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1、生理学,生理学教研室 成春英,第七章 能量代谢与体温,第一节 能量代谢,第二节 体温及其调节,本章要求掌 握：1.影响能量代谢的主要因素 2.机体产热和散热的原理 3.维持体温相对恒定的机制熟悉：1.基础代谢和基础代谢率的概念 2.食物的热价、氧热价和呼吸商的概念了解：1.能量代谢测定的原理和测定方法 2.体温的生理变异和测定方法,新陈代谢,物质代谢,能量代谢,合成代谢：吸能反应（储能）,分解代谢：放能反应（放能）,能量释放,能量转移,能量贮存,能量利用,生命的基本特征之一,能量代谢:在物质代谢过程中所伴随着的能量的释放、转移、贮存和利用的过程，称为能量代谢（energy etabolism）
2、,一、机体能量的来源与利用,（一）能量来源 1.ATP的生成与作用,食物中的糖、脂肪、蛋白质分子结构中的碳氢键断裂，释放出能量。ATP的合成与分解是体内能量转化和利用的关键环节。,ATP既是体内直接供能物质，又是体内的储能物质。,磷酸肌酸是体内ATP的储存库,（1）糖（carbohydrate)：70 血糖，供能，ATP食物中的糖 葡萄糖 肌糖原，肝糖原，贮存 脂肪，蛋白质,消化,吸收,葡萄糖转化成ATP供能的途径 1葡萄糖 CO2+H2O+38molATP 脑组织 1葡萄糖 乳酸+2molATP 应急，红细胞,氧充足,氧化,缺氧,2.三大营养物质的能量转化,无氧酵解,脑组织所需能量完全来源于
3、糖的有氧氧化。当机体缺氧和血糖水平过低时，均可导致脑功能障碍，甚至出现低血糖性休克。,（2）脂肪：次之(30)1mol=2mol Glu,脂肪,消化,甘油脂肪酸,吸收,类脂质：细胞构成,脂肪:,分解,甘油:脂肪酸：-氧化 酮体：肝,酮血症,体重指数,体重（Kg）,身高2（m）,为机体主要的贮能物质。,是机体短期饥饿时的主要供能物质,供能方式:有氧氧化,特点:释放能量多，为同等重量糖的二倍。,蛋白质,消化,氨基酸,吸收,组织蛋白,（3）蛋白质(protein),一般用作构成细胞成分以实现组织的自我更新，及合成酶和激素等生物活性物质，不做为供能物质。很少(长期饥饿或极度消耗时，才成为主要能量来源)
4、。,50%转化为热能，其余以化学能形式贮存于ATP中。,最终除骨骼肌运动时所完成的机械功外，都转变为热能。,（二）能量的利用,机体的能量代谢遵循“能量守恒定律”。机体释放的能量=热能+外功 机体安静时，外功=0，此时机体能量代谢=机体在单位时间内散发的总热量。因此，测定机体在单位时间内发散的总热量或所消耗的食物量，可测算出整个机体在单位时间内能量代谢的量，即能量代谢率。,（一）能量代谢测定原理,二、能量代谢的测定,1.食物的热价（thermal equivalent of food)1克某种食物氧化（在体内氧化或体外燃烧）时所释放的热量。单位:kJ或kcal（1cal=4.187J),蛋白质：
5、物理热价大于生物热价。,物理热价：在体外燃烧时释放的热量。生物热价：在体内氧化时释放的热量。,（二）与能量代谢测定有关的几个概念,三种营养物质氧化的几种数据 物 质耗氧量 产CO2量 物理热价 生理热价 氧热价 呼吸商(L/g)(L/g)(KJ/g)(KJ/g)(KJ/g)(R Q)糖 0.83 0.83 17.0 17.0 21.0 1.00 脂 肪 2.03 1.43 39.8 39.8 19.7 0.71 蛋白质 0.95 0.76 23.5 18.0 18.8 0.80,2.食物的氧热价(thermal equivalent of oxygen)某种食物氧化时消耗一升氧所产生的热量称为
