1、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室第七篇 能量代謝和體溫Energy Metabolism and Temperature第二十二章 能量代謝 能量代謝（energy metabolism）：機(jī)體內(nèi)伴隨物質(zhì)代謝過程而發(fā)生的能量的釋放、轉(zhuǎn)移、貯存和利用的過程。第一節(jié)機(jī)體能量的來源和轉(zhuǎn)換1、糖：70%有氧氧化糖酵解主要供能方式缺氧應(yīng)急、紅細(xì)胞2、脂肪3、蛋白質(zhì)一、能量的來源（二）能量的轉(zhuǎn)換和去路營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化熱能50%自由能(50%)化學(xué)功 轉(zhuǎn)運(yùn)功 機(jī)械內(nèi)功機(jī)械外功熱能熱能直接能源物質(zhì)：ATP糖、脂肪、蛋白質(zhì)CO2 H2O氧化分解熱能(維持體溫)化學(xué)能釋放ATPADP肌肉收縮(機(jī)械能)神經(jīng)傳導(dǎo)(電能)合成代謝(

2、化學(xué)能)吸收 分泌(滲透能)轉(zhuǎn)移貯存利用熱能磷酸肌酸(CP)是ATP的儲(chǔ)存庫(kù)。三磷酸腺苷(ATP)是體內(nèi)能量轉(zhuǎn)化和利用的關(guān)鍵物質(zhì)。第二節(jié)能量代謝的測(cè)定1、原理：2、方法 （1）直接測(cè)熱法測(cè)定人體在單位時(shí)間內(nèi)的散熱量。 測(cè)定在一定時(shí)間內(nèi)機(jī)體所消耗的食物，或者測(cè)定機(jī)體所產(chǎn)生的熱量與所做的外功。直接測(cè)熱法示意圖能量代謝率（energy metabolism rate）：人體在單位時(shí)間內(nèi)的能量代謝?！岸ū榷伞?在一般化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物的量與產(chǎn)物的量之間有一定的比例關(guān)系。C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + （2）間接測(cè)熱法 幾個(gè)相關(guān)概念（1）熱價(jià)（卡價(jià)） thermal equ

3、ivalent (caloric value) 1g營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化時(shí)所釋放的熱量稱為該物質(zhì)的熱價(jià)。（kJ/g、kcal /g) 1卡 = 4.187 J物理熱價(jià)、生物熱價(jià)（2）氧熱價(jià) thermal equivalent of oxygen 某種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化時(shí)，消耗1L氧 所產(chǎn)生的熱量稱為該物質(zhì)的氧熱價(jià)。 (kcal /L)(3) 呼吸商 ( respiratory quotient , RQ ) 將一定時(shí)間內(nèi)機(jī)體的CO2產(chǎn)生量與耗O2量的比值稱為呼吸商。RQ = CO2產(chǎn)生量（ml)耗O2量（ml)RQ : 0.71 1 0.85左右 由于蛋白質(zhì)在體內(nèi)不能完全氧化，其呼吸商較難測(cè)定。了解蛋白質(zhì)

4、在體內(nèi)氧化的量，可以通過測(cè)定尿液中氮的含量計(jì)算出蛋白質(zhì)的代謝量。氮在蛋白質(zhì)中的含量為16%蛋白質(zhì)的代謝量尿氮量 6.25（4）非蛋白呼吸商 （non-protein respiratory quotient , NPRQ) 非蛋白代謝（糖和脂肪氧化）的CO2產(chǎn)生量與耗O2量的比值。非蛋白呼吸商(C0.76P)/ (O-0.95P)* 間接測(cè)熱法計(jì)算步驟介紹 2. 由尿氮量算出被氧化分解的蛋白質(zhì)平均重量C53%, O223%, N16%, S1%蛋白質(zhì)質(zhì)量=尿氮重量（116%）=尿氮重量6.251. 實(shí)驗(yàn)測(cè)得的機(jī)體24小時(shí)內(nèi)的耗氧量和CO2產(chǎn)量，并測(cè)定尿氮量3、計(jì)算蛋白質(zhì)的產(chǎn)熱量Pro產(chǎn)熱量 =

