1、第七章 能量代谢和体温南京医科大学南京医科大学 生理学系生理学系第一节第一节 能量代谢能量代谢新陈代谢（新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征。）是生命最基本的特征。生物体内物质代谢中伴随着的能量的释放、转移和利生物体内物质代谢中伴随着的能量的释放、转移和利用，称为能量代谢（用，称为能量代谢（energy metabolism）。）。一、机体能量的来源与利用一、机体能量的来源与利用（一）机体能量的来源：（一）机体能量的来源：糖：机体的主要能源糖：机体的主要能源 70%脂肪：提供大约脂肪：提供大约 30%的能量的能量 蛋白质（氨基酸）：提供少量的能量蛋白质（氨基酸）：提供少量的能量（
2、二）能量的转移和利用（二）能量的转移和利用能量的利用形式能量的利用形式ATP能量的贮存形式能量的贮存形式磷酸肌酸磷酸肌酸 (creatine phosphate,CP)二、能量代谢的测定二、能量代谢的测定 能量代谢率（能量代谢率（energy metabolic rate）：单位时间内机体：单位时间内机体所消耗的能量。所消耗的能量。（一）（一）直接测热法直接测热法(direct calorimetry)原理：能量守恒定律原理：能量守恒定律 单位时间释放的能量单位时间消耗的能量热能单位时间释放的能量单位时间消耗的能量热能+外外功功+化学贮备化学贮备 如果在测定时间内，化学贮备能极少而忽略不计，肌
3、肉如果在测定时间内，化学贮备能极少而忽略不计，肌肉不对外作功，则测热量就可近似代表能量代谢率。不对外作功，则测热量就可近似代表能量代谢率。利用特殊的测量装置直接测量整个机体在单位时间内向利用特殊的测量装置直接测量整个机体在单位时间内向外界环境散发的总热量。外界环境散发的总热量。设备复杂，操作繁琐，应用受限。设备复杂，操作繁琐，应用受限。（二）间接测热法（二）间接测热法1 1、间接测热法的原理、间接测热法的原理 定比定律：同一化学反应无论中间过程和条件差异多大，释放的能定比定律：同一化学反应无论中间过程和条件差异多大，释放的能量是一定的。量是一定的。根据化学反应原理，即反应物与反应物之间、反应物
4、与产物之间存根据化学反应原理，即反应物与反应物之间、反应物与产物之间存在着一定的比例关系，从而计算出一定时间内机体氧化三大营养物质在着一定的比例关系，从而计算出一定时间内机体氧化三大营养物质的量。的量。然后再根据有关数据计算该段时间内机体所释放的总热量然后再根据有关数据计算该段时间内机体所释放的总热量。C C6 6H H1212O O6 6+6O+6O2 2 6CO6CO2 2 6H6H2 2O +H O +H (1)食物热价食物热价(thermal equivalent of food)：1g食物氧化时释放出来的能量。食物氧化时释放出来的能量。物理热价物理热价:指食物在体外燃烧时释放的热量。
5、指食物在体外燃烧时释放的热量。生物热价：指食物在体内经过生物氧化所产生的热量。生物热价：指食物在体内经过生物氧化所产生的热量。(2)食物的氧热价食物的氧热价(thermal equivalent of oxygen)：某种营养物质氧化时，：某种营养物质氧化时，消耗消耗 1L氧所产生的热量。氧所产生的热量。(3)呼吸商呼吸商(respiratory quotient,RQ)：在一定时间内，机体的：在一定时间内，机体的CO2产生量产生量和氧耗量的比值。混合膳食的和氧耗量的比值。混合膳食的RQ为为0.85。2.2.几个有关概念几个有关概念RQ=RQ=产生的产生的CO2 mol数数 消耗的消耗的O2
