生理學(xué)教學(xué)課件：Chapter7 能量代謝和體溫

Chapter7

能量代謝和體溫EnergyMetabolismandTemperature第一能量代謝新陳代謝（metabolism）是生命最基本的特征。新陳代謝同化作用（合成代謝）--耗能異化作用（分解代謝）--放能能量代謝

生物體內(nèi)物質(zhì)代謝中伴隨著的能量的釋放、轉(zhuǎn)移和利用，稱(chēng)為能量代謝（energymetabolism）。所有生命都利用太陽(yáng)能FoodPyramid1992，USDA一、機(jī)體能量的來(lái)源與利用（一）機(jī)體能量的來(lái)源：糖：70%；脂肪：約30%；蛋白質(zhì)（氨基酸）：少量FruitsVegetablesProteinGrainsDairyMyPlate,2011（二）能量的轉(zhuǎn)移和利用能量?jī)?chǔ)存和能量直接利用形式——ATP能量的貯存形式——磷酸肌酸(creatinephosphate,CP)糖脂肪蛋白質(zhì)如何把生理/生化學(xué)習(xí)有效相連？(1)生化提供在細(xì)胞/分子層面的機(jī)理/視角；(2)生化在理解/闡釋生命表征中的意義。ATP循環(huán)是生物體內(nèi)能量轉(zhuǎn)換最基本的方式ATP+肌酸ADP+磷酸肌酸CP的高能磷酸鍵是一種能量貯存方式

ATP的高能磷酸鍵直接參與能量提供ATP注CP:creatinephosphate去路能源物質(zhì)釋放的能量50%熱能，其余以自由能形式貯存于ATP中。除骨骼肌運(yùn)動(dòng)時(shí)所完成的機(jī)械外功，其余自由能最終也轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?lt;30%

(1)食物熱價(jià)：1g食物氧化時(shí)釋放出來(lái)的能量。

物理熱價(jià):食物在體外燃燒產(chǎn)生

生物熱價(jià)：食物在體內(nèi)經(jīng)過(guò)生物氧化所產(chǎn)生

(2)食物的氧熱價(jià)：某種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化時(shí)，消耗1L氧所產(chǎn)生的熱量。

(3)呼吸商(respiratoryquotient,RQ)：在一定時(shí)間內(nèi)，機(jī)體CO2產(chǎn)生量和氧耗量的比值；混合膳食RQ為0.82~0.85。

1.幾個(gè)有關(guān)概念RQ＝————————

產(chǎn)生CO2ml數(shù)消耗的O2ml數(shù)二、能量代謝的測(cè)定非蛋白呼吸商由于糖、脂肪和蛋白質(zhì)分子中所含碳、氫、氧比例不同，RQ不相同，糖的RQ為1;脂肪的RQ為0.71；蛋白質(zhì)的RQ約為0.80。從總CO2產(chǎn)量和總耗氧量中減去蛋白質(zhì)的相應(yīng)部分，可得糖和脂肪的CO2產(chǎn)量和氧耗量之比值，為混合RQ，稱(chēng)非蛋白呼吸商(non-proteinrespiratoryquotient,NPRQ)。Non-proteinrespiratoryquotient,NPRQ根據(jù)非蛋白呼吸商值，（1）可推算機(jī)體糖和脂肪氧化的百分比；（2）可計(jì)算氧化某一種物質(zhì)的氧耗量和CO2產(chǎn)量；（3）可用于間接計(jì)算能量代謝率。

能量代謝率（energymetabolicrate）:單位時(shí)間內(nèi)機(jī)體所消耗的能量。（一）直接測(cè)熱法(directcalorimetry)

