第七章---能量代謝和體溫.ppt

1、第七章 能量代謝和體溫,目 錄,第一節(jié) 能量代謝 一、食物的能量轉化 二、能量代謝的測定 三、影響能量代謝的主要因素 四、基礎代謝 第二節(jié) 體溫及其調(diào)節(jié) 一、正常體溫及其生理變動 二、機體的產(chǎn)熱和散熱 三、體溫調(diào)節(jié) 四、異常體溫,本章要求 掌 握： 1.影響能量代謝的主要因素 2.機體產(chǎn)熱和散熱的原理 3.維持體溫相對恒定的機制 熟悉： 1.基礎代謝和基礎代謝率的概念 2.食物的熱價、氧熱價和呼吸商的概念 了解： 1.能量代謝測定的原理和測定方法 2.體溫的生理變異和測定方法,第一節(jié) 能量代謝,生命的基本特征之一是新陳代謝 合成代謝 耗能 新陳代謝 （物質代謝） 分解代謝 放能 能量代謝的概念

2、:物質代謝過程中伴隨著的能量的釋放、轉移和利用，稱為能量代謝（energy metabolism）,能量代謝,一 、機體能量的來源與去路,糖 ：70% 來源 脂肪：4050% 蛋白質：數(shù)量很少,方式：有氧氧化與無 氧酵解。,（一）機體能量的來源,1. 糖,腦組織所需能量完全來源于糖的有氧氧化。 當機體缺氧和血糖水平過低時，均可導致腦功能障礙，甚至出現(xiàn)低血糖性休克。,2. 脂肪,為機體主要的貯能物質。 是機體短期饑餓時的主要供能物質 供能方式:有氧氧化 特點:釋放能量多，為同等重量糖 的二倍。,3. 蛋白質,一般用作構成細胞成分，及合成酶和激素等生物活性物質，不做為供能物質。 但在長期饑餓，能源

3、缺乏時才不得已用于供能 。,ATP自由能,CP,生物合成 分泌 神經(jīng)傳導 AP,約50%,（二）機體能量的來源與去路,CO2+H2O,ADP,肌肉收縮,熱能,外功,能量,三大營養(yǎng)物質 （化學能）,有 氧 氧 化,5 未利用,45,（三）機體的能量平衡,能量平衡是指機體從食物攝入的能量和由于 代謝活動所消耗的能量之間的平衡。 若人體能量“收支平衡”，體重保持不變；若人體能量“收支失衡”，體重增加或減少。,肥胖（obesity）,肥胖癥已成為世界性健康問題之一；能量平衡異常是導致肥胖的原因之一。 體質指數(shù)（BMI)是臨床上確定肥胖癥的常用指標； BMI體重（kg）/【身高（m）】2 亞洲成年人BM

4、I正常范圍為18.522.9；23為超重；30為度肥胖。,二、能量代謝的測定和方法,（一）測定原理 機體的能量代謝也遵循能量守恒定律： 機體釋放的能量=熱能+外功 機體安靜時，外功=0，此時機體能量 代謝=機體在單位時間內(nèi)散發(fā)的總熱量,(二)能量代謝測定方法 1. 直接測熱法 直接測出人體在一定時間內(nèi)發(fā)散的熱量 2. 間接測熱法化學反應的定比定律 C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+Q 只要測得機體單位時間的耗O2量和CO2產(chǎn)生量，便可計算出產(chǎn)熱量，從而算出能量代謝率。,耗O2量和CO2產(chǎn)生量的測定方法,（1）開放式：是指在呼吸空氣的條件下進行測定的方法，如圖。該法適用于勞動、運動等情

5、況下的能量代謝測定。,（2）閉合式：是用代謝率測定器進行測定，如圖：,(三）間接測熱法的具體步驟,1.測定參數(shù) 由于間接測熱法是根據(jù)機體單位時間的耗O2量和CO2產(chǎn)生量來推算各種食物的消耗量和產(chǎn)熱量，因此必須首先了解以下幾個概念： 食物的卡價（caloric value) 食物的氧熱價(thermal equivalent of oxygen) 呼吸商(respiratory quotient),（1）食物的卡價（caloric value) : 概念：1克某種食物氧化（或在體 外燃燒）時釋放的熱量 。單位: kJ或kcal,蛋白質：物理卡價大于生物卡價。,物理卡價：在體外燃燒時釋放的熱量 生