6、该食物的氧热价。通过氧热价来推算产热量。,糖的氧热价最高。,三种营养物质氧化的几种数据 物 质耗氧量 产CO2量 物理热价 生理热价 氧热价 呼吸商(L/g)(L/g)(KJ/g)(KJ/g)(KJ/g)(R Q)糖 0.83 0.83 17.0 17.0 21.0 1.00 脂 肪 2.03 1.43 39.8 39.8 19.7 0.71 蛋白质 0.95 0.76 23.5 18.0 18.8 0.80,3.呼吸商(respiratory quotient,RQ),一定时间内机体呼出的CO2的量与吸入的O2量的比值。,RQ=,CO2产生的量(ml),消耗的氧量(ml),由于各种食物在体内
7、氧化时的耗O2量、CO2产生量的不同，故各种食物的氧热价不同。根据RQ可估计某一段时间内机体氧化各种食物的比例：,三种营养物质氧化的几种数据,RQ1.0 氧化糖；RQ0.70 氧化脂肪 RQ0.82一般饮食；RQ0.80或1.0长期饥饿,4.非蛋白呼吸商(NPRQ):指一定时间内，机体氧化非蛋白食物时的CO2产生量与耗O2量的比值。整体产生CO2总量分解蛋白产生CO2量 NPRQ 整体耗O2总量分解蛋白耗O2量,分解蛋白产生CO2量=NP6.250.76(L),分解蛋白耗O2量=NP6.250.94(L),6.25=每产生1g尿氮(NP)需氧化蛋白6.25g0.76(L)=每氧化1g蛋白的产生
8、CO2量0.94(L)=每氧化1g蛋白的耗O2量,非蛋白呼吸商(NPRQ)及氧热价见:表7-2,几个基本概念,(三）能量代谢的测定方法1.直接测热法（direct calorimetry):将机体安置在一种呼吸热量中，直接测定受试者在安静状态下，一定时间内发散出来的总热量的方法。主要用于研究肥胖和内分泌系统障碍等。,2.间接测热法（1)间接测热法原理：是利用“定比定律”，测算出受试者在一定时间内氧化的糖、脂肪和蛋白质各有多少，再计算出它们所释放出的热量。,（2)间接测热法的具体步骤：测定机体在一定时间内CO2产生量和耗O2量，并测出尿氮量；根据尿氮量计算出蛋白质的氧化量和蛋白质食物的产热量，并
9、求出NPRQ；查出非蛋白食物的氧热价，计算出非蛋白食物的产热量；计算出总产热量。,C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+Q 只要测得机体单位时间的耗O2量和CO2产生量，便可计算出产热量，从而计算出能量代谢率。,举例：受试者在标准状态下24小时耗氧量：400L；CO2产生量：340L；尿氮量：12克；计算24小时的能量代谢。步骤：求出蛋白质代谢的耗氧量、CO2产生量和产热量 蛋白质氧化量=126.25=75g 耗氧量=0.9575=71.25L CO2产生量=0.76 75=57L 产热量=18kJ/g75=1350kJ,非蛋白代谢 耗氧量=400L71.25L=328.75L CO2产
10、生量=340L 57L=283L NPRQ=283L328.75L=0.86计算非蛋白代谢的产热量查表72 NPRQ=0.86时，氧热价为20.41 kJ/L非蛋白代谢的产热量=328.75L 20.41kJ/L=6706.5kJ计算24h产热量 24h产热量=1350kJ+6706.5kJ=8056.5kJ,1）闭合式测定法：利用代谢率测定器进行 测定的一种方法。,（3）测定耗O2量和CO2产生量的方法,是在机体呼吸空气的条件下，测定耗O2量和CO2产生量的方法。收集受试者一定时间内的呼出气，通过气量计测出的气量并分析呼出气中O2量和CO2的容积百分比。这种方法适用于劳动、运动等情况下的能量
11、测定。,2）开放式测定法（气体分析法）：根据吸入气和呼出气中O2量和CO2的容积百分比的差值，计算出单位时间的耗O2量和CO2产生量。,3.双标记水法 受试者保持在安静状态，不做外功的条件下（自由活动状态）进行的，给予受试者一定量的氘（2H)和18氧（18O）标记水，在一定时间内（通常为10天）间断采集尿液，测定2H和18O代谢率。,4.临床简化方法 仅测出机体一定时间内的耗O2量，把混合食物的RQ 定为 0.82，此时氧热价为20.20，即可用下式计算：产热量=20.18耗氧量单位：kJ/m2.h,三、影响能量代谢的主要因素（一）肌肉活动 对能量代谢的影响最为显著，运动或劳动的强度 消耗的能