6、mol数数 产生的产生的CO2 mlCO2 ml数数 消耗的消耗的O2 mlO2 ml数数非蛋白呼吸商非蛋白呼吸商 由于糖、脂肪和蛋白质分子中所含碳、氢和氧的比例不同，由于糖、脂肪和蛋白质分子中所含碳、氢和氧的比例不同，氧化时所产生的二氧化碳和氧耗量也不同，故呼吸商也不相同，氧化时所产生的二氧化碳和氧耗量也不同，故呼吸商也不相同，糖的呼吸商为糖的呼吸商为1.00;脂肪的呼吸商为脂肪的呼吸商为0.706；蛋白质的呼吸商约为；蛋白质的呼吸商约为0.80，如果从总二氧化碳产量中和总耗氧量中减去相应部分蛋白质，如果从总二氧化碳产量中和总耗氧量中减去相应部分蛋白质所消耗的氧量和二氧化碳产量，此时的二氧化
7、碳产量和氧耗量之所消耗的氧量和二氧化碳产量，此时的二氧化碳产量和氧耗量之比值为糖和脂肪的混合呼吸商，比值为糖和脂肪的混合呼吸商，称为非蛋白呼吸商称为非蛋白呼吸商(non-protein respiratory quotient,NPRQ)。Non-protein respiratory quotient,NPRQ 根据非蛋白呼吸商根据非蛋白呼吸商值的大小，可推算机体值的大小，可推算机体糖和脂肪氧化的百分比，糖和脂肪氧化的百分比，并可直接计算氧化某一并可直接计算氧化某一种物质的氧耗量和二氧种物质的氧耗量和二氧化碳产量。化碳产量。3.3.间接测热方法间接测热方法（1 1）测定机体在一定时间内的氧耗
8、量和）测定机体在一定时间内的氧耗量和COCO2 2产生量产生量 闭合式测定法：肺量计、代谢仪闭合式测定法：肺量计、代谢仪 开放式测定法：化学分析开放式测定法：化学分析（2 2）测定一定时间内尿中排出的氮量，可以计算出被氧化分解的蛋白质量）测定一定时间内尿中排出的氮量，可以计算出被氧化分解的蛋白质量 蛋白质量蛋白质量 =6.25=6.25 尿氮量尿氮量 （克）（克）（3 3）计算出）计算出NPRQNPRQ，查表，查表7-27-2，求出非蛋白食物产热量，求出非蛋白食物产热量（4 4）计算出总的产热量和能量代谢率）计算出总的产热量和能量代谢率间接测热法的测算方法间接测热法的测算方法(1)测定：测定：
9、24 h 耗氧量耗氧量400 L，CO2排出量排出量340 L，尿氮排出量，尿氮排出量 12 g。(2)蛋白质代谢：蛋白质分解量蛋白质代谢：蛋白质分解量12 g6.2575 g 产热量产热量18.42 kJ/g75 g1381.5 kJ 耗氧量耗氧量0.96 L/g75 g72 L CO2产生量产生量0.77 L/g75 g57.8 L(3)非蛋白质代谢：耗氧量非蛋白质代谢：耗氧量400 L72 L328 L CO2产生量产生量340 L57.8 L282.2 L 非蛋白呼吸商非蛋白呼吸商=282.2 L328 L0.86 查表，查表，NPRQ0.86时，氧热价为时，氧热价为20.41 kJ/
