生理学能量代谢

1、第一节 能 量 代 谢 第二节 体温及其调节 熟悉 了解 影响能量代谢的因素，基础代谢率 机体产热和散热过程，自主性体温调节机制 能量代谢间接测定的方法和基本原理 体温的生理性波动、测量方法 能量代谢直接测定方法 行为性体温调节 第一节 能 量 代 谢 （一）能量的来源 （二）能量的利用 （三）能量平衡 一、机体能量的来源与利用 能量代谢（energy metabolism）： 伴随物质代谢过程中的能量的释放、转移、贮存和利用 摄取营养物质来构筑和更新自身 合成代谢 新陈代谢 贮存能量 分解自身的部分物质 分解代谢 释放能量 能量代谢 物质代谢 （metabolism） 能量来源 糖（gluc

2、ose）：基本的供能物质，供能占70以上。通过有 O2氧 化和无氧酵解供能 脂肪（fat）：重要的贮能和供能物质，氧化时释放的能量多。短期 饥饿时供能 蛋白质（protein）：特殊情况下供能，在体内氧化不彻底 糖 脂肪 蛋白质 CO2和H2O O2 能量 ADP+Pi ATP 热能 生物氧化 营养物质在生物体内氧化分解成二氧化碳和水，同时释放能量的过程 糖原 三酰甘油 蛋白质 葡萄糖 脂酸+甘油 氨基酸 乙酰CoA 2H 呼吸链 H2O ADP+Pi ATP CO2 糖、脂肪和蛋白质的生物氧化一般过程 柠檬酸循环 底物水平磷酸化 氧化磷酸化 氧化磷酸化： 营养物质在代谢过程中脱下的一对氢原子

3、进入线粒体，经过线粒体氧 化呼吸链的电子传递，释放的能量激活ATP合酶，催化ADP磷酸化生成 ATP氧化磷酸化是体内ATP生成的最主要方式 底物水平磷酸化： 由底物分子脱氢，将能量在分子内重新分布产生高能键，并将高能键 最终转移给ADP生成ATP F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸 琥珀酸 H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP 4H+ 2H+ 4H+ 胞液侧 基质侧 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 呼吸链电子传递过程耦联ADP磷酸化，生成ATP ATP：重要的贮能物质和直接的供能物质 1mol ATP可释

4、放 52.3kJ 能量 磷酸肌酸（creatine phosphate, CP）：由肌酸和磷酸合成，主要存在肌 肉和脑组织中，是含高能磷酸键的化合物，不能直接为细胞提供能量 能量过剩 能量不足 ATPCP ATP是体内能量转化和利用的关键物质 能量的利用 维持基础代谢跨膜主动转运，产生生物电活动，腺体的分泌和递质 的释放合成代谢 运动及各种活动肌肉的舒缩（机械功） 食物的特殊动力效应 生长发育 维持体温等 能量平衡 （energy balance） 在一定时期内，摄入的能量与消耗的能量基本相等 摄入的能量多于消耗 的能量 能量的正平衡 生长发育 、肥胖 摄入的能量少于消耗 的能量 能量的负平衡

5、 消瘦 （一）能量代谢的测定原理 （二）能量代谢的测定方法 二、能量代谢的测定 M：能量代谢量； L：散热量； S：贮热量； 体温变化（ h-1）体重（kg）人体比热（0.83 kcal kg-1） W：外功 M=L+S+W 测定原理：能量守恒定律；定比定律 1.直接测热法 （direct calorimetry） 收集在一定时间内受试者散发的总 热量 特点：测定原理简单，所得数据精 确。所需的测试装置结构复杂，操 作繁琐 直接测热装置模式图 测定方法： 2.间接测热法 （indirect calorimetry） 根据化学反应的定比定律，即在一般化学反应中，反应物的量与产物量之间 呈一定的比

6、例关系。例如： C6H12O6+6O26CO2+6H2O+E 食物的热价（thermal equivalent of food） 1g某种食物氧化分解（或体外燃烧）时所释放的热量 食物的氧热价（thermal equivalent of oxygen） 某种食物氧化时消耗1L O2所产生的热量 （氧热价耗氧量=产热量） 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产生量（ml） O2耗氧量（ml） 营养物质产热量（kJ/g）消耗量 （L/g） CO2产量 （L/g） 呼吸商 （RQ） 氧热价 （kJ/L） 物理热价生物热价

7、 糖17.217.20.830.831.0021.1 脂肪39.839.82.031.430.7119.6 蛋白质23.418.00.950.760.8018.9 糖、脂肪和蛋白质氧化时的热价、氧热价和呼吸商 非蛋白呼吸商（non-protein respiratory quotient，NPRQ）： 由糖和脂肪氧化时所产生的二氧化碳量及耗氧量的比值 通常将蛋白质的代谢量忽略不计，进食混合膳食的非蛋白呼吸商约为0.82 非蛋白呼吸商和氧热价 NPRQ氧化的糖（%）氧化的脂肪 （%） 氧热价 （kJ/L） 0.7070.00100.0019.62 0.711.1098.9019.64 0.724

