能量

nullnull第七章 能量代谢与体温（Energy Metabolism） 能量代谢 能量代谢及测定 影响能量代谢的因素 基础代谢率 体温及其调节 体温 体热平衡 体温调节原理null第一节 能量代谢新陈代谢（metabolism）是生物体生命活动的基本特征和基础，涉及物质代谢与能量代谢两方面 新陈代谢过程中物质的合成、分解过程与能量代谢密不可分，通常合成代谢吸收能量，分解代谢释放能量 能量代谢 energy metabolism ～机体在物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移、贮存及利用的过程。null环境机体消化吸收呼吸酶排泄O2CO2O2CO2酶食物中 营养成份 淀粉 脂肪 蛋白质等糖 脂肪酸 氨基酸等合成机体成份代谢产物ATPATP合成代谢分解代谢（同化作用）（异化作用）作外功null一 机体能量的来源和利用 （一）机体能量的来源 1.糖：人体主要的供能物质——70% 有氧氧化：1mol葡萄糖释放的能量可合成38mol ATP。 无氧酵解：1mol的葡萄糖只能合成2mol ATP。 2.脂肪：主要功能是贮存和供给能量。 3.蛋白质： 主要用于重新合成细胞成分或酶、激素等生物活性物质。 次要功能是提供能量。 null（二）能量的转移和利用 转移： 1、三磷酸腺苷（ATP）：是体内重要的储能物质， 又是机体能量的直接提供者。 2、磷酸肌酸（CP）：是高能磷酸键的贮存库。 利用： 肌肉收缩、腺体分泌；合成代谢；神经传导等等。 null 能量去路 营养物质在体内经氧化释放能量 其中50% 转化为热能 <50% 以化学能形式贮存于ATP以及磷酸肌酸 只有ATP所荷载的自由能，可供机体随时调用，参与物质合成与各种功能活动 nullnull机体的能量平衡（三种基本状态）摄入量 > = < 消耗量摄入的化学能=所释放的热能+外功 收支平衡 体重不增不减摄入的化学能 > 消耗量 多余部分转变成细胞的化学能贮存，体重增加摄入的化学能 < 消耗量 机体动用贮存的化学能，体重减轻null二 能量代谢测定原理和方法 （一）能量测定原理 机体能量代谢的测定遵循能量守恒定律 能量在由一种形式转化为另一种形式过程中，既不增加，也不减少 食物氧化释放的化学能＝热能＋机体所作外功 在避免作外功(安静状态) 时，一定时间内机体产生的热量(全部转化为热能)应等于食物氧化时释放的热量，即机体能量代谢率 能量代谢率 energy metabolic rate ～机体因新陈代谢过程在单位时间内发散的总热量。Calorie and calorieCalorie and calorie1000 cal = 1Cal=1Kilocalorie (kcal) The standard unit of heat energy is the calorie (cal).1g of carbohydrate supplies ………4.1 Cals 1g of fat……………………………………….9.3 Cals 1g of protein…………………………………4.1 Calsnull（二）能量代谢的测定方法1.直接测热法 direct calorimetry 直接测定机体在单位时间内发散的总热量 需要利用密闭的整体测量装置进行，直接测量完整机体向环境发散的总热量null2.间接测热法 indirect calorimetry 计算原理： 依据化学反应的定比定律，以相关数据为依据，经过计算间接得到机体的产热量 各种营养物构成元素的质和量均不同，氧化时的产热量也不同 反应物量与生成物量之间呈现一定的比例关系 即同一种化学反应，不论其中间过程及条件的差异，反应中的定比关系不变，如葡萄糖的氧化分解nullC6H12O2+6O2 →6CO2 +6H2O+ΔH 根据定比定律只要测得一定时间内机体氧化分解的营养物质种类和总量，即可测算出该时段内机体的产热量，即能量代谢率null相关概念： 食物的卡价 caloric value ～1克营养物质 在体内氧化 （或体外燃烧） 所产生并释放 的热量。弹式热量计null食物的氧热价 thermal equivalent of oxygen ～某物质在体内氧化时，消耗一升氧所释放的热量。 