生理学能量代谢

能量代谢与体温,主 讲 邹 飞生 理 学 教 研 室,能量代谢： 生物体内物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用等称为能量代谢。能量来源： 来自结构中CH键中所蕴藏的化学能。 1) 糖: 主要能量来源(70%), 肌糖原、肝糖原; 2) 脂肪：储备能源(短期饥饿), 储存脂质; 3) 蛋白质: 较少作为能量来源(长期饥饿或极度消耗); 人体结构的主要成分。,维持体温 肌肉收缩 代谢物 ATP (外功)分 热能 ( 50%释放) C 神经传导解 转移 储存 利用 生物电能 氧 化学能 CP 合成代谢 化 消耗吸收CO2+H2O 分泌排泄 C肌酸，CP=磷酸肌酸 其它功能 体内能量的转移、储存和利用 维持体温 热能 1千卡 = 4.187 千焦耳, 1 瓦特 =1 焦耳/秒,(50%),ADP,Pi,体内含高能磷酸键的化合物：ATP、CP（磷酸肌酸，ATP的储存库。 ATP即是体内重要的储能物质，又是直接的供能物质； 临床上常将ATP作为辅助性药物用于休克、昏迷、脑血管疾患、心肌炎等的急救和肝炎、神经炎、肌萎缩等疾病的治疗。,能量代谢的测定原理和方法,原理 热力学第一定律: 能量守恒定律;方法: (一) 直接测热法 测定整个机体在单位时间内向外界环境发散的总热量。极少应用。 缺点：设备复杂、操作繁琐、使用不便。,(二) 间接测热法 基本原理：定比定律 C6H12O6+6O26CO2+6H2O+H 需解决的问题： 1、每种营养物质氧化分解时产生的热量是多少 食物的热价 2、分清三种营养物质合被氧化了多少。,食物的热价 1克食物氧化(或在体外燃烧)时所释放出来的能量。 物理热价：体外燃烧 生物热价：体内氧化食物的氧热价 消耗1L O2 去氧化某种营养物质所产生的热量。呼吸商(respiratory quotient,RQ) 一定时间内机体的CO2产量与耗氧量的比值。 RQ = CO2 的产量 / 氧耗量非蛋白呼吸商,21.关于三大营养物质在体内的代谢，下述哪项是错误的( ) A.只有将能量转移至ATP，才能为组织活动所利用 B.人体在不作外功的情况下，所消耗能量全部转化为热能 C.蛋白质在体内氧化和体外燃烧时所产生的能量相等 D.人体所需总能量的70以上来自糖的分解,糖： RQ6molCO2/6molO2=1.00 脂肪 ：C57H104O6+80O2=57CO2+52H2O RQ=57/80=0.71 蛋白质: 间接算出 RQ=0.80 日常生活中, 由于饮食结构不同，呼吸商常变动于 0.711.00 之间，特定时间内的呼吸商决定于当时的主要营养物质，一般情况下，摄取混合食物时 (中国人)，呼吸商常在 0.85 左右。,三种营养物质氧化时的几种数据 营养 食物热价 氧耗量 CO2产量 氧热价 呼吸商 物质 kJ/g (kcal/g) L/g L/g kJ/g (kcal/g) 糖 17(4.1) 0.83 0.83 21(5.0) 1.00 蛋白质 17(4.1) 0.95 0.76 18.8(4.5) 0.80 脂肪 39 (9.3) 2.03 1.43 19.7(4.7) 0.71,糖尿病0.71， 长期饥饿0.80，正常人进混合食物0.85 基础状态0.82,非蛋白呼吸商：糖和脂肪氧化的CO2产量和耗氧量的比值。 总CO2产量蛋白质氧化的CO2产量 NPRQ= 总O2耗量蛋白质氧化的O2耗量 蛋白质中16%的N完全随尿排出, 1克尿N相当于6.25克蛋白质。,非蛋白呼吸商和氧热价(0.7071.00) 非蛋白呼吸商 糖耗氧% 脂肪耗氧% 氧热价(kJ /L) 0.707 0.00 100.0 19.62 0.71 1.10 98.9 19.64 0.72 4.75 95.2 19.69 . . . . 