5、 Pro質(zhì)量Pro生物熱價(jià)4、計(jì)算非蛋白呼吸商從總的耗氧量和二氧化碳產(chǎn)生量中減去相當(dāng)于蛋白質(zhì)氧化消耗的氧量和二氧化碳量，計(jì)算出非蛋白呼吸商。然后查表，根據(jù)非蛋白呼吸商計(jì)算糖和脂肪的產(chǎn)熱量。5、計(jì)算總的產(chǎn)熱量總產(chǎn)熱量非蛋白產(chǎn)熱量蛋白質(zhì)產(chǎn)熱量* 耗O2量和CO2產(chǎn)生量的測(cè)定方法（1）閉合式測(cè)定法 令受試者呼吸一個(gè)密閉容器中的O2，呼出氣中的CO2被其中的CO2吸收劑所吸收。根據(jù)容器中氧氣的減少量算出單位時(shí)間內(nèi)的氧耗量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)前、后CO2吸收劑的重量差，算出單位時(shí)間內(nèi)CO2的產(chǎn)生量。通常使用代謝測(cè)定儀來測(cè)量一定時(shí)間的（一般為6min）的耗氧量。 （2）開放式測(cè)定法（氣體分析法） 在機(jī)體呼吸空氣的條

6、件下，測(cè)定耗O2量和CO2產(chǎn)生量。間接測(cè)熱法的計(jì)算舉例：假定某受試者1h的氧耗量為16.5L，CO2產(chǎn)生量14L（均已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的氣體容積）。另經(jīng)測(cè)定1h尿氮量為0.5g，根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出此人的能量代謝率（KJh）。每小時(shí)蛋白質(zhì)的氧化量=0.56.25=3.125g 產(chǎn)熱量=3.12518=56.25KJ 氧耗量=0.953.125=2.97L CO2產(chǎn)生量=0.763.125=2.38L 非蛋白呼吸商14-2.38/16.5-2.97=0.86查表非蛋白呼吸商為0.86時(shí)，氧熱價(jià)為20.41KJL非蛋白產(chǎn)熱量=(16.5-2.97)20.41=276.15KJ1h的產(chǎn)熱量=56. 25

7、+276.15=332.4KJ上述的間接測(cè)熱法的計(jì)算步驟繁多，而且測(cè)尿氮操作麻煩、不便。在臨床和勞動(dòng)衛(wèi)生的實(shí)際工作中，常采用簡(jiǎn)化方法.在一般情況下，人體內(nèi)蛋白質(zhì)氧化供能很少，且較穩(wěn)定，可省略測(cè)定尿氮。這樣，只測(cè)定機(jī)體在一定時(shí)間內(nèi)耗O2量和CO2產(chǎn)生量，即可計(jì)算機(jī)體的單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)熱量。上面例子按簡(jiǎn)化方法計(jì)算,RQ為0.85,查表找出相應(yīng)的熱價(jià)為20.36KJ，機(jī)體的產(chǎn)熱量為335.94KJ，此數(shù)與前面計(jì)算的結(jié)果頗為近似，誤差在1%至2%以下。另一種更為簡(jiǎn)便的方法被廣泛應(yīng)用。此法是利用代謝測(cè)量?jī)x(或肺量計(jì))測(cè)出受試者在一定時(shí)間的氧化量，一般吃的都是混合膳食，通常NPRQ為0.82，與此RQ相對(duì)應(yīng)

8、的氧熱價(jià)為20.20KJ，因此,測(cè)定一定時(shí)間的氧耗量后,便可下式計(jì)算:產(chǎn)熱量(KJ)=20.20氧耗量第三節(jié)影響能量代謝的因素1、肌肉活動(dòng)806040千卡 m2h010203040( C ) 環(huán)境溫度2、環(huán)境溫度環(huán)境溫度 20 C 代謝率環(huán)境溫度 失鹽）高滲性脫水2、散熱活動(dòng)的調(diào)節(jié) （1）發(fā)汗汗腺的神經(jīng)支配和發(fā)汗中樞交感NACh NE汗腺(面部 手 足部） 發(fā)汗中樞：主要是下丘腦發(fā)汗形式 溫?zé)嵝园l(fā)汗(thermal sweation)：溫?zé)岽碳ぱ獪?皮膚溫覺 感受器 下丘腦發(fā)汗中樞 交感膽堿能纖維汗腺分泌 全身小汗腺溫?zé)岽碳r(shí)，反射性引起汗腺分泌。 精神性發(fā)汗(mental sweating)