6、物卡價：在體內(nèi)氧化時所產(chǎn)生的熱量,（2）食物的氧熱價 (thermal equivalent of oxygen) 概念：某種營養(yǎng)物質在體內(nèi)氧化時，每消耗一升氧所產(chǎn)生的熱量稱為該物質的氧熱價,（3）呼吸商 (respiratory quotient, RQ),概念：營養(yǎng)物質在體內(nèi)氧化時， 所產(chǎn)生的CO2與所消耗的O2的容積比。,經(jīng)測定：糖的呼吸商為1；脂肪的呼吸商為0.71；蛋白質的呼吸商為0.80；,2.能量代謝率的計算,非蛋白呼吸商(NPRQ) 概念：是指在一定時間內(nèi)，糖和脂肪氧化時的呼吸商；計算見下面所述：,非蛋白呼吸商的計算步驟,測定一定時間內(nèi)的尿氮量； 根據(jù)尿氮量來計算蛋白質分解量；

7、 根據(jù)表71的數(shù)據(jù)算出蛋白質的耗O2量和CO2產(chǎn)生量； 用總的耗O2量和CO2產(chǎn)生量減去蛋白質分解時的耗O2量和CO2產(chǎn)生量，即可得糖和脂肪氧化時的耗O2量和CO2產(chǎn)生量；從而算出NPRQ。,表7-1 三種營養(yǎng)物質氧化時的幾種數(shù)據(jù),營養(yǎng)物質 糖 蛋白質 脂肪 物理熱價 (kJ/g) 17.15 23.43 39.75 生物熱價 (kJ/g) 17.15 17.99 39.75 營養(yǎng)學熱價(kJ/g) 16.7 16.7 37.7 耗氧量 (L/g) 0.83 0.95 2.03 CO2產(chǎn)生量 (L/g) 0.83 0.76 1.43 氧熱價(kJ/L) 21.00 18.80 0.80 呼吸商

8、(RQ) 1.00 0.80 0.71,非蛋白呼吸商的測定意義,研究表明，NPRQ與氧熱價之間有一定的比例關系（表72），知道NPRQ,就可從表72中查找氧熱價，用氧熱價乘以O2耗量即可得到非蛋白質代謝的產(chǎn)熱量，再加上蛋白質分解的產(chǎn)熱量，最終可得出機體總產(chǎn)熱量。,表7-2 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),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 20.29,0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.9

9、0 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.00,非蛋白呼吸商,氧化的%,糖(%),脂肪(%),氧熱價(kJ/L),50.7 5401 57.5 60.8 64.2 67.5 70.8 74.1 77.4 80.7 84.0 87.2 90.4 93.6 96.8 100.0,49.3 45.9 42.5 39.2 35.8 32.5 29.2 25.9 22.6 19.3 16.0 12.8 9.58 6.37 3.18 0.0,20.34 20.40 20.45 20.50 20.55 20.60 20.65 20.70 20.76 2

10、0.82 20.86 20.91 20.96 21.01 21.07 21.12,表2續(xù),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： 求出蛋白質代謝的耗氧量、CO2產(chǎn)生量和產(chǎn)熱量 蛋白質氧化量=126.25=75g 耗氧量=0.9575=71.25L CO2產(chǎn)生量=0.76 75=57L 產(chǎn)熱量=1875=1350kJ,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 計算非蛋白代謝的產(chǎn)熱量 查表72 NPRQ =0.8

11、6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 計算24h產(chǎn)熱量 24h產(chǎn)熱量=1350kJ+6710kJ=8060kJ,3.臨床簡化方法：因為一般情況下，蛋白質氧化分解極少，故可忽略不計蛋白質產(chǎn)熱量；用混合呼吸商代替NPRQ,查出相應氧熱價，即可用下式計算： 產(chǎn)熱量 =氧熱價耗氧量,4.更為簡略的方法： 僅測出機體一定時間內(nèi)的耗O2量，把混合食物的RQ 定為 0.82，此時氧熱價為20.20，即可用下式計算： 產(chǎn)熱量 = 20.18耗氧量 單位：kJ/m2.h,如何比較不同個體的能量代謝率差異？研究表明：基礎代謝率、肺活量、腎