0.82 40.3 56.2 20.26 0.86 54.1 45.9 20.41 0.85 50.7 49.3 20.36 1.00 100.0 0.00 21.13,临床上通常采用间略法来测定能量代谢和基础代谢率。 如：用肺量计测得某受试者一定时间内的氧耗量为 328L，CO2的产量为 283L，则 非蛋白呼吸商283/ 328=0.86 查表得 0.86 所对应的氧热价为 20.41 非蛋白产热量=32820.41=6694.5 kJ 简洁法: 混合膳食,呼吸商=0.85, 氧热价=20.36 产热量=32820.36=6678.1 kJ,影响能量代谢的因素,肌肉活动：主要因素 精神活动：精神处于紧张状态，如：烦恼、恐惧或强烈的情绪激动, 可导致肌紧张和某些激素的释放； 食物的特殊动力效应： 蛋白质: 30%; 糖6%; 脂肪: 4%; 混合食物: 10%； 机制：肝脱氨基(可能)，18h； 环境温度：2030时最稳定 温度() 10 20 30 45 最稳定 寒颤或肌紧张增强 肌肉松弛 代谢率增加 体温：体温升高1 ， 13%,13.当环境温度高于30时，人体基础代谢率的变化是( ) A.降低 B.升高 C.先升高后降低 D.不变14.食物特殊动力效应最高的物质是( ) A.糖 B.脂肪 C.蛋白质 D.混和食物15.影响能量代谢的因素有( 多 ) A.肌肉活动 B.环境温度 C.食物特殊动力效应 D.精神活动 E.体温,基 础 代 谢,基础代谢: 基础状态下的能量代谢。 基础状态：指人体处在非常清醒和安静、不受肌肉活动、环境温度、食物及精神紧张等的影响时的状态(具体嘱咐)。 基础代谢率(basal metebolism,tate,BMR)：单位时间内的基础代谢，即基础状态下，单位时间内的能量代谢 (但并不是最低的，因为睡觉不做梦时更低，比清醒安静时低 810%,)。单位：kJ/m2h,体表面积(m)0.0061身长(cm)+0.0128体重(kg)-0.1529,我国正常的基础代谢率平均值(kJ/m2h) 年龄 1115 1617 1819 2030 3140 4150 51以上 男性 195.5 193.4 166.2 157.8 158.7 154.1 149.1 女性 172.5 181.7 154.1 146.5 146.4 142.4 138.6 与体表面积有关的生理指标有： 基础代谢率、肺活量、心输出量、主动脉和气管的横截 面、肾小球滤过率等。 基础状态下的非蛋白呼吸商固定为 0.82.,举例: 受试者，男，20岁。基础状态下，1h的耗氧量为 15L。非蛋白呼吸商定为 0.82，查表得氧热价为 20.20，所以1h的产热量为： 20.2015303kJ 此人的体表面积为1.5 m2，从而1h内每平方米体表面积的产热量为： 3031.5=201.8 kJ/h 20y男子正常BMR为157.8kJ/m2h,故此人超出正常 44.0 kJ/m2h，超出正常值的百分数 44.0/157.810027.8%, 即+27.8%,测定BMR的意义 1.允许误差范围：1015，无论较高或较低,都不属病态,超过20,考虑病态; 2.是诊断甲状腺疾病的重要辅助方法,甲低:比正常值低20%40%; 甲亢:比正常值高2580； 3.其它致BMR降低的疾病有：阿狄森病、肾病综合征、垂体性肥胖症及病理性饥饿； 致BMR升高的疾病有：糖尿病、红细胞增多症、白血病及伴呼吸困难的心脏病。体温每升高1，BMR升高13%左右,18.测定基础代谢率要求的基础条件不包括下列哪一项( ) A.空腹 B.无体力活动和精神紧张 C.环境温度1825 D.