医学课件 能量代谢和体温

能量代谢和体温 Energy Metabolism and Body Temperature 1 1、教学目的 通过本章学习，了解能量 代谢的有关概念，掌握体温的维持及其调节过 程。 2、教学要求 （ 1）了解机体能量的来源和去路以及能量 代谢的测定方法，熟悉影响能量代谢的主要因 素。 （ 2）掌握能量代谢、食物的热价、氧热价 、呼吸商、基础代谢、基础代谢率和体温等概 念。 （ 3）熟悉机体的产热过程和各种散热方式 。 （ 4）了解体温调节的机制。 2 3、教学重点 机体能量的来源和去路以及 能量代谢的测定方法，能量代谢、食物的热价 、氧热价、呼吸商、基础代谢、基础代谢率和 体温等概念 ,机体的产热过程和各种散热方式。 4、教学难点 机体能量的来源和去路以及 能量代谢的测定方法，体温调节的机制。 5、学时分配 2学时。 6、教法运用 讲授法。 7、学法指导 从对间接测热法的思考，到 食物的热价、氧热价、呼吸商的引入和把握； 从对机体的产热和散热的逐一领会，到体温相 对恒定的理解。 3 第一节 能量代谢 生物体内物质代谢过程中所伴随着的 能量释放、转移、贮存和利用的过程，称 为能量代谢（ energy metabolism ） 。 4 一、机体能量的来源和去路 机体所需要的能量主要来源于食物中的三 大营养物质，即糖、脂肪和蛋白质。其中糖是 最重要的能源物质，一般说来，机体所需能量 的 70%以上是由食物中的糖提供的（有氧氧化， 无氧酵解 1/18；葡萄糖和糖原易溶于水，能快 速提供所需能量 ;脑组织所需能量则完全来源于 糖的有氧氧化 ）；脂肪也是机体重要的供能物 质 (30 )（氧化放能多 ;因其是疏水的，故不需 携带像贮存多糖那样的结合水），同时是体内 各种能源物质贮存的主要形式；蛋白质主要用 以构成机体组织的成分，也可作为能源，但意 义不大 (长期饥饿或极度消耗时，才成为主要能 量来源 ) 。 5 氧化分解 CO2+H2O+能量 合 成 肝糖元 多糖等 葡萄糖 分 解 合 成 肌糖原 转 变 脂肪、某些氨基酸等 6 以脂肪组织的形式储存在皮下、肠系膜等 处 脂肪 氧化分解 CO2+H2O+能 量 甘油、脂肪酸 转 变 糖原等 一般成年人体内储存的糖原只有几百克，而脂肪的储存量 数 千克甚至十几千克。 1g脂肪在体内储存所占的体积是 1g糖原 的 1/5，但 1g脂肪氧化分解所释放的能量是 1g糖原的 2倍多。 7 蛋白质分解产生的氨基酸 合成： 各种组织蛋白质（如 Hb、肌球蛋白、肌动 蛋 白等）和有一定生理功能的特殊蛋白质（如 纤维蛋白原、凝血酶、激素和酶等）。 氨基转移： 形成新的氨基酸，如谷氨酸 和丙酮酸 在 谷丙转氨酶（ GPT）的作用下形成丙 氨 酸 和酮酸。 脱氨基： 含氮部分的氨基转变为尿素；不含氮部 分 合成糖类、脂类或氧化分解为 CO2+H2O+能 量。 8 消化吸收 氧化分解 食物中的糖类 CO2+H2O+能 量 血糖 分 解 合 成 肝 糖 原 80120 肝糖原、肌糖 原 mg/dl 转 化 转 变 非 糖 物 质 脂肪、某些氨基酸 等 160 mg/dl 尿糖 9 10 代谢中产生的 ATP是一种重要的贮能和供能物 质，它的合成和分解是机体内能量转移和利用的关 键环节，但它在组织中的贮存量是有限的。机体内 还有另一类贮能物质为磷酸肌酸，它具有高能磷酸 键，在肌细胞中含量较多。磷酸肌酸在能量的释放 和利用之间起着缓冲作用。 纯净的 ATP呈白色粉末状，能溶于水。