能量代谢与体温课件

能量代谢和体温,一、 能量代谢二、 体温及其调节,1,一、 能量代谢 （一）、机体能量的来源与去路 （二）、能量代谢的测定 （三）、影响能量的主要因素 （四）、基础代谢,2,定义：生物体内物质代谢中所伴随着的能量释放、转移和利用等，称为能量代谢（energy metabolism）。,3,（一）机体能量的来源和去路,自然界中的能量形式多种多样，如热能、电能、机械能和化学能等，但人体只能利用食物中的化学能。,1、机体能量的来源,4,摄入机体的糖、脂肪和蛋白质是机体的三大营养物质，既可用来构筑机体的结构以实现组织的自我更新，又是机体的能量来源。在这些能源物质分子结构的碳氢键中，蕴藏着化学能，在氧化过程中碳氢键断裂，生成二氧化碳（CO2）和水（H2O），同时释放出蕴藏的能量。,5,三种供能物质比较表,6,（1）.糖（carbohydrate）,糖是机体主要的能源物质，机体所需总能量的70%以上是由糖分解代谢提供的。糖消化产物葡萄糖被吸收入血液后，一部分供全身细胞利用；另一部分经合成代谢以肝糖原和肌糖原的形式储存于肝脏和肌肉；少部分转化成为脂肪或蛋白质。,7,（2）.脂肪（fat）,脂肪在体内主要功能是储存和供给能量。通常成人糖的储藏量仅约150 g，而脂肪达数公斤，占体重的20%左右；而脂肪在体内完全氧化所释放的能量约为糖或蛋白质的2倍。,8,脂肪酸在氧充足供应的情况下，完全分解为CO2和H2O，并释放能量。由于糖可以在这个环节上转化为脂肪，故摄取过多的糖可能导致肥胖。通常，机体能量的40%50%来自于脂肪的分解；在饥饿的情况下，糖供应不足，机体主要依靠脂肪分解供能，可占能量来源的80%以上。,9,（3）. 蛋白质（protein）,一般情况下，机体不需要蛋白质供能。蛋白质的分解产物氨基酸主要用于构成组织的蛋白质、合成激素和酶等生物活性物质。只有在糖和脂肪供应不足的时候（如长期不能进食或能量消耗过大），体内的蛋白质才被分解成氨基酸，参与三羧酸循环而氧化供能。,10,2、机体能量的去路,各种能源物质在体内氧化所释放的化学能，其总量的50%转化为热能以维持体温，其余不足50%转化为可以做功的自由能。自由能以ATP的形式储存在体内，供机体利用来完成各种机能活动，,11,热能主要用来维持体温，不能转化为其他形式的能量，由体表、呼吸道、排泄物带出体外。,12,（二）、能量代谢测定 直接测热法(Direct calorimetry) 间接测热法(Indirect calorimetry) 定比定律能量守恒定律,13,能量代谢的测定是指测定机体在单位时间内所消耗的能量，即能量代谢率。,能量的输入（食物中的化学能） 能量的输出（热能和做的外功）,测定原理：能量守恒原理，能量由一种形式转化成另外一种形式，既不增加，也不减少。即在机体的能量转化过程中：,14,热量的单位：在生理学和营养学中，使用卡（cal）或千卡（kcal）为单位来计算能量，但现行的国际单位制，能量的计量单位是焦耳（ J）或千焦耳（kJ）。卡和焦耳的换算关系为：1 cal = 4.187 J。能量代谢率的测定方法：测定机体在单位时间内散发的总热量有两种方法：直接测热法和间接测热法。,15,1. 直接测热法,利用特殊的装置直接测得整个机体单位时间内散发的总热量，即测得单位时间内机体散发的热量使一定量的水温度升高数值，再根据流过管道的水量和温度差。由于测热装置过于庞大和复杂，操作繁琐，一般不多使用。,16,17,2. 间接测热法,理论依据：是化学反应中的反应物的量与产物之间的比例关系，即定比定律。例如：氧化1 mol葡萄糖，需要6 mol O2，同时产生6 mol CO2和H2O，并释放出一定的能量：,18,间接测热法就是利用化学反应反应物量与产物之间的定比关系，测出一定时间内机体氧化分解的糖、脂肪和蛋白质各是多少，进而间接计算出机体在测定时间段内所释放的总热量（能量代谢率）。