第七章---能量代谢和体温.ppt

1、第七章 能量代谢和体温,目 录,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、正常体温及其生理变动 二、机体的产热和散热 三、体温调节 四、异常体温,本章要求 掌 握： 1.影响能量代谢的主要因素 2.机体产热和散热的原理 3.维持体温相对恒定的机制 熟悉： 1.基础代谢和基础代谢率的概念 2.食物的热价、氧热价和呼吸商的概念 了解： 1.能量代谢测定的原理和测定方法 2.体温的生理变异和测定方法,第一节 能量代谢,生命的基本特征之一是新陈代谢 合成代谢 耗能 新陈代谢 （物质代谢） 分解代谢 放能 能量代谢的概念

2、:物质代谢过程中伴随着的能量的释放、转移和利用，称为能量代谢（energy metabolism）,能量代谢,一 、机体能量的来源与去路,糖 ：70% 来源 脂肪：4050% 蛋白质：数量很少,方式：有氧氧化与无 氧酵解。,（一）机体能量的来源,1. 糖,脑组织所需能量完全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,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。,3. 蛋白质,一般用作构成细胞成分，及合成酶和激素等生物活性物质，不做为供能物质。 但在长期饥饿，能源

3、缺乏时才不得已用于供能 。,ATP自由能,CP,生物合成 分泌 神经传导 AP,约50%,（二）机体能量的来源与去路,CO2+H2O,ADP,肌肉收缩,热能,外功,能量,三大营养物质 （化学能）,有 氧 氧 化,5 未利用,45,（三）机体的能量平衡,能量平衡是指机体从食物摄入的能量和由于 代谢活动所消耗的能量之间的平衡。 若人体能量“收支平衡”，体重保持不变；若人体能量“收支失衡”，体重增加或减少。,肥胖（obesity）,肥胖症已成为世界性健康问题之一；能量平衡异常是导致肥胖的原因之一。 体质指数（BMI)是临床上确定肥胖症的常用指标； BMI体重（kg）/【身高（m）】2 亚洲成年人BM

4、I正常范围为18.522.9；23为超重；30为度肥胖。,二、能量代谢的测定和方法,（一）测定原理 机体的能量代谢也遵循能量守恒定律： 机体释放的能量=热能+外功 机体安静时，外功=0，此时机体能量 代谢=机体在单位时间内散发的总热量,(二)能量代谢测定方法 1. 直接测热法 直接测出人体在一定时间内发散的热量 2. 间接测热法化学反应的定比定律 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，从而算出能量代谢率。,耗O2量和CO2产生量的测定方法,（1）开放式：是指在呼吸空气的条件下进行测定的方法，如图。该法适用于劳动、运动等情

5、况下的能量代谢测定。,（2）闭合式：是用代谢率测定器进行测定，如图：,(三）间接测热法的具体步骤,1.测定参数 由于间接测热法是根据机体单位时间的耗O2量和CO2产生量来推算各种食物的消耗量和产热量，因此必须首先了解以下几个概念： 食物的卡价（caloric value) 食物的氧热价(thermal equivalent of oxygen) 呼吸商(respiratory quotient),（1）食物的卡价（caloric value) : 概念：1克某种食物氧化（或在体 外燃烧）时释放的热量 。单位: kJ或kcal,蛋白质：物理卡价大于生物卡价。,物理卡价：在体外燃烧时释放的热量 生

6、物卡价：在体内氧化时所产生的热量,（2）食物的氧热价 (thermal equivalent of oxygen) 概念：某种营养物质在体内氧化时，每消耗一升氧所产生的热量称为该物质的氧热价,（3）呼吸商 (respiratory quotient, RQ),概念：营养物质在体内氧化时， 所产生的CO2与所消耗的O2的容积比。,经测定：糖的呼吸商为1；脂肪的呼吸商为0.71；蛋白质的呼吸商为0.80；,2.能量代谢率的计算,非蛋白呼吸商(NPRQ) 概念：是指在一定时间内，糖和脂肪氧化时的呼吸商；计算见下面所述：,非蛋白呼吸商的计算步骤,测定一定时间内的尿氮量； 根据尿氮量来计算蛋白质分解量；