原理：能量守恒定律單位時(shí)間釋放能量＝單位時(shí)間消耗能量＝熱能+外功+化學(xué)貯備（利用食物的化學(xué)能）若為0

利用特殊的測(cè)量裝置直接測(cè)量整個(gè)機(jī)體在單位時(shí)間內(nèi)向外界環(huán)境散發(fā)的總熱量。設(shè)備復(fù)雜，操作繁瑣，應(yīng)用受限（肥胖和內(nèi)分泌疾?。?。水溫變化和水流量（二）間接測(cè)熱法1、間接測(cè)熱法的原理定比定律：根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，即反應(yīng)物與反應(yīng)物之間、反應(yīng)物與產(chǎn)物之間存在著一定的比例關(guān)系，從而計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)機(jī)體氧化三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量。然后再根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算該段時(shí)間內(nèi)機(jī)體所釋放的總熱量。比如，

C6H12O6+6O2＝6CO2＋6H2O+ΔH2.間接測(cè)熱方法（1）測(cè)定機(jī)體在一定時(shí)間內(nèi)的氧耗量和CO2產(chǎn)生量閉合式測(cè)定法：肺量計(jì)、代謝儀開(kāi)放式測(cè)定法：化學(xué)分析（比較呼出氣和空氣O2/CO2的差異）（2）測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)尿中排出的氮量，可以計(jì)算出被氧化分解的蛋白質(zhì)量。

蛋白質(zhì)量=6.25×尿氮量（克）從分解的蛋白質(zhì)量查表7-1，計(jì)算出其產(chǎn)熱量、耗氧量和CO2生成量。（3）計(jì)算出NPRQ，查表7-2，求出非蛋白食物產(chǎn)熱量（4）計(jì)算出總的產(chǎn)熱量和能量代謝率間接測(cè)熱法的測(cè)算方法(1)測(cè)定：24h耗氧量400L，CO2排出量340L，尿氮排出量12g。(2)蛋白質(zhì)代謝：蛋白質(zhì)分解量＝12g×6.25＝75g

產(chǎn)熱量＝18.42kJ/g×75g＝1381.5kJ

耗氧量＝0.96L/g×75g＝72LCO2產(chǎn)生量＝0.77L/g×75g＝57.8L(3)非蛋白質(zhì)代謝：耗氧量＝400L－72L＝328LCO2產(chǎn)生量＝340L－57.8L＝282.2L

非蛋白呼吸商=282.2L÷328L＝0.86

查表，NPRQ＝0.86時(shí)，氧熱價(jià)為20.41kJ/L

非蛋白代謝產(chǎn)熱量＝20.41kJ/L×328L＝6694.5kJ(4)24h產(chǎn)熱量：24h產(chǎn)熱量＝1381.5kJ＋6694.5kJ＝8076kJ

即24h能量代謝為8076kJ3.臨床應(yīng)用的簡(jiǎn)便方法（1）通常蛋白質(zhì)消耗量忽略不計(jì)，只測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)CO2產(chǎn)量和氧耗量，計(jì)算RQ按非蛋白R(shí)Q查表，得到對(duì)應(yīng)氧熱價(jià)值，即可計(jì)算總產(chǎn)熱量。（2）更簡(jiǎn)便測(cè)定方法是將RQ為0.82（混合食物的呼吸商），測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)的氧耗量，便可計(jì)算機(jī)體的產(chǎn)熱量。三、影響能量代謝的因素（一）個(gè)體因素

1.體表面積：以單位體表面積(m2)的產(chǎn)熱量作為衡量能量代謝率的標(biāo)準(zhǔn)，單位是kJ/(h·m2)。

體表面積=0.0061×身高(cm)＋0.0128×體重(kg)-0.1529

也可根據(jù)體表面積測(cè)算圖直接求得體表面積。

2.性別和年齡：男>女；年齡↑→代謝率↓（二）生理因素和環(huán)境因素

1.睡眠：

肌緊張和交感神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)↓，能量代謝↓，熟睡時(shí)降低8-10％。

2.肌肉活動(dòng)：最顯著。勞動(dòng)或運(yùn)動(dòng)時(shí)耗氧量和能量代謝顯著增加，可達(dá)安靜時(shí)的10-20倍，因此能量代謝可作為勞動(dòng)或運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉活動(dòng)強(qiáng)度的指標(biāo)。持重機(jī)槍躍進(jìn)42.39ThetermSedentaryDeathSyndromewascoinedbythePresident'sCouncilonPhysicalFitnessandSportsin2002toaddressthegrowingconsequencesofaseatedlifestyle.

