能量代謝和體溫

第七章能量代謝和體溫第一節(jié)能量代謝一、機(jī)體能量的來源與去路二、影響能量代謝的因素三、根底代謝率第二節(jié)體溫一、正常體溫及其生理波動(dòng)二、機(jī)體的產(chǎn)熱和散熱三、體溫調(diào)節(jié)第一節(jié)能量代謝定義：新陳代謝是生物體生命活動(dòng)的根本特征，包括物質(zhì)代謝和能量代謝；伴隨體內(nèi)物質(zhì)代謝過程所發(fā)生的能量的釋放、轉(zhuǎn)移和利用被稱為能量代謝物質(zhì)代謝和能量代謝是同一生命活動(dòng)過程的兩個(gè)方面，兩者密不可分，即：在物質(zhì)的分解代謝過程中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放出蘊(yùn)藏的化學(xué)能，經(jīng)轉(zhuǎn)化后被用于機(jī)體的生命活動(dòng)；在物質(zhì)的合成代謝過程中，隨著物質(zhì)的合成，機(jī)體吸收并儲(chǔ)存能量。生理學(xué)討論的能量代謝，并不涉及各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝的具體生物化學(xué)過程，而是從機(jī)體整體的角度，宏觀地討論機(jī)體能量的來源和去路；同時(shí)介紹：能量代謝的測(cè)定方法影響機(jī)體能量代謝的因素能量代謝的調(diào)節(jié)研究機(jī)體的能量代謝對(duì)于營(yíng)養(yǎng)學(xué)、勞動(dòng)衛(wèi)生學(xué)，以及臨床醫(yī)學(xué)都有重要的理論和實(shí)踐意義。一、機(jī)體能量的來源和利用