7、 根据表71的数据算出蛋白质的耗O2量和CO2产生量； 用总的耗O2量和CO2产生量减去蛋白质分解时的耗O2量和CO2产生量，即可得糖和脂肪氧化时的耗O2量和CO2产生量；从而算出NPRQ。,表7-1 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) 17.15 23.43 39.75 生物热价 (kJ/g) 17.15 17.99 39.75 营养学热价(kJ/g) 16.7 16.7 37.7 耗氧量 (L/g) 0.83 0.95 2.03 CO2产生量 (L/g) 0.83 0.76 1.43 氧热价(kJ/L) 21.00 18.80 0.80 呼吸商

8、(RQ) 1.00 0.80 0.71,非蛋白呼吸商的测定意义,研究表明，NPRQ与氧热价之间有一定的比例关系（表72），知道NPRQ,就可从表72中查找氧热价，用氧热价乘以O2耗量即可得到非蛋白质代谢的产热量，再加上蛋白质分解的产热量，最终可得出机体总产热量。,表7-2 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),19.61 19.62 19.67 19.72 19.78 19.83 19.88 19.93 19.98 20.03 20.09 20.14 20.19 20.24 20.29,0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.9

9、0 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.00,非蛋白呼吸商,氧化的%,糖(%),脂肪(%),氧热价(kJ/L),50.7 5401 57.5 60.8 64.2 67.5 70.8 74.1 77.4 80.7 84.0 87.2 90.4 93.6 96.8 100.0,49.3 45.9 42.5 39.2 35.8 32.5 29.2 25.9 22.6 19.3 16.0 12.8 9.58 6.37 3.18 0.0,20.34 20.40 20.45 20.50 20.55 20.60 20.65 20.70 20.76 2

10、0.82 20.86 20.91 20.96 21.01 21.07 21.12,表2续,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： 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=126.25=75g 耗氧量=0.9575=71.25L CO2产生量=0.76 75=57L 产热量=1875=1350kJ,非蛋白代谢 耗氧量=400L71.25L=328.75L CO2产生量=340L 57L=283L NPRQ=283L328.75L=0.86 计算非蛋白代谢的产热量 查表72 NPRQ =0.8

11、6时，氧热价为20 .41 kJ/L 非蛋白代谢的产热量= 328.75L 20 .41kJ/L =6710kJ 计算24h产热量 24h产热量=1350kJ+6710kJ=8060kJ,3.临床简化方法：因为一般情况下，蛋白质氧化分解极少，故可忽略不计蛋白质产热量；用混合呼吸商代替NPRQ,查出相应氧热价，即可用下式计算： 产热量 =氧热价耗氧量,4.更为简略的方法： 仅测出机体一定时间内的耗O2量，把混合食物的RQ 定为 0.82，此时氧热价为20.20，即可用下式计算： 产热量 = 20.18耗氧量 单位：kJ/m2.h,如何比较不同个体的能量代谢率差异？研究表明：基础代谢率、肺活量、肾

12、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，而与机体体重相关性不明显。,（四）能量代谢率的衡量标准,体表面积计算,体表面积（m2）=0.0061身高（cm）+0.0128 体重（kg）0.1529 ，简化法计算，如图：,三、影响能量代谢的因素 1. 肌肉活动 对能量代谢的影响最为显著，见表73 运动或劳动的强度 消耗的能量,表7-3 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,2.73 3.40 8.30 9.89 11.36 17.04 24.96,2. 精神活动,精神紧张、情绪激动

13、 能量代谢 机理: 激动时 骨骼肌的紧张性 能量代谢 交感神经兴奋 儿茶酚胺释放 能量代 谢率,3. 食物的特殊动力效应 概念：进食后一段时间内（从进食后1h开始持续到78h），即使机体处于安静状态，机体产热量也要比进食前有所增加，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 4. 环境温度 20-30：体温稳定；30 或 20：体温升高,四、基础代谢（basal metabolism) (一）基础代谢概念 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:是指人体处于清醒而又极安静的状态下，能量代谢不受

14、肌肉活动、环境温度、食物特殊动力效应及精神因素等的影响。其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。,（二）基础代谢率的测定条件 1.测定条件： （1）禁食1214h （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2025度之间 2.测定方法：通常采用简化法来测定和计 算BMR,即：产热量耗氧量20.2KJ,3. BMR的计算和其正常值,我国正常人BMR的平均值见表74；,表7-4 我国人BMR的正常平均值（kJ/m2h）,年龄(岁),男性,1115,女性,195.5,172.5,1617,1819,2030,3140,4150,51以上,193.

