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1、能量代谢和体温,主讲教师 张伟,第 七 章,合成代谢：结构简单物质 复杂物质 即外界摄取物质 合成、转化 自身物质（吸收能量）分解代谢：复杂物质 分解 简单（释放能 量）能量供机体应用 产物排出体外,主要讲授内容一、能量代谢1.食物的能量转换能量的来源与去路2.能量代谢的测定3.影响能量代谢的主要因素4.基础代谢二、体温及其调节1.体温2.机体的产热与散热3.体温调节,第一节 能量代谢 物质代谢过程中所伴随的能量的释放、转移、贮存和利用的过程称 为能量代谢（energy metabolism）,一、机体能量的来源和去路 糖（70%）,ATP,蛋白质,脂 肪,热能（50%),+O2,CO2+H2
2、O,能量,33.47kJ,C,Cp,ADP pi,各种生理活动,电能机械能渗透能热能,储存,能,三种供能物质比较表,糖,剧烈运动 骨骼肌耗氧增加,循环、呼吸逐渐加强,骨骼肌相对缺氧,氧 债,Depend on：CP和无氧酵解,成熟红细胞：无氧酵解供能脑组织：100-150g/d，有氧氧化为主,缺氧,低血糖,头晕、抽搐、昏迷,脂肪,脂肪：10day 2 month肝糖原：only 24 h after hungry,脂肪,甘油,脂肪酸,磷酸化、脱氢,入糖途径或以糖储存,辅酶A、氧化,乙酰辅酶A,入糖途径,蛋白质,肠道吸收,自身蛋白分解,重新合成蛋白,细胞成分,激素/酶,长期不能进食、体力极度消耗
3、供能,供能不是主要功能,一、能量的利用,能量,ATP,热能,肌肉收缩,细胞生物电,小肠、肾小管的物质转运,腺体分泌,热能,热能主要用来维持体温，不能转化为其他形式的能量、不做功，由体表、呼吸道、排泄物带出体外。,能量平衡,机体摄入能量和消耗能量之间的平衡。,基础代谢,食物特殊动力效应,运动消耗,其他,负平衡,正平衡,衡量指标,体重指数：体重（Kg）/身高2（m）反映全身性超重和肥胖：24 超重，28 肥胖腰围，腰臀围：脂肪总量和脂肪分布,二、能量代谢的测定 法定能量计量单位 焦耳（Joule，J）或千焦耳（kiloJoule，kJ）卡和焦耳之间换算是 1cal=4.187J,能量代谢测定原理,
4、能量守恒：for example：物体高空落下 食物化学能=热能+外功能量代谢率：单位时间内每m2体表面积所消耗的能量测定方法：,各种食物中C、H、O比例不同，消耗1L氧气，产生热量不同。,体表面积可根据身高、体重应用 公式进行推算 体表面积（m2）0.0061身高（cm）0.0128 体重（kg）0.1529,O2,CO2,H2O,1.直接测热法（direct calorimetry）,特点：装置复杂，主要用于研究肥 胖和内分泌系统障碍等,2.间接测热法（indirect calorimetry）测定受试者一定时间内O2消耗量、CO2产生量及尿氮排出量，然后根据 有关数据计算出一定时间内产热
5、量,理论依据 化学反应的定比定律 如 氧化1mol葡萄糖 C6H12O6+602 6CO2+6H20+H 食物在氧化分解时，O2的消耗量 及CO2产生量与热能释放间有一定比 例关系,计算步骤测出一定时间内的耗O2量、CO2产生量及 尿氮排出量根据尿氮含量算出蛋白氧化量和产热量计算 NPRQ计算非蛋白食物的产热量计算总产热量=（蛋白+非蛋白）产热量,（3）据NPRQ氧热价计算非蛋白产热量 NPRQ=0.86时的氧热价为20.40kJ/L 非蛋白产热量=328.75L20.40kJ/L=6706.5kJ（4）24h产热量(受试者24h能量代谢率）=1350kJ+6706.5kJ=8056.5kJ,