雖然自然界中的能量表現(xiàn)為熱能、電能、機(jī)械能和化學(xué)能等多種形式，但人體只能利用食物中的化學(xué)能。攝入機(jī)體的糖、脂肪和蛋白質(zhì)是機(jī)體的三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，既可用來構(gòu)筑機(jī)體的結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)組織的自我更新，又是機(jī)體的能量來源。在這些能源物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的碳?xì)滏I中，蘊(yùn)藏著化學(xué)能，在氧化過程中碳?xì)滏I斷裂，生成二氧化碳〔CO2〕和水〔H2O〕，同時(shí)釋放出蘊(yùn)藏的能量。〔一〕能量的來源1.糖糖是機(jī)體主要的能源物質(zhì)，機(jī)體所需總能量的70%以上是由糖分解代謝提供的。糖消化產(chǎn)物葡萄糖被吸收入血后，一局部供全身細(xì)胞利用；另一局部經(jīng)合成代謝以肝糖原和肌糖原的形式儲(chǔ)存于肝臟和肌肉；少局部轉(zhuǎn)化成為脂肪或蛋白質(zhì)。葡萄糖轉(zhuǎn)化供能的主要方式是ATP，有兩條轉(zhuǎn)化途徑：①有氧氧化：氧充足時(shí)，葡萄糖有氧氧化分解為CO2和H2O，釋放大量的能量〔1mol葡萄糖完全氧化分解產(chǎn)生38molATP〕；②無氧酵解：在氧缺乏時(shí)，葡萄糖經(jīng)無氧酵解分解成乳酸，釋放少量的能量〔1mol葡萄糖無氧酵解產(chǎn)生2molATP〕。糖的有氧氧化是機(jī)體正常情況下供能的主要途徑，而無氧酵解是機(jī)體相對(duì)缺氧時(shí)供能的重要方式。劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，骨骼肌耗氧量劇增而供血缺乏〔相對(duì)缺氧〕，糖酵解增強(qiáng)可保證骨骼肌能量的應(yīng)急供給。紅細(xì)胞內(nèi)無線粒體，能量完全依靠糖酵解供給。腦組織糖原儲(chǔ)存少，并對(duì)缺氧敏感，能量消耗主要依靠糖的有氧氧化，故機(jī)體缺氧和血糖過低時(shí)，可發(fā)生腦功能障礙、抽搐和昏迷。2.脂肪脂肪在體內(nèi)主要功能是儲(chǔ)存和供給能量。通常成人糖的儲(chǔ)藏量?jī)H約150g，而脂肪達(dá)數(shù)公斤，占體重的20%左右；而每克脂肪在體內(nèi)完全氧化所釋放的能量約為糖或蛋白質(zhì)的2倍。通過消化道吸收的脂肪及其分解產(chǎn)物，一局部為類脂質(zhì)，用以構(gòu)成細(xì)胞，另一局部以脂肪的形式儲(chǔ)存在皮下組織、腹膜壁層和內(nèi)臟器官，當(dāng)機(jī)體需要的時(shí)候可迅速分解為甘油和脂肪酸，并釋放入血，供組織細(xì)胞利用，此過程稱為脂肪發(fā)動(dòng)。脂肪酸在氧充足供給的情況下，可經(jīng)-氧化途徑逐步分解成乙酰輔酶A，再通過糖的氧化過程，完全分解為CO2和H2O，并釋放能量。由于糖可以在這個(gè)環(huán)節(jié)上轉(zhuǎn)化為脂肪，故攝取過多的糖可能導(dǎo)致肥胖。通常，機(jī)體能量的40%~50%來自于脂肪的分解；在饑餓的情況下，糖供給缺乏，機(jī)體主要依靠脂肪分解供能，可占能量來源的80%以上。3.蛋白質(zhì)一般情況下，機(jī)體不需要蛋白質(zhì)供能。蛋白質(zhì)的分解產(chǎn)物氨基酸主要用于構(gòu)成組織的蛋白質(zhì)、合成激素和酶等生物活性物質(zhì)。只有在糖和脂肪供給缺乏的時(shí)候〔如長(zhǎng)期不能進(jìn)食或能量消耗過大〕，體內(nèi)的蛋白質(zhì)才被分解成氨基酸，經(jīng)脫氨基生成-酮酸參與三羧酸循環(huán)而氧化供能，此能量主要用于維持機(jī)體必要的生理活動(dòng)?！捕衬芰康霓D(zhuǎn)移、貯存和利用代謝能量：50%以上轉(zhuǎn)化為熱能，維持體溫其余以化學(xué)能貯存在三磷酸腺苷〔ATP〕中三磷酸腺苷〔ATP〕是機(jī)體能量的直接提供者和儲(chǔ)能物質(zhì)，1molATP斷裂一個(gè)高能磷酸鍵成為ADP時(shí)可釋放33.47kJ的能量；而消耗的ATP，可由線粒體使ADP重新磷酸化而得到補(bǔ)充。體內(nèi)另一種含有高能磷酸鍵的能源分子是磷酸肌酸〔CP〕，由肌酸和磷酸合成，主要存在于肌肉中。CP是能量貯存庫能量充足：ATP轉(zhuǎn)化為CP能量缺乏：CP轉(zhuǎn)化為ATP〔三〕、能量代謝的表示方法能量代謝率的衡量標(biāo)準(zhǔn)：由于能量代謝率的上下與體重不成比例關(guān)系，而與體外表積根本上成正比.單位時(shí)間內(nèi)〔小時(shí)〕每平方米體外表積的產(chǎn)熱量為單位，即以kJ/(m2h)來表示能量代謝率:機(jī)體在單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)熱量能量的輸入〔利用食物中的化學(xué)能〕＝能量的輸出〔轉(zhuǎn)化成的熱能和所做的外功〕測(cè)定原理：

按照能量守恒原理，能量由一種形式轉(zhuǎn)化成另外一種形式時(shí)，既不增加，也不減少。機(jī)體能量代謝也遵循這一規(guī)律，即在機(jī)體的能量轉(zhuǎn)化過程中：二、影響能量代謝的主要因素

〔一〕肌肉的活動(dòng)

