生理学课件-第七章-能量代谢与体温.ppt

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1、第七章 能量代谢与体温,第一节 能量代谢第二节 体温,第一节 能量代谢,能量代谢（energy metabolism）：生物体内物质代谢中伴随着的能量的释放、转移、贮存和利用。,能量代谢,同化作用 （合成代谢）,- 耗能,- 放能,新陈代谢 （物质代谢）,异化作用 （分解代谢）,生物体的基本特征：新陈代谢,一、能量的来源和去路 二、能量代谢的测定 三、影响能量代谢的因素 四、基础代谢,一、能量的来源和去路,(一) 能量的来源 机体所需的能量来源于食物中的糖、脂肪和蛋白质。 1、糖：机体的主要能源 70%（中国人）,糖酵解在人体处于缺氧状态时极为重要，这是人体的能源物质惟一不需氧的供能途径。 氧

2、债(oxygen debt)：剧烈运动时，骨骼肌耗氧量猛增，循环呼吸不能很快满足机体对氧的需要，骨骼肌处于相对缺氧状态，这种现象称为氧债 。,（剧烈运动、RBC）,（脑、一般情况下）,2、脂肪：贮存和供给能量。提供大约 30%的能量。,3、蛋白质（氨基酸）：主要用于重新合成细胞成分或酶、激素等生物活性物质。 次要功能是提供能量。,摄取过多的糖可在体内转化为脂肪，这可能是导致肥胖的重要原因之一。 体重指数(body mass index)：个体的体重(kg)除以其身高(m)的平方，所得之值即为体重指数。 正常：2024.9；超重：2529.9；肥胖： 30。, ATP：既是体内重要的储能物质，又

3、是直接的供能物质。 CP： ATP的贮存库。,（二）能量的去路（转移、贮存、利用）,二、能量代谢的测定,能量计量单位： 生理学及营养学：卡(calorie，cal)或千卡(kcal) 法定计量单位：焦耳(joule，J)或千焦耳(kilojoule，kJ) 卡和焦耳之间的换算关系是：1cal=4.187J(一)与能量代谢测定有关的几个基本概念 1.食物的热价 食物的热价(thermal equivalent of food) ：1g某种食物氧化(或在体外燃烧)时所释放的能量称为该种食物的热价。 热价：生物热价食物在体内氧化释放的能量 物理热价食物在体外燃烧释放的能量 蛋白质：生物热价物理热价,

4、2.食物的氧热价 食物的氧热价(thermal equivalent of oxygen)：某种食物氧化时消耗1L氧所产生的能量，称为该种食物的氧热价 。,3.呼吸商 呼吸商(respiratory quotient，RQ)：一定时间内机体呼出的CO2的量与吸人的O2量的比值，称为呼吸商。,糖RQ ：1.00； 蛋白质RQ： 0.80 ； 脂肪RQ：0.71 正常人进食混合食物时， RQ ：0.85 根据呼吸商的数值来推测机体利用能量的主要来源。 RQ影响因素： 1）营养物质之间相互转化 2）额外CO2的产生 3）某些病理状态的影响,非蛋白呼吸商(non-protein respiratory

5、 quotient，NPRQ)：根据糖和脂肪按不同比例混和氧化时所产生的二氧化碳量以及消耗氧的量计算出相应的呼吸商。,(二)能量代谢的测定原理和方法 原理：能量守恒定律 食物中的化学能热能所作功 能量代谢率：机体单位时间内所消耗的能量。 单位：kJ(m2h) 能量代谢率体表面积 方法：测定整个机体在单位时间内发散的总热量，通常有两类方法：直接测热法与间接测热法。 1.直接测热法 (direct calorimetry) 将被测者置于一特殊的检测环境中，收集被测者在一定时间内发散的总热量，然后换算成单位时间的代谢量，即能量代谢率。 直接测热的装置较为复杂，主要用于研究肥胖和内分泌系统障碍等。,2