12、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系，而與機體體重相關性不明顯。,（四）能量代謝率的衡量標準,體表面積計算,體表面積（m2）=0.0061身高（cm）+0.0128 體重（kg）0.1529 ，簡化法計算，如圖：,三、影響能量代謝的因素 1. 肌肉活動 對能量代謝的影響最為顯著，見表73 運動或勞動的強度 消耗的能量,表7-3 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 11.36 17.04 24.96,2. 精神活動,精神緊張、情緒激動

13、 能量代謝 機理: 激動時 骨骼肌的緊張性 能量代謝 交感神經(jīng)興奮 兒茶酚胺釋放 能量代 謝率,3. 食物的特殊動力效應 概念：進食后一段時間內(nèi)（從進食后1h開始持續(xù)到78h），即使機體處于安靜狀態(tài)，機體產(chǎn)熱量也要比進食前有所增加，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。 蛋白質：25-30 糖和脂肪：4-5 4. 環(huán)境溫度 20-30：體溫穩(wěn)定；30 或 20：體溫升高,四、基礎代謝（basal metabolism) (一）基礎代謝概念 基礎代謝:指基礎狀態(tài)下的能量代謝 基礎代謝率(BMR):單位時間內(nèi)的基礎代謝 基礎狀態(tài):是指人體處于清醒而又極安靜的狀態(tài)下，能量代謝不受

14、肌肉活動、環(huán)境溫度、食物特殊動力效應及精神因素等的影響。其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。,（二）基礎代謝率的測定條件 1.測定條件： （1）禁食1214h （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2025度之間 2.測定方法：通常采用簡化法來測定和計 算BMR,即：產(chǎn)熱量耗氧量20.2KJ,3. BMR的計算和其正常值,我國正常人BMR的平均值見表74；,表7-4 我國人BMR的正常平均值（kJ/m2h）,年齡(歲),男性,1115,女性,195.5,172.5,1617,1819,2030,3140,4150,51以上,193.

15、4,166.2,157.8,158.7,154.1,149.1,181.7,154.1,146.5,150.0,142.4,138.6,（三）BMR的正常水平及其異常變化,基礎代謝率與年齡、性別及身材大小有關：一般男子BMR比女子高，幼年比成年高，年齡越大，BMR值越低。同一個體BMR值較穩(wěn)定。 BMR值正常與否判定：將所測值與表74對應正常平均值比較，相差在1015之內(nèi)，均屬正常。,BMR測定的臨床意義 ： 有助于診斷某些疾病 甲低：BMR比正常低 4020 甲亢：BMR比正常高 25%80% BMR：發(fā)熱、糖尿病、紅細胞增多癥、白血病、腎上腺皮質功能亢進、有呼吸困難的心臟病等。 BMR ：

16、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）體表溫度和體核溫度 1.體溫的概念:機體深部的平均溫度。 （1）體表溫度（shell temperature）：值低，不穩(wěn)定，各部差異大 （2）體核溫度（core temperature ）：數(shù)值高，穩(wěn)定，各部差異小,一、體溫及其正常變動,. 體溫的測量及其正常值 直腸溫度 正常值：36.9 - 37.9；測量時應將肛表插入直腸6cm以上。 口腔溫度 正常值： 36.7 - 37.7；嬰幼兒和行為不能自控的人不能采用。 腋窩溫度 正常值： 36.0 - 37.4；測量時應使腋窩緊閉，測量時間不少于10分鐘。,（二）

