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能量7版

发布时间:2014-01-07 09:02:51  

第七章 能量代谢与体温
第一节 能 量 代 谢

第二节





第一节

能量代谢

能量代谢:指体内物质代谢过程中所伴随 的能量释放、转移、贮存和利用。

一、机体能量的来源与去路
(一)能量来源
1.糖:主要(70%以上) 脑组织所需能量则完全来源于糖的有氧氧化。 缺氧和血糖水平过低,均可导致意识障碍、昏迷以 及抽搐。 2.脂肪:次之(30%) 3.蛋白质:很少(长期饥饿或极度消耗时,才成为 主要能量来源)。

(二)能量去路 能源物质 释放的能量有 50% 转 化 为 热 能,其余以自 由能形式贮存 于 ATP 中 。 除 骨骼肌运动时 所完成的机械 外功,其余的 自由能最终也 转变为热能。

(三)能量平衡 能量的负平衡:摄入食物的能量小于消耗的 能量,即机体动用储存的能源物质,因而 体重减轻 体重指数:体重/(身高)2

二、能量代谢的测定
(一)能量代谢测定的基本原理 机体的能量代谢也遵循“能量守恒定 律” : 即在安静不作外功时,机体物质代 谢过程中所释放的能量全部转化为热能。 因此,测定机体在单位时间内发散的 总热量或所消耗的食物量,可测算出整个 机体在单位时间内能量代谢的量,即能量 代谢率。

(二)能量代谢的测定方法 1.直接测热法:直接测量从机体体表、呼出气、
尿液和粪便排出的总热量。如果不做外功,该热量 就是机体代谢的全部热量。这种方法测定准确,但 设备复杂,操作繁琐,现已极少应用。

2.间接测热法:
⑴间接测热法原理:是利用“定比定律”(即
反应物的量与生成物的量呈一定的比例关系),测 算出一定时间内氧化的糖、脂肪和蛋白质各有多少, 再计算出它们所释放出的热量。 为此,必须先了解与其相关的几个概念:食物 的热价、氧热价和呼吸商。

① 食物的热价 :1g食物在氧化时所释放出来
的热量,称为食物的热价。 物理热价:指食物在体外燃烧时释放的热量。 生理热价:指在体内氧化时所产生的热量。 糖与脂肪:物理热价=生理热价 蛋 白 质:物理热价>生理热价(∵蛋白质 在体内不能被彻底氧化分解,有一部分以尿素的 形式由尿中排泄)。

②食物的氧热价:某种食物氧化时,每消耗
1L氧所产生的热量称为该种食物的氧热价。

③呼吸商(RQ):指一定时间内,机体的CO2 产生量与耗O2量的比值。RQ=CO2产生量/耗O2量
由于各种食物在体内氧化时的耗O2量、CO2产生 量的不同,故各种食物的氧热价不同。根据RQ可估 计某一段时间内机体氧化各种食物的比例:
RQ=1.0 →氧化糖; RQ=0.70 → 氧化脂肪 RQ=0.82→一般饮食;RQ=0.80或<1.0→长期饥饿 ──────────────────────

───── 物 质 耗氧量 产CO2量 物理热价 生理热价 氧热价 呼吸商 (L/g) (L/g) (KJ/g) (KJ/g) (KJ/g) (R Q) ─────────────────────────── 糖 0.83 0.83 17.0 17.0 21.0 1.00 脂 肪 1.98 1.43 39.8 39.8 19.7 0.71 蛋白质 0.95 0.76 23.5 18.0 18.8 0.85 ───────────────────────────

三种营养物质氧化的几种数据

④非蛋白呼吸商(NPRQ):指一定时间内,机体
氧化非蛋白食物时的CO2产生量与耗O2量的比值。

整体产生CO2总量-分解蛋白产生CO2量※ NPRQ=───────────────── 整体耗O2总量-分解蛋白耗O2量※
※ 分解蛋白产生CO2量= NP×6.25×0.76(L) ※ 分解蛋白耗O2量= NP×6.25×0.94(L) 6.25=每产生1g尿氮(NP)需氧化蛋白6.25g 0.76(L)=每氧化1g蛋白的产生CO2量 0.94(L)=每氧化1g蛋白的耗O2量

