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1、第七章第七章 能量代谢与体温能量代谢与体温生理学教研室生理学教研室 李树壮李树壮 教授教授第一节第一节 能量代谢能量代谢 物质代谢过程中伴随着的能量的释放、物质代谢过程中伴随着的能量的释放、转移、贮存和利用，称为转移、贮存和利用，称为能量代谢能量代谢（energy metabolism）。）。 能量代谢率能量代谢率（ energy metabolism rate）单位时间内所消耗的能量。）单位时间内所消耗的能量。食物：化学能食物：化学能氧氧化化分分解解CO2, H2O5%未利未利用用化学能化学能（45%）热能（热能（50%,体温）体温）ATPADP利用利用做功如做功如AP传导、分传导、分泌、收
2、缩泌、收缩能量代谢示意图能量代谢示意图释放释放转移转移贮贮存存 CP(磷酸肌酸磷酸肌酸, creatine phosphate)ATP既是机体能量的贮存形式，又是直接的供能物质既是机体能量的贮存形式，又是直接的供能物质（adenosine triphosphate)(adenosine diphosphate)碳氢键断裂碳氢键断裂氧氧化化磷磷酸酸化化水水解解肌酸肌酸肌酸激酶一、机体能量的来源和去路一、机体能量的来源和去路n来源来源: 三大营养物质中的化学能三大营养物质中的化学能n糖糖(carbohydrate)：主要供能物质（：主要供能物质（5070%）n有氧氧化（有氧氧化（1mol Glu.
3、 38 mol ATP ）n绝大多数组织细胞绝大多数组织细胞n脑组织对缺氧敏感脑组织对缺氧敏感n糖酵解（糖酵解（1 mol Glu. 2 mol ATP）Glu. 乳酸乳酸n剧烈运动剧烈运动(氧债氧债 oxygen debt)n红细胞依靠糖酵解供能红细胞依靠糖酵解供能n脂肪脂肪(fat)：体内主要贮能物质（：体内主要贮能物质（20%体重）。体重）。n有氧氧化有氧氧化: 脂肪（脂肪酶）脂肪（脂肪酶） 甘油甘油(肝肝) 磷酸化和脱氢磷酸化和脱氢 糖氧化途径糖氧化途径 脂肪酸脂肪酸 与辅酶与辅酶A结合结合 -氧化氧化 乙乙酰辅酰辅酶酶A n特点特点:氧化时每克产热量为糖的近氧化时每克产热量为糖的近2
4、倍倍n蛋白质蛋白质(protein)：n主要参与物质代谢，构成机体的结构，合成酶、激素等主要参与物质代谢，构成机体的结构，合成酶、激素等n长期饥饿下蛋白质分解供能长期饥饿下蛋白质分解供能n去路去路: 热能：最低形式的能量，维持体温。热能：最低形式的能量，维持体温。 做功做功机体的能量平衡及其调节机体的能量平衡及其调节摄摄入入= =消消耗耗肥胖肥胖（obesity）n肥胖症肥胖症已成为世界性健康问题之一；能量平已成为世界性健康问题之一；能量平衡异常是导致肥胖的原因之一。衡异常是导致肥胖的原因之一。n体重指数（体重指数（body mass index, BMI)是临是临床上确定肥胖症的常用指标；床
5、上确定肥胖症的常用指标； BMI体重体重（kg）/【身高（【身高（m）】）】2n亚洲成年人亚洲成年人BMI正常范围为正常范围为18.522.9；24为超重；为超重；28为肥胖。为肥胖。n测定单位时间内所消耗的能量：总产热量测定单位时间内所消耗的能量：总产热量n测定原理：测定原理：能量守恒定律能量守恒定律n测定方法：测定方法：n直接测热法：呼吸热量计直接测热法：呼吸热量计n间接测热法：定比定律间接测热法：定比定律 C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+Hn双标记水法：双标记水法： 2H 2H2O 收集尿液收集尿液 ：反映水代谢：反映水代谢 18O H218O： 还参与还参与CO2代谢代谢机