17、體溫的生理變動 1. 晝夜變化:清晨 2:00-6:00 最低 午后 1:00-6:00 最高 2. 性別:女子比男子高0.3 度 女子基礎體溫隨月經(jīng)周期而變動(如圖),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：測溫時應避免其影響 5. 其它：如前述影響能量代謝的諸因素,二、 機體的產(chǎn)熱和散熱 （一）機體的產(chǎn)熱過程 1. 主要產(chǎn)熱器官： 有：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（shivering thermogenesis）： 在骨骼肌緊張性增強的基礎上發(fā)生的不隨意的節(jié)律

18、性收縮 ； 特點：屈肌和伸肌同時收縮，不做外功，而產(chǎn)熱量很高。 一般在戰(zhàn)栗前先出現(xiàn)寒冷性肌緊張(thermal muscle tone)或稱戰(zhàn)栗前肌緊張(pre-shivering tone),（2）非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱 (代謝產(chǎn)熱),概念： 是指寒冷刺激加強了機體褐色脂肪組織的產(chǎn)熱過程，其產(chǎn)熱量占非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱的70%。 體內(nèi)褐色脂肪組織在不同年齡含量不同，嬰幼兒含量大于成年人； 新生兒不能發(fā)生戰(zhàn)栗，非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱對新生兒在寒冷環(huán)境中維持體溫有重要意義。,（二）機體的散熱過程 人體主要散熱部位是皮膚 1. 幾種主要的散熱方式 (1) 輻射散熱（thermal radiation） 是機體以熱射線（紅外線）形式

19、將熱能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,(2)傳導散熱 是指機體將熱量直接傳給同它接觸的較冷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 (3) 對流散熱 指通過氣體或液體的流動散發(fā)體熱的形式，是傳導散熱的一種特殊形式。 影響因素：風速,(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 當環(huán)境溫度超過體表溫度時，其是機體唯一的散熱方式。 影響因素：濕度大，不易散熱 風速大，散熱快 蒸發(fā)散熱分不感蒸發(fā)和出汗,不感蒸發(fā)（insensible perspiration）： 概念：

20、指水分直接透出皮膚和粘膜表面，在未聚成明顯的水滴以前便蒸發(fā)掉的一種散熱方式。在蒸發(fā)表面上彌漫性進行。,皮膚: 0.6-0.8L/d 呼吸: 0.2-0.4L/d,1L/d,表7-5 在環(huán)境溫度為21時人體散熱 方式及其所占比例,常用降溫措施及其理論依據(jù),降溫措施:理論依據(jù): 冰袋、冰帽 增強傳導散熱 電扇、通風 增強對流散熱 降低室溫.減衣增強輻射散熱 酒清擦浴增加蒸發(fā)散熱 用阿司匹林 下調(diào)調(diào)定點 用抗菌藥物 消除致熱原,發(fā)汗（sweating）,發(fā)汗：又稱可感蒸發(fā)(sensible perspiration),是一反射活動，主要由受交感膽堿能纖維支配的小汗腺的活動引起。 ACh有促進汗腺分泌

21、的作用，而阿托品及其它抗膽堿藥可阻斷其分泌；,溫熱性發(fā)汗（thermal sweating）:在體溫調(diào)節(jié)中起主要作用。 精神性發(fā)汗（mental sweating）:精神緊張時發(fā)生，與體溫調(diào)節(jié)無關。,發(fā)汗的影響因素：受勞動強度、環(huán)境溫度、濕度、風速等影響。 勞動、氣溫 出汗速度 散熱 濕度 蒸發(fā)困難出汗 風速 蒸發(fā)容易、出汗,中暑,中暑： 指因高溫環(huán)境或受到烈日的暴曬而引起的疾?。ㄒ姾笫觯?。 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,汗液 成分：剛分泌出的汗液類似血漿(但不含血漿蛋白) 水分：99 固體成份：大部分為NaCl 含少量KCl、尿素、乳

22、酸 吸收：汗液經(jīng)導管流向體表時，一部分NaCl被導管細胞重吸收，并受醛固酮調(diào)節(jié)。因此，大量出汗會造成高滲性脫水。,2. 皮膚血流量的調(diào)節(jié) 輻射、傳導和對流散熱受溫度差影響 炎熱環(huán)境： 交感N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 此時皮膚的作用如同一個“散熱片”。,皮膚血流量的調(diào)節(jié),寒冷環(huán)境：交感N緊張性 皮膚血管收縮血流量散熱 此時在皮下脂肪層的協(xié)同作用下，皮膚的作用如同一個“隔熱板”。,行為性體溫調(diào)節(jié) （automatic thermoregulation） 類型 自主性體溫調(diào)節(jié) （behavioral thermoregulation ）,三、 體溫調(diào)節(jié)

