临床生理学第七章能量代谢与体温课件.ppt

能量代谢与体温,第七章,Energy Metabolism and Temperature,能量代谢与体温第七章Energy Metabolism an,主要内容,第一节 能量代谢,能量的来源与利用能量代谢的测定影响能量代谢的因素基础代谢,第二节 体温及其调节,体温体热平衡体温调节,主要内容第一节 能量代谢能量的来源与利用第二节 体温及其调节,第一节 能量代谢,新陈代谢（metabolism）是生命的最基本特征之一,新陈代谢,合成代谢-能量吸收的过程分解代谢能量释放的过程,能量代谢,能量代谢（energy metabolism）,生物体内物质代谢中伴随着的能量的释放、转移、储存和利用，称为能量代谢。,第一节 能量代谢新陈代谢（metabolism）是生命的最基,一、机体能量的来源与利用,(一）机体能量的来源： 人体只能利用食物中蕴藏的（C-H）化学能,ATP是体内能量转化和利用的关键物质。 既是体内能量的直接提供者，又是重要的储能物质。磷酸肌酸（CP) 含有高能磷酸键，是体内ATP的储存库，主要存在于肌肉和脑组织中。 CP和ATP间可进行能量转给。,一、机体能量的来源与利用(一）机体能量的来源： ATP是体内,利用形式ATP贮存形式磷酸肌酸 (creatine phosphate, CP),利用形式ATP,1.糖（glucose),主要的能源物质，提供50%70%能量。,储能形式： 肝糖原维持血糖 肌糖原骨骼肌运动需要,供能途径：,（1）有氧氧化：氧充分，葡萄糖完全氧化释放 脑组织消耗能量的主要来源。（2）无氧酵解：葡萄糖释放的能量少 剧烈运动、成熟红细胞靠此供能。,1.糖（glucose)主要的能源物质，提供50%70%能,2.脂肪（fat),特点：1）各种能源物质主要储存的形式 2）氧化时释放的能量多 短期饥饿时供能,3.蛋白质（protein),特点：1）特殊情况才供能 长期不能进食或极度消耗时。 2）作为细胞的成分以实现组织的自我更新或 用于合成酶、激素等生物活性物质。,2.脂肪（fat)特点：1）各种能源物质主要储存的形式3.蛋,能量消耗,能量消耗,（二）能量的利用,（二）能量的利用,（三）能量平衡,指机体摄入的能量与消耗的能量之间的平衡。,能量的负平衡体重能量的正平衡体重、肥胖判断肥胖指标：BMI大于24为超重，大于28为肥胖。BMI（身体质量指数，体重指数，body Mass Index）BMI = 体重 (kg) / 身高 (m) 的平方 。,（三）能量平衡指机体摄入的能量与消耗的能量之间的平衡。能量的,二、能量代谢的测定,能量代谢率（energy metabolic rate）：单位时间内机体所消耗的能量。是评价机体能量代谢水平的常用指标。（一）直接测热法 (direct calorimetry) 原理：能量守恒定律单位时间释放的能量单位时间消耗的能量热能 + 外功 + 化学贮备 如果在测定时间内，化学贮备能极少而忽略不计，肌肉不对外作功，则测热量就可近似代表能量代谢率。,二、能量代谢的测定 能量代谢率（energy,直接测热法：测定整个机体在单位时间内向外界环境散发的总热量。因设备复杂，操作繁琐，故极少应用。,直接测热法：测定整个机体在单位时间内向外界环境散发的总热量。,（二）间接测热法： 定比定律：同一化学反应无论中间过程和条件差异多大，释放的能量是一定的。 是利用“定比定律” ，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。 C6H12O6 + 6O2 6CO2 6H2O + H,（二）间接测热法：,能量测定的几个相关概念：,1. 食物热价 (thermal equivalent of food) 1g食物氧化时释放的能量。 物理热价: 食物在体外燃烧时释放的热量。 生物热价：食物在体内经过生物氧化所产生的热量。,物理热价（KJ/g） 生物热价（KJ/g） 糖 17.2 17.2 脂肪 39.8 39.8 蛋白质 23.4 18.0,能量测定的几个相关概念： 1. 食物热价 (thermal,物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等营养物质在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2 和 H2O的过程。