9、：情緒激動(dòng)精神緊張大腦皮層發(fā)汗中樞 交感腎上腺素能纖維手 足 前額 腋窩汗腺汗液分泌當(dāng)情緒激動(dòng)或精神緊張時(shí)，反射性引起汗腺分泌。常見于手、足、前額和腋窩等。影響汗液分泌量的因素：環(huán)境溫度環(huán)境溫度發(fā)汗速度在高溫環(huán)境中時(shí)間過長(zhǎng)汗腺功能衰竭中暑 空氣濕度濕度汗液不易蒸發(fā)體熱不易散失悶熱 勞動(dòng)強(qiáng)度勞動(dòng)強(qiáng)度產(chǎn)熱量發(fā)汗量 風(fēng)速風(fēng)速汗液蒸發(fā)散熱（2）循環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流的多少取決與皮膚溫度與環(huán)境溫度之差，而皮膚溫度由皮膚血流量控制。在炎熱環(huán)境中,交感神經(jīng)緊張度降低,皮膚小動(dòng)脈舒張,動(dòng)靜脈吻合支開放,皮膚血流量激增,皮膚溫度升高,散熱增加。在寒冷環(huán)境中,交感神經(jīng)緊張度升高,皮膚小動(dòng)脈收縮,皮膚血流量

10、銳減,皮膚溫度下降,散熱顯著減少。此時(shí)機(jī)體表層成為隔熱層，減少散熱。三、體溫調(diào)節(jié)自主性體溫調(diào)節(jié)(automatic thermoregulation)行為性體溫調(diào)節(jié)(behavioral thermoregulation)（一）、溫度感受器1、外周溫度感受器 分布在皮膚、粘膜、內(nèi)臟(游離N末梢)皮膚溫度 感受器溫覺感受器冷覺感受器2、中樞溫度感受器 存在于脊髓、延髓、腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、下丘腦等處的溫度敏感神經(jīng)元稱為中樞溫度感受器。中樞溫度 感受器熱敏神經(jīng)元冷敏神經(jīng)元 下丘腦中，視前區(qū)-下丘腦前部(preoptic anterior hypothalamus,PO/AH)存在熱敏神經(jīng)元(70%)和冷

11、敏神經(jīng)元(30% )。 PO/AH可調(diào)節(jié)散熱和產(chǎn)熱兩種過程。 脊髓 延髓腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)溫度敏感 神經(jīng)元PO/AH溫度信息（二）、體溫調(diào)節(jié)中樞 調(diào)節(jié)體溫的基本中樞在下丘腦。視前區(qū)下丘腦前部（PO/AH)。PO/AH作用：感受自身部位溫度變化 對(duì)其它部位傳入溫度信息進(jìn)行整合機(jī)體維持體溫相對(duì)恒定的機(jī)理： 環(huán)境溫度變化皮膚溫覺冷覺感受器軀體傳入神經(jīng)脊髓PO/AH(整合)血液深部溫度變化 延髓腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)PO/AH(整合)交感神經(jīng)皮膚血管舒縮反應(yīng)汗腺分泌軀體神經(jīng) 改變骨骼肌 活動(dòng)(寒戰(zhàn))甲狀腺腎上腺 髓質(zhì)甲狀腺 激素去甲腎上腺激素 腎上腺激素調(diào)節(jié)機(jī)體 代謝率為什么正常人體體溫能維持在37C左右？調(diào)定點(diǎn)學(xué)說（set-point theory):PO/AH中有一個(gè)調(diào)定點(diǎn)， 37C中樞溫度37C散熱體溫降至升至37C冷敏N元活動(dòng) 熱敏N元活動(dòng)冷敏N元活動(dòng) 熱敏N元活動(dòng)產(chǎn)熱 體溫調(diào)節(jié)類似于恒溫器的調(diào)節(jié)，PO/AH中有個(gè)調(diào)定點(diǎn)，調(diào)定點(diǎn)有自身規(guī)定的數(shù)值（如37）。如果體溫偏離此規(guī)定數(shù)值，則由反饋系統(tǒng)將偏差信息輸送到控制系統(tǒng)，然后經(jīng)過對(duì)受控