生理學 第七篇 能量代謝與體溫

第七篇

能量代謝與體溫

能量代謝新陳代謝(metabolism)合成代謝(anabolism)&分解代謝(catabolism)能量代謝(energymetabolism)生物體內(nèi)物質(zhì)代謝過程中所伴隨著的能量釋放、轉(zhuǎn)移、儲存和利用。

一、機體能量的來源與利用（一）能量的來源糖、脂肪、蛋白質(zhì)C-HATP

磷酸肌酸（creatinephosphate，CP）肌肉、腦組織高能磷酸鍵儲能物質(zhì)&直接供能物質(zhì)ATP的儲存庫糖（carbohydrate）50%-70%有氧氧化：三羧酸循環(huán)30-32molATP無氧酵解：糖酵解

2molATP唯一不需要O2的供能途徑腦組織所需能量主要來源于糖的有氧氧化脂肪（fat）30％～50％短期饑餓，主要供能物質(zhì)能源物質(zhì)儲存的主要形式：占體重20%每克脂肪氧化釋放的能量約為糖的2倍。蛋白質(zhì)（protein）特殊情況（如病理性長期饑餓、體力極度消耗等）參與供能。氨基酸主要用于合成細胞成分、組織的自我更新、合成酶及激素等生物活性物質(zhì)。在體內(nèi)氧化不徹底。（二）能量的利用（三）能量平衡攝入能量消耗能量負平衡正平衡肥胖體質(zhì)指數(shù)（bodymassindex,BMI）BMI=體重（kg）/身高平方（m2）24超重；28肥胖腰圍男性<85cm；女性<80cm二、能量代謝的測定（一）能量代謝的測定原理

能量代謝率（energymetabolismrate）

機體在單位時間內(nèi)的能量代謝量。

能量守恒定律：食物中的化學能＝熱能＋所作功直接測熱法間接測熱法直接測熱法（directcalorimetry）

間接測熱法（indirectcalorimetry）

化學反應定比定律C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+△H推算一定時間內(nèi)糖、脂肪、蛋白質(zhì)各氧化多少；每種營養(yǎng)物質(zhì)氧化產(chǎn)生的能量有多少食物的熱價、氧熱價、呼吸商食物的熱價（thermalequivalent）

一克食物氧化分解（或在體外燃燒）時所釋放出的能量。物理熱價&生物熱價食物的氧熱價（thermalequivalentofoxygen）某種食物氧化時，消耗一升氧所產(chǎn)生的熱量。呼吸商（respiratoryquotient，RQ）

一定時間內(nèi)機體的CO2產(chǎn)量和耗氧量的比值。RQ＝CO2產(chǎn)生量（mol）/O2消耗量（mol）＝CO2產(chǎn)生量（ml）/O2消耗量（ml）（相同溫度和氣壓條件下）

糖、脂肪、蛋白質(zhì)氧化時的熱價、氧熱價和呼吸商營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)熱量（kJ/g）耗氧量（L/g）CO2產(chǎn)量（L/g）呼吸商（RQ）氧熱價（kJ/L）物理熱價生物熱價糖17.217.20.830.831.0021.1脂肪39.839.82.031.430.7119.6蛋白質(zhì)23.418.00.950.760.8018.9呼吸商可反映某段時間內(nèi)機體利用能量的主要來源：1.0左右，能量消耗主要來自糖的氧化；0.71左右，能耗主要來自脂肪氧化糖尿病0.8左右，能耗主要來自蛋白質(zhì)分解，長期饑餓等

正常人進食混合食物，呼吸商0.85左右實際情況可能與理論值不完全一致

體內(nèi)糖轉(zhuǎn)變成脂肪，呼吸商變大劇烈活動，肺過度通氣或酸中毒呼吸商變大

肺通氣不足或堿中毒呼吸商變小

非蛋白呼吸商(non-proteinrespiratoryquotient,NPRQ)由糖和脂肪氧化時產(chǎn)生的CO2量和消耗的O2量的比值間接測熱法的測算步驟測尿氮