,CO2和H2O,O2,能量,ADP+Pi,ATP,热能,生物氧化的概念,生命活动,维持体温,物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等营,体外氧化,生物氧化,体外氧化生物氧化,2、食物的氧热价（thermal equivalent of oxygen） 某种营养物质氧化时，消耗一升氧所产生的热量。 意义：一定时间耗氧量，算出能量代谢率。,3、呼吸商（respiratory quotient，RQ） 一定时间内机体的CO2 产量和耗氧量的比值。 根据RQ的大小推测能量的主要来源： 糖: 1.00 脂肪: 0.71 蛋白质: 0.80 混合食物: 0.85 糖尿病病人多少？,RQ = = ,产生的CO2 mol数 消耗的O2 mol数,产生的CO2 ml数 消耗的O2 ml数,2、食物的氧热价（thermal equivalent of,三种营养物质氧化时的几种数据,三种营养物质氧化时的几种数据,4,非蛋白呼吸商（non-protein respiratory quotient, NPRQ）由糖和脂肪氧化时产生的CO2量和消耗的O2量的比值意义：查出氧化糖和脂肪的量以及相应的氧热价，进而计算出能量代谢率。,4,非蛋白呼吸商（non-protein respirato,间接测热法的方法,（1）测定机体在一定时间内的氧耗量和CO2产生量（2）测定一定时间内尿中排出的氮量，可以计算出被氧化分解的蛋白质量。 蛋白质量 = 6.25 尿氮量（克） 从分解的蛋白质量查表7-1，计算出其产热量、耗氧量和CO2生成量。（3）计算出NPRQ，查表7-2，求出非蛋白食物产热量（4）计算出总的产热量和能量代谢率,间接测热法的方法（1）测定机体在一定时间内的氧耗量和CO2产,间接测热法的测算方法：,(1) 测定：24 h 耗氧量400 L，CO2排出量340 L，尿氮排出量 12 g。(2) 蛋白质代谢：蛋白质分解量12 g6.2575 g 产热量18 kJ/g75 g1350kJ 耗氧量0.95 L/g75 g71.25 L CO2产生量0.76 L/g75 g57 L(3) 非蛋白质代谢：耗氧量400 L71.25 L328.75 L CO2产生量340 L57 L283 L 非蛋白呼吸商=283 L328.75 L0.86 查表，NPRQ0.86时，氧热价为20.41 kJ/L 非蛋白代谢产热量20.41 kJ/L328.75 L6709.79 kJ(4) 24 h产热量：24 h产热量1350 kJ6709.79 kJ8059.79 kJ 即24 h能量代谢为8059.79 kJ,间接测热法的测算方法：(1) 测定：24 h 耗氧量400,临床上应用的简化测定法 :,（1）省略尿氮法 将混合呼吸商作为NPRQ CO2/O2=340L / 400L=0.85=NPRQ 20.36KJ/L400L=8144KJ（2）将混合膳食者呼吸商定为0.82， 此时氧热价为20.20 kJ ， 只需测定单位时间内的耗氧量（通常6min）便可按下式计算机体的产热量： 产热20.20耗氧量（KJ）,临床上应用的简化测定法 :（1）省略尿氮法,闭合式测定法： 闭合装置中O2的减少量、CO2吸收剂重量增加。,闭合式测定法： 闭合装置中O2的减少量、CO2吸收剂重量,三、影响能量代谢的主要因素,（一 ）肌肉活动 肌肉活动对能量代谢的影响最为显著。劳动或运动时耗氧量和能量代谢显著增加，可达安静时的10-20倍，因此能量代谢可作为劳动或运动时肌肉活动强度的指标。,三、影响能量代谢的主要因素（一 ）肌肉活动,临床生理学第七章-能量代谢与体温课件,（二） 精神活动 3.5ml/min/100g脑组织 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%。 当精神活动处于紧张状态时，产热量可显著增加。这可能是由于无意识的肌紧张以及某些内分泌激素（甲状腺素等）释放增加引起。,（二） 精神活动,（三） 食物特殊动力作用,进食可使机体产生“额外”热量的现象称为食物的特殊动力效应(food specific dynamic effect)。 