第七章 能量代謝與體溫調(diào)節(jié),山東大學醫(yī)學院生理研究所,第一節(jié) 能量代謝 物質(zhì)代謝過程中所伴隨著的能量貯存、 釋放、轉(zhuǎn)移和利用。,一、能量的來源與利用,機體能量的來源和儲存 糖 ：70% 來源 脂肪：4050% （包括糖轉(zhuǎn)化的脂肪） 蛋白質(zhì)：數(shù)量很少,儲存 糖原: 1% 供神經(jīng)代謝和劇烈運動 脂肪: 75% 能量儲存的主要形式 蛋白質(zhì): 構(gòu)成細胞的成分及合成酶和 激素等生物活性物質(zhì)，長期 饑餓時動用,ATP,CP,ADP,能量,生物合成 分泌 神經(jīng)傳導,肌肉收縮,熱能,外功,50%,能量,能量的利用：,糖 脂肪 蛋白質(zhì),能量平衡,機體攝入能量 = 消耗的能量 基礎(chǔ)代謝 食物的特殊動力效應(yīng) 身體運動 生長發(fā)育 簡易診斷指標： 體重指數(shù)=體重(Kg)身高2 ( m) 24超重界限；28肥胖界限 腰圍 臀圍,脂肪總量、脂肪分布情況,(一)能量代謝測定的原理 根據(jù)“能量守恒”定律 機體釋放的能量= 熱能+外功 安靜時，外功 = 0 能量代謝率 = 機體單位時間內(nèi) 散發(fā)的總熱量,能量代謝測定,1.食物的熱價 1克食物氧化時所釋放出來的能量稱為 該種食物的熱價。 單位: 1kcal = 4.187J 糖 4.1kcal/g 17.2kJ/g 蛋白質(zhì) 4.3kcal/g 18.0kJ/g 脂肪 9.0kacl/g 39.8kJ/g,二、能量代謝的測定,(二)與能量代謝測定有關(guān)的幾個基本概念,2.食物的 氧熱價 某種營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)氧化時消耗一升 氧所產(chǎn)生的能量稱為該物質(zhì)的氧熱價 糖 5.0kcal/L 21.1KJ/L 蛋白質(zhì) 4.5kcal/L 18.9KJ/L 脂肪 4.7kcal/L 19.6KJ/L,3.呼吸商 （RQ） 一定時間內(nèi)機體呼出CO2的量與吸入的O2消耗量 的比值，稱為呼吸商。以RQ表示,RQ=,CO2產(chǎn)生量(ml),氧耗量(ml),糖1.0， 脂肪0.71，蛋白質(zhì)0.80,三種營養(yǎng)物質(zhì)氧化時的幾種數(shù)據(jù),營養(yǎng)物質(zhì) 糖 蛋白質(zhì) 脂肪 物理熱價 (kJ/g) 17.2 23.4 39.8 生物熱價 (kJ/g) 17.2 18. 0 39.8 耗氧量 (L/g) 0.83 0.95 2.03 CO2產(chǎn)量 (L/g) 0.83 0.76 1.43 氧熱價(kJ/L) 21.1 18.9 19.6 呼吸商(RQ) 1.00 0.80 0.71,非蛋白呼吸商和氧的熱價,非蛋白呼吸商,氧化的%,糖(%),脂肪(%),氧熱價(kJ/L),0.707 0.71 0.72 0.73 0.74 0.75 0.76 0.77 0.78 0.79 0.80 0.81 0.82 0.83 0.84,100.00 98.9 95.2 91.6 88.0 84.4 80.8 77.2 73.7 70.1 66.6 63.1 59.7 56.2 52.8,0.00 1.10 4.75 8.40 12.0 15.6 19.2 22.8 26.3 29.9 33.4 36.9 40.3 43.8 47.2,19.61 19.62 19.67 19.72 19.78 19.83 19.88 19.93 19.98 20.03 20.09 20.14 20.19 20.24 20.29,（三）方法 1、直接測熱法 直接測出人體在一定時間內(nèi)發(fā)散的總熱量， 再換算成單位時間的能量代謝率。 