12、量。,表7-3 劳动和运动时的能量代谢率 状态 产热量(KJ/m2.min)躺卧 2.73开会 3.40擦窗子 8.30洗衣 9.89扫地 11.37打排球 17.50打篮球 24.22踢足球 24.98持重机枪跃进 42.39,（二）精神活动,精神紧张、情绪激动 能量代谢 激动时 骨骼肌的紧张性 能量代谢交感神经兴奋儿茶酚胺释放 能量代谢率,但精神处于紧张状态(烦躁、恐惧、情绪激动等)时，由于会导致无意识的肌肉紧张性增强、交感神经兴奋及促进代谢的内分泌激素释放增多等原因，产热量可显著增加。,人在平静地思考问题时，能量代谢受到的影响不大，其产热量一般不超过4%。,(三)食物的特殊动力效应 人在
13、进食后一段时间内(从进食后1h开始,持续78h),即使同样处于安静状态,但产热量却比进食前有所增加，食物能使机体产生“额外”热量的现象称为食物的特殊动力效应。蛋白质：30 糖和脂肪：46 混合食物：10。其产生的机制尚不十分清楚，可能与肝脏处理蛋白分解产物或糖原合成有关。,(四)环境温度 1.人体安静时的能量代谢,在2030的环境中较为稳定。2.环境温度超过30，能量代谢率增加。3.当环境温度低于20时，随着温度的不断下降，机体产生寒战和肌紧张增加以御寒，同时增加能量代谢率。,四、基础代谢（basal metabolism)(一)概念 1.基础代谢：机体在基础状态下的能量代谢称为基础代谢。基础
14、状态的条件如下：。清晨空腹，即禁食1214h，前一天应清淡、不要太饱的饮食，以排除食物特殊动力效应的影响。平卧，全身肌肉放松，尽力排除肌肉活动的影响。清醒且情绪安闲，以排除精神紧张的影响。室温2025，排除环境温度的影响。其能量消耗只用于维持心跳、呼吸等维持生命所必需的基本生理活动。2.基础代谢率(BMR)：单位时间内的基础代谢。,如何比较不同个体的能量代谢率差异？研究表明：基础代谢率、肺活量、肾小球滤过率、心输出量、主动脉和气管的横截面积都与体表面积呈比例关系，而与机体体重相关性不明显。,（二）能量代谢率的衡量标准,1.体表面积（m2）=0.0061身高（cm）+0.0128 体重（kg）0
15、.1529，2.体表面积测算图：,(三)BMR的测定和正常值 1.BMR的测定:(通常采用简易法计算BMR）即：产热量耗氧量20.19KJ/L/体表面积,2.BMR正常值：1015,20可能是病态,（四）BMR的正常水平及其异常变化,基础代谢率与年龄、性别及身材大小有关：一般男子BMR比女子高，幼年比成年高，年龄越大，BMR值越低。同一个体BMR值较稳定。BMR值正常与否判定：将所测值与表74对应正常平均值比较，相差在1015之内，均属正常。,BMR测定的临床意义：有助于诊断某些疾病 甲低：BMR比正常低 4020 甲亢：BMR比正常高 25%80%BMR：发热、糖尿病、红细胞增多症、白血病、
16、肾上腺皮质功能亢进、有呼吸困难的心脏病等。BMR：阿狄森病、肾病综合征、病理性饥饿、垂体性肥胖等。,第二节 体温及其调节,一、体 温,人和高等动物机体的温度。,表层温度：机体表层部分（皮肤、皮下组织、肌 肉）的温度，不稳定，差异大。手、足温度低，易长冻疮。皮肤温与局部血流量有关。核心温度：机体核心部分（心、肺、脑、腹腔 内脏等处）的温度。较高，稳定，差异小。,临床上所说的体温是指机体核心部分的平均温度，即体心温度。意义：体温的相对恒定是机体新陈代谢和一切生命活动正常进行的必需条件。,T 22心跳停止；T 43酶变性而死亡;T=27低温麻醉。,1.表层温度（shell temperature）：