,19,1）食物的热价,1 g某食物在体内氧化或在体外燃烧时所释放的热量（kJ/g），分别称为生物热价和物理热价。,20,糖和脂肪在体内氧化与在体外燃烧所释放的热量相同，它们的生物热价和物理热价没有差别；但蛋白质在体内不能被完全氧化，故其生物热价和物理热价不同。,21,2）食物的氧热价,食物氧化要消耗氧，而氧的消耗量与物质氧化的产热量之间有一定的关系。通常把食物氧化时消耗 1 L氧所产生的能量称为该食物的氧热价（kJ/L）。,22,3）呼吸商,机体通过肺的呼吸从外界摄取O2，以满足生理活动需要，同时将CO2呼出体外。一定时间内机体呼出的CO2与吸入的O2的比值，称为呼吸商（respiratory quotient, RQ），即：,23,24, 如果呼吸商接近于1，说明在测定的时间段内体内的能量主要来源于糖的氧化。 在糖尿病患者，因葡萄糖的利用发生障碍，机体主要靠脂肪代谢供能，呼吸商偏低，接近于0.7。 在长期饥饿的情况下，机体的能量主要来自于自身蛋白质的分解，呼吸商接近于0.8。正常人进食混合性食物，呼吸商一般在0.865左右。,25,在一般情况下，体内能量主要来源于糖和脂肪的氧化，蛋白质的代谢可忽略不计。因此，可根据糖和脂肪不同比例混合氧化时所产生的CO2和消耗的O2计算出相应的呼吸商，称为非蛋白呼吸商。,4）非蛋白呼吸商,26,测出机体在一段时间内的耗氧量和CO2产生量，并测出尿氮排出量。根据尿氮含量计算出蛋白质的氧化量。由于体内氧化1 g蛋白质可产生0.16 g尿氮，故将测出的尿氮乘以6.25，即可得知在测定的时间段体内蛋白质的氧化量、蛋白质食物的产热量和非蛋白呼吸商（NPRQ）。根据表7-2查出非蛋白呼吸商（NPRQ）所对应的氧热价，进而计算出非蛋白食物的产热量。算出总产热量，即蛋白质食物产热量和非蛋白食物产热量之和。,间接测热法的具体步骤,27,例题： 如果某受试者24小时的耗O2量 为400 L，CO2的产量为340 L，尿氮排出量为12 g，根据上述测定步骤，则：,28,29, 蛋白质代谢： 氧化量 12 g 6.25 75 g 产热量 18 kJ/g 75 g 1350 kJ 耗氧量 0.95 L/g 75 g 71.25 L CO2产量 0.76 75 g 57 L 非蛋白质代谢：耗氧量 400 L71.25 L 328.75 L CO2产量 340 L - 57 L 283 L NPRQ 283 L 328.75 L 0.86 根据NPRQ的氧热价计算非蛋白代谢的产热量：查表7-2，NPRQ为0.86时，氧热价为20.40 kJ/L，故： 非蛋白代谢产热量 328.75 L 20.40 kJ/L 6706.5 kJ 计算24 小时的产热量： 24小时的产热量 1350 kJ + 6706.5 kJ 8056.5 kJ 故：该受试者24小时的能量代谢值为8056.5 kJ。,30,（三）、影响能量代谢的主要因素,影响能量代谢因素主要有：肌肉活动、精神活动、食物的特殊动力作用和环境温度。,31,1、肌肉的活动,是影响能量代谢的最主要因素。肌肉活动需要的能量来自于营养物质的氧化，这将导致机体耗氧量的增加，因此机体的任何轻微的活动都会提高能量代谢率。劳动或运动时能量代谢和耗氧量显著增加，且与肌肉活动的强度成正比关系，故可利用能量代谢率作为评价劳动或者运动强度的指标,32,33,2、精神活动,在睡眠和精神活动状态下，脑中的葡萄糖代谢率并无明显差异。但是，当精神紧张时（如情绪激动、烦恼、愤怒、恐惧等），会引起骨骼肌张力的无意识地增高、交感神经释放的儿茶酚胺，以及甲状腺激素等刺激代谢的激素释放增多，会使产热量增加。由于精神活动的加强会使代谢加强，故在进行基础代谢率测定时，受试者需要摒除精神紧张的影响。,34,3、环境温度,环境温度在2030C时，机体的能量代谢最稳定； 30C，体内化学反应速度加快、发汗、循环和呼吸功能增强，代谢率增高。