1、第九章能量代謝和體溫第一節(jié)能量代謝(energy metabolism)能量代謝：生物體內(nèi)物質(zhì)代謝過程中伴隨的能量釋放、轉(zhuǎn)移和利用。一、食物的能量轉(zhuǎn)換（一）ATP 是體內(nèi)能量轉(zhuǎn)換和利用的關(guān)鍵物質(zhì)生物體細(xì)胞不能直接利用食物的能力進(jìn)行生理活動。機(jī)體能量的直接供應(yīng)者是三磷酸腺苷（ATP)。 ATP分子蘊(yùn)藏著大量的能量：一克分子 ATP斷裂一個高能磷酸鍵變成ADP,可釋放 33.4KJ的能量。體內(nèi)重要的儲能物質(zhì)。 CP（磷酸肌酸）也是體內(nèi)含高能磷酸鍵的物質(zhì)。ATP將能量轉(zhuǎn)給肌酸以CP的形式儲存；ATP轉(zhuǎn)化成ADP后，CP再將能量轉(zhuǎn)給ADP以形成ATP。勞動和運(yùn)動的人，肌肉中的 ATP 和 CP 比一般

2、人多。 ATP也是臨床的輔助用藥。二、能量代謝的測定上述能量釋放、轉(zhuǎn)移和利用的結(jié)果，除骨骼肌完成的機(jī)械功外，其余均轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。生理學(xué)以及營養(yǎng)學(xué)上通用的法定能力計量單位是焦耳（Joules, J) 或千焦耳（kilojoules, KJ)。（一）與能力代謝測定有關(guān)的幾個概念1. 食物的熱價 (thermal equivalent of food)一克食物在體內(nèi)氧化或在體外燃燒時釋放出的能量。 前者為生物熱價，后者為物理熱價。糖和脂肪的兩種熱價相等，蛋白質(zhì)體內(nèi)不能徹底氧化分解，部分以尿素形式排出。營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)熱量 1糖 4.1kcal/g 17kJ/g蛋白質(zhì) 4.3kcal/g 18kJ/g脂肪 9

3、.0kacl/g 40kJ/g2. 食物的氧熱價 (thermal equivalent of oxygen)某種物質(zhì)氧化時，消耗一升氧所產(chǎn)生的熱量為該物質(zhì)的氧熱價。糖 5.0kcal/L 21.0KJ/L蛋白質(zhì) 4.5kcal/L 18.8KJ/L脂肪 4.7kcal/L 19.9KJ/L3. 呼吸商 (respiratory quotient)單位時間內(nèi)機(jī)體CO2產(chǎn)量與O2消耗量的比值。以RQ表示影響呼吸商的因素：細(xì)胞可以將一種物質(zhì)轉(zhuǎn)變成另一種物質(zhì)：糖在體內(nèi)轉(zhuǎn)化成脂肪時，RQ可大于1。代謝影響：無氧酵解增加，大量乳酸產(chǎn)生，CO2排出增加，RQ增大。過度通氣， 大量CO2排出， RQ增大。人

4、日常以三大營養(yǎng)物質(zhì)混合飲食，RQ變動于0.711.00混合飲食時， RQ0.854. 非蛋白呼吸商 (NPRQ)去除蛋白質(zhì)在體內(nèi)氧化時所消耗 的O2 和產(chǎn)生的 CO2量，算出的糖和脂肪氧化的CO2量和O2消耗量的比值，即為非蛋白呼吸商 NPRQ。根據(jù)NPRQ查表可算出糖和脂肪各氧化了多少以及它們的氧熱價。二、能量代謝測定的原理和方法原理： 根據(jù)“能量守恒”定律，機(jī)體所利用的蘊(yùn)藏于食物中的化學(xué)能，應(yīng)該與最終轉(zhuǎn)化成的熱能與所作的外功的和相等。因此，在避免作外功的情況下，可測定機(jī)體在單位時間內(nèi)向外散發(fā)的熱量來計算能量代謝率。方法：（一）直接測熱法（direct calorimetry)利用特殊裝置，

