【教学课件】第七章能量代谢和体温.ppt

第七章 能量代谢和体温,目 录,第一节 能量代谢 一、食物的能量转化 二、能量代谢的测定 三、影响能量代谢的主要因素 四、基础代谢第二节 体温及其调节 一、正常体温及其生理变动 二、机体的产热和散热 三、体温调节 四、异常体温,本章要求掌 握：1.影响能量代谢的主要因素 2.机体产热和散热的原理 3.维持体温相对恒定的机制熟悉：1.基础代谢和基础代谢率的概念 2.食物的热价、氧热价和呼吸商的概念了解：1.能量代谢测定的原理和测定方法 2.体温的生理变异和测定方法,第一节 能量代谢,生命的基本特征之一是新陈代谢 合成代谢 耗能新陈代谢（物质代谢）分解代谢 放能 能量代谢的概念:物质代谢过程中伴随着的能量的释放、转移和利用，称为能量代谢（energy metabolism）,能量代谢,一、机体能量的来源与去路,糖：70%来源 脂肪：4050%蛋白质：数量很少,方式：有氧氧化与无 氧酵解。,（一）机体能量的来源,1.糖,脑组织所需能量完全来源于糖的有氧氧化。当机体缺氧和血糖水平过低时，均可导致脑功能障碍，甚至出现低血糖性休克。,2.脂肪,为机体主要的贮能物质。是机体短期饥饿时的主要供能物质供能方式:有氧氧化特点:释放能量多，为同等重量糖 的二倍。,3.蛋白质,一般用作构成细胞成分，及合成酶和激素等生物活性物质，不做为供能物质。但在长期饥饿，能源缺乏时才不得已用于供能。,ATP自由能,CP,生物合成 分泌神经传导AP,约50%,（二）机体能量的来源与去路,CO2+H2O,ADP,肌肉收缩,热能,外功,能量,三大营养物质（化学能）,有氧氧化,5未利用,45,（三）机体的能量平衡,能量平衡是指机体从食物摄入的能量和由于 代谢活动所消耗的能量之间的平衡。若人体能量“收支平衡”，体重保持不变；若人体能量“收支失衡”，体重增加或减少。,肥胖（obesity）,肥胖症已成为世界性健康问题之一；能量平衡异常是导致肥胖的原因之一。体质指数（BMI)是临床上确定肥胖症的常用指标；BMI体重（kg）/【身高（m）】2亚洲成年人BMI正常范围为18.522.9；23为超重；30为度肥胖。,二、能量代谢的测定和方法,（一）测定原理 机体的能量代谢也遵循能量守恒定律：机体释放的能量=热能+外功机体安静时，外功=0，此时机体能量 代谢=机体在单位时间内散发的总热量,(二)能量代谢测定方法1.直接测热法 直接测出人体在一定时间内发散的热量2.间接测热法化学反应的定比定律 C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+Q 只要测得机体单位时间的耗O2量和CO2产生量，便可计算出产热量，从而算出能量代谢率。,耗O2量和CO2产生量的测定方法,（1）开放式：是指在呼吸空气的条件下进行测定的方法，如图。该法适用于劳动、运动等情况下的能量代谢测定。,（2）闭合式：是用代谢率测定器进行测定，如图：,(三）间接测热法的具体步骤,1.测定参数 由于间接测热法是根据机体单位时间的耗O2量和CO2产生量来推算各种食物的消耗量和产热量，因此必须首先了解以下几个概念：食物的卡价（caloric value)食物的氧热价(thermal equivalent of oxygen)呼吸商(respiratory quotient),（1）食物的卡价（caloric value):概念：1克某种食物氧化（或在体 外燃烧）时释放的热量。单位:kJ或kcal,蛋白质：物理卡价大于生物卡价。,物理卡价：在体外燃烧时释放的热量生物卡价：在体内氧化时所产生的热量,（2）食物的氧热价(thermal equivalent of oxygen)概念：某种营养物质在体内氧化时，每消耗一升氧所产生的热量称为该物质的氧热价,（3）呼吸商(respiratory quotient,RQ),概念：营养物质在体内氧化时，所产生的CO2与所消耗的O2的容积比。