第七章-能量代谢与体温-2

第七章能量代谢与体温,康玉明教授西安交通大学医学部基础医学院,第一节能量代谢第二节体温及其调节,学习要求,了解能量代谢的定义，能量的来源和去路掌握食物的卡价、呼吸商、基础代谢率、食物的特殊动力效应掌握影响能量代谢的因素熟悉测定基础代谢率的基本方法和基础代谢率的评价标准熟悉体温的定义及其生理变异掌握体温维持恒定的基本调节过程了解体温调定点的定义,能量代谢：物质代谢过程中所伴随着的能量贮存、释放、转移和利用。,能量,太阳能,电能,机械能,热能,化学能,（食物）,一、机体能量的来源和去路,(一)机体能量的来源食物中的糖、脂肪、蛋白质的碳氢键断裂，释放能量。,糖是体内主要能源物质,有氧氧化,无氧酵解,CO2+H2O+E,38molATP,1mol葡萄糖,乳酸+E,2molATP,5070(中国人),无氧下唯一供能方式、红细胞,脑组织,活动时人体所需要的氧量取决于劳动强度。人在剧烈运动时，骨骼肌的耗氧量剧增，但由于循环、呼吸等系统的功能活动只能逐渐加强，骨骼肌因而处在相对缺氧的状态，氧需和实际供氧量就出现了差额，此差值称为氧债。,氧债,几分钟后，呼吸和循环系统的活动逐渐加强和适应，氧的供应得到满足，即所谓供氧的稳定状态。这样的活动可维持很长的时间。若劳动强度过大，氧需超过氧上限，机体继续处于供氧不足状态下活动，肌肉内的贮能物质（主要为糖原）迅速消耗，活动就无法持久。活动停止后的一段时间内，机体继续消耗高于安静代谢的氧以偿还氧债。ATP、CP、血红蛋白、肌红蛋白等非乳酸氧债可在23min内得到补偿；而乳酸氧债需10余分钟，甚至1小时以上才能完全补偿。,2.脂肪是体内重要的贮能物质和供能物质,供能：提供约30%的能量；供能效率高：,贮能：贮存脂肪占体重20%,（1g脂肪氧化产生能量为1g糖的2倍）,3.蛋白质参与特殊情况下的供能,蛋白质,非氮成分（-酮酸）,脱氨基,氧化供能,长期饥饿或极度消耗！,(二)ATP是能量转移、贮存和利用的关键物质,贮藏在葡萄糖等食物分子中的化学能经细胞呼吸释放，以高能磷酸键的形式贮藏在ATP分子中；葡萄糖中大约40%50%的能量被转化贮藏在ATP中，而汽车发动机只有15%25%转化为动能，细胞呼吸的产能效率高。,C+Pi,CP,直接的供能和贮能物质,肌肉和脑,ATP,ATP、CP,机体利用CP分解所释放的能量合成ATP的过程称ATP-CP供能系统。CP中的能量其实是来源于ATP，ATP分子内高能磷酸基团可转移给肌酸，一磷酸肌酸的形式储存起来：ATP+C=ADP+CP。当细胞中的ATP被消耗引起数量减少时，上述反应发生逆转。,（三）能量的去路,50%转化为热能，其余以化学能形式贮存于ATP中。最终除骨骼肌运动时所完成的机械功外，都转变为热能。,摄取过多的糖可在体内转化为脂肪，这可能是导致肥胖的重要原因之一。体重指数(bodymassindex)：个体的体重(kg)除以其身高(m)的平方，所得之值即为体重指数。正常：2024；超重：2427.9；肥胖：28。腰围和腰臀围比,（四）能量平衡,摄入能量和消耗能量之间的平衡,消瘦,肥胖,(一)、能量代谢测定的基本原理原理：根据能量守恒定律，测定在一定的时间内机体所消耗的食物或测定机体所产生的热量与所做的外功，都可测出机体的能量代谢。化学能产生的热量外功+化学贮备能若避免作外功时，则化学能产生的热量能量代谢率：单位时间机体所消耗的能量。,二、能量代谢的测定,2、食物的氧热价：某种营养物质氧化时每消耗1升O2所产生的热量。,糖：21.1KJ(千焦耳)/L蛋白质：18.9KJ/L脂肪：19.6KJ/L,（二）与能量代谢有关的几个概念：1、食物的热价：1克某种食物氧化时所释放出的热量。