主要用于科學研究 肥胖和內(nèi)分泌系統(tǒng)障礙,2、間接測熱法 遵循定比定律，測量裝置較簡單 C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+Q 間接測熱法依據(jù)定比關(guān)系，測出單位時間內(nèi)氧化分解的糖、脂肪和蛋白質(zhì)各占多少，再算出該段時間內(nèi)釋放出的能量。,（1）測量具體步驟： 測出機體單位時間內(nèi)的 耗O2量和CO2產(chǎn)生量, 并測出尿氮排出量； 計算出產(chǎn)熱量，算出能量代謝率: 產(chǎn)熱量 = 20.18耗氧量 （混合食物的RQ 為 0.82時氧熱價為20.18）,根據(jù)尿氮含量, 算出:蛋白質(zhì)的氧化量 蛋白質(zhì)食物的產(chǎn)熱量 在總的耗氧量和CO2產(chǎn)量中 扣除蛋白質(zhì)氧化代謝的分額， 再根據(jù)所剩的耗氧量和CO2產(chǎn)量 計算出NPRQ,據(jù)表72 查出該NPRQ所對應(yīng)的氧熱價，算出非蛋白食物的產(chǎn)熱量; 算出總產(chǎn)熱量， 即蛋白質(zhì)食物產(chǎn)熱量與非蛋白食物產(chǎn)熱量之和。,舉例： 受試者在標準狀態(tài)下24小時 耗 氧 量：400L， CO2產(chǎn)生量：340L， 尿 氮 量：12克， 計算24小時的能量代謝。,步驟： A、求出蛋白質(zhì)代謝的耗氧量、 CO2產(chǎn)生量和產(chǎn)熱量 蛋白質(zhì)氧化量=126.25=75g 產(chǎn)熱量=1875=1350kJ 耗氧量=0.9575=71.25L CO2產(chǎn)生量=0.76 75=57L,B、非蛋白代謝 耗氧量=400L71.25L=328.75L CO2產(chǎn)生量=340L 57L=283L NPRQ=283L328.75L=0.86 C、計算非蛋白代謝的產(chǎn)熱量 NPRQ =0.86時，氧熱價為20 . 41 kJ/L 非蛋白代謝的產(chǎn)熱量= 328.75L 20 . 41kJ/L =6710kJ D、計算24h產(chǎn)熱量 24h產(chǎn)熱量=1350kJ+6710kJ=8060kJ,簡便估算法,將呼吸商定為0.82，氧熱價為 20.20kJ/L。 測出單位時間的耗O2量， 即算出總 24小時產(chǎn)熱量。 24小時產(chǎn)熱量 = 20.19kJ 耗氧量 =20.19kJ 400L/24h =8080kJ,(2)耗O2量與CO2產(chǎn)生量的測定方法 1）開放式測定法（氣體分析法） 呼吸空氣的條件下測定耗氧量和CO2產(chǎn)生量。 收集受試者一定時間內(nèi)的呼氣量，分析呼出氣中的O2與CO2 容積百分比。 已知空氣中的O2與CO2 容積百分比。 求兩者的差值， 計算該時間內(nèi)的耗氧量和CO2產(chǎn)生量。,2）閉合式測定法 一般使用能量代謝率測定器械,3.雙標記水法,受試者自由活動狀態(tài)下進行， 測定的氚（2H）和氧（18O） 標記水2H2O、H218O 一定時間內(nèi)（10天）間斷采集尿液，測定氚（2H）和氧（18O）代謝率 氚（2H）參與水代謝 氧（18O）水+CO2代謝,三、影響能量代謝的因素 （一）肌肉活動 對能量代謝的影響最大 運動或勞動的強度 消耗的能量 能量代謝值可作為評價勞動強度的指標,勞動或運動時的能量代謝值,肌肉活動形式 平均產(chǎn)熱量kJ/(m2.min),靜臥休息 出席會議 擦窗 洗衣物 掃地 打排球 踢足球,2.73 3.40 8.30 9.89 11.37 17.50 24.98,（二）精神活動 1.精神緊張、情緒激動 能量代謝 2.骨骼肌的緊張性 3.