《生理学》教学课件：07-能量代谢与体温

1、能量代谢与体温,Science. 2009 Jul 10; 325(5937):201-4.,Caloric restriction delays disease onset and mortality in rhesus monkeys. Colman RJ, Anderson RM, Johnson SC, Kastman EK, Kosmatka KJ, Beasley TM, Allison DB, Cruzen C, Simmons HA, Kemnitz JW, Weindruch R. Wisconsin National Primate Research Center, Uni

2、versity of Wisconsin, Madison, WI 53715, USA. Caloric restriction (CR), without malnutrition, delays aging and extends life span in diverse species; however, its effect on resistance to illness and mortality in primates has not been clearly established. We report findings of

3、a 20-year longitudinal adult-onset CR study in rhesus monkeys aimed at filling this critical gap in aging research. In a population of rhesus macaques maintained at the Wisconsin National Primate Research Center, moderate CR lowered the incidence of aging-related deaths. At the time point reported,

4、50% of control fed animals survived as compared with 80% of the CR animals. Furthermore, CR delayed the onset of age-associated pathologies. Specifically, CR reduced the incidence of diabetes, cancer, cardiovascular disease, and brain atrophy. These data demonstrate that CR slows aging in a primate

5、species.,美国一项研究表明，限制热量摄入， 提供适量营养，可以推迟衰老，延长寿命。,第一节 能 量 代 谢,基本概念：食物的热价、氧热价、呼吸商、 非蛋白呼吸商 影响能量代谢的主要因素 基础状态以及基础代谢率 能量代谢的测定原理以及方法,能量代谢（energy metabolism)： 伴随着物质代谢进行的，能量的释放、转移、贮存和利用的全过程。,（一）能量的来源 1. 糖：主要（70%以上） 2. 脂肪：次之 （30） 3. 蛋白质： 很少，合成细胞成分、酶、激素等。,一、机体能量的来源和去路,（二）三磷酸腺苷是体内能量转化和利 用的关键物质 1. ATP是能量的直接提供者 2. C

6、P是ATP的贮存库,（三）能量的去路 能源物质释放的能量有50%转化为热能， 其余以自由能形式贮存于ATP中。,二、能量代谢的测定,（一）基本概念,1. 食物的热价（thermal equivalent of food） 1克某种食物氧化（或在体外燃烧）时所释放的热量。 生物热价（体内氧化释放的热量） 物理热价（体外燃烧释放的热量）,2. 食物的氧热价（thermal equivalent of oxygen） 某种食物氧化时每消耗1升氧所产生的热量。,3. 呼吸商（respiratory quotient, RQ） 营养物质在体内氧化时，一定时间内的CO2产生量与耗O2量的比值（ CO2O2

7、 ）。,CO2 产生量（mol数或ml数）,O2耗量（mol数或ml数）,RQ,非蛋白呼吸商（non-protein respiratory quotient, NPRQ） 糖和脂肪按不同比例混合氧化时所产生的CO2的量与消耗的O2量的比值。,1. 直接测热法 2. 间接测热法 3. 耗氧量与CO2产量的测定方法及临床应用,自学内容,（二）能量代谢的测定原理和方法,肌肉活动：提高代谢率 精神活动：通过引起肌紧张和激素释放来 提高代谢率 食物的特殊动力效应：进食能刺激机体产 生额外的热量消耗 环境温度：在2030时最稳定，温度升高 或降低都提高代谢率,重点,三、影响能量代谢的主要因素,清晨、清醒

8、、静卧，未作肌肉活动； 前夜睡眠良好，测定时无精神紧张； 测定前至少禁食12小时； 室温2025。 此时体内能量消耗只用于维持一些基本的生命活动如呼吸、循环等，能量代谢比较稳定。,基础状态：,四、基础代谢（basal metabolism）,在基础状态下的能量代谢。,基础代谢率（basal metabolism rate，BMR）： 在基础状态下单位时间内的能量代谢。 以每小时，每平方米体表面积的产热量为单位，以 kJ / m2 . h 表示。,注意,基础代谢率并不是最低的代谢率！,基础代谢（basal metabolism）,简略法,例：呼吸商0.82 查表得氧热价20.18 KJL, 实际

9、测得一20岁男子基础状态下1小时耗氧量为15 Lh，由升高和体重根据公式计算出体表面积为1.5m2, 则他的BMR为： 20.18 KJL 15 Lh 1.5m2 201.8 KJ(m2h) 查表得20岁男子的正常BMR为157.8 KJ(m2h)，所以此人超出正常值的 （201.8157.8）157.8100%28%,基础代谢率的计算,1015% 正常 超过20% 病态 是临床上诊断甲状腺疾病的重要辅助方法。 甲状腺机能亢进、发热、糖尿病、红细胞增多症、白血病及伴有呼吸困难的心脏病等引起BMR升高； 甲状腺、肾上腺、脑垂体机能低下、病理性饥饿、阿狄森病、肾病综合症及垂体性肥胖症等引起BMR降

10、低。,基础代谢率变化的意义,第二节 体温及其调节,重点,（一）体表温度和体核温度 体温：身体深部的平均温度，即体核温度。 意义：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要条件。,一、体温,T 25心跳停止 T 45酶变性而死亡 低温麻醉,直肠：36.9 37.9 口腔：36.7 37.7 ，约比直肠低0.2 腋窝：36.0 37.4 ，约比口腔低0.3,（二）人体正常体温及生理变动,临床常用口温和腋温。 测定腋温时要注意夹紧体温计和测量时间（约需10min）。,昼夜节律（circadian rhythm）： 清晨26点，最低；午后16点，最高 2. 性别影响 女较男高约0.3，

