生理学教学课件：Chapter7 能量代谢和体温

Chapter7

能量代谢和体温EnergyMetabolismandTemperature第一能量代谢新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征。新陈代谢同化作用（合成代谢）--耗能异化作用（分解代谢）--放能能量代谢

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）。所有生命都利用太阳能FoodPyramid1992，USDA一、机体能量的来源与利用（一）机体能量的来源：糖：70%；脂肪：约30%；蛋白质（氨基酸）：少量FruitsVegetablesProteinGrainsDairyMyPlate,2011（二）能量的转移和利用能量储存和能量直接利用形式——ATP能量的贮存形式——磷酸肌酸(creatinephosphate,CP)糖脂肪蛋白质如何把生理/生化学习有效相连？(1)生化提供在细胞/分子层面的机理/视角；(2)生化在理解/阐释生命表征中的意义。ATP循环是生物体内能量转换最基本的方式ATP+肌酸ADP+磷酸肌酸CP的高能磷酸键是一种能量贮存方式

ATP的高能磷酸键直接参与能量提供ATP注CP:creatinephosphate去路能源物质释放的能量50%热能，其余以自由能形式贮存于ATP中。除骨骼肌运动时所完成的机械外功，其余自由能最终也转变为热能。<30%

(1)食物热价：1g食物氧化时释放出来的能量。

物理热价:食物在体外燃烧产生

生物热价：食物在体内经过生物氧化所产生

(2)食物的氧热价：某种营养物质氧化时，消耗1L氧所产生的热量。

(3)呼吸商(respiratoryquotient,RQ)：在一定时间内，机体CO2产生量和氧耗量的比值；混合膳食RQ为0.82~0.85。

1.几个有关概念RQ＝————————

产生CO2ml数消耗的O2ml数二、能量代谢的测定非蛋白呼吸商由于糖、脂肪和蛋白质分子中所含碳、氢、氧比例不同，RQ不相同，糖的RQ为1;脂肪的RQ为0.71；蛋白质的RQ约为0.80。从总CO2产量和总耗氧量中减去蛋白质的相应部分，可得糖和脂肪的CO2产量和氧耗量之比值，为混合RQ，称非蛋白呼吸商(non-proteinrespiratoryquotient,NPRQ)。Non-proteinrespiratoryquotient,NPRQ根据非蛋白呼吸商值，（1）可推算机体糖和脂肪氧化的百分比；（2）可计算氧化某一种物质的氧耗量和CO2产量；（3）可用于间接计算能量代谢率。

能量代谢率（energymetabolicrate）:单位时间内机体所消耗的能量。（一）直接测热法(directcalorimetry)

原理：能量守恒定律单位时间释放能量＝单位时间消耗能量＝热能+外功+化学贮备（利用食物的化学能）若为0

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。设备复杂，操作繁琐，应用受限（肥胖和内分泌疾病）。水温变化和水流量（二）间接测热法1、间接测热法的原理定比定律：根据化学反应原理，即反应物与反应物之间、反应物与产物之间存在着一定的比例关系，从而计算出一定时间内机体氧化三大营养物质的量。然后再根据有关数据计算该段时间内机体所释放的总热量。比如，

C6H12O6+6O2＝6CO2＋6H2O+ΔH2.间接测热方法（1）测定机体在一定时间内的氧耗量和CO2产生量闭合式测定法：肺量计、代谢仪开放式测定法：化学分析（比较呼出气和空气O2/CO2的差异）（2）测定一定时间内尿中排出的氮量，可以计算出被氧化分解的蛋白质量。

蛋白质量=6.25×尿氮量（克）从分解的蛋白质量查表7-1，计算出其产热量、耗氧量和CO2生成量。（3）计算出NPRQ，查表7-2，求出非蛋白食物产热量（4）计算出总的产热量和能量代谢率间接测热法的测算方法(1)测定：24h耗氧量400L，CO2排出量340L，尿氮排出量12g。(2)蛋白质代谢：蛋白质分解量＝12g×6.25＝75g

产热量＝18.42kJ/g×75g＝1381.5kJ

耗氧量＝0.96L/g×75g＝72LCO2产生量＝0.77L/g×75g＝57.8L(3)非蛋白质代谢：耗氧量＝400L－72L＝328LCO2产生量＝340L－57.8L＝282.2L