交感神經(jīng)興奮 兒茶酚胺釋放 代謝率,（三）食物的特殊動力效應(yīng) 進食后一段時間內(nèi)（從進食后1h開始持續(xù)到7-8h），機體處于安靜狀態(tài)，產(chǎn)熱量比進食前有所增加，食物這種使機體產(chǎn)生額外的熱量作用，稱為食物的特殊動力效應(yīng) 蛋白質(zhì)： 25-30 糖和脂肪：4-5,（四）環(huán)境溫度 1. 200C300C：穩(wěn)定 2. 30 0C或 300C代謝率逐漸增加，體內(nèi)化學過程的 反應(yīng)速度增加，發(fā)汗、呼吸、循環(huán)機能增強 200C代謝率開始增加，寒冷刺激反射性地 引起寒戰(zhàn)以及肌肉緊張度增加；,四、基礎(chǔ)代謝 1、概念 基礎(chǔ)代謝: 指基礎(chǔ)狀態(tài)下的能量代謝 基礎(chǔ)代謝率(BMR): 單位時間內(nèi)的基礎(chǔ)代謝,基礎(chǔ)狀態(tài): 人體處于清晨、清醒、靜臥，未作肌肉活動；前夜睡眠良好，無精神緊張、禁食12小時、室溫20250C、體溫正常。 能量消耗只用于維持心跳、呼吸等 維持生命所必需的基本生理活動。,2、測定條件 （1）禁食12-14h （2）清晨空腹 （3）平臥使肌肉放松，排除精神及心理影響 （4）室溫保持在20-25度之間 基礎(chǔ)代謝率與年齡，性別及身材大小有關(guān),我國人正常的基礎(chǔ)代謝率平均值 kJ/（h）,基礎(chǔ)代謝率、肺活量、腎小球濾過率、 心輸出量、主動脈和氣管的橫截面積 都與體表面積呈比例關(guān)系 體表面積（m2）簡易法 =0.0061 身高（cm）+0.0128 體重（kg）0.1529,體表面積測算圖,3、 基礎(chǔ)代謝率的測定和其正常值,基礎(chǔ)代謝率,=,耗氧量氧熱價,體表面積,100%,呼吸商為0.82時的氧熱價為20.19KJ,4、 基礎(chǔ)代謝率的臨床意義 有助于診斷某些疾病 甲低：-40 -20 甲亢： +25%+80% 基礎(chǔ)代謝率： 發(fā)熱、糖尿病、紅細胞增多癥、白血病、 伴呼吸困難的心臟病等。 基礎(chǔ)代謝率 ： 阿狄森病、腎病綜合征、病理性饑餓、垂體性肥胖等。,第二節(jié) 體溫及其調(diào)節(jié) 一、體溫 （一）表層溫度與體核溫度(深部溫度) *概念： 指機體深部平均溫度，比較穩(wěn)定， 變動范圍不超過10C。,常用方便的測定部位即口腔及腋窩,深部溫度，數(shù)值高、穩(wěn)定、 各部差異小,表層溫度，數(shù)值低，不穩(wěn)定，各部差異大。,皮膚、 皮下組織、 肌肉,心、肺、腦、 內(nèi)臟,正常值： 肛溫： 36.9-37.90 口溫： 36.7-37.70 C 腋溫： 36.0-37.40 C,實驗中 ： 常以食管溫度作為深部溫度； 食管溫度直腸溫度0.3 以鼓膜溫度作為腦組織的溫度。 與下丘腦溫度相近 臨床作為體溫的指標,（二） 體溫的正常變動,1.晝夜節(jié)律,一般是清晨26時最低，下午28時最高，波動幅度一般不超過1。,2.性別差異,成年女子體溫平均比男子高0.3。 女子基礎(chǔ)體溫隨月經(jīng)周期而產(chǎn)生周期性變動。 排卵前日最低，排卵后升高 0.30.6 。,3、年齡：新生兒(早產(chǎn)兒)易受隨環(huán)境溫 度影響，老年人體溫偏低 4、肌肉活動 5、環(huán)境溫度,皮膚溫度與平均溫度 機體最外層的溫度稱為皮膚溫度 各部位差別較大，且與局部血流有關(guān) 1.平均皮膚溫度 Tmst=0.2(T小腿+T大腿）+0 .3（T胸+T上臂） 2.平均溫度 Tmbt=aTcore+(1-a) Tmst,在環(huán)境溫度20350C下人體體溫分布圖,70C,33340C,T 22心跳停止； T 43酶變性而死亡; T = 27低溫麻醉。