,经测定：糖的呼吸商为1；脂肪的呼吸商为0.71；蛋白质的呼吸商为0.80；,2.能量代谢率的计算,非蛋白呼吸商(NPRQ)概念：是指在一定时间内，糖和脂肪氧化时的呼吸商；计算见下面所述：,非蛋白呼吸商的计算步骤,测定一定时间内的尿氮量；根据尿氮量来计算蛋白质分解量；根据表71的数据算出蛋白质的耗O2量和CO2产生量；用总的耗O2量和CO2产生量减去蛋白质分解时的耗O2量和CO2产生量，即可得糖和脂肪氧化时的耗O2量和CO2产生量；从而算出NPRQ。,表7-1 三种营养物质氧化时的几种数据,营养物质 糖 蛋白质 脂肪物理热价(kJ/g)17.15 23.43 39.75生物热价(kJ/g)17.15 17.99 39.75营养学热价(kJ/g)16.7 16.7 37.7耗氧量(L/g)0.83 0.95 2.03CO2产生量(L/g)0.83 0.76 1.43氧热价(kJ/L)21.00 18.80 0.80呼吸商(RQ)1.00 0.80 0.71,非蛋白呼吸商的测定意义,研究表明，NPRQ与氧热价之间有一定的比例关系（表72），知道NPRQ,就可从表72中查找氧热价，用氧热价乘以O2耗量即可得到非蛋白质代谢的产热量，再加上蛋白质分解的产热量，最终可得出机体总产热量。,表7-2 非蛋白呼吸商和氧的热价,非蛋白呼吸商,氧化的%,糖(%),脂肪(%),氧热价(kJ/L),19.6119.6219.6719.7219.7819.8319.8819.9319.9820.0320.0920.1420.1920.2420.29,0.850.860.870.880.890.900.910.920.930.940.950.960.970.980.991.00,非蛋白呼吸商,氧化的%,糖(%),脂肪(%),氧热价(kJ/L),50.7540157.560.864.267.570.874.177.480.784.087.290.493.696.8100.0,49.345.942.539.235.832.529.225.922.619.316.012.89.586.373.180.0,20.3420.4020.4520.5020.5520.6020.6520.7020.7620.8220.8620.9120.9621.0121.0721.12,表2续,举例：受试者在标准状态下24小时耗氧量：400L；CO2产生量：340L；尿氮量：12克；计算24小时的能量代谢。步骤：求出蛋白质代谢的耗氧量、CO2产生量和产热量 蛋白质氧化量=126.25=75g 耗氧量=0.9575=71.25L CO2产生量=0.76 75=57L 产热量=1875=1350kJ,非蛋白代谢 耗氧量=400L71.25L=328.75L CO2产生量=340L 57L=283L NPRQ=283L328.75L=0.86计算非蛋白代谢的产热量查表72 NPRQ=0.86时，氧热价为20.41 kJ/L非蛋白代谢的产热量=328.75L 20.41kJ/L=6710kJ计算24h产热量 24h产热量=1350kJ+6710kJ=8060kJ,3.临床简化方法：因为一般情况下，蛋白质氧化分解极少，故可忽略不计蛋白质产热量；用混合呼吸商代替NPRQ,查出相应氧热价，即可用下式计算：产热量=氧热价耗氧量,4.更为简略的方法：仅测出机体一定时间内的耗O2量，把混合食物的RQ 定为 0.82，此时氧热价为20.20，即可用下式计算：产热量=20.18耗氧量单位：kJ/m2.h,如何比较不同个体的能量代谢率差异？