6、.间接测热法(indirect calorimetry) 原理：定比定律 C6H12O2+6O26CO2+6H2O+H间接测热法的具体步骤：测出机体在一定时间内的O2耗量和CO2产生量，并测出尿氮排出量；根据尿氮含量算出蛋白质的氧化量和蛋白质食物的产热量，并求出NPRQ；因体内氧化1g蛋白质可产生0.16g尿氮，所以将测出的尿氮量乘6.25，即体内氧化蛋白质的量；查出该NPRQ所对应的氧热价，进而算出非蛋白食物的产热量；算出总产热量，即蛋白质食物产热量与非蛋白质食物产热量之和。,受试者24小时的耗O2量是400L，CO2产量为340L。另经测定尿氮排出量为12g。 (1)蛋白质代谢： 氧化量=

7、12g x6.25=75g 产热量=18kJg75g=1350kJ 耗氧量=0.95Lg75g=71.25L CO2产量=0.7675g=57L (2)非蛋白代谢： 耗氧量=400L-71.25L=328.75L CO2产量=340L-57L=283L NPRQ=283L328.75L=0.86 (3)根据NPRQ的氧热价计算非蛋白代谢的产热量： 查表NPRQ为0.86时，氧热价为20.40kJL非蛋白代谢产热量=328.75L20.40kJL=6706.5kJ (4)计算24小时产热量： 24小时产热量=1350kJ+6706.5kJ=8056.5kJ,3.耗氧量与CO2产量的测定方法 闭合

8、式测定法和开放式测定法 （1）闭合式测定法： 临床上通常只使用肺量计来测量耗氧量。,（2）开放式测定法(气体分析法)： 在机体呼吸空气的条件下测定耗氧量和CO2产量的方法，即采取受试者一定时间内的呼出气，通过气量计测出呼出气量并分析呼出气体中氧和CO2容积百分比。由于吸入气就是空气，所以其中的氧和CO2的容积百分比不必另测。根据吸入气和呼出气中氧和CO2的容积百分比的差数，即可算出该时间内的耗氧量和CO2排出量，并算出混合呼吸商。 （3）临床应用的简便方法 a .测定一定时间内的耗氧量和CO2排出量呼吸商 作为NPRQ b.用代谢测定仪测定一定时间内的耗氧量 将混合食物NPRQ定为：0.82

9、（氧热价：20.19KJ/L）,三、影响能量代谢的因素 (一)肌肉活动 肌肉活动对于能量代谢的影响最为显著。 机体任何轻微的活动都可提高代谢率。 机体耗氧量肌肉活动的强度 评估肌肉活动强度的指标：能量代谢率,(二)精神活动 脑的重量只占体重的2.5，但在安静状态下心输出量的约15分配给脑循环。在安静状态下，每100g脑组织的耗氧量为3.5mlmin，将近安静肌肉组织耗氧量的20倍。 在睡眠和活跃的精神活动情况下,脑中葡萄糖的代谢率却几乎没有差异。可见，在精神活动时，中枢神经系统本身的代谢率即使有所增加，其程度也是可以忽略的。 人在平静思考问题时，能量代谢受到的影响也并不大，产热量增加一般不超过

10、4%。 在精神处于紧张状态，如烦恼、恐惧或情绪激动时，由于随之而出现的无意识的肌紧张以及刺激代谢的激素(如甲状腺激素)释放增多等原因，产热量可以显著增加。因此，在测定基础代谢率时受试者必须屏除精神紧张的影响。,(三)食物的特殊动力效应 (specific dynamic effect) 人从进食后1小时左右开始，延续78小时，虽然同样处于安静状态，但所产生的热量却要比未进食时有所增加。可见这种额外的能量消耗是由进食所引起的。 食物刺激机体产生额外能量消耗的作用，称为食物的特殊动力效应。 三种主要营养物质中，蛋白质的特殊动力效应最为显著，能提供100 kJ能量的蛋白质，产生的特殊动力可达30kJ

