SURFACE INTEGRALS

Fig. 6-3
Fig. 6-3

Let S be a two-sided surface having projection \cal R on the xy plane as in the adjoining Fig. 6-3. Assume that an equation for S is z = f(x, y), where f is single-valued and continuous for all x and y in \cal R. Divide \cal R into n subregions of area \Delta A_p,\ p = 1,\ 2,\ \dots,\ n, and erect a vertical column on each of these subregions to intersect S in an area \Delta S_p.

Let \phi (x, y, z) be single-valued and continuous at all points of S. Form the sum

\displaystyle \sum_{p=1}^{n}\phi(\xi_p, \eta_p, \zeta_p)\Delta S_p \cdots(29)

where (\xi_p, \eta_p, \zeta_p) is some point of \Delta S_p. If the limit of this sum as n \rightarrow \infty in such a way that each \Delta S_p \rightarrow 0 exists, the resulting limit is called the surface integral of \phi(x, y, z) over S and is designated by

\displaystyle \underset{S}{\iint}\phi(x, y, z)dS\cdots(30)

Since \Delta S_p = |\sec\gamma_p|\Delta A_p approximately, where \gamma_p is the angle between the normal line to S and the positive z axis, the limit of the sum (29) can be written

\displaystyle \underset{\cal R}{\iint}\phi(x, y, z)|\sec\gamma|dA\cdots(31)

The quantity |\sec\gamma| is given by

\displaystyle |\sec\gamma| = \frac{1}{|\bold{n}_p\cdot\bold{k}|} = \sqrt{1 + \left( \frac{\partial z}{\partial x} \right)^2 + \left( \frac{\partial z}{\partial y} \right)^2}\cdots(32)

Then assuming that x = f(x, y) has continuous (or sectionally continuous) derivatives in \cal R, (31) can be written in rectangular form as

\displaystyle \underset{\cal R}{\iint}\phi(x, y, z)\sqrt{1 + \left( \frac{\partial z}{\partial x} \right)^2 + \left( \frac{\partial z}{\partial y} \right)^2}dxdy \cdots(33)

In case the equation for S is given as F(x, y, z) = 0, (33) can also be written

\displaystyle \underset{S}{\iint}\phi(x, y, z)\frac{\sqrt{(F_x)^2 + (F_y)^2 + (F_z)^2}}{|F_z|}dxdy\cdots(34)

The results (33) or (34) can be used to evaluate (30).

In the above we have assumed that S is such that any line parallel to the z axis intersects S in only one point. In case S is not of this type, we can usually subdivide S into surfaces S_1,\ S_2,\ \dots which are of this type. Then the surface integral over S is defined as the sum of the surface integrals over S_1,\ S_2,\ \dots

The results stated hold when S is projected on to a region \cal R of the xy plane. In some cases it is better to project S on to the yz or xz planes. For such cases (30) can be evaluated by appropriately modifying (33) and (34).

面積分

Fig. 6-3
Fig. 6-3

 S を Fig. 6-3 に示すように xy 平面への射影 \cal R を有する表裏のある面とします. S を表す式を z = f(x, y) とし, f は単一値で,\cal R において全ての x および y について連続であると仮定します. \cal Rn 個の領域 \Delta A_p,\ p = 1,\ 2,\ \dots,\ n に細分化し,各々の小領域の上に垂直な柱を立て,領域 \Delta S_p において S と交差させます.

  \phi (x, y, z) を単一値で S 上のあらゆる点で連続であるとします.次の和を考えます.

\displaystyle \sum_{p=1}^{n}\phi(\xi_p, \eta_p, \zeta_p)\Delta S_p \cdots(29)

ここで (\xi_p, \eta_p, \zeta_p)\Delta S_p 上の任意の点です.仮に n \rightarrow \infty の時各々の \Delta S_p \rightarrow 0 となるこの和の極限が存在するなら,結果の極限は \phi(x, y, z)S 上の 面積分 と呼ばれ,以下により指定されます.

\displaystyle \underset{S}{\iint}\phi(x, y, z)dS\cdots(30)

 およそ \Delta S_p = |\sec\gamma_p|\Delta A_p であるため,ここで \gamma_pS への法線および z 軸とのなす角であり,和 (29) の極限は以下のように記述できます.

\displaystyle \underset{\cal R}{\iint}\phi(x, y, z)|\sec\gamma|dA\cdots(31)

  |\sec\gamma| の大きさは以下で得られます.

\displaystyle |\sec\gamma| = \frac{1}{|\bold{n}_p\cdot\bold{k}|} = \sqrt{1 + \left( \frac{\partial z}{\partial x} \right)^2 + \left( \frac{\partial z}{\partial y} \right)^2}\cdots(32)

 そこで x = f(x, y)\cal R において連続(又は区間的に連続)な微分係数を有していると仮定すると (31) は直交系においては次の形で記述できます.

\displaystyle \underset{\cal R}{\iint}\phi(x, y, z)\sqrt{1 + \left( \frac{\partial z}{\partial x} \right)^2 + \left( \frac{\partial z}{\partial y} \right)^2}dxdy \cdots(33)

  S の式が F(x, y, z) = 0 の形で与えられる場合は (33) は次の形で記述することもできます.

\displaystyle \underset{S}{\iint}\phi(x, y, z)\frac{\sqrt{(F_x)^2 + (F_y)^2 + (F_z)^2}}{|F_z|}dxdy\cdots(34)

 その結果 (33) または (34) は (30) を評価するのに用いることができます.

 上記においては Sz 軸に平行ないかなる線も面 S とただ 1 点において交差するような面であることを前提としています.面 S がこのタイプでない例においては,普通 SS_1,\ S_2,\ \dots に分割してこのタイプにすることができます.そこで面 S 上の面積分を S_1,\ S_2,\ \dots 上の面積分の和と定義できます.

 この結果は Sxy 平面 における領域 \cal R への射影の時保持されます.場合によっては Syz または xz 平面に射影したほうが良いこともあります.そのような場合は (30) は (33) および (34) を適切に修正することで評価されます.

Lipid

The Dietary Reference Intakes have been set in lipids, saturated fatty acids, n-6 fatty acids and n-3 fatty acids. They have not been set in monounsaturated fatty acids, trans fatty acids, conjugated linoleic acid, diacylglycerol, medium chain triacylglycerol, plant sterols and cholesterol.

Especially, the Dietary Reference Intakes had been set for cholesterol in 2010 edition, such as 750 mg/d in male and 600 mg/d in female, they have been deleted in 2015 edition.

Lipid (fat energy ratio)

The Dietary Reference Intakes of lipid in 2015 edition and 2010 edition, the ratio of lipid in total energy (fat energy ratio), are following tables. The target amount in age group of grater than 30 years old has been revised. The Dietary Reference Intakes for pregnant and lactation have not been set.

The Dietary Reference Intakes of Lipid (% energy) (2015 edition)
Gender Male Female
Age Approximate amount Target amount (Median) Approximate amount Target amount (Median)
0-5 M 50 50
6-11 M 40 40
1-2 20-30 (25) 20-30 (25)
3-5 20-30 (25) 20-30 (25)
6-7 20-30 (25) 20-30 (25)
8-9 20-30 (25) 20-30 (25)
10-11 20-30 (25) 20-30 (25)
12-14 20-30 (25) 20-30 (25)
15-17 20-30 (25) 20-30 (25)
18-29 20-30 (25) 20-30 (25)
30-49 20-30 (25) 20-30 (25)
50-69 20-30 (25) 20-30 (25)
70- 20-30 (25) 20-30 (25)
Pregnant
Lactation
The Dietary Reference Intakes of Lipid (% energy) (2010 edition)
Gender Male Female
Age Approximate amount Target amount (Median) Approximate amount Target amount (Median)
0-5 M 50 50
6-11 M 40 40
1-2 20-30 20-30
3-5 20-30 20-30
6-7 20-30 20-30
8-9 20-30 20-30
10-11 20-30 20-30
12-14 20-30 20-30
15-17 20-30 20-30
18-29 20-30 20-30
30-49 20-25 20-25
50-69 20-25 20-25
70- 20-25 20-25
Pregnant
Lactation

References:
The Dietary reference Intakes for Japanese (2015 edition) Lipid (pdf)
THe Dietary reference Intakes for Japanese (2010 edition) Lipid (pdf)

脂質

 栄養学的に重要な脂質は脂肪酸,中性脂肪,リン脂質,糖脂質およびステロール類です.脂肪酸には二重結合を含まない飽和脂肪酸,二重結合が一つ存在する一価不飽和脂肪酸,二つ以上存在する多価不飽和脂肪酸があります.多価不飽和脂肪酸は二重結合の位置により n-3 系脂肪酸と n-6 系脂肪酸とに区別されます.不飽和脂肪酸には光学異性体があり,自然界にはシス型が大部分ですが,工業的に合成されるトランス型もあります.中性脂肪にはモノアシルグリセロール,ジアシルグリセロール,トリアシルグリセロールがあります.コレステロールはステロイド骨格を持ち炭化水素側鎖を持つ分子で,水にも油脂にも溶ける両親和性です.