影響能量代謝因素主要有：肌肉活動(dòng)、精神活動(dòng)、食物的特殊動(dòng)力作用和環(huán)境溫度。是影響能量代謝的最主要因素。肌肉活動(dòng)需要的能量來自于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的氧化，這將導(dǎo)致機(jī)體耗氧量的增加，因此機(jī)體的任何輕微的活動(dòng)都會(huì)提高能量代謝率。勞動(dòng)或運(yùn)動(dòng)時(shí)能量代謝和耗氧量顯著增加，且與肌肉活動(dòng)的強(qiáng)度成正比關(guān)系，故可利用能量代謝率作為評(píng)價(jià)勞動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的指標(biāo)〔表7-3〕。〔二〕精神活動(dòng)腦組織的糖原儲(chǔ)存量少，對(duì)缺氧較為敏感，說明腦組織需要更多血液循環(huán)，并有較高的代謝率。安靜狀態(tài)下，約15%的循環(huán)血量進(jìn)入腦循環(huán)，但腦的重量只占體重的2.5%，此時(shí)腦組織的耗氧量是肌肉組織的20倍。在睡眠和精神活動(dòng)狀態(tài)下，腦中的葡萄糖代謝率并無明顯差異，即精神活動(dòng)本身并不顯著增強(qiáng)代謝率。但是，當(dāng)精神緊張時(shí)〔如情緒沖動(dòng)、煩惱、憤怒、恐懼等〕，精神活動(dòng)的加強(qiáng)會(huì)引起骨骼肌張力的無意識(shí)地增高、交感神經(jīng)釋放的兒茶酚胺，以及甲狀腺激素等刺激代謝的激素釋放增多，會(huì)使產(chǎn)熱量增加?！踩抄h(huán)境溫度環(huán)境溫度在20~30oC時(shí)，機(jī)體的能量代謝最穩(wěn)定；<20oC，寒冷刺激反射性地引起寒戰(zhàn)和肌肉緊張度的增加，代謝率增高；>30oC，體內(nèi)化學(xué)反響速度加快、發(fā)汗、循環(huán)和呼吸功能增強(qiáng)，代謝率增高?！菜摹呈澄锏奶厥鈩?dòng)力效應(yīng)進(jìn)食后一段時(shí)間內(nèi)〔進(jìn)食后1小時(shí)開始，2~3小時(shí)到達(dá)頂峰，延續(xù)7~8小時(shí)〕，即便是在安靜狀態(tài)下，機(jī)體產(chǎn)熱量也比進(jìn)食前增加，這種由食物引起機(jī)體“額外〞地產(chǎn)生熱量作用稱為“食物的特殊動(dòng)力效應(yīng)〞。不同的食物產(chǎn)生的特殊動(dòng)力效應(yīng)不同：蛋白質(zhì)類食物額外增加的熱量可達(dá)30%；糖和脂肪約為4%~6%；混合食物約為10%左右。食物的特殊動(dòng)力效應(yīng)三、根底代謝率根底代謝率〔BMR〕：指根底狀態(tài)下的能量代謝率。根底狀態(tài)：1、清晨、清醒、靜臥、無肌肉活動(dòng)；2、精神安寧3、測(cè)空腹，禁食12小時(shí)；4、測(cè)定室溫保持在20~25oC；5、體溫正常。在根底狀態(tài)下，體內(nèi)能量的消耗僅用于維持根本生命活動(dòng)，能量代謝比較穩(wěn)定，故把這種狀態(tài)下單位時(shí)間內(nèi)的能量代謝稱為根底代謝率，以kJ/(m2h)表示。由于能量代謝率的上下與體重不成比例關(guān)系，而與體外表積根本上成正比，故在能量代謝率的測(cè)定中需要測(cè)定人的體外表積，根底代謝率的正常值：男性高于女性兒童高于成人年齡越大，根底代謝率越低一般認(rèn)為，受試者BMR與正常平均值相差超過±20%時(shí)為病理性變化。人體發(fā)熱時(shí)BMR增高，一般體溫每升高1oC，BMR升高13%左右。BMR的測(cè)定是臨床診斷某些疾病的重要輔助方法，例如：甲狀腺功能亢進(jìn)和低下時(shí)，BMR分別升高和降低；腎上腺皮質(zhì)和腦垂體功能低下時(shí)，BMR降低；糖尿病、紅細(xì)胞增多癥、白血病，BMR增高。三種甲狀腺疾病患者的根底代謝與正常人的根底代謝比較根底代謝率受試者人數(shù)第二節(jié)體溫〔一〕正常體溫人和高等動(dòng)物的深部體溫是相對(duì)穩(wěn)定的，故稱為恒溫動(dòng)物；而低等的爬蟲類、兩棲類動(dòng)物的機(jī)體深部溫度會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化而變化，稱為變溫動(dòng)物。正常體溫是機(jī)體進(jìn)行新陳代謝和生命活動(dòng)的必要條件。一、正常體溫及其生理波動(dòng)在研究人體體溫時(shí)，把人體分為外殼和核心兩個(gè)層次，它們的溫度分別稱為體表溫度和深部溫度。深部溫度：機(jī)體深部組織的溫度稱為深部溫度或體核溫度。體表溫度：機(jī)體表層的溫度稱為體表溫度，其中最外層的為皮膚溫度。體溫：通常是機(jī)體深部的平均溫度環(huán)境溫度20oC環(huán)境溫度35oC臨床體溫的測(cè)定：由于體核溫度不易測(cè)得，故臨床上常用直腸、口腔和腋窩的溫度來代表體溫。直腸溫度——當(dāng)溫度計(jì)插入直腸6cm以上時(shí)最接近體核溫度，正常值為36.9~37.9oC。口腔溫度——測(cè)量方便，也比較準(zhǔn)確，正常值為36.7~37.7oC。腋窩溫度——不能代表體核溫度，由于容易受到環(huán)境溫度、出汗和測(cè)量姿勢(shì)的影響，不易正確測(cè)定，正常值為36.0~37.4oC。就體溫測(cè)定的可信度而言：直腸溫度>口腔溫度>腋窩溫度?！捕丑w溫的正常變動(dòng)1.

