生理学课件：第七章 能量代谢与体温

第七章能量代谢与体温第一节能量代谢第二节体温及调节第一节能量代谢

1.能量的来源和利用

2.能量代谢的测量

3.能量代谢的调节

4.基础代谢第二节体温调节

1.体温

2.产热与散热

2.体温调节本章结构能量代谢体内物质代谢过程中伴随发生的能量的释放、转移、储存和利用。

（一）能量的来源（二）能量的利用（三）能量平衡

第一节能量代谢一、机体能量的来源与利用一、机体能量的来源与利用（一）能量来源

1.ATP的生成与作用

食物中的糖、脂肪、蛋白质分子结构中的碳氢键断裂，释放出能量。ATP的合成与分解是体内能量转化和利用的关键环节。

ATP既是体内直接供能物质，又是体内的储能物质。糖:主要(50-70％)

脑组织所需能量来源于糖的有氧氧化缺氧和血糖水平过低，均可导致意识障碍、昏迷以及抽搐。脂肪：次之(30％)蛋白质：很少(长期饥饿或极度消耗时，才成为主要能量来源)。2.三大营养物质的能量转化（1）糖（carbohydrate)：50-70﹪

血糖，供能，ATP●食物中的糖葡萄糖肌糖原，肝糖原，贮存脂肪，蛋白质

消化吸收●葡萄糖转化成ATP供能的途径

1葡萄糖CO2+H2O+

38molATP

脑组织

1葡萄糖乳酸+2molATP

应急，红细胞氧充足氧化

缺氧无氧酵解●脑组织所需能量来源于糖的有氧氧化。●当机体缺氧和血糖水平过低时，均可导致脑功能障碍，甚至出现低血糖性休克。（2）脂肪：次之(30％)1g=2gGlu脂肪消化甘油脂肪酸吸收类脂质：细胞构成脂肪:分解甘油:脂肪酸：β-氧化酮体：肝酮血症体重指数＝体重（Kg）身高2（m）●为机体主要的贮能物质。●是机体短期饥饿时的主要供能物质●供能方式:有氧氧化●特点:释放能量多，为同等重量糖的二倍。蛋白质消化氨基酸吸收组织蛋白

（3）蛋白质(protein)●一般用作构成细胞成分以实现组织的自我更新，及合成酶和激素等生物活性物质，不做为供能物质。●很少(长期饥饿或极度消耗时，才成为主要能量来源)。ATP二、能量代谢的测定(一)

基本原理

机体的能量代谢遵循能量守恒定律在安静不作外功时，机体物质代谢过程中所释放的能量全部转化为热能。测定机体在单位时间内发散的总热量或所消耗的食物量，可测算出整个机体在单位时间内能量代谢的量，即能量代谢率。(二）能量代谢的测定方法

1.直接测热法（directcalorimetry)

将机体安置在一种隔热空间内，直接测定受试者在安静状态下，一定时间内发散出来的总热量的方法。主要用于研究肥胖和内分泌系统障碍等。

2.间接测热法⑴原理：定比定律，即反应物的量与生成物的量呈一定比例，测出一定时间内氧化的糖、脂肪和蛋白质量，算出它们所释出的热量。

C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+Q

只要测得机体单位时间的耗O2量和CO2产生量，便可计算出产热量，从而计算出能量代谢率。

①食物的热价

1ｇ食物在氧化时所释放出来的热量

物理热价：食物在体外燃烧时释放的热量

生物热价：食物在体内氧化时所产生的热量

糖与脂肪：物理热价＝生物热价

蛋白质：物理热价＞生物热价（蛋白在体内不能被彻底氧化，一部分以尿素等形式由尿中排泄）②食物的氧热价

某食物氧化时,每消耗1L氧所产生的热量与能量代谢测定有关的几个概念③呼吸商(RQ)：一定时间内，机体CO2产生量与耗O2量的比值

RQ＝CO2产生量/耗O2量

由于各种食物在体内氧化时的耗O2量、CO2产生量不同，故各种食物的氧热价不同。根据RQ可估计某一段时间内机体氧化各种食物的比例。RQ＝1.0→氧化糖；RQ＝0.70→氧化脂肪RQ＝0.82→一般饮食三种营养物质氧化的几种数据───────────────────────────物质耗氧量产CO2量物理热价生物热价氧热价呼吸商

