生理学 第七篇 能量代谢与体温

第七篇

能量代谢与体温

能量代谢新陈代谢(metabolism)合成代谢(anabolism)&分解代谢(catabolism)能量代谢(energymetabolism)生物体内物质代谢过程中所伴随着的能量释放、转移、储存和利用。

一、机体能量的来源与利用（一）能量的来源糖、脂肪、蛋白质C-HATP

磷酸肌酸（creatinephosphate，CP）肌肉、脑组织高能磷酸键储能物质&直接供能物质ATP的储存库糖（carbohydrate）50%-70%有氧氧化：三羧酸循环30-32molATP无氧酵解：糖酵解

2molATP唯一不需要O2的供能途径脑组织所需能量主要来源于糖的有氧氧化脂肪（fat）30％～50％短期饥饿，主要供能物质能源物质储存的主要形式：占体重20%每克脂肪氧化释放的能量约为糖的2倍。蛋白质（protein）特殊情况（如病理性长期饥饿、体力极度消耗等）参与供能。氨基酸主要用于合成细胞成分、组织的自我更新、合成酶及激素等生物活性物质。在体内氧化不彻底。（二）能量的利用（三）能量平衡摄入能量消耗能量负平衡正平衡肥胖体质指数（bodymassindex,BMI）BMI=体重（kg）/身高平方（m2）24超重；28肥胖腰围男性<85cm；女性<80cm二、能量代谢的测定（一）能量代谢的测定原理

能量代谢率（energymetabolismrate）

机体在单位时间内的能量代谢量。

能量守恒定律：食物中的化学能＝热能＋所作功直接测热法间接测热法直接测热法（directcalorimetry）

间接测热法（indirectcalorimetry）

化学反应定比定律C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+△H推算一定时间内糖、脂肪、蛋白质各氧化多少；每种营养物质氧化产生的能量有多少食物的热价、氧热价、呼吸商食物的热价（thermalequivalent）

一克食物氧化分解（或在体外燃烧）时所释放出的能量。物理热价&生物热价食物的氧热价（thermalequivalentofoxygen）某种食物氧化时，消耗一升氧所产生的热量。呼吸商（respiratoryquotient，RQ）

一定时间内机体的CO2产量和耗氧量的比值。RQ＝CO2产生量（mol）/O2消耗量（mol）＝CO2产生量（ml）/O2消耗量（ml）（相同温度和气压条件下）

糖、脂肪、蛋白质氧化时的热价、氧热价和呼吸商营养物质产热量（kJ/g）耗氧量（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呼吸商可反映某段时间内机体利用能量的主要来源：1.0左右，能量消耗主要来自糖的氧化；0.71左右，能耗主要来自脂肪氧化糖尿病0.8左右，能耗主要来自蛋白质分解，长期饥饿等

正常人进食混合食物，呼吸商0.85左右实际情况可能与理论值不完全一致

体内糖转变成脂肪，呼吸商变大剧烈活动，肺过度通气或酸中毒呼吸商变大

肺通气不足或碱中毒呼吸商变小

非蛋白呼吸商(non-proteinrespiratoryquotient,NPRQ)由糖和脂肪氧化时产生的CO2量和消耗的O2量的比值间接测热法的测算步骤测尿氮

÷0.16

总产热量总CO2产量－蛋白质CO2产量总耗O2量－蛋白质耗O2量＝NPRQ被氧化蛋白质量耗O2量CO2产量蛋白质产热量（查表）NP氧热价NP耗O2量NP产热量×临床上的简化测定法1、将蛋白质的氧化量忽略不计，测定单位时间内的耗O2量和CO2产量，计算呼吸商，按非蛋白呼吸商查表，得到对应氧热价，计算总产热量。2、将非蛋白呼吸商定为0.82（基础状态），氧热价为20.20kJ/L产热量＝20.20×耗氧量（KJ）误差仅1-2%耗O2量与CO2产量的测定：1、开放式（气体分析法）：吸入气为空气，收集一定时间内的呼出气，分析呼出气中O2和CO2的容积百分比，比较空气和呼出气的差异。