晝夜的變化人體體溫呈晝夜節(jié)律〔日節(jié)律〕的周期性波動(dòng)：清晨2~6點(diǎn)最低，午后1~6點(diǎn)最高，變化幅度低于1度體溫的晝夜節(jié)律與肌肉活動(dòng)和耗氧量無關(guān)，而且在外周傳入信息〔自然光線變化、環(huán)境溫度變化、鐘表、電視、播送等〕消除之后仍然根本維持，說明是一種機(jī)體的內(nèi)在節(jié)律。體溫變化的內(nèi)在節(jié)律與地球自轉(zhuǎn)周期〔24小時(shí)〕不完全吻合，比地球自轉(zhuǎn)周期略長(zhǎng)，因而是一種自由運(yùn)轉(zhuǎn)周期體溫的晝夜周期變化被認(rèn)為由生物鐘所控制，其中心可能在下丘腦視交叉上核，由于長(zhǎng)期的社會(huì)生活因素的影響，使得其與地球的24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)周期同步。2.

性別成年女子的體溫平均高于男子0.3oC，原因可能是女性皮下脂肪較厚，散熱較少。女子的根底體溫〔早晨醒后起床前測(cè)定的體溫〕隨月經(jīng)周期發(fā)生變化，在月經(jīng)期和月經(jīng)后的前半期較低，排卵日最低，排卵后升高0.2~0.3oC。女性排卵后體溫升高，是由于體內(nèi)孕激素水平的周期性變化所致。因此，可以通過測(cè)定根底體溫得知女子月經(jīng)周期中有無排卵和確定排卵日。3.

年齡的影響兒童的體溫稍高于成年人，而老年人的體溫那么比成年人略低，這與不同年齡段人群根底代謝的強(qiáng)度有關(guān)。新生兒，特別是早產(chǎn)兒的體溫調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)發(fā)育尚未健全，體溫調(diào)節(jié)能力差，容易受到環(huán)境溫度變化的影響，因此對(duì)嬰幼兒〔特別是早產(chǎn)兒〕要注意保溫護(hù)理。4.

其他因素的影響肌肉活動(dòng)時(shí)：代謝加強(qiáng)，產(chǎn)熱量增加，體溫升高。情緒沖動(dòng)、精神緊張、進(jìn)食時(shí)：代謝加強(qiáng)，產(chǎn)熱量增加，體溫升高。麻醉藥的影響：①可抑制體溫調(diào)節(jié)中樞和影響溫度感受器的傳入活動(dòng)；②能擴(kuò)張皮膚血管，增加體熱的散失；故對(duì)麻醉手術(shù)的病人，需要在術(shù)中和術(shù)后注意體溫監(jiān)護(hù)。二、機(jī)體的產(chǎn)熱和散熱

恒溫動(dòng)物之所以能夠維持相對(duì)穩(wěn)定的體溫，是由于在體溫調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制下，產(chǎn)熱和散熱兩個(gè)生理過程能夠取得動(dòng)態(tài)的平衡?！惨弧硻C(jī)體的產(chǎn)熱熱量來自營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解代謝人體的主要產(chǎn)熱器官：內(nèi)臟是人體代謝最旺盛的器官，產(chǎn)熱量最大。安靜時(shí)，肝臟血液的溫度高于主動(dòng)脈血液0.4~0.8oC，產(chǎn)熱56%骨骼肌在安靜狀態(tài)下的產(chǎn)熱量并不大，但骨骼肌占體重的40%，有巨大的產(chǎn)熱潛力。因此，骨骼肌的緊張程度稍有增加，其產(chǎn)熱量就發(fā)生明顯改變；而當(dāng)骨骼肌活動(dòng)加強(qiáng)時(shí)，機(jī)體的產(chǎn)熱量可急劇增加。機(jī)體的產(chǎn)熱形式安靜時(shí)：內(nèi)臟產(chǎn)熱為主，56%。肝臟為主

勞動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)：骨骼肌產(chǎn)熱為主

寒冷環(huán)境：1、骨骼肌發(fā)生寒戰(zhàn)，不對(duì)外做功，產(chǎn)熱量高2、刺激激素，甲狀腺素，腎上腺素，機(jī)體代謝增加，產(chǎn)熱量增加〔二〕機(jī)體的散熱過程