,35,4、食物的特殊动力效应,进食后一段时间内（进食后1小时开始，23小时达到高峰，延续78小时），即便是在安静状态下，机体产热量也比进食前增加，这种由食物引起机体“额外”地产生热量作用称为“食物的特殊动力效应”。,36,（四）、基础代谢,基础代谢：指基础状态下的能量代谢，体内能量的消耗仅用于维持基本生命活动，能量代谢比较稳定。基础状态：清晨、清醒、静卧、无肌肉活动；测定前夜睡眠良好、测定时无精神紧张；测定前至少禁食12小时；测定室温保持在20 25 C；体温正常。,37,基础代谢率（BMR):基础状态下单位时间内的能量代谢。正常值范围：10%15%以内为正常。超过20%时，可能是病理变化。特别是诊断甲状腺疾病 的重要辅助方法。,38,甲状腺机能低下（粘液性水肿）,BMR低于正常值 20 40%,甲状腺机能亢进（甲状腺肿瘤）,BMR高于正常值 25 80%,39,40,二、 体温及其调节 （一）、体温 （二）、机体的产热和散热 （三）、体温调节,41,（一）、体温,体温,表层温度,深部温度,恒温动物 深部温度相对稳定 变温动物 深部温度随环境变化一般所说的体温指机体深部的平均温度,42,1、表层温度和深部温度表层体温（体壳) 机体外壳温度，其值低于深部温度 影响因素：环境温度和衣着等。 生理意义：在散热活动中起重要作用,43,深部体温(体核)机体深部组织的温度 特点：相对稳定（37 左右）、有差异（肝脏和脑最高38 C左右，肾脏、胰脏等较低，直肠温度最低）。 意义：是机体新陈代谢和维持正常的生命活动的必要条件,44,正常人体体温,45,表层温度,皮温：机体最外层的温度特点：体表各部位温差大，四肢末梢 温度最低，越靠近躯干、头部， 温度越高意义：皮温与局部血流有关，临床可 作为外周血管疾病的诊断指标,46,人的体温虽然相对稳定，但在正常生理情况下，仍可随昼夜、性别、年龄、肌肉活动、精神状态和环境温度的变化而变化，但这些变化一般不会超过1 C，故在临床上没有重要意义。,2、体温的正常变动,47,（1）、昼夜变化,清晨2-6时体温最低 ，午后1-6时体温最高体内生物钟控制，与肌肉活动及耗氧量等无关下丘脑的视交叉上核是生物节律的控制中心,地苔巍圃仲坛叠蔚潭差芬盎剂憨徊胀糜帛仑脆贰述窟绸患竞敢于侨稳臀宏丰南能量代谢丰南能量代谢,48,（2）. 性别的影响,女子男子平均约0.3，可能与女性皮下脂肪较多、散热少有关。女子的基础体温（早晨醒后起床前测定的体温）随月经周期发生变化，在月经期和月经后的前半期较低，排卵日最低。女性排卵后体温升高，是由于体内孕激素水平的周期性变化所致。因此，可以通过测定基础体温得知女子月经周期中有无排卵和确定排卵日。,49,50,（3）. 年龄的影响,儿童的体温稍高于成年人，而老年人的体温则比成年人略低，这与不同年龄段人群基础代谢有关。新生儿，特别是早产儿的体温调节机构发育尚未健全，体温调节能力差，容易受到环境温度变化的影响，因此对婴幼儿要注意保温护理。,51,（4）. 其他因素的影响,肌肉活动时、情绪激动、精神紧张以及进食时代谢加强，产热量增加，体温升高。麻药对体温也有影响，能扩张皮肤血管，增加体热的散失；故对麻醉手术的病人，需要在术中和术后注意体温监护。,52,(二)、机体的产热和散热,恒温动物之所以能够维持相对稳定的体温，是由于在体温调节机构的控制下，产热和散热两个生理过程能够取得动态平衡。,53,1、机体的产热过程,（1）、 主要产热器官 肝脏是人体代谢最旺盛的器官，产热量最大。安静时，肝脏血液的温度高于主动脉血液0.4 0.8 C。骨骼肌在安静状态下的产热量并不大，但骨骼肌占体重的40%，有巨大的产热潜力。因此，骨骼肌的紧张程度稍有增加，其产热量就发生明显改变；而当骨骼肌活动加强时，机体的产热量可急剧增加。,54,（2）.