常用2、闭合式：肺量计充一定量O2，呼出CO2由吸收剂吸收。耗O2量与CO2产量的测定：

3、双标记水法（doublylabelledwater）

2H2O、H218O

2H仅参与体内水代谢，而18O参与水代谢和CO2代谢CO2产生量=18O代谢率-2H代谢率

优点：不需限制受试者活动，适合于儿童，准确，无毒

缺点：费用高，费时长，需高灵敏度同位素质谱仪和专

业人员三、影响能量代谢的因素（一）整体水平影响能量代谢的主要因素1.肌肉活动最显著

骨骼肌的收缩和舒张都是主动耗能过程

人体骨骼肌约占体重40%，运动时能量

代谢↑↑

机体耗氧量增加∝肌肉活动强度

能量代谢率可用于评价骨骼肌活动强度氧债（oxygendebt）2.精神活动

平静思考问题：能量代谢率影响不大

精神紧张（如烦恼、恐惧、情绪激动）→能量代谢率↑无意识的肌紧张、交感神经兴奋、释放内分泌激素（甲状腺素、肾上腺素等）3.食物的特殊动力效应（specificdynamicactionoffood）进食引起机体额外增加产热量的效应蛋白质30％；糖6％；脂肪4％；混合性食物10%

机制不清楚，可能与肝脏处理氨基酸或合成糖原等有关

意义：计算能量摄入量时需考虑在内4.环境温度

20～30℃稳定；<20℃寒战，肌紧张；>30℃化学反应加快，发汗，呼吸、循环功能增强5.其他：

年龄、性别、日周期、激素、发热、麻醉等（二）调控能量代谢的神经和体液因素1.下丘脑对摄食行为的调控摄食中枢饱中枢2.激素对能量代谢过程的调节

糖：胰岛素、胰高血糖素、生长激素、糖皮质激素、肾上腺素脂肪、蛋白质：胰岛素、糖皮质激素、甲状腺激素、生长激素、性激素3.蛋白质和肽类物质

解偶联蛋白、瘦素、增食因子、神经肽Y、生长激素释放肽等四、基础代谢基础代谢（basalmetabolism）：基础状态下的能量代谢基础状态：清晨，清醒，静卧，肌肉放松，无精神紧张，禁食12小时以上，室温20-25℃基础代谢率（basalmetabolicrate，BMR）：单位时间内的基础代谢，即在基础状态下，单位时间内的能量代谢。

反映机体能量代谢水平

基础代谢率的测定方法

简化的间接测热法：非蛋白呼吸商0.82，氧热价20.20kJ/L，单位时间耗氧量，体表面积

体表面积定律：体内许多指标与体表面积成正比，如：BMR、心输出量、肺通气量、肾小球滤过率等

基础代谢率=20.20×耗氧量÷体表面积[单位：kJ/（m2·h）]体表面积测算图体表面积计算：Stevenson公式：体表面积（m2）=0.0061×身高（cm）+0.0128×体重（kg）-0.1529测定基础代谢率的意义

基础代谢率（相对值）=×100％

±15%正常范围；>20%考虑病理性变化实测值－正常平均值正常平均值甲亢↑25％～80％；甲减↓20％～40％糖尿病、红细胞增多症、白血病、发热等BMR↑肾上腺皮质功能减退、肾病综合征、垂体性肥胖、病理性饥饿BMR↓体温和体温调节一、体温核心温度（coretemperature）：心、脑、肺、腹腔脏器的温度表层温度（shelltemperature）：皮肤、皮下组织、肌肉的温度生理学：体温（bodytemperature）是指机体核心部分的平均温度表层温度易受环境温度影响；与局部血流量关系密切

红外线热影像仪检测皮肤温度辅助诊断外周血管疾病核心温度

相对稳定，温差小

直肠温度（rectaltemperature）36.9-37.9℃口腔温度（oraltemperature）36.7-37.7℃

腋窝温度（axillarytemperature）36.0-37.4℃食管温度比直肠温度低0.3℃左右，与右心房温度大致相等鼓膜温度接近下丘脑温度，反映脑组织温度

以上测量均非真正意义上的核心温度，只是接近（二）体温的生理性波动（<1℃）1.体温的日节律（circadianrhythm）

清晨2-6时体温最低，午后1-6时最高下丘脑视交叉上核（suprachiasmaticnucleus）生物钟2.性别成年女性比男性高0.3℃

育龄女性基础体温随月经周期变动：月经期至排卵这段时间体温较低，排卵日体温最低，排卵后体温升高0.3-0.6℃孕激素作用于下丘脑体温调节中枢3.年龄儿童和青少年体温较高老年人较低新生儿（特别是早产儿）体温调节机制不完善，易受环境温度影响新生儿体温＞成年人＞老年人4.运动、精神活动、环境温度、进食肌肉剧烈活动，体温可升1～2℃（三）体温变化范围脑温>42℃脑功能严重受损体温>44-45℃体内蛋白质不可逆变性而致死体温<34℃意识障碍<30℃神经反射消失，心脏兴奋传导系统功能障

