第7章-能量代谢与体温

1、第七章能量代谢与体温,Energymetabolismandbodytemperature,1能量代谢2体温及其调节,1能量代谢,食物的能量转化能量代谢的测定影响能量代谢的主要因素基础代谢,新陈代谢过程中，既有物质代谢又有能量代谢。本章讲叙的是有关能量代谢以及体温的维持与调节。新陈代谢是机体生命活动的基本特征。新陈代谢表现为机体与环境之间不断进行的物质代谢和能量代谢的过程。能量代谢是指体内伴随物质代谢过程而发生的能量释放、转移、贮存和利用的过程。包括合成代谢和分解代谢，即物质的合成同时能量贮存、物质的分解同时能量释放。研究能量代谢一般是从整体的角度出发，着眼于体内能量的来龙去脉，而不讨论各种物

2、质的中间代谢情况。一、机体能量的来源、转移、贮存和利用人体不能直接利用太阳的光能，也不能利用外部供给的任何形式的能量，人体唯一能够利用的能量是来源于食物中的糖、脂肪和蛋白质。这些能源物质分子结构中的碳氢键蕴藏着化学能，在氧化过程中碳氢键断裂，生成CO2和H2O，同时释放所蕴藏的能量。详见体内能量的释放、转移、贮存和利用示意图。,能量来源：主要来自体内糖、脂肪、蛋白质的氧化分解所释放的能量。其中70%来源于糖类分解，其次是脂肪。正常体内极少动员蛋白质来供能。能量释放：大于50%的能量直接以热量形式释放，维持体温。小于50%的能量以转换为化学能形式贮存。能量的转移、贮存：ADP+Pi+能量ATPA

3、TP即是贮能物质，又是释能物质C+Pi+能量C-PC-P（磷酸肌酸）只是贮能物质，其若要释放能量有赖于将能量转移至ATP再释能。能量的利用：大于25%的释出能量仍以热能形式散发，维持体温。其次以动能的形式使肌肉收缩做功，维持机体活动所需能量。其余以合成能、电能、渗透能、转运能形式消耗，最终仍以热量形势散发。由此可见，热能为机体的最低级能量形式，不能再转变为其它形式。,人体能量的平衡是指机体摄入的能量与消耗的能量之间的平衡。若在一段时间内体重不变，便可认为该段时间内人体摄入的化学能与消耗的能量（热能和外功）基本相等，即人体的能量达到了“收支”平衡。二、能量代谢测定的原理与方法依据“能量守恒定律”

4、，将体内的能量利用全部折算成热能。即测定机体在单位时间内发散的总热量，即能量代谢率（energymetabolicrate）。一般可用直接测热法（directcalorimetry）和间接测热法（indirectcalorimetry）。直接测热法是将被测者置于一特殊的检测环境中，收集被测者在一定时间内发散的总热量，然后换算成能量代谢率。,图直接测热法装置,（一）间接测热法的原理：在化学反应中，反应物的量与产物的量之间呈一定的比例关系，这称为定比定律。例如，氧化1mol葡萄糖，需要6molO2，同时产生6molCO2和6molH2O，并释放一定量的热能（H），其反应式如下：C6H12O6+6O

5、26CO2+6H2O+H同一种化学反应，不管中间过程及条件有多大差异，这种定比关系是不变的。定比定律也适用于人体内营养物质氧化供能的反应，因此定比定律成为间接测热法的重要依据。（二）计算产热量的常用参数和概念1.食物的热价（caloricvalue）：指1克食物氧化时所释放出来的能量。2.食物的氧热价（thermalequivalentofoxygen）：某种营养物质氧化时，消耗1升氧所产生的热量。3.呼吸商（respiratoryquotientRQ）：营养物质在体内氧化时，一定时间内二氧化碳产生量与耗氧量的比值。脂肪的RQ为0.71，蛋白质的RQ为0.80，糖的RQ为1。摄入混合食物的呼吸

6、商常在0.82左右。,图间接测热法装置,（三）能量代谢率的简易测算方法1.测得单位时间内的耗氧量和二氧化碳产生量2.计算出混合食物的呼吸商，即RQ=CO2的产生量/O2的消耗量3.根据呼吸商查表得出混合食物的氧热价4.产热量=氧热价耗氧量5.所求出的单位时间内的产热量即为能量代谢率6.单位体表面积的能量代谢率可消除个体差异。能量代谢率的单位是：kJ/h/m2。,非蛋白呼吸商在一般情况下，体内能量主要来自糖和脂肪的氧化，蛋白质的代谢可忽略不计。可根据糖和脂肪按不同比例混合氧化时所产生的CO2以及消耗O2的量计算出相应的呼吸商。,三、影响能量代谢的因素影响能量代谢的因素主要有肌肉活动、精神活动、食