研究表明：基础代谢率、肺活量、肾小球滤过率、心输出量、主动脉和气管的横截面积都与体表面积呈比例关系，而与机体体重相关性不明显。,（四）能量代谢率的衡量标准,体表面积计算,体表面积（m2）=0.0061身高（cm）+0.0128 体重（kg）0.1529，简化法计算，如图：,三、影响能量代谢的因素1.肌肉活动 对能量代谢的影响最为显著，见表73运动或劳动的强度 消耗的能量,表7-3 劳动或运动时的能量代谢值,肌肉活动形式 平均产热量kJ/(m2.min),静卧休息出席会议擦窗洗衣物扫地打排球踢足球,2.733.408.309.8911.3617.0424.96,2.精神活动,精神紧张、情绪激动 能量代谢 机理:激动时 骨骼肌的紧张性 能量代谢交感神经兴奋 儿茶酚胺释放 能量代 谢率,3.食物的特殊动力效应 概念：进食后一段时间内（从进食后1h开始持续到78h），即使机体处于安静状态，机体产热量也要比进食前有所增加，食物这种使机体产生额外的热量作用，称为食物的特殊动力效应。蛋白质：25-30 糖和脂肪：4-54.环境温度 20-30：体温稳定；30 或 20：体温升高,四、基础代谢（basal metabolism)(一）基础代谢概念基础代谢:指基础状态下的能量代谢基础代谢率(BMR):单位时间内的基础代谢基础状态:是指人体处于清醒而又极安静的状态下，能量代谢不受肌肉活动、环境温度、食物特殊动力效应及精神因素等的影响。其能量消耗只用于维持心跳、呼吸等维持生命所必需的基本生理活动。,（二）基础代谢率的测定条件1.测定条件：（1）禁食1214h（2）清晨空腹（3）平卧使肌肉放松，排除精神及心理影响（4）室温保持在2025度之间2.测定方法：通常采用简化法来测定和计 算BMR,即：产热量耗氧量20.2KJ,3.BMR的计算和其正常值,我国正常人BMR的平均值见表74；,表7-4 我国人BMR的正常平均值（kJ/m2h）,年龄(岁),男性,1115,女性,195.5,172.5,1617,1819,2030,3140,4150,51以上,193.4,166.2,157.8,158.7,154.1,149.1,181.7,154.1,146.5,150.0,142.4,138.6,（三）BMR的正常水平及其异常变化,基础代谢率与年龄、性别及身材大小有关：一般男子BMR比女子高，幼年比成年高，年龄越大，BMR值越低。同一个体BMR值较稳定。BMR值正常与否判定：将所测值与表74对应正常平均值比较，相差在1015之内，均属正常。,BMR测定的临床意义：有助于诊断某些疾病 甲低：BMR比正常低 4020 甲亢：BMR比正常高 25%80%BMR：发热、糖尿病、红细胞增多症、白血病、肾上腺皮质功能亢进、有呼吸困难的心脏病等。BMR：阿狄森病、肾病综合征、病理性饥饿、垂体性肥胖等。,第二节 体温及其调节,（一）体表温度和体核温度 1.体温的概念:机体深部的平均温度。（1）体表温度（shell temperature）：值低，不稳定，各部差异大（2）体核温度（core temperature）：数值高，稳定，各部差异小,一、体温及其正常变动,.体温的测量及其正常值直肠温度 正常值：36.9-37.9；测量时应将肛表插入直肠6cm以上。口腔温度 正常值：36.7-37.7；婴幼儿和行为不能自控的人不能采用。腋窝温度 正常值：36.0-37.4；测量时应使腋窝紧闭，测量时间不少于10分钟。,（二）体温的生理变动1.昼夜变化:清晨 2:00-6:00 最低 午后 1:00-6:00 最高2.性别:女子比男子高0.3 度 女子基础体温随月经周期而变动(如图),3.年龄：新生儿(早产儿)易受随环境温度影响，老年人体温偏低4.肌肉活动：测温时应避免其影响5.其它：如前述影响能量代谢的诸因素,二、机体的产热和散热（一）机体的产热过程 1.