11、，即蛋白质的特殊动力效应为30；糖和脂肪的特殊动力效应分别为6和4，混合性食物为10。 在为病人配餐时，应考虑到这部分能量消耗，给予相应的能量补充；而对于久病初愈者则应慎重补充蛋白食物，以免加重胃肠负担。,(四)环境温度 人(裸体或只着薄衣)安静时的能量代谢，在2030的情况下最为稳定，主要是因为肌肉保持松弛。 当环境温度低于20时，代谢率即开始增加；在10以下时，则显著增加。环境温度低时，代谢率的增加主要是由于寒冷刺激反射性地引起寒战以及肌肉紧张度的增强。 当环境温度超过30时，代谢率又会逐渐增加，这可能是因为体内化学过程的反应速度加快，还有发汗功能旺盛以及呼吸、循环功能增强等因素的作用。,

12、基础代谢(basal metabolism)：基础状态下的能量代谢。 基础状态：清晨、清醒、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； 室温保持在2025； 体温正常。 基础代谢率(basal metabolic rate，BMR)：基础状态下，单位时间内的能量代谢。这种状态下体内能量的消耗只用于维持基本的生命活动，能量代谢比较稳定。 BMR比一般安静时的代谢率要低些，但并不是最低的，因为熟睡时的代谢率更低(比安静时低810，但做梦时可增高)。,四、基础代谢,体表面积的测定：Stevenson公式体表面积(m2)=0.0061身高(cm)+0.0128体重

13、(kg)-0.1529 BMR的计算（简略法）： RQ：0.82（氧热价20.19kJL） 某受试者，男性，20岁，在基础状态下，1小时的耗氧量为15L，测得体表面积为1.5 m2。 BMR：20.19kJL15L/h1.5m2=201.9kJm2h 20岁男子的正常BMR为157.8kJ(m2h)，所以此人的BMR值比正常值高44.1kJ(m2h)。一般用超出正常值的百分数来表示：44.1157.810028。临床上通常用+28来表示。 BMR率随着性别、年龄等不同而有生理变动。男子的BMR值平均比女子的高；儿童比成人高；年龄越大，代谢率越低。,BMR的临床意义：1）BMR与我国人正常的BM

14、R平均值比较： 相差在10-15%之间，均不属病态； 相差之数超过20%时，才可能是病理变化。 体温每升高1，BMR将升高13左右。2）BMR的测量是临床诊断甲状腺疾病的重要辅助方法。 甲状腺功能低下时，BMR可比正常值低20-40%； 甲状腺功能亢进时BMR可比正常值高出25-80%。,体表面积的测定：体表面积还可从右图直接求出。其用法是，将受试者的身高和体重在相应的两条列线上的两点连一直线，此直线与中间的体表面积列线的交点就是该人的体表面积。除BMR外，肺活量、心输出量、主动脉和气管的横截面积、肾小球滤过率等，也都与体表面积呈一定的比例关系。,了解一下吧！,第二节 体温,一、 体温二、 机

15、体的产热与散热三、 体温调节,一、体温(body temperature),(一)表层体温和深部体温 在研究体温时，把人体分为核心与外壳两个层次。 深部温度(core temperature)：机体核心的温度。 相对稳定，身体各部位之间的温度差异很小。 表层温度(shell temperature)：机体外壳的温度。 不稳定，各部位之间的差异较大。,体温：身体深部的平均温度。由于深部血液温度不易测试，所以临床上通常用直肠、口腔和腋窝等部位的温度来代表体温。 体温的测定： 临床：直肠温度：36.9-37.90C （插入直肠6cm以上） 口腔温度：36.7-37.70C （不能配合的病人，不适宜用

16、） 腋窝温度：36.0-37.40C （形成人工体腔；至少10min） 实验研究：食管温度体核温度的一个指标 鼓膜温度作为脑组织温度的指标 人类的体温范围： 35 - 410C,(二)体温的正常变动 在生理情况下，体温可随昼夜、年龄、性别等因素而有所变化，但这种变化的幅度一般不超过1。 1.体温的昼夜变化 体温在一昼夜之间有周期性的波动：清晨26时体温最低，午后16时最高。这种昼夜周期性波动称为昼夜节律(circadian rhythm)或日节律。 体温的日节律同肌肉活动状态以及耗氧量等没有因果关系，而是由一种内在的生物节律所决定的。 将一切标志时间或时刻的外在因素都去除，体温仍表现出昼夜节律