÷0.16

總產(chǎn)熱量總CO2產(chǎn)量－蛋白質(zhì)CO2產(chǎn)量總耗O2量－蛋白質(zhì)耗O2量＝NPRQ被氧化蛋白質(zhì)量耗O2量CO2產(chǎn)量蛋白質(zhì)產(chǎn)熱量（查表）NP氧熱價NP耗O2量NP產(chǎn)熱量×臨床上的簡化測定法1、將蛋白質(zhì)的氧化量忽略不計，測定單位時間內(nèi)的耗O2量和CO2產(chǎn)量，計算呼吸商，按非蛋白呼吸商查表，得到對應氧熱價，計算總產(chǎn)熱量。2、將非蛋白呼吸商定為0.82（基礎(chǔ)狀態(tài)），氧熱價為20.20kJ/L產(chǎn)熱量＝20.20×耗氧量（KJ）誤差僅1-2%耗O2量與CO2產(chǎn)量的測定：1、開放式（氣體分析法）：吸入氣為空氣，收集一定時間內(nèi)的呼出氣，分析呼出氣中O2和CO2的容積百分比，比較空氣和呼出氣的差異。

常用2、閉合式：肺量計充一定量O2，呼出CO2由吸收劑吸收。耗O2量與CO2產(chǎn)量的測定：

3、雙標記水法（doublylabelledwater）

2H2O、H218O

2H僅參與體內(nèi)水代謝，而18O參與水代謝和CO2代謝CO2產(chǎn)生量=18O代謝率-2H代謝率

優(yōu)點：不需限制受試者活動，適合于兒童，準確，無毒

缺點：費用高，費時長，需高靈敏度同位素質(zhì)譜儀和專

業(yè)人員三、影響能量代謝的因素（一）整體水平影響能量代謝的主要因素1.肌肉活動最顯著

骨骼肌的收縮和舒張都是主動耗能過程

人體骨骼肌約占體重40%，運動時能量

代謝↑↑

機體耗氧量增加∝肌肉活動強度

能量代謝率可用于評價骨骼肌活動強度氧債（oxygendebt）2.精神活動

平靜思考問題：能量代謝率影響不大

精神緊張（如煩惱、恐懼、情緒激動）→能量代謝率↑無意識的肌緊張、交感神經(jīng)興奮、釋放內(nèi)分泌激素（甲狀腺素、腎上腺素等）3.食物的特殊動力效應（specificdynamicactionoffood）進食引起機體額外增加產(chǎn)熱量的效應蛋白質(zhì)30％；糖6％；脂肪4％；混合性食物10%

機制不清楚，可能與肝臟處理氨基酸或合成糖原等有關(guān)

意義：計算能量攝入量時需考慮在內(nèi)4.環(huán)境溫度

20～30℃穩(wěn)定；<20℃寒戰(zhàn)，肌緊張；>30℃化學反應加快，發(fā)汗，呼吸、循環(huán)功能增強5.其他：

年齡、性別、日周期、激素、發(fā)熱、麻醉等（二）調(diào)控能量代謝的神經(jīng)和體液因素1.下丘腦對攝食行為的調(diào)控攝食中樞飽中樞2.激素對能量代謝過程的調(diào)節(jié)

糖：胰島素、胰高血糖素、生長激素、糖皮質(zhì)激素、腎上腺素脂肪、蛋白質(zhì)：胰島素、糖皮質(zhì)激素、甲狀腺激素、生長激素、性激素3.蛋白質(zhì)和肽類物質(zhì)

解偶聯(lián)蛋白、瘦素、增食因子、神經(jīng)肽Y、生長激素釋放肽等四、基礎(chǔ)代謝基礎(chǔ)代謝（basalmetabolism）：基礎(chǔ)狀態(tài)下的能量代謝基礎(chǔ)狀態(tài)：清晨，清醒，靜臥，肌肉放松，無精神緊張，禁食12小時以上，室溫20-25℃基礎(chǔ)代謝率（basalmetabolicrate，BMR）：單位時間內(nèi)的基礎(chǔ)代謝，即在基礎(chǔ)狀態(tài)下，單位時間內(nèi)的能量代謝。

反映機體能量代謝水平

基礎(chǔ)代謝率的測定方法

簡化的間接測熱法：非蛋白呼吸商0.82，氧熱價20.20kJ/L，單位時間耗氧量，體表面積

體表面積定律：體內(nèi)許多指標與體表面積成正比，如：BMR、心輸出量、肺通氣量、腎小球濾過率等

基礎(chǔ)代謝率=20.20×耗氧量÷體表面積[單位：kJ/（m2·h）]體表面積測算圖體表面積計算：Stevenson公式：體表面積（m2）=0.0061×身高（cm）+0.0128×體重（kg）-0.1529測定基礎(chǔ)代謝率的意義