5、搜集受試者在一定時間內(nèi)發(fā)散出來的總熱量再換算成單位時間的能量代謝率。裝置復(fù)雜，除特殊研究需要外，一般采用間接測熱法。（二）間接測熱發(fā)：根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物的量與產(chǎn)物的量之間存在一對比例關(guān)系的原理。如氧化1mol的葡萄糖，消耗 6 mol的O2, 產(chǎn)生 6 mol 的CO2 和 6 mol的H2O，并且釋放一定的能力。同一化學(xué)反應(yīng)，不論經(jīng)過何種中間步驟，此定比關(guān)系不變，三大營養(yǎng)物質(zhì)的氧化反應(yīng)同樣如此。間接測熱法依據(jù)這種定比關(guān)系，測出單位時間內(nèi)氧化分解的糖、脂肪和蛋白質(zhì)各占多少，再算出該段時間內(nèi)釋放出的能量。間接測量法的測算方法：1. 測出24小時尿氮、耗 O2量和 CO2產(chǎn)量 (測 6 分鐘呼吸

6、)。2. 根據(jù)尿氮量推出算出體內(nèi)被氧化的蛋白質(zhì)量(蛋白質(zhì)量尿氮量6. 25) 以及它們氧化時的產(chǎn)熱量。3. 從總耗 O2量和 CO2產(chǎn)量中減去蛋白質(zhì)部分，算出糖和脂肪氧化時產(chǎn)生的 CO2量和消耗的 O2量，推算出非蛋白呼吸商。4. 從非蛋白呼吸商查表得出氧熱價，算出非蛋白代謝的產(chǎn)熱量。5. 蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)熱量與非蛋白代謝產(chǎn)熱量之和為24小時的總產(chǎn)熱量。舉例：受試者測出24小時耗氧量400L，CO2產(chǎn)量340L，尿氮12克。(1) 蛋白質(zhì)代謝：蛋白質(zhì)氧化量：126.25 =75g產(chǎn)熱量：18kJ/g75=1350kJ耗O2量：0.95/L75=71.25L CO2產(chǎn)量：0.76L75=57L(2)

7、 非蛋白代謝： 耗O2量：400L-71.25L=328.75L CO2產(chǎn)量：340L-57L=283L NPRQ：283/328.75=0.86(3) 非蛋白代謝產(chǎn)熱量：查表:NPRQ0.86時，氧熱價20.4kJ/L 328.75L20.4kJ/L=6707.5kJ(4) 24小時總產(chǎn)熱量：1350kJ + 6707.5kJ=8056.5kJ（三）臨床應(yīng)用的簡化方法測得單位時間內(nèi)的混合呼吸商，把它作為非蛋白 呼吸商。從表中查出氧熱價，再算出產(chǎn)熱量。(四）簡便估算法將呼吸商定為0.82，此時的氧熱價為 20.20kJ。測出單位時間的耗O2量，即算出總 24小時產(chǎn)熱量。 24小時產(chǎn)熱量= 20

8、.20kJ耗氧量 20.20kJ400=8080kJ(三) 食物的特殊動力作用 (specific dynamic action of food)進(jìn)食后一段時間內(nèi)（18）小時，雖然在安靜狀態(tài)，機(jī)體的產(chǎn)熱量比進(jìn)食前高。食物能使機(jī)體產(chǎn)生“額外”熱量的現(xiàn)象，稱為“食物的特殊動力作用”。其機(jī)制不清。（四）環(huán)境溫度環(huán)境溫度在 20 30 C時能量代謝最穩(wěn)定。30 C也逐漸增加，因化學(xué)反應(yīng)、發(fā)汗和循環(huán)呼吸活動加強(qiáng)等緣故。三. 基礎(chǔ)代謝率基礎(chǔ)代謝 (basal metabolism)：基礎(chǔ)狀態(tài)下的能量代謝。即人體處在清醒而安靜狀態(tài)，不受肌肉活動、環(huán)境溫度（室溫保持20-25C)、食物和精神緊張影響，并排除食