生物热价物理热价糖：17.2KJ/g17.2KJ/g蛋白质：18.0KJ/g23.4KJ/g脂肪：39.8KJ/g39.8KJ/g,3.呼吸商（respiratoryquotient，RQ）某种食物氧化时，单位时间CO2的产量与O2的消耗量的比值。,糖RQ=1脂肪RQ=0.71蛋白质RQ=0.80混合膳食RQ=0.85,判断消耗食物种类,RQ1OR0.71,产生的CO2ml数,产生的CO2mol数,消耗的O2ml数,消耗的O2mol数,RQ,慢性消耗,非蛋白呼吸商（NPRQ）,非蛋白部分氧化分解的CO2产生量非蛋白呼吸商=非蛋白部分氧化分解的O2耗量蛋白质O2耗量=蛋白质的消耗（g）0.95（L/g）蛋白质CO2产生量=蛋白质的消耗量(g)0.76（L/g）非蛋白氧化分解的O2耗量=总O2耗量蛋白质O2耗量非蛋白的CO2产生量=总CO2产生量蛋白质CO2产生量,三种营养物质相关数值,（三）、能量代谢的测定方法,1、直接测热法,2、间接测热法（1）原理,（三）测定方法,释放热量,营养物质,“定比定律”,同一化学反应，无论中间过程和条件差异多大，反应物的量与生成物的量成一定比例关系，释放的能量是一定的。,根据定比定律，测出一定时间内人体中氧化分解的糖、脂肪、蛋白质各有多少,然后计算出这些物质的产热量。,能量代谢=非蛋白食物的产热量+蛋白食物的产热量。,（2）间接测热法步骤：,测定CO2产生量和耗O2量以及尿氮量；,根据尿氮量估算蛋白质氧化的量、蛋白质产热量、蛋白质耗O2量和产CO2量；,根据NPRQ，查表得到对应的非蛋白氧热价；,非蛋白氧热价非蛋白耗O2量得到非蛋白产热量；,计算非蛋白耗O2量和CO2产量，再计算NPRQ；,尿氮：,1克蛋白质氧化分解产生0.16克尿氮。如果产生1克尿氮，说明被氧化分解的蛋白质6.25g。,所以：蛋白质的消耗量=尿氮量6.25蛋白质的产热量=蛋白质消耗量蛋白质热价,例:受试者24小时耗氧量为400L，二氧化碳产量为340L。尿氮排出量12克。,(1)蛋白质代谢:氧化量=126.25g=75g产热量=18kJ/g75g=1350kJ耗氧量=0.95L/g75g=71.25L二氧化碳产量=0.76L/g75g=57L(2)非蛋白代谢：耗氧量=400L-71.25L=328.75L二氧化碳产量=340-57=283LNPRQ=283328.75=0.86,（3）根据NPRQ的氧热价计算非蛋白代谢的产热量（查表NPRQ为0.86时，氧热价为20.41KJ/L)非蛋白代谢的产热量=328.75L20.41KJ/L=6709.79KJ（4）24小时产热量=蛋白质产热量+非蛋白代谢产热量=1350+6709.79=8059.79KJ,忽略蛋白代谢部分：NPRQRQ=340/400=0.85;此时氧热价为20.343kJ/L;产热量=20.343*400L=8137.2kJ,（2）间接测热法步骤：,简便法：,混合膳食NPRQ为0.82，此时氧热价为20.20kJ/L;20.20*400L=8080KJ,（3）耗O2量和CO2产生量的测定方法,闭合式测定法,令受试者呼吸一个密闭容器中的O2，呼出气中的CO2被其中的CO2吸收剂所吸收。根据容器中氧气的减少量算出单位时间内的氧耗量。,（3）耗O2量和CO2产生量的测定方法,开放式测定法（气体分析法）,在机体呼吸空气的条件下，通过测定呼出气中O2和CO2比例的变化分析耗O2量和CO2产生量。,3.双标记水法(doublylabelledwater,DLW),是一种测定人体在日常生活和工作环境中自由进行各种活动的总能量消耗量的测量方法。基本原理是：受试者摄入定量的双标记水（2H218O）后，当它们在体内达到平衡时，2H参与H2O的代谢，反映H2O的代谢率；18O参与H2O和CO2的代谢，二者代谢率之差可算出CO2的生成率。