进食后约18小时，机体比未进食前产热量增加。 蛋白质：30，糖和脂肪：46，混合食物：10。 机制还不十分清楚。有人认为肝脏在脱氨基反应中消耗了能量可能是“额外”产热的原因。,（三） 食物特殊动力作用 进食可使机体产生“额外”热量的现象,（四） 环境温度,2030oC: 最稳定 30 oC: 新陈代谢加快 （呼吸、循环和发汗）,（四） 环境温度 2030oC:,四、基础代谢,基础代谢（basal metabolism）：基础状态下的能量代谢。,基础代谢率（basal metabolism rate, BMR）： 基础状态下单位时间内的能量代谢。,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12小时；室温保持在2025；体温正常。,基础状态,*,四、基础代谢 基础代谢（basal metabolism）：,基础代谢率,以单位体表面积来衡量能量代谢率人体可用Stevenson公式：体表面积(M2)=0.0061 身高(cm)0.0128体重(kg)一0.1529或根据体表面积测算图直接求得体表面积。,基础代谢率以单位体表面积来衡量,基础代谢率的测定和表示方法,测6分钟内耗氧量，求出每小时耗氧量。取混合饮食呼吸商为0.82，其氧热价为20.20 kJ， 则BMR20.20每小时耗氧量体表面积。单位是：kJ/ (hm2)。将测定值与同性别、同年龄组的平均值进行比较。,BMR相对值：（测定值正常平均值）正常平均值100%,基础代谢率的测定和表示方法 测6分钟内耗氧量,变动范围： 一般变动范围在10%15%之内，20%可能病态。男性的高于女性，幼年高于成年，年龄越大基础代谢率越低。 甲亢时基础代谢率可比正常高25-80%， 甲低时基础代谢率可比正常低20-40%，所以： 基础代谢率的测量是甲状腺疾病的重要辅助手段。,发烧：体温每升高1，BMR升高13%.,变动范围： 发烧：体温每升高1，BMR升高13%.,临床生理学第七章-能量代谢与体温课件,第二节 体温及其调节,第二节 体温及其调节,一、体温,1，表层温度(shell temperature)：机体表层的温度。-易受环境温度影响-各部位的差别较大，与局部血流量有关2，体核温度(core temperature)：机体深部的温度。-比表层温度高，相对稳定-各部位之间差异较小 体温(body temperature)： 指体核温度，即机体深部的平均温度。,体温的概念：,一、体温1，表层温度(shell temperature)：,不同环境温度下人体体温分布状态,在炎热环境中，体核温度可扩展到四肢；在寒冷环境中，体核温度缩小到机体深部。,不同环境温度下人体体温分布状态在炎热环境中，体核温度可扩展到,体温是指机体深部的温度。临床上以口腔、直肠和腋窝的温度代表体温。腋下温度 42细胞实质损害；45生命危险,体温的正常值,体温是指机体深部的温度。体温的正常值,体温的生理性波动,1.昼夜变化（circadian rhythm）,午后16时最高,清晨26时最低,周期幅度一般不超过1 。 与地球的自转周期相吻合。生物节律：下丘脑视交叉上核。,体温的生理性波动1.昼夜变化（circadian rhyth,女性的体温平均比男性的高0.3女性体温还随月经波动。月经期至排卵这段时间体温较低，排卵后体温较高。,女性的基础体温曲线,2.性别的影响,女性的体温平均比男性的高0.3女性的基础体温曲线2.性别的,3.年龄的影响,儿童代谢旺盛，体温高于成人。 老年人代谢降低，体温偏低。 新生儿特别是早产儿，体温调节机构发育不完善，调节能力差，体温容易受环境温度影响。,4.肌肉活动 剧烈的肌肉活动使产热量增加，体温升高。,5.其他：情绪、进食、环境温度等。,3.年龄的影响 儿童代谢旺盛，体温高于,二、机体的产热与散热,体热平衡 (body heat content)：产热和散热两个生理过程之间的动态平衡，维持体温恒定。,二、机体的产热与散热体热平衡 (body heat cont,（一）产热过程1、主要的产热器官以及影响产热的因素： 安静状态： 主要产热器官 肝脏 运动或劳动: 主要产热器官 肌肉，90% 影响产热的主要因素: 基础代谢率，肌肉的收缩活动，内分泌激素等。