“TherearestudiesonSedentaryDeathSyndromethatshowthatsittingforhourscancauseanythingfromlowerbackpaintohighcholesterol,diabetesandobesity,”hesays.

——MladenGolubic,MedicaldirectorfortheCenterforLifestyleMedicineatClevelandClinic'sWellnessInstitute.Video運(yùn)動(dòng)對(duì)耗氧量和肺通氣量的影響“氧債”SO2(%)100—60mmHg60—40mmHg40—20mmHg氧離曲線復(fù)習(xí)3.環(huán)境溫度安靜狀態(tài)下，環(huán)境溫度在20-30℃時(shí)，能量代謝率最為穩(wěn)定。當(dāng)環(huán)境溫度高于30℃或低于20℃時(shí)，能量代謝都將增加。比如艦艇艙內(nèi)溫度可高達(dá)60℃,故艦員的能量代謝率很高。4.食物的特殊動(dòng)力效應(yīng)進(jìn)食后約1～8小時(shí)，機(jī)體比未進(jìn)食前產(chǎn)熱量增加；進(jìn)食可使機(jī)體產(chǎn)生“額外”熱量的現(xiàn)象稱(chēng)為食物的特殊動(dòng)力效應(yīng)(foodspecificdynamiceffect)。蛋白質(zhì)：30％，糖和脂肪：4％～6％，混合食物：10％。

肝臟在脫氨基反應(yīng)中消耗能量可能是“額外”產(chǎn)熱的原因。5.精神緊張當(dāng)精神活動(dòng)處于緊張狀態(tài)（煩惱、憤怒、恐懼或強(qiáng)烈情緒激動(dòng)時(shí)），產(chǎn)熱量可顯著增加。肌緊張?jiān)鰪?qiáng)、交感興奮、某些內(nèi)分泌激素（腎上腺素等）釋放增加等。人在平靜地思考問(wèn)題時(shí)，能量代謝受到的影響不大。四、基礎(chǔ)代謝(basicmetabolism)（一）定義：

基礎(chǔ)代謝指機(jī)體在基礎(chǔ)狀態(tài)下的能量代謝。單位時(shí)間內(nèi)的基礎(chǔ)代謝為基礎(chǔ)代謝率(basicmetabolismrate，BMR)。基礎(chǔ)狀態(tài)指①清晨、清醒、靜臥；②室溫在20～25℃；③禁食12h以上；④情緒安定；⑤體溫正常。（二）BMR測(cè)定和表示方法：

測(cè)6分鐘內(nèi)耗氧量，求出每小時(shí)耗氧量。

取混合飲食RQ為0.82，其氧熱價(jià)為20.2kJ，則BMR＝20.2×每小時(shí)耗氧量÷體表面積。將測(cè)定值與同性別、同年齡組的平均值進(jìn)行比較。相差在±10％～±15％以?xún)?nèi)，正常范圍；

相差值在±20％以上則考慮為病態(tài)。

甲亢時(shí)BMR可高于正常值的25％～80％；甲狀腺機(jī)能減退時(shí)比正常值低20％～40％。1mg的甲狀腺素可增加產(chǎn)熱4000KJ。誘導(dǎo)Na-K-ATP酶的合成，加速ATP分解；誘導(dǎo)解偶聯(lián)蛋白表達(dá)；加速耗氧和產(chǎn)熱。TH阿狄森氏病、腎病綜合征、腦垂體性肥胖、病理性饑餓時(shí)，BMR降低。糖尿病、紅細(xì)胞增多癥、白血病和發(fā)熱則可使BMR升高。體溫每升高l℃，能量代謝將增加13％左右。第二體溫及其調(diào)節(jié)一、人體的正常體溫及其生理波動(dòng)（一）體溫的概念