基礎(chǔ)代謝率（相對值）=×100％

±15%正常范圍；>20%考慮病理性變化實測值－正常平均值正常平均值甲亢↑25％～80％；甲減↓20％～40％糖尿病、紅細胞增多癥、白血病、發(fā)熱等BMR↑腎上腺皮質(zhì)功能減退、腎病綜合征、垂體性肥胖、病理性饑餓BMR↓體溫和體溫調(diào)節(jié)一、體溫核心溫度（coretemperature）：心、腦、肺、腹腔臟器的溫度表層溫度（shelltemperature）：皮膚、皮下組織、肌肉的溫度生理學：體溫（bodytemperature）是指機體核心部分的平均溫度表層溫度易受環(huán)境溫度影響；與局部血流量關(guān)系密切

紅外線熱影像儀檢測皮膚溫度輔助診斷外周血管疾病核心溫度

相對穩(wěn)定，溫差小

直腸溫度（rectaltemperature）36.9-37.9℃口腔溫度（oraltemperature）36.7-37.7℃

腋窩溫度（axillarytemperature）36.0-37.4℃食管溫度比直腸溫度低0.3℃左右，與右心房溫度大致相等鼓膜溫度接近下丘腦溫度，反映腦組織溫度

以上測量均非真正意義上的核心溫度，只是接近（二）體溫的生理性波動（<1℃）1.體溫的日節(jié)律（circadianrhythm）

清晨2-6時體溫最低，午后1-6時最高下丘腦視交叉上核（suprachiasmaticnucleus）生物鐘2.性別成年女性比男性高0.3℃

育齡女性基礎(chǔ)體溫隨月經(jīng)周期變動：月經(jīng)期至排卵這段時間體溫較低，排卵日體溫最低，排卵后體溫升高0.3-0.6℃孕激素作用于下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞3.年齡兒童和青少年體溫較高老年人較低新生兒（特別是早產(chǎn)兒）體溫調(diào)節(jié)機制不完善，易受環(huán)境溫度影響新生兒體溫＞成年人＞老年人4.運動、精神活動、環(huán)境溫度、進食肌肉劇烈活動，體溫可升1～2℃（三）體溫變化范圍腦溫>42℃腦功能嚴重受損體溫>44-45℃體內(nèi)蛋白質(zhì)不可逆變性而致死體溫<34℃意識障礙<30℃神經(jīng)反射消失，心臟興奮傳導系統(tǒng)功能障

礙，心室纖維性顫動

<28℃心跳停止二、體熱平衡（thermalbalance）產(chǎn)熱散熱（一）產(chǎn)熱(thermogenesis)反應1.主要產(chǎn)熱器官內(nèi)臟器官、骨骼肌組織器官重量（占體重%）產(chǎn)熱量（占機體總產(chǎn)熱量的%）安靜狀態(tài)運動或勞動腦2.5163內(nèi)臟345622骨骼肌401873其他23.51022.產(chǎn)熱方式基礎(chǔ)代謝骨骼肌運動

食物特殊動力效應

寒戰(zhàn)

非寒戰(zhàn)寒戰(zhàn)產(chǎn)熱（shiveringthermogenesis）骨骼肌不隨意的節(jié)律性收縮

特點：屈肌和伸肌同時收縮，不作功，產(chǎn)熱量很高。

寒戰(zhàn)前肌緊張（pre-shiveringtone）。非寒戰(zhàn)產(chǎn)熱（non-shiveringthermogenesis）又稱代謝產(chǎn)熱，寒冷環(huán)境中，機體通過提高組織代謝率來增加產(chǎn)熱。褐色脂肪組織（brownadiposetissue,BAT）（肩胛下區(qū)、頸部大血管周圍、腹股溝等）BAT受交感神經(jīng)支配

機制：解耦聯(lián)蛋白意義：新生兒維持體溫的重要因素

成年人BAT較少，僅能增加產(chǎn)熱量10%-15%

解耦聯(lián)蛋白（uncouplingprotein，UCP）3.產(chǎn)熱活動的調(diào)節(jié)（1）體液調(diào)節(jié)