非蛋白呼吸商=282.2L÷328L＝0.86

查表，NPRQ＝0.86时，氧热价为20.41kJ/L

非蛋白代谢产热量＝20.41kJ/L×328L＝6694.5kJ(4)24h产热量：24h产热量＝1381.5kJ＋6694.5kJ＝8076kJ

即24h能量代谢为8076kJ3.临床应用的简便方法（1）通常蛋白质消耗量忽略不计，只测定单位时间内CO2产量和氧耗量，计算RQ按非蛋白RQ查表，得到对应氧热价值，即可计算总产热量。（2）更简便测定方法是将RQ为0.82（混合食物的呼吸商），测定单位时间内的氧耗量，便可计算机体的产热量。三、影响能量代谢的因素（一）个体因素

1.体表面积：以单位体表面积(m2)的产热量作为衡量能量代谢率的标准，单位是kJ/(h·m2)。

体表面积=0.0061×身高(cm)＋0.0128×体重(kg)-0.1529

也可根据体表面积测算图直接求得体表面积。

2.性别和年龄：男>女；年龄↑→代谢率↓（二）生理因素和环境因素

1.睡眠：

肌紧张和交感神经系统活动↓，能量代谢↓，熟睡时降低8-10％。

2.肌肉活动：最显著。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。持重机枪跃进42.39ThetermSedentaryDeathSyndromewascoinedbythePresident'sCouncilonPhysicalFitnessandSportsin2002toaddressthegrowingconsequencesofaseatedlifestyle.

“TherearestudiesonSedentaryDeathSyndromethatshowthatsittingforhourscancauseanythingfromlowerbackpaintohighcholesterol,diabetesandobesity,”hesays.

——MladenGolubic,MedicaldirectorfortheCenterforLifestyleMedicineatClevelandClinic'sWellnessInstitute.Video运动对耗氧量和肺通气量的影响“氧债”SO2(%)100—60mmHg60—40mmHg40—20mmHg氧离曲线复习3.环境温度安静状态下，环境温度在20-30℃时，能量代谢率最为稳定。当环境温度高于30℃或低于20℃时，能量代谢都将增加。比如舰艇舱内温度可高达60℃,故舰员的能量代谢率很高。4.食物的特殊动力效应进食后约1～8小时，机体比未进食前产热量增加；进食可使机体产生“额外”热量的现象称为食物的特殊动力效应(foodspecificdynamiceffect)。蛋白质：30％，糖和脂肪：4％～6％，混合食物：10％。

肝脏在脱氨基反应中消耗能量可能是“额外”产热的原因。5.精神紧张当精神活动处于紧张状态（烦恼、愤怒、恐惧或强烈情绪激动时），产热量可显著增加。肌紧张增强、交感兴奋、某些内分泌激素（肾上腺素等）释放增加等。人在平静地思考问题时，能量代谢受到的影响不大。四、基础代谢(basicmetabolism)（一）定义：

基础代谢指机体在基础状态下的能量代谢。单位时间内的基础代谢为基础代谢率(basicmetabolismrate，BMR)。基础状态指①清晨、清醒、静卧；②室温在20～25℃；③禁食12h以上；④情绪安定；⑤体温正常。（二）BMR测定和表示方法：

测6分钟内耗氧量，求出每小时耗氧量。

取混合饮食RQ为0.82，其氧热价为20.2kJ，则BMR＝20.2×每小时耗氧量÷体表面积。将测定值与同性别、同年龄组的平均值进行比较。相差在±10％～±15％以内，正常范围；

相差值在±20％以上则考虑为病态。

甲亢时BMR可高于正常值的25％～80％；甲状腺机能减退时比正常值低20％～40％。1mg的甲状腺素可增加产热4000KJ。诱导Na-K-ATP酶的合成，加速ATP分解；诱导解偶联蛋白表达；加速耗氧和产热。TH阿狄森氏病、肾病综合征、脑垂体性肥胖、病理性饥饿时，BMR降低。糖尿病、红细胞增多症、白血病和发热则可使BMR升高。体温每升高l℃，能量代谢将增加13％左右。第二体温及其调节一、人体的正常体温及其生理波动（一）体温的概念