糖20.9(5.0) 脂肪19.6(4.7) 蛋白质18.8(4.5) 呼吸商 respiratory quotient(RQ) ～某物质在体内氧化时，同一时间内机体呼出CO2的量与耗O2量之比。 糖1.00 脂肪0.71 蛋白质0.80 混合食物0.82 可估计机体氧化物质种类的比例 null null非蛋白呼吸商（non-protein respiratory quotient，NPRQ）氧和脂肪氧化时产生CO2ml的与消耗的O2ml数比值 总二氧化碳产量 - 蛋白质二氧化碳产量 NPRQ= 总耗氧量 - 蛋白质耗氧量nullnull步骤： （1）测定机体在一定时间内的耗O2量和CO2产生量， 方法：闭合式测定法null 开放式测定法： 条件：呼吸空气； 测定：呼出气的量及其中O2及CO2的容积百分比。 （2）测定一定时间内尿氮排出量。（ 1g尿氮相当于氧化分解 6.25g蛋白质），查计算蛋白质的产热量、耗氧量、 CO2产生量 （3）计算NPRQ——查表其对应的氧热价——计算非蛋白食物的 产热量。 （4）算出总产热量：即蛋白质食物产热量 +非蛋白食物产热量 null举例：假定该受试者24小时的耗O2量是400L，CO2产量为340L。 另经测定尿氮排出量为12g，计算该受试者24小时的能 量代谢值。 （1）蛋白质代谢：氧化量=12×6.25g=75g 产热量=18kJ/g（生物热价）×75g =1350kJ 耗氧量=0.95L/g×75g=71.25L CO2产量=0.76L/g×75g=57L （2）非蛋白代谢：耗O2量=400L-71.25L=328.75L CO2产量=340L-57L=283L NPRQ=283L÷328.75=0.86 （3）根据NPRQ的氧热价计算非蛋白代谢的产热量 查表7-2，NPRQ为0.86，氧热价为20.40kJ/L。 所以，非蛋白代谢产热量=328.75L×20.40kJ/L =6706.5kJ （4）24小时产热量=1350+6706.5=8056.5（kJ）null简化计算方法由于蛋白质不是体内主要供能物质，故忽略蛋白质代谢部分，计算机体能量代谢 能量代谢率简化计算顺序 ① 测定一定时间内的CO2产生量和耗O2量 ② 求出混合呼吸商 ③ 查出氧热价 ④ 计算机体的能量代谢率null简便计算法 ① 查得混合食物的非蛋白呼吸商为0.82时的氧热价 ② 测得机体单位时间耗氧量 能量代谢率＝氧热价×耗氧量 (kJ/h或kcal/h) (kJ/L或kcal/L) (L/h) Large animals produce more heat than small animals. 4 kcal/D (20 g mouse) 7000 kcal/D (500 kg cow) 200 kcal /kg/D (mouse) 14 kcal/kg/D (cow)null个体校正 体表面积为衡量个体间能量代谢的前提条件 中国人体表面积根据Stevenson 算式计算 体表面积＝ 0.0061×身高＋0.0128×体重－0.1529 (m2) (cm) (kg) null 三 影响能量代谢的主要因素 1.肌肉活动：肌肉活动对于能量代谢的影响最为显著。 null 2.食物的特殊动力作用 蛋白质为30%，糖和脂肪约为4-6%，混合食物为10%。 3.精神活动：精神处于紧张状态——肌紧张增强、激素 （如甲状腺激素）等释放增多——产热量增加。 4.环境温度：安静时，在20-300C的环境温度最为稳定—— 主要是肌肉松弛。 null四 基础代谢 （一）定义 1、基础代谢： 2、基础状态：是指满足以下条件的一种状态：清晨、清醒、静卧、未作肌肉活动；前夜睡眠良好，测定时无紧张状态；测定前至少禁食12小时；室温保持在20-250C。 null（二）基础代谢率（BMR）的测定及表示方法 1.测定：临床用代谢测定仪——耗氧量 用体表面积为尺度来衡量。 举例： 某受试者，男性，20岁，在基础状态下1小时的耗氧量15L，其体表面积为1.5m2，计算基础代谢率。 将呼吸商设定为0.82，其相对应的氧热价为20.18kJ/L 故：BMR=20.18kJ/L×15L/h÷1.5m2=201.8kJ/（m2.h）null 2.