非蛋白呼吸商(NPRQ)及氧热价见:表7-2

⑵间接测热法步骤:
①测定CO2产生量和耗O2量:开放式或闭合 式。 ②测定尿氮量:根据尿氮量估算蛋白质氧 化的量。 ③计算出NPRQ:=非蛋白CO2产生量/非蛋白 耗O2量。 ④查出非蛋白食物氧热价:根据 NPRQ在 “NPRQ及氧热价表”查出所对应的氧热价。 ⑤计算出非蛋白食物的产热量:NPRQ表查 出的氧热价×非蛋白耗O2量。 ⑥能量代谢计算 : =非蛋白食物的产热量+ 蛋白食物的产热量。

⑶简易法:
①将混合膳食的 RQ定为0.82,氧热 价=20.20kJ/L; ② 测 定 6min 的 耗 O2量; ③能量代谢计算: = 耗O2量×氧热价。

三、影响能量代谢的因素 表7-3 (一)肌肉活动
肌肉活动对能量 代谢的影响最大。全 身剧烈活动时,短时 间内其总产热量比安 静时高出数十倍。

机体不同状态时 的能量代谢率

─────────────── 状态 产热量(KJ/m2.min) ───────────────

表7-3表明不同劳 动或运动时的能量代 谢率。

躺卧 开会 擦窗子 洗衣 扫地 打排球 打篮球 踢足球 持重机枪跃进

2.73 3.40 8.30 9.89 11.37 17.05 24.22 24.98 42.39

───────────────

(二)精神活动
人在平静地思考问题时,能量代谢受 到的影响不大,其产热量一般不超过4%。 但精神处于紧张状态(烦躁、恐惧、 情绪激动等)时,由于会导致无意识的肌 肉紧张性增强、交感神经兴奋及促进代谢 的内分泌激素释放增多等原因,产热量可 显著增加。

(三)食物的特殊动力效应
人进食后一段时间内(从进食后1h开始, 持续7~8h),? 使同样处于安静状态,但产热 即 量却比进食前有所增加,这些 “额外” 热量 是由进食引起的。 食物能使机体产生 “ 额外 ” 热量的现象 称为食物的特殊动力效应。 各种营养物质的食物特殊动力效应不同, 进食蛋白质

时产热量增加30%,混合性食物 增加10%,糖和脂肪增加4~6%。 其产生的机制尚不十分清楚,可能与肝 脏处理蛋白分解产物时的额外能量消耗有关。

(四)环境温度
1.人体安静时的能量代谢,在20~30℃的环 境中较为稳定。 2.环境温度超过30℃,能量代谢率增加。 3.当环境温度低于20℃时,随着温度的不断

下降,机体产生寒战和肌紧张增加以御寒,
同时增加能量代谢率。

4.舰艇舱内温度可高达60℃,? 舰员的能量 故
代谢率很高。

四、基础代谢
(一) 概念

1.基础代谢:机体在基础状态下的能量代谢
称为基础代谢。 基础状态的条件如下:
①清晨空腹,即禁食12~14h,前一天应清淡、不 要太饱的饮食,以排除食物特殊动力效应的影响。 ②平卧,全身肌肉放松,尽力排除肌肉活动的影响。 ③清醒且情绪安闲,以排除精神紧张的影响。 ④室温18-25℃,排除环境温度的影响。

2.基础代谢率(BMR):单位时间内的基础代谢。?