8、.7595.2019.69 具体步骤如下： 测定一定时间内的耗氧量和CO2产生量，及尿氮排出量 推算出蛋白质氧化量及蛋白质食物的产热量 计算出非蛋白呼吸商，算出非蛋白食物的产热量 将蛋白质食物产热量与非蛋白质食物产热量相加，即得出整个机体在该段时间内的总产热量 耗氧量和和CO2产生量的测定 开放式测定法：用气量计测出呼出气量并进行气体分析 闭合式测定法：通常测定6分钟的耗氧量 肺量计模式图 能量代谢率的简便测算方法 1.蛋白质代谢量忽略不计，测定耗氧量和CO2产生量计算出呼吸商 （NPRQ）查表得出氧热价 产热量=耗氧量氧热价 2.混合食物NPRQ视为0.82，则对应的氧热价是20.19kJ/

9、L，故只需测得一 定时间的耗氧量，即可算出该时间的产热量 三、影响能量代谢的因素 1.肌肉活动 显著影响能量代谢，耗氧量同肌肉活动的强度呈正比关系，剧烈活动时可达安静时的 1020倍 2.环境温度 安静状态、环境温度在2030时代谢最稳定 环境温度低于20以下时，由于肌肉紧张度增加、战栗，使代谢率升高 环境温度高于30以上时，体内生化反应加速，代谢率也升高 3.精神活动 精神处于紧张状态时肌肉张力增强，促进机体代谢活动的激素释放增多，使能量代谢率 升高。但中枢神经系统本身的代谢率增加并不明显 4.食物的特殊动力效应（specific dynamic effect of food） 由食物引起机

10、体额外增加产热量的现象 进食后1小时左右开始增加，23小时增至最大，以后逐渐下降，可延续78小时 各种营养物质的特殊动力效应：蛋白质30、糖6%、脂肪4%。混合性食物约为10 可能主要由于在肝脏内氨基酸的脱氨基反应消耗能量 四、基础代谢 基础代谢（basal metabolism）：指基础状态下的能量代谢 基础代谢率（basal metabolism rate, BMR）：在基础状态下单 位时间的能量代谢量 kJ/（m2h） 基础状态：清晨、清醒、静卧，未作肌肉活动，测定时无精神紧张， 测定前至少空腹12小时，室温保持在2025 表示法： 绝对值：kcal或kJm2h； 相对值：37热敏神经元

11、放电散热体温不致过高 产热 37冷敏神经元放电散热体温不致过低 产热 （三）行为性体温调节 行为性体温调节是变温动物的重要体温调节手段 在恒温动物，行为性体温调节也是体温调节过程的重要一环 一般当环境温度变化时，首先采取行为性体温调节，行为性体温调 节和自主性体温调节互相补充，以保持体温的相对稳定 能量来源 糖（glucose）：基本的供能物质，供能占70以上。通过有 O2氧 化和无氧酵解供能 脂肪（fat）：重要的贮能和供能物质，氧化时释放的能量多。短期 饥饿时供能 蛋白质（protein）：特殊情况下供能，在体内氧化不彻底 1.直接测热法 （direct calorimetry） 收集在一

12、定时间内受试者散发的总 热量 特点：测定原理简单，所得数据精 确。所需的测试装置结构复杂，操 作繁琐 直接测热装置模式图 测定方法： 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产生量（ml） O2耗氧量（ml） 营养物质产热量（kJ/g）消耗量 （L/g） CO2产量 （L/g） 呼吸商 （RQ） 氧热价 （kJ/L） 物理热价生物热价 糖17.217.20.830.831.0021.1 脂肪39.839.82.031.430.7119.6 蛋白质23.418.00.950.760.8018.9 糖、脂肪和蛋白质氧化时的

13、热价、氧热价和呼吸商 3.精神活动 精神处于紧张状态时肌肉张力增强，促进机体代谢活动的激素释放增多，使能量代谢率 升高。但中枢神经系统本身的代谢率增加并不明显 4.食物的特殊动力效应（specific dynamic effect of food） 由食物引起机体额外增加产热量的现象 进食后1小时左右开始增加，23小时增至最大，以后逐渐下降，可延续78小时 各种营养物质的特殊动力效应：蛋白质30、糖6%、脂肪4%。混合性食物约为10 可能主要由于在肝脏内氨基酸的脱氨基反应消耗能量 BMR异常 BMR 甲亢、糖尿病、红细胞增多症、白血病、伴有呼吸困难的心脏病等 发热（体温1，BMR13%） BMR 甲低、肾上腺皮质功能低下（Addison病）、肾病综合征、病理性饥饿、 垂体性肥胖等 第二节 体温及其调节 （一）体表温度和体核温度 体表温度（shell temperature）：机体表层部分的温度 主要包括皮肤、皮下组织、肌肉等部位的温度 体核温度（core temperature