其修订结果应用循证营养学和风险评估的原则和方法，纳入了国内外有关营养素在功能、评价、需要量、安全性以及慢性病预防等领域的研究成果，更多采用以中国居民为对象的营养研究结果，提出预防NCD的某些营养素和其他食物成分的建议摄入量等，反映了营养科学近十余年的最新研究进展。
在第二次世界大战期间，美国政府为了保障士兵不患营养缺乏病、保障战斗力，于1941年要求美国国家研究院（NationalAcademyofSciences，NAS）提出食物供应标准。NAS成立了食物与营养委员会（FoodandNutritionBoard，FNB），并制定了美国第一个推荐的膳食营养素供给量（RDAs）。在之后的几十年中，FNB根据新的科学研究结果和社会应用的需要，每5～10年对RDAs进行修订和再版。
1979年英国卫生署提出了本国的膳食营养素供给量，即RDAs。1991年，卫生署食物和营养政策医学委员会（theCommitteeonMedicalAspectsofFoodandNutritionPolicy，COMA）决定采用膳食参考值（dietaryreferencevalues，DRVs）取代RDAs。他们使用了三个新的术语来表达不同水平的参考值：平均需要量（estimatedaveragerequirement，EAR）表示一个人群平均的需要量；营养素参考摄入量（referencenutrientintake，RNI）表示摄入量在此水平几乎可以肯定是适宜的；低营养素参考摄入量（lowreferencenutrientintake，LRNI）表示摄入量低于此水平几乎可以肯定对大多数个体是不适宜的。安全摄入量（safeintake，SI）是当没有足够的证据确定EAR、RNI和LRNI时设定的安全摄入量，为几乎每个人都足够的数量，低于此水平至一定程度，可能有不良影响。这种表述方式在欧洲引起广泛响应，荷兰及北欧各国，以及欧共体随后均采用了相似的方式，这些建议也影响了美国DRIs的制定和修订。
2000年这三个国家的营养学会开始共同研讨营养素摄入量参考值，并于2002年发布英文第一版《D-A-CHReferenceValues》，其中的D-A-CH分别代表德国、奥地利和瑞士。他们设定这些营养素参考值包括建议值、估计值和指导值，目的是维持和促进健康和生活质量，有助于防止营养缺乏特定疾病（如佝偻病、坏血病、糙皮病），而且也避免能量、脂肪或者酒精过量。
丹麦、芬兰、冰岛、挪威和瑞典在制定膳食结构指南和营养摄入量建议方面已有几十年的合作。他们于1980年发布了第1版“北欧营养建议”（nordicnutritionrecommendations，NNR），此后每过数年修订一次。2010年8月北欧开始第5版NNR修订工作，并于2013年10月正式发布。这次修订主要集中在有新的科学研究证据的领域，包括能量平衡、脂肪和碳水化合物的质量、蛋白质、酒精、维生素D、钙、叶酸、铁、碘，以及膳食指南和饮食习惯等整体饮食质量。
除了国家级的学术团体研究制定本国居民的膳食营养素参考摄入量以外，联合国粮农组织（FAO）于1950年和1957年分别发布能量和蛋白质参考值的报告。1973年，FAO和WHO联合发布人体蛋白质和能量需要量建议报告。1985年，FAO、WHO和联合国大学（UNU）组成的一个联合专家小组对“人体蛋白质和能量需要量建议”进行了再次修订。2000年后，FAO/WHO/UNU专家磋商会决定再次修订人类营养需要量建议，此后分别于2001年、2002年和2007年发布了微量营养素、能量和蛋白质需要量报告。
欧共体食物科学委员会（ScientificCommitteeforFood，SCF）1993年发布了欧共体能量和营养素的膳食参考值（DRVs）。该报告提出了能量、常量和微量营养素的膳食参考摄入量。2009年9月，EFSA组织欧盟各成员国对该修订意见稿进行讨论，并将征求的公众意见及各成员国的意见发布于网站上以促进其修订和完善。在2010年之后的几年里，EFSA先后发表了能量、碳水化合物、膳食纤维、脂肪以及其他营养素的DRVs，并提出了水的AI。