(二)BMR的测定和正常值 1.BMR的测定:(通常采用简易法)
①把基础状态下的呼吸商定为0.82、氧热价为 20.20KJ。 ②测出1h内(测6min的耗氧量×10)的耗氧量。 ③测出体表面积。 ④按下面公式计算出BMR实测值: BMR实测值=20.195×耗氧量/体表面积 ⑤对照表7-4的BMR平均值,按下面公式计算出 BMR相对值: BMR实测值-BMR平均值 BMR相对值= ×100% BMR平均值

2.BMR正常值:=±10%~±15%

>±20%→可能是病态 甲亢:+25%~+80%;甲减:-20%~-40% 发烧:体温每升高1℃,BMR升高13%.

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。如:以体重为指 标,? 材瘦小者的产热量/Kg显著 身 高于身材高大者;以体表面积为指 标,则身材高大或瘦小者的产热量 /m2都比较接近。 人体表面积推算: ①公式计算 : =0.0061×身高 ( cm) + 0.0128× 体 重 (kg) - 0.1529 ②体表面积测算图测出。
表7-4

复习思考题 1.简述间接测热法的基本原理。 2.临床常用简化法测定能量代谢,其应用的根 据是什么? 3.简述影响能量代谢的因素。 4.何谓基础代谢?测定基础代谢率需要控制哪 些因素?

第二节 体温
概念:指身体深部的平均温 度,即体核温度。 意义: 体温的相对恒定是机体
新陈代谢和一切生命活动正常 进行的必需条件。 体温过高、过低都会影响 酶的活性,导致生理功能的障 碍,甚至造成死亡。如: T < 22℃→心跳停止; T > 43℃→酶变性而死亡; T = 27℃→低温麻醉。

一、人体正常体温及生理变动 (一)正常体温
通常体温的测量部位为腋窝、口腔和直肠温。 1.肛温:正常为36.9~37.9℃。? 2.口温:约比直肠低0.2℃,为36.7~37.2℃。 3.腋温:约比口

腔低0.3℃,为36.7~37.2℃。 肛温比较接近机体深部的温度,但由于测试 不便,临床常用口温和腋温。测定腋温时要注意 夹紧体温计和测量时间(约需10min)。

另外,科研中还常用食管温度(=体核 温度)、鼓膜温度(=下丘脑温度)。

(二)体温的生理变动
正常人的体温可因昼夜、性别、年龄和机体的 活动等而有所变动。

1.昼夜节律变化 人的体温在一昼夜中呈现周期性波动, 称为体温的昼夜节律。 一般是清晨2~6h时最低,下午2~8h最 高,波动幅度一般不超过1℃。
体温的昼夜节律是生物节律的表现之一。与人 昼动夜息的生活规律,以及代谢、血液循环、呼吸 等机能的相应周期性变化有关。 长期夜间工作的人,上述周期性变化可以发生 颠倒。

2.性别差异 ⑴成年女子体温平均比男子高0.3℃。 ⑵女子体温随月经周期而产生周期性 变动。排卵日最低(约1℃)。

3.年龄差异
新生儿体温>成年人>老年人。 体温随着年龄的增长有逐渐降低的趋势 (与代谢率降低逐渐有关),大约每增长10 岁,体温约降低0.05℃。14~16岁的青年人 体温与成年人相近。 新生儿(特别是早产儿)由于体温调节 机构尚未发育完善、老年人由于调节能力差, 易受环境温度的影响。

4.其他

肌肉活动时,肌肉代谢明显增强,产热 增加,可使体温暂时升高1~2℃。所以测体 温时,要先让受试者安静一段时间,小儿应 防止其哭闹。 ● 情绪激动、精神紧张、进食等情况,都 会影响体温。 ● 全身麻醉时,会因抑制体温调节中枢和 扩张血管的作用及骨骼肌松弛,使体温降低, 所以全麻时应注意保温。

二、机体的产热和散热
人体正常体温的维持,是在体温调节机构的协 调和控制下,产热和散热过程达到动态平衡的结果。

(一)产热 1.主要产热器官: 安静状态,主要产热器官是内脏(尤其 肝脏,其次是脑)。 活动状态,主要产热器官是骨骼肌。
此外,环境温度、进食、精神紧张等能够影响 能量代谢的因素,也都可影响机体的产热量。