深睡状态,体温及其调节,概念 体温: 机体深部的平均温度。 恒温动物和变温动物；酶促反应的最适温度：37左右; 体温 30 左右, 意识丧失; 体温 4243, 亦可致命。,表层温度: 人体的外周组织包括皮肤、皮下组织和肌肉等的温度。 深部温度：机体深部(内脏器官)的温度。,临床测定体温的常用方法 直肠温度：36.937.9, 插入6 cm 以上, 易受下肢温度的影响; 口腔温度：36.637.6, 舌下,易受经口呼吸、进食和喝水等影响； 腋窝温度：36.237.2, 密闭, 10 min, 易受环境温度、出汗和测量姿势的影响 食管温度：其中部温度与右心温度基本相等，实验研究中常用； 鼓膜温度：常作脑组织温度的指标。,体温的正常变动 1、昼夜变化：清晨26时最低，午后16时最高，幅度一般不超过1，与地球的自转有关，昼夜节律或日周期，新生儿无昼夜节律。 2、性别：女性平均高于男性0.3, 女性排卵后体温升高持续至下次月经开始, 与性激素(孕激素)分泌有关。 3、年龄：儿童较高，新生儿和老年人较低，应加强对新生儿和早产儿的护理； 4、肌肉活动：测体温时应保持安静，防止小儿哭闹。4.8km的长跑,体温可升至4041; 5、其它：情绪激动、精神紧张、进食、环境温度等的变化均可影响体温。,临床测定体温的常用方法有哪些？各有哪些注意事项？,1.正常人的直肠温度、腋窝温度和口腔温度的高低应当是( ) A.口腔温度腋窝温度直肠温度 B.直肠温度口腔温度腋窝温度 C.直肠温度腋窝温度口腔温度 D.腋窝温度口腔温度直肠温度2.人体体温昼夜节律变化中，体温最低的时间是( ) A.上午810时 B.下午34时 C. 清晨26时 D.夜间1012时3.女性月经期中，体温最低的时间是( ) A.行经期 B.排卵前 C.排卵后 D.排卵日4.关于体温生理性变异的叙述，以下哪项是错误的( ) A.幼儿高于成人，新生儿易波动 B.剧烈运动可使体温升高12 C.清晨26时最低 D.女性一般高于男性，而且排卵之日最高,体 热 平 衡,概念: 产热过程和散热过程的动态平衡。 运 动 发 汗 内分泌 热喘呼吸 寒 战 收 舒 缩 张 产 热 散 热 糖 辐 射 脂肪 传导对流 蛋白质 蒸 发 35 39 体温,36,38,氧化,皮肤血管,37,(一) 产热过程 1.主要产热器官 安静时：内脏（主要是肝脏） 运动或劳动时：骨骼肌 2.产热的形式 基础代谢（主要） 骨骼肌运动 食物的特殊动力效应 寒战和非寒战,寒战产热: （1）人在寒冷环境中的重要产热方式； （2）骨骼肌发生的不随意的节律性收缩； （3）特点：屈肌和伸肌同时收缩； （4）不做功，但产热量很高(4-5倍)； （5）节律9-11次/分; （6）寒战前肌紧张。非寒战产热： （1）又称代谢产热，是一种通过提高组织代谢率来增加产热的形式。 （2）主要组织：棕色脂肪组织 （3）对新生儿最重要,3.产热活动的调节 （1）体液调节 甲状腺激素：最重要的产热激素。产热缓慢 增加,维持时间长。 肾上腺素、去甲肾上腺素和生长激素：可迅 速增加产热量，但维持时间短； （2）神经调节,(二) 散热过程 在基础状态下若不散热, 体温每小时将升高1, 正常活动情况下将升高2 环境温度为21时人体散热方式及其所占比例 散 热 方 式 百 分 数(%) 辐射、传导、对流 70 皮肤水分蒸发 27 呼吸 2 尿、粪 1,1、辐射、传导、对流 辐射(radition) 概念： 机体以热射线的形式将热量传 给外界较冷物质的一种散热形式。 影响因素：1、温度差； 2、机体有效辐射面积；,传导(conduction) 概念：机体的热量直接传给同它接触的较物体的一种散热方式。 影响因素：1、温度差； 2、物体的导热性； 3、接触面积 铁、衣物、脂肪、南极海豹、油脂、冰。