通过呼吸商（RQ）可计算出CO2产生量。呼吸商根据受试者实际摄入的食物组成推算，进而可以得出总的耗氧量，并求出每日能量消耗。,3.双标记水法(doublylabelledwater,DLW),双标记水法的优点是可测定自由活动人体一段长时间（715d）内的能量消耗量。样本收集和测定过程很简便，实验前收集受试者少量尿样（约1ml）作本底值，喝入定量双标记水（婴儿剂量0.3g/kg体重）后，约6h后收集第一次尿样，然后每12d收集一次尿样，连续收集8-15d。用同位素质谱仪测定尿样2H和180的丰度（enrichment），根据2H和18O的消失率计算能量消耗量。,3.双标记水法(doublylabelledwater,DLW),双标记水法适用于任何人群或个体的测量，特别适用于不容易合作或活动不能受到限制和干扰的研究对象，无毒、无损伤，且同时可以测定机体的组织构成，但实验费用高。2H218O的价格昂贵，同时还需要昂贵的高灵敏度和精确度的同位素质谱仪和高技术素质的分析人员，故双标记水法目前的使用仍有局限性。WHO建议制定能量的需要应以实测的消耗量为基础。因此，随着科学和经济的发展，相信用双标记水法研究人体能量代谢会日益增多。,三、影响能量代谢的因素,(一)肌肉活动,影响能量代谢最主要的因素。,极轻的体力活动：以坐姿或站立为主的活动，如开会、开车、打字、缝纫、烹调、打牌、听音乐、油漆、绘画及实验室工作等。轻体力活动：指在水平面上走动，扫卫生、看护小孩、打高尔夫球、饭店服务等。中等体力活动：这类活动包括行走、除草、负重行走、打网球、跳舞、滑雪、骑自行车等。重体力活动：负重爬山、伐木、手工挖掘、打篮球、登山、踢足球等。极重体力活动：运动员高强度的职业训练或世界级比赛等。,（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%。精神紧张时，产热量可显著增加。原因：无意识的肌紧张及交感兴奋，刺激代谢的激素释放增多。,(三)食物的特殊动力效应,由进食引起机体产生“额外”热量消耗的现象称为食物的特殊动力效应。,蛋白可达30%，糖6%，脂肪4，混合食物10%。,肝脏在处理氨基酸和糖原合成过程中所消耗的能量，可能是“额外”产热的原因。,(四)环境温度,80,60,40,千卡/m2/h,0,10,20,30,40,(C),环境温度,寒战肌肉紧张度增加,体内化学反应速度,呼吸循环机能,出汗,四、基础代谢,基础状态,基础代谢：机体在基础状态下的能量代谢。,清晨，空腹（即禁食1214h）,静卧，全身肌肉放松,清醒且无精神紧张,室温20-25,排除食物特殊动力效应的影响,排除精神紧张的影响,排除肌肉活动的影响,排除环境温度的影响,基础代谢率:基础状态下单位时间的能量代谢。（BasicMetabolicRate，BMR）。,四、基础代谢,机体维持正常生理功能进行的最小能量代谢率，不是最低。,测量：能量代谢率与体表面积成正比，以单位体表面积每小时能量代谢衡量，单位KJm2h,Stevenson公式：体表面积(m2)0.0061身高(cm)0.0128体重(kg)0.1529,BMR=单位时间的耗氧量20.20(kJ/L)/体表面积,正常20%异常影响因素：1、性别：男性女性；2、年龄：幼年成年，年龄越大BMR越低；3、体温：体温1BMR13%；4、疾病：,测定基础代谢率的临床意义：辅助检查手段诊断疾病BMR正常值：101520可能是病态1.甲状腺功能低下时，则BMR低2040；功能亢进时，则BMR高2580。2.肾上腺皮质和脑垂体功能低下，BMR低。3.发热时，BMR升高。体温升高1，BMR升高134.阿狄森氏病，神经性厌食，肾病综合症，BMR降低,第二节体温及其调节,一、人体正常体温及其变动,（一）表层温度和核心温度,表层温度：皮肤的温度，不稳定，差异大。