人體的熱量可通過皮膚、呼吸道、泌尿道和消化道等部位向外散發(fā)，其中皮膚是最主要的散熱途徑。散熱的幾種方式當(dāng)環(huán)境溫度低于體表溫度時(shí)，大局部體熱通過皮膚的輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流而散發(fā)，一小局部體熱隨呼出氣、尿和糞而散發(fā)。當(dāng)環(huán)境溫度等于和高于皮膚溫度時(shí)，機(jī)體以蒸發(fā)的方式散熱。輻射散熱：機(jī)體通過發(fā)射紅外線將體熱傳給外界環(huán)境的一種散熱方式，散熱量的多少取決于皮膚與外界環(huán)境之間的溫度差。傳導(dǎo)散熱：機(jī)體將熱量傳給所接觸溫度較低物體的一種散熱方式，散熱量的多少取決于皮膚與接觸物之間的溫度差、接觸物的導(dǎo)熱率和接觸面積。對(duì)流散熱：機(jī)體與外界環(huán)境之間通過氣體流動(dòng)進(jìn)行熱量交換的一種散熱方式，散熱量的多少受風(fēng)速的影響極大。蒸發(fā)散熱：機(jī)體通過體表水分蒸發(fā)而散熱的一種散熱方式。在人的體溫條件下，每蒸發(fā)1g水，可使機(jī)體散發(fā)2.43kJ的熱量.蒸發(fā)散熱分為：不感蒸發(fā)和發(fā)汗兩種方式。不感蒸發(fā)：人即便是處于低溫的環(huán)境中和不發(fā)汗，皮膚和呼吸道仍不斷有水分滲出而被蒸發(fā)掉〔其中通過皮膚蒸發(fā)的稱為不顯汗〕.這些感覺不到的水分蒸發(fā)被稱為不感蒸發(fā)。室溫在30oC以下時(shí)，人體24小時(shí)不感蒸發(fā)水量大約為1,000ml，其中通過皮膚蒸發(fā)的約為600~800ml，這種蒸發(fā)與汗腺的活動(dòng)無關(guān)。發(fā)汗〔可感蒸發(fā)〕：是機(jī)體通過汗腺的活動(dòng)而主動(dòng)分泌汗液的過程，人在安靜的狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度高于30oC時(shí)便開始發(fā)汗。發(fā)汗的速度受環(huán)境溫度和濕度的影響，環(huán)境溫度越高，發(fā)汗速度越快；環(huán)境濕度越大，汗液越不容易蒸發(fā)。高溫、高濕、通風(fēng)差易發(fā)生中暑由于汗液的低滲性〔水分占99%，固體物質(zhì)不到1%〕，當(dāng)大量出汗時(shí)，可導(dǎo)致高滲性脫水。由于汗液中的固體物質(zhì)主要為NaCl，故大量出汗后不補(bǔ)充鹽，那么可能由高滲性脫水轉(zhuǎn)化為低滲性脫水。大量出汗后，要補(bǔ)水補(bǔ)鹽發(fā)汗：是人體在環(huán)境溫度高于體溫時(shí)重要的主動(dòng)散熱手段，故領(lǐng)先天性汗腺缺乏和大面積燒傷病人的汗腺分泌障礙時(shí)，機(jī)體在熱環(huán)境中不能通過發(fā)汗散發(fā)熱量，這些人的體溫可明顯上升。溫?zé)嵝园l(fā)汗：由溫?zé)岽碳ひ穑娪谌砀魈?，主要參與體溫調(diào)節(jié)。精神性發(fā)汗：由精神緊張引起，主要發(fā)生在手掌、足跖和前額等部位，與體溫調(diào)節(jié)之間的關(guān)系不大。自主性體溫調(diào)節(jié)：人和恒溫動(dòng)物的體溫是在體溫調(diào)節(jié)中樞〔下丘腦〕的控制下，通過生理性產(chǎn)熱和散熱反響而將體溫維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定水平。

行為性體溫調(diào)節(jié)：機(jī)體也可以通過不同的行為活動(dòng)對(duì)體溫進(jìn)行調(diào)節(jié)就人類而言，行為性體溫調(diào)節(jié)是自主性體溫調(diào)節(jié)反響的補(bǔ)充。三、體溫調(diào)節(jié)〔一〕溫度感受器

1.外周溫度感受器指位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)外的溫度感受器存在于皮膚、粘膜和內(nèi)臟中。是度溫度變化敏感的游離神經(jīng)末梢感受冷熱變化，傳遞信息引起體溫調(diào)節(jié)