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1、1,第七章 能量代谢和体温,Energy Metabolism and Temperature,南京医科大学 生理学系,2,第一节 能量代谢,新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征。,新陈代谢,同化作用（合成代谢）- 耗能 异化作用（分解代谢）- 放能,能量代谢,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（energy metabolism）。,3,所有生命都利用太阳能,7,4,糖、脂肪和蛋白质等有机物在体内的逐步氧化分解成CO2和H2O，并释放出能量的过程称为生物氧化（biological oxidation）。,细胞利用O2 ，释放CO2，故生物氧化又可称为
2、细胞氧化或细胞呼吸。 代谢物分子脱氢，并解离成氢离子和电子; 电子经过中间载体传给氧分子，激活氧; H+和O2-结合成H2O, 并释放能量。,5,糖、脂、蛋白质均可氧化供能 乙酰CoA是三大营养物质共同的中间代谢产物 三羧酸循环是糖、脂、蛋白质彻底分解的共同代谢途径,6,来 源,去 路,乙酰CoA,1. 糖的有氧氧化 2. 脂肪酸氧化分解 3. 酮体氧化分解 4. 氨基酸分解代谢,1. 进入三羧酸循环 2. 合成脂肪酸 3. 合成酮体 4. 合成胆固醇,乙酰CoA是三大营养物质共同的中间代谢产物,7,一、机体能量的来源与利用,（一）机体能量的来源： 糖：机体的主要能源 70% 脂肪：提供大约
3、30%的能量 蛋白质（氨基酸）：提供少量的能量,8,人体需要的几大类营养包括：糖类、脂类、蛋白质、维生素和微量元素等等,9,（二）能量的转移和利用,能量的利用形式ATP 能量的贮存形式磷酸肌酸 (creatine phosphate, CP),糖 脂肪 蛋白质,10,ATP循环是生物体内能量转换最基本的方式。,ATP中的高能磷酸键是肌肉收缩的直接参与者，磷酸肌酸中的高能磷酸键则是一种贮存方式,11,ATP的生成,1,2,12,(1) 食物热价：1g食物氧化时释放出来的能量。 物理热价: 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。 (2) 食物的氧热价：某种
4、营养物质氧化时，消耗 1L氧所产生的热量。 (3) 呼吸商(respiratory quotient, RQ)：在一定时间内，机体的CO2产生量和氧耗量的比值。混合膳食的RQ为0.85。,1. 几个有关概念,RQ=,产生的CO2 mol数 消耗的O2 mol数,产生的CO2 ml数 消耗的O2 ml数,二、能量代谢的测定,13,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，氧化时所产生的CO2和氧耗量也不同，故RQ也不相同，糖的RQ为1;脂肪的RQ为0.706；蛋白质的RQ约为0.80， 如果从总CO2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CO2产量，此时的CO
5、2产量和氧耗量之比值为糖和脂肪的混合RQ ，称为非蛋白呼吸商(non-protein respiratory quotient,NPRQ)。,14,Non-protein respiratory quotient, NPRQ,根据非蛋白呼吸商值的大小，可推算机体糖和脂肪氧化的百分比，并可直接计算氧化某一种物质的氧耗量和CO2产量。,15,能量代谢率（energy metabolic rate）:单位时间内机体所消耗的能量。 （一）直接测热法 (direct calorimetry) 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 + 外功 + 化学贮备 如果在测定时间内，化学贮备
6、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。,16,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。 设备复杂，操作繁琐，应用受限（肥胖和内分泌疾病）。,17,（二）间接测热法,1、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。 C6H12O6 + 6O2 6CO2 6H2O + H,18,19,2. 间接测热方法,（1）测定机体在一
7、定时间内的氧耗量和CO2产生量 闭合式测定法：肺量计、代谢仪 开放式测定法：化学分析 （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。 蛋白质量 = 6.25 尿氮量 （克） 从分解的蛋白质量查表7-1，计算出其产热量、耗氧量和CO2生成量。 （3）计算出NPRQ，查表7-2，求出非蛋白食物产热量 （4）计算出总的产热量和能量代谢率,20,间接测热法的测算方法,(1) 测定：24 h 耗氧量400 L，CO2排出量340 L，尿氮排出量 12 g。 (2) 蛋白质代谢：蛋白质分解量12 g6.2575 g 产热量18.42 kJ/g75 g1381.5 kJ 耗氧量0.96
8、 L/g75 g72 L CO2产生量0.77 L/g75 g57.8 L (3) 非蛋白质代谢：耗氧量400 L72 L328 L CO2产生量340 L57.8 L282.2 L 非蛋白呼吸商=282.2 L328 L0.86 查表，NPRQ0.86时，氧热价为20.41 kJ/L 非蛋白代谢产热量20.41 kJ/L328 L6694.5 kJ (4) 24 h产热量：24 h产热量1381.5 kJ6694.5 kJ8076 kJ 即24 h能量代谢为8076 kJ,21,3. 临床应用的简便方法,（1）通常将蛋白质的消耗量忽略不计，只测定单位时间内的CO2产量和氧耗量，计算RQ，按非
