第7章-能量代謝與體溫

第七章能量代謝與體溫Energymetabolismandbodytemperature

§1能量代謝§2體溫及其調(diào)節(jié)§1能量代謝食物的能量轉(zhuǎn)化能量代謝的測定影響能量代謝的主要因素基礎代謝

新陳代謝過程中，既有物質(zhì)代謝又有能量代謝。本章講敘的是有關能量代謝以及體溫的維持與調(diào)節(jié)。

新陳代謝是機體生命活動的基本特征。新陳代謝表現(xiàn)為機體與環(huán)境之間不斷進行的物質(zhì)代謝和能量代謝的過程。

能量代謝是指體內(nèi)伴隨物質(zhì)代謝過程而發(fā)生的能量釋放、轉(zhuǎn)移、貯存和利用的過程。包括合成代謝和分解代謝，即物質(zhì)的合成同時能量貯存、物質(zhì)的分解同時能量釋放。

研究能量代謝一般是從整體的角度出發(fā)，著眼于體內(nèi)能量的來龍去脈，而不討論各種物質(zhì)的中間代謝情況。一、機體能量的來源、轉(zhuǎn)移、貯存和利用

人體不能直接利用太陽的光能，也不能利用外部供給的任何形式的能量，人體唯一能夠利用的能量是來源于食物中的糖、脂肪和蛋白質(zhì)。這些能源物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中的碳氫鍵蘊藏著化學能，在氧化過程中碳氫鍵斷裂，生成CO2和H2O，同時釋放所蘊藏的能量。詳見體內(nèi)能量的釋放、轉(zhuǎn)移、貯存和利用示意圖。

能量來源：主要來自體內(nèi)糖、脂肪、蛋白質(zhì)的氧化分解所釋放的能量。其中70%來源于糖類分解，其次是脂肪。正常體內(nèi)極少動員蛋白質(zhì)來供能。

能量釋放：大于50%的能量直接以熱量形式釋放，維持體溫。小于50%的能量以轉(zhuǎn)換為化學能形式貯存。

能量的轉(zhuǎn)移、貯存：ADP+Pi+能量←→ATP

ATP即是貯能物質(zhì)，又是釋能物質(zhì)

C+Pi+能量→C-P

C-P（磷酸肌酸）只是貯能物質(zhì)，其若要釋放能量有賴于將能量轉(zhuǎn)移至ATP再釋能。

能量的利用：大于25%的釋出能量仍以熱能形式散發(fā)，維持體溫。其次以動能的形式使肌肉收縮做功，維持機體活動所需能量。其余以合成能、電能、滲透能、轉(zhuǎn)運能形式消耗，最終仍以熱量形勢散發(fā)。

由此可見，熱能為機體的最低級能量形式，不能再轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问健?/p>

人體能量的平衡是指機體攝入的能量與消耗的能量之間的平衡。若在一段時間內(nèi)體重不變，便可認為該段時間內(nèi)人體攝入的化學能與消耗的能量（熱能和外功）基本相等，即人體的能量達到了“收支”平衡。二、能量代謝測定的原理與方法

依據(jù)“能量守恒定律”，將體內(nèi)的能量利用全部折算成熱能。即測定機體在單位時間內(nèi)發(fā)散的總熱量，即能量代謝率（energymetabolicrate）。一般可用直接測熱法（directcalorimetry）和間接測熱法（indirectcalorimetry）。

直接測熱法是將被測者置于一特殊的檢測環(huán)境中，收集被測者在一定時間內(nèi)發(fā)散的總熱量，然后換算成能量代謝率。圖直接測熱法裝置

（一）間接測熱法的原理：

在化學反應中，反應物的量與產(chǎn)物的量之間呈一定的比例關系，這稱為定比定律。例如，氧化1mol葡萄糖，需要6molO2，同時產(chǎn)生6molCO2和6molH2O，并釋放一定量的熱能（ΔH），其反應式如下：

C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+ΔH

同一種化學反應，不管中間過程及條件有多大差異，這種定比關系是不變的。定比定律也適用于人體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)氧化供能的反應，因此定比定律成為間接測熱法的重要依據(jù)。