10、L 非蛋白代谢产热量非蛋白代谢产热量20.41 kJ/L328 L6694.5 kJ(4)24 h产热量：产热量：24 h产热量产热量1381.5 kJ6694.5 kJ8076 kJ 即即24 h能量代谢为能量代谢为8076 kJ4.4.临床应用的简便方法临床应用的简便方法（1 1）通常将蛋白质的消耗量忽略不计，只测定单位时间内的二氧化碳）通常将蛋白质的消耗量忽略不计，只测定单位时间内的二氧化碳产量和氧耗量，计算呼吸商，按非蛋白呼吸商查表，得到对应氧热价值，产量和氧耗量，计算呼吸商，按非蛋白呼吸商查表，得到对应氧热价值，即可计算总产热量。即可计算总产热量。（2 2）更简便测定方法是将呼吸商定
11、为）更简便测定方法是将呼吸商定为0.850.85（混合食物的呼吸商），只（混合食物的呼吸商），只需测定单位时间内的氧耗量，便可计算机体的产热量。需测定单位时间内的氧耗量，便可计算机体的产热量。三、影响能量代谢的因素三、影响能量代谢的因素（一）个体因素（一）个体因素 1.体表面积：以单位体表面积体表面积：以单位体表面积(m2)的产热量作为衡量能量代谢率的的产热量作为衡量能量代谢率的标准，单位是标准，单位是kJ/(hm2)。我国人的体表面积可根据我国人的体表面积可根据Stevenson公式计算：公式计算：体表面积体表面积(M2)=0.0061 身高身高(cm)0.0128体重体重(kg)一一0.1
12、529 也可根据体表面积测算图直接求得体表面积。也可根据体表面积测算图直接求得体表面积。2.性别和年龄：男性别和年龄：男女，年龄女，年龄代谢率代谢率（二）生理因素和环境因素（二）生理因素和环境因素 1.1.睡眠：睡眠：肌紧张和交感神经系统活动肌紧张和交感神经系统活动，能量代谢，能量代谢，熟睡时，熟睡时降低降低8-108-10。2.2.肌肉活动：最为显著。肌肉活动：最为显著。劳动或运动时耗氧量和能量代谢劳动或运动时耗氧量和能量代谢显著增加，可达安静时的显著增加，可达安静时的10-2010-20倍，因此能量代谢可作为劳动或运动倍，因此能量代谢可作为劳动或运动时肌肉活动强度的指标。时肌肉活动强度的指
13、标。运动对耗氧量和肺通气量的影响运动对耗氧量和肺通气量的影响3.3.环境温度环境温度 人处于安静状态下，环境温度在人处于安静状态下，环境温度在20-3020-30时，能量代时，能量代谢率最为稳定。当环境温度高于谢率最为稳定。当环境温度高于3030或低于或低于2020时，能时，能量代谢都将增加。体温每升高量代谢都将增加。体温每升高ll，能量代谢将增加，能量代谢将增加1313左右。左右。4.食物的特殊动力效应食物的特殊动力效应 进食可使机体产生进食可使机体产生“额外额外”热量的现象称为食物的特殊动力效应热量的现象称为食物的特殊动力效应(food specific dynamic effect)。进
14、食后约进食后约18小时，机体比未进食前产热量增加。小时，机体比未进食前产热量增加。蛋白质：蛋白质：30，糖和脂肪：，糖和脂肪：46，混合食物：，混合食物：10。机制还不十分清楚。有人认为肝脏在脱氨基反应中消耗了能量可机制还不十分清楚。有人认为肝脏在脱氨基反应中消耗了能量可能是能是“额外额外”产热的原因。产热的原因。5.精神紧张精神紧张 当精神活动处于紧张状态（烦恼、愤怒、恐惧或当精神活动处于紧张状态（烦恼、愤怒、恐惧或强烈情绪激动时），强烈情绪激动时），产热量可显著增加。产热量可显著增加。可能是由于肌紧张增强以及某些内分泌激素（肾可能是由于肌紧张增强以及某些内分泌激素（肾上腺素等）释放增加所引