机体的产热形式 机体以战栗产热和非战栗产热两种形式来增加产热量以维持正常的体温。战栗（寒战）产热：在寒冷环境中以骨骼肌发生不随意的节律性收缩（9 11次/min）而产热。产热量很高，有利于机体在寒冷环境下维持体热平衡。非战栗产热：又称代谢产热。其中以褐色脂肪组织的产热量最大，约占非战栗产热量的70%。褐色脂肪组织主要分布于腹股沟、腋窝和肩胛下区。,55,（3）. 产热活动的调节体液调节： 甲状腺素是调节产热的最重要的体液因素。生活在寒冷环境下几周而产生机体对寒冷的适应反应后，甲状腺激素分泌增多，可使代谢率提高20% 30%；而且，甲状腺激素作用的特点是缓慢而持久。 肾上腺素、去甲肾上腺素和生长激素，它们的特点是作用迅速，维持时间短。,56,神经调节： 寒冷刺激可兴奋交感神经系统，从而引起肾上腺髓质活动的加强，肾上腺素和去甲肾上腺素分泌增多，导致产热量增加； 寒冷刺激导致甲状腺激素分泌增多也是通过神经系统实现的，即寒冷刺激引起下丘脑促甲状腺激素释放激素（TRH）释放，后者刺激腺垂体促甲状腺激素（TSH）释放增多，从而加强甲状腺的分泌活动。,57,2、机体的散热过程,（1）.散热的几种方式 当环境温度低于体表温度时，大部分体热通过皮肤的辐射、传导和对流而散发，一小部分体热随呼出气、尿和粪而散发。 当环境温度等于和高于皮肤温度时，机体以蒸发的方式散热。,58,辐射散热：机体通过发射红外线将体热传给外界环境的一种散热方式，散热量的多少取决于皮肤与外界环境之间的温度差。传导散热：机体将热量传给所接触温度较低物体的一种散热方式，散热量的多少取决于皮肤与接触物之间的温度差、接触物的导热率和接触面积。例如，临床上常采用导热率高的冰袋、冰帽等给高热病人降温。,59,蒸发散热：机体通过体表水分蒸发而散热的一种散热方式。在人的体温条件下，每蒸发1 g水，可使机体散发2.43 kJ的热量。,对流散热：机体与外界环境之间通过空气进行热量交换的一种散热方式，散热量的多少受风速的影响极大。,60,不感蒸发：人即便是处于低温的环境中和不发汗，皮肤和呼吸道仍不断有水分渗出而被蒸发掉（其中通过皮肤蒸发的称为不显汗），这些感觉不到的水分蒸发被称为不感蒸发。室温在30 C以下时，人体24小时不感蒸发水量大约为1,000 ml，其中通过皮肤蒸发的约为600800 ml，这种蒸发与汗腺的活动无关。,61,发汗（可感蒸发）：是机体通过汗腺的活动而主动分泌汗液的过程，可以被感觉到，故又称可感蒸发。人在安静的状态下，当环境温度高于30 C时便开始发汗。发汗的速度受环境温度和湿度的影响，环境温度越高，发汗速度越快；环境湿度越大，汗液越不容易蒸发。,发汗：是人体在环境温度高于体温时重要的主动散热手段，故当先天性汗腺缺乏和大面积烧伤病人的汗腺分泌障碍时，机体在热环境中不能通过发汗散发热量，这些人的体温可明显上升。,62,汗腺的种类：分为大汗腺和小汗腺两种。大汗腺局限于腋窝和阴部等处，于青春期开始活动；小汗腺分布于全身皮肤，通过发汗参与体温的调节。汗腺的神经支配：发汗是一种反射性活动。发汗中枢在下丘脑体温调节中枢附近。大部分汗腺主要受交感胆碱能神经纤维支配。手掌、足和前额等处汗腺中的一些受交感肾上腺素能纤维的支配。,（2）.汗腺与汗腺活动的调节,63,温热性发汗：由温热刺激引起，见于全身各处，主要参与体温调节。精神性发汗：由精神紧张引起，主要发生在手掌、足和前额等部位，与体温调节之间的关系不大。,64,在炎热环境中，交感神经紧张性活动降低，皮肤小动脉舒张，皮肤血流量增加，较多的体热从机体深部被血流带到机体表层，皮肤温度升高，散热量增加。在寒冷环境中，交感神经紧张性活动加强，皮肤血管收缩，皮肤血流量减少，散热量减少。同时，由从手和足回流的静脉血液从动脉摄取热量，使得热量的丧失减少。,（3）. 循环系统在散热中的作用,65,通过生理性产热和散热反应而将体温维持在一个相对稳定水平，这一过程