作为一种 药品， ATP有提供能量和改善患者新陈代谢状况的 作用，常用于辅助治疗肌肉萎缩、脑溢血后遗症、 心肌炎等疾病。 ATP片剂可以口服，注射液可供肌 肉注射或静脉滴注。 11 二、能量代谢的测定 机体的能量代谢遵循能量守恒定律，这就 是说，在整个能量的转化过程中，机体所利用 的 食物中的化学能 与 最终转化成的热能和所做 的外功 ，按能量来折算是完全相等的。外功可 以折算为热能，因此，我们通过测定机体在一 定时间内所 散发的总热量 或 所消耗的食物量 ， 就可以测出机体在一定时间内所耗能量，即能 量代谢率。 12 能量代谢的测定有直接测热法和间接 测热法两种。 （一）直接测热法 （二）间接测热法 13 1、食物的热价、氧热价和呼吸商 （ 1）食物的热价 将 1克食物完全氧 化时所释放的热量称为食物的热价（ thermal equivalent）。食物的热价分 物理热价和生物热价。 （ 2）食物的氧热价 某种营养物质氧 化时，消耗 1升氧所产生的热量称为该物 质的氧热价（ thermal equivalent of oxygen）。 14 （ 3）呼吸商 生理学上将一定时间 内机体的 CO2产生量与耗氧量的比值称为 呼吸商（ respiratory quotient, RQ） 。 产生的 CO2mol数 产生的 CO2ml数 RQ= = 消耗的 O2mol数 消耗的 O2ml数 15 由于各种营养物质的碳、氢、氧含量不同，在 体内氧化时氧耗量和 CO2产量亦不相同，故呼吸商 亦各异。 糖的呼吸商为 1.00，如葡萄糖氧化时： C6H12O6+6O26CO 2+6H2O+能量， RQ=6/6=1.00 不同脂肪的呼吸商稍有差异，约为 0.71，如三 油酸甘油酯氧化时： C57H104O6+80O257CO 2+52H2O+能量， RQ=57/80=0.71 因 蛋白质 在体内不能完全氧化，其 RQ只能通过 蛋白质分子中的碳和氢被氧化时的需氧量和 CO2产 量而间接计算，其值 约为 0.80。 在人类日常生活中，食物的性质都不是单纯的 ，而是糖、脂肪、蛋白质的混合，故呼吸商常变动 在 0.70 1.00之间。 一般膳食的人，呼吸商约为 0.82。 16 三种营养物质氧化的几种数据 物 质 耗氧量 产 CO2量 物理热价 生物热价 氧热价 呼吸商 (L/g) (L/g) (KJ/g) (KJ/g) (KJ/L) (R Q) 糖 0.83 0.83 17.0 17.0 21.0 1.00 脂 肪 1.98 1.43 39.8 39.8 19.7 0.71 蛋白质 0.95 0.76 23.5 18.0 18.8 0.80 17 非蛋白呼吸商 (NPRQ):指一定时间内 ， 机体氧化 非蛋白食物时的 CO2产生量与耗 O2量的比值。 整体产生 CO2总量分解蛋白产生 CO2量 NPRQ 整体耗 O2总量分解蛋白耗 O2量 分解蛋白产生 CO2量 = NP6.250.76(L) 分解蛋白耗 O2量 = NP6.250.94(L) 6.25=每产生 1g尿氮 (NP)需氧化蛋白 6.25g 0.76(L)=每氧化 1g蛋白的产生 CO2量 0.94(L)=每氧化 1g蛋白的耗 O2量 非蛋白呼吸商 (NPRQ)及氧 热价见 :表 7-2 18 19 2、 间接测热法步骤 ： 测定 CO2产生量和耗 O2量 测定尿氮量 计算出 NPRQ 查出非蛋白食物氧热价 计算出非蛋白食物的产热量 能量代谢计算 20 3、 能量代谢的 简易测算 将混合膳食的 RQ 定为 0.82； 测定 6min的耗 O2 量； 能量代谢计算： = 耗 O2量 混合膳食 的 RQ定为 0.82的 氧 热价。 