表层温度(shelltemperature)：机体表层的温度。

皮肤温度(skintemperature)：机体表层的最外层，即皮肤温度。

体核温度(coretemperature)：机体深部的温度。

体温(bodytemperature)：指体核温度，即机体深部的平均温度。

在炎热环境中，体核温度可扩展到四肢；在寒冷环境中，体核温度缩小到机体深部。（二）体温的正常值

体温是指机体深部的温度。

临床：腋下温度<口腔温度<直肠温度直肠温度：36.9～37.9℃

口腔温度比直肠温度低0.2-0.3（36.7～37.7℃）

腋窝温度比口腔温度低0.3-0.4℃（36.0～37.4℃）<34℃——意识丧失；<25℃——心跳停止或室颤

>42℃——酶变性、细胞实质损害；>45℃——生命危险

低温麻醉，检测：鼓膜/鼻咽温度——大脑食管下段温度——心脏直肠温度——内部中心浅——30℃；BMR降至50%中——28~23℃深——<22℃；降至14%BMR选择合适的测量体温的方法：①凡婴幼儿、精神异常、昏迷、口鼻腔手术以及呼吸困难、不能合作的病人，不宜测口腔温度；②凡消瘦不能夹紧体温计、腋下出汗较多者，以及腋下有炎症、创伤或手术的病人不宜使用腋下测温法；③凡直肠或肛门手术、腹泻，以及心肌梗死的病人不宜使用直肠测温法。（二）体温的生理波动1.昼夜波动：昼夜节律(日节律,circadianrhythm)

清晨2-5时最低，午后2-5时最高，波动幅度不超过1℃。2.性别：女性高于男性0.3℃

女性体温还随月经波动。月经期至排卵这段时间体温较低，排卵后体温较高（升高0.3~0.6℃）。孕激素等3.年龄儿童>成人>老年人

体温随着年龄的增长有逐渐降低的趋势（与代谢率降低逐渐有关），大约每增长10岁，体温约降低0.05℃。

新生儿尤其早产儿，体温调节机构发育不完善，调节能力差。

4.肌肉活动剧烈的肌肉活动使产热量增加，体温升高（可暂时升高1～2℃）。测体温时，要先让受试者安静一段时间，小儿应防止其哭闹。

5.其他：情绪、进食、环境温度等临床相关：全身麻醉时，会因抑制体温调节中枢和扩张血管的作用及骨骼肌松弛，使体温降低，所以全麻时应注意保温。体温维持二、机体的产热与散热体热平衡(bodyheatcontent)：产热和散热两个生理过程之间的动态平衡，维持体温恒定。(一)产热

1．主要产热器官：安静：内脏器官为主（肝脏）运动：肌肉为主2.机体对产热量的调节方式

(1)战栗产热：骨骼肌肌紧张↑、寒战(不随意节律性收缩)。寒战时，屈肌和伸肌同时收缩，基本不作外功，所消耗的能量全部转变为热量，产热量可达安静时4-5倍。

肌电图上表现出成簇高波幅群放电：不同肌纤维动作电位同步化。

EMGfromgaittermination,bottomleftistherawEMG,rightistherectifiedpattern

(2)非战栗产热：代谢产热↑

①交感神经兴奋、NE和E↑→细胞的分解代谢↑→产热量↑

交感神经兴奋→褐色脂肪(brownfat)迅速分解产热。

②下丘脑-腺垂体系统→甲状腺素、肾上腺皮质/髓质激素↑→分解代谢↑→产热量↑快速短时缓慢长时散热高低心血管周围的褐色脂肪组织，产热器官Eventually,thebrownfatwillmeltawayanditsjobnowisreplacedby?theliver.（二）散热散热途径：主要是皮肤（85％），其次有呼吸、尿和粪便。皮肤散热在维持体温稳定中起重要作用。2.机体内热量到达皮肤的途径

(1)热传导：脂肪的导热性较差，故肥胖者体内热量不易通过传导到达皮肤。

(2)血液循环：皮肤血流量↑→由机体深部到达皮肤的热量↑→皮肤温度升高。

3.皮肤散热方式(1)辐射：热射线形式，不需导热介质，安静常温状态下占总散热量的60%。影响因素：皮肤温度与环境气温的温度差、有效辐射面积。

Active-infrarednightvision

:thecamerailluminatesthesceneatinfraredwavelengthsinvisibletothehumaneye.