DRIs的应用不仅涉及非常专业的营养知识，而且需要应对各种不同的情况，因此应该参阅DRIs专著的详细资料。一般而言，应用DRIs需要注意下述几个问题：
（1）适用对象：主要是健康的个体或以健康人为主组成的群体，包括不同性别、不同年龄以及从事不同劳动的健康人；另外也包括那些患有肥胖、高血压、血脂异常等轻度慢性疾病，但仍能正常生活的人群。
（2）食物范围：包括经口摄入的膳食中所有含有能量和营养素的食物和饮料。除了正常饮食外，还含有那些不以治疗疾病为目的，而以增进健康为目的摄入的食品，例如营养强化食品以及营养补充剂等。
（4）个体间差异：研究表明，即使在几乎没有测量误差的条件下，真正的能量和营养素需要量也存在个体间差异。对于能量，可以简单地测量个体体重及其体质指数（BMI），即可评价能量收支是否平衡，就没有必要依赖于从膳食调查得到的能量摄入量。
对于营养素，如果能采用简单实用的方法检测需要量的个体差异情况，例如测定血中血红蛋白以了解铁的营养状况，则应充分利用此类手段，使营养改善措施更为有效。
1．营养政策
中国国家食物与营养咨询委员会受国务院委托，先后制定了《九十年代中国食物结构改革与发展纲要》和后续的几个《中国食物与营养发展纲要》，对中国农业生产、食品加工和消费起到了重要的引领作用。这些纲要的起草都是根据中国居民DRIs中有关营养素的推荐量，并考虑我国目前食物消费的模式，推算出我国粮食、肉类、乳品、蔬菜等各种食物在未来十年的需求量，以便指导食物生产的合理发展。
在制修订国家食品标准的过程中，如果标准内容涉及人体摄入的营养素，例如营养强化剂的标准、有关营养配方食品，以及营养素补充剂等标准，都需要以DRIs作为基本依据。
根据《食品安全法》的要求，我国卫生行政部门修改并发布了GB14880—2012《食品营养强化剂使用标准》，并于2013年1月1日起正式实施。作为一项强制性基础标准，该标准基于《中国居民膳食营养素参考摄入量》，对以往批准强化的各种营养素的使用量进行了风险评估，调整了部分营养素的强化量限值，这对于保障人民健康、保证标准的科学合理有着重要的指导意义。
目前，我国已经制定并发布了一系列的婴幼儿食品安全国家标准，包括GB10765—2010《婴儿配方食品》、GB10767—2010《较大婴儿和幼儿配方食品》、GB10769—2010《婴幼儿谷类辅助食品》、GB10770—2010《婴幼儿罐装辅助食品》等。上述标准都是依据我国居民的膳食参考摄入量，结合食品生产实际情况制定的。按照国标要求，这些食品中的营养素含量既要满足婴幼儿生长发育的需要，又不能超过可耐受最高摄入量（UL），为婴幼儿提供全面而均衡的营养。
“膳食指南”的用途是指导居民如何合理摄取食物，以满足自身的营养需要，因此，在制修订膳食指南时就要将DRIs推荐的营养素摄入量换算成食物摄入量。多个国家的膳食指南将食物的合理摄入比例用图形表示出来，如美国的金字塔和餐盘、日本的陀螺等，起到了通俗易懂的宣传作用。自2007版开始，《中国居民膳食指南》使用了具有中国特色的“平衡膳食宝塔”图标，其中，将5类食物分别置于5层内，而且为每类食物列出了推荐的摄入量。此外，《中国居民膳食指南》还依据“中国居民DRIs”，指出了中国居民容易缺乏的部分营养素，并对如何提高其摄入量给予了明确指导。例如，我国居民的钙摄入量不足400mg，约为膳食参考摄入量的一半。膳食指南建议每人每天饮奶300g左右，或食用其他相当量的奶制品，可增加摄入约300mg钙；另外再从黄豆（或其制品）以及其他食物中得到大约100mg的钙，这样再加上膳食中的钙就基本达到了DRIs提出的标准。因此，可以说DRIs是制定膳食指南的依据和目标，而膳食指南则是指导居民通过合理膳食达到营养素参考摄入量的工具或方法，两者互不可缺，共同指导我国居民营养状况的改善。