主要产热器官：有：内脏器官、骨骼肌、脑 安静时：内脏器官，特别是肝脏 运动或劳动时：骨骼肌 占90,2.机体的产热形式（1）战栗产热（shivering thermogenesis）：在骨骼肌紧张性增强的基础上发生的不随意的节律性收缩；特点：屈肌和伸肌同时收缩，不做外功，而产热量很高。一般在战栗前先出现寒冷性肌紧张(thermal muscle tone)或称战栗前肌紧张(pre-shivering tone),（2）非战栗产热(代谢产热),概念：是指寒冷刺激加强了机体褐色脂肪组织的产热过程，其产热量占非战栗产热的70%。体内褐色脂肪组织在不同年龄含量不同，婴幼儿含量大于成年人；新生儿不能发生战栗，非战栗产热对新生儿在寒冷环境中维持体温有重要意义。,（二）机体的散热过程 人体主要散热部位是皮肤1.几种主要的散热方式(1)辐射散热（thermal radiation）是机体以热射线（红外线）形式将热能传给外界较冷物体的一种散热方式。条件：体表温度高于环境温度影响因素：体表温度与环境温度差 有效辐射面积,(2)传导散热 是指机体将热量直接传给同它接触的较冷的物体的一种散热方式。影响因素：温度差 接触面积 导热性能(3)对流散热 指通过气体或液体的流动散发体热的形式，是传导散热的一种特殊形式。影响因素：风速,(4)蒸发散热通过水分从体表蒸发散热的一种方式。蒸发1g水散热2.43kJ 当环境温度超过体表温度时，其是机体唯一的散热方式。影响因素：湿度大，不易散热 风速大，散热快蒸发散热分不感蒸发和出汗,不感蒸发（insensible perspiration）：概念：指水分直接透出皮肤和粘膜表面，在未聚成明显的水滴以前便蒸发掉的一种散热方式。在蒸发表面上弥漫性进行。,皮肤L/d 呼吸L/d,1L/d,表7-5 在环境温度为21时人体散热方式及其所占比例,常用降温措施及其理论依据,降温措施:理论依据:冰袋、冰帽 增强传导散热 电扇、通风 增强对流散热 降低室温.减衣增强辐射散热 酒清擦浴增加蒸发散热 用阿司匹林 下调调定点 用抗菌药物 消除致热原,发汗（sweating）,发汗：又称可感蒸发(sensible perspiration),是一反射活动，主要由受交感胆碱能纤维支配的小汗腺的活动引起。ACh有促进汗腺分泌的作用，而阿托品及其它抗胆碱药可阻断其分泌；,温热性发汗（thermal sweating）:在体温调节中起主要作用。精神性发汗（mental sweating）:精神紧张时发生，与体温调节无关。,发汗的影响因素：受劳动强度、环境温度、湿度、风速等影响。劳动、气温 出汗速度 散热 湿度 蒸发困难出汗 风速 蒸发容易、出汗,中暑,中暑：指因高温环境或受到烈日的暴晒而引起的疾病（见后述）。高温、高湿、小风速（或无风）环境辐射、传导、对流的散热停止，蒸发散热困难 体热淤积中暑,汗液 成分：刚分泌出的汗液类似血浆(但不含血浆蛋白)水分：99 固体成份：大部分为NaCl 含少量KCl、尿素、乳酸 吸收：汗液经导管流向体表时，一部分NaCl被导管细胞重吸收，并受醛固酮调节。因此，大量出汗会造成高渗性脱水。,2.皮肤血流量的调节 辐射、传导和对流散热受温度差影响 炎热环境：交感N紧张性皮肤小A舒张 动-静脉吻合支开放皮肤血流量 皮肤温度 温度差 散热 此时皮肤的作用如同一个“散热片”。,皮肤血流量的调节,寒冷环境：交感N紧张性 皮肤血管收缩血流量散热 此时在皮下脂肪层的协同作用下，皮肤的作用如同一个“隔热板”。,行为性体温调节（automatic thermoregulation）类型 自主性体温调节（behavioral thermoregulation）,三、体温调节,自主性体温调节：机体在下丘脑体温调节中枢的控制下，通过增减皮肤血流量、出汗、战栗及改变代谢率等生理反应，来维持机体产热和散热过程的动态平衡。