 脂質は細胞膜の主要な成分でエネルギー産生の基質です.脂肪酸のエネルギー価は 9 kcal/g と炭水化物やたんぱく質の 2 倍以上です.また脂質は脂溶性ビタミン吸収を助けます.コレステロールは細胞膜の構成成分であり,肝臓で胆汁酸に変換されます.また性ホルモンや副腎皮質ホルモンなどのステロイドホルモン,ビタミン D の前駆体です.

 食事摂取基準が設定されたのは脂質,飽和脂肪酸,n-6 系脂肪酸,n-3 系脂肪酸のみです.一価不飽和脂肪酸やトランス脂肪酸,共役リノール酸,ジアシルグリセロールや中鎖トリアシルグリセロール,植物ステロール,コレステロールについては食事摂取基準は設定されていません.

 特にコレステロールについては 2010 年版では 18 歳以上の男性で 750 mg/d 未満,18 歳以上の女性で 600 mg/d 未満と食事摂取基準が設定されていましたが,2015 年版では撤廃されています.

脂質(脂肪エネルギー比率)

 2015 年版および 2010 年版における脂質の食事摂取基準,つまり脂質の総エネルギーに占める割合(脂質エネルギー比率)は下表のとおりです.2015 年版では 30 歳以上の目標量に変更がみられます.妊婦および授乳婦については摂取基準は設定されていません.

 0-5 ヶ月児の場合,母乳中の脂肪濃度は 3.5 g/100 g であり母乳 100 g 中の脂質由来のエネルギーは 31.5 kcal/100 g です.母乳 100g の総エネルギーは 65 kcal なので脂肪エネルギー比率は 48.46 % となり丸めて 50 %E と設定しました.6-11 ヶ月児の場合は 0-5 ヶ月児の目安量と 1-2 歳児の摂取量の中央値の平均値 37.9 %E に設定しました.1-2 歳児の摂取量は平成 22 年,23 年の国民健康・栄養調査に基づいています.

 小児および成人の脂質の目標量の下限値については,本文中に記載はありませんが,国民健康・栄養調査に基づいて 20 %E に設定されたようです.また欧米で低脂質とされるエネルギー比 30 %E 未満を目標量の上限値に設定したようです.

脂質の食事摂取基準 (% energy) (2015 年版)
性別 男性 女性
年齢 目安量 目標量(中央値) 目安量 目標量(中央値)
0-5 M 50 50
6-11 M 40 40
1-2 20-30 (25) 20-30 (25)
3-5 20-30 (25) 20-30 (25)
6-7 20-30 (25) 20-30 (25)
8-9 20-30 (25) 20-30 (25)
10-11 20-30 (25) 20-30 (25)
12-14 20-30 (25) 20-30 (25)
15-17 20-30 (25) 20-30 (25)
18-29 20-30 (25) 20-30 (25)
30-49 20-30 (25) 20-30 (25)
50-69 20-30 (25) 20-30 (25)
70- 20-30 (25) 20-30 (25)
妊婦
授乳婦
脂質の食事摂取基準 (% energy) (2010 年版)
性別 男性 女性
年齢 目安量 目標量(範囲) 目安量 目標量(範囲)
0-5 M 50 50
6-11 M 40 40
1-2 20-30 20-30
3-5 20-30 20-30
6-7 20-30 20-30
8-9 20-30 20-30
10-11 20-30 20-30
12-14 20-30 20-30
15-17 20-30 20-30
18-29 20-30 20-30
30-49 20-25 20-25
50-69 20-25 20-25
70- 20-25 20-25
妊婦
授乳婦

参照:
日本人の食事摂取基準(2015 年版)脂質 (pdf)
日本人の食事摂取基準(2010 年版)脂質 (pdf)

CONDITIONS FOR A LINE INTEGRAL TO BE INDEPENDENT OF THE PATH

  • Theorem 6-1.
  • A necessary and sufficient condition for \displaystyle \int_C [Pdx + Qdy] to be independent of the path C joining any two given points in a region \cal R is that in \cal R

    \partial P/\partial y = \partial Q/\partial x\cdots (23)

    where it is supposed that these partial derivatives are continuous in \cal R.

The condition (23) is also the condition that Pdx + Qdy is an exact differential, i.e. that there exists a function \phi(x, y) such that Pdx + Qdy = d\phi. In such case if the end points of curve C are (x_1, y_1) and (x_2, y_2), the value of the line integral is given by

\displaystyle \int_{(x_1, y_1)}^{(x_2, y_2)}[Pdx + Qdy] = \int_{(x_1, y_1)}^{(x_2, y_2)} d\phi = \phi(x_2, y_2) - \phi(x_1, y_1) \cdots(24)

In particular if (23) holds and C is closed, we have x_1 = x_2,\ y_1 = y_2 and

\displaystyle \oint_C [Pdx + Qdy] = 0\cdots(25)

The results in Theorem 6-1 can be extended to line integrals in space. Thus we have

  • Theorem 6-2.
  • A necessary and sufficient condition for \displaystyle \int_C [A_1dx + A_2dy + A_3dz] to be independent of the path C joining any two given points in a region \cal R is that in \cal R

    \displaystyle \frac{\partial A_1}{\partial y} = \frac{\partial A_2}{\partial x},\ \frac{\partial A_3}{\partial x} = \frac{\partial A_1}{\partial z},\ \frac{\partial A_2}{\partial z} = \frac{\partial A_3}{\partial y} \cdots(26)

    where it is supposed that these partial derivatives are continuous in \cal R.

The results can be expressed concisely in terms of vectors. If \bold{A} = A_1\bold{i} + A_2\bold{j} + A_3\bold{k} , the line integral can be written \displaystyle \int_C \bold{A}\cdot d\bold{r} and condition (26) is equivalent to the condition \nabla \times \bold{A} = 0. If \bold{A} represents a force field \bold{F} which acts on an object, the result is equivalent to the statement that the work done in moving the object from one point to another is independent of the path joining the two points if and only if \nabla \times \bold{A} = 0. Such a force field is often called conservative.

The condition (26) [or the equivalent condition \nabla\times\bold{A}=0] is also the condition that A_1dx + A_2dy + A_3dz [or \bold{A}\cdot\bold{r}] is an exact differential, i.e. that there exists a function \phi(x, y, z) such that A_1dx + A_2dy + A_3dz =d\phi. In such case if the endpoints of curve C are (x_1, y_1, z_1) and (x_2, y_2, z_2), the value of the line integral is given by

\displaystyle \int_{(x_1, y_1, z_1)}^{(x_2, y_2, z_2)}\bold{A}\cdot\bold{r} = \int_{(x_1, y_1, z_1)}^{(x_2, y_2, z_2)}d\phi = \phi(x_2, y_2, z_2)- \phi(x_1, y_1, z_1)\cdots(27)

In particular if C is closed and \nabla\times\bold{A} = 0, we have

\displaystyle \oint_C \bold{A}\cdot d\bold{r} = 0 \cdots(28)

線積分が経路独立であるための条件

  • 定理 6-1.
  •  \displaystyle \int_C [Pdx + Qdy] が領域 \cal R において与えられた任意の2点を結ぶ C から経路独立であるための必要十分条件は \cal R において

    \partial P/\partial y = \partial Q/\partial x\cdots (23)

    ここで \cal R における偏微分は連続と考えられます.

 条件 (23) はまた Pdx + Qdy が全微分であることの条件でもあります.すなわち, Pdx + Qdy = d\phi のような形をした関数 \phi(x, y) が存在することです.そのような場合,曲線 C の末端を (x_1, y_1) および (x_2, y_2) とすると,積分値は以下により得られます.

\displaystyle \int_{(x_1, y_1)}^{(x_2, y_2)}[Pdx + Qdy] = \int_{(x_1, y_1)}^{(x_2, y_2)} d\phi = \phi(x_2, y_2) - \phi(x_1, y_1) \cdots(24)

 特に,仮に (23) を満たし C が閉曲線であるなら以下により x_1 = x_2,\ y_1 = y_2 が得られます.

\displaystyle \oint_C [Pdx + Qdy] = 0\cdots(25)

 定理 6-1 の結果は空間における線積分にも応用できます.ゆえに以下が得られます.