食品营养标签是向消费者提供食品营养信息和特性的说明，也是消费者直观了解食品营养组分、特征的有效方式。其特点之一就是要求在标签上标示任何营养成分含量值时，都必须同时标示该含量值占营养素参考值（NRV）的百分比。NRV则是依据膳食营养素推荐摄入量（RNI）和适宜摄入量（AI）推算出来的数值。我国在参考国际食品法典委员会和国内外管理经验的基础上，组织制定并发布了《预包装食品营养标签通则》（GB28050—2011），并于2013年1月1日起正式实施。
对群体或个体居民的膳食营养状况做出准确评价，并在此基础上为他们制订合理的膳食营养计划，是营养专业人员、特别是职业营养师的重要工作。在开展这项工作的过程中，DRIs成为这类人员的必备工具。
为了评价膳食摄入状况，首先需要获得研究对象的日常膳食摄入量信息，然后根据研究对象的情况，从DRIs中选择恰当的评价指标。例如，使用EAR评价个体的摄入水平是否不足；使用AI作为个体营养素摄入量的目标值，用来判断是否可以排除摄入不足的问题。使用UL以判断个体是否存在过量摄入的风险等。
为个体计划膳食的目的是使其营养素摄入量接近其RNI或者是AI，包括设定适宜的营养素摄入目标和制订食物消费计划等工作。而为群体计划膳食，目的是确定一个营养素日常摄入量的分布，在这一分布状态下摄入不足或过量的概率都很低。由于群体的情况比较复杂，所以，需要根据人群的分布特征选择使用不同的膳食计划方法。
关于个体和群体膳食营养状况的计划和评价方法，详见本书第三卷《营养学研究方法》。
如上所述，DRIs的主要适用对象是健康人，但是也可以用于那些能够正常生活但患有轻度疾病的患者，如高血压、冠心病以及某些癌症患者等。而且，DRIs中的某些指标，如AMDR、PI和SPL，对于某些疾病危险人群的膳食指导尤为重要。
有些患者的疾病治疗需要实施特定的膳食指导或膳食疗法，可以在参照膳食营养素参考摄入量的基础上，根据其病情对能量和营养素摄入量的特殊要求进行调整，以满足患者良好营养状况和疾病康复的需要。
随着经济发展和生活水平的提高，人民的饮食需求已经从食品的数量向营养与质量转变。为满足各类人群的营养需要，研究生产营养强化食品、膳食补充剂等不同的营养食品已经成为食品企业的重要任务，DRIs也成为其产品研发的重要指南。
例如，在中国保健食品的审评工作中，国家食品药品监督管理局（FDA）在参考我国居民营养素参考摄入量的基础上，对营养补充剂中营养素的每日摄入量提出了明确要求，用以指导此类产品的科学评价。对于食品营养强化剂使用的评审也是一项重要工作。随着食品工业的发展，越来越多的营养素和生物活性物质加入到食品中。目前，要求新添加的物质以及扩大使用范围使用量的营养素均需提供工艺必要性（即满足RNI/AI的程度）和安全性的资料（添加量与UL的关系）等，也体现了DRIs在产品研发中的应用得到进一步拓宽。
（程义勇葛可佑赵法伋）
1．中国营养学会．中国居民膳食营养素参考摄入量．2013版．北京：中国科学出版社，2014．
2．中国营养学会．中国居民膳食营养素参考摄入量．2000版．北京：中国轻工业出版社，2000．
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4．葛可佑．中国营养科学全书．北京：人民卫生出版社，2006．
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6．孙长颢．营养与食品卫生学．第7版．北京：人民卫生出版社，2012．
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8．程义勇，陈伟强，顾景范．循证营养学：从理论到实践．营养学报，2010，32（1）：1-5．
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