,对流(convection) 概念：通过气体或液体来交换热量的一种方式，是传导散热的特殊形式。 影响因素：温度差、风速 衣服覆盖的皮肤表层, 不易实现对流，棉毛间的空气不易流动，利于保温。,2、蒸发散热 当环境温度时，蒸发散热作用，当环境温度皮肤温度时蒸发成为机体唯一的散热方式。 蒸发1克水分，可丧失2.43kJ的热量 蒸发形式： 1、不感蒸发 2、发汗(可感蒸发),不感蒸发(insensible perspiration) 概念：人体即使处于低温环境中，没有汗液分泌时，皮肤和呼吸道都不断有水分渗出而被蒸发掉，即。 不显汗：皮肤的不为人们所察觉的水分蒸发，与汗腺的活动无关。 蒸发量：皮肤：600800ml/24h 呼吸：200400ml/24h 狗：有汗腺，不分泌汗液，热喘呼吸,发汗(sweating) 发汗：即可感蒸发，可意识到的有明显汗液分泌。汗腺细胞主动分泌。 发汗条件：安静时, 30; 湿度大,衣服多, 25; 劳动或运动, 20. 汗液成分：水: 99; 固体成分: 1, 且大部分是NaCI。,思考：大量发汗时, 可产生什么后果? 反射活动: 发汗中枢在下丘脑;交感胆碱能纤维（p133,p286） 发汗类型: 温热性发汗、精神性发汗, 和味觉性发汗。 影响发汗速度的因素：环境温度、湿度和风速。,温热性发汗 概念：汗腺类型、部位、中枢部位 始动因素：温热性刺激 生理意义：调节体温精神性发汗 概念：原因、部位、中枢、作用 虚汗、冷汗、味觉性发汗 原因、部位,5.当环境温度高于皮肤温度时，蒸发是散热的唯一方式。( )6. 安静状态下，室温20时的主要散热方式是辐射。( )7.当环境温度变化时，体表温度可随之发生相应的波动。( )8.小汗腺受交感神经支配，其节后纤维为胆碱能纤维，末梢释 放的递质是乙酰胆碱。( )9.女子体温在排卵前升高，在排卵后降低，故女子体温随月经 周期而变化。( ),5.影响能量代谢最重要的因素是( ) A.环境温度 B.进食 C.精神、情绪 D.肌肉活动6.劳动或运动时，机体主要产热器官是( ) A.肝脏 B.脑 C.心脏 D.肌肉7.当环境温度等于或超过体温时，机体的主要散热方式是( ) A.辐射 B.传导和对流 C.发汗蒸发 D.不显性发汗,8.给高热病人使用乙醇擦浴是( ) A.增加辐射散热 B.增加传导散热 C.增加蒸发散热 D.增加对流散热9.给高热病人作用冰帽或冰袋的作用是( ) A.增加辐射散热 B.增加传导散热 C.增加蒸发散热 D.增加对流散热,体 温 调 节,干扰 产热装置(骨骼肌 肝等) (受控系统) 下丘脑 深部调 体温调 温度定 + 节中枢 体温点 ( 控制 (受控 (输出变量) 系统) 对象) 散热装置(汗腺, 皮 肤血管)(受控系统) 温度感受装置 (反馈检测器) 体温调节自动控制图,温度感受器 外周温度感受器：皮肤、粘膜、内脏，冷觉感受器和热觉感受器，均为游离神经末梢； 中枢温度感受器：脊髓、延髓、脑干网状结构和下丘脑，热敏神经元和冷敏神经元，信息均传向视前区下丘脑前部(PO/AH)。,体温调节中枢 基本中枢：下丘脑； 基本部位：PO/AH； 下丘脑前部的热敏神经元即能感受它们所在部位的温度变化，又能对传入的温度信息进行整合。,外周温度变化信息是怎样传送到下丘脑前部的(途径)？ 1、外周温度变化皮肤温觉感受器躯体传入神经下丘脑前部； 2、外周温度改变通过血液改变深部温度直接作用于下丘脑前部； 3、温度变化信息脊髓和下丘脑以外的中枢温度感受器下丘脑前部。,通过下丘脑前部和中枢其它部位的整合作用再由哪几条途径发出指令调节体温？ 1、通过交感神经系统调节皮肤血管舒缩和汗腺分泌； 2、通过躯体神经改变骨骼肌的活动，如在寒冷环境时的寒战等； 3、通过改变甲状腺和肾上腺髓质激素的分泌