(L/g)(L/g)(KJ/g)(KJ/g)(KJ/g)(RQ)───────────────────────────

糖0.830.8317.217.221.11.00

脂肪2.031.4339.839.819.60.71

蛋白质0.950.7623.418.018.90.80───────────────────────────

④非蛋白呼吸商(NPRQ)

一定时间内，机体氧化非蛋白食物时的CO2产生量与耗O2量的比值。整体产生CO2总量－分解蛋白产生CO2量

NPRQ＝─────────────────整体耗O2总量－分解蛋白耗O2量※分解蛋白产生CO2量=NP×6.25×0.76(L)※分解蛋白耗O2量=NP×6.25×0.94(L)6.25=每产生1g尿氮(NP)需氧化蛋白6.25g0.76(L)=每氧化1g蛋白的产生CO2量0.94(L)=每氧化1g蛋白的耗O2量⑵间接测热法步骤①测定尿氮量，根据尿氮量估算蛋白质氧化的量，计算出蛋白质食物的产热量。②测定一段时间内总的CO2产生量和耗O2量，计算非蛋白部分（糖和脂肪）食物氧化时的CO2产生量和耗O2量，计算出NPRQ=非蛋白CO2产生量/非蛋白耗O2量，计算出非蛋白食物的产热量：NPRQ表查出的氧热价×非蛋白耗O2量。③计算出总产热量=非蛋白食物的产热量+蛋白食物的产热量。举例：受试者在标准状态下24小时耗O2量：400L；CO2产生量：340L；尿氮量：12克；计算24小时的能量代谢。步骤：①求出蛋白质代谢的耗O2量、CO2产生量和产热量

蛋白质氧化量=12×6.25=75g

产热量=18kJ/g×75=1350kJ

耗氧量=0.95×75=71.25L

CO2产生量=0.76×75=57L②非蛋白代谢

耗氧量=400L－71.25L=328.75LCO2产生量=340L－57L=283LNPRQ=283L÷328.75L=0.86③计算非蛋白代谢的产热量查表7－2NPRQ=0.86时，氧热价为20.41kJ/L

非蛋白代谢的产热量=328.75L×20.41kJ/L=6709.79kJ④计算24h产热量

24h产热量=1350kJ+6706.5kJ=8059.79kJ⑶两种简化方法①忽略蛋白质物质的氧化量，测定一段时间内总的CO2产生量和耗O2量，将求出的呼吸商视为非蛋白呼吸商，查表取得相应的氧热价，计算出产热量。②测定一定时间内的耗O2量，将混合膳食的RQ定为0.82，氧热价=20.20kJ/L，能量代谢=耗O2量×氧热价。1）闭合式测定法：利用代谢率测定器进行测定的一种方法。（4）测定耗O2量和CO2产生量的方法

是在机体呼吸空气的条件下，测定耗O2量和CO2产生量的方法。收集受试者一定时间内的呼出气，通过气量计测出的气量并分析呼出气中O2量和CO2的容积百分比。这种方法适用于劳动、运动等情况下的能量测定。

2）开放式测定法（气体分析法）：根据吸入气和呼出气中O2量和CO2的容积百分比的差值，计算出单位时间的耗O2量和CO2产生量。3.双标记水法受试者保持在安静状态，不做外功的条件下（自由活动状态）进行的，给予受试者一定量的氘（2H)和18氧（18O）标记水，在一定时间内（通常为10天）间断采集尿液，测定2H和18O代谢率。三、影响能量代谢的主要因素（一）肌肉活动—最显著（二）精神活动—烦恼、恐惧或情绪激动表7-3劳动和运动时的能量代谢率───────────────状态产热量(KJ/m2.min)───────────────躺卧2.73开会3.40擦窗子8.30洗衣9.89扫地11.37打排球17.50打篮球24.22踢足球24.98持重机枪跃进42.39───────────────（三）食物的特殊动力效应定义：进餐后一段时间内，虽然在安静状态，机体的产热量比进餐前高，食物刺激机体额外消耗能量，增加产热量。蛋白质(30%)＞糖(6%)＞脂肪(4%)

混合食物(10%)