17、性波动的特性，但此种节律的周期要比地球的自转周期(24小时)略长，称之为自由运转周期。 通常认为生物节律现象是由体内存在着的生物钟来控制的。 下丘脑的视交叉上核可能是昼夜节律的控制中心 。,2.性别的影响 成年女子的体温平均比男子的高0.3，而且其体温随月经周期而发生变动。 女子的基础体温(basal body temperature，指在早晨醒后起床前测定的体温)在月经期和月经后的前半期较低，排卵前日最低，排卵日升高0.30.6。,每天测定基础体温可有助于了解有无排卵和排卵的日期，即基础体温突然升高的一天。排卵后体温升高，可能是孕激素作用的结果。,3.年龄的影响 新生儿，特别是早产儿：体温容

18、易受环境因素的影响。 老年人因基础代谢率低，体温也偏低。 4.肌肉活动 代谢增强，产热量增加，体温升高 5.其它 情绪激动、精神紧张、进食等情况对体温都会发生影响。许多麻醉药可抑制体温调节中枢或影响其传人途径的活动，特别是此类药物能扩张皮肤血管，增加体热散失。,(三)皮肤温度和平均体温 皮肤温度(skin temperature):机体表层的最外层即皮肤的温度。体表各部位的皮肤温度差别较大。 环境温度23时进行测定: 足部:27; 手部:30.; 躯干:32;额部:3334。 四肢末梢皮肤温度最低，越近躯干、头部，皮肤温度越高。 气温32以上时，皮肤温度的部位差别将变小。 皮肤温度与局部血流量

19、有密切的关系。能影响皮肤血管舒缩的因素(如环境温度变化或精神紧张等)都能改变皮肤的温度。临床上常用皮肤温度作为诊断外周血管疾病的指标。,1.平均皮肤温度 (mean skin temperature，MST) 8点法:头、上臂、手、胸、背、大腿、小腿、足。 4点法： Tmst=0.2(T小腿+T大腿)+0.3(T胸+T上臂) 0.2和0.3分别为各该区占总体表面积的比例系数。 2.平均体温 (mean body temperature，MBT) Tcore为深部温度，通常用直肠温度代表，为深部组织所占的比例，(1-)则为身体表层组织所占的比例。 随着环境温度的变化，身体深部与表层两者相对的比例

20、可出现较大的变动。直肠温度易受下肢温度影响，当下肢温度较低时，由于下肢流回到髂静脉的血液较低，可使直肠温度降低。,Tmbt= Tcore+ (1-) Tmst,二、 机体的产热与散热,恒温动物之所以能维持相对稳定的体温，就是因为在体温调节机构的控制下，产热和散热两个生理过程能取得动态平衡的结果。 (一)产热过程 1.主要的产热器官 人体主要的产热器官是肝脏和骨骼肌。 安静肝脏 运动骨骼肌 2.机体的产热形式 基础代谢产热 食物特殊动力效应产热 骨骼肌运动产热（随意运动） 战栗产热(shivering thermogenesis) 非战栗产热(non-shivering thermogenesi

21、s),(1)战栗产热： 战栗：在寒冷环境中骨骼肌发生不随意的节律性收缩，其节律为911次分钟。 战栗的特点：屈肌和伸肌同时收缩，所以不做外功，但产热量很高。战栗时，机体的代谢率可增加45倍。在 寒冷性肌紧张(thermal muscle tone)或称战栗前肌紧张(pre-shivering tone)：寒冷环境中，机体在发生战栗之前先出现，此时代谢率就有所增加。 意义：维持机体在寒冷环境中的体热平衡。 (2)非战栗产热（代谢产热）： 褐色脂肪组织(brown fat tissue，BFT)的产热量为最大，约占非战栗产热总量的70。 BFT发生于出生后，分布于人类的腹股沟、腋窝、肩胛下区，以及