15、4,166.2,157.8,158.7,154.1,149.1,181.7,154.1,146.5,150.0,142.4,138.6,（三）BMR的正常水平及其异常变化,基础代谢率与年龄、性别及身材大小有关：一般男子BMR比女子高，幼年比成年高，年龄越大，BMR值越低。同一个体BMR值较稳定。 BMR值正常与否判定：将所测值与表74对应正常平均值比较，相差在1015之内，均属正常。,BMR测定的临床意义 ： 有助于诊断某些疾病 甲低：BMR比正常低 4020 甲亢：BMR比正常高 25%80% BMR：发热、糖尿病、红细胞增多症、白血病、肾上腺皮质功能亢进、有呼吸困难的心脏病等。 BMR ：

16、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）体表温度和体核温度 1.体温的概念:机体深部的平均温度。 （1）体表温度（shell temperature）：值低，不稳定，各部差异大 （2）体核温度（core temperature ）：数值高，稳定，各部差异小,一、体温及其正常变动,. 体温的测量及其正常值 直肠温度 正常值：36.9 - 37.9；测量时应将肛表插入直肠6cm以上。 口腔温度 正常值： 36.7 - 37.7；婴幼儿和行为不能自控的人不能采用。 腋窝温度 正常值： 36.0 - 37.4；测量时应使腋窝紧闭，测量时间不少于10分钟。,（二）

17、体温的生理变动 1. 昼夜变化:清晨 2:00-6:00 最低 午后 1:00-6:00 最高 2. 性别:女子比男子高0.3 度 女子基础体温随月经周期而变动(如图),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：测温时应避免其影响 5. 其它：如前述影响能量代谢的诸因素,二、 机体的产热和散热 （一）机体的产热过程 1. 主要产热器官： 有：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（shivering thermogenesis）： 在骨骼肌紧张性增强的基础上发生的不随意的节律

18、性收缩 ； 特点：屈肌和伸肌同时收缩，不做外功，而产热量很高。 一般在战栗前先出现寒冷性肌紧张(thermal muscle tone)或称战栗前肌紧张(pre-shivering tone),（2）非战栗产热 (代谢产热),概念： 是指寒冷刺激加强了机体褐色脂肪组织的产热过程，其产热量占非战栗产热的70%。 体内褐色脂肪组织在不同年龄含量不同，婴幼儿含量大于成年人； 新生儿不能发生战栗，非战栗产热对新生儿在寒冷环境中维持体温有重要意义。,（二）机体的散热过程 人体主要散热部位是皮肤 1. 几种主要的散热方式 (1) 辐射散热（thermal radiation） 是机体以热射线（红外线）形式

19、将热能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,(2)传导散热 是指机体将热量直接传给同它接触的较冷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 (3) 对流散热 指通过气体或液体的流动散发体热的形式，是传导散热的一种特殊形式。 影响因素：风速,(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 当环境温度超过体表温度时，其是机体唯一的散热方式。 影响因素：湿度大，不易散热 风速大，散热快 蒸发散热分不感蒸发和出汗,不感蒸发（insensible perspiration）： 概念：

20、指水分直接透出皮肤和粘膜表面，在未聚成明显的水滴以前便蒸发掉的一种散热方式。在蒸发表面上弥漫性进行。,皮肤: 0.6-0.8L/d 呼吸: 0.2-0.4L/d,1L/d,表7-5 在环境温度为21时人体散热 方式及其所占比例,常用降温措施及其理论依据,降温措施:理论依据: 冰袋、冰帽 增强传导散热 电扇、通风 增强对流散热 降低室温.减衣增强辐射散热 酒清擦浴增加蒸发散热 用阿司匹林 下调调定点 用抗菌药物 消除致热原,发汗（sweating）,发汗：又称可感蒸发(sensible perspiration),是一反射活动，主要由受交感胆碱能纤维支配的小汗腺的活动引起。 ACh有促进汗腺分泌