表層溫度(shelltemperature)：機(jī)體表層的溫度。

皮膚溫度(skintemperature)：機(jī)體表層的最外層，即皮膚溫度。

體核溫度(coretemperature)：機(jī)體深部的溫度。

體溫(bodytemperature)：指體核溫度，即機(jī)體深部的平均溫度。

在炎熱環(huán)境中，體核溫度可擴(kuò)展到四肢；在寒冷環(huán)境中，體核溫度縮小到機(jī)體深部。（二）體溫的正常值

體溫是指機(jī)體深部的溫度。

臨床：腋下溫度<口腔溫度<直腸溫度直腸溫度：36.9～37.9℃

口腔溫度比直腸溫度低0.2-0.3（36.7～37.7℃）

腋窩溫度比口腔溫度低0.3-0.4℃（36.0～37.4℃）<34℃——意識(shí)喪失；<25℃——心跳停止或室顫

>42℃——酶變性、細(xì)胞實(shí)質(zhì)損害；>45℃——生命危險(xiǎn)

低溫麻醉，檢測(cè)：鼓膜/鼻咽溫度——大腦食管下段溫度——心臟直腸溫度——內(nèi)部中心淺——30℃；BMR降至50%中——28~23℃深——<22℃；降至14%BMR選擇合適的測(cè)量體溫的方法：①凡嬰幼兒、精神異常、昏迷、口鼻腔手術(shù)以及呼吸困難、不能合作的病人，不宜測(cè)口腔溫度；②凡消瘦不能夾緊體溫計(jì)、腋下出汗較多者，以及腋下有炎癥、創(chuàng)傷或手術(shù)的病人不宜使用腋下測(cè)溫法；③凡直腸或肛門(mén)手術(shù)、腹瀉，以及心肌梗死的病人不宜使用直腸測(cè)溫法。（二）體溫的生理波動(dòng)1.晝夜波動(dòng)：晝夜節(jié)律(日節(jié)律,circadianrhythm)

清晨2-5時(shí)最低，午后2-5時(shí)最高，波動(dòng)幅度不超過(guò)1℃。2.性別：女性高于男性0.3℃

女性體溫還隨月經(jīng)波動(dòng)。月經(jīng)期至排卵這段時(shí)間體溫較低，排卵后體溫較高（升高0.3~0.6℃）。孕激素等3.年齡兒童>成人>老年人

體溫隨著年齡的增長(zhǎng)有逐漸降低的趨勢(shì)（與代謝率降低逐漸有關(guān)），大約每增長(zhǎng)10歲，體溫約降低0.05℃。

新生兒尤其早產(chǎn)兒，體溫調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)發(fā)育不完善，調(diào)節(jié)能力差。

4.肌肉活動(dòng)劇烈的肌肉活動(dòng)使產(chǎn)熱量增加，體溫升高（可暫時(shí)升高1～2℃）。測(cè)體溫時(shí)，要先讓受試者安靜一段時(shí)間，小兒應(yīng)防止其哭鬧。

5.其他：情緒、進(jìn)食、環(huán)境溫度等臨床相關(guān)：全身麻醉時(shí)，會(huì)因抑制體溫調(diào)節(jié)中樞和擴(kuò)張血管的作用及骨骼肌松弛，使體溫降低，所以全麻時(shí)應(yīng)注意保溫。體溫維持二、機(jī)體的產(chǎn)熱與散熱體熱平衡(bodyheatcontent)：產(chǎn)熱和散熱兩個(gè)生理過(guò)程之間的動(dòng)態(tài)平衡，維持體溫恒定。(一)產(chǎn)熱

1．主要產(chǎn)熱器官：安靜：內(nèi)臟器官為主（肝臟）運(yùn)動(dòng)：肌肉為主2.機(jī)體對(duì)產(chǎn)熱量的調(diào)節(jié)方式