机制：可能与肝脏处理营养物代谢有关配餐时必须补充（四）环境温度

20～30℃时，代谢率较为稳定。

T<20℃→能量代谢率↑（寒战、肌紧张↑）

T>30℃→能量代谢率↑（化学反应速度↑，呼吸、循环↑和发汗）四、基础代谢(basalmetabolism)基础代谢基础状态下的能量代谢基础状态

人体处在清醒而又非常安静，不受肌肉活动、精神紧张、食物及环境温度等因素影响时的状态。基础代谢率(BMR)

在基础状态下单位时间内的能量代谢。是评价机体能量代谢水平的指标。

1.BMR正常值：＜±15％＞±20％→病理性变化

2.影响BMR的因素（1）体表面积成正比（2）性别、年龄女性的基础代谢率略低于男性;婴儿期BMR最高，以后随着年龄的增长而逐渐降低。（3）甲状腺功能甲状腺素的增多即可引起基础代谢率的升高：甲亢时，BMR增高25～80％；甲低时，BMR降低20～40％。（4）体温每升高1℃，BMR升高13％。国人正常的基础代谢率平均值（KJ/m2h）一、体温(bodytemperature)体温：指机体核心部分的平均温度，即核心温度。体温的相对恒定是机体新陈代谢和一切生命活动正常进行的必需条件。第二节体温及其调节T＜22℃→心跳停止；

T＞43℃→酶变性→死亡;T=27℃→低温麻醉。如：（一）体壳温度和体核温度1.体壳温度低于体核温度，由外向内存在着温度梯度，且易受环境温度的影响。

2.体核温度

（1）直肠温度：36.9～37.9℃

（2）口腔温度：36.7～37.7℃

（3）腋窝温度：36.0～37.4℃（二）体温的正常变动1.体温的昼夜变化－－日节律清晨2-6时低，午后1-6时高，幅度<1℃2.性别的影响：女＞男：0.3℃3.年龄的影响4.肌肉活动的影响二、机体的产热与散热(一)产热过程

1.主要产热器官

⑴战栗产热：在寒冷环境中骨骼肌发生不随意的节律性收缩。特点：屈肌和伸肌同时收缩，不做外功，能量全部转化为热量。⑵非战栗（代谢）产热：通过提高组织代谢率来增加产热的形式。新生儿的褐色脂肪组织的代谢产热最强。2.产热的形式3.产热活动的调节

（1）体液调节暴露于寒冷环境数周

↓

甲状腺活动↑↑

↓

T3、T4↑↑

↓

代谢率↑20～30％

↓

产热量↑

特点：作用缓慢持续时间长

（2）神经调节寒冷刺激

下丘脑寒战中枢交感N＋

↓↓前角运动N元肾上腺髓质↑

↓

↓

寒战NE、E↑

产热量↑

特点：作用迅速维持时间短1.

散热部位主：皮肤与外界接触面积大血流丰富有汗腺次：呼吸、泌尿、消化2.散热的方式外界气温＜人体表层温度主要通过:辐射、传导和对流方式散热外界温度＝或＞人体表层温度，主要通过:蒸发散热(二)散热过程

人体以热射线的形式将体热传给外界较冷物体的散热方式。辐射散热量的多少主要取决于皮肤与环境温度之间的温度差，还取决于机体的有效散热面积。⑴辐射(radiation)散热

机体的热量直接传给与之接触的温度较低物体的散热方式。

发散的热量取决于⑵传导(conduction)散热皮肤与接触物体的温度差皮肤与接触物体的接触面积与皮肤接触物体的导热性

通过气体流动进行热量交换的散热方式。是传导散热的一种特殊形式。散失热量的多少取决于皮肤与周围环境之间的温度差、机体的有效散热面积以及风速的大小。

⑶对流(convection)散热⑷蒸发(evaporation)散热

水分从体表汽化时吸收热量而散发体热的散热方式。当环境温度等于或高于皮肤温度时，蒸发将成为唯一有效的散热形式。

1）不感蒸发(insensibleperspiration)

体液的水分从皮肤和黏膜表面不断渗出而被汽化的散热形式。不感蒸发是持续进行的。人体不感蒸发量约1000ml/24h（皮肤约占2/3，肺占1/3）。

临床上给病人补液时应考虑到由不感蒸发丢失的体液量。2）发汗（sweati