9、蛋白RQ查表，得到对应氧热价值，即可计算总产热量。 （2）更简便测定方法是将RQ为0.85（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。,22,三、影响能量代谢的因素,（一）个体因素 1. 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标准，单位是kJ/ (hm2)。 我国人的体表面积可根据Stevenson公式计算： 体表面积(M2)=0.0061 身高(cm)0.0128体重(kg)一0.1529 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：男女，年龄代谢率,23,（二）生理因素和环境因素,1. 睡眠： 肌紧张和交感神经系统活动，能量
10、代谢，熟睡时降低8-10。 2. 肌肉活动：最为显著。 劳动或运动时耗氧量和能量代谢显著增加，可达安静时的10-20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。,24,运动对耗氧量和肺通气量的影响,25,3. 环境温度,人处于安静状态下，环境温度在20-30时，能量代谢率最为稳定。当环境温度高于30或低于20时，能量代谢都将增加。体温每升高l，能量代谢将增加13左右。,26,4. 食物的特殊动力效应,进食可使机体产生“额外”热量的现象称为食物的特殊动力效应(food specific dynamic effect)。 进食后约18小时，机体比未进食前产热量增加。 蛋白质：30，糖和脂
11、肪：46，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能是“额外”产热的原因。,27,5. 精神紧张,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），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（肾上腺素等）释放增加所引起。,28,四、基础代谢 (basic metabolism),（一）基础代谢率定义： 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(basic metabolism rate，BMR)。基础状态指清晨、清醒、静卧；室温在1825；禁食12 h以上；情绪安定；体温正常。,29,（二）BMR测定和表
12、示方法：,测6分钟内耗氧量，求出每小时耗氧量。取混合饮食RQ为0.82，其氧热价为20.20 kJ， 则BMR20.20每小时耗氧量体表面积。单位是kJ/ (hm2)。 将测定值与同性别、同年龄组的平均值进行比较。 相差在1015以内，仍属正常范围；相差值在20以上则考虑为病态。,30,甲亢时BMR可高于正常值的2580； 甲状腺机能减退时比正常值低2040。 此外，糖尿病、红细胞增多症、白血病和发热可使BMR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，BMR则降低。,诱导NaK-ATP酶的合成，加速ATP分解，诱导解偶联蛋白表达，加速耗氧和产热。,TH,31,（二）体
13、温的正常值,体温是指机体深部的温度。临床上以口腔、直肠和腋窝的温度代表体温。 腋下温度 42细胞实质损害；45生命危险,32,第二节 体温及其调节,一、人体的正常体温及其生理波动 （一）体温的概念 表层温度(shell temperature)：机体表层的温度。 皮肤温度(skin temperature)：机体表层的最外层，即皮肤温度。 体核温度(core temperature)：机体深部的温度。 体温(body temperature)：指体核温度，即机体深部的平均温度。,在炎热环境中，体核温度可扩展到四肢；在寒冷环境中，体核温度缩小到机体深部。,33,（二）体温的生理波动,1. 昼夜波
14、动：昼夜节律 (日节律, circadian rhythm) 清晨2-5时最低，午后2-5时最高，波动幅度不超过1。 2. 性别：女性高于男性0.3 女性体温还随月经波动。月经期至排卵这段时间体温较低，排卵后体温较高。,34,3. 年龄,儿童代谢旺盛，体温高于成人。 老年人代谢降低，体温偏低。 新生儿特别是早产儿，体温调节机构发育不完善，调节能力差，体温容易受环境温度影响。 4. 肌肉活动 剧烈的肌肉活动使产热量增加，体温升高。 5. 其他：情绪、进食、环境温度等,35,二、机体的产热与散热,体热平衡 (body heat content)：产热和散热两个生理过程之间的动态平衡，维持体温恒定。
15、 (一) 产热 1主要产热器官：安静：内脏器官为主（肝脏） 运动：肌肉为主，90%,36,2. 机体对产热量的调节方式,(1) 寒战产热 ：骨骼肌肌紧张、寒战(不随意的节律性收缩)。发生寒战时，屈肌和伸肌同时收缩， 所以基本上不作外功，所消耗的能量全部转变为热量，因而产热量很高，最多可达安静时的 4-5倍。 (2) 非寒战产热 ：代谢产热。 交感神经兴奋、NE和E细胞的分解代谢产热量(迅速、持续时间短) 下丘脑-腺垂体系统甲状腺素、肾上腺皮质激素分解代谢产热量(缓慢、持续时间长) 交感神经兴奋褐色脂肪(brown fat)迅速分解产热。,37,按形态与功能异-白色与褐色脂肪组织。 人体内的脂肪
16、大部分为白色脂肪组织，它是一种相对静止的贮能组织，可以分解释放能量，供生命活动之需。另有一小部分脂肪组织呈浅褐色，代谢很活跃，易受神经体液的影响而分解释放能量，以维持人体体温的恒定。 褐色脂肪细胞在形态上所含的大量中性脂肪小滴，好像干柴或汽油，通过神经体液的调节作用，把它扔进“燃烧炉”（细胞内的线粒体）中“燃烧”而很快产生热,这些热由细胞间丰富的毛细血管运走，使全身都得到热量供应。不断消耗的褐色细胞中的脂肪小滴，可由白色脂肪细胞补充 。当寒冷、活动、进食等刺激因素作用于人体时，交感神经兴奋性增加，使褐色脂肪细胞的活动能力（活性）增强，产生的热量随之增加。,38,它的含量仅占人体全部重量的0.5%5%，与白色脂肪组织、交感神经、激素等共同参与人体的