(1)戰(zhàn)栗產(chǎn)熱：骨骼肌肌緊張↑、寒戰(zhàn)(不隨意節(jié)律性收縮)。寒戰(zhàn)時(shí)，屈肌和伸肌同時(shí)收縮，基本不作外功，所消耗的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，產(chǎn)熱量可達(dá)安靜時(shí)4-5倍。

肌電圖上表現(xiàn)出成簇高波幅群放電：不同肌纖維動(dòng)作電位同步化。

EMGfromgaittermination,bottomleftistherawEMG,rightistherectifiedpattern

(2)非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱：代謝產(chǎn)熱↑

①交感神經(jīng)興奮、NE和E↑→細(xì)胞的分解代謝↑→產(chǎn)熱量↑

交感神經(jīng)興奮→褐色脂肪(brownfat)迅速分解產(chǎn)熱。

②下丘腦-腺垂體系統(tǒng)→甲狀腺素、腎上腺皮質(zhì)/髓質(zhì)激素↑→分解代謝↑→產(chǎn)熱量↑快速短時(shí)緩慢長(zhǎng)時(shí)散熱高低心血管周?chē)暮稚窘M織，產(chǎn)熱器官Eventually,thebrownfatwillmeltawayanditsjobnowisreplacedby?theliver.（二）散熱散熱途徑：主要是皮膚（85％），其次有呼吸、尿和糞便。皮膚散熱在維持體溫穩(wěn)定中起重要作用。2.機(jī)體內(nèi)熱量到達(dá)皮膚的途徑

(1)熱傳導(dǎo)：脂肪的導(dǎo)熱性較差，故肥胖者體內(nèi)熱量不易通過(guò)傳導(dǎo)到達(dá)皮膚。

(2)血液循環(huán)：皮膚血流量↑→由機(jī)體深部到達(dá)皮膚的熱量↑→皮膚溫度升高。

3.皮膚散熱方式(1)輻射：熱射線形式，不需導(dǎo)熱介質(zhì)，安靜常溫狀態(tài)下占總散熱量的60%。影響因素：皮膚溫度與環(huán)境氣溫的溫度差、有效輻射面積。

Active-infrarednightvision

:thecamerailluminatesthesceneatinfraredwavelengthsinvisibletothehumaneye.

Despiteadarkback-litscene,active-infrarednightvisiondeliversidentifyingdetails,asseenonthedisplaymonitor.

(2)傳導(dǎo)：體熱直接傳給與之接觸的較冷的物體。

影響因素：皮膚溫度與接觸物表面的溫度差、物體的導(dǎo)熱性、有效接觸面積。

衣服：保暖冰帽、冰袋：使高熱病人降低體溫。3.皮膚散熱方式(3)對(duì)流：一種特殊的傳導(dǎo)散熱，通過(guò)氣體進(jìn)行。影響因素：風(fēng)速（干衣阻流；濕衣則不利）

(4)蒸發(fā)：當(dāng)環(huán)境溫度等/高于皮膚溫度時(shí)，蒸發(fā)散熱是機(jī)體唯一散熱方式。影響因素：環(huán)境溫度、空氣濕度、風(fēng)速。蒸發(fā)分為不感蒸發(fā)和發(fā)汗。每1.0ｇ水蒸發(fā)可帶走熱量2.43KJ。（1）不感蒸發(fā)(insensibleevaporation)或不顯汗：體液中水分直接滲透出皮膚和呼吸道粘膜等表面而蒸發(fā)的散熱形式，不為人們察覺(jué)，持續(xù)進(jìn)行。

每天1000ml：皮膚600-800ml，呼吸道200-400ml。∴臨床相關(guān)：臨床上給病人補(bǔ)液時(shí)應(yīng)考慮到由不感蒸發(fā)丟失的體液量。嬰幼兒不感蒸發(fā)的速率比成人大，因此缺水時(shí)嬰幼兒更容易造成嚴(yán)重脫水。（2）發(fā)汗(sweating，sensibleevaporation)：汗腺分泌汗液。