7、物的特殊动力效应、环境温度。肌肉活动：它对能量代谢的影响最为显著。主要以增加肌肉耗氧量而做外功，使能量代谢率升高。精神活动：因为脑的能量来源主要靠糖氧化释能，安静思考时影响不大，但精神紧张时，产热量增多，能量代谢率增高。食物的特殊动力效应：进食之后的一段时间内，机体内可以产生额外热量的作用称为食物的特殊动力效应。其在蛋白质最强，脂肪次之，糖类最少。环境温度：人在安静状态下，在20-30的环境中最为稳定。环境温度过低可使肌肉紧张性增强，能量代谢率增高。环境温度过高，可使体内物质代谢加强，能量代谢也会增高。,四、基础代谢和基础代谢率（一）基础代谢（basalmetabolism）：人体在基础状态下

8、的能量代谢。基础代谢率（basalmetabolicrateBMR）：单位时间内的基础代谢。（二）基础状态：1清晨、清醒、静卧2禁食12小时以上3室温18-254精神安宁、平静在以上状态下，机体只维持最基础（血液循环、呼吸）的代谢状态，此时所测量的机体产热量，即为基础代谢率。,（三）基础代谢的正常值及测定意义正常值一般用相对值来表示，即,通过测量基础代谢率，临床可筛检一些疾病。,生物体内物质代谢中伴随着的能量的释放、转移和利用，称为能量代谢（energymetabolism）。,生物体的基本特征是新陈代谢,1、糖：机体的主要能源70%（中国人）,剧烈运动时，骨骼肌耗氧量猛增，循环呼吸不能很快满

9、足机体对氧的需要，骨骼肌处于相对缺氧状态，称为氧债。,能量的来源,2、脂肪：提供大约30%的能量,3、蛋白质（氨基酸）：提供少量的能量,能量的去路,ATP机体的能量货币（载体）磷酸肌酸ATP的缓冲物（储备）,能量代谢测定的原理与方法,单位时间内机体的产热量（energymetabolicrate）。能量守衡：食物的化学能=热能+外功能量代谢=热能+外功+热储备,（一）直接测热法,利用特殊的测量装置直接测量整个机体在单位时间内向外界环境散发的总热量。用于研究肥胖和内分泌障碍。设备复杂，操作繁琐，应用受限。,（二）间接测热法,1、间接测热法的原理依据：定比定律：同一化学反应无论中间过程和条件差异多

10、大，释放的能量是一定的。产物一致：食物在体内外的氧化其最终产物是一样的。基本原理：利用化学反应的定比定律，查出一定时间内机体中氧化分解的糖、脂肪和蛋白质各有多少，据此计算该段时间内机体所释放出的总热量。,与能量代谢测定有关的概念,食物的热价：1g食物氧化（或在体外燃烧）时释放出来的能量。caloricvalue分为：物理热价：指食物在体外燃烧时释放的热量。生物热价：指食物在体内经过生物氧化所产生的热量。葡萄糖17.1517.1516.7蛋白质23.4317.9916.7脂肪39.7539.7537.7,物理热价,生物热价,营养学热价,kj/g,食物的氧热价：某种营养物质氧化时，消耗1L氧所产生

11、的热量。thermalequivalentofoxygen葡萄糖21.00蛋白质18.80脂肪19.70,呼吸商：在一定时间内，机体的CO2产生量和氧耗量的比值。respiratoryquotient生理意义：可以比较精确的反映体内营养物质氧化的比例。影响因素：1）营养物质之间相互转化2）额外CO2的产生3）某些病理状态的影响,葡萄糖0.830.831.00蛋白质0.760.950.80脂肪1.432.030.71,CO2产量,耗O2量,呼吸商,2、间接测热法的方法和测算原则,氧耗量和CO2产生量的测定方法闭合式测定法：肺量计、代谢仪开放式测定法：化学分析尿氮测定：可以估算出被氧化分解的蛋白质