6、体机体CO2产生量通过计算差值求得。产生量通过计算差值求得。 二、能量代谢的测定二、能量代谢的测定耗耗O2量和量和CO2产生量的测定方法产生量的测定方法n开放式开放式：是指在呼：是指在呼吸空气的条件下进吸空气的条件下进行测定的方法，如行测定的方法，如图。该法适用于劳图。该法适用于劳动、运动等情况下动、运动等情况下的能量代谢测定。的能量代谢测定。n闭合式闭合式：是用代谢率测定器（肺量计）进：是用代谢率测定器（肺量计）进行测定，如图：行测定，如图：与能量代谢测定有关的概念与能量代谢测定有关的概念*n食物的热价（食物的热价（thermal equivalent of food)：1g某种食物某种食物
7、在体内氧化（生物热价）在体内氧化（生物热价）或在体外燃烧（物理热价）所释放的热量。或在体外燃烧（物理热价）所释放的热量。（见表（见表7-1）n氧热价氧热价(thermal equivalent of oxygen)：某种食物氧化时，某种食物氧化时，消耗消耗1升升O2所产生的热所产生的热量。量。n呼吸商（呼吸商（respiratory quotient, RQ）：一：一定时间内机体呼出定时间内机体呼出CO2量与吸入量与吸入O2量的比值。量的比值。它等于营养物质氧化时产生的它等于营养物质氧化时产生的CO2量与消耗量与消耗O2量的比值量的比值。n糖类：糖类：1.0；脂肪：；脂肪：0.71；蛋白质：；
8、蛋白质：0.80n混合食物：混合食物：0.85n非蛋白呼吸商（非蛋白呼吸商（NPRQNPRQ）：糖和脂肪按不同比糖和脂肪按不同比例混合氧化时的呼吸商。例混合氧化时的呼吸商。计算过程计算过程（间接测热法）（间接测热法）举例举例： 受试者在标准状态下受试者在标准状态下24小时耗氧量：小时耗氧量：400L；CO2产生量：产生量：340L；尿氮量：；尿氮量：12克；计克；计算算24小时的能量代谢。小时的能量代谢。步骤：步骤： 求出蛋白质代谢的耗求出蛋白质代谢的耗氧氧量、量、CO2产生量和产热产生量和产热量量 蛋白质氧化量蛋白质氧化量=12g0.16=75g 耗氧量耗氧量=0.95L/g75g=71.2
9、5L（表（表7-1） CO2产生量产生量=0.76L/g 75g=57L （表（表7-1） 产热量产热量=18kJ/g75g=1350kJ （表（表7-1）（蛋白质的含氮量为16%，体内氧化1g蛋白质产生0.16g的尿氮）非蛋白代谢非蛋白代谢 耗氧量耗氧量=400L71.25L=328.75L CO2产生量产生量=340L 57L=283L NPRQ=283L328.75L=0.86计算非蛋白代谢的产热量计算非蛋白代谢的产热量 NPRQ =0.86时，氧热价为时，氧热价为20 .41 kJ/L (表表72) 非蛋白代谢的产热量非蛋白代谢的产热量= 328.75L 20 .41kJ/L =671