表示方法： 基础代谢率=实测值 - 正常平均值 正常平均值×100%null3、BMR的临床意义： 1）BMR与我国人正常的BMR平均值比较： 相差在10-15%之间，均不属病态； 相差之数超过20%时，才可能是病理变化。 2）BMR的测量是临床诊断甲状腺疾病的重要辅助方法。 甲状腺功能低下时，BMR可比正常值低20-40%； 甲状腺功能亢进时BMR可比正常值高出25-80%。 null 一 体温 （一）体表体温和体核体温 1.概念： 2.差别： 1）体核温度相对稳定，各部位之间差异小——肝温度380C 2）体表温度低于体核温度，由表及里，存在比较明显的温 度梯度。体表最外层皮肤各部位的温度差也大。 3）随着环境温度的变化，体核与体表两者相对的比例可出 现大幅度的变动。 3.体温：生理学所说的体温是指体核温度。第二节 体温及其调节 null（二）体温的测定 临床：直肠温度：36.9-37.90C； 口腔温度：36.7-37.70C； 腋窝温度：36.0-37.40C。 实验研究：食管温度——体核温度的一个指标； 鼓膜温度——作为脑组织温度的指标。 null （三）体温的正常变动 1.体温的昼夜周期性变化： 2-6Am：体温最低，Pm：1-6时最高；波动幅度不超过10C 2.性别的影响： 成年女子高于男子约0.30C，随月经周期而出现双相体温。 3.年龄的影响： 新生儿，特别是早产儿：体温易受环境因素影响。 老年人：基础代谢率低，体温亦偏低。 4.情绪和体力活动. 5.其它因素的影响. null体热平衡 ～在体温调节机制控制下，机体产热与散热过程保持的动态平衡。 体热平衡是体温相对稳定的基础37℃35℃39℃产热 过程散热 过程 二 机体的产热与散热null1.产热器官 安静时 内脏(肝为主)产热量占56%，脑16%及肌肉18% 劳动或运动时总产热量↑ 肌肉产热占90%，内脏和脑比例下降(各为8%，1%)（一）产热过程null 2.机体的产热形式 1）基础代谢产热 2）食物特殊动力效应产热 3）寒战产热：是骨骼肌发生不随意的节律性收缩的表现。 4）非寒战产热：又称代谢产热，发生在细胞水平。以褐色脂肪组织的产热量为最大。 null 3.产热活动的调节： 1）体液调节： A 甲状腺激素：作用缓慢，但持续时间长。 B 肾上腺素和去甲肾上腺素以及生长激素：作用迅速， 维持时间短。 2）神经调节： 寒冷刺激—交感神经系统—肾上腺髓质 —NE、E释放增加。 寒冷—中枢神经系统—下丘脑—TRH释放—TSH释放。 下丘脑体温调节中枢—运动神经元 —骨骼肌紧张度增加—寒战。 null （二）散热过程 1.人体的散热途径 1.5%—— 粪、尿 14%—— 呼吸道 84.5%—— 皮肤 2.机体内热量到达皮肤的途径 （1）热传导 （2）皮肤血液循环 热量 = 比热（血液） ×血量（皮肤） ×温度差（动脉-静脉） （KJ/h ）交感神经紧张性null 3.散热方式 辐射 radiation 散热～体热以热射线形式传给外界的散热方式。安静时占总散热量的60% 取决于皮肤与环境间温差和有效辐射面积等 传导散热 conduction ～体热直接传给外界较冷物体的散热方式。 对流散热 convection ～通过较冷气体（流体）的流动与体热交换热量的散热方式(仍属传导散热) 分别与物体的导热性能，有效接触面积，温差，湿度及空气（流体）流速有关null蒸发 evaporation 散热 ～体液的水分在皮肤和粘膜表面由液态转化为气态的散热方式。 环境温度↑时的主要散热方式 每蒸发1克水可带走2.44kJ(0.58kcal)热量 蒸发散热效率决定因素 a.汗腺活动; b.气温; c.湿度; d.风速; e.机体的活动强度等因素null 不感蒸发：（皮肤、呼吸道）——不受体温调节机制控制 不显汗，与汗腺活动无关。 发汗（可感蒸发）：汗腺主动分泌汗液的过程。 蒸发散热可感蒸发sweating (发汗)～汗腺分泌的汗液被蒸发的散热方式。 不感蒸发insensible perspiration ～直接透出皮肤和粘膜的水分在未形成明显水滴前即被蒸发的散热方式发汗。null体表温度>环境，以辐射、传导、对流方式散热为主 体表温度≤环境，蒸发散热为唯一散热方式 null4.