（二）計算產(chǎn)熱量的常用參數(shù)和概念

1.食物的熱價（caloricvalue）：指1克食物氧化時所釋放出來的能量。

2.食物的氧熱價（thermalequivalentofoxygen）：某種營養(yǎng)物質(zhì)氧化時，消耗1升氧所產(chǎn)生的熱量。

3.呼吸商（respiratoryquotientRQ）：營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)氧化時，一定時間內(nèi)二氧化碳產(chǎn)生量與耗氧量的比值。脂肪的RQ為0.71，蛋白質(zhì)的RQ為0.80，糖的RQ為1。攝入混合食物的呼吸商常在0.82左右。圖間接測熱法裝置

表三種營養(yǎng)物質(zhì)氧化時的有關數(shù)據(jù)熱價（kJ/g）O2耗量

（L/g）CO2產(chǎn)量

（L/g）呼吸商氧熱價

（kJ/L）物理熱價生理熱價糖17.217.20.830.831.0020.9脂肪39.739.72.031.430.7118.8蛋白質(zhì)23.418.00.950.760.8019.7

（三）能量代謝率的簡易測算方法

1.測得單位時間內(nèi)的耗氧量和二氧化碳產(chǎn)生量

2.計算出混合食物的呼吸商，即RQ=CO2的產(chǎn)生量/O2的消耗量

3.根據(jù)呼吸商查表得出混合食物的氧熱價

4.產(chǎn)熱量=氧熱價×耗氧量

5.所求出的單位時間內(nèi)的產(chǎn)熱量即為能量代謝率

6.單位體表面積的能量代謝率可消除個體差異。

能量代謝率的單位是：kJ/h/m2。表非蛋白呼吸商與氧熱價非蛋白呼吸商氧化百分比（％）

氧熱價（kJ）糖脂肪0.711.1098.919.62300.7515.684.419.82800.8033.466.620.08740.8136.963.120.13760.8240.359.720.18780.8343.856.220.24220.8447.252.820.29240.8550.749.320.34260.8654.145.920.39700.8757.542.520.44720.8860.839.220.49740.8964.235.820.54760.9067.532.520.60200.9584.016.020.85731.00100.00.021.1166非蛋白呼吸商——在一般情況下，體內(nèi)能量主要來自糖和脂肪的氧化，蛋白質(zhì)的代謝可忽略不計?？筛鶕?jù)糖和脂肪按不同比例混合氧化時所產(chǎn)生的CO2以及消耗O2的量計算出相應的呼吸商。

三、影響能量代謝的因素

影響能量代謝的因素主要有肌肉活動、精神活動、食物的特殊動力效應、環(huán)境溫度。

肌肉活動：它對能量代謝的影響最為顯著。主要以增加肌肉耗氧量而做外功，使能量代謝率升高。

精神活動：因為腦的能量來源主要靠糖氧化釋能，安靜思考時影響不大，但精神緊張時，產(chǎn)熱量增多，能量代謝率增高。

食物的特殊動力效應：進食之后的一段時間內(nèi)，機體內(nèi)可以產(chǎn)生額外熱量的作用稱為食物的特殊動力效應。其在蛋白質(zhì)最強，脂肪次之，糖類最少。

環(huán)境溫度：人在安靜狀態(tài)下，在20-30℃的環(huán)境中最為穩(wěn)定。環(huán)境溫度過低可使肌肉緊張性增強，能量代謝率增高。環(huán)境溫度過高，可使體內(nèi)物質(zhì)代謝加強，能量代謝也會增高。