是環(huán)境溫度高于體溫時(shí)的機(jī)體唯一有效的散熱途徑。

若每小時(shí)蒸發(fā)1.7L汗液，可散熱約4200kJ。汗液：水99%，NaCl、KCl、尿素、乳酸等，屬主動(dòng)分泌低滲液。發(fā)汗中樞主要位于下丘腦。1）小汗腺：皮膚上細(xì)長(zhǎng)管狀腺。受交感膽堿能神經(jīng)支配，被阿托品阻斷。手掌、足底>額、手背>四肢、軀干2）大汗腺：腋窩、乳頭、陰部等。

不受神經(jīng)支配，E刺激其分泌。汗腺的分泌可由溫?zé)嵝源碳ず途窬o張等刺激引起。(1)溫?zé)嵝园l(fā)汗：體內(nèi)外溫?zé)嵝源碳ひ鸬暮瓜俜置凇?/p>

受溫度和濕度

影響:高溫環(huán)境中時(shí)間太長(zhǎng)，汗腺疲勞而明顯減慢；濕度大，汗液不易被蒸發(fā)，體熱因而不易散失。風(fēng)速大時(shí)，汗液蒸發(fā)快，容易散熱而使發(fā)汗速度變小。(2)精神性發(fā)汗：精神緊張或情緒激動(dòng)時(shí)發(fā)生與體溫調(diào)節(jié)無(wú)關(guān)，中樞可能在皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)

如果人體缺水，體溫？溫?zé)嵝园l(fā)汗精神性發(fā)汗汗腺全身絕大部分汗腺分泌(手掌、足跖除外）手掌、足跖、前額和腋窩等部位汗腺神經(jīng)支配交感膽堿能節(jié)后纖維腎上腺素能神經(jīng)纖維刺激溫?zé)岽碳で榫w激動(dòng)或精神緊張意義加強(qiáng)散熱，對(duì)體溫調(diào)節(jié)有重要作用。與體溫調(diào)節(jié)無(wú)關(guān)，可能與濕潤(rùn)手掌和足跖，增加摩擦力有關(guān)。4.機(jī)體對(duì)散熱量的調(diào)節(jié)(1)經(jīng)皮膚溫度的調(diào)節(jié)：炎熱：交感神經(jīng)緊張性↓→皮膚血管舒張、動(dòng)－靜脈吻合支開(kāi)放→皮膚血流量↑→皮膚溫度↑→輻射、對(duì)流、傳導(dǎo)散熱↑（皮膚血流量最多可達(dá)到心輸出量的12%）寒冷：相反。

(2)經(jīng)發(fā)汗：炎熱：下丘腦發(fā)汗中樞→交感舒血管纖維→汗腺分泌汗液→蒸發(fā)散熱（反射）。1三、體溫調(diào)節(jié)（控制論）

機(jī)體通過(guò)行為性體溫調(diào)節(jié)和自主性體溫調(diào)節(jié)來(lái)控制產(chǎn)熱與散熱過(guò)程的平衡，從而維持體溫的恒定。

自主性體溫調(diào)節(jié)：機(jī)體在下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞的控制下，通過(guò)增減皮膚血流量、發(fā)汗、寒戰(zhàn)等生理反應(yīng)，經(jīng)常維持產(chǎn)熱和散熱過(guò)程的動(dòng)態(tài)平衡。體溫調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。

行為性體溫調(diào)節(jié)：機(jī)體（包括變溫動(dòng)物）在不同的溫度環(huán)境的姿勢(shì)和行為。體溫調(diào)節(jié)的補(bǔ)充，并使人具有預(yù)見(jiàn)性。（一）溫度感受器

(temperaturereceptor)外周溫度感受器皮膚、粘膜和內(nèi)臟中對(duì)溫度變化敏感的游離神經(jīng)末梢。皮膚溫度感受器：熱感受器<冷感