七章能量代谢与体温调节

第七章能量代谢与体温调节山东大学医学院生理研究所第一节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。一、能量的来源与利用机体能量的来源和储存糖：70%•来源脂肪：40—50%（包括糖转化的脂肪）•蛋白质：数量很少储存糖原:1%供神经代谢和剧烈运动脂肪:75%能量储存的主要形式蛋白质:构成细胞的成分及合成酶和激素等生物活性物质，长期饥饿时动用CO2+H2OO2ATPCPADP能量生物合成分泌神经传导肌肉收缩热能外功能量能量的利用：糖脂肪蛋白质能量平衡•机体摄入能量=消耗的能量基础代谢食物的特殊动力效应身体运动生长发育简易诊断指标：①体重指数=体重(Kg)／身高2(m)24超重界限；28肥胖界限②腰围③臀围脂肪总量、脂肪分布情况(一)能量代谢测定的原理根据“能量守恒”定律机体释放的能量=热能+外功安静时，外功=0能量代谢率=机体单位时间内散发的总热量能量代谢测定1.食物的热价1克食物氧化时所释放出来的能量称为该种食物的热价。单位:1kcal=4.187J糖4.1kcal/g17.2kJ/g蛋白质4.3kcal/g18.0kJ/g脂肪9.0kacl/g39.8kJ/g二、能量代谢的测定(二)与能量代谢测定有关的几个基本概念2.食物的氧热价某种营养物质在体内氧化时消耗一升氧所产生的能量称为该物质的氧热价糖5.0kcal/L21.1KJ/L蛋白质4.5kcal/L18.9KJ/L脂肪4.7kcal/L19.6KJ/L3.呼吸商（RQ）一定时间内机体呼出CO2的量与吸入的O2消耗量的比值，称为呼吸商。以RQ表示RQ=CO2产生量(ml)氧耗量(ml)糖＝1.0，脂肪＝0.71，蛋白质＝0.80三种营养物质氧化时的几种数据营养物质糖蛋白质脂肪物理热价(kJ/g)17.223.439.8生物热价(kJ/g)17.218.039.8耗氧量(L/g)0.830.952.03CO2产量(L/g)0.830.761.43氧热价(kJ/L)21.118.919.6呼吸商(RQ)1.000.800.71非蛋白呼吸商和氧的热价非蛋白呼吸商氧化的%糖(%)脂肪(%)氧热价(kJ/L)0.7070.710.720.730.740.750.760.770.780.790.800.810.820.830.84100.0098.995.291.688.084.480.877.273.770.166.663.159.756.252.80.001.104.758.4012.015.619.222.826.329.933.436.940.343.847.219.6119.6219.6719.7219.7819.8319.8819.9319.9820.0320.0920.1420.1920.2420.29（三）方法1、直接测热法直接测出人体在一定时间内发散的总热量，再换算成单位时间的能量代谢率。主要用于科学研究肥胖和内分泌系统障碍2、间接测热法遵循定比定律，测量装置较简单C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+Q间接测热法依据定比关系，测出单位时间内氧化分解的糖、脂肪和蛋白质各占多少，再算出该段时间内释放出的能量。（1）测量具体步骤：①测出机体单位时间内的耗O2量和CO2产生量,并测出尿氮排出量；计算出产热量，算出能量代谢率:产热量=20.18×耗氧量（混合食物的RQ为0.82时氧热价为20.18）②根据尿氮含量,算出:蛋白质的氧化量蛋白质食物的产热量在总的耗氧量和CO2产量中扣除蛋白质氧化代谢的分额，再根据所剩的耗氧量和CO2产量计算出NPRQ③据表7－2查出该NPRQ所对应的氧热价，算出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与非蛋白食物产热量之和。举例：受试者在标准状态下24小时耗氧量：400L，CO2产生量：340L，尿氮量：12克，计算24小时的能量代谢。