15、起。上腺素等）释放增加所引起。四、基础代谢四、基础代谢(basic metabolism)（一）基础代谢率定义：（一）基础代谢率定义：基础代谢指机体在基础状态基础代谢指机体在基础状态下的能量代谢。单位时间内的基础代谢为基础代谢率下的能量代谢。单位时间内的基础代谢为基础代谢率(basic metabolism rate，BMR)。基础状态指清晨、清醒、。基础状态指清晨、清醒、静卧；室温在静卧；室温在1825；禁食；禁食12 h以上；情绪安定；以上；情绪安定；体温正常。体温正常。（二）基础代谢率测定和表示方法：（二）基础代谢率测定和表示方法：测测6分钟内耗氧量，求出每小时耗氧量。取混合饮食呼吸商为
16、分钟内耗氧量，求出每小时耗氧量。取混合饮食呼吸商为0.82，其氧热价为其氧热价为20.20 kJ，则则BMR20.20每小时耗氧量每小时耗氧量体表面积。体表面积。单单位是位是kJ/(hm2)。将测定值与同性别、同年龄组的平均值进行比较。将测定值与同性别、同年龄组的平均值进行比较。相差在相差在1015以内，仍属正常范围；相差值在以内，仍属正常范围；相差值在20以上以上则考虑为病态则考虑为病态。甲亢时基础代谢率可高于正常值的甲亢时基础代谢率可高于正常值的25258080；甲状腺机能减退时比正常值低甲状腺机能减退时比正常值低20204040。此外，糖尿病、红细胞增多症、白血病和发热可使基础代谢率此外
17、，糖尿病、红细胞增多症、白血病和发热可使基础代谢率升高。阿狄森氏病、肾病综合征、脑垂体性肥胖以及机体处于病理性饥升高。阿狄森氏病、肾病综合征、脑垂体性肥胖以及机体处于病理性饥饿时，基础代谢率则降低。饿时，基础代谢率则降低。（二）体温的正常值（二）体温的正常值 体温是指机体深部的温度。临床上以口腔、直肠和体温是指机体深部的温度。临床上以口腔、直肠和腋窝的温度代表体温。腋窝的温度代表体温。腋下温度腋下温度 口腔温度口腔温度 额、手背 四肢、躯干 大汗腺：腋窝、乳头、阴部等。不受神经支配，肾上腺素可刺激其分泌。汗液：水分 99%，固体成分主要是 NaCl、KCl、尿素、乳酸等，为低渗液，汗腺主动分泌
18、。发汗中枢主要位于下丘脑。汗腺的分泌汗腺的分泌 汗腺的分泌可由温热性刺激和精神紧张等刺汗腺的分泌可由温热性刺激和精神紧张等刺激引起。激引起。(1)(1)温热性发汗温热性发汗 (thermal sweating)(thermal sweating)：体内外：体内外温热性刺激引起的汗腺分泌。温热性刺激引起的汗腺分泌。意义：蒸发散热、调节体温。意义：蒸发散热、调节体温。(2)(2)精神性发汗精神性发汗 (mental sweating)(mental sweating)：精神紧：精神紧张或情绪激动引起的发汗。张或情绪激动引起的发汗。与体温调节无关。与体温调节无关。4.4.机体对散热量的调节机体对散热
19、量的调节 (1)皮肤温度的调节：皮肤温度的调节：炎热：交感神经紧张性炎热：交感神经紧张性皮肤血管舒张、动静脉吻合皮肤血管舒张、动静脉吻合支开放支开放皮肤血流量皮肤血流量皮肤温度皮肤温度辐射、对流、传导散热辐射、对流、传导散热。寒冷：相反。寒冷：相反。(2)发汗：发汗：炎热：下丘脑发汗中枢炎热：下丘脑发汗中枢交感舒血管纤维交感舒血管纤维汗腺分泌汗液汗腺分泌汗液 蒸发散热（反射）。蒸发散热（反射）。三、体温调节三、体温调节 机体通过行为性体温调节和自主性体温调节来控制产热与散热机体通过行为性体温调节和自主性体温调节来控制产热与散热过程的平衡，从而维持体温的恒定。过程的平衡，从而维持体温的恒定。自主