11、月经周期 3. 年龄影响：新生儿成年人老年人 4. 其它: 运动、紧张、激动、进食等,体温的生理变动,1. 平均皮肤温度 Tmst=0.2(T小腿+T大腿）+0.3(T胸+T上臂) 2. 平均体温 Tmbt=Tcore+(1-)Tmst,自学内容,（三）皮肤温度和平均体温,二、机体的产热与散热体热平衡 （一）产热 1. 主要产热器官： 安静：内脏（肝、脑）； 运动：骨骼肌。,2. 机体的产热方式 战栗产热 （shivering thermogenesis） 战栗：骨骼肌在肌紧张增强的基础上，伸肌和 屈肌同时发生的、不随意的节律性收缩。 特点：不做外功，产热量很高。 非战栗产热 （non- sh

12、ivering thermogenesis） 代谢产热：褐色脂肪组织的产热量最大,3. 产热活动的调节,机体在寒冷环境几周后 甲状腺 T3、T4 代谢率(20-30%) 产热量 特点： 作用缓慢， 维持时间长。,寒冷刺激时 交感-肾上腺髓质 NE、E 产热量 特点： 作用迅速， 维持时间短。,（二）散热,1、散热部位,主：皮肤,面积大 与外界接触 血流丰富 有汗腺,次：肺、尿、粪,皮肤散热方式 （21-25） 辐射（60） 传导（3） 对流（15） 蒸发（22）,2、散热方式,（1） 辐射散热（thermal radiation ）： 人体以热射线（红外线）的形式将体热传给外 界的散热形式。

13、取决于皮肤与环境间的温度差、有效散热面积。,（2） 传导散热（thermal conduction ）： 机体的热量直接传给同它接触的较冷物体的散热形式。 取决于皮肤与接触物的温度差、接触面积、物体导热度。 临床：冰敷降温 （3） 对流散热（thermal convection）： 通过气体来交换热量的散热方式。 取决于风速、皮肤与物体的温度差和有效面积。,（4） 蒸发散热（evaporation）： 机体通过体表水分的蒸发来散失体热的形式。 不感蒸发 （insensible evaporation） 人即使在低温环境中，皮肤和吸呼道也会不断有水分 渗出而蒸发掉，不为人们所觉察，与汗腺的活动无

14、关。 发汗 sweating (sensible evaporation) 通过汗腺主动分泌汗液的过程，又称可感蒸发。,注意,散热形式取决于 皮肤与周围环境的温度差 皮肤（温度） 周围环境温度 四者 皮肤（温度）周围环境温度 蒸发/唯一,21下散热方式及比例- 辐射、传导、对流（70%）； 皮肤水分蒸发（27%）； 呼吸（2%）；尿、粪（1%）,3. 汗液： 汗腺细胞主动分泌、低渗的 4. 汗腺与汗腺活动的调节 大汗腺：与性功能有关 小汗腺：见于全身皮肤。,5. 循环系统在散热反应中的作用 通过交感神经系统控制皮肤血管的口径以调节皮肤血流量，从而使散热量符合当时条件下体热平衡的要求。,寒冷,交

15、感神经紧张度增加 皮肤小动脉收缩， 动-静脉吻合支关闭 皮肤血流量减少 皮肤温度降低、 散热减少,炎热,交感神经紧张度降低 皮肤小动脉舒张， 动-静脉吻合支开放 皮肤血流量增加 皮肤温度升高 散热增加,逆流交换系统 ： 特殊的结构：深部静脉是和动脉相伴行的，而且深部静脉呈网状围绕着动脉，即形成逆流交换系统。,三、体温调节,难点,自主性体温调节 （autonomic thermoregulation）： 由体温自身调节系统来完成的。 行为性体温调节 （behavioral thermoregulation）： 是对自主性体温调节反应的补充。,自主性体温调节,（一）温度感受器 1. 外周温度感受器

16、：游离神经末梢 存在于皮肤、粘膜和内脏中，分为冷觉感受器和温觉感受器 2.中枢温度感受器：神经元 存在于脊髓、脑干网状结构及下丘脑内的对温度变化敏感的神经元，有热敏神经元、冷敏神经元。 其中视前区下丘脑前部（POAH）中热敏神经元较多；脑干网状结构及下丘脑弓状核以冷敏神经元居多。,PO/AH中的某些温度敏感神经元能： 1. 感受局部脑温的变化； 2. 感受下丘脑以外的部位，中脑、延髓、脊髓以及皮肤、内脏等处的温度变化的传入信息； 3. 感受致热原及其能影响体温的化学物质5-HT、肾上腺素以及多种多肽类物质。,（二）体温调节中枢 体温调节整合中枢：PO/AH 实验依据：,1. 广泛破坏PO/AH

17、区，体温调节的散热和产热反应都将明显减弱或消失； 2. 体内各个部位的温度传入信息会聚于PO/AH； 3. PO/AH中温度敏感神经元对温度信息进行整合的模式同整体的体温调节器反应的型式是相似的； 4. PO/AH中温度敏感神经元对致热原等化学物质的反应型式同这些物质所引的体温调节器反应是相对应的。,体温调节中枢： 基本中枢在下丘脑，下丘脑前部是散热中枢，后部是产热中枢，PO/AH区是整合中枢 效应器： 产热肝脏、骨骼肌； 散热皮肤血管，汗腺,传入神经（途径）： 位于外周的躯体传入神经、内脏植物性神经及中枢的传入纤维内，血流也是传入途径之一 传出神经（途径）： 躯体运动神经 肾上腺素、去甲肾上腺素、甲状腺素 支配皮肤粘膜血管的交感神经肾上腺素能纤维 支配汗腺的交感神经胆碱能纤维,调定点是由PO/AH内的温度敏感神经元的特性决定的。 正常人调定点设在37,（三）调定点学说与体温调节,发热：体温调节功能无障碍，调定点上