22、颈部大血管的周围等处。 新生儿不能发生战栗，所以非战栗产热对新生儿来说意义尤为重要。,3.产热活动的调节 (1)体液调节： 甲状腺激素是调节产热活动的最重要的体液因素。代谢率增加2030。甲状腺激素作用的特点：作用缓慢但持续时间长。 肾上腺素、去甲肾上腺素以及生长激素等也可刺激产热，特点是作用迅速，但维持时间短。 (2)神经调节： 寒冷刺激交感神经系统肾上腺髓质肾上腺素和去甲肾上腺素释放增多产热增加。 寒冷刺激下丘脑释放促甲状腺激素释放激素(TRH) 腺垂体释放促甲状腺激素(TSH) 甲状腺甲状腺激素产热增加。,(二)散热过程 主要散热部位：皮肤（85%）呼吸道（15%）尿、粪等排泄物（1.5

23、%） 1.散热的几种方式 四种方式：辐射、传导、对流和蒸发 (1)辐射散热(thermal radiation) ： 辐射散热：人体以发射红外线的形式将体热传给外界的一种散热形式。 影响因素：皮肤与周围环境的温度差 机体的有效散热面积 (2)传导散热(thermal conduction) ： 传导散热：机体的热量直接传给与机体接触的温度较低的物体的一种散热方式。 影响因素：与之接触的物体的导热性,(3)对流散热(thermal convection) ： 对流散热：通过气体进行热量交换的一种散热方式。体热先传导给空气，然后通过对流将热量带走。 影响因素：风速 辐射、传导和对流，只有在皮肤温度

24、高于环境温度时才有意义。 (4)蒸发散热(evaporation) ： 蒸发散热：机体通过体表水分的蒸发而散失体热的一种形式。 体温条件下，蒸发1g水可使机体散发2.43 kJ的热量。体表水分的蒸发是一种有效的散热途径。 蒸发散热分类：不感蒸发(insensible perspiration) 发汗(sweating),1)不感蒸发： 人即使处在低温环境中，皮肤和呼吸道也不断有水分渗出而被蒸发掉，这种水分蒸发称为不感蒸发，其中皮肤的水分蒸发又称不显汗，即这种水分蒸发不被觉察，并与汗腺的活动无关。 在低于30的环境中，人体通过不感蒸发所丢失的水分是相当恒定的，为1215g(hm2)。人体24h的

25、不感蒸发量一般为1000ml左右，其中通过皮肤的约为600800ml。 在肌肉活动或发热状态下，不显汗可以增加；婴幼儿不感蒸发的速率比成人大，因此在缺水的情况下，婴幼儿更容易出现严重脱水。 不感蒸发是一种很有效的散热途径，有些动物如狗，在高温下不能分泌汗液，而必须通过热喘呼吸(panting)来增加蒸发散热。,2)发汗： 发汗：汗腺主动分泌汗液的过程。 可感蒸发(sensible evaporation)：发汗是可以意识到的，又称可感蒸发。 安静状态下，环境温度达30左右时便开始发汗。空气湿度高，衣着较多时，25便可引起发汗。 劳动或运动时，气温虽在20以下，也可出现发汗，而且发汗量往往较多。

26、 影响发汗速度受的因素：环境温度和湿度。 2.汗液 汗液的成分：水分：99， 固体成分（ NaCl、 KCl、尿素）：1 汗液由汗腺细胞主动分泌。汗腺分泌时分泌管腔内的压力可高达33.3kPa (250mmHg)。 醛固酮调节低渗汗液，大量发汗高渗性脱水。,3.汗腺与汗腺活动的调节 两种汗腺：大汗腺和小汗腺大汗腺：腋窝和阴部等处，开口于毛根附近。它由青春期开始活动，可能和性功能有关。小汗腺：全身皮肤分布密度: 手掌、足跖额部、手背四肢躯干分泌能力: 手掌、足跖额部、手背四肢躯干发汗是一种反射性活动。发汗中枢:下丘脑. 传出神经：交感胆碱能纤维乙酰胆碱 肾上腺素能纤维手掌、足跖及前额温热性发汗：

