生理学教案第七章 能量代谢与体温

生理学教案第七章 能量代谢与体温.txt“我羡慕内些老人 羡慕他们手牵手一直走到最后。━交话费的时候，才发现自己的话那么值钱。第七章 能量代谢与体温

第一节 能 量 代 谢

生物体的基本特征：新陈代谢

能量代谢(energy metabolism):指体内物质代谢过程中所伴随的能量的释放、转移、储存和利用。

一、机体能量的来源与利用

㈠能量的来源

1.三磷酸腺苷(ATP)的生成与作用

三磷酸腺苷（ATP）是体内能量转化和利用的关键物质

ATP――既是体内直接供物质，又是体内能量储存的重要形式。

ATP :供能+储能

1molATP分解为ADP,可释放出51.6KJ的热量。

磷酸肌酸(CP):ATP的贮存库

含高能磷酸键，但需将高能磷酸键交给ADP生成ATP后机体才能利用。


2.三大营养物质的能量转化

⑴糖(carbohydrate):机体的主要能源 50%-70%（中国人）

糖酵解在人体处于缺氧状态时极为重要，这是人体的能源物质唯一不需氧的供能途径。

氧债(oxygen debt)：剧烈运动时，骨骼肌耗氧量猛增，循环呼吸不能很快满足机体对氧的需要，骨骼肌处于相对缺氧状态，这种现象称为氧债。

缺氧和血糖↓→意识障碍、昏迷以及抽搐

⑵脂肪(fat)：储存和供给能量。提供大约 30%的能量。

摄取过多的糖可在体内转化为脂肪，这可能是导致肥胖的重要原因之一。(供能+贮能――肥胖)

⑶蛋白质(protein)：

主要用于重新合成蛋白质(今天的你已经不是昨天的你)，成为细胞的构成成分或酶、激素等生物活性物质。

次要功能是提供能量(晚期肿瘤、恶病质) 。

㈡能量的利用



热能是最低形式的能量，主要用来维持体温，不能转变为其他形式的能，因此不能用来做功

㈢能量平衡

概念：人体的能量平衡是指机体摄入的能量和消耗的能量之间的平衡。

人体每日消耗的能量包括：基础代谢的能量消耗、食物的特殊动力效应、身体运动的能量消耗和其他的生理活动。

能量的负平衡 能量的正平衡

体重指数(body mass index,BMI)：体重(kg)除以身高(m)的平方所得之商。

正常：20～23.9；超重：24～27.9；肥胖：≥ 28。

二、能量代谢的测定

能量计量单位： 生理学及营养学：卡(calorie，cal)或千卡(kcal) 法定计量单位：焦耳(joule，J)或千焦(kilojoule，kJ) 卡和焦耳之间的换算关系是：1cal=4.187J

㈠ 能量代谢的测定原理

原理:能量守恒定律

能量代谢率:单位时间内所消耗的能量。

通常以单位时间内每平方米体表面积的产热量为单位，即kJ/m2?h

1.测定机体在一定时间内所消耗的食物

2.测定一定时间的产热量和所作的外功

㈡与能量代谢测定有关的几个

概念

1.食物的热价(thermal equivalent of food):1ｇ某种食物氧化(或在体外燃烧)时所释放的能量称为该种食物的热价。

生物热价：体内氧化

物理热价：体外燃烧

糖与脂肪：物理热价＝生物热价 蛋 白 质：物理热价＞生物热价

2.食物的氧热价(thermal equivalent of oxygen):某种食物氧化时消耗1L氧所产生的热量称为该种食物的氧热价。

概念：一定时间内机体呼出的CO2量与吸入的O2量的比值,称为呼吸商(respiratory quotient,RQ)。

糖：1.00 ；蛋白质：0.80；脂肪：0.71；混合饮食：0.85

RQ↑:糖→脂肪；酸中毒；肺过度通气；剧烈运动

RQ↓:脂肪→糖；碱中毒；肺通气不足

非蛋白呼吸商(NPRQ):根据糖和脂肪氧化时产生的CO2量和消耗O2量的比值称为NPRQ。

㈢ 能量代谢的测定方法

⑴方法:

受试者安静状态下：直接测热法 间接测热法

机体自由活动状态下：双标记水法

1.直接测热法 (direct calorimetry)

让受试者居于一个特殊的隔热小房间内，收集受试者安静状态下在一定时间内发散的总热量，这种方法称为直接测热法。

直接测热的装置较为复杂，主要用于研究肥胖和内分泌系统障碍等。

被测者散发的热量使水温升高，水温升高的度数与产热量成正比关系。

2.间接测热法(indirect calorimetry)

原理：定比定律

⑴间接测热法的步骤：

1)计算氧化蛋白质食物的产热量：测定机体一定时间内的尿氮排出量，计算体内氧化蛋白质的量，据蛋白质的生物热价，算出氧化蛋白质食物的产热量。

2)计算氧化非蛋白质食物的产热量：①测定机体在一定时间内的总耗O2量和CO2产生量，减去蛋白质食物氧化时的耗O2量和CO2产生量，即为非蛋白部分食物的耗O2量和CO2产生量。

②计算出NPRQ：=非蛋白CO2产生量/非蛋白耗O2量。

③NPRQ表查出的氧热价×非蛋白耗O2量，为非蛋白食物的产热量。

④能量代谢计算：=非蛋白食物的产热量+蛋白食物的产热量。

举例：受试者24小时的耗O2量是400L，CO2产量为340L。另经测定尿氮排出量为12g。

(1)蛋白质代谢： 氧化量=12g÷0.16=75g

产热量=18kJ/g×75g=1350kJ

耗氧量=0.95L/g×75g=71.25L

CO2产量=0.76L/g×75g=57L

(2)非蛋白代谢：耗氧量=400L-71.25L=328.75L

CO2产量=340L-57L=283L

NPRQ=283L÷328.75L=0.86

(3)根据NPRQ的氧热价计算非蛋白代谢的产热量：

查表NPRQ为0.86时，氧热价为20.41kJ/L

非蛋白代谢产热量=328.75L×20.41kJ/L=6709.79kJ

(4)计算24小时产热量： 24小时产热量=1350kJ+6709.79kJ=8059.79kJ

临床应用的简便方法

a .测定一

定时间内的耗氧量和CO2排出量――呼吸商作为NPRQ

b.用代谢测定仪――测定一定时间内的耗氧量(6min)将混合食物NPRQ定为：0.82

（氧热价：20.20KJ/L）

⑵耗氧量与CO2产量的测定方法

1）闭合式测定法：

临床上通常只使用肺量计来测量耗氧量。

2）开放式测定法(气体分析法)：

在机体呼吸空气的条件下测定耗氧量和CO2产量的方法，即采取受试者一定时间内的呼出气，通过气量计测出呼出气量并分析呼出气体中氧和CO2容积百分比。由于吸入气就是空气，所以其中的氧和CO2的容积百分比不必另测。根据吸入气和呼出气中氧和CO2的容积百分比的差数，即可算出该时间内的耗氧量和CO2排出量，并算出混合呼吸商。

3）双标记水法(double labelled water, DLW)：

在受试者自由活动的状态下，给予受试者一定量的氘(2H)和18氧(18O)标记水2H2O 、H218O，在一定时间内(10天左右)间断采集尿液，测定2H代谢率和18O代谢率。

2H 参与体内的水代谢，18O参与水和CO2的代谢，所以CO2的产生量可以通过二者代谢率之差活动。

RQ可根据实际摄入的食物组成推算，即可得到总的耗氧量，求出每日总能量消耗量。

该方法适用于儿童生长发育、运动生理、营养学等方面的研究。

三、影响能量代谢的主要因素

㈠ 肌肉活动

肌肉活动对于能量代谢的影响最为显著。机体任何轻微的活动都可提高代谢率。机体耗氧量∝肌肉活动的强度，耗氧量最多可达安静时的10-20倍。评估肌肉活动强度的指标：能量代谢率