6、简化测量方法,临床和劳动卫生工作实践中A 忽略蛋白质，测一定时间内耗O2和产 CO2,B 仅测定一定时间耗氧量，国人基础状态 NPRQ=0.82（统计学）此时氧热价为20.20KJ/L,3.耗氧量与CO2产量的测定方法 及临床应用（1）闭合式测定法 动物实验 临床采用肺量计测量耗氧量,原理,随着呼吸过程，描笔逐渐下降，根据描笔下降的距离和容积的换算系数，算出耗O2量。根据实验前后CO2吸收剂的重量改变，算出CO2产生量,（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产生量 方法：吸入空气，收集一定时间的呼出气，计算呼出气量，分析O2和CO2比例，根据吸入气与呼出气中
7、O2和CO2百分比差数，计算该时间内O2耗量和CO2产生量,并算出混合呼吸商,（3）双标记水法,2H2O和H218O原理：一定时间内，间断采尿，测2H和18O的代谢率，因2H参与H2O的生成，而18O既参与H2O的生成又参与CO2的生成。根据其差值可算出CO2产生量根据食物组成推算出呼吸商优点：可在受试者自由状态下进行。,三、影响能量代谢的因素,（一）肌肉活动 代谢 对能量代谢的影响最为显著。肌肉活动强度与耗氧量呈正比，中等强度活动是安静时代谢量的23倍。能量代谢率可作为劳动或运动时肌肉活动强度的指标,脑组织血流量大，耗氧量大，代谢水平高，约为肌肉安静时耗氧量的20倍但脑组织在睡眠和精神状态活
8、跃的情况下，葡萄糖的代谢率基本没有差异。,机制：与消化系统对营养物质加工处理时做功的能量消耗无关，与肝脏处理氨基酸或合成糖原有关。故为病人配餐时，应考虑这部分能量消耗，给予相应能量补充；但对久病初愈者应甚补蛋白，以免加重胃肠负担,四、基础代谢,基础代谢（basal metabolism):人体在基础状态下的能量代谢。基础代谢率(basal metabolic rate,BMR):基础状态下单位时间内的能量代谢。,1、基础状态（1）安静：测前静卧半小时以上（2）清醒、无思维及精神活动（3）空腹：进食1214h后（4）室温：2025C（5）无肌肉活动及精神紧张,基础状态下的能量消耗主要用来维持呼吸
9、、循环。BMR是清醒时的最低能量代谢水平熟睡时熟睡时,2、基础代谢率的衡量标准,基础代谢率以每小时，每平方米体表面积的产热量为单位。kJ/m2h 与体重无比例关系，与体表面积成正比。,体表面积计算方法：,公式,Stevenson算式：,体表面积=0.0061x身高+0.0128x体重-0.1529,3 BMR计算方法及正常范围,一般将RQ设为0.82，对应氧热价为20.19kJ/L，因此，只需测出一定时间 内耗氧量和体表面积，即可算得BMR正常值范围：10%15%以内为正常。超过20%时，可能是病理变化。,相对数值表示,BMR,=,实际值,-,正常值,正常值,100%,正常值为10-15，差值
10、超过 20时，考虑病理状态,我国人正常的 BMR 的平均值（kJ/m2.h）,4、BMR的临床意义,特别是诊断甲状腺疾病 的重要辅助方法。,甲状腺机能低下（粘液性水肿）,BMR低于正常值 20 40%,甲状腺机能亢进（甲状腺肿瘤）,BMR高于正常值 25 80%,第二节 体温及其调节（Temperature and Regulation),一、体温,体温,表层温度,深部温度,恒温动物 深部温度相对稳定 变温动物 深部温度随环境变化 一般所说的体温指机体深部的平均温度,（一）表层温度和深部温度1.表层体温（体壳 shell temperature)机体外壳温度，其值低于深部温度 影响因素：环境温