,（一）产热过程,战栗产热非战栗产热,寒冷,2，产热的形式,骨骼肌肌紧张、寒战 (不随意的节律性收缩)。 发生寒战时，屈肌和伸肌同时收缩， 所以基本上不作外功，所消耗的能量全部转变为热量，因而产热量很高，最多可达安静时的 4-5倍。,(1) 寒战产热 (shivering thermogenesis),战栗产热寒冷2，产热的形式骨骼肌肌紧张、寒战 (不随意的节,代谢产热。交感神经兴奋褐色脂肪(brown fat)迅速分解产热。在人类，褐色脂肪(brown fat)只存在于新生儿体内，非寒战产热对新生儿尤为重要 （调节功能不完善，不能寒战产热）。,(2) 非寒战产热 (non-shivering thermogenesis),代谢产热。 (2) 非寒战产热 (non-shiverin,褐色脂肪组织分布于人类的腹股沟、腋窝、肩胛下区以及颈部大血管的周围等处。褐色脂肪组织的细胞内含有丰富的线粒体。褐色脂肪组织在进行代谢时需氧量很大，因而对缺氧十分敏感 。,褐色脂肪组织分布于人类的腹股沟、腋窝、肩胛下区以及颈部大血管,机体产热形式总结：,机体产热形式总结：,3、产热活动的调节 体液调节： 甲状腺素，作用缓慢，持续时间长。机体暴露于寒冷环境中数周，甲状腺活动增强。 肾上腺素和去甲肾上腺素 、生长激素，作用快，持续短。 神经调节：寒冷刺激兴奋机体交感神经系统，导致肾上腺素和去甲肾上腺素释放增多，产热增加； 寒冷刺激兴奋下丘脑 TRH TSH,3、产热活动的调节,1、散热部位：,主：皮肤,面积大与外界接触血流丰富有汗腺,次：呼出气、尿、粪,（二）散热过程,1、散热部位：主：皮肤面积大次：呼出气、尿、粪（二）散热过,2. 机体内热量到达皮肤的途径,(1) 热传导(heat conduction)：脂肪的导热性较差，故肥胖者体内热量不易通过传导到达皮肤。 (2) 血液循环：皮肤血流量由机体深部到达皮肤的热量皮肤温度升高。,2. 机体内热量到达皮肤的途径 (1) 热传导(h,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。 辐射散热量的多少取决于,机体的有效辐射面积,皮肤与环境的温度差,3、机体的散热方式：,辐射散热：机体的有效辐射面积皮肤与环境的温度差3、机体的散,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。 散热量与物体的导热性有关。 物理降温水的导热性好，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。,传导散热：,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。受风速影响。,对流散热：,(4) 蒸发(evaporation),当环境温度等于或高于皮肤温度时，蒸发散热是机体的唯一散热方式。(环境温度较低时，辐射、对流、传导为主要散热方式） 影响因素：环境温度、空气湿度、风速。 蒸发分为不感蒸发 (insensible evaporation) 和发汗 (sweating，sensible evaporation)。,(4) 蒸发(evaporation) 当环境,1）不感蒸发：(又称为不显汗）,体液中的水分直接渗透出皮肤和呼吸道粘膜等表面而蒸发，并不为人们察觉，持续不断地进行。 每天1000ml，皮肤600 - 800ml，呼吸道200 - 400ml。 临床上给病人补液时应考虑到由不感蒸发丢失的体液量。,1）不感蒸发：(又称为不显汗）体液中的水分直接渗透出皮肤和呼,2）发汗（sweating）：,定义：（可感蒸发）指通过汗腺的主动分泌，汗液在皮肤表面形成明显的汗滴而蒸发。 是环境温度高于体温时的机体唯一有效的散热途径。小汗腺：皮肤上的细长管状腺。受交感胆碱能神经支配，可被阿托品阻断。 分布：手掌、足底 额、手背 四肢、躯干 能力：手掌、足底 额、手背 四肢 躯干大汗腺：腋窝、乳头、阴部等。不受神经支配，肾上腺素可刺激其分泌。 发汗中枢主要位于下丘脑。,2）发汗（sweating）：定义：（可感蒸发）指通过汗腺的,汗液：,水分：99,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 。