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1、能量代谢的概念,合成代谢: 生物体从外界摄取营养物质来构筑 或更新自身，并储备能量。 物质 代谢 分解代谢: 生物体利用储存的能量或分解体内 自身物质而转变成能量，用以维持 体温和进行各种功能性活动。 能量代谢（energy metabolism） 生物体内物质代谢过 程中伴随发生的能量的释放、转移、贮存和利用。,机体能量的来源和去路,来源 机体的能量来自于三大营养物质的分解氧化去路 体内能量的50%以上直接转化为热量，后者用于维持体温或散发出体外；其余部分以化学能的形式贮存于三磷酸腺苷（adenosine triphosphate ,ATP）中。ATP分解时放出能量， 用于合成代谢和各种生理
2、活动。,能量代谢率,机体在单位时间内所消耗的能量，称为机体的能量代谢率。能量代谢率以单位时间内每平方米体表面积的产热量表示，即kJ/(m2 h)。能量的计量单位： 卡（calorie，cal）或千卡（kilokcalorie， kcal）； 焦尔（joule，J）或千焦尔（kilojoule，KJ） 1 cal = 4.187 J,体表面积的测定,Stevenson公式： 体表面积（m2）= 0.0061 身高(cm) + 0.0128 体重(kg) 0.1529,能量代谢测定的基本原理,能量守恒定律 能量由一种形式转化为另一种形式的过程中,既不能增加,也不会减少。定比定律 化学反应中，反应物
3、的量与产物之间呈一定的比例关系。 e.g. C12H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + H根据能量守恒定律，可通过测定人体在一定时间内所消耗的食物,或产生的热量来测算人体在一定时间内的耗能量。根据化学反应的定比定律，先测定人体一定时间内的耗O2和CO2产生量，再间接推算出同时间内食物的氧化量和产热量，就可计算出能量代谢率。,与能量代谢测定有关的几个概念,食物的热价（ thermal equivalent of food） 1g某种食物氧化时所释放的热量。食物的氧热价（thermal equivalent of oxygen） 某种食物被氧化时，每消耗1L氧所产生的热量。呼吸商（r
4、espiratory quotient, RQ） 氧化某一食物时，同一时间内CO2的产生量与耗氧量的比值。非蛋白呼吸商（non-protein respiratory quotient, NPRQ） 糖和脂肪氧化时产生的CO2量以及消耗的O2量的比值。,能量代谢率的测定,直接测热法（direct calorimetry） 将被测者置于一特殊的检测环境中,收集其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。间接测热法（indirect calorimetry） 根据化学反应的定比定律，先测定人体一定时间内的耗O2和CO2产生量，再间接推算出同时间内食物的氧化量和产热量，就可
5、计算出能量代谢率。,间接测热法的具体步骤,1.计算氧化蛋白质食物的产热量 根据一定时间内的尿氮排出量推算出蛋白质的氧化量和蛋白质食物的产热量。2.计算氧化非蛋白食物的产热量 测出机体在一定时间内的总氧耗量和总CO2产生量分别由总氧耗量和总CO2产生量减去蛋白质氧化耗去的O2量和产生的CO2量，算出NPRQ从表7-2查出该NPRQ所对应的氧热价，进而算出非蛋白食物的产热量3.计算出总产热量 即：蛋白质食物产热量+非蛋白食物的产热量,用间接测热法测定能量代谢率的两种简易方法,方法一 测得一定时间内的耗氧量和CO2产生量计算呼吸商并把它视为非蛋白呼吸商查表取得相应的氧热价该氧热价耗氧量方法二 测定一
6、定时间内的耗氧量将此耗氧量20.20kJ/L(非蛋白呼吸商为0.82时的氧热价),影响能量代谢的因素,肌肉活动精神活动食物的特殊动力效应 环境温度,肌肉活动对能量代谢的影响,肌肉活动加强肌肉耗氧量增加能量代谢率升高能量代谢率升高程度与肌肉活动加强程度成正比在劳动卫生学中,可用能量代谢率反映劳动强度,精神活动对能量代谢的影响,安静状态下，脑组织的耗氧量为肌肉组织的20倍，因此其产热量远大于肌肉组织。但在不同精神活动状态下，脑组织的能量代谢率变化不大。精神紧张(如烦恼、恐惧、或情绪激动）肌紧张加强、交感神经兴奋、激素分泌增加能量代谢率升高,食物的特殊动力效应对能量代谢的影响,进食后，食物刺激机体额