12、量。P=6.25尿氮量（克）非蛋白呼吸商（NPRQ）：糖和脂肪氧化的CO2产生量和耗氧量的比值。用于估测非蛋白代谢中糖和脂肪的相对数量。NPRQ=(CO2-0.76P)/(O2-0.95P)其中P为蛋白质的量,（3）间接测热法的计算原则,糖的氧耗量FRQ=(CO2-0.76P)-S)/(O2-0.95P)-S)=0.71S脂肪的氧耗量SRQ=(CO2-0.76P)-0.7F/(O2-0.95P)F=1F总产热量=Px卡价+Sx氧热价+Fx氧热价,能量代谢率的简易测算方法,步骤：1、测定一定时间内的耗氧量；2、按混合膳食呼吸商为0.82进行代谢率计算公式,产热量=20.1878（kj/L）X耗氧

13、量（L）,能量代谢率的衡量标准：,能量代谢在每一个个体是相当稳定的，但不同的个体差异却很大，难以比较；能量代谢与机体的体形和体重无定比例关系；如：体形较小的鸡和体形庞大的非洲象之间，按每公斤体重产热量相差甚远；能量代谢与机体体表面积间有固定关系-表面积定律以机体体表面积衡量机体能量代谢，并进行不同体形和体重个体间能量代谢率比较时，则相差不多。,M2=0.0061身高(cm)+0.0128体重(kg)-0.1529,三、影响能量代谢的因素,1、肌肉活动：最为显著劳动或运动时耗氧量和能量代谢显著增加，可达安静时的10-20倍，因此能量代谢可作为劳动或运动时肌肉活动强度的指标。2、环境温度：环境温度

14、在20-30时，能量代谢率最为稳定。30能量代谢率也增加，原因是温度上升体内化学反应加快和发汗活动增加了产热量。,3、食物的特殊动力效应进食后机体产热量的额外增加。可能与肝脏处理蛋白质有关。进食1H后产热量比进食前有额外的增加，持续7-8H，蛋白质食物可达30%左右，糖和脂肪为4-6%，混合食物10%左右。这不是消化吸收活动引起的，静脉注射氨基酸也可以引起类似的产热量增加，因此有人推测与肝脏对蛋白质的处理，主要是脱氨基作用有关。4、精神紧张活动由与精神活动相关连的肌肉活动和激素分泌引起。,四、基础代谢（basicmetabolism）,基础代谢是指人体在人体处在清醒又非常安静、不受肌肉活动、环

15、境温度、食物及精神紧张等因素的影响是的状态下的能量代谢。单位时间内的基础代谢称为基础代谢率（basicmetabolicrate）。基础条件：人体处在清醒又非常安静、不受肌肉活动、环境温度、食物及精神紧张等因素的影响是的状态。,基础代谢的条件下，新陈代谢只维持在心跳、呼吸及其一些必要的生理活动的程度上。测定条件：肌肉松弛、室温20-25摄氏度、空腹12-14H、安静平卧30分钟以上，并且排除精神紧张的影响。男性的BMR高于女性，幼年的BMR高于成年，年龄越大BMR越低。甲亢时BMR可比正常高25-80%，甲低时BMR可比正常低20-40%，所以BMR的测量时甲状腺疾病的重要辅助手段。,1能量代

16、谢2体温及其调节,2体温及其调节,人类和高等动物属恒温动物。体温的相对恒定是内环境稳态的重要内容，也是机体进行新陈代谢和正常生命活动的必要条件。一、体温体温指机体深部平均温度。临床上常用腋窝温度、口腔温度、直肠温度来表示体温。直肠温度正常为36.9-37.9，口腔温度比直肠温度低0.3，腋窝温度又比口腔温度低0.4。在生理情况下，人体正常体温可随昼夜周期、年龄、性别、环境温度、精神紧张和体力活动等因素的影响而发生变化。（昼夜变化：正常人的体温在一昼夜之中呈现周期性波动。清晨2-6时体温最低，午后1-6时最高。波动的幅值一般为0.5-0.7。体温的这种昼夜周期性波动称为昼夜节律或日节律。性别：女

17、子的体温平均比男子高0.3，而且随月经周期而变动（具体内容见生殖内分泌章节）,年龄：新生儿，特别是早产儿，体温易受环境温度的影响而变动。老年人代谢率低，体温较低。麻醉药物：麻醉药物通常可抑制体温调节中枢或影响其传入路径的活动，降低了机体对寒冷环境的适应能力。运动：肌肉活动时代谢增强，产热量明显增高，导致体温升高。）二、机体的产热和散热机体之所以能够维持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取得动态平衡，即体热平衡的结果。即：M=ERCKWS式中，E代表蒸发，R代表辐射，C代表传导，K代表对流，W代表机械外功，S代表热储，M代表产热。,（一）体热的产生：机体安静时主要产热