10、0kJ计算计算24h总产热量总产热量 24h总产热量总产热量=1350kJ+6710kJ=8060kJn简化测定法简化测定法1 1、氧热价、氧热价耗氧量耗氧量( (测出测出COCO2 2产生量和耗氧量产生量和耗氧量 NPRQ NPRQ 氧热价。氧热价。20.34 20.34 400L=8136) 400L=8136)2 2、20.20 20.20 耗氧量耗氧量( (混合食物呼吸商定为混合食物呼吸商定为0.82)0.82)（氧热价）n肌肉活动肌肉活动 （最显著）（最显著）n机体耗氧量的增加同肌肉活动强度呈正机体耗氧量的增加同肌肉活动强度呈正比关系。耗氧量最多达安静时比关系。耗氧量最多达安静时10
11、20倍。倍。 n食物的特殊动力效应食物的特殊动力效应n概念概念：食物使机体额外增加产热量的效：食物使机体额外增加产热量的效应。应。n糖：糖：6%；脂肪：；脂肪：4%； 蛋白质：蛋白质：30%三、影响能量代谢的因素三、影响能量代谢的因素n环境温度：环境温度：n20C -30C能量代谢最稳定能量代谢最稳定n精神活动：精神活动：n交感神经兴奋，产热增加：交感神经兴奋，产热增加：n概念概念：基础状态下，单位时间内的能量：基础状态下，单位时间内的能量代谢。代谢。n基础状态基础状态：清晨、清醒、安静，不受肌肉活：清晨、清醒、安静，不受肌肉活动、食物、环境温度和精神紧张的影响。动、食物、环境温度和精神紧张的
12、影响。n计算方法：计算方法：简略法简略法，与体表面积成正比。，与体表面积成正比。四、四、基础代谢率基础代谢率（basal metabolism rate, BMR）耗氧量耗氧量20.20KJ体表面积体表面积基础代谢率基础代谢率=实测值实测值-正常平均正常平均值值正常平均值正常平均值基础代谢率基础代谢率=100%n正常值正常值： 10% 15% nBMR测定的临床意义：测定的临床意义： 甲低甲低：BMR 4020 甲亢甲亢：BMR 25%80% BMR ：发热、糖尿病、红细胞增多发热、糖尿病、红细胞增多症、白血病、肾上腺皮质功能亢进。症、白血病、肾上腺皮质功能亢进。 BMR ：肾病综合征。肾病综
13、合征。第二节第二节 体温及其调节体温及其调节一、体温一、体温（一）表层体温和核心体温（一）表层体温和核心体温n体温：体温：机体深部的平均温度机体深部的平均温度。n正常值正常值：n腋窝温度：腋窝温度：36.0-37.4 Cn口腔温度：口腔温度：36.7-37.7 Cn直肠温度：直肠温度： 36.9-37.9 C（二）体温的正常波动（二）体温的正常波动n昼夜变化：清晨最低，下午最高。昼夜变化：清晨最低，下午最高。 生物节律：生理现象有周期性节律的特性。生物节律：生理现象有周期性节律的特性。如体温、酶活性。由生物钟控制。视交叉上如体温、酶活性。由生物钟控制。视交叉上核。核。n性别：女性略高于男性。女
14、性体温还随体内性别：女性略高于男性。女性体温还随体内孕激素分泌周期变化而波动。孕激素分泌周期变化而波动。n年龄：新生儿、幼年体温高于成年。老年人年龄：新生儿、幼年体温高于成年。老年人体温稍低。体温稍低。n肌肉活动：产热肌肉活动：产热n其它如环境温度、精神活动等其它如环境温度、精神活动等（一）产热过程：（一）产热过程：1、产热器官、产热器官：安静时为：安静时为肝脏肝脏；运动时为；运动时为骨骼肌骨骼肌。二、机体的产热和散热二、机体的产热和散热3、产热活动的调节、产热活动的调节 （1）体液调节：甲状腺激素：最重要）体液调节：甲状腺激素：最重要 （缓慢、持久）（缓慢、持久） E、NE：起效快，但维持时