  • 定理 6-2.
  •  \displaystyle \int_C [A_1dx + A_2dy + A_3dz] が領域 \cal R において与えられた任意の2点を結ぶ C から経路独立であるための必要十分条件は \cal R において

    \displaystyle \frac{\partial A_1}{\partial y} = \frac{\partial A_2}{\partial x},\ \frac{\partial A_3}{\partial x} = \frac{\partial A_1}{\partial z},\ \frac{\partial A_2}{\partial z} = \frac{\partial A_3}{\partial y} \cdots(26)

    ここで \cal R における偏微分は連続と考えられます.

 その結果はベクトルの観点から簡潔に表現できます.\bold{A} = A_1\bold{i} + A_2\bold{j} + A_3\bold{k} とすると,線積分は \displaystyle \int_C \bold{A}\cdot d\bold{r} と記述でき,条件 (26) は条件 \nabla \times \bold{A} = 0 と等価です.仮に \bold{A} が物体に作用する力場 \bold{F} を表すとすると,その結果は物体をある点から他の点に移動するのになされた仕事の記述と等価であり, \nabla \times \bold{A} = 0 の時にのみ2点を結ぶ経路独立です.そのような力場のことを 保存力場 と呼びます.

 条件 (26) (または条件 \nabla\times\bold{A}=0 と等価)は又 A_1dx + A_2dy + A_3dz (又は \bold{A}\cdot\bold{r} )が全微分であるという条件でもあります.例えば A_1dx + A_2dy + A_3dz =d\phi のような関数 \phi(x, y, z) が存在します.そのような場合では仮に曲線 C の末端を (x_1, y_1, z_1) および (x_2, y_2, z_2) とすると,線積分の値は以下により得られます.

\displaystyle \int_{(x_1, y_1, z_1)}^{(x_2, y_2, z_2)}\bold{A}\cdot\bold{r} = \int_{(x_1, y_1, z_1)}^{(x_2, y_2, z_2)}d\phi = \phi(x_2, y_2, z_2)- \phi(x_1, y_1, z_1)\cdots(27)

 特に C が閉曲線で \nabla\times\bold{A} = 0 とすると

\displaystyle \oint_C \bold{A}\cdot d\bold{r} = 0 \cdots(28)

Protein

RecommendeAmountProtein

The reports of protein have 9 pages and 73 references in 2010 edition and 14 pages and 119 references in 2015 edition, respectively.

Although upper limit of protein intake is not set in 2010 edition, it’s preferred that protein intake is less than 2.0 g/kg/d in adult.

It is focused on severity of disease in 2015 edition. If protein-energy ratio was greater than 20 % energy, the risk of diabetes, cardiovascular disease, the incidence of cancer, bone loss and the increase of BMI would develop. Then it should be noted that protein-energy ratio should not be more than 20 % energy.

Estimated Average Requirement of indispensable amino acids (essential amino acids) has been described for only adult in 2010 edition and they have been described not only for adult but also for child and infant in 2015 edition, respectively.

Dietary reference intakes of the proteins of the 2015 edition is as follow table.

Dietary Reference Intakes of the proteins (g/d), Target (median) % energy) 2015 edition
Gender Male Female
Age Estimated Average Requirement Recommended amount Approximate amount Target amount (Median) Estimated Average Requirement Recommended amount Approximate amount Target amount (Median)
0-5 M 10 10
6-8 M 15 15
9-11 M 25 25
1-2 15 20 13-20 (16.5) 15 20 13-20 (16.5)
3-5 20 25 13-20 (16.5) 20 25 13-20 (16.5)
6-7 25 35 13-20 (16.5) 25 30 13-20 (16.5)
8-9 35 40 13-20 (16.5) 30 40 13-20 (16.5)
10-11 40 50 13-20 (16.5) 40 50 13-20 (16.5)
12-14 50 60 13-20 (16.5) 45 55 13-20 (16.5)
15-17 50 65 13-20 (16.5) 45 55 13-20 (16.5)
18-29 50 60 13-20 (16.5) 40 50 13-20 (16.5)
30-49 50 60 13-20 (16.5) 40 50 13-20 (16.5)
50-69 50 60 13-20 (16.5) 40 50 13-20 (16.5)
70- 50 60 13-20 (16.5) 40 50 13-20 (16.5)
Additional protein in early pregnant 0 0
Additional protein in mid pregnant 5 10
Additional protein in late pregnant 20 25
Additional protein in lactation 15 20

Dietary reference intakes of the proteins of the 2010 edition is as follow table.

Dietary Reference Intakes of the proteins (g/d) 2010 edition
Gender Male Female
Age Estimated Average Requirement Recommended amount Approximate amount Upper limit amount Estimated Average Requirement Recommended amount Approximate amount Upper limit amount
0-5 M 10 10
6-8 M 15 15
9-11 M 25 25
1-2 15 20 15 20
3-5 20 25 20 25
6-7 25 30 25 30
8-9 30 40 30 40
10-11 40 45 35 45
12-14 45 60 45 55
15-17 50 60 45 55
18-29 50 60 40 50
30-49 50 60 40 50
50-69 50 60 40 50
70- 50 60 40 50
Additional protein in early pregnant 0 0
Additional protein in mid pregnant 5 10
Additional protein in late pregnant 20 25
Additional protein in lactation 15 20

The recommended amount is based on the proteins maintain the required amount from nitrogen balance experiment, corrected in the digestibility of daily meal mixed protein, used to calculate the reference value of the Estimated Average Requirement calculation and is calculated the recommended amount by the addition of interindividual variability.

Recommended amount of protein (g/d) is product of Estimated Average Requirement and Recommended amount calculated coefficient. The Estimated Average Requirement is product of Reference value of the Estimated Average Requirement Calculation (g/kg/d) and reference weight (kg). Reference value of the Estimated Average Requirement calculation is obtained by dividing protein maintain the required amount (g/kg/d) by the digestibility.

Recommended amount calculated coefficient is 1.25. The digestibility is 0.9.

Adult

The proteins maintain the required amount of adult, that has been determined from the average of 17 studies examined the nitrogen balance maintenance dose of animal protein, is 0.65 g/kg/d, divided it by the digestibility 0.9, Reference value of the Estimated Average Requirement Calculation is obtained as 0.72 g/kg/d.

\mathrm{Estimated\ Averege\ Requirement}=0.72\times\mathrm{Reference\ Weight}
\mathrm{Recommended\ Amount}=\mathrm{Estimated\ Average\ Requirement}\times1.25

Elderly

Estimated Average Requirement of protein of elderly, that have been calculated from the pooled analysis using 144 data nitrogen balance of 60 subjects of five studies, is 0.85 g/kg/d (corrected by the digestibility).

Child

The reference value for calculation of Estimated Average Requirement in child the sum of the required amount of protein maintenance and the amount of protein accumulation. The Estimated Average Requirement is the product of the reference value for calculation of Estimated Average Requirement and reference weight. The recommended amount is the product of the Estimated Average Requirement and recommended amount calculation coefficient 1.25. The required amount of protein maintain is 0.67 g/kg/d.

Estimated Average Requirement and recommended amount of protein about child is following table. Predictive equation following is correct in 2015 edition, although predictive equation of 2010 edition is wrong.

Estimated Average Requirement and recommended amount of protein about child 2015 edition
Male child
A B C D E F G H I
Age (Y) Reference weight (kg) Weight gain (kg/Y) Body protein (%) Body protein accumulation (g/kg/d) Accumulation efficiency (%) Proteins maintain the required amount (g/kg/d) Utilization efficiency (%) Estimated Average Requirement (g/d) Recommended amount (g/d)
1-2 11.5 2.1 13.2 0.064 40 0.67 70 12.9 16.1
3-5 16.5 2.1 14.7 0.050 40 0.67 70 17.9 22.3
6-7 22.2 2.7 15.5 0.051 40 0.67 70 24.1 30.1
8-9 28.0 3.2 14.5 0.046 40 0.67 70 30.0 37.5
10-11 35.6 4.7 13.9 0.050 40 0.67 75 36.3 45.3
12-14 49.0 5.1 13.9 0.039 40 0.67 80 45.9 57.3
15-17 59.7 2.0 15.0 0.014 40 0.67 85 49.1 61.4
Female child
A B C D E F G H I
Age (Y) Reference weight (kg) Weight gain (kg/Y) Body protein (%) Body protein accumulation (g/kg/d) Accumulation efficiency (%) Proteins maintain the required amount (g/kg/d) Utilization efficiency (%) Estimated Average Requirement (g/d) Recommended amount (g/d)
1-2 11.0 2.2 13.0 0.070 40 0.67 70 12.5 15.6
3-5 16.1 2.1 14.1 0.051 40 0.67 70 17.5 21.8
6-7 21.9 2.5 14.1 0.045 40 0.67 70 23.4 29.3
8-9 27.4 3.4 13.7 0.046 40 0.67 70 29.4 36.7
10-11 36.3 5.1 14.6 0.057 40 0.67 75 37.6 47.0
12-14 47.5 3.0 14.8 0.026 40 0.67 80 42.8 53.6
15-17 51.9 0.7 11.9 0.004 40 0.67 85 41.5 51.8
\displaystyle D = \frac{B\times1,000}{365} \times \frac{C}{100 \times A}\\  \\  H = \left( \frac{D}{E} \times 100 + \frac{F}{G} \times 100 \right) \times A\\  \\  I = H \times 1.25

Infant

The target amount of protein in infant in human milk is 9.83 g/d in 0-5 months, 12.5 g/d in 6-8 months and 22.0 g/d in 9-11 months, respectively. The target amount in artificial feeding is 14.0 g/d in 0-5 months, 15.2 g/d in 6-8 months and 23.8 g/d in 9-11 months, respectively.