7、外消耗能量的作用，称为食物的特殊动力效应（specific dynamic effect ）。 不同食物的特殊动力效应：蛋白质 30%；糖 6%；脂肪 4%；混合食物 10%为病人配餐时，应考虑到食物的特殊动力效应。食物的特殊动力效应的产生可能与肝脏处理氨基酸或合成糖原等过程有关,环境温度对能量代谢的影响,安静时，2030C人体的能量代谢最为稳定环境温度 30C 体内化学反应加速，生理活动加快 代谢率升高,基础代谢,人体处在室温2025C、空腹、清晨、清醒、静卧而又极其安静、放松的状态，称为基础状态。人体处于基础状态下的能量代谢，称为基础代谢。基础状态下，单位时间内的能量代谢，称为基础代谢率（
8、basal metabolic rate，BMR）。,正常人的基础代谢率,正常人的基础代谢率 = 均值15%BMR：甲状腺功能亢进（比正常值高25%80%）、糖尿病、红细胞增多症、白血病、伴呼吸困难的心脏病、发烧 BMR：甲状腺功能低下（比正常值低20%40%）、肾上腺皮质功能低下、垂体功能低下、肾病综合症、病理性饥饿,我国正常人基础代谢率的平均值,体 温,人和动物机体所具有的温度, 称为体温（body temperature） 。分表层温度和核心温度两种。,表层温度和核心温度,表层温度（shell temperature ） 机体表层部分的温度。易受环境温度的影响；各部位之间的温度差异较大核
9、心温度（core temperature ） 机体核心部分的温度。相对稳定；各部位之间的温度差较小临床所指的体温通常是指机体核心部分的平均温度。,图7-3 在不同环境温度下人体体温分布图,正常体温,直肠温（rectal temperature） 36.937.9 C口腔温（oral temperature ） 36.7 37.7 C腋窝温（axillary temperature） 36.0 37.4 C,体温的正常变动,昼夜的周期性变化 清晨26时体温最低,午后16时最高性别的差别 女性比男性平均高0.3C，且基础体温随月经周期发生变动年龄的影响 新生儿体温易受环境因素影响；儿童和青少年体温
10、较高；老年人体温偏低其他因素的影响 运动、情绪、进食，等,图7-4 女性月经周期中基础体温曲线,人体的主要产热器官,安静时人体的主要产热器官是肝脏。劳动或运动时人体的主要产热器官是骨骼肌。,寒冷环境下机体增加产热量的形式,寒战产热(shivering thermogenesis) 非寒战产热(non-shivering thermogenesis;又称代谢性产热) 主要由体内棕色脂肪组织(brown fat tissue,BFT)产生,产热活动的调节,体液调节 甲状腺激素、肾上腺素（E)、去甲肾上腺素(NE)、生长素释放产热量神经调节 寒冷刺激下丘脑寒战中枢脊髓寒战产热量 寒冷刺激 交感神经系
11、统兴奋肾上腺髓质活动活动 肾上腺素、去甲肾上腺素释放 产热量,人体散热的主要部位和方式,人体散热的主要部位是皮肤 人体散热的方式 ： 辐射； 传导； 对流； 蒸发,辐射散热,人体以发射热射线的形式将体热传给外界，称为辐射散热（thermal radiation)。辐射散热是机体散热的主要方式影响辐射散热的因素： 皮肤与环境的温度差 机体的有效散热面积,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，称为传导散热（thermal conduction）。传热导体的性能直接影响传导散热的效能 e.g. 脂肪导热性能低，肥胖者容易出汗； 水的导热性能好，可用冰帽、冰袋给高热病人降温,对流散热
12、,机体通过气体流动散发体热，称为对流散热（thermal convection）。对流散热效率与风速成正比 e.g. 使用风扇可加强空气流动，从而促进对流散热。热,蒸发散热,蒸发散热（evaporation） 水分从体表汽化时吸收热量而散发体热的一种方式。当环境温度等于或高于皮肤温度时，蒸发是唯一有效的散热方式。,蒸发散热的两种形式,不感蒸发(insensible perspiration) 体液的水分从皮肤和呼吸道黏膜表面不断渗出而被汽化的过程。人体每24h约蒸发1000ml水分发汗(sweating)或可感蒸发（sensible evaporation） 通过汗腺分泌汗液，汗液蒸发，从而散