2.产热形式 ⑴战栗产热:骨骼肌不随意的节律性收缩, 其特点是屈肌和伸肌同时收缩,不做外功但 产热量很高。 实际上,机体在寒冷环境中,通常在战 栗之前,首先出现战栗前肌紧张,当肌紧张 上升到一临界水平时就转变为战栗。
⑵非战栗产热:又称代谢产热,机体所有 的组织器官都能进行代谢产热,但以褐色脂 肪组织的产热量最大(约占70%)。

3.产热活动的调节
⑴寒冷刺激时 ↓ 交感-肾上腺髓质 ↓ NE、E↑ ↓ 产热量↑ 特点: 作用迅速↑, 维持时间短。 ⑵ 机体在寒冷环境几周后 ↓ 甲状腺 ↓ T3、T4 ↑ ↓ 代谢率↑(

增加4~5倍) ↓ 产热量↑ 特点: 作用缓慢, 维持时间长。

(二)散热

2.散热方式:

面积大 主:皮肤 与外界接触 1.散热部位: 血流丰富 有汗腺 次:肺、尿、粪

当外界气温<低于人体表层温度时,人体主要 通过辐射、传导和对流方式散热,其散热量约占总 量70%。 当外界温度=接近或>高于皮肤温度时,机体 的散热是依靠蒸发方式散热。 机体散热方式有以下几种:

⑴辐射散热:
指体热以热射线形式传给温度较低的周 围环境中的散热方式。
机体的有效辐射面积 辐射散热量的多少取决于

皮肤与环境的温度差

在高温环境中作业(如舰船、炼钢人 员),因环境温度高于皮肤温度,机体不仅不 能辐射散热,反而会吸收周围的热量,故易 发生中暑。

⑵传导散热:
指体热直接传给与机体相接触的低温物体 的散热方式。

与皮肤接触物体的温差 传导散热量取决于 与皮肤接触面积的大小 与皮肤接触物体的导热性
水的导热性好,因此临床上常利用冷水袋 或冰袋为高热患者降温。 脂肪的导热性差,因而肥胖者炎热的天气 易出汗。

⑶对流散热:
指体热凭借空气流动交换热量的散热方式。 对流散热是传导散热的一种特殊形式。 对流散热量主要取决于
气温 风速

衣服覆盖于体表,不易实现对流;棉、毛纤 维间的空气不易流动,因此增加衣着可以保温御 寒。

若在较密闭的高温环境中(如船舱内)或闷 热气候,因空气对流差,易发生中暑。

⑷蒸发散热:(分不感蒸发和可感蒸发)
指体液的水分在皮肤和粘膜表面由液态转 化为气态,同时带走大量热量的散热方式。
每1.0g水蒸发可带走热量2.44KJ。

当气温≥体温时,蒸发是唯一的散热途径 ①不感蒸发:又称不显汗。 指体液的水分
直接透出皮肤和粘膜表面,在未聚成明显水滴前蒸 发掉的散热形式。?

不感蒸发是持续进行的。人体不感蒸发量 约1000ml/日(皮肤约占2/3,肺占1/3)。 ∴? 床上给病人补液时应考虑到由不感蒸 临 发丢失的体液量。

②发汗:又称可感蒸发。

人在安静状态下,当环境温度达到30℃左右 时,便开始发汗;如果空气湿度大、衣着又多时, 气温达25℃便可发汗;机体活动时,由于产热量 ↑,虽然环境温度低于20℃亦可发汗。

炎热的气候,短时间内发汗量可达1.5L/h。
∵发汗散热是通过汗液蒸发吸收体表热量实 现的,∴若将汗液擦掉则不能起到蒸发散热的效 果;汗腺缺乏(如烧伤病人)或汗腺分泌障碍者, 在热环境中就可导致体温升高危及生命。

