能量和代谢 课件

生理学PHYSIOLOGY

蔡文杰

生理学PHYSIOLOGY蔡文杰第七章能量代谢和体温第一节能量代谢一、食物的能量转化二、能量代谢的测定三、影响能量代谢的主要因素四、基础代谢第二节体温及其调节一、体温二、机体的产热与散热三、体温调节第七章能量代谢和体温第一节能量代谢第一节能量代谢概念：物质代谢过程中所伴随着的能量的贮存、释放、转移和利用

合成代谢（吸能）物质代谢新陈代谢分解代谢（放能）能量代谢第一节能量代谢概念：物质代谢过程中所伴随着的能量的贮存、释能量代谢能量代谢一、食物的能量转化ATP的合成与分解是体内能量转化和利用的关键环节ATP既是储能物质，又是直接的供能物质ATP→ADP+Pi+能量磷酸肌酸(CP)是ATP的贮存库CP+ADP→ATP+C一、食物的能量转化ATP的合成与分解是体内能量转化和利用的关几种主要营养物质的能量转化糖--提供70％以上的能量需求有氧氧化1葡萄糖(C6H12O6)

+6O2→6CO2+6H2O+38ATP

1mol葡萄糖产生38molATP无氧酵解1葡萄糖→2乳酸+2H2O+2ATP1mol葡萄糖产生2molATP几种主要营养物质的能量转化糖--提供70％以上的能量需求几种主要营养物质的能量转化糖

血糖3.9~6.2

mmol/L

食物中糖肝糖原甘油、乳酸

氧化产能合成糖原转变为脂肪等非糖物质

尿糖几种主要营养物质的能量转化糖血糖食几种主要营养物质的能量转化脂肪体内主要的储能形式可迅速分解供能蛋白质主要作为细胞的成分和生物活性物质（酶、激素等）在某些特殊情况下（如长期不进食）分解供能几种主要营养物质的能量转化脂肪肥胖体重指数(BMI)=体重(kg)/身高(m2)中国体重指数诊断建议20~24正常范围24＜BMI＜27超重＞27肥胖肥胖体重指数(BMI)=体重(kg)/身高(m2)运动中能源物质的动员运动开始时机体首先利用ATP、CP葡萄糖发生糖酵解和有氧氧化持续运动，脂肪供能。运动30分钟左右时，供能效率达最大运动中能源物质的动员运动开始时机体首先利用ATP、CP二、能量代谢的测定几个基本概念食物的热价食物的氧热价呼吸商二、能量代谢的测定几个基本概念几个基本概念食物的热价定义：1g食物氧化时所释放的热量。KJ/g生物热价物理热价糖的生物热价为17.15kJ脂肪的生物热价为39.75kJ蛋白质的生物热价为17.15kJ蛋白质的生物热价＜物理热价几个基本概念食物的热价几个基本概念食物的氧热价定义：某种营养物质氧化时，消耗1升O2所产生的热量。kJ/L意义：测一定时间的耗氧量，计算出能量代谢率（产热量）糖的氧热价为20.66kJ脂肪的氧热价为19.58kJ蛋白质的氧热价为18.93kJ几个基本概念食物的氧热价几个基本概念呼吸商定义：RQ=VCO2/VO2糖=1，脂肪=0.71,蛋白质=0.8，混合食物≈0.85意义：估计某段时间内机体利用能量的主要来源非蛋白呼吸商（NPRQ）几个基本概念呼吸商能量代谢的测定原理和方法能量守恒定律：机体所利用的化学能＝热能+外功测定消耗的食物（营养学调查）产生的热量与所做的外功能量代谢率能量代谢率∝体表面积，单位：kJ/(m2·h)能量代谢的测定原理和方法能量守恒定律：机体所利用的化学能＝热直接测热法被测者置于一特殊的检测环境，收集一定时间内发散的总热量，换算成能量代谢率研究肥胖和内分泌系统障碍直接测热法被测者置于一特殊的检测环境，收集一定时间内发散的总间接测热法理论依据：定比定律（盖斯定律）C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+△H测定耗氧量和二氧化碳产量计算产热量间接测热法理论依据：定比定律（盖斯定律）具体步骤测定耗O2量(X)、CO2产量(Y)、尿氮排出量(Z)计算蛋白质代谢：蛋白质氧化量＝Z6.25蛋白质产热量＝Z6.2518（生物热价）蛋白质耗氧量＝

Z6.250.95蛋白质CO2产量＝Z6.250.76具体步骤测定耗O2量(X)、CO2产量(Y)、尿氮排出量(Z具体步骤计算非蛋白质代谢：非蛋白耗氧量＝X-Z6.250.95非蛋白CO2产量＝Y-Z6.250.76NPRQ＝(Y-Z6.250.76)/(X-Z6.250.95)(M)非蛋白氧热价：根据M，查表7-2，得到N非蛋白产热量＝(X-Z6.250.95)N总产热量＝蛋白质产热量＋非蛋白产热量具体步骤计算非蛋白质代谢：简化方法测定耗O2量(X)根据混合呼吸商(0.82)查表7-2，其对应的氧热价＝20.19产热量=20.19