四、基礎代謝和基礎代謝率

（一）基礎代謝（basalmetabolism）：人體在基礎狀態(tài)下的能量代謝。

基礎代謝率（basalmetabolicrateBMR）：單位時間內(nèi)的基礎代謝。

（二）基礎狀態(tài)：

1．清晨、清醒、靜臥

2．禁食12小時以上

3．室溫18-25℃

4．精神安寧、平靜

在以上狀態(tài)下，機體只維持最基礎（血液循環(huán)、呼吸）的代謝狀態(tài)，此時所測量的機體產(chǎn)熱量，即為基礎代謝率。

（三）基礎代謝的正常值及測定意義

正常值一般用相對值來表示，即通過測量基礎代謝率，臨床可篩檢一些疾病。表我國正常人基礎代謝率的平均值（kJ/m2·h）性別

11-15歲16-17歲18-19歲20-30歲31-40歲41-50歲>51歲男195.4193.3166.1157.7158.6154.0149.0女172.4181.6154.0146.4146.9142.3138.5生物體內(nèi)物質(zhì)代謝中伴隨著的能量的釋放、轉(zhuǎn)移和利用，稱為能量代謝（energymetabolism）。能量代謝同化作用（合成代謝）--耗能--放能新陳代謝（物質(zhì)代謝）異化作用（分解代謝）生物體的基本特征是新陳代謝1、糖：機體的主要能源70%（中國人）有氧氧化無氧酵解CO2+H2O+E38molATP葡萄糖乳酸+E2molATP1mol劇烈運動時，骨骼肌耗氧量猛增，循環(huán)呼吸不能很快滿足機體對氧的需要，骨骼肌處于相對缺氧狀態(tài)，稱為氧債。能量的來源2、脂肪：提供大約30%的能量甘油脂肪脂肪酸有氧氧化磷酸化脫氫化葡萄糖乙酰輔酶A氧化3、蛋白質(zhì)（氨基酸）：提供少量的能量能量的去路食物中的能量100%自由能

95%ATP45%各種功能活動墑5%熱量50%熱量20-45%外功0-25%ATP機體的能量貨幣（載體）磷酸肌酸ATP的緩沖物（儲備）能量代謝測定的原理與方法單位時間內(nèi)機體的產(chǎn)熱量（energymetabolicrate）。

能量守衡：食物的化學能=熱能+外功能量代謝=熱能+外功+熱儲備（一）直接測熱法利用特殊的測量裝置直接測量整個機體在單位時間內(nèi)向外界環(huán)境散發(fā)的總熱量。用于研究肥胖和內(nèi)分泌障礙。設備復雜，操作繁瑣，應用受限。（二）間接測熱法1、間接測熱法的原理依據(jù)：定比定律：同一化學反應無論中間過程和條件差異多大，釋放的能量是一定的。產(chǎn)物一致：食物在體內(nèi)外的氧化其最終產(chǎn)物是一樣的?；驹恚豪没瘜W反應的定比定律，查出一定時間內(nèi)機體中氧化分解的糖、脂肪和蛋白質(zhì)各有多少，據(jù)此計算該段時間內(nèi)機體所釋放出的總熱量。與能量代謝測定有關的概念食物的熱價：1g食物氧化（或在體外燃燒）時釋放出來的能量。caloricvalue分為：物理熱價：指食物在體外燃燒時釋放的熱量。

生物熱價：指食物在體內(nèi)經(jīng)過生物氧化所產(chǎn)生的熱量。葡萄糖17.1517.1516.7蛋白質(zhì)23.4317.9916.7脂肪39.7539.7537.7物理熱價生物熱價營養(yǎng)學熱價

kj/g食物的氧熱價：某種營養(yǎng)物質(zhì)氧化時，消耗1L氧所產(chǎn)生的熱量。

thermalequivalentofoxygen葡萄糖21.00蛋白質(zhì)18.80脂肪19.70呼吸商：在一定時間內(nèi)，機體的CO2產(chǎn)生量和氧耗量的比值。respiratoryquotient生理意義：可以比較精確的反映體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)氧化的比例。

影響因素：1）營養(yǎng)物質(zhì)之間相互轉(zhuǎn)化2）額外CO2的產(chǎn)生3）某些病理狀態(tài)的影響葡萄糖0.830.831.00蛋白質(zhì)0.760.950.80脂肪1.432.030.71CO2產(chǎn)量耗O2量呼吸商2、間接測熱法的方法和測算原則氧耗量和CO2產(chǎn)生量的測定方法

·閉合式測定法：肺量計、代謝儀

·開放式測定法：化學分析尿氮測定：可以估算出被氧化分解的蛋白質(zhì)量。?P=6.25×尿氮量（克）?非蛋白呼吸商（NPRQ）：糖和脂肪氧化的CO2產(chǎn)生量和耗氧量的比值。用于估測非蛋白代謝中糖和脂肪的相對數(shù)量。?NPRQ=(CO2-0.76P)/(O2-0.95P)其中P為蛋白質(zhì)的量（3）間接測熱法的計算原則糖的氧耗量FRQ=[(CO2-0.76P)-S)]/[(O2-0.95P)-S)]=0.71S脂肪的氧耗量SRQ=[(CO2-0.76P)-0.7F]/[(O2-0.95P)–F]=1F總產(chǎn)熱量=Px卡價+Sx氧熱價+Fx氧熱價能量代謝率的簡易測算方法步驟：1、測定一定時間內(nèi)的耗氧量；2、按混合膳食呼吸商為0.82進行代謝率計算公式