20、性体温调节自主性体温调节：机体在下丘脑体温调节中枢的控制下，通过：机体在下丘脑体温调节中枢的控制下，通过增增减皮肤血流量、发汗、寒战等生理反应，经常维持产热和散热过减皮肤血流量、发汗、寒战等生理反应，经常维持产热和散热过程的动态平衡。体温调节的基础。程的动态平衡。体温调节的基础。行为性体温调节行为性体温调节：机体（包括变温动物）在不同的温度环境：机体（包括变温动物）在不同的温度环境的姿势和行为。体温调节的补充，并使人具有预见性。的姿势和行为。体温调节的补充，并使人具有预见性。（一）温度感受器（一）温度感受器(temperature receptor)1.1.外周温度感受器外周温度感受器 存在于
21、皮肤、粘膜和内脏中的对温度变化敏感的游离神经末梢。存在于皮肤、粘膜和内脏中的对温度变化敏感的游离神经末梢。皮肤温度感受器：皮肤温度感受器：热感受器少于冷感受器，热感受器少于冷感受器，1 1 ：4-104-10。中枢温度敏感神经元，存在于下丘脑的中枢温度敏感神经元，存在于下丘脑的视前区下丘脑前部视前区下丘脑前部(preoptic anterior hypothalamus,POAHpreoptic anterior hypothalamus,POAH)、脊髓、延髓、脑干网状、脊髓、延髓、脑干网状结构等。结构等。POAHPOAH的温度敏感神经元：的温度敏感神经元：接受皮肤和其他部位的温度敏感神经元
22、的温度信息；接受皮肤和其他部位的温度敏感神经元的温度信息；感受所在部位的温度信息；感受所在部位的温度信息；受致热原、单胺类物质以及各种多肽的影响。受致热原、单胺类物质以及各种多肽的影响。2.2.中枢温度感受器中枢温度感受器（二）体温调节中枢（二）体温调节中枢 体温调节中枢存在于从脊髓到大脑皮层各级中枢体温调节中枢存在于从脊髓到大脑皮层各级中枢部位，其部位，其基本中枢位于下丘脑。基本中枢位于下丘脑。POAHPOAH是体温调节中枢整合的关键部位是体温调节中枢整合的关键部位，在体温调，在体温调节中起着调定点的作用，任何偏离调定点的微小体温节中起着调定点的作用，任何偏离调定点的微小体温波动，将会引起明
23、显的产热与散热量的改变，从而使波动，将会引起明显的产热与散热量的改变，从而使体温恢复到正常水平。体温恢复到正常水平。体温调节过程体温调节过程调定点体温调节中枢产热过程散热过程温度感受器体核温度干扰体温发热的机制发热的机制(三三)体温调节反应体温调节反应1.1.炎热环境：散热炎热环境：散热、产热、产热 (1)(1)皮肤血管舒张：交感神经紧张性皮肤血管舒张：交感神经紧张性皮肤皮肤血管舒张、动静脉吻合支开放血管舒张、动静脉吻合支开放皮肤血流量皮肤血流量皮皮肤温度肤温度辐射、对流、传导散热辐射、对流、传导散热。(2)(2)发汗发汗蒸发散热蒸发散热。(3)(3)代谢产热代谢产热2.2.寒冷环境寒冷环境：产热产热、散热、散热 (1)骨骼肌肌紧张骨骼肌肌紧张、寒战。强烈寒战时产热量增加、寒战。强烈寒战时产热量增加45倍。倍。(2)交感神经兴奋、肾上腺素、去甲肾上腺素和甲状交感神经兴奋、肾上腺素、去甲肾上腺素和甲状腺激素腺激素代谢产热代谢产热。(褐色脂肪褐色脂肪)(3)皮肤血管收缩：交感神经紧张性皮肤血管收缩：交感神经紧张性皮肤血管收缩、皮肤血管收缩、动静脉吻合支关闭动静脉吻合支关闭皮肤血流量皮肤血流量皮肤温度皮肤温度辐射、辐射、对流、传导散热对流、传导散热。