Despiteadarkback-litscene,active-infrarednightvisiondeliversidentifyingdetails,asseenonthedisplaymonitor.

(2)传导：体热直接传给与之接触的较冷的物体。

影响因素：皮肤温度与接触物表面的温度差、物体的导热性、有效接触面积。

衣服：保暖冰帽、冰袋：使高热病人降低体温。3.皮肤散热方式(3)对流：一种特殊的传导散热，通过气体进行。影响因素：风速（干衣阻流；湿衣则不利）

(4)蒸发：当环境温度等/高于皮肤温度时，蒸发散热是机体唯一散热方式。影响因素：环境温度、空气湿度、风速。蒸发分为不感蒸发和发汗。每1.0ｇ水蒸发可带走热量2.43KJ。（1）不感蒸发(insensibleevaporation)或不显汗：体液中水分直接渗透出皮肤和呼吸道粘膜等表面而蒸发的散热形式，不为人们察觉，持续进行。

每天1000ml：皮肤600-800ml，呼吸道200-400ml。∴临床相关：临床上给病人补液时应考虑到由不感蒸发丢失的体液量。婴幼儿不感蒸发的速率比成人大，因此缺水时婴幼儿更容易造成严重脱水。（2）发汗(sweating，sensibleevaporation)：汗腺分泌汗液。

是环境温度高于体温时的机体唯一有效的散热途径。

若每小时蒸发1.7L汗液，可散热约4200kJ。汗液：水99%，NaCl、KCl、尿素、乳酸等，属主动分泌低渗液。发汗中枢主要位于下丘脑。1）小汗腺：皮肤上细长管状腺。受交感胆碱能神经支配，被阿托品阻断。手掌、足底>额、手背>四肢、躯干2）大汗腺：腋窝、乳头、阴部等。

不受神经支配，E刺激其分泌。汗腺的分泌可由温热性刺激和精神紧张等刺激引起。(1)温热性发汗：体内外温热性刺激引起的汗腺分泌。

受温度和湿度

影响:高温环境中时间太长，汗腺疲劳而明显减慢；湿度大，汗液不易被蒸发，体热因而不易散失。风速大时，汗液蒸发快，容易散热而使发汗速度变小。(2)精神性发汗：精神紧张或情绪激动时发生与体温调节无关，中枢可能在皮层运动区

如果人体缺水，体温？温热性发汗精神性发汗汗腺全身绝大部分汗腺分泌(手掌、足跖除外）手掌、足跖、前额和腋窝等部位汗腺神经支配交感胆碱能节后纤维肾上腺素能神经纤维刺激温热刺激情绪激动或精神紧张意义加强散热，对体温调节有重要作用。与体温调节无关，可能与湿润手掌和足跖，增加摩擦力有关。4.机体对散热量的调节(1)经皮肤温度的调节：炎热：交感神经紧张性↓→皮肤血管舒张、动－静脉吻合支开放→皮肤血流量↑→皮肤温度↑→辐射、对流、传导散热↑（皮肤血流量最多可达到心输出量的12%）寒冷：相反。

(2)经发汗：炎热：下丘脑发汗中枢→交感舒血管纤维→汗腺分泌汗液→蒸发散热（反射）。1三、体温调节（控制论）

机体通过行为性体温调节和自主性体温调节来控制产热与散热过程的平衡，从而维持体温的恒定。

自主性体温调节：机体在下丘脑体温调节中枢的控制下，通过增减皮肤血流量、发汗、寒战等生理反应，经常维持产热和散热过程的动态平衡。体温调节的基础。

行为性体温调节：机体（包括变温动物）在不同的温度环境的姿势和行为。体温调节的补充，并使人具有预见性。（一）温度感受器

(temperaturereceptor)外周温度感受器皮肤、粘膜和内脏中对温度变化敏感的游离神经末梢。皮肤温度感受器：热感受器<冷感