9、物的特殊動力作用(測定前禁食12小時）情況下的基礎(chǔ)代謝。基礎(chǔ)代謝率 (basal metabolic rate BMR)單位時間的基礎(chǔ)代謝。以每小時每平方米體表面積的產(chǎn)熱量為單位。BMR= kJ / m2 /hBMR與體重不呈比例關(guān)系，然而不論動物體積大小，每平方米體表面積 24小時產(chǎn)熱量很接近。正常范圍：BMR隨性別、年齡不同，但同一個體相對恒定。與平均值比較，在1015屬正常。20 可能為病理變化。臨床意義：為診斷甲狀腺疾病的重要輔助方法。甲狀腺功能亢進(jìn)或甲狀腺功能減低時，基礎(chǔ)代謝率可變化在42040。腎上腺皮質(zhì)和垂體功能低下時，基礎(chǔ)代謝率也要降低。第二節(jié)體溫及其調(diào)節(jié)一. 體溫一定的體溫是

10、新陳代謝和正常生命活動的必要條件。(一）表層體溫和(體核)深部體溫表層體溫：(shell temperature)皮膚、皮下組織、肌肉等的溫度； 從下至上升高：末梢最低，越近軀干、頭部越高。足 27，手 30，軀干 32，額部 33、34皮膚溫度與局部血流量有關(guān)。深部溫度(core temperature): 機(jī)體深部如心、肺、腦和腹腔內(nèi)臟等處的溫度。深部溫度比表層溫度高且穩(wěn)定，各部位之間差異1。安靜時肝臟溫度最高，其次為心和消化腺；運(yùn)動時為肌肉的溫度最高。體溫是指機(jī)體深部的平均溫度。臨床用口腔、直腸或腋窩溫度代表體溫。腋窩0. 4口腔 37 0.3直腸實(shí)驗(yàn)中常以食管溫度作為深部溫度；以鼓膜溫

11、度作為腦組織的溫度。二. 體溫的正常變動1. 體溫的晝夜變化：一晝夜間，人體的體溫呈周期性波動。清晨2-6時最低，下午1-6時最高。體溫的晝夜節(jié)律2. 體溫與性別有關(guān)3. 體溫與年齡有關(guān)4. 其他因素二. 機(jī)體的產(chǎn)熱與散熱恒溫動物穩(wěn)定體溫的維持，是因?yàn)樵隗w溫調(diào)節(jié)中樞的控制下，產(chǎn)熱和散熱兩個過程取得動態(tài)平衡的結(jié)果。(一) 產(chǎn)熱1.主要產(chǎn)熱器官：人體最大產(chǎn)熱器官是肝臟，安靜時肝血液溫度比主動脈高 0.4 - 0.8C。安靜時，骨骼肌產(chǎn)熱量并不大，但因其占體重的40，有巨大的產(chǎn)熱潛力。骨骼肌緊張度稍增，產(chǎn)熱量明顯增加。劇烈運(yùn)動時，骨骼肌產(chǎn)熱量可增加40倍。2.機(jī)體的產(chǎn)熱方式當(dāng)機(jī)體處于寒冷環(huán)境時，散熱

12、增多，必須通過增加產(chǎn)熱以達(dá)平衡。 1 .寒冷性肌緊張：（戰(zhàn)栗前肌緊張） B .寒戰(zhàn)(戰(zhàn)栗）：骨骼肌不隨意的節(jié)律性收縮 C .非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱：代謝產(chǎn)熱。機(jī)體所有組織器官都有代謝產(chǎn)熱功能，但以褐色脂肪組織的產(chǎn)熱量最大（70）。3.產(chǎn)熱活動的調(diào)節(jié)(1)體液調(diào)節(jié)：甲狀腺激素（最重要產(chǎn)熱調(diào)節(jié)激素。作用緩慢，持續(xù)時間長）。腎上腺素和去甲腎上腺素（作用迅速，持續(xù)短）(2)神經(jīng)調(diào)節(jié)：寒冷刺激交感神經(jīng)系統(tǒng)，引起腎上腺髓質(zhì)分泌腎上腺素釋放增多。甲狀腺激素釋放也是通過中樞作用。（二)散熱機(jī)體的主要散熱部位是皮膚。當(dāng)環(huán)境溫度低于人的表層溫度時，大部分熱量通過下述方式發(fā)散。1。幾種散熱方式（1）輻射散熱（radiation