27、温热刺激引起发汗精神性发汗：精神紧张引起发汗,与体温调节无关，可能与湿润手掌和足跖，增加摩擦力有关。,加强散热，对体温调节有重要作用。,意义,情绪激动或精神紧张,温热刺激,刺激,肾上腺素能神经纤维,交感神经的胆碱能节后纤维,神经支配,手掌、足跖、前额和腋窝等部位汗腺,全身绝大部分汗腺分泌(手掌、足跖除外）,汗腺,精神性发汗,温热性发汗,降温措施： （1）冰囊、冰帽：增加传导散热 （2）通气、减衣：增加辐射、对流散热 （3）酒精擦浴：增加蒸发散热,4.循环系统在散热中的作用 机体可以通过改变皮肤血管的舒缩状态来调节体热的散失量。 机体的体温调节机构正是通过交感神经控制皮肤血管的口径，调节皮肤血流

28、量，使散热量能符合当时条件下体热平衡的要求。 炎热交感神经紧张活动降低皮肤小动脉舒张，动-静脉吻合支开放皮肤血流量增加散热量增加。 炎热汗腺的活动增强蒸发散热增强。 寒冷交感神经的紧张活动增强皮肤血管收缩皮肤血流量剧减散热量减少。 四肢深部的静脉和动脉相伴行，相当于逆流交换系统，可使机体热量的散失减少。 适中的环境温度(2030)，或当产热量没有大幅度变化时，通过调节皮肤血管的口径，就可以精细地控制皮肤温度，从而增加或减少散热量，体热维持平衡状态。,三、体温调节,自主神经性体温调节(autonomic thermoregulation)：在体温调节中枢的控制下，通过增减皮肤的血流量、发汗、战栗

29、等生理调节反应，能维持在一个相对稳定的水平。 行为性体温调节(behavioral thermoregulation)：机体(包括变温动物)在不同环境中采取的姿势和发生的行为，特别是人为了保温或降温所采取的措施，如增减衣着等。 (一)温度感受器 外周温度感受器：游离的神经末梢 中枢温度感受器：神经元 温度感受器：冷感受器、热感受器 1.外周温度感受器 分布：皮肤、粘膜和内脏。局部温度升高时，热感受器兴奋；温度降低时冷感受器兴奋。皮肤的温度感受器对温度的变化速率更为敏感。,2.中枢温度感受器 中枢温度感受器：存在于中枢神经系统内的对温度变化敏感的神经元。 热敏神经元(warm-sensitive

30、 neuron)：局部组织温度升高时冲动发放频率增加。分布：脑干网状结构和下丘脑的弓状核。 冷敏神经元(cold-sensitive neuron)：局部组织温度降低时冲动发放频率增加。分布：视前区-下丘脑前部(preoptic-anterior hypothalamus area，POAH)。 局部脑组织温度变动0.1，这两种神经元的放电频率就会发生变化，而且不出现适应现象。 POAH中的某些温度敏感神经元是来自中枢和外周的温度信息会聚的神经元。此外，这类神经元能直接对致热原(pyrogen)或5-羟色胺、去甲肾上腺素以及各许多种肽类物质等发生反应，并导致体温的改变。,(二)体温调节中枢 体

31、温调节中枢：下丘脑 体温调节中枢整合的关键部位： POAH 其根据如下： 广泛破坏POAH区后，与体温调节有关的散热和产热反应都明显减弱或消失； 身体各个部位的温度传入信息均会聚于POAH； POAH中的温度敏感神经元对致热原以及其他能影响体温的化学物质的反应同这些物质所引起的体温调节反应是一致的； POAH输出的整合指令是广泛性的，即其所引起的体温调节反应既有自主神经系统参与(如血管舒缩反应、发汗反应)，又有躯体神经系统参与(如战栗)，还有内分泌系统参与(如激素引起的代谢改变)等。,(三)体温调定点学说 体温调定点学说认为，体温的调节类似于恒温器的调节，POAH神经元的活动设定了一个调定点(set point)，即规定的温度值，如37。 调定点是由POAH温度敏感神经元的工作特性决定的。 由细菌所致的发热(fever)，是由于在致热原作用下体温调节的调定点被重新设置，称为重调定(resetting)。 POAH热敏神经元的温度反应阈值升高(斜率减小)，而冷敏神经元的阈值则下降(斜率增大)，调定点因而上移(例如上移到39)。 由于环境温度过高而引起机体中暑时，体温也升高，但这并不是因为体温中枢调定点的上移，而是由于体温调节中枢本身的功能障碍所致。,谢谢！,