11、度和衣着等。生理意义：在散热活动中起重要作用2.深部体温(体核 core temperature)特点：相对稳定（37 左右）、有差异 意义：是机体新陈代谢和维持正常的生 命活动的必要条件,正常人体体温,（三）表层温度和核心温度,随环境温度的变化，比例发生改变寒冷环境：核心温度分布区域减小，集中在头部和胸腹内脏。炎热环境：核心温度分布区域增大，可扩展至四肢,表层温度,皮温：机体最外层的温度特点：体表各部位温差大，四肢末梢 温度最低，越靠近躯干、头部，温度越高意义：皮温与局部血流有关，临床可 作为外周血管疾病的诊断指标 for example：exciting of nervous system
12、,在较冷环境中，体核温度分布较小（集中在头和胸腹），且体表和体核间存在明显温差。在炎热环境中，体核温度可扩散到四肢,核心温度,特点：相对稳定，各部之间差异很小。肝 脑 肾、胰腺、十二指肠 直肠The way of measuring 口腔：舌下，food，gas，children，直肠：insert 6 cm 腋窝：5-10 min，dry,核心温度,食管中央温度=右心房温度，用于实验研究鼓膜温度=下丘脑温度，代表脑部温度，用于生理学实验和临床。,（二）、体温的正常生理变动,1、昼夜变化,清晨2-6时体温最低，午后1-6时体温最高体内生物钟（biological clock)控制，与肌肉活动及
13、耗氧量等无关下丘脑的视交叉上核（suprachiasmatic ucleus）是生物节律的控制中心,2.性别 女子男子平均约0.3 可能与女性皮下脂肪较多、散热较少有关，因皮下脂肪导热性只有其他组织的三分之一 女子基础体温：晨醒后起床前测定,3、年龄：新生儿（早产儿）：体 温调节能力差 儿童、青少年体温高 老年人:BMR低，T低,4、肌肉活动,5、其他因素：,麻醉药、情绪活动精神紧张进食,二、机体产热与散热（体热平衡）（一）产热 1.主要产热器官 安静状态：内脏（尤其是肝脏）运动或劳动：主要是骨骼肌 新生儿：棕色脂肪组织,2.产热形式 for：基础代谢产热、骨骼肌运动产热、食物特殊动力效应、寒
14、战和非寒战 产热 内脏和脑组织产热 基础代谢产热=70%,2.产热形式(1)战栗产热（shivering thermogenesis）寒战是骨骼肌不随意的节律性收缩（9-11次/min)特点：屈肌和伸肌同时收缩，不作功，产热量高，代谢率增加4-5倍 意义：增加产热量,通常在寒冷环境中，机体在发生战 栗（产热）之前出现寒冷性肌紧张或 称战栗前肌紧张（代谢率有所增加）战栗产热意义：最大程度的增加产热量,(2)非战栗产热：（代谢产热）（non-shivering thermogenesis),主要棕色脂肪组织（brown fat tissure，BFT)产热，约占非战栗产热的70%。BFT细胞含丰
15、富的线粒体，具有很高的代谢潜力（UCP蛋 白）BFT分布于腹股沟、肩胛下区及颈部大 血管周围，只存在于新生儿体内。,非战栗产热 是机体在寒冷环境中组织代谢率普遍增强的结果,3.产热活动的调节(1)体液调节甲状腺激素：是最重要因素，寒冷代 谢率可增加2030（慢、持续长）Adr、NE及生长素刺激产热(快、短）,神经调节,(2)神经调节 交感-肾上腺髓质系统 活动增强，产热增加 寒冷 下丘脑 脊髓前角运动神经元 寒战 寒冷 下丘脑 腺垂体 甲状腺 甲状腺激素,寒冷刺激,感觉传入系统,高位中枢,交感神经系统,下丘脑,肾上腺髓质,肾上腺素、去甲肾,促甲状腺激素释放激素,腺垂体,促甲状腺激素,甲状腺,甲
16、状腺激素,产热活动,慢、长,快、短,（二）、散热过程,物理方式：,生理过程：,97%,3%,呼吸、排尿、排粪,散热,（1）辐射(radiation)散热：,影响因素,有效散热面积（四肢）,体表温度与环境温度的温差 散热，吸热,1、几种主要的散热方式：,体热以热射线（红外线）的形式传给外界较冷物体的一种散热方式。,21oC，裸体状态下，60%通过辐射发散,（2）传导和对流散热,传导散热(conduction)：是机体的热 量直接传给同它接触的较冷物体的一 种散热方式。意义：如临床对高热病人物理降温 影响因素：接触面积 皮肤与接触物温差 接触物体的导热性,空气导热性较小棉、毛热的不良导体脂肪的导热