,二、 機體的產(chǎn)熱和散熱 （一）產(chǎn)熱過程 1.主要產(chǎn)熱器官： 內(nèi)臟器官、骨骼肌、腦 安靜時：內(nèi)臟器官 ，特別是肝臟 運動或勞動時：骨骼肌 占90,2.機體的產(chǎn)熱形式 （1）戰(zhàn)栗產(chǎn)熱： 寒冷性肌緊張(戰(zhàn)栗前肌緊張) 骨骼肌緊張性增強的基礎(chǔ)上發(fā)生的不隨意的 節(jié)律性收縮(頻率為10-20次/分) 機制： 冷感覺器 傳入神經(jīng) 戰(zhàn)栗的初級運動中樞 （下丘腦后部背外側(cè)靠近第三腦室壁） 腦干 前角運動神經(jīng)元 傳出神經(jīng) 戰(zhàn)栗,特點： 屈肌和伸肌同時收縮，不做外功，產(chǎn)熱量增加很高，代謝率增加45倍 意義： 有利于維持機體在寒冷環(huán)境中的體熱平衡。,（2）非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱 -又稱代謝產(chǎn)熱（能量代謝的多環(huán)節(jié)），細胞水平 特點：褐色脂肪組織(brown fat tissue) 產(chǎn)熱量占70% 耗 氧量多。 新生兒不發(fā)生戰(zhàn)栗 部位： 腹股溝、腋窩、肩胛下區(qū)、 頸部大血管周圍,3、產(chǎn)熱活動的調(diào)節(jié) （1）體液調(diào)節(jié) *甲狀腺激素：作用緩慢、持久 *NA、NE、GH：作用迅速、時間短 （2）神經(jīng)調(diào)節(jié)： 寒冷刺激交感神經(jīng)興奮腎上腺髓 質(zhì)活動腎上腺素、去甲腎上腺素 釋放 產(chǎn)熱,（二）散熱過程 人體主要散熱部位是皮膚 1、皮膚散熱方式 (1) 輻射散熱 是機體以發(fā)射紅外線的形式將熱傳給外 界較冷物體的一種散熱方式。 *條 件：體表溫度高于環(huán)境溫度 *影響因素 體表溫度與環(huán)境溫度差 有效輻射面積,在環(huán)境溫度為21時人體散熱 方式及其所占比例,(2)傳導散熱 是指機體將熱量直接傳給與機體接觸 的溫度較低的物體的一種散熱方式。 *影響因素： 溫度差 接觸面積 導熱性能 臨床應(yīng)用： 水的比熱大，導熱性能好， 用冰帽、冰袋等給高熱病人降溫。,(3) 對流散熱 指通過氣體進行熱量交換的一種散熱方式。 *影響因素：風速 當環(huán)境溫度升高到接近或等于皮膚溫度時， 蒸發(fā)便成了唯一有效的散熱形式。,(4)蒸發(fā)散熱 通過水分從體表蒸發(fā)散熱的一種方式。 蒸發(fā)1g水散熱2.43kJ 環(huán)境溫度超過體表溫度時，唯一的散熱方式。 *影響因素：濕度大，不易散熱 風速大，散熱快 *蒸發(fā)散熱：不感蒸發(fā)和出汗,1）不感蒸發(fā)： 在低溫環(huán)境中，皮膚和呼吸道水分滲出而 被蒸發(fā)掉，這種水分蒸發(fā)不被覺察，稱為 不感蒸發(fā)。 皮膚的水分蒸發(fā)又稱為不顯汗。 特點：與汗腺的活動無關(guān)。,皮膚: 0.6-0.8L/d 呼吸: 0.2-0.4L/d,1L/d,2）發(fā)汗： 特點： 是指汗腺主動分泌汗液的過程。 通過汗液蒸發(fā)帶走身體熱量，可意 識到的又稱可感蒸發(fā) 受環(huán)境溫度和濕度的影響： 寒冷或溫暖情況：無汗液分泌或少量 安靜狀態(tài)：環(huán)境溫度300C時開始出汗， 速度取決于參加活動汗腺數(shù)量和活動強度,影響因素： 勞動強度、環(huán)境溫度、濕度、風速 勞動(氣溫200C) 、氣溫 出汗速度 散熱 濕度 衣著多蒸發(fā)困難(氣溫250C)出汗 風速 蒸發(fā)容易 出汗,*中暑： 指因高溫環(huán)境或受到烈日的暴曬而引起的疾病。 