23、,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，通過增減皮膚血流量、出汗、戰(zhàn)栗及改變代謝率等生理反應，來維持機體產(chǎn)熱和散熱過程的動態(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，稱為行為性體溫調(diào)節(jié)。 后者以前者為基礎，是對前者的補充,（一）溫度感受器 1.外周溫度感受器 存在部位:皮膚.粘膜和內(nèi)臟。類型： 冷覺感受器： 35 感受器興奮 產(chǎn)生溫覺 本質：為游離的神經(jīng)末梢,. 中樞溫度感受器,概念:位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)對溫度變化敏感的神 經(jīng)元.分布在脊髓、腦干網(wǎng)狀結構、下丘腦 類型及其作用： 熱敏感神經(jīng)元：溫度升高時放電，產(chǎn)生散熱反應 冷敏

24、感神經(jīng)元：溫度降低時放電，產(chǎn)生產(chǎn)熱反應,視前區(qū)下丘腦前部（PO/AH）溫度敏感神經(jīng)元,a.能感受局部腦溫度變化的刺激 b.還能對下丘腦以外部位溫度變化的信息起反應 c.提示下丘腦的PO/AH是機體體溫調(diào)節(jié)整合的中心部位,(二)體溫調(diào)節(jié)中樞,基本中樞：位于視前區(qū)下丘腦前部（PO/AH） 實驗依據(jù)：分段切除：只要保持下丘腦及其以下神經(jīng)結構完整，體溫即可保持恒定 破壞PO/AH區(qū)，體溫調(diào)節(jié)減弱或消失 現(xiàn)認為下丘腦的PO/AH區(qū)是體溫調(diào)節(jié)中樞整合機構的中心部位。,1.調(diào)定點（set point)學說 內(nèi)容:體溫調(diào)節(jié)類似于恒溫器,在PO/AH中設置一個調(diào)定點（如370C）,PO/AH就是按照這個溫度值來

25、調(diào)節(jié)體溫的. 機制:調(diào)定點是由PO/AH區(qū)中溫度敏感神經(jīng)元的工作特性（興奮閾值）及兩種溫度敏感神經(jīng)元相互制約、相互協(xié)調(diào)地活動所決定的。,（三）體溫調(diào)節(jié)機制,下丘腦溫度,B,A,A,B,發(fā)熱原因： 是由于致熱原（病毒、細菌）使調(diào)定點上移（稱為重調(diào)定）所引起。,2.機體在寒冷環(huán)境中的產(chǎn)熱調(diào)節(jié)反應,戰(zhàn)栗 寒冷 皮膚冷感受器興奮 下丘腦PO/AH冷敏神經(jīng)元興奮 軀體運動神經(jīng) 脊髓前角運動神經(jīng)元興奮 戰(zhàn)栗 產(chǎn)熱增多 交感神經(jīng)興奮 寒冷刺激交感神經(jīng)興奮腎上腺髓質分泌E、NE增多 產(chǎn)熱增多； 寒冷刺激交感神經(jīng)興奮褐色脂肪組織代謝產(chǎn)熱增多。 甲狀腺激素的產(chǎn)熱作用 寒冷刺激 中樞神經(jīng)系統(tǒng) 下丘腦TRH神經(jīng)元興奮 腺垂體分泌TSH增多 甲狀腺分泌T3、T4增多 產(chǎn)熱增多 （4）皮膚散熱減少（如下圖所示：）,皮溫下降皮膚冷覺感受器傳入神經(jīng),下丘腦PO/AH 體溫調(diào)節(jié)中樞,血液深部溫度中樞冷敏神經(jīng)元,軀體N骨骼肌緊張性產(chǎn)生寒戰(zhàn),甲狀腺 分泌