汗液:

水分:>99%

大部分为NaCl 固体:<1% 其余为KCl、尿素、乳酸等 无葡萄糖和蛋白质 ∵汗液流经汗腺排出管的

起始部时,有 一部分NaCl可被重吸收,从而使最终排出的 汗液成为低渗。 ∴机体大量出汗可造成高渗性脱水,要 补充大量的水份和适量的NaCl。

3.散热的调节:
⑴皮肤循环的调节:机体通过交感N调控着 皮肤血管的口径,以改变其血流量,改变皮肤 温度,从而影响辐射、对流和传导散热量。 ⑵发汗的调节:发汗是反射性调节。∵支配 汗腺的神经纤维的不同,∴发汗分为:
汗腺

神经 支配 刺激 意义

温热性发汗 全身绝大部分汗腺分泌 (手掌、足跖除外) 交感神经的胆碱能节后 纤维 温热刺激 加强散热,对体温调节 有重要作用。

精神性发汗 手掌、足跖、前额和腋窝等部 位汗腺 肾上腺素能神经纤维
情绪激动或精神紧张 与体温调节无关,可能与湿润 手掌和足跖,增加摩擦力有关。

三、体温调节
体温的相对稳定,是通过许多与体温调节有关 的生理功能,相互协调,达到产热和散热相对平衡 而实现的。

(一)温度感受器 1.外周温度感受器 ⑴分布: 全身皮肤、某些粘膜和腹腔内脏等处。 ⑵类型:温觉感受器和冷觉感受器 皮温≈30℃时→冷觉感受器+→冷觉 皮温≈35℃时→温觉感受器+→温觉 ⑶作用:温度感受器传入冲动到达中枢后,除产
生温觉之外,还能引起体温调节反应。

2.中枢性温度敏感神经元
⑴分类:热敏神经元和冷敏神经元
血温↑→热敏神经元冲动发放频率↑ 血温↓→冷敏神经元冲动发放频率↑

⑵分布:下丘脑、脑干网状结构和脊髓等处
在视前区-下丘脑前部(PO/AH)分布较多的热敏 神经元和少量冷敏神经元。通过对PO/AH加温或冷 却(局部脑温变动0.1℃)的研究发现:
加温PO/AH → PO/AH的热敏N元+ → 散热反应↑产热反应↓ 冷却PO/AH → PO/AH的冷敏N元+ → 散热反应↓产热反应↑

说明:PO/AH中的某些温敏N元能感受局部脑温 的变化。

(二)体温调节中枢
虽然从脊髓到大脑皮层的整个CNS中都存在调 节体温的中枢结构。 但从恒温动物脑的分段切除实验证明,只要保 留下丘脑及其以下神经结构的完整,动物仍具有维 持体温相对恒定的能力。说明:调节体温的基本中枢 位于下丘脑。 除前述对视前区-下丘脑前部(PO/AH)加温或冷 却的研究说明:PO/AH中的某些温敏N元能感受局部 脑温的变化外;进一步研究还证明:PO/AH还能对中 脑、延髓、脊髓、皮肤等处传入的温度信息发生反 应,以及能直接对致热物质、5-HT、NE等物质发生 反应,说明:PO/AH具有体温调节整合中枢的地位。

(三)体温调节机制
籍于前述,体温自动调节的机制提出了“调定点” 学说:即体温调节类似恒温器的调节;PO/AH中的温 敏N元可能起着“调定点”的作用; “调定点

”所规 定的温度值决定着体温的高低。

干扰因素:

致热原使 调定点↑ 孕激素使 调定点↑

复习思考题
1.体温的生理变动表现在哪些方面? 2.人体有哪些散热途径?皮肤的散热方式有哪 些?各有何意义? 3.试以体温调定点学说解释体温调节机制。 4.根据散热原理,应如何降低高热病人的体温? 5.恒温动物在剧烈运动和寒冷环境中是如何维 持体温相对恒定的?


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