㈡ 精神活动

脑的重量只占体重的2.5％，但在安静状态下心输出量的约15％分配给脑循环。在安静状态下，每100g脑组织的耗氧量为3-3.5ml/min，将近安静肌肉组织耗氧量的20倍。

在睡眠和活跃的精神活动情况下,脑中葡萄糖的代谢率却几乎没有差异。可见，在精神活动时，中枢神经系统本身的代谢率即使有所增加，其程度也是可以忽略的。

人在平静思考问题时，能量代谢受到的影响也并不大，产热量增加一般不超过4%。

在精神处于紧张状态，如烦恼、恐惧或情绪激动时，由于随之而出现的无意识的肌紧张以及刺激代谢的激素(如甲状腺激素)释放增多等原因，产热量可以显著增加。因此，在测定基础代谢率时受试者必须屏除精神紧张的影响。

㈢ 食物的特殊动力效应(specific dynamic effect)

人从进食后1小时左右开始，延续7～8小时，虽然同样处于安静状态，但所产生的热量却要比未进食时有所增加。可见这种额外的能量消耗是由进食所引起的。进食刺激机体产生额外能量消耗的作用，

称为食物的特殊动力效应。三种主要营养物质中，蛋白质的特殊动力效应最为显著约为30％；糖和脂肪的特殊动力效应分别为6％和4％，混合性食物为10％。在计算所需能量摄入量时，应考虑到这部分能量消耗，给予相应的能量补充；而对于久病初愈者则应慎重补充蛋白食物，以免加重胃肠负担。

机制：可能与肝脏处理氨基酸或合成糖原有关。

㈣ 环境温度

人(裸体或只着薄衣)安静时的能量代谢，在20～30℃的情况下最为稳定，主要是因为肌肉保持松弛。当环境温度低于20℃时，代谢率即开始增加；在10℃以下时，则显著增加。环境温度低时，代谢率的增加主要是由于寒冷刺激反射性地引起寒战以及肌肉紧张度的增强。

当环境温度超过30℃时，代谢率又会逐渐增加，这可能是因为体内化学过程的反应速度加快，还有发汗功能旺盛以及呼吸、循环功能增强等因素的作用。

四、基础代谢(basal metabolism)

㈠ 概念

1.基础代谢:基础状态下的能量代谢。

基础状态:清晨、清醒、静卧，未作肌肉活动；前夜睡眠良好，测定时无精神紧张；测定前至少禁食12h，排除食物特殊动力效应的影响；室温20-25℃，排除环境温度的影响；体温正常

2.基础代谢率(basal metabolic rate,BMR) ：

基础状态下,单位时间内的能量代谢。

BMR比一般安静时的代谢率要低些，但并不是最低的，因为熟睡时的代谢率更低(比安静时低8％～10％，但做梦时可增高)。

单位：kJ/m2?h（∵研究表明,机体能量代谢率与体重相关性不明显,而与体表面积基本上成正比）.

体表面积的测定：

1.Stevenson公式

体表面积(m2)=0.0061×身高(cm)+0.0128×体重(kg)-0.1529

2.体表面积测算图

体表面积的测定：体表面积还可从右图直接求出。其用法是，将受试者的身高和体重在相应的两条列线上的两点连一直线，此直线与中间的体表面积列线的交点就是该人的体表面积。除BMR外，心输出量、肾小球滤过率等，也都与体表面积呈一定的比例关系。

BMR的计算（简略法）：RQ：0.82（氧热价20.20kJ/L）

受试者，男性，20岁，在基础状态下，1小时的耗氧量为14L，测得体表面积为1.6 m2。

BMR：20.20kJ/L×14L