碍，心室纤维性颤动

<28℃心跳停止二、体热平衡（thermalbalance）产热散热（一）产热(thermogenesis)反应1.主要产热器官内脏器官、骨骼肌组织器官重量（占体重%）产热量（占机体总产热量的%）安静状态运动或劳动脑2.5163内脏345622骨骼肌401873其他23.51022.产热方式基础代谢骨骼肌运动

食物特殊动力效应

寒战

非寒战寒战产热（shiveringthermogenesis）骨骼肌不随意的节律性收缩

特点：屈肌和伸肌同时收缩，不作功，产热量很高。

寒战前肌紧张（pre-shiveringtone）。非寒战产热（non-shiveringthermogenesis）又称代谢产热，寒冷环境中，机体通过提高组织代谢率来增加产热。褐色脂肪组织（brownadiposetissue,BAT）（肩胛下区、颈部大血管周围、腹股沟等）BAT受交感神经支配

机制：解耦联蛋白意义：新生儿维持体温的重要因素

成年人BAT较少，仅能增加产热量10%-15%

解耦联蛋白（uncouplingprotein，UCP）3.产热活动的调节（1）体液调节

甲状腺素寒冷环境，甲状腺素分泌，代谢率↑20-30%

起效慢，持续时间长肾上腺素，去甲肾上腺素，生长激素起效快

持续时间短寒冷刺激下丘脑体温调节中枢脊髓前角运动神经元寒战肾上腺髓质肾上腺素去甲肾上腺素代谢产热增加TRHTSHT3、T4（2）神经调节（二）散热（thermolysis）反应1.散热的部位皮肤是主要散热部位：面积大，与外界接触，血流丰富，有汗腺呼出气、尿、粪2.散热方式蒸发evaporation（1）辐射散热（thermalradiation）热射线；21℃，裸体，60%的热量通过辐射方式发散影响因素：皮肤与环境的温度差、机体有效散热面积（2）传导散热（thermalconduction）机体的热量直接传给与之接触的温度较低的物体。影响因素：皮肤温度与接触体之间的温度差、接触面积、

接触物体的导热性能

空气、棉、毛织物

冰帽、冰袋（3）对流散热（thermalconvection）通过气体或液体的流动带走热量的方式。传导散热的特殊形式。影响因素：皮肤与周围环境的温度差、有效散热面积、风速（4）蒸发散热（evaporation）水分从体表汽化时吸收热量从而散发体热。蒸发1g水，机体可散发2.43kJ热量

环境温度≥皮肤温度时唯一的散热方式1）不感蒸发

2）发汗1）不感蒸发（insensibleevaporation）

体内的水从皮肤和黏膜（主要是呼吸道黏膜）表面不断渗出而被汽化的过程。

皮肤的不感蒸发称为不显汗（insensibleperspiration）。与汗腺无关。人体不感蒸发量约1000ml/日，皮肤600-800ml，呼吸道黏膜200-400ml。

临床上给病人补液时应考虑不感蒸发丢失的体液量。

狗热喘呼吸2）发汗（sweating）汗腺主动分泌汗液，通过汗液蒸发带走大量体热。可感蒸发（sensibleevaporation）成分：水99%+1%固体（NaCl、乳酸、KCl、尿素）汗液流经汗腺排出管时，在醛固酮作用下，有一部分NaCl被重吸收，从而使最终排出的汗液成为低渗。机体大量出汗可造成高渗性脱水，要补充大量的水份和适量的NaCl。温热性发汗（thermalsweating）-全身皮肤小汗腺发汗的多少受环境温度、劳动强度、空气湿度、风速和汗腺数目及功能状态的影响。温热刺激下丘脑体温调节中枢交感胆碱能纤维兴奋（夏天，慎用阿托品）精神性发汗（mentalsweating）精神紧张或情绪激动时，大脑皮层运动区通过支配汗腺的交感肾上腺素能纤维引起发汗，发汗部位主要在掌心、足底、前额等处。应激反应，与体温调节关系不大。味觉性发汗（gustatorysweating）进食辛辣食物时，口腔内痛觉神经末梢受到刺激，反射性引起头部和颈部发汗。

皮肤散热方式对流(15%)蒸发(22%)传导(3%)辐射(60%)

降温措施：

（1）冰囊、冰帽：增加传导散热

（2）通气、减衣：增加对流散热

（3）酒精擦浴：增加蒸发散热

3.散热反应的调节（1）皮肤血流量

皮肤中存在丰富的毛细血管和动-静脉吻合支

寒冷时，交感神经紧张度↑，皮肤小动脉收缩，动－静脉吻合支关闭，皮肤血流量减少，皮肤温度下降，散热量减少。炎热时相反（2）影响蒸发散热的因素