21 三、影响能量代谢的因素 (一 )肌肉活动 肌肉活动对能量代 谢的影响最大。 表 7-3 机体不同状态时 的能量代谢率 状态 产热量 (KJ/m2.min) 躺卧 2.73 开会 3.40 擦窗子 8.30 洗衣 9.89 扫地 11.37 打排球 17.05 打篮球 24.22 踢足球 24.98 持重机枪跃进 42.39 22 (二 )精神活动 人在平静地思考问题时，能量代谢受到的 影响不大，其产热量一般不超过 4%。 但精神处于紧张状态 (烦躁、恐惧、情绪激 动等 )时，由于会导致无意识的肌肉紧张性增强 、交感神经兴奋及促进代谢的内分泌激素释放增 多等原因，产热量可显著增加。 23 (三 )食物的特殊动力效应 人进食后一段时间内 (从进食后 1h开始 ,持续 7 8h),即使同样处于安静状态 ,但产热量却比进食 前有所增加。食物能使机体产生 “额外 ” 热量的现象 称为食物的特殊动力效应（ specific dynamic action)。 各种营养物质的食物特殊动力效应不同，进食 蛋白质时产热量增加 30，混合性食物增加 10， 糖和脂肪增加 4 6。 这种额外产生的能量，不 能用来作功，而只能发散为热，所以在炎热 的气候中不宜多吃蛋白质食物。 其产生的机制尚不十分清楚，可能与肝脏处理 蛋白分解产物时的额外能量消耗有关 。 24 (四 )环境温度 1.人体安静时的能量代谢 ,在 20 30 的环境中较 为稳定。 2.环境温度超过 30 ，能量代谢率增加。 3.当环境温度低于 20 时，随着温度的不断下降 ，机体产生寒战和肌紧张增加以御寒，同时增加能 量代谢率。 25 四、基础代谢 (一 ) 概念 1.基础代谢：机体在 基础状态 下的能量代谢称为基 础代谢。 基础状态是 指人体在清醒而又极度安 静的状态下，不受肌肉活动、环境温度、食物 及精神紧张等影响时的能量代谢。 基础状态的条件如下： 清晨空腹，即禁食 12 14h， 前一天应清淡、不要太饱的 饮食，以排除食物特殊动力效应的影响。 平卧，全身肌肉放松，尽力排除肌肉活动的影响。 清醒且情绪安闲，以排除精神紧张的影响。 室温 18-25 ，排除环境温度的影响。 2.基础代谢率 (basal metabolic rate, BMR)：单位时间内的基础代谢。 26 （二）能量代谢率的衡量标准 研究发现，体表面积是较为合适的衡量能 量代谢率的尺度，因此，基础代谢率通常以 kJ/m2h 表示。 体表面积（ m2） =0.0061 身高（ cm） +0.0128 体重（ kg） - 0.1592 为了使用方便，体表面积还可根据图 11-2 检索出。使用时将受试者的身高和体重两点连 成直线，直线与体表面积尺度交点的数值，即 为受试者的体表面积值。 27 中国人标准体重的简便计算公式： 男性：标准体重（ kg） =身高（ cm） 105 女性：标准体重（ kg） =身高（ cm） 100 凡是体重超过标准体重 10%的人为超重 ； 凡是体重超过标准体重 20%的人为肥胖。 28 29 (二 )BMR的测定和正常值 1.BMR的测定 :(通常采用简易法 ) 2.BMR正常值： 10 15 20 可能是病态 甲亢： +25 +80%；甲减： -20% -40% 发烧：体温每升高 1 ， BMR升高 13%. 