17、数值低，不稳定，各部差异大;,（一）表层温度和核心温度,（1）直肠温度 正常值：36.9 37.9；测量时应将肛表插入直肠6cm以上。（2）口腔温度 正常值：36.7 37.7；婴幼儿和行为不能自控的人不能采用。（3）腋窝温度 正常值：36.0 37.4；临床常用口温和腋温。测定腋温时要注意夹紧体温计和测量时间（约需10min）。,2.核心温度（core temperature）：数值 高，稳定，各部差异小。,（二）体温的正常变动 1.昼夜变化:人的体温在一昼夜中呈现周期性波动，称为体温的昼夜节律。清晨 2:006:00 最低；午后 1:006:00 最高 2.性别的影响:女子比男子高0.3，
18、女子基础体温随月经周期而变动。,3.年龄的影响：新生儿体温成年人老年人 4.肌肉活动的影响：肌肉活动时，肌肉代谢明显增强，产热增加，测温时应避免其影响。5.其它：如前述影响能量代谢的诸因素（情绪激动、精神紧张、进食）等，都会影响体温。全身麻醉时，会因抑制体温调节中枢和扩张血管的作用及骨骼肌松弛，使体温降低。,二、机体的产热与散热,(一)产热过程 1.主要的产热器官 安静状态，主要产热器官是内脏（尤其肝脏，其次是脑）。活动状态,主要产热器官是骨骼肌。,2.产热的形式（1）寒战产热（shivering thermogenesis）：在寒冷环境中骨骼肌发生不随意的节律性收缩。特点：屈肌和伸肌同时收缩
19、，不做外功，而产热量很高（代谢率增加45倍），维持机体在寒冷环境中的体热平衡。,（2）非寒战产热(代谢产热),是一种通过提高组织代谢率来增加产热的形式。寒冷刺激加强了机体棕色脂肪组织的产热过程，棕色脂肪组织代谢产热量约占非寒战产热总量的70%。体内棕色脂肪组织在不同年龄含量不同，婴幼儿含量大于成年人；新生儿不能发生寒战，非寒战产热对新生儿在寒冷环境中维持体温有重要意义。,机体在寒冷环境几周后甲状腺T3、T4 代谢率(增加20%30%)产热量特点：作用缓慢，维持时间长。,寒冷刺激时 交感-肾上腺髓质 NE、E 产热量特点：作用迅速，维持时间短。,3.产热活动的调节（1）体液调节（2）神经调节,(
20、二)散热过程1.散热部位：,主：皮肤,面积大与外界接触血流丰富有汗腺,次：肺、尿、粪,当环境温度皮肤温度时，机体通过辐射、传导和对流等方式进行散热。当环境温度皮肤温度时，蒸发将成为机体惟一有效散热形式。,2.散热方式,（1）辐射散热(60%)：指人体以热射线形式将体热传给外界较冷物质的一种散热方式。,皮肤与环境的温度差,辐射散热量的多少取决于,机体的有效辐射面积,传导散热量取决于,与皮肤接触物体的温度差,与皮肤接触面积的大小,与皮肤接触物体的导热性能,水的导热性好，因此临床上常利用冷水袋或冰袋为高热患者降温。脂肪的导热性差，因而肥胖者炎热的天气易出汗。,（2）传导散热：指体热直接传给与机体相接
21、触的温度较低物体的一种散热方式。,（3）对流散热：指通过气体流动进行热量交换的一种散热方式。对流散热是传导散热的一种特殊形式。,皮肤与环境的温度差,风速,棉毛衣物保暖,对流散热量主要取决于,机体的有效辐射面积,当环境温度皮肤温度时，蒸发是唯一的散热途径。,（4）蒸发散热：（分不感蒸发和可感蒸发）指水分从体表汽化时吸收热量而散发体热的一种散热方式。,皮肤:600800ml/d呼吸:200400ml/d,1L/d,不感蒸发是持续进行的。人体不感蒸发量约1000ml/日。临床上给病人补液时应考虑到由不感蒸发丢失的体液量。,2)发汗（可感蒸发）：汗腺主动分泌汗液的过程。,人在安静状态下，当环境温度达到
22、30左右时，便开始发汗；如果空气湿度大、衣着又多时，气温达25便可发汗；机体活动时，由于产热量，虽然环境温度低于20亦可发汗。炎热的气候，短时间内发汗量可达1.5L/h。,汗 液,水分：99,汗液流经汗腺排出管的起始部时，有一部分NaCl可被重吸收，从而使最终排出的汗液成为低渗。机体大量出汗可造成高渗性脱水，要补充大量的水份和适量的aCl。,固体：,大部分为NaCl,其余为KCl、尿素、乳酸等,无葡萄糖和蛋白质,发汗的调节,炎热环境：交感神经紧张性皮肤小动脉舒张 动-静脉吻合支开放皮肤血流量 皮肤温度温度差散热。此时皮肤的作用如同一个“散热片”。,3.循环系统在散热中的作用,寒冷环境：交感神经