18、器官是内脏器官。运动或劳动时，肌肉为主要产热器官。提高代谢率是增加产热量的途径之一。（二）体热的散发：机体的主要散热部位是皮肤。当外界温度低于皮肤温度时，大部分体热可通过皮肤的辐射、传导和对流等方式发散于外界，还有小部分则随呼吸、尿、粪等排出体外。当环境温度等于或高于体表温度时，蒸发就成为唯一的散热途径了。（三）几种主要的散热方式1.辐射（radiation）：是机体以热射线（电磁波）的形式将热量传给外界较冷物体的散热方式。在适宜的气候中，人在安静状态下，以辐射方式放散的热量占机体产热量的60%。2.传导和对流（conductionandconvection）：传导是指机体将热量直接传给和它接

19、触的较冷物体的散热方式。对流是传导散热的一种特殊形式，是体热传导给与皮肤接触的较冷空气的一种散热方式。对流散热量的多少，主要取决于风速。,3.蒸发（evaporation）：是指体表表面的水分汽化时吸收体热而散发的一种散热方式。蒸发分为不感蒸发和发汗两种。不感蒸发是指体内水分直接透出皮肤和粘膜（主要是呼吸道粘膜）表面，并在未形成明显的水滴之前就蒸发掉的一种散热方式。人体每日以不感蒸发散失的体液量约为1000ml。发汗是指由汗腺分泌汗液的活动。当气温高于皮肤温度时，发汗散热是机体发散热量的有效途径。发汗是反射性活动，通常认为在生理情况下主要的发汗中枢在下丘脑。正常情况下，汗液中水分约占99%，而

20、固体成分则不到1%。一般排出的汗液是低渗的。故当机体大量发汗而造成的脱水为高渗性脱水。但发汗速度过快时，可使汗液中氯化钠增高，机体除丢失大量水分外，还丢失大量氯化钠，应注意及时补充水分和氯化钠。,人在高温、高湿、小风速环境中，不但辐射、传导、对流散热停止，蒸发散热也很困难，容易中暑。（四）皮肤散热的调节1.皮肤血流量的调节：皮肤通过辐射、传导、对流方式散热的多少，取决于皮肤和环境之间的温度差，而皮肤温度的高低是由皮肤血流量所控制。2.在环境温度不高不低时（适中温度），机体既不发汗、也无寒战，仅靠调节皮肤血管口径精细地控制皮肤温度来加减散热量，就能使体热的产生和放散达到平衡状态。,（一）体表温度

21、和体核温度（shelltemperature）：机体表层的温度。皮肤温度：机体表层的最外层，既皮肤的温度。额部躯干手足（coretemperature）：机体深部的温度。体温：指体核温度的平均温度。,一、体温及其生理变动,A环境温度35B环境温度20,通常采用于测量的部位：腋下温度口腔温度直肠温度36.037.436.7-37.736.937.9,（二）体温的变动,1、昼夜波动昼夜节律、日周期清晨2-6时最低，午后1-6时最高。2、性别：女性高于男性0.3女性体温随月经周期而发生变化。,3、年龄小儿体温高且不稳定，老年人体温低。4、肌肉活动剧烈的肌肉活动使产热量增加，体温升高。5、其他情绪、进

22、食、环境温度等,二、人体的产热与散热,体热平衡：产热和散热两个生理过程之间的动态平衡，维持体温恒定。M=E+R+C+K+W+S,（一）产热,主要产热器官：安静时，内脏器官（肝脏）运动时，肌肉，90%产热形式：战栗产热和非战栗产热调节：1、体液调节：甲状腺激素、肾上腺素和去甲肾上腺素2、神经调节：交感神经,（二）散热,散热部位：主要是皮肤，其次有呼吸、尿和粪便。1、辐射、传导和对流散热-物理散热辐射：由机体发散的热射线。约占安静时总散热量的60%。影响因素：皮肤温度与环境气温的温度差、有效辐射面积。2、传导：体热直接传给与之接触的较冷的物体。约占3%。传导散热的多少与与之接触的物体的导热性有关。