•步骤：•A、求出蛋白质代谢的耗氧量、•CO2产生量和产热量•蛋白质氧化量=12×6.25=75g•产热量=18×75=1350kJ•耗氧量=0.95×75=71.25L•CO2产生量=0.76×75=57LB、非蛋白代谢耗氧量=400L－71.25L=328.75LCO2产生量=340L－57L=283LNPRQ=283L÷328.75L=0.86C、计算非蛋白代谢的产热量NPRQ=0.86时，氧热价为20.41kJ/L非蛋白代谢的产热量=328.75L×20.41kJ/L=6710kJD、计算24h产热量24h产热量=1350kJ+6710kJ=8060kJ简便估算法将呼吸商定为0.82，氧热价为20.20kJ/L。①测出单位时间的耗O2量，②即算出总24小时产热量。24小时产热量=20.19kJ耗氧量=20.19kJ400L/24h=8080kJ(2)耗O2量与CO2产生量的测定方法1）开放式测定法（气体分析法）呼吸空气的条件下测定耗氧量和CO2产生量。收集受试者一定时间内的呼气量，分析呼出气中的O2与CO2容积百分比。已知空气中的O2与CO2容积百分比。求两者的差值，计算该时间内的耗氧量和CO2产生量。2）闭合式测定法一般使用能量代谢率测定器械3.双标记水法•受试者自由活动状态下进行，•测定的氚（2H）和氧（18O）标记水2H2O、H218O一定时间内（10天）间断采集尿液，测定氚（2H）和氧（18O）代谢率氚（2H）参与水代谢氧（18O）水+CO2代谢三、影响能量代谢的因素（一）肌肉活动对能量代谢的影响最大运动或劳动的强度消耗的能量能量代谢值可作为评价劳动强度的指标劳动或运动时的能量代谢值肌肉活动形式平均产热量[kJ/(m2.min)]静卧休息出席会议擦窗洗衣物扫地打排球踢足球2.733.408.309.8911.3717.5024.98（二）精神活动1.精神紧张、情绪激动能量代谢2.骨骼肌的紧张性3.交感神经兴奋儿茶酚胺释放代谢率（三）食物的特殊动力效应进食后一段时间内（从进食后1h开始持续到7-8h），机体处于安静状态，产热量比进食前有所增加，食物这种使机体产生额外的热量作用，称为食物的特殊动力效应蛋白质：25-30％糖和脂肪：4-5％（四）环境温度1.200C~300C：稳定2.300C或200C：300C代谢率逐渐增加，体内化学过程的反应速度增加，发汗、呼吸、循环机能增强200C代谢率开始增加，寒冷刺激反射性地引起寒战以及肌肉紧张度增加；四、基础代谢1、概念基础代谢:指基础状态下的能量代谢基础代谢率(BMR):单位时间内的基础代谢基础状态:人体处于清晨、清醒、静卧，未作肌肉活动；前夜睡眠良好，无精神紧张、禁食12小时、室温20~250C、体温正常。能量消耗只用于维持心跳、呼吸等维持生命所必需的基本生理活动。2、测定条件（1）禁食12-14h（2）清晨空腹（3）平卧使肌肉放松，排除精神及心理影响（4）室温保持在20-25度之间基础代谢率与年龄，性别及身材大小有关我国人正常的基础代谢率平均值〖kJ/（h）〗年龄（岁）11～1516～1718～1920～3031～4041～5050以上男性195.5193.4166.2157.8158.6154.0149.0女性172.5181.7154.0146.5146.9142.4138.6基础代谢率、肺活量、肾小球滤过率、心输出量、主动脉和气管的横截面积都与体表面积呈比例关系体表面积（m2）简易法=0.0061×身高（cm）+0.0128×体重（kg）－0.1529体表面积测算图3、基础代谢率的测定和其正常值基础代谢率=耗氧量氧热价体表面积100%呼吸商为0.82时的氧热价为20.19KJ4、基础代谢率的临床意义有助于诊断某些疾病甲低：-40％～-20％甲亢：+25%～+80%基础代谢率：发热、糖尿病、红细胞增多症、白血病、伴呼吸困难的心脏病等。基础代谢率：阿狄森病、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、体温（一）表层温度与体核温度(深部温度)*概念：指机体深部平均温度，比较稳定，变动范围不超过10C。