23、紧张性 皮肤血管收缩血流量散热。此时在皮下脂肪层的协同作用下，皮肤的作用如同一个“隔热板”。,行为性体温调节（automatic thermoregulation）类型 自主性体温调节（behavioral thermoregulation）,1.自主性体温调节：是在下丘脑体温调节中枢的控制下，通过增减皮肤血流量、发汗、战栗等生理调节反应，来维持机体产热和散热过程的动态平衡，使体温保持相对恒定的调节方式。2.行为性体温调节：机体在不同的温度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，称为行为性体温调节。后者以前者为基础，是对前者的补充。,三、体温调节,体温调节：产热和散热
24、相对平衡,行为性体温调节自主性体温调节：在下丘脑体温调节中枢,(一)温度感受器 1.外周温度感受器（1）分布：全身皮肤、某些粘膜和腹腔内脏等处。（2）类型：热感受器和冷感受器（冷多于热）,（3）作用：温度感受器传入冲动到达中枢后，除产生温觉之外，还能引起体温调节反应。,皮温30时冷觉感受器（+）冷觉皮温35时热觉感受器（+）热觉,（1）概念:位于中枢神经系统内对温度变化敏感的神经元。（2）分布：脊髓、脑干网状结构、下丘脑,.中枢温度感受器,（3）分类：热敏神经元（30%）和冷敏神经元（10%）血温热敏神经元冲动发放频率；血温冷敏神经元冲动发放频率。,实验证明：局部脑温变动0.1加温PO/AH
25、PO/AH的热敏N元+散热反应、产热反应冷却PO/AH PO/AH的冷敏N元+散热反应、产热反应 说明：PO/AH中的某些温度敏感神经元能感受局部脑温的变化。,(二)体温调节中枢 1.体温调节中枢的部位 实验依据：分段切除，只要保持下丘脑及其以下神经结构完整，体温即可保持恒定；破坏PO/AH区，体温调节减弱或消失。虽然从脊髓到大脑皮层的整个CNS中都存在调节体温的中枢结构。但调节体温的基本中枢位于下丘脑。视前区下丘脑前部（PO/AH）（1）能感受局部脑温度变化的刺激；（2）PO/AH还能对中脑、延髓、脊髓、皮肤等处传入的温度信息发生反应，以及能直接对致热物质、5-HT、NE等物质发生反应；(3
26、)现认为下丘脑的PO/AH区是体温调节中枢整合机构的中心部位。,B,A,A,B,2.体温调定点学说：PO/AH中温度敏感神经元在体温调节中起着调定点的作用。,内容:体温调节类似于恒温器,在PO/AH中设置一个调定点（如370C）,PO/AH就是按照这个温度值来调节体温的.机制:调定点是由PO/AH区中温度敏感神经元的工作特性（兴奋阈值）及两种温度敏感神经元相互制约、相互协调地活动所决定的。,干扰因素：致热原使调定点孕激素使调定点,PO/AH中某些温敏N元,干扰,皮温下降皮肤冷觉感受器传入神经,下丘脑PO/AH体温调节中枢,血液深部温度中枢冷敏神经元,躯体N骨骼肌紧张性产生寒战,甲状腺 分泌 T
27、3、T4 代谢肾上腺髓质分泌E、NE代谢,交感N兴奋皮肤血管收缩血流,支配汗腺的交感神经抑制汗腺分泌,产热,体温恒定,散热,降低,2.调节机制,发热（发烧）：分为感染性和非感染性发热；,主要是由于在致热原的作用下，使热敏神经元的兴奋性降低，对温度感受的阈值升高，体温调节的调定点上移的结果。在发热开始前，先出现寒战等产热反应，直到体温升高到39以上时才出现散热反应，只要致热因素不消除，产热和散热过程就继续在新的体温水平上保持动态平衡。,常用降温措施及其理论依据,复习思考题1.简述机体能量的来源和去路。2.简述影响能量代谢的主要因素。3.中暑的原因是什么，如何防治？4.为什么发热病人常伴有寒战反应？5.根据散热原理，如何给高热病人降温？6.人的体温是如何维持相对恒定的？,谢谢,