13、; 安靜時占總散熱量的 60）以熱射線的形式將體熱傳給外界較冷物體的方式。其散熱量受到和影響（2）傳導(dǎo)散熱 (conduction)熱量直接傳給同皮膚接觸的較冷物體的散熱方式。決定散熱量的為：（3）對流散熱 (convection)通過氣體或液體來交換熱量。與風(fēng)速有關(guān)（4）蒸發(fā)散熱 (evaporation ) 1克水蒸發(fā)可散熱 2.4KJ不感蒸發(fā)：（不顯汗）水分直接透過皮膚、粘膜表面而被蒸發(fā)掉。30C、衣著多時 25 C、運(yùn)動時 20C開始發(fā)汗 。2. 汗液汗液中 99為水，固體成份主要為NaCl。但與血漿相比，汗液是低滲的。大量出汗時脫水嚴(yán)重，可導(dǎo)致高滲性脫水。3. 汗腺與汗腺活動的調(diào)節(jié)小

14、汗腺：分布全身皮膚，分布和分泌能力因部位而異。大汗腺：腋窩和外陰部，青春期開始活動。發(fā)汗是反射活動。下丘腦有發(fā)汗有關(guān)的中樞。汗腺受交感膽堿能纖維支配，手、足和前額的汗腺有受交感神經(jīng)支配的，故溫?zé)岽碳ず途窬o張都可引起發(fā)汗，發(fā)汗也可分為溫?zé)嵝园l(fā)汗和精神性發(fā)汗。溫?zé)嵝园l(fā)汗見于全身，生理意義在于散熱；精神性發(fā)汗多見手、足和前額，與精神緊張和情緒激動有關(guān)，在體溫調(diào)節(jié)中意義不大。三、體溫調(diào)節(jié)自主性體溫調(diào)節(jié)行為行體溫調(diào)節(jié)（一）溫度感受器1. 外周溫度感受器：皮膚、粘膜和內(nèi)臟中的冷覺、溫覺感受器。實(shí)質(zhì)為游歷的神經(jīng)末梢。2. 中樞性溫度感受器：脊髓、延髓、腦干、下丘腦中的溫度敏感性神經(jīng)元。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，視前區(qū)下

15、丘腦前部（preoptic-anterior hypothalamus, PO/AH) 局部加溫或冷刺激，可引起動物散熱反應(yīng)或產(chǎn)熱增加。電生理方法記錄神經(jīng)元單位放電，發(fā)現(xiàn)存在著兩種溫度敏感性神經(jīng)元既熱敏神經(jīng)元和冷敏神經(jīng)元。熱敏神經(jīng)元的放電頻率隨溫度升高而增加；冷敏神經(jīng)元則隨著溫度的降低而放電增加。腦組織溫度僅0.1的變化，兩種神經(jīng)元的放電即有明顯變化。（二）體溫調(diào)節(jié)中樞分段切除實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：去除大腦皮層及皮層下結(jié)構(gòu)，只要保持下丘腦及以下結(jié)構(gòu)完整，動物仍具有保持體溫的能力。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明PO/AH在體溫調(diào)節(jié)中占重要地位：1. 廣泛破壞PO/AH，產(chǎn)熱和散熱反應(yīng)都消失；2. 體內(nèi)各部位的溫度傳入信息都會聚在PO/AH；3. PO/AH中溫度敏感神經(jīng)元對溫度信息整合的型式與整體的體溫調(diào)節(jié)反應(yīng)的型式相似；4. PO/AH的溫度敏感神經(jīng)元對致熱原等化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)與這些物質(zhì)引起的體溫調(diào)節(jié)反應(yīng)相對應(yīng)。目前認(rèn)為：PO/AH是體溫調(diào)節(jié)的基本中樞。其中的冷