21、的作用，而阿托品及其它抗胆碱药可阻断其分泌；,温热性发汗（thermal sweating）:在体温调节中起主要作用。 精神性发汗（mental sweating）:精神紧张时发生，与体温调节无关。,发汗的影响因素：受劳动强度、环境温度、湿度、风速等影响。 劳动、气温 出汗速度 散热 湿度 蒸发困难出汗 风速 蒸发容易、出汗,中暑,中暑： 指因高温环境或受到烈日的暴晒而引起的疾病（见后述）。 高温、高湿、小风速（或无风）环境辐射、传导、对流的散热停止，蒸发散热困难 体热淤积中暑,汗液 成分：刚分泌出的汗液类似血浆(但不含血浆蛋白) 水分：99 固体成份：大部分为NaCl 含少量KCl、尿素、乳

22、酸 吸收：汗液经导管流向体表时，一部分NaCl被导管细胞重吸收，并受醛固酮调节。因此，大量出汗会造成高渗性脱水。,2. 皮肤血流量的调节 辐射、传导和对流散热受温度差影响 炎热环境： 交感N紧张性皮肤小A舒张 动-静脉吻合支开放皮肤血流量 皮肤温度 温度差 散热 此时皮肤的作用如同一个“散热片”。,皮肤血流量的调节,寒冷环境：交感N紧张性 皮肤血管收缩血流量散热 此时在皮下脂肪层的协同作用下，皮肤的作用如同一个“隔热板”。,行为性体温调节 （automatic thermoregulation） 类型 自主性体温调节 （behavioral thermoregulation ）,三、 体温调节

23、,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、出汗、战栗及改变代谢率等生理反应，来维持机体产热和散热过程的动态平衡。 行为性体温调节: 机体在不同的温度环境中的姿势和行为，特别是人为了保温或降温所采取的措施，称为行为性体温调节。 后者以前者为基础，是对前者的补充,（一）温度感受器 1.外周温度感受器 存在部位:皮肤.粘膜和内脏。类型： 冷觉感受器： 35 感受器兴奋 产生温觉 本质：为游离的神经末梢,. 中枢温度感受器,概念:位于中枢神经系统内对温度变化敏感的神 经元.分布在脊髓、脑干网状结构、下丘脑 类型及其作用： 热敏感神经元：温度升高时放电，产生散热反应 冷敏

24、感神经元：温度降低时放电，产生产热反应,视前区下丘脑前部（PO/AH）温度敏感神经元,a.能感受局部脑温度变化的刺激 b.还能对下丘脑以外部位温度变化的信息起反应 c.提示下丘脑的PO/AH是机体体温调节整合的中心部位,(二)体温调节中枢,基本中枢：位于视前区下丘脑前部（PO/AH） 实验依据：分段切除：只要保持下丘脑及其以下神经结构完整，体温即可保持恒定 破坏PO/AH区，体温调节减弱或消失 现认为下丘脑的PO/AH区是体温调节中枢整合机构的中心部位。,1.调定点（set point)学说 内容:体温调节类似于恒温器,在PO/AH中设置一个调定点（如370C）,PO/AH就是按照这个温度值来

25、调节体温的. 机制:调定点是由PO/AH区中温度敏感神经元的工作特性（兴奋阈值）及两种温度敏感神经元相互制约、相互协调地活动所决定的。,（三）体温调节机制,下丘脑温度,B,A,A,B,发热原因： 是由于致热原（病毒、细菌）使调定点上移（称为重调定）所引起。,2.机体在寒冷环境中的产热调节反应,战栗 寒冷 皮肤冷感受器兴奋 下丘脑PO/AH冷敏神经元兴奋 躯体运动神经 脊髓前角运动神经元兴奋 战栗 产热增多 交感神经兴奋 寒冷刺激交感神经兴奋肾上腺髓质分泌E、NE增多 产热增多； 寒冷刺激交感神经兴奋褐色脂肪组织代谢产热增多。 甲状腺激素的产热作用 寒冷刺激 中枢神经系统 下丘脑TRH神经元兴奋 腺垂体分泌TSH增多 甲状腺分泌T3、T4增多 产热增多 （4）皮肤散热减少（如下图所示：）,皮温下降皮肤冷觉感受器传入神经,下丘脑PO/AH 体温调节中枢,血液深部温度中枢冷敏神经元,躯体N骨骼肌紧张性产生寒战,甲状腺 分泌