X误差<2%简化方法测定耗O2量(X)耗氧量与CO2产量的测定方法闭和式测定法平静状态下测定闭合装置（代谢率测定器）中O2的减少量、钠石灰重量的增加量（CO2产量）耗氧量与CO2产量的测定方法闭和式测定法耗氧量与CO2产量的测定方法开放式测定法（气体分析法）活动时采集呼出气，测定呼出气量(A)、呼出气中VO2%(X%)、VCO2%(Y%)与吸入气（空气）中VO2%(21%)和VCO2%(0.04%)容积百分比进行比较耗氧量＝A×(21%-X%) CO2产量＝A×(Y%-0.04%)耗氧量与CO2产量的测定方法开放式测定法（气体分析法）影响能量代谢的主要因素★肌肉活动精神活动食物的特殊动力效应环境温度影响能量代谢的主要因素★肌肉活动肌肉活动肌肉活动

能量代谢

机体耗氧量的增加∝肌肉活动的强度剧烈运动或劳动时，产热量

10～20倍肌肉活动肌肉活动能量代谢精神活动精神紧张（烦恼、恐惧或情绪激动）肌紧张代谢激素（如甲状腺激素）释放

产热量

精神活动精神紧张（烦恼、恐惧或情绪激动）产热量食物的特殊动力效应★概念：进食之后的一段时间内，虽然处于安静状态，所产生的热量却比未进食时有所增加。食物的这种刺激机体产生额外能量消耗的作用称为

产生机制：消化系统在处理食物时做功的能量消耗（如肝脏处理蛋白质分解产物）iv氨基酸，代谢率增加与口服相同肝脏切除，该效应消失食物的特殊动力效应★概念：进食之后的一段时间内，虽然处于安静食物的特殊动力效应蛋白质最为显著，可达30%；糖和脂肪分别为6%和4%，混合性食物为10%左右。在配餐时，应补充这部分额外的能量消耗只能用于维持体温食物的特殊动力效应蛋白质最为显著，可达30%；糖和脂肪分别为环境温度20~30℃最稳定（肌肉松弛）T<20℃

能量代谢率

寒战、肌紧张

T>30℃

能量代谢率

体内生化反应速度

，发汗、呼吸和心血管活动

环境温度20~30℃最稳定（肌肉松弛）四、基础代谢★基础代谢和基础代谢率的概念基础状态：清晨、清醒、静卧（无肌肉活动和精神紧张）、空腹（至少禁食12小时）、室温20~25℃基础代谢：基础状态下的能量代谢基础代谢率(BMR)：基础状态下单位时间内以及单位体表面积的能量代谢。单位：KJ／(m2·h)BMR不是最低的（熟睡时更低）！四、基础代谢★基础代谢和基础代谢率的概念体表面积的计算公式计算法0.0061×身高＋0.0128×体重－0.1529体表面积测算图体表面积的计算公式计算法基础代谢率的测定简略法测定耗O2量(X)、体表面积（B）基础代谢率＝20.19×X÷B基础代谢率的测定简略法测定基础代谢率的临床意义（实测值–

正常平均值）÷正常平均值×100％生理变动：相差±10～15％之内性别差异：女＜男年龄差异：年龄↑→基础代谢率↓测定基础代谢率的临床意义（实测值–正常平均值）÷正常平病理状态相差>±20%甲状腺功能低下→

，亢进→

肾上腺皮质功能不全→

发热时，体温每升高1℃，BMR将升高13%左右病理状态相差>±20%病例分析某女性，20岁，体表面积为1.5m2，在基础状态下测得1h的耗氧量为18L。试问该受试者基础代谢率是否正常？如果不正常，可能提示有什么疾病？（1）用简化法计算：

1小时的产热量＝20.19×18＝363.42kJ

基础代谢率＝363.42÷1.5＝242.28kJ/(m2·h)