甲狀腺素寒冷環(huán)境，甲狀腺素分泌，代謝率↑20-30%

起效慢，持續(xù)時間長腎上腺素，去甲腎上腺素，生長激素起效快

持續(xù)時間短寒冷刺激下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞脊髓前角運動神經(jīng)元寒戰(zhàn)腎上腺髓質(zhì)腎上腺素去甲腎上腺素代謝產(chǎn)熱增加TRHTSHT3、T4（2）神經(jīng)調(diào)節(jié)（二）散熱（thermolysis）反應1.散熱的部位皮膚是主要散熱部位：面積大，與外界接觸，血流豐富，有汗腺呼出氣、尿、糞2.散熱方式蒸發(fā)evaporation（1）輻射散熱（thermalradiation）熱射線；21℃，裸體，60%的熱量通過輻射方式發(fā)散影響因素：皮膚與環(huán)境的溫度差、機體有效散熱面積（2）傳導散熱（thermalconduction）機體的熱量直接傳給與之接觸的溫度較低的物體。影響因素：皮膚溫度與接觸體之間的溫度差、接觸面積、

接觸物體的導熱性能

空氣、棉、毛織物

冰帽、冰袋（3）對流散熱（thermalconvection）通過氣體或液體的流動帶走熱量的方式。傳導散熱的特殊形式。影響因素：皮膚與周圍環(huán)境的溫度差、有效散熱面積、風速（4）蒸發(fā)散熱（evaporation）水分從體表汽化時吸收熱量從而散發(fā)體熱。蒸發(fā)1g水，機體可散發(fā)2.43kJ熱量

環(huán)境溫度≥皮膚溫度時唯一的散熱方式1）不感蒸發(fā)

2）發(fā)汗1）不感蒸發(fā)（insensibleevaporation）

體內(nèi)的水從皮膚和黏膜（主要是呼吸道黏膜）表面不斷滲出而被汽化的過程。

皮膚的不感蒸發(fā)稱為不顯汗（insensibleperspiration）。與汗腺無關(guān)。人體不感蒸發(fā)量約1000ml/日，皮膚600-800ml，呼吸道黏膜200-400ml。

臨床上給病人補液時應考慮不感蒸發(fā)丟失的體液量。

狗熱喘呼吸2）發(fā)汗（sweating）汗腺主動分泌汗液，通過汗液蒸發(fā)帶走大量體熱?？筛姓舭l(fā)（sensibleevaporation）成分：水99%+1%固體（NaCl、乳酸、KCl、尿素）汗液流經(jīng)汗腺排出管時，在醛固酮作用下，有一部分NaCl被重吸收，從而使最終排出的汗液成為低滲。機體大量出汗可造成高滲性脫水，要補充大量的水份和適量的NaCl。溫熱性發(fā)汗（thermalsweating）-全身皮膚小汗腺發(fā)汗的多少受環(huán)境溫度、勞動強度、空氣濕度、風速和汗腺數(shù)目及功能狀態(tài)的影響。溫熱刺激下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞交感膽堿能纖維興奮（夏天，慎用阿托品）精神性發(fā)汗（mentalsweating）精神緊張或情緒激動時，大腦皮層運動區(qū)通過支配汗腺的交感腎上腺素能纖維引起發(fā)汗，發(fā)汗部位主要在掌心、足底、前額等處。應激反應，與體溫調(diào)節(jié)關(guān)系不大。味覺性發(fā)汗（gustatorysweating）進食辛辣食物時，口腔內(nèi)痛覺神經(jīng)末梢受到刺激，反射性引起頭部和頸部發(fā)汗。

皮膚散熱方式對流(15%)蒸發(fā)(22%)傳導(3%)輻射(60%)

降溫措施：

（1）冰囊、冰帽：增加傳導散熱

（2）通氣、減衣：增加對流散熱

（3）酒精擦浴：增加蒸發(fā)散熱

3.散熱反應的調(diào)節(jié)（1）皮膚血流量

皮膚中存在豐富的毛細血管和動-靜脈吻合支

寒冷時，交感神經(jīng)緊張度↑，皮膚小動脈收縮，動－靜脈吻合支關(guān)閉，皮膚血流量減少，皮膚溫度下降，散熱量減少。炎熱時相反（2）影響蒸發(fā)散熱的因素