產(chǎn)熱量=20.1878（kj/L）X耗氧量（L）能量代謝率的衡量標準：能量代謝在每一個個體是相當穩(wěn)定的，但不同的個體差異卻很大，難以比較；能量代謝與機體的體形和體重無定比例關系；如：體形較小的雞和體形龐大的非洲象之間，按每公斤體重產(chǎn)熱量相差甚遠；能量代謝與機體體表面積間有固定關系---表面積定律

以機體體表面積衡量機體能量代謝，并進行不同體形和體重個體間能量代謝率比較時，則相差不多。M2=0.0061×身高(cm)+0.0128×體重(kg)-0.1529三、影響能量代謝的因素1、肌肉活動：最為顯著勞動或運動時耗氧量和能量代謝顯著增加，可達安靜時的10-20倍，因此能量代謝可作為勞動或運動時肌肉活動強度的指標。2、環(huán)境溫度：環(huán)境溫度在20-30℃時，能量代謝率最為穩(wěn)定。

<20℃能量代謝率開始增加，

<10℃時顯著增加，原因是寒冷刺激所引起的寒戰(zhàn)和肌緊張造成的。

>30℃能量代謝率也增加，原因是溫度上升體內(nèi)化學反應加快和發(fā)汗活動增加了產(chǎn)熱量。3、食物的特殊動力效應進食后機體產(chǎn)熱量的額外增加?？赡芘c肝臟處理蛋白質(zhì)有關。進食1H后產(chǎn)熱量比進食前有額外的增加，持續(xù)7-8H，蛋白質(zhì)食物可達30%左右，糖和脂肪為4-6%，混合食物10%左右。這不是消化吸收活動引起的，靜脈注射氨基酸也可以引起類似的產(chǎn)熱量增加，因此有人推測與肝臟對蛋白質(zhì)的處理，主要是脫氨基作用有關。

4、精神緊張活動由與精神活動相關連的肌肉活動和激素分泌引起。四、基礎代謝（basicmetabolism）基礎代謝是指人體在人體處在清醒又非常安靜、不受肌肉活動、環(huán)境溫度、食物及精神緊張等因素的影響是的狀態(tài)下的能量代謝。單位時間內(nèi)的基礎代謝稱為基礎代謝率（basicmetabolicrate）。

基礎條件：人體處在清醒又非常安靜、不受肌肉活動、環(huán)境溫度、食物及精神緊張等因素的影響是的狀態(tài)。基礎代謝的條件下，新陳代謝只維持在心跳、呼吸及其一些必要的生理活動的程度上。測定條件：肌肉松弛、室溫20-25攝氏度、空腹12-14H、安靜平臥30分鐘以上，并且排除精神緊張的影響。男性的BMR高于女性，幼年的BMR高于成年，年齡越大BMR越低。甲亢時BMR可比正常高25-80%，甲低時BMR可比正常低20-40%，所以BMR的測量時甲狀腺疾病的重要輔助手段。§1能量代謝

§2體溫及其調(diào)節(jié)§2體溫及其調(diào)節(jié)

人類和高等動物屬恒溫動物。體溫的相對恒定是內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要內(nèi)容，也是機體進行新陳代謝和正常生命活動的必要條件。

一、體溫

體溫指機體深部平均溫度。臨床上常用腋窩溫度、口腔溫度、直腸溫度來表示體溫。直腸溫度正常為36.9-37.9℃，口腔溫度比直腸溫度低0.3℃，腋窩溫度又比口腔溫度低0.4℃。

在生理情況下，人體正常體溫可隨晝夜周期、年齡、性別、環(huán)境溫度、精神緊張和體力活動等因素的影響而發(fā)生變化。

（晝夜變化：正常人的體溫在一晝夜之中呈現(xiàn)周期性波動。清晨2-6時體溫最低，午后1-6時最高。波動的幅值一般為0.5-0.7℃。體溫的這種晝夜周期性波動稱為晝夜節(jié)律或日節(jié)律。