Pregnant

It’s assumed that the weight gain in full-term is 11.0 kg in pregnant. The additional protein is obtained indirectly by calculating the body potassium increased amount. Estimated Average Requirement is 0 g/d in early pregnant, 4.51 g/d in mid pregnant and 18.98 g/d in late pregnant, respectively. The recommended amount of additional protein is 0 g/d in early pregnant, 5.64 g/d in mid pregnant and 23.73 g/d in late pregnant, respectively.

Lactation

Estimated Average Requirement of lactation is 14.04 g/d and recommended amount is 17.6 g/d, respectively. The average milk yield per day is 0.78 L/d and the average of the protein concentration in human milk is 12.6 g/L, respectively. Conversion efficiency of human milk protein from dietary protein is 70 %.

Reference:
Protein (The Dietary Reference Intakes for Japanese 2015 edition) (pdf)
Protein (The Dietary Reference Intakes for Japanese 2010 edition) (pdf)

たんぱく質

RecommendeAmountProtein

 たんぱく質についての記載は 2010 年版では 9 ページ,参考文献は 73 件ですが 2015 年版では 14 ページ,参考文献 119 件に増えています.

 2010 年版では耐用上限量を設定していませんが,成人においてはたんぱく質摂取量は 2.0 g/kg/d 未満に留めるのが望ましいとしています.

 2015 年版では生活習慣病の重症化予防に重点を置いており,たんぱく質エネルギー比率が 20 % エネルギーを超えた場合の健康障害として糖尿病発症リスクの増加,心血管疾患の増加,がんの発症率の増加,骨量の減少,BMI の増加を挙げて,たんぱく質エネルギー比率が 20 % エネルギーを超えないように注意を喚起しています.

 不可欠アミノ酸(必須アミノ酸)の推定平均必要量については 2010 年版では成人のみ記載されていましたが 2015 年版では乳児・小児についても記載が追加されています.

 2015 年版のたんぱく質の食事摂取基準は下表のとおりです.

たんぱく質の食事摂取基準(推定平均必要量・推奨量・目安量 (g/d), 目標量(中央値) % エネルギー)2015 年版
性別 男性 女性
年齢 推定平均必要量 推奨量 目安量 目標量 (中央値) 推定平均必要量 推奨量 目安量 目標量 (中央値)
0-5 M 10 10
6-8 M 15 15
9-11 M 25 25
1-2 15 20 13-20 (16.5) 15 20 13-20 (16.5)
3-5 20 25 13-20 (16.5) 20 25 13-20 (16.5)
6-7 25 35 13-20 (16.5) 25 30 13-20 (16.5)
8-9 35 40 13-20 (16.5) 30 40 13-20 (16.5)
10-11 40 50 13-20 (16.5) 40 50 13-20 (16.5)
12-14 50 60 13-20 (16.5) 45 55 13-20 (16.5)
15-17 50 65 13-20 (16.5) 45 55 13-20 (16.5)
18-29 50 60 13-20 (16.5) 40 50 13-20 (16.5)
30-49 50 60 13-20 (16.5) 40 50 13-20 (16.5)
50-69 50 60 13-20 (16.5) 40 50 13-20 (16.5)
70- 50 60 13-20 (16.5) 40 50 13-20 (16.5)
妊婦初期付加量 0 0
妊婦中期付加量 5 10
妊婦後期付加量 20 25
授乳婦 付加量 15 20

 2010 年版のたんぱく質の食事摂取基準は下表のとおりです.

たんぱく質の食事摂取基準 (g/d) 2010 年版
性別 男性 女性
年齢 推定平均必要量 推奨量 目安量 耐用上限量 推定平均必要量 推奨量 目安量 耐用上限量
0-5 M 10 10
6-8 M 15 15
9-11 M 25 25
1-2 15 20 15 20
3-5 20 25 20 25
6-7 25 30 25 30
8-9 30 40 30 40
10-11 40 45 35 45
12-14 45 60 45 55
15-17 50 60 45 55
18-29 50 60 40 50
30-49 50 60 40 50
50-69 50 60 40 50
70- 50 60 40 50
妊婦初期付加量 0 0
妊婦中期付加量 5 10
妊婦後期付加量 20 25
授乳婦 付加量 15 20

 窒素出納実験により測定された動物性たんぱく質のたんぱく質維持必要量をもとに,それを日常食混合たんぱく質の消化率で補正して推定平均必要量算定の参照値を算定し,その上に個人間変動を加えて推奨量を算定します.

 たんぱく質の推奨量 (g/d) は,推定平均必要量 (g/d) と推奨量算定係数との積です.推定平均必要量は,推定平均必要量算定の参照値 (g/kg/d) と参照体重 (kg) との積です.推定平均必要量算定の参照値は,たんぱく質維持必要量 (g/kg/d) を消化率で除した値です.

 推奨量算定系数は 1.25 です.消化率は 0.9 です.

成人

 動物性たんぱく質の窒素出納維持量を検討した 17 の研究の平均値から求めた成人のたんぱく質維持必要量は 0.65 g/kg/d で,消化率 0.9 で割ると推定平均必要量算定の参照値は 0.72 g/kg/d です.

\mathrm{Estimated\ Averege\ Requirement}=0.72\times\mathrm{Reference\ Weight}
\mathrm{Recommended\ Amount}=\mathrm{Estimated\ Average\ Requirement}\times1.25

高齢者

 高齢者のたんぱく質推定平均必要量は 0.85 g/kg/d です(ただし消化率で補正済み).5 つの研究の 60 名の被験者の窒素出納 144 データを用いたプール解析から算出した値です.

小児

 小児の推定平均必要量算定の参照値は,たんぱく質維持必要量とたんぱく質蓄積量の和です.推定平均必要量は,推定平均必要量算定の参照値に参照体重を乗じて求めます.推奨値は推定平均必要量に推奨量算定係数 1.25 を乗じた値です.たんぱく質維持必要量は 0.67 g/kg/d です.

小児についてはさらに下表のように詳細な記載があります.2010 年版もありますが,基準体重の数値およびその計算結果が異なるだけなので掲載しません.また小児の推定平均必要量算定の参照値を求める下式は 2010 年版は誤りで,2015 年版が正しい式です.

小児の推定平均必要量,推奨量 2015 年版
男子
A B C D E F G H I
年齢 (Y) 参照体重 (kg) 体重増加量 (kg/Y) 体たんぱく質 (%) 体たんぱく質蓄積量 (g/kg/d) 蓄積効率 (%) たんぱく質維持必要量 (g/kg/d) 利用効率 (%) 推定平均必要量 (g/d) 推奨量 (g/d)
1-2 11.5 2.1 13.2 0.064 40 0.67 70 12.9 16.1
3-5 16.5 2.1 14.7 0.050 40 0.67 70 17.9 22.3
6-7 22.2 2.7 15.5 0.051 40 0.67 70 24.1 30.1
8-9 28.0 3.2 14.5 0.046 40 0.67 70 30.0 37.5
10-11 35.6 4.7 13.9 0.050 40 0.67 75 36.3 45.3
12-14 49.0 5.1 13.9 0.039 40 0.67 80 45.9 57.3
15-17 59.7 2.0 15.0 0.014 40 0.67 85 49.1 61.4
女子
A B C D E F G H I
年齢 (Y) 参照体重 (kg) 体重増加量 (kg/Y) 体たんぱく質 (%) 体たんぱく質蓄積量 (g/kg/d) 蓄積効率 (%) たんぱく質維持必要量 (g/kg/d) 利用効率 (%) 推定平均必要量 (g/d) 推奨量 (g/d)
1-2 11.0 2.2 13.0 0.070 40 0.67 70 12.5 15.6
3-5 16.1 2.1 14.1 0.051 40 0.67 70 17.5 21.8
6-7 21.9 2.5 14.1 0.045 40 0.67 70 23.4 29.3
8-9 27.4 3.4 13.7 0.046 40 0.67 70 29.4 36.7
10-11 36.3 5.1 14.6 0.057 40 0.67 75 37.6 47.0
12-14 47.5 3.0 14.8 0.026 40 0.67 80 42.8 53.6
15-17 51.9 0.7 11.9 0.004 40 0.67 85 41.5 51.8
\displaystyle D = \frac{B\times1,000}{365} \times \frac{C}{100 \times A}\\  \\  H = \left( \frac{D}{E} \times 100 + \frac{F}{G} \times 100 \right) \times A\\  \\  I = H \times 1.25

乳児

 乳児については目安量となります.0-5 ヶ月では 9.83 g/d であり, 6-8 ヶ月では 12.5 g/d であり, 9-11 ヶ月では 22.0 g/d です.人工栄養児の目安量は 0-5 ヶ月では 14.0 g/d であり, 6-8 ヶ月では 15.2 g/d であり, 9-11 ヶ月では 23.8 g/d です.