高溫、高濕、小風速（或無風）環(huán)境輻射、傳導、對流的散熱停止，蒸發(fā)散熱困難 體熱淤積中暑,2、汗液 剛分泌出的汗液類似血漿(但不含血漿蛋白) 成分： 水分 99 大部分為NaCl、少量KCl 固體成份 尿素、氨、乳酸 微量葡萄糖、氨基酸,吸收： 汗液經(jīng)導管時，醛固酮作用下吸收 大部分的Na+和 Cl- 及相應(yīng)的水分。 少量分泌時吸收大，反之亦然。,3、汗腺與汗腺活動調(diào)節(jié) 大汗腺: 分布腋窩、陰部,開口于毛根附近 小汗腺:分布全身皮膚手掌、足跖最多 額、手背、四肢、軀干最少 活動類型： 溫熱性發(fā)汗: （小汗腺）由熱刺激引起. 作用: 散熱 參與體溫調(diào)節(jié). 精神性發(fā)汗: 精神緊張引起 ,手掌,足趾和前額 兩種形式的發(fā)汗多混合存在,出汗及其調(diào)節(jié)： 汗腺組成： 單管腺 分泌部 導管部 神經(jīng)支配 ：交感神經(jīng)膽堿能纖維 發(fā)汗反射： 皮膚溫度感受器 傳入神經(jīng)出汗中樞 （下丘腦）傳出神經(jīng)汗腺 出汗,分 泌 部,4. 循環(huán)系統(tǒng)在散熱中的作用 輻射、傳導和對流散熱受溫度差影響 機體通過改變皮膚血管的舒縮狀態(tài)來調(diào) 節(jié)體熱的散失量 *炎熱環(huán)境： 交感神經(jīng)緊張性皮膚小A舒張 動-靜 脈吻合支開放皮膚血流量 皮膚溫 度 溫度差 散熱 皮膚血流量 汗腺提供水分,*寒冷環(huán)境： 交感N緊張性 皮膚血管收縮血流量散熱 *環(huán)境適中： 皮膚血管口徑適中皮膚溫度適中 體熱平衡,H、精神性出汗中樞在大腦皮層運動前區(qū) 汗液主要見于手掌、足跖、腋窩等處。它在體溫調(diào)節(jié)中不具任何意義。,三、體溫的調(diào)節(jié) *自主性體溫調(diào)節(jié)： 機體在下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞的控制下 增減皮膚血液、 出汗、戰(zhàn)栗及改變代謝率 維持產(chǎn)熱 = 散熱過程的動態(tài)平衡。,*行為性體溫調(diào)節(jié): 機體在不同的溫度環(huán)境中的姿勢和行為，特別是人為了保溫或降溫所采取的措施，通過增減衣著、開電扇、空調(diào)等行為維持體溫穩(wěn)定的調(diào)節(jié)。 后者以前者為基礎(chǔ)，是對前者的補充,（一）溫度感受器 1、外周溫度感受器 部位:存在于皮膚、粘膜和內(nèi)臟 -游離的神經(jīng)末梢 作用：冷感受器 35度,2.中樞溫度感受器 指存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的對溫度變化敏感 的神經(jīng)元 部位:脊髓,腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),下丘腦 熱敏感神經(jīng)元： 當局部組織溫度升高時沖動發(fā)放頻率增加的神經(jīng)元。 在視前區(qū)-下丘腦前部（preoptic-anterior hypothalamus area，PO/AH）中，較多見。 冷敏感神經(jīng)元： 當局部組織溫度降低時沖動發(fā)放頻率增加的神經(jīng)元。,*中樞溫度感受器作用： a、感受局部腦溫度刺激+ 中腦、延髓、 脊髓、皮膚、內(nèi)臟溫度刺激 b、將內(nèi)外溫度變化的信息會聚 c、直接對致熱源、5-羥色胺、NE及某 些多肽發(fā)生反應(yīng) 體溫改變,（二）體溫調(diào)節(jié)中樞 部位：下丘腦，視前區(qū)-下丘腦前部 （PO/AH） 作用：體溫調(diào)節(jié)整合 實驗： *切除大腦皮層:體溫保持恒定 *破壞PO/AH區(qū)，體溫調(diào)節(jié)減弱