30 31 第二节 体温及其调节 32 概念 ： 指身体深部的平均 温度，即体核温度 。 37.5 意义： 体温的相对恒定是 机体新陈代谢和一切生命活 动正常进行的必需条件。 T 22 心跳停止； T 43 酶变性而死亡 ; T = 27 低温麻醉。 33 一、人体正常体温及生理变动 （一） 正常体温 1.肛温：正常为 36.9 37.9 。 2.口温：约比直肠低 0.2, 为 36.7 37.2 。 3.腋温：约比口腔低 0.3, 为 36.7 37.2 。 临床常用口温和腋温。测定腋温时要注意夹 紧体温计和测量时间（约需 10min）。 34 （二）体温的生理变动 1.昼夜节律变化 人的体温在一昼夜中呈现周期性波动，称为体 温的昼夜节律。 2.性别差异 成年女子体温平均比男子高 0.3 。 女子体温随月经周期而产生周期性变动 , 排卵日最低。 35 36 3.年龄差异 新生儿体温成年人老年人。 4.其他 肌肉活动时，肌肉代谢明显增强，产热增加， 情绪激动、精神紧张、进食等情况，都会影响 体温。 全身麻醉时，会因抑制体温调节中枢和扩张血 管的作用及骨骼肌松弛，使体温降低。 37 二、机体的产热和散热 （一） 产热 战栗产热：骨骼肌不随意的节律性收缩 非战栗产热：又称代谢产热，机体所有的组织器官都 能进行代谢产热。 38 主要产热器官 ： 安静状态，主要产热器官是内脏（尤其肝脏， 其次是脑）。 活动状态 ,主要产热器官是骨骼肌。 39 机体在寒冷环境几周后 甲状腺 T3、 T4 代谢率 (增加 4 5倍 ) 产热量 特点 ： 作用缓慢， 维持时间长。 产热活动的调节 寒冷刺激时 交感 -肾上腺髓质 NE、 E 产热量 特点 ： 作用迅速 ， 维持时间短。 40 (二 )散热 散热部位 ： 主：皮肤 面积大 与外界接触 血流丰富 有汗腺 次： 肺、尿、粪 41 42 散热方式： 机体散热方式有以下几种 : 辐射散热 指体热以热射线形式传给温度较低的周围环境 中的散热方式。 辐射散热量的多少取决于 : 机体的有效辐射面积 皮肤与环境的温度差 43 传导散热 指体热直接传给与机体相接触的较冷 物体的散热方式。 传导散热除了与皮肤及其所接触物体 间的 温度差 和 接触面积 有关外，还与物体 的 导热性能 有关。 人在空气中活动，且与固体环境的接 触有限，所以传导散热是四条散热途径中 最不重要的一条。 44 对流散热 指体热凭借空气流动交换热量的散热方式 。 对流散热是传导散热的一种特殊形式。 对流散热量取决于体表与空气之间的 温度 差 和 空气流动的速度。 45 辐射、传导、对流的散热效率主要决 定于皮肤与外界的温差，当外界温度低于 皮肤温度并且相差较大时，人体主要以这 几种方式散热，尤其是辐射散热。在我国 大部分地区的气候条件下，除炎热的夏季 外，外界气温一般低于体表温度，主要通 过上述几种方式散失体热。另一方面，人 体通过改变皮肤血管的舒缩状态以改变皮 肤血流量达到调节散热的目的。 46 当外界温度等于或高于体表温度时， 机体不能再通过皮肤的辐射、传导和对流 来散热，甚至反而吸收外界的热量。此时 蒸发散热成为 唯一 的散热方式。 蒸发散热 指体液的水分在皮肤和 粘膜表面由液态转化为气态，同时带走大 量热量的散热方式。 蒸发散热分不感蒸发和可感蒸发 。 47 不感蒸发：又称不显汗。 指体液的水分直接 透出皮肤和粘膜表面，在未聚成明显水滴前蒸发掉的 散热形式。 