妊婦

 妊婦ではたんぱく質の付加量を最終的な体重増加を 11.0 kg と仮定し,体カリウム増加量から間接的に算定します.妊婦の付加量の推定平均必要量は初期は 0 g/d であり,中期は 4.51 g/d であり,後期は 18.98 g/d です.妊婦の付加量の推奨量は初期は 0 g/d であり,中期は 5.64 g/d であり,後期は 23.73 g/d です.

授乳婦

 授乳婦の付加量の推定平均必要量は 14.04 g/d, 推奨量は 17.6 g/d です.1 日の平均泌乳量は 0.78 L/d であり,母乳中のたんぱく質濃度の平均値は 12.6 g/L です.食事性たんぱく質の母乳たんぱく質への変換効率は 70 % です.

不可欠アミノ酸

 不可欠アミノ酸(必須アミノ酸)の推定平均必要量は下記のとおりです.

不可欠アミノ酸の推定平均必要量 2015 年版
His Ile Leu Lys SAA AAA Thr Trp Val Total
組織アミノ酸パターン 27 35 75 73 35 73 42 12 49 421
維持アミノ酸パターン 15 30 59 45 22 38 23 6 39 277
たんぱく質必要量 (g/kg/d) に対するアミノ酸必要量 (mg/kg/d)
年齢 維持量 成長量 His Ile Leu Lys SAA AAA Thr Trp Val Total
0.5 0.66 0.46 22 36 73 63 31 59 35 9.5 48 376
1-2 0.66 0.20 15 27 54 44 22 40 24 6.4 36 267
3-10 0.66 0.07 12 22 44 35 17 30 18 4.8 29 212
11-14 0.66 0.07 12 22 44 35 17 30 18 4.8 29 212
15-17 0.66 0.04 11 21 42 33 16 28 17 4.5 28 200
18- 0.66 0.00 10 20 39 30 15 25 15 4.0 26 183
評点パターン (mg/g protein)
年齢 His Ile Leu Lys SAA AAA Thr Trp Val Total
0.5 20 32 66 57 28 52 31 8.5 43 336
1-2 18 31 63 52 25 46 27 7.4 41 310
3-10 16 30 61 48 23 41 25 6.6 40 291
11-14 16 30 61 48 23 41 25 6.6 40 291
15-17 16 30 60 47 23 40 24 6.4 40 286
18- 15 30 59 45 22 38 23 6.0 39 277

参照:
日本人の食事摂取基準(2015 年版)たんぱく質 (pdf)
日本人の食事摂取基準(2010 年版)たんぱく質 (pdf)

平面におけるグリーンの定理

 P,\ Q,\ \partial P/\partial y,\ \partial Q/\partial x を単一値かつ単純閉曲線 C で囲まれた単連結領域 \cal R において連続とします.すると

\displaystyle \oint_C [Pdx + Qdy] = \underset{\cal R}{\iint}\left( \frac{\partial Q}{\partial x} - \frac{\partial P}{\partial y} \right)dxdy\cdots(22)

ここで \oint_CC が閉じていること並びに正方向に記述されていることを強調するのに用いられます.

 この定理は二つまたはそれ以上の閉曲線により囲まれた領域においても真です.(例 多重連結領域)

Estimated Energy Requirement

EER in male
EER in male

EER in female
EER in female

Estimated Energy Requirement

Estimated energy requirement (EER) in 2015 edition is as following table.

Estimated Energy Requirement (kcal/d)
Gender Male Female
Physical Activity Level I II III I II III
0-5 (M) 550 500
6-8 (M) 650 600
9-11 (M) 700 650
1-2 950 900
3-5 1,300 1,250
6-7 1,350 1,550 1,750 1,250 1,450 1,650
8-9 1,600 1,850 2,100 1,500 1,700 1,900
10-11 1,950 2,250 2,500 1,850 2,100 2,350
12-14 2,300 2,600 2,900 2,150 2,400 2,700
15-17 2,500 2,850 3,150 2,050 2,300 2,550
18-29 2,300 2,650 3,050 1,650 1,950 2,200
30-49 2,300 2,650 3,050 1,750 2,000 2,300
50-69 2,100 2,450 2,800 1,650 1,900 2,200
70- 1,850 2,200 2,500 1,500 1,750 2,000
Additional Energy in Early Gestation + 50 + 50 + 50
Additional Energy in Midgestation + 250 + 250 + 250
Additional Energy in Late Gestation + 450 + 450 + 450
Additional Energy in Lactation + 350 + 350 + 350

Basal Metabolic Rate

Basal metabolic rate (BMR) for Japanese is based on basal metabolism reference value (BMRV). BMR is obtained by BMRV multiplied by reference weight (RW).

BMR in 2015 edition is as following table. A little difference is found in reference weight between 2010 edition and 2015 edition.

Basal Metabolic Rate in Reference weight
Gender Male Female
Age (years) BMRV (kcal/kg/d) RW (kg) BMR (kcal/d) BMRV (kcal/kg/d) RW (kg) BMR (kcal/d)
1-2 61.0 11.5 700 59.7 11.0 660
3-5 54.8 16.5 900 52.2 16.1 840
6-7 44.3 22.2 980 41.9 21.9 920
8-9 40.8 28.0 1140 38.3 27.4 1050
10-11 37.4 35.6 1330 34.8 36.3 1260
12-14 31.0 49.0 1520 29.6 47.5 1410
15-17 27.0 59.7 1610 25.3 51.9 1310
18-29 24.0 63.2 1520 22.1 50.0 1110
30-49 22.3 68.5 1530 21.7 53.1 1150
50-69 21.5 65.3 1400 20.7 53.0 1100
70- 21.5 60.0 1290 20.7 49.5 1020

Basal metabolic rate in 2010 edition is as following table.

Basal Metabolic Rate in Standard Weight
Gender Male Female
Age (years) BMRV (kcal/kg/d) RW (kg) BMR (kcal/d) BMRV (kcal/kg/d) RW (kg) BMR (kcal/d)
1-2 61.0 11.7 710 59.7 11.0 660
3-5 54.8 16.8 890 52.2 16.2 850
6-7 44.3 22.0 980 41.9 22.0 920
8-9 40.8 27.5 1120 38.3 27.2 1040
10-11 37.4 35.5 1330 34.8 34.5 1200
12-14 31.0 48.0 1490 29.6 46.0 1360
15-17 27.0 58.4 1580 25.3 50.6 1280
18-29 24.0 63.0 1510 22.1 50.6 1120
30-49 22.3 68.5 1530 21.7 53.0 1150
50-69 21.5 65.0 1400 20.7 53.6 1110
70- 21.5 59.7 1280 20.7 49.0 1010

Then I’d like to describe about basis of computation depend on such age groups as adult, child, infant, pregnant and lactation.

Adult

EER in adult is obtained by multiplying BMR, it’s obtained by BMRV multiplied by RW, by physical activity level (PAL). I’d like to describe about PAL at last.

\displaystyle \mathrm{EER\ (kcal/d)} = \mathrm{BMRV\ (kcal/kg/d)} \times \mathrm{RW\ (kg)} \times \mathrm{PAL} \\  \\  \mathrm{EER: estimated\ energy\ requirement}\\  \mathrm{BMRV: basal\ metabolism\ reference\ value} \\  \mathrm{RW: reference\ weight}\\  \mathrm{PAL: physical\ activity\ level}

If BMI is less than 30, basal metabolic rate for Japanese is obtained by following equation, the function of age, gender, height and weight.