23、3、对流：一种特殊的传导散热。约占12%。对流散热量受风速的影响极大。,皮肤温度的调节：体温调节中枢通过交感神经系统，调节皮肤的血流量。从而改变皮肤温度，控制物理散热的多少。皮肤血液循环的特点是血流量可以大范围的变化。物理散热的多少与皮肤温度及相关的温度差有关。,2、蒸发散热,（1）不感蒸发：指体液中的水分直接渗透出皮肤和呼吸道粘膜等表面而蒸发，并不为人们察觉，持续进行的一种散热途径。每天1000ml，皮肤600-800ml，呼吸道200-400ml。（2）发汗：汗腺分泌汗液的活动。是环境温度高于体温时的机体唯一有效的散热途径。小汗腺：皮肤上的细长管状腺。分布：手掌、足底额、手背四肢躯干能力：

24、手掌、足底额、手背四肢躯干汗液：水分99%，固体成分主要是NaCl。为汗腺主动分泌。,温热性发汗调节：主要中枢位于下丘脑。汗腺受胆碱能交感神经支配。适宜刺激为皮肤和下丘脑的温度，也称为温热性发汗。影响发汗的因素：参与发汗的汗腺数目和发汗强度；劳动或运动强度；环境的温度和湿度；风速。精神性发汗：由精神紧张或情绪激动而引起的发汗。,三、体温调节人体体温的相对恒定，有赖于自主性和行为性两种体温调节的活动。自主性体温调节是在下丘脑体温调节中枢控制下，随机体内外环境温热性刺激信息的变动，通过增减皮肤血流量、发汗、寒战等生理反应，调节体热的放散和产生，使体温保持相对恒定的体温调节方式。行为性体温调节是反映

25、机体对自主性体温调节的补充。人类行为性体温调节的内容极为丰富，随着科技水平的发展而高度发展。在这里我们仅讨论自主性体温调节。,（一）温度感受器1.外周温度感受器：指存在于中枢神经系统以外的温度感受器。包括有温觉感受器（warm-receptor）和冷觉感受器（cold-receptor）。温度感受器存在全身皮肤、粘膜、内脏、肌肉及大静脉周围等处。皮肤温度感受器可感受皮肤的温度变化，并引起温度感觉。一般而言、当皮肤温度在30时，使人产生冷感觉；而皮肤温度在35左右时，则引起温觉。在数量上，以温觉感受器占多数。2.中枢性温度敏感神经元：位于下丘脑、脊髓、延髓、脑干网状结构及大脑皮层运动区等处与体温

26、调节有关的温度敏感神经元。包括热敏神经元和冷敏神经元。这些温度敏感神经元对局部温度的变化非常敏感，当局部温度变化0.1时，温度敏感神经元的放电频率就会出现明显变化。这些温度敏感神经元对外部传入的温度变化信息起反应。,此外，致热原（pyrogen）及体内的一化学物质（如单胺类，肽类等）可作用于这些神经元并引起体温的变化。热敏神经元（warm-sensitiveneuron）：当局部温度升高时放电频率增多的神经元。兴奋时，机体产热减少，散热增多。冷敏神经元（cold-sensitiveneuron）：当局部温度降低时放电频率增多的神经元。兴奋时，机体产热增多，而散热减少。,（二）体温调节中枢：从多

27、种动物分段切除脑的实验中看到，切除大脑皮层及部分皮层下结构，只保留下丘脑及其以下神经结构的动物，仍能维持体温的相对稳定。如果进一步切除动物的下丘脑，则不能维持体温的相对稳定。说明体温的基本调节中枢在下丘脑。大量的实验证明：丘脑的视前区-下丘脑前部（preopticanteriorhypothalamus,PO/AH）是体温调节的中枢整合关键部位。PO/AH发出指令，通过调节机体产热和散热使体温维持平衡。,（三）体温调节机制-调定点学说调定点学说（Set-PointTheory）认为：体温的调节类似于恒温器的调节。视前区-下丘脑前部(PO/AH)中有个调定点，调定点有自身规定的数值（如37）。如果体温偏离此规定数值，则由反馈系统将偏差信息输送到控制系统，然后经过对受控系统的调整来维持体温的恒定。如果PO/AH局部温度恰是37，热敏神经元和冷敏神经元的放电活动是平衡的；若局部温度高于37，则冷敏神经元放电频率减少，热敏神经元放电频率增多，结果使散热增多，产热减少，导致体温不致过高；反之，局部温度在37以下时，热敏神经元放电频率降低，而冷敏神经元放电频率增加，导致产热增加，散热减少，使体温回升（图）。,病理情况下，如临床上的发热，由于致热原的作用使热敏神经元的兴