,固体：,大部分为NaCl,其余为KCl、尿素、乳酸等,无葡萄糖和蛋白质,汗液： 汗液流经汗腺排出管的起始部时，有一,发汗的调节,发汗的调节温热性发汗精神性发汗汗腺全身绝大部分汗腺分泌(手掌,皮肤温度由皮肤血流量所控制。,循环系统在散热反应中的作用,皮肤温度由皮肤血流量所控制。交感神经紧张度皮肤小动脉舒张皮,热量的逆流交换,四肢深部动脉和静脉伴行，动脉血温度较静脉血温度高。形成热量的逆流交换系统，减少机体热量的丢失。,皮肤血管结构模式图水平箭头表示血流方向；垂直箭头表示热量传递方向,热量的逆流交换四肢深部动脉和静脉伴行，动脉血温度较静脉血温度,机体散热方式总结：,散热方式影响因素辐射散热（thermal radiation,三、体温调节,维持产热和散热的平衡,自主性体温调节 （autonomic thermoregulation）,在下丘脑体温调节中枢的控制下，通过增减皮肤血流量、发汗、寒战等生理反应，经常维持产热和散热过程的动态平衡。体温调节的基础。,行为性体温调节（behavioral thermoregulation）,机体（包括变温动物）在不同的温度环境的姿势和行为。体温调节的补充，并使人具有预见性。,三、体温调节维持产热和散热的平衡自主性体温调节 在下丘脑体温,体温调节机制示意图,体温调节机制示意图,(一) 温度感受器(temperature receptor),(一) 温度感受器(temperature receptor,1. 外周温度感受器分布：皮肤、粘膜和内脏中的对温度变化敏感的游离神经末梢。类型：热感受器和冷感受器。热冷感受器 1 ：4 - 10。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。,1. 外周温度感受器,2.中枢温度感受器存在于中枢神经系统内对温度变化敏感的神经元。脊髓、延髓、下丘脑、脑干网状结构。,热敏神经元（warm-sensitive neuron）温度冲动发放频率视前区-下丘脑前部（PO/AH）,冷敏神经元（warm-sensitive neuron）温度冲动发放频率脑干网状结构和下丘脑弓状核居多,2.中枢温度感受器热敏神经元（warm-sensitive,临床生理学第七章-能量代谢与体温课件,(二) 体温调节中枢,存在于从脊髓到大脑皮层各级中枢部位，基本中枢位于下丘脑。 POAH是体温调节中枢整合的关键部位，在体温调节中起着调定点的作用，任何偏离调定点的微小体温波动，将会引起明显的产热与散热量的改变，从而使体温恢复到正常水平。,(二) 体温调节中枢 存在于从脊髓到大脑皮层各级,PO/AH的温度敏感神经元：接受皮肤和其他部位的温度敏感神经元的温度信息；感受所在部位的温度信息；受致热原、单胺类物质以及各种多肽的影响。引起体温调节反应广泛：,交感神经躯体神经内分泌腺,PO/AH的温度敏感神经元：交感神经,下丘脑温度变化与温度敏感神经元放电频率关系,W、W，C、C，S、S分别表示正常及发热时热敏神经元放电特性、冷敏神经元放电特性及体温调定点,下丘脑温度变化与温度敏感神经元放电频率关系W、W，C、C,调定点,下丘脑体温调节中枢(控制系统),产热装置(骨骼肌、肝脏等)(受控系统),散热装置(汗腺、皮肤血管)(受控系统),深部温度(受控对象),体 温(输出变量),温度感受装置(反馈检测器),干扰,体温调定点学说,调定点下丘脑体温调节中枢产热装置(骨骼肌、肝脏等)散热装置,（三）体温调节反应,1. 炎热环境：散热、产热 (1) 皮肤血管舒张：交感神经紧张性皮肤血管舒张、动静脉吻合支开放皮肤血流量皮肤温度辐射、对流、传导散热。 (2) 发汗蒸发散热。 (3) 代谢产热,（三）体温调节反应1. 炎热环境：散热、产热,2. 寒冷环境：产热、散热,(1) 骨骼肌肌紧张、寒战。强烈寒战时产热量增加45倍。 (2) 交感神经兴奋、肾上腺素、去甲肾上腺素和甲状腺激素代谢产热。 (褐色脂肪) (3) 皮肤血管收缩：交感神经紧张性皮肤血管收缩、动静脉吻合支关闭皮肤血流量皮肤温度辐射、对流、传导散热。,2. 寒冷环境：产热、散热 (1) 骨骼肌肌,发热的机制,发热的机制,中暑散热不良,发热是致热原使热敏神经元兴奋性降低，调定点上移,中暑散热不良发热,