\displaystyle \mathrm{BMR\ (kcal/d)}\\   = 0.0481 \times \mathrm{W\ (kg)} + 0.0234 \times \mathrm{H\ (cm)} - 0.0138 \times \mathrm{A\ (years)} - \mathrm{C} \\  \\  \mathrm{BMR:\ basal\ metabolic\ rate}\\  \mathrm{W : weight}\\  \mathrm{H : height}\\  \mathrm{A : age}\\  \mathrm{C : 0.4235\ (male), 0.9708\ (female)}

Child

EER in child is obtained by BMR multiplied by PAL and adding energy storage (ES). PAL in child is obtained by systematic review based on 24 studies in 2010 edition and 35 studies in 2015 edition, respectively.

\displaystyle \mathrm{EER\ (kcal/d)} = \mathrm{BMR\ (kcal/d)} \times \mathrm{PAL} + \mathrm{ES\ (kcal/d)}\\  \\  \mathrm{BMR: basal\ metabolic\ rate}\\  \mathrm{ES: energy\ storage}\\

Infant

EER in infant is obtained by adding total energy expenditure (TEE) to ES. TEE in infant is obtained by regression equation that has only weight as one independent variable according to FAO/WHO/UNU.

\displaystyle \mathrm{EER\ (kcal/d)} = \mathrm{TEE\ (kcal/d)} + \mathrm{ES\ (kcal/d)}\\  \\  \mathrm{TEE: total\ energy\ expenditure}

TEE in breastfed infant is obtained by following equation.

\mathrm{TEE\ (kcal/d)} = 92.8 \times \mathrm{RW\ (kg) }- 152.0

TEE in formula-fed infant is obtained by following equation.

\mathrm{TEE\ (kcal/d)} = 82.6 \times \mathrm{RW\ (kg)} - 29.0

Energy storage is the additional energy for increasing tissue in growing infant and child. Energy storage is as following table.

Energy Storage
Gender Male Female
Age (years) RW (kg) Weight Gain (kg/y) Tissue Increase RW (kg) Weight Gain (kg/y) Tissue Increase
Energy Density (kcal/g) Energy Storage (kcal/d) Energy Density (kcal/g) Energy Storage (kcal/d)
0-5 M 6.4 9.5 4.4 120 5.9 8.7 5.0 120
6-8 M 8.5 3.4 1.5 15 7.8 3.4 1.8 15
9-11 M 9.1 2.4 2.7 15 8.5 2.5 2.3 15
1-2 11.7 2.1 3.5 20 11.0 2.1 2.4 15
3-5 16.2 2.1 1.5 10 16.2 2.2 2.0 10
6-7 22.0 2.5 2.1 15 22.0 2.5 2.8 20
8-9 27.5 3.4 2.5 25 27.2 3.1 3.2 25
10-11 35.5 4.5 3.0 35 34.5 4.1 2.6 30
12-14 48.0 4.2 1.5 20 46.0 3.1 3.0 25
15-17 58.4 2.0 1.9 10 50.6 0.8 4.7 10

Pregnant

EER in pregnant is obtained by following equation. It’s assumed that weight gain at 9 months is 11 kg. Additional energy in pregnant is 50 kcal/d in early gestation, 250 kcal/d in mid gestation and 450 kcal/d in late gestation, respectively.

\displaystyle \mathrm{EER\ of\ pregnant\ (kcal/d)} \\  = \mathrm{EER\ before\ pregnancy\ (kcal/d)} + \mathrm{AE\ (kcal/d)}\\  \\  \mathrm{AE\ :\ additional\ energy}

Lactation

EER in lactation is obtained by following equation. Additional energy in lactation is 350 kcal/d. Energy content of human milk is 663 kcal/L.

\displaystyle \mathrm{EER\ of\ nursing\ women\ (kcal/d)} \\  = \mathrm{EER\ before\ pregnancy\ (kcal/d)} + \mathrm{AE\ (kcal/d)}

Physical Activity Level

Physical activity level (PAL) is an index of physical activity obtained by daily energy consumption divided by BMR. PAL is directly observed by doubly-labeled water method. A hydrogen atom is usually a proton with one atomic weight and an oxgen atom is 16 atomic weight, respectively. Stable isotope of them are deuterium with 2 atomic weight and heavy oxygen with 17 or 18 atomic weight, respectively. Doubly labeled water method is that titrate the ratio of excretion to urine of the heavy oxygen and deuterium. It’s the most accurate method.

Physical activity level in 2015 edition is as following table. The population was divided into 3 groups according to 25 percentile and 75 percentile, sorted in ascending order, I, II and III. The representative value of each groups are 1.50, 1.75 2.00, respectively.

Physical Activity Level according to age group in 2015 edition (Unisex)
Physical Activity Level I (Low) II (Middle) III (High)
1-2 1.35
3-5 1.45
6-7 1.35 1.55 1.75
8-9 1.40 1.60 1.80
10-11 1.45 1.65 1.85
12-14 1.50 1.70 1.90
15-17 1.55 1.75 1.95
18-29 1.50 1.75 2.00
30-49 1.50 1.75 2.00
50-69 1.50 1.75 2.00
70- 1.45 1.70 1.95

Physical activity level in 2010 edition is as following table.

Physical Activity Level according to age group in 2010 edition (Unisex)
Physical Activity Level I (Low) II (Middle) III (High)
1-2 1.35
3-5 1.45
6-7 1.35 1.55 1.75
8-9 1.40 1.60 1.80
10-11 1.45 1.65 1.85
12-14 1.45 1.65 1.85
15-17 1.55 1.75 1.95
18-29 1.50 1.75 2.00
30-49 1.50 1.75 2.00
50-69 1.50 1.75 2.00
70- 1.45 1.70 1.95

Reference:
The Dietary Reference Intakes for Japanese 2015 edition Energy (pdf)
The Dietary Reference Intakes for Japanese 2010 edition Energy (pdf)

推定エネルギー必要量

推定エネルギー必要量(男性)
推定エネルギー必要量(男性)

推定エネルギー必要量(女性)
推定エネルギー必要量(女性)

推定エネルギー必要量

 最初にまとめの表を出しておきます.2015 年版の推定エネルギー必要量は下記のとおりです.2010 年版には特に下記のような表はありません.

推定エネルギー必要量 (kcal/d)
性別 男性 女性
身体活動レベル I II III I II III
0-5 (M) 550 500
6-8 (M) 650 600
9-11 (M) 700 650
1-2 950 900
3-5 1,300 1,250
6-7 1,350 1,550 1,750 1,250 1,450 1,650
8-9 1,600 1,850 2,100 1,500 1,700 1,900
10-11 1,950 2,250 2,500 1,850 2,100 2,350
12-14 2,300 2,600 2,900 2,150 2,400 2,700
15-17 2,500 2,850 3,150 2,050 2,300 2,550
18-29 2,300 2,650 3,050 1,650 1,950 2,200
30-49 2,300 2,650 3,050 1,750 2,000 2,300
50-69 2,100 2,450 2,800 1,650 1,900 2,200
70- 1,850 2,200 2,500 1,500 1,750 2,000
妊婦初期付加量 + 50 + 50 + 50
妊婦中期付加量 + 250 + 250 + 250
妊婦後期付加量 + 450 + 450 + 450
授乳婦付加量 + 350 + 350 + 350

基礎代謝量

 日本人において基礎代謝量の計算のもとになっているのは基礎代謝基準値です.該当する年齢階級および性別の基礎代謝基準値に参照体重をかけて基礎代謝量とするのが計算の基本です.

 2015 年版の基礎代謝量は下記のとおりです.2010 年版との違いは体重およびその計算結果の基礎代謝量であり,基礎代謝基準値そのものは変わっていません.

参照体重における基礎代謝量
性別 男性 女性
年齢 (years) 基礎代謝基準値 (kcal/kg/d) 参照体重 (kg) 基礎代謝量 (kcal/d) 基礎代謝基準値 (kcal/kg/d) 参照体重 (kg) 基礎代謝量 (kcal/d)
1-2 61.0 11.5 700 59.7 11.0 660
3-5 54.8 16.5 900 52.2 16.1 840
6-7 44.3 22.2 980 41.9 21.9 920
8-9 40.8 28.0 1140 38.3 27.4 1050
10-11 37.4 35.6 1330 34.8 36.3 1260
12-14 31.0 49.0 1520 29.6 47.5 1410
15-17 27.0 59.7 1610 25.3 51.9 1310
18-29 24.0 63.2 1520 22.1 50.0 1110
30-49 22.3 68.5 1530 21.7 53.1 1150
50-69 21.5 65.3 1400 20.7 53.0 1100
70- 21.5 60.0 1290 20.7 49.5 1020

 2010 年版における基準体重における基礎代謝量は下記のとおりです.