手、足温度低，躯干、额头高。皮肤温与局部血流量有关。核心温度：机体深部（心、肺、脑、腹腔内脏等处）的温度。较高，稳定，差异小。肝脏和脑最高。,体温:指身体深部的平均温度，即体核温度。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。,测量部位：直肠：36.937.9口腔：36.737.7腋窝：36.037.4,（二）体温的生理波动,1、昼夜变化,清晨26时体温最低，午后16时体温最高。,2、性别影响,女子体温随月经周期而产生周期性变动。,成年女子体温平均比男子高0.3。,排卵日最低（约低1）,图女性月经周期中基础体温的波动,激素水平,基础体温,E2,P,3、年龄,新生儿体温成年人老年人,4、肌肉活动,5、情绪激动、精神紧张、进食等,二、机体的产热与散热,正常体温的维持，是产热与散热两个过程动态平衡的结果。,（一）产热过程,1、产热器官：安静时肝脏为主，运动时骨骼肌为主,2、机体的产热形式,（1）基础代谢产热：通常70%左右（2）骨骼肌运动产热（3）食物的特殊动力效应产热（4）寒战产热和非寒战产热（寒冷环境中）,寒战产热：在寒冷环境中，骨骼肌发生不随意的节律性收缩，其节律为911次/分。,非寒战产热：又称代谢产热，指机体通过升高代谢率而增加产热的现象。作用最强的是棕色脂肪组织产热为主，约占非战栗产热总量的70%。,新生儿,神经调节,3、产热活动的调节,（二）散热过程,1、散热部位：,主：皮肤,有汗腺,次：气、尿、粪,面积大,与外界接触,血流丰富,2、散热方式：,（1）辐射散热：,影响因素：,机体以热射线（红外线）形式将热能传给外界较冷物体的一种散热方式占60%。,条件：体表温度高于环境温度,体表温度与环境温度差有效辐射面积,（2）传导散热,机体将热量直接传给同它接触的较冷的物体的一种散热方式。,影响因素：,条件：体表温度高于环境温度,温度差接触面积导热性能,（3）对流散热,通过气体或液体的流动散发体热的形式，是传导散热的一种特殊形式。,影响因素：,条件：体表温度高于环境温度,温度差有效散热面积风速,（4）蒸发散热,通过水分在机体体表汽化带走多余热量的散热方式。,环境温度超过机体温度时唯一散热方式。,不感蒸发：水分直接透过皮肤黏膜汽化散热的方式。,发汗：也称为可感蒸发，是汗腺的主动分泌活动，是环境温度高于体温时的机体唯一有效的散热途径。,蒸发散热,每1.0水蒸发可带走热量2.43KJ不感蒸发：呼吸道和皮肤量：1L/天；不可控制影响因素：活动、发热、婴幼儿临床上给脱水病人补液时应考虑到不感蒸发,发汗（可感蒸发）：汗腺35以上时的唯一散热途径影响因素：温度、湿度、风速，劳动强度,汗的成分：,汗腺,大汗腺：腋窝、外阴等处。,能力：手掌、足底额、手背四肢躯干,水分：99,固体：,大部分为NaCl,其余为KCl、尿素、乳酸等,主动分泌,低渗液,（全身皮肤）,主动分泌,机体大量出汗,高渗性脱水,醛固酮,温热性发汗温热刺激时，反射性引起汗腺分泌，意义在于蒸发散热，调节体温。,温热刺激,血温,皮肤温觉感受器,下丘脑发汗中枢,交感胆碱能纤维,汗腺分泌,全身小汗腺,精神性发汗当情绪激动或精神紧张时，反射性引起汗腺分泌。常见于手、足、前额和腋窝等，与体温调节无关。,情绪激动精神紧张,大脑皮层发汗中枢,交感肾上腺素能纤维,手、足、前额、腋窝汗腺,汗液分泌,3.散热调节,调节皮肤血流量,调节汗腺分泌,皮肤血流量：热环境下：交感神经紧张度小动脉舒张A-V吻合支开放皮肤血流量散热冷环境下：相反,三、体温调节,自主性体温调节人和恒温动物在体温调节中枢的控制下，通过增减皮肤的血流量、发汗、战栗等生理调节反应，调节产热和散热过程，使体温维持