15、间短。：起效快，但维持时间短。（2）神经调节：）神经调节： 下丘脑后部（寒战中枢）下丘脑后部（寒战中枢） 脊髓前角脊髓前角 寒战寒战 交感神经系统交感神经系统 肾上腺髓质肾上腺髓质 E、NE 代谢代谢 促甲状腺激素释放激素促甲状腺激素释放激素 甲状腺激素甲状腺激素（二）散热过程：（二）散热过程：1、散热的部位、散热的部位：皮肤（：皮肤（90%），肺：呼出），肺：呼出 气，气，排泄器官。排泄器官。2、散热方式、散热方式n辐射：热射线辐射：热射线n传导：直接接触传导：直接接触 皮肤温度高于环境温度皮肤温度高于环境温度n对流：气体、液体流动对流：气体、液体流动n蒸发：通过体表水分的蒸发而散热的一种方
16、式。蒸发：通过体表水分的蒸发而散热的一种方式。 1g 水蒸发需要吸收水蒸发需要吸收2.43KJ热量。热量。当环境温度超当环境温度超过体表温度时，蒸发是机体唯一的散热方式。过体表温度时，蒸发是机体唯一的散热方式。蒸发的形式包括蒸发的形式包括不感蒸发不感蒸发和和发汗发汗两种两种1.不感蒸发不感蒸发：皮肤（：皮肤（不显汗不显汗）和呼吸道粘膜蒸发。）和呼吸道粘膜蒸发。与汗腺活动无关。与汗腺活动无关。1L/天。（皮肤：天。（皮肤：600800；呼吸：呼吸：200400）。狗的热喘呼吸）。狗的热喘呼吸2.发汗发汗：可感蒸发可感蒸发，通过汗腺分泌汗液蒸发散热。，通过汗腺分泌汗液蒸发散热。高温环境的唯一方式。
17、高温环境的唯一方式。发汗是反射活动，发汗中枢在发汗是反射活动，发汗中枢在下丘脑下丘脑。交感神经。交感神经 节后节后胆碱能纤维胆碱能纤维 Ach M受体受体 汗腺。汗腺。醛固酮醛固酮 汗液中的汗液中的Na+和和Cl-被重吸收。被重吸收。大汗腺和小汗腺大汗腺和小汗腺温热性发汗和精神性发汗温热性发汗和精神性发汗常用降温措施及其理论依据常用降温措施及其理论依据 降温措施降温措施 理论依据理论依据 冰袋、冰帽冰袋、冰帽 增强传导散热增强传导散热 电扇、通风电扇、通风 增强对流散热增强对流散热 降低室温降低室温.减衣减衣增强辐射散热增强辐射散热 酒清擦浴酒清擦浴增加蒸发散热增加蒸发散热 用阿司匹林用阿司匹
18、林 下调调定点下调调定点 用抗菌药物用抗菌药物 消除致热原消除致热原炎炎热热环环境境： 交交感感N N紧紧张张性性皮皮肤肤小小A A舒舒张张 动动- -静静脉脉吻吻合合支支开开放放皮皮肤肤血血流流量量 皮皮肤肤温温度度 温度差温度差 散热散热 此时皮肤的作用如同一个此时皮肤的作用如同一个“散热片散热片”。寒冷环境寒冷环境：交感：交感N N紧张性紧张性 皮肤血管收缩皮肤血管收缩血血流量流量散热散热 此时在皮下脂肪层的协同作用下，皮肤此时在皮下脂肪层的协同作用下，皮肤的作用如同一个的作用如同一个“隔热板隔热板”。 3、循环系统在散热中的作用、循环系统在散热中的作用三、体温的调节三、体温的调节n自主
19、性体温调节(autonomic thermoregulation)n行为性体温调节(behavioral thermoregulation)（一）温度感受器（一）温度感受器1、外周温度感受器：分布在皮肤、粘膜、外周温度感受器：分布在皮肤、粘膜、 内脏等处的神经末梢。内脏等处的神经末梢。n热感受器：热感受器：35感受器兴奋感受器兴奋产生温觉。产生温觉。n冷感受器：冷感受器：30 感受器兴奋感受器兴奋 产生冷觉。产生冷觉。2、中枢温度感受器：、中枢温度感受器：n概念：位于中枢神经系统内对温度变化敏感的神概念：位于中枢神经系统内对温度变化敏感的神经元经元。n分布在脊髓、脑干网状结构、下丘脑分布在脊髓