基礎代謝量
性別 男性 女性
年齢 (years) 基礎代謝基準値 (kcal/kg/d) 基準体重 (kg) 基礎代謝量 (kcal/d) 基礎代謝基準値 (kcal/kg/d) 基準体重 (kg) 基礎代謝量 (kcal/d)
1-2 61.0 11.7 710 59.7 11.0 660
3-5 54.8 16.8 890 52.2 16.2 850
6-7 44.3 22.0 980 41.9 22.0 920
8-9 40.8 27.5 1120 38.3 27.2 1040
10-11 37.4 35.5 1330 34.8 34.5 1200
12-14 31.0 48.0 1490 29.6 46.0 1360
15-17 27.0 58.4 1580 25.3 50.6 1280
18-29 24.0 63.0 1510 22.1 50.6 1120
30-49 22.3 68.5 1530 21.7 53.0 1150
50-69 21.5 65.0 1400 20.7 53.6 1110
70- 21.5 59.7 1280 20.7 49.0 1010

 さて,それでは各年齢階級の計算の根拠を示していきます.成人,小児,乳児,妊婦,授乳婦に分けて説明します.

成人

 成人の推定エネルギー必要量は基礎代謝基準値に参照体重をかけて基礎代謝量を求め,さらに身体活動レベルをかけて求めます.身体活動レベルについては最後に述べます.

\displaystyle \mathrm{EER\ (kcal/d)} = \mathrm{BMRV\ (kcal/kg/d)} \times \mathrm{RW\ (kg)} \times \mathrm{PAL} \\  \\  \mathrm{EER: estimated\ energy\ requirement}\\  \mathrm{BMRV: basal\ metabolism\ reference\ value} \\  \mathrm{RW: reference\ weight}\\  \mathrm{PAL: physical\ activity\ level}

 BMI が 30 までなら年齢,性別,身長,体重を用いた日本人の基礎代謝量は下記の推定式で得られます.

\displaystyle \mathrm{BMR\ (kcal/d)}\\   = 0.0481 \times \mathrm{W\ (kg)} + 0.0234 \times \mathrm{H\ (cm)} - 0.0138 \times \mathrm{A\ (years)} - \mathrm{C} \\  \\  \mathrm{BMR:\ basal\ metabolic\ rate}\\  \mathrm{W : weight}\\  \mathrm{H : height}\\  \mathrm{A : age}\\  \mathrm{C : 0.4235\ (male), 0.9708\ (female)}

小児

 小児の推定エネルギー必要量は基礎代謝量に身体活動レベルをかけ,エネルギー蓄積量 (ES) を足して求めます.小児の身体活動レベルは 2010 年版では24 件,2015 年版では 35 件の報告を元に系統的レビューを行い算出しています.計算式は以下のとおりです.

\displaystyle \mathrm{EER\ (kcal/d)} = \mathrm{BMR\ (kcal/d)} \times \mathrm{PAL} + \mathrm{ES\ (kcal/d)}\\  \\  \mathrm{BMR: basal\ metabolic\ rate}\\  \mathrm{ES: energy\ storage}\\

乳児

 乳児の推定エネルギー必要量は総エネルギー消費量 (TEE) にエネルギー蓄積量 (ES) を足して求めます.乳児の総エネルギー消費量は FAO/WHO/UNU によると体重だけを独立変数とする式で説明可能としています.計算式は以下のとおりです.

\displaystyle \mathrm{EER\ (kcal/d)} = \mathrm{TEE\ (kcal/d)} + \mathrm{ES\ (kcal/d)}\\  \\  \mathrm{TEE: total\ energy\ expenditure}

 母乳栄養児の総エネルギー消費量は以下です.

\mathrm{TEE\ (kcal/d)} = 92.8 \times \mathrm{RW\ (kg) }- 152.0

 人工栄養児の総エネルギー消費量は以下です.

\mathrm{TEE\ (kcal/d)} = 82.6 \times \mathrm{RW\ (kg)} - 29.0

 エネルギー蓄積量とは乳児・小児における成長に伴う組織増加分のエネルギーのことです.基準体重から 1 日あたりの体重増加量を計算し,組織増加分のエネルギー密度との積で計算します.エネルギー蓄積量は下記のとおりです.2010 年版では参照体重を基準体重と表記しているだけで 2015 年版と数値に違いはありません.

エネルギー蓄積量
性別 男性 女性
年齢 (years) 参照体重 (kg) 体重増加量 (kg/y) 組織増加分 参照体重 (kg) 体重増加量 (kg/y) 組織増加分
エネルギー密度 (kcal/g) エネルギー蓄積量 (kcal/d) エネルギー密度 (kcal/g) エネルギー蓄積量 (kcal/d)
0-5 M 6.4 9.5 4.4 120 5.9 8.7 5.0 120
6-8 M 8.5 3.4 1.5 15 7.8 3.4 1.8 15
9-11 M 9.1 2.4 2.7 15 8.5 2.5 2.3 15
1-2 11.7 2.1 3.5 20 11.0 2.1 2.4 15
3-5 16.2 2.1 1.5 10 16.2 2.2 2.0 10
6-7 22.0 2.5 2.1 15 22.0 2.5 2.8 20
8-9 27.5 3.4 2.5 25 27.2 3.1 3.2 25
10-11 35.5 4.5 3.0 35 34.5 4.1 2.6 30
12-14 48.0 4.2 1.5 20 46.0 3.1 3.0 25
15-17 58.4 2.0 1.9 10 50.6 0.8 4.7 10

妊婦

 妊婦の推定エネルギー必要量は下式で求めます.妊娠末期の体重増加量を 11 kg と仮定しています.妊婦のエネルギー付加量は初期で 50 kcal/d, 中期で 250 kcal/d, 後期で 450 kcal/d です.

\displaystyle \mathrm{EER\ of\ pregnant\ (kcal/d)} \\  = \mathrm{EER\ before\ pregnancy\ (kcal/d)} + \mathrm{AE\ (kcal/d)}\\  \\  \mathrm{AE\ :\ additional\ energy}

授乳婦

 授乳婦の推定エネルギー量は下式で求めます.授乳婦のエネルギー付加量は 350 kcal/d です.母乳のエネルギー含有量は 663 kcal/L です.

\displaystyle \mathrm{EER\ of\ nursing\ women\ (kcal/d)} \\  = \mathrm{EER\ before\ pregnancy\ (kcal/d)} + \mathrm{AE\ (kcal/d)}

身体活動レベル

 身体活動レベルの指標として 1 日のエネルギー消費量を基礎代謝量で除した PAL (physical activity level) という指標があります.このエネルギー消費量を測定する方法が二重標識水法です.水分子の構成成分である水素原子は通常 1 個の陽子であり,原子量は 1 です.酸素原子の原子量は通常 16 です.これらの安定同位体がそれぞれ原子量 2 の重水素および原子量 17 または 18 の重酸素です.この安定同位体からなる二重標識水を飲み,尿中に排泄される重酸素と重水素の濃度の比の変化量からエネルギー消費量を計測するのが二重標識水法であり,自由に生活している状態のエネルギー消費量を最も正確に測定できる方法です.

 2015 年版における身体活動レベルは下記のとおりです.2010 年版との違いは 12 – 14 歳の年齢階級の身体活動レベルをそれぞれ 0.05 引き上げたことです.身体活動レベルごとに 25 パーセンタイル値 (1.60) および 75 パーセンタイル値 (1.90) で集団を三分割し,低い順から I, II, III に分類しました.それぞれの代表値は 1.50, 1.75 2.00 となります.

2015 年版:年齢階級別に見た身体活動レベルの群分け(男女共通)
身体活動レベル レベル I (低い) レベル II (ふつう) レベル III (高い)
1-2 1.35
3-5 1.45
6-7 1.35 1.55 1.75
8-9 1.40 1.60 1.80
10-11 1.45 1.65 1.85
12-14 1.50 1.70 1.90
15-17 1.55 1.75 1.95
18-29 1.50 1.75 2.00
30-49 1.50 1.75 2.00
50-69 1.50 1.75 2.00
70- 1.45 1.70 1.95

 2010 年版における身体活動レベルは下記のとおりです.