常用方便的测定部位即口腔及腋窝深部温度，数值高、稳定、各部差异小表层温度，数值低，不稳定，各部差异大。皮肤、皮下组织、肌肉心、肺、脑、内脏正常值：肛温：36.9-37.90口温：36.7-37.70C腋温：36.0-37.40C•实验中：•常以食管温度作为深部温度；食管温度直肠温度0.3Ｃ以鼓膜温度作为脑组织的温度。与下丘脑温度相近临床作为体温的指标（二）体温的正常变动•1.昼夜节律一般是清晨2～6时最低，下午2～8时最高，波动幅度一般不超过1℃。2.性别差异⑴成年女子体温平均比男子高0.3℃。⑵女子基础体温随月经周期而产生周期性变动。排卵前日最低，排卵后升高0.3～0.6℃。•3、年龄：新生儿(早产儿)易受随环境温•度影响，老年人体温偏低•4、肌肉活动•5、环境温度皮肤温度与平均温度机体最外层的温度称为皮肤温度各部位差别较大，且与局部血流有关1.平均皮肤温度Tmst=0.2(T小腿+T大腿）+0.3（T胸+T上臂）2.平均温度Tmbt=a·Tcore+(1-a)·Tmst在环境温度20~350C下人体体温分布图２70C33~340CT＜22℃→心跳停止；T＞43℃→酶变性而死亡;T=27℃→低温麻醉。二、机体的产热和散热（一）产热过程1.主要产热器官：内脏器官、骨骼肌、脑安静时：内脏器官，特别是肝脏运动或劳动时：骨骼肌占90％2.机体的产热形式（1）战栗产热：寒冷性肌紧张(战栗前肌紧张)骨骼肌紧张性增强的基础上发生的不随意的节律性收缩(频率为10-20次/分)机制：冷感觉器传入神经战栗的初级运动中枢（下丘脑后部背外侧靠近第三脑室壁）脑干前角运动神经元传出神经战栗•特点：屈肌和伸肌同时收缩，不做外功，产热量增加很高，代谢率增加4~5倍•意义：有利于维持机体在寒冷环境中的体热平衡。（2）非战栗产热---又称代谢产热（能量代谢的多环节），细胞水平特点：褐色脂肪组织(brownfattissue)产热量占70%耗氧量多。新生儿不发生战栗部位：腹股沟、腋窝、肩胛下区、颈部大血管周围3、产热活动的调节（1）体液调节*甲状腺激素：作用缓慢、持久*NA、NE、GH：作用迅速、时间短（2）神经调节：寒冷刺激交感神经兴奋肾上腺髓质活动肾上腺素、去甲肾上腺素释放产热（二）散热过程人体主要散热部位是皮肤1、皮肤散热方式(1)辐射散热是机体以发射红外线的形式将热传给外界较冷物体的一种散热方式。*条件：体表温度高于环境温度*影响因素体表温度与环境温度差有效辐射面积在环境温度为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(2)传导散热是指机体将热量直接传给与机体接触的温度较低的物体的一种散热方式。*影响因素：温度差接触面积导热性能临床应用：水的比热大，导热性能好，用冰帽、冰袋等给高热病人降温。(3)对流散热指通过气体进行热量交换的一种散热方式。*影响因素：风速•当环境温度升高到接近或等于皮肤温度时，•蒸发便成了唯一有效的散热形式。(4)蒸发散热通过水分从体表蒸发散热的一种方式。蒸发1g水散热2.43kJ环境温度超过体表温度时，唯一的散热方式。*影响因素：湿度大，不易散热风速大，散热快*蒸发散热：不感蒸发和出汗1）不感蒸发：在低温环境中，皮肤和呼吸道水分渗出而被蒸发掉，这种水分蒸发不被觉察，称为不感蒸发。皮肤的水分蒸发又称为不显汗。特点：与汗腺的活动无关。皮肤:0.6-0.8L/d呼吸:0.2-0.4L/d1L/d2）发汗：特点：是指汗腺主动分泌汗液的过程。通过汗液蒸发带走身体热量，可意识到的又称可感蒸发受环境温度和湿度的影响：寒冷或温暖情况：无汗液分泌或少量安静状态：环境温度300C时开始出汗，速度取决于参加活动汗腺数量和活动强度影响因素：劳动强度、环境温度、湿度、风速劳动(气温200C)、气温出汗速度散热湿度衣着多蒸发困难(气温250C)出汗风速蒸发容易出汗•*中暑：•指因高温环境或受到