散热调节反应皮肤血流变化 调节皮肤表面温度，改变与环境间的温度差 皮肤血流增加，皮肤温度↑ 血流变化范围大 (从平静时200ml/min升至4000ml/min) 炎热环境→交感紧张活动↓→皮肤小动脉舒张，动-静脉吻合支开放→皮肤血流↑→皮温↑→散热↑ 寒冷环境→交感紧张↑→皮肤血管收缩→皮肤血流↓ →皮温↓(隔热作用) →散热↓null 发汗 sweating～汗腺分泌汗液的活动。 汗腺的分类 1）大汗腺——腋窝、乳头、阴部——不受神经支配 2）小汗腺 ——全身皮肤 交感胆碱能神经 ——（一些）掌心、足底 肾上腺能神经null温热性发汗，其意义在于散失体热 温热性发汗 thermal sweating ～温热性刺激引起小汗腺分泌活动增强的周身出汗现象。 引起发汗的条件 a.气温<20，劳动或运动时 b.气温25，湿度大时 c.气温≥30 ，安静时 发汗为反射性活动 发汗中枢位于下丘脑及脊髓至大脑皮层多部位，通过交感胆碱能纤维支配小汗腺活动 血液温度升高和皮肤温度感受器的传入冲动兴奋发汗中枢null精神性发汗mental sweating ～精神紧张或情绪激动所引起的手掌、足跖和前额等局部出汗现象。 中枢位于大脑皮层运动区，通过交感肾上腺素能纤维支配有关汗腺活动null成分：水——99% 固体成分——不到1%（大部分为NaCl) 汗液分泌 ——主动分泌 ——醛固酮调节——低渗汗液 ——大量发汗——高渗性脱水。 null体热平衡的维持温度适中时 主要通过调节血管口径，改变皮肤血流量，控制皮肤温度，维持体热平衡 寒冷刺激时 产热↑ 寒颤，饥饿，甲状腺激素分泌↑ ，儿茶酚胺增多... 散热↓ 皮肤血管收缩，毛发竖立，躯体蜷缩，增加衣着... 炎热刺激时 产热↓ 甲状腺激素分泌↓，厌食... 散热↑ 呼吸↑，皮肤血管舒张，汗腺分泌，减少衣着...null三 体温调节人和高等动物所具有的恒定体温是由于在中枢神经系统的体温调节中枢 thermaltaxic center 严密控制下实现的 体温调节机制 自主性体温调节 autonomic thermoregulation 下丘脑为主的生物控制系统自动调节实现 行为性体温调节 behavioral thermoregulation大脑皮层为主控制null（一） 温度感受器温度感受器 thermoreceptor分别分布于外周和中枢内 1.外周温度感受器 peripheral temperature receptor 分布于皮肤、粘膜，内脏等处 皮肤冷敏感受器数目>热敏感受器，以感受外环境寒冷刺激为主 内脏器官(腹腔，大静脉壁) 以感受机体深部温度降低的刺激为主 作用意义：感受器对降温刺激敏感，偏重于保持体温，防止其下降null 2.中枢温度感受器 center temperature receptor 分布于脊髓、脑干网状结构、视前区、下丘脑前部、大脑皮层等部位的温度敏感神经元　 视前区-下丘脑前部(PO/AH)中温度敏感神经元多，对脑内血液温度变化极其敏感 热敏神经元 warm-sensitive neuron 数量>冷敏神经元 cool-sensitive neuron 作用意义：对脑内温热刺激敏感，以防止体温偏高null（二） 体温调节中枢下丘脑是维持体温恒定的基本体温调节中枢 thermoregulatory center 下丘脑是PO/AH区是体温调节的中枢整合机构中心 视前区-下丘脑前部(PO/AH区) 中枢感温部位，并具有恒温器和调定点设定功能 调定点 set point ～由机体设定，决定体温调节活动状态的临界体温参照值。 可能为中枢不同性质温度敏感神经元活动水平的平衡所致。 下丘脑后部 接收、整合PO/AH区的信息，发出冲动控制产热和散热过程 null下丘脑体温调节中枢整合机构联系途径温度信息输入途径 皮肤温度感受器→脊髓→丘脑→ 下丘脑及其它温度敏感神经元→ 机体深部组织器官温度感受器→ 调节信息传出途径 →躯体运动神经→骨骼肌张力、活动 →交感神经系统→皮肤血管和汗腺活动 →内分泌腺（甲状腺、肾上腺髓质等）null（三） 体温调节基本过程外界环境温度变化时，神经传入通路将温度信息送达体温调节中枢，经中枢整合后再通过自主神经系统和躯体运动神经系统调节机体的产热和散热反应。Curve of TcCurve of Tc