13、发体热。环境温度越高，发汗速度越快；湿度越大，出汗越多,温热性发汗与精神性发汗,温热性发汗（thermal sweating) 由温热性刺激引起的发汗；参与体温调节精神性发汗 (mental sweating) 精神紧张时引起的发汗；主要见于手掌、足跖和前额等处；不参与体温调节,循环系统在散热的作用,在炎热环境中，皮肤小动脉舒张，皮肤血流量大量增加，散热量增大。在寒冷环境中，皮肤血管收缩，皮肤血流量显著减少，散热量大大减少。,体温调节的两种方式,自主性体温调节（automatic thermoregulation）在体温中枢的控制下，通过增减皮肤血流量、发汗、寒战等生理调节反应，使体温维持在一
14、个相对稳定的水平，这种体温调节过程，称为。行为性体温调节（behavioral thermoregulation）机体在不同温度环境中，通过采取的姿势和发生的行为来调节体热的平衡，称为 。,温度感受器,外周温度感受器（peripheral thermoreceptor ） 指存在于皮肤、粘膜和内脏中对温度变化敏感的游离神经末梢 热感受器 冷感受器中枢温度感受器 （central thermoreceptor ） 指存在于中枢神经系统内对温度变化敏感的神经元 热敏神经元 冷敏神经元,体温调节中枢,体温调节的基本中枢在下丘脑。视前区-下丘脑前部（preoptic-anterior hypothal
15、amus area, PO/AH）是体温调节中枢整合机构的中心部位。,体温调节机制调定点学说,如同恒温器内温度的调节一样，体温的调节活动按体温的调定点调节体温。正常体温的调定点（set point）约为37C当体温高于37C时，机体的产热停止，散热加强，使体温降回到调定点；当体温低于37C时，机体的产热加强，散热停止，使体温回升到调定点。,调定点是如何设定的？,Na+/Ca2+比例学说 PO/AH中的温度敏感神经元细胞内外的Na+/Ca2+比值决定调定点的水平：比值增大时调定点上移；比值减小调定点下移神经元电生理特性学说 冷敏神经元和热敏神经元对温度反应曲线的斜率决定调定点水平：热敏神经元反应
16、曲线斜率减小，或冷敏神经元反应曲线斜率增大时，调定点上移；热敏神经元反应曲线斜率增大，或冷敏神经元反应曲线斜率减小时，调定点下移,图7-7 下丘脑温度变化与温度敏感神经元放电 频率关系（模式图）W 、 W ， C 、 C ， S 、 S 分别表示正常及发热时热敏神经元放 电特性、冷敏神经元放电特性及体温调定点,用调定点学说解释发烧,当机体被致热原（如细菌或病毒）感染时，调定点上移（如上升到39 C ）机体产热加强，散热减弱体温升至39 C ，即发烧（fever）当致热原被抗生素控制后，调定点回降原处，体温恢复至正常。,肥 胖（obesity）,肥胖的定义肥胖的发病原因肥胖的危害肥胖的防治,体
17、重,体重（body weight） 指机体的重量体重指数（body-mass index；BMI） 评价体重的指标 BMI = 体重 / 身高的平方（kg/m2）,肥胖的定义,肥胖通常是指体内过量的脂肪堆积。超重是指体重超过正常。超重尤其是严重超重者多半为肥胖者。,肥胖的流行病学,欧洲19821985年的一项调查：肥胖率为男性15%，女性22%；3565岁的欧洲人口中，过半数的人体重超重或肥胖美国19881994年的统计：大约20%的男性和25%的女性有肥胖；1999年的统计表明儿童肥胖率达10%过去20年间中国、日本和东南亚国家体重超重和肥胖的人数显著增加，且儿童和青少年的肥胖症问题日益突出。,肥胖的危害,肥胖者容易诱发循环、呼吸、消化、内分泌等多系统的疾病。如心脏病、高血压；睡眠-呼吸紊乱；胆石症、结肠癌；糖尿病等。,肥胖的发病原因,肥胖的发生与遗传基因、环境因素、膳食结构、生活方式等多种因素有关，其中主要的决定因素是基因。从能量代谢的角度看，是能量的摄入能量的消耗，是一种能量平衡失调的表现。,与肥胖有关的神经中枢,下丘脑 下丘脑外侧区（LHA，饥饿中枢）、下丘脑腹内侧核（VMN，饱中枢）、弓状核（ARC）、室旁核（PVN）、穹窿周区（PFA）延脑 孤束核（NTS）,