17、效能小肥胖的人深部体温不易传向体表，炎热的夏天，易出汗。冰帽、冰袋，热水袋,（3）对流散热(thermal convection)指通过冷、热空气对流使机体热 量散失的一种特殊的传导散热 式 影响因素 风速:越大，散热量越多,有效散热面积,体表温度与环境温度的温差,衣服棉毛纤维之间的空气不易流动,环境温度,皮肤温度,辐射、传导、对流散热,环境温度,皮肤温度,蒸发唯一有效散热方式,（4）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。,在正常体温条件下每蒸发1g水可带走2.4 kJ热量。,无汗症：,在肌肉活动或发热状态下，不显汗增加。婴儿不敢蒸发速率大于成人，缺
18、水时更 易发生严重脱水。,发汗 是汗腺主动分泌汗液的过程，发汗是可以意识到的，故又称可感蒸 发（sensiable evaporation)，是环境 温度高于体温时的唯一有效的散热途 径。汗腺分泌量差异很大，高温环境、剧烈运动时，其分泌量可达1.5L/h,刚分泌出来的汗液（等渗）汗腺导 管（醛固酮）NaCl重吸收增加 最后排除低渗液。大量排汗（高渗性脱水）快速排汗（大量失水、失钠）,2、散热活动的调节,（1）发汗,汗腺的神经支配和发汗中枢,发汗中枢：主要是下丘脑,发汗形式,温热性发汗(thermal sweation)：,温热刺激时，反射性引起汗腺分泌。,精神性发汗(mental sweati
19、ng)：,当情绪激动或精神紧张时，反射性引起汗腺分泌。,常见于手、足、前额和腋窝等。,影响汗液分泌量的因素：,环境温度,环境温度,发汗速度,在高温环境中时间过长,汗腺功能衰竭,中暑,空气湿度,劳动强度,风速,3.散热的调节反应（1）循环系统作用（皮肤血流）辐射、传导和对流等散热，取决于 皮肤和环境温差，而皮温又受皮肤血 流控制。故机体可通过改变皮肤血管 舒缩来调节散热,1）皮肤血液循环特点 皮肤A穿透隔热组织（脂肪组织等），在乳头下层形成A网，经迂回曲折的毛细血管网延续为丰富V丛；皮下还有大量A-V吻合支。此结构决定皮肤血流量可在很大范围内变动,2）调节过程 炎热环境 交感N紧张度 皮肤小A舒
20、张A-V吻合支开放 皮肤血流量 皮温,散热增强（深层热量）,汗腺分泌增加（大量水分）,环境温度为2030 机体即不发汗，也无寒战，此时 仅依靠调节皮肤血管口径就可精细 控制皮温，从而增减散热，维持体 热平衡,三、体温调节,自主性体温调节(automatic thermoregulation)行为性体温调节(behavioral thermoregulation),动物寒冷：日光趋向性；炎热：树荫下或钻洞,（一）、温度感受器,1、外周温度感受器,分布在皮肤、粘膜、内脏(游离N末梢),感受器在皮肤呈点状分布冷感受器约为热感受器的5-11倍冷感受器在 体温 的某一温度放电频率最高皮肤的温度感受器对温
21、度变化速率最敏感,2、中枢温度感受器,存在于脊髓、延髓、脑干网状结构、下丘脑等处的对温度变化敏感的神经 元称为中枢温度感受器。,（二）、体温调节中枢,调节体温的基本中枢在下丘脑。视前区下丘脑前部（PO/AH)。,PO/AH作用：,感受局部脑温变化,对其它部位传入温度信息进行整合,被破坏时产、散热减弱或消失,机体维持体温相对恒定的机理：,为什么正常人体体温能维持在37C左右？,调定点学说（set-point theory):PO/AH中有一个调定点，37C,体温,37C,散热,体温,降至升至,37C,产热,临床现象：病人开始高烧时，出现手足发冷，寒战（恶寒，战栗）等现象，之后消失。,（重点）,Good-by,