20、、脑干网状结构、下丘脑n类型：类型：n热敏感神经元：温度升高时放电，产生散热热敏感神经元：温度升高时放电，产生散热反应反应n冷敏感神经元：温度降低时放电，产生产热冷敏感神经元：温度降低时放电，产生产热反应反应（二）体温调节中枢（二）体温调节中枢n基本中枢：基本中枢：位于视前区下丘脑前部（位于视前区下丘脑前部（PO/AHPO/AH）n实验依据：实验依据：n分段切除：只要保持下丘脑及其以下神经结构完整，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。体温即可保持恒定。n破坏破坏PO/AHPO/AH区，体温调节减弱或消失区，体温调节减弱或消失n现认为现认为下丘脑下丘脑的的PO/AHP
21、O/AH区是体温调节中枢整合机区是体温调节中枢整合机构的中心部位。构的中心部位。调定点学说（调定点学说（set-point）n内容：内容：PO/AH区包括区包括30%热敏神经元和热敏神经元和10%冷敏神经元。它们不仅可感受局部组冷敏神经元。它们不仅可感受局部组织温度变化，还可以对脊髓、延髓、脑干织温度变化，还可以对脊髓、延髓、脑干网状结构等途径传入温度信息做整合处理，网状结构等途径传入温度信息做整合处理，按照设定温度（调定点，如按照设定温度（调定点，如370C）来调节）来调节体温体温.n中枢温度中枢温度 （37C） PO/AH 热敏神经元热敏神经元 散热散热 ，产热，产热 体温体温 n中枢温度
22、中枢温度 （37 C ） PO/AH 热敏神经元热敏神经元 ，冷敏神经元冷敏神经元 散热散热 ，产热，产热 体温体温 n机制机制：调定点是由调定点是由PO/AH区中温度敏感神经区中温度敏感神经元的工作特性（兴奋阈值）决定的。元的工作特性（兴奋阈值）决定的。n热敏神经元热敏神经元对温度反应的兴奋性对温度反应的兴奋性（阈值（阈值）n冷敏神经元冷敏神经元对温度反应的兴奋性对温度反应的兴奋性（阈值（阈值）n发热原因：发热原因：是由于致热原（病毒、细菌）使调是由于致热原（病毒、细菌）使调定点上移（称为定点上移（称为重调定重调定）所引起）所引起。调定点上移调定点上移四、温度习服概念：机体在低温或高温环境下
23、，逐渐产 生适应性变化，是机体最大调节能力增强，这种现象称为温度习服。1、热习服2、冷习服表表7-4 我国人我国人BMR的正常平均值（的正常平均值（kJ/m2h）年龄年龄(岁岁)男性男性1115女性女性195.5195.5172.5172.51617 181920303140415051以上以上193.4193.4166.2166.2157.8157.8158.7158.7154.1154.1149.1149.1181.7181.7154.1154.1146.5146.5150.0150.0142.4142.4138.6138.6353739神经元放电数值A:冷敏（产热）B:热敏（散热）下丘脑温度（下丘脑温度（） BAAB复习思考题复习思考题1.1.名词解释：食物的热价、氧热价、呼吸商、名词解释：食物的热价、氧热价、呼吸商、非蛋白呼吸商、基础代谢率、发汗非蛋白呼吸商、基础代谢率、发汗2.2.简述机体能量的来源和去路。简述机体能量的来源和去路。3.3.机体产热的主要器官是什么？机体产热的主要器官是什么？4.4.简述影响能量代谢的主要因素。简述影响能量代谢的主要因素。5.5.为什么发热病人常伴有寒战反应？为什么发热病人常伴有寒战反应？6.6.根据散热原理，如何给高热病人降温？根据散热原理，如何给高热病人降温？7.7.人的体温是如何维持相对恒定的？人的体温是如何维持相对恒定的？