查表7-4，正常值为146.5kJ/(m2·h)(242.28－146.5)÷146.5×100%＝＋65.38%＞＋20％（2）提示甲亢病例分析某女性，20岁，体表面积为1.5m2，在基础状态下测第二节体温及其调节表层体温和深部体温一般所说的体温是指机体深部的平均温度表层温度：机体外壳(皮肤、皮下组织和肌肉等)的温度。不稳定，各部位之间的差异较大深部温度：机体核心(心、肺、脑和腹腔内脏等)的温度。比表层温度高，相对稳定，各部位间有差异（代谢水平不同，肝脏最高），但较小循环血液在体内传递热量，使机体深部器官的温度趋于一致第二节体温及其调节表层体温和深部体温体温常用直肠、口腔和腋窝温度来代表体温。正常值：直肠温度>口腔温度(36.7～37.7℃?)>腋窝温度正常： 36.2～37.2℃低热： 37.3～38.0℃中热： 38～39℃高热： 39～41℃超高热：>41℃口腔温度的临床诊断体温常用直肠、口腔和腋窝温度来代表体温。正常： 36.2～体温的正常变动昼夜变化清晨2~6时最低，午后1~6时最高受控于下丘脑视交叉上核的生物钟体温的正常变动昼夜变化体温的正常变动性别的影响女>男0.3℃女性：月周期节律，排卵后体温升高（孕激素分泌↑）体温的正常变动性别的影响能量和代谢课件体温的正常变动年龄的影响新生儿体温调节很不完善，易受环境温度变化影响老年人BMR低，体温偏低，调节能力差其他因素的影响肌肉活动→代谢增强、产热量增加→体温情绪激动、精神紧张、进食等→体温麻醉药→抑制体温调节中枢或影响温度感受器的传入；扩张皮肤血管，增加散热→体温↓体温的正常变动年龄的影响皮肤温度和平均体温体表各部位的皮肤温度差别较大，与局部血流量有密切的关系影响皮肤血管舒缩的因素（如环境温度变化或精神紧张等）都能改变皮肤的温度平均皮肤温度Tmst平均体温TmbtTmbt=α·Tcore+(1-α)·Tmstα随环境温度变化而变化皮肤温度和平均体温体表各部位的皮肤温度差别较大，与局部血流机体的产热主要产热器官—肝脏和骨骼肌安静时，肝脏产热量最大运动时，骨骼肌的产热量明显增加机体的产热主要产热器官—肝脏和骨骼肌机体的产热产热形式战栗产热骨骼肌不随意的节律性收缩（屈肌和伸肌同时收缩），不做外功，产热量很高。通常先出现寒冷性肌紧张非战栗产热（代谢产热）褐色脂肪组织的产热量最大（约占非战栗产热总量的70%）机体的产热产热形式产热活动的调节体液调节:甲状腺激素：寒冷环境，甲状腺激素分泌↑↑→代谢率↑20%～30%（作用缓慢而持久）肾上腺素、去甲肾上腺素和生长激素：产热迅速增加、持续时间短产热活动的调节体液调节:产热活动的调节神经调节寒冷刺激交感神经兴奋肾上腺髓质活动↑Adr和NE等激素释放↑甲状腺激素分泌下丘脑释放TRH腺垂体释放TSH产热↑产热活动的调节神经调节寒冷刺激交感神经肾上腺髓质Adr和NE散热过程主要散热部位是皮肤呼吸、排尿和排便也可散发小部分热量散热的几种方式辐射散热传导散热对流散热蒸发散热散热过程主要散热部位是皮肤辐射散热发射红外线的形式将体热传给外界21℃时，约60%的热量通过辐射发散皮肤与周围环境的温差↑、有效散热面积↑ →辐射散热量↑四肢表面积较大，在辐射散热中起重要作用肤色影响对日光辐射中可见光和紫外线的反射及吸收白皮肤：反射30~45％黑皮肤：反射<19%辐射散热发射红外线的形式将体热传给外界传导散热热量直接传给与机体接触的温度较低物体深部热量传导到体表，再由皮肤传给接触的物体（如衣物等）水的导热性能好，冰帽、冰袋冬季高湿度，寒冷感觉

传导散热热量直接传给与机体接触的温度较低物体对流散热通过气体进行热量交换人体周围围绕着一薄层同皮肤接触的空气，热量传给这一层空气，由对流将体热发散到空间风速越快，通过对流散失的热量越多风冷效应对流散热通过气体进行热量交换蒸发散热通过体表水分的蒸发而散失体热不感蒸发：1000ml/d皮肤的水分蒸发又称不显汗与汗腺的活动无关肌肉活动或发热状态，不显汗↑发汗汗腺主动分泌汗液安静状态下，30℃左右开始发汗劳动或运动时，20℃以下也可出现发汗环境温度↑、湿度↑→发汗速度↑蒸发散热通过体表水分的蒸发而散失体热汗液低渗：99%水，＜1％NaCl汗腺细胞主动分泌，Na+和Cl-在醛固酮的作用下被重吸收大量出汗易造成高渗性脱水汗液低渗：99%水，＜1％NaCl汗腺与汗腺活动的调节发汗是反射性活动，下丘脑发汗中枢汗腺主要接受交感胆碱能纤维支配温热性发汗温热刺激（环境温度升高）引起全身小汗腺分泌汗液散热功能，参与体温调节精神性发汗精神紧张、情绪激动（交感兴奋）手掌、足跖和前额等部位适当湿润，增加摩擦力导致动作更为精细防御反应汗腺与汗腺活动的调节发汗是反射性活动，下丘脑发汗中枢循环系统在散热中的作用散热量↑炎热环境交感神经紧张度↓皮肤小动脉舒张，动-静脉吻合支开放皮肤血流量↑↑皮肤温度↑，汗腺活动↑循环系统在散热中的作用散热量↑炎热环境交感神经紧张度↓皮肤小寒冷时末梢血管扩张局部防御性反应，防冻伤皮肤温度℃时间min1020300℃102080寒冷时末梢血管扩张局部防御性反应，防冻伤皮肤温度℃时间m三、体温调节自主神经性体温调节体温自身调节系统完成下丘脑体温调节中枢控制产热器官以及散热机构的活动，使体温维持相对稳定三、体温调节自主神经性体温调节三、体温调节行为性体温调节机体在不同环境中采取的姿势和发生的