不感蒸发是持续进行的。人体不感蒸发量 约 1000ml/日。 临床上给病人补液时应考虑到由不感 蒸发丢失的体液量。 48 发汗， 又称可感蒸发。 人在安静状态下，当环境温度达到 30 左右时，便开始 发汗；如果空气湿度大、衣着又多时，气温达 25 便可发汗； 机体活动时，由于产热量 ，虽然环境温度低于 20 亦可发汗 。 炎热的气候，短时间内发汗量可达 1.5L/h。 49 汗液 ： 水分 ： 99 汗液流经汗腺排出管的起始部时，有 一部分 NaCl可被重吸收，从而使最终排出的 汗液成为低渗。 机体大量出汗可造成高渗性脱水，要 补充大量的水份和适量的 aCl。 固体 ： 大部分为 NaCl 其余为 KCl、 尿素 、 乳酸等 无葡萄糖和蛋白质 50 产热和散热平衡 51 三、体温调节 (一 )温度感受器 1.外周温度感受器 分布： 全身皮肤、某些粘膜和腹腔内脏等处 。 类型：温觉感受器和冷觉感受器 作用 ：温度感受器传入冲动到达中枢后，除产 生温觉之外，还能引起体温调节反应 。 52 2.中枢性温度敏感神经元 分布 ：下丘脑、脑干网状结构和脊髓等处 分类： 热敏神经元和冷敏神经元 血温 热敏神经元冲动发放频率 血温 冷敏神经元冲动发放频率 在视前区 -下丘脑前部 (preoptic-anterior hypothalamus area, PO/AH)也存在着比较密集的热敏和冷敏神经元，形 成一个对温度十分敏感的感受区。 局部脑温变动 0.1 加温 PO/AH PO/AH 的热敏 N元 + 散热反应 产热反应 冷却 PO/AH PO/AH 的冷敏 N元 + 散热反应 产热反应 说明： PO/AH中的某些温敏神经元能感受局部 脑温的变化 。 53 (二 )体温调节中枢 虽然从脊髓到大脑皮层的整个 CNS中都存在调 节体温的中枢结构。 调节体温的基本中枢位于下丘脑。 PO/AH还能对 中脑、延髓、脊髓、皮肤等处传入 的温度信息发生反应，以及能直接对致热物质、 5- HT、 NE等物质发生反应 说明： PO/AH具有体温调节整合中枢的地位 。 54 (三 )体温调节机制 “调定点 (set point)”学说 干扰因素 ： 致热原使 调定点 孕激素使 调定点 55 四、人体在冷热环境中的功能障碍 在寒冷环境中，经神经系统等的调节使皮 肤血管持续收缩，导致局部缺血而产生冻疮等 伤害。在寒冷环境中停留时间太长，身体热量 的产生不足以抵偿热量的发散，会导致体温降 低，甚至引起死亡。 在高温环境中，尤其在高气温、高湿度、低 风速情况下，产热多而散热困难，体内淤热而 发生中暑，其突出表现是体温升高、面色苍白 、脉搏细弱、血压降低甚至昏倒。如果在高温 环境中出汗过多，事先又未注意补充食盐而发 生电解质代谢紊乱，常突然发生四肢肌群、腹 壁肌、膈肌的痉挛性收缩，称热痉挛。在炎热 季节，应注意做好防暑、降温工作。 56 五、发热 发热（ fever）是多种疾病所伴随的一种共同症状， 是以体温调节功能改变和体温升高为主要表现的一种常见 病理现象。 引起发热的原因很多，常见的有细菌、病毒和某些寄 生虫感染、广泛性外伤、烧伤、内出血、大手术及恶性肿 瘤等。大多数情况的发热是致热源（致热物质）性发热， 主要是某些细菌解体而释放的致热源，以及中性粒细胞、 单核细胞受细菌病毒等激活而释放的致热物质作用于下丘 脑体温调节中枢的结果。 在一定限度内的发热是恒温动物 对有害因素的一种生理反应，有保护意义 。这就是升高了 的体温有利于加强人体的防御机构