2010 年版:年齢階級別に見た身体活動レベルの群分け(男女共通)
身体活動レベル レベル I (低い) レベル II (ふつう) レベル III (高い)
1-2 1.35
3-5 1.45
6-7 1.35 1.55 1.75
8-9 1.40 1.60 1.80
10-11 1.45 1.65 1.85
12-14 1.45 1.65 1.85
15-17 1.55 1.75 1.95
18-29 1.50 1.75 2.00
30-49 1.50 1.75 2.00
50-69 1.50 1.75 2.00
70- 1.45 1.70 1.95

参照:
日本人の食事摂取基準(2015 年版)エネルギー (pdf)
日本人の食事摂取基準(2010 年版)エネルギー (pdf)

SIMPLE CLOSED CURVES. SIMPLY AND MULTIPLY-CONNECTED REGIONS

A simple closed curve is a curve which does not intersect itself anywhere. Mathematically, a curve in the xy plane is defined by the parametric equations x = \phi(t),\ y = \psi(t) where  \phi and  \psi are single-valued and continuous in an interval t_1 \le t \le t_2. If \phi(t_1) = \phi(t_2) and \psi(t_1) = \psi(t_2), the curve is said to be closed. If \phi(u) = \phi(v) and \psi(u) = \psi(v) only when  u = v (except in the special case where u = t_1 and v = t_2), the curve is closed and does not intersect itself and so is a simple closed curve. We shall also assume, unless otherwise stated, that \phi and \psi are piecewise differentiable in t_1 \le t \le t_2.

If a plane region has the property that any closed curve in it can be continuously shrunk to a point without leaving the region, then the region is called simply-connected, otherwise it is called multiply-connected.

Fig6-xx

As the parameter t varies from t_1 to t_2, the plane curve is described in a certain sense or direction. For curves in the xy plane, we arbitrarily describe this direction as positive or negative according as a person traversing the curve in this direction with his head pointing in the positive z direction has the region enclosed by the curve always toward his left or right respectively. If we look down upon a simple closed curve in the xy plane, this amounts to saying that traversal of the curve in the counterclockwise direction is taken as positive while traversal in the clockwise direction is taken as negative.

単純閉曲線.単連結領域および多重連結領域

 単純閉曲線 とは自分自身とはどことも交差しない曲線のことです.数学的には, xy 平面において x = \phi(t),\ y = \psi(t) なるパラメトリック方程式により定義される曲線のことです.ここで  \phi および  \psi は単一値で t_1 \le t \le t_2 の区間で連続です.仮に \phi(t_1) = \phi(t_2) および \psi(t_1) = \psi(t_2) ならその曲線を 閉曲線 と言います.仮に \phi(u) = \phi(v) および \psi(u) = \psi(v) u = v の時のみ(u = t_1 および v = t_2 のような特殊例を除く),その曲線は閉じており自身とは交差せず,ゆえに単純閉曲線です.ここでも特に明記しない限り,次のように前提を置きます.すなわち \phi および \psit_1 \le t \le t_2 では区間的に微分可能です.

 仮にある平面領域が以下の属性を有する場合,つまりいかなる閉じた曲線もその領域を離れることなく一点に連続的に縮小可能ならば 単連結 と呼びます.それ以外の場合には 多重連結 と呼びます.

Fig6-xx

 変数 tt_1 から t_2 に変化するにつれ,その平面曲線はある意味ある方向に記述されます.xy 平面の曲線にとって,我々は任意にこの方向を または と記述します.これはある人がこの曲線をこの方向に通過する際にその頭が指す方向を正の z 方向とすると,その曲線で囲まれた方向が進行方向の常に左にあるか右にあるかによります.仮に xy 平面において単純閉曲線を見下ろすと,曲線を反時計回りに通過することが正であり,逆に時計回りに通過することが負であると言えます.

Predictive Equations of Basal Metabolic Rate

Basal metabolic rate (BMR) is the minimal energy in awake. The basal metabolism reference value and the predictive equations of National Institute of Health and Nutrition are reliable in Japanese and the predictive equations of Schofield and FAO/WHO/UNU are internationally common, respectively.

Curiously, the result was too small when I assigned weight and height into predictive equation of FAO/WHO/UNU in the age group of 18-29 year-old female. Although I have obtained the original article and reviewed the contents, I could not find the predictive equations. They seem to calculate BMR from Schofield’s predictive equations.

Predictive equations for BMR (upper: male, lower: female)
Name Age Equation
National Institute of Health and Nutrition (0.0481 \times W + 0.0234 \times H - 0.0138 \times A - 0.4235) \times 1000/4.186
(0.0481 \times W + 0.0234 \times H - 0.0138 \times A - 0.9708) \times 1000/4.186
Harris-Benedict 66.4730 + 13.7516 \times W + 5.0033 \times H - 6.7550 \times A
655.0955 + 9.5634 \times W + 1.8496 \times H - 4.6756 \times A
Schofield <3 (0.249 \times W - 0.127) \times 1000/4.186
(0.244 \times W - 0.130) \times 1000/4.186
3-10 (0.095 \times W + 2.110) \times 1000/4.186
(0.085 \times W + 2.033) \times 1000/4.186
10-18 (0.074 \times W + 2.754) \times 1000/4.186
(0.056 \times W + 2.898) \times 1000/4.186
18-29 (0.063 \times W + 2.896) \times 1000/4.186
(0.062 \times W + 2.036) \times 1000/4.186
30-59 (0.048 \times W + 3.653) \times 1000/4.186
(0.034 \times W + 3.538) \times 1000/4.186
60- (0.049 \times W + 2.459) \times 1000/4.186
(0.038 \times W + 2.755) \times 1000/4.186
FAO/WHO/UNU 18-29 (64.4 \times W - 113.0 \times H/100 + 3000)/4.186
(55.6 \times W - 1397.4 \times H/100 + 148)/4.186
30-59 (47.2 \times W + 66.9 \times H/100 + 3769)/4.186
(36.4 \times W + 104.6 \times H/100 + 3619)/4.186
60- (36.8 \times W + 4719.5 \times H/100 - 4481)/4.186
(38.5 \times W + 2665.2 \times H/100 - 1264)/4.186
W\mathrm{:\ weight\ (kg)},\ H\mathrm{:\ height\ (cm)},\ A\mathrm{:\ age\ (years)}

Reference:
The Dietary Reference Intakes for Japanese 2015 edition Energy (pdf)
The Dietary Reference Intakes for Japanese 2010 edition Energy (pdf)

基礎代謝量の推定式

 基礎代謝量とは覚醒状態で必要な最小限のエネルギーです.日本人においては基礎代謝基準値と国立健康・栄養研究所の式は妥当性が高いとされていますが,国際的には Schofield や FAO/WHO/UNU の推定式が一般的です.

 FAO/WHO/UNU の推定式で年齢階級 18-29 歳の女性の推定式ですが,実際に値を当てはめて計算してみると奇妙なことにあり得ないほど小さな値が出ます.原著にあたってみましたが推定式そのものは見当たらず,Schofield の推定式をもとに基礎代謝量を計算しているようです.

基礎代謝量の推定式(上段:男性 下段:女性)
名称 年齢 推定式
国立健康・栄養研究所 (0.0481 \times W + 0.0234 \times H - 0.0138 \times A - 0.4235) \times 1000/4.186
(0.0481 \times W + 0.0234 \times H - 0.0138 \times A - 0.9708) \times 1000/4.186
Harris-Benedict 66.4730 + 13.7516 \times W + 5.0033 \times H - 6.7550 \times A
655.0955 + 9.5634 \times W + 1.8496 \times H - 4.6756 \times A
Schofield <3 (0.249 \times W - 0.127) \times 1000/4.186
(0.244 \times W - 0.130) \times 1000/4.186
3-10 (0.095 \times W + 2.110) \times 1000/4.186
(0.085 \times W + 2.033) \times 1000/4.186
10-18 (0.074 \times W + 2.754) \times 1000/4.186
(0.056 \times W + 2.898) \times 1000/4.186
18-29 (0.063 \times W + 2.896) \times 1000/4.186
(0.062 \times W + 2.036) \times 1000/4.186
30-59 (0.048 \times W + 3.653) \times 1000/4.186
(0.034 \times W + 3.538) \times 1000/4.186
60- (0.049 \times W + 2.459) \times 1000/4.186
(0.038 \times W + 2.755) \times 1000/4.186
FAO/WHO/UNU 18-29 (64.4 \times W - 113.0 \times H/100 + 3000)/4.186
(55.6 \times W - 1397.4 \times H/100 + 148)/4.186
30-59 (47.2 \times W + 66.9 \times H/100 + 3769)/4.186
(36.4 \times W + 104.6 \times H/100 + 3619)/4.186
60- (36.8 \times W + 4719.5 \times H/100 - 4481)/4.186
(38.5 \times W + 2665.2 \times H/100 - 1264)/4.186
W\mathrm{:\ weight\ (kg)},\ H\mathrm{:\ height\ (cm)},\ A\mathrm{:\ age\ (years)}

参照:
日本人の食事摂取基準(2015 年版)エネルギー (pdf)
日本人の食事摂取基準(2010 年版)エネルギー (pdf)