性別：女子的體溫平均比男子高0.3℃，而且隨月經(jīng)周期而變動（具體內(nèi)容見生殖內(nèi)分泌章節(jié)）

年齡：新生兒，特別是早產(chǎn)兒，體溫易受環(huán)境溫度的影響而變動。老年人代謝率低，體溫較低。

麻醉藥物：麻醉藥物通常可抑制體溫調(diào)節(jié)中樞或影響其傳入路徑的活動，降低了機體對寒冷環(huán)境的適應能力。

運動：肌肉活動時代謝增強，產(chǎn)熱量明顯增高，導致體溫升高。）二、機體的產(chǎn)熱和散熱

機體之所以能夠維持穩(wěn)定的體溫是由于在體溫調(diào)節(jié)機構(gòu)的控制下，產(chǎn)熱和散熱兩個生理過程取得動態(tài)平衡，即體熱平衡的結(jié)果。

即：M=E±R±C±K±W±S

式中，E代表蒸發(fā)，R代表輻射，C代表傳導，K代表對流，W代表機械外功，S代表熱儲，M代表產(chǎn)熱。

（一）體熱的產(chǎn)生：

機體安靜時主要產(chǎn)熱器官是內(nèi)臟器官。

運動或勞動時，肌肉為主要產(chǎn)熱器官。

提高代謝率是增加產(chǎn)熱量的途徑之一。

（二）體熱的散發(fā)：

機體的主要散熱部位是皮膚。當外界溫度低于皮膚溫度時，大部分體熱可通過皮膚的輻射、傳導和對流等方式發(fā)散于外界，還有小部分則隨呼吸、尿、糞等排出體外。當環(huán)境溫度等于或高于體表溫度時，蒸發(fā)就成為唯一的散熱途徑了。

（三）幾種主要的散熱方式

1.輻射（radiation）：是機體以熱射線（電磁波）的形式將熱量傳給外界較冷物體的散熱方式。在適宜的氣候中，人在安靜狀態(tài)下，以輻射方式放散的熱量占機體產(chǎn)熱量的60%。

2.傳導和對流（conductionandconvection）：傳導是指機體將熱量直接傳給和它接觸的較冷物體的散熱方式。對流是傳導散熱的一種特殊形式，是體熱傳導給與皮膚接觸的較冷空氣的一種散熱方式。對流散熱量的多少，主要取決于風速。

3.蒸發(fā)（evaporation）：是指體表表面的水分汽化時吸收體熱而散發(fā)的一種散熱方式。蒸發(fā)分為不感蒸發(fā)和發(fā)汗兩種。

不感蒸發(fā)是指體內(nèi)水分直接透出皮膚和粘膜（主要是呼吸道粘膜）表面，并在未形成明顯的水滴之前就蒸發(fā)掉的一種散熱方式。人體每日以不感蒸發(fā)散失的體液量約為1000ml。

發(fā)汗是指由汗腺分泌汗液的活動。當氣溫高于皮膚溫度時，發(fā)汗散熱是機體發(fā)散熱量的有效途徑。發(fā)汗是反射性活動，通常認為在生理情況下主要的發(fā)汗中樞在下丘腦。

正常情況下，汗液中水分約占99%，而固體成分則不到1%。一般排出的汗液是低滲的。故當機體大量發(fā)汗而造成的脫水為高滲性脫水。但發(fā)汗速度過快時，可使汗液中氯化鈉增高，機體除丟失大量水分外，還丟失大量氯化鈉，應注意及時補充水分和氯化鈉。

人在高溫、高濕、小風速環(huán)境中，不但輻射、傳導、對流散熱停止，蒸發(fā)散熱也很困難，容易中暑。

（四）皮膚散熱的調(diào)節(jié)

1.皮膚血流量的調(diào)節(jié)：皮膚通過輻射、傳導、對流方式散熱的多少，取決于皮膚和環(huán)境之間的溫度差，而皮膚溫度的高低是由皮膚血流量所控制。

2.在環(huán)境溫度不高不低時（適中溫度），機體既不發(fā)汗、也無寒戰(zhàn)，僅靠調(diào)節(jié)皮膚血管口徑精細地控制皮膚溫度來加減散熱量，就能使體熱的產(chǎn)生和放散達到平衡狀態(tài)。（一）體表溫度和體核溫度

·（shelltemperature）：機體表層的溫度。

皮膚溫度：機體表層的最外層，既皮