行为性体温调节:机体在不同的温度环境中的姿势和行为，特别是人为了保温或降温所采取的措施，称为行为性体温调节。后者以前者为基础，是对前者的补充,（一）温度感受器 1.外周温度感受器 存在部位:皮肤.粘膜和内脏。类型：冷觉感受器：35 感受器兴奋 产生温觉本质：为游离的神经末梢,.中枢温度感受器,概念:位于中枢神经系统内对温度变化敏感的神 经元.分布在脊髓、脑干网状结构、下丘脑类型及其作用：热敏感神经元：温度升高时放电，产生散热反应冷敏感神经元：温度降低时放电，产生产热反应,视前区下丘脑前部（PO/AH）温度敏感神经元,a.能感受局部脑温度变化的刺激 b.还能对下丘脑以外部位温度变化的信息起反应 c.提示下丘脑的PO/AH是机体体温调节整合的中心部位,(二)体温调节中枢,基本中枢：位于视前区下丘脑前部（PO/AH）实验依据：分段切除：只要保持下丘脑及其以下神经结构完整，体温即可保持恒定破坏PO/AH区，体温调节减弱或消失现认为下丘脑的PO/AH区是体温调节中枢整合机构的中心部位。,1.调定点（set point)学说内容:体温调节类似于恒温器,在PO/AH中设置一个调定点（如370C）,PO/AH就是按照这个温度值来调节体温的.机制:调定点是由PO/AH区中温度敏感神经元的工作特性（兴奋阈值）及两种温度敏感神经元相互制约、相互协调地活动所决定的。,（三）体温调节机制,下丘脑温度,B,A,A,B,发热原因：是由于致热原（病毒、细菌）使调定点上移（称为重调定）所引起。,2.机体在寒冷环境中的产热调节反应,战栗 寒冷 皮肤冷感受器兴奋 下丘脑PO/AH冷敏神经元兴奋 躯体运动神经 脊髓前角运动神经元兴奋 战栗 产热增多 交感神经兴奋 寒冷刺激交感神经兴奋肾上腺髓质分泌E、NE增多 产热增多；寒冷刺激交感神经兴奋褐色脂肪组织代谢产热增多。甲状腺激素的产热作用 寒冷刺激 中枢神经系统 下丘脑TRH神经元兴奋 腺垂体分泌TSH增多 甲状腺分泌T3、T4增多 产热增多（4）皮肤散热减少（如下图所示：）,皮温下降皮肤冷觉感受器传入神经,下丘脑PO/AH体温调节中枢,血液深部温度中枢冷敏神经元,躯体N骨骼肌紧张性产生寒战,甲状腺 分泌 T3、T4 代谢肾上腺髓质分泌E、NE代谢,交感N兴奋皮肤血管收缩血流,支配汗腺的交感N抑制汗腺分泌,产热,体温恒定,散热,降低,3.机体在炎热环境中的散热调节反应,皮肤血流量的调节 温热刺激 交感神经紧张性降低 皮肤血管舒张、动静脉吻合支大量开放 皮肤血流量增加 皮肤温度升高 机体散热增加发汗 温热刺激 下丘脑发汗中枢兴奋 交感胆碱能纤维 引起温热性发汗机体散热增加减少产热量 在炎热环境中，机体代谢产热过程明显受到抑制。热适应：是指机体表现出汗量增加，而汗液中丢失的NaCl减少，机体对高温的耐受能力提高。,四、异常体温,1.发热与体温过高发热是人和动物在患病时的一种常见表现。发热的利和弊：有利方面：可增强白细胞吞噬能力、促进干扰 素的产生、使T淋巴细胞增殖及抗体的生成；不利的影响：体温39时，出现HR加快、食欲不振、头痛头晕、反应迟钝等；体温过高（42）：机体可出现广泛的器官功能障碍。人的最高致死体温是44.5。,2.中暑,概念：是以水电解质丢失过多、汗腺功能衰竭和体温调节中枢障碍为特征的疾病。表现有：热痉挛：在大量出汗后出现肌肉痉挛，无体温升高。热衰竭：大量出汗导致机体水盐丢失过多、而补充不足所致，表现心动过速、低血压、呼吸增快、肌肉痉挛等，体温轻度升高。热（日）射病：是致命性急症，患者表现高热（40）、神志障碍和多器官衰竭等。,3.体温过低,概念：一般将低于36的体温称为体温过低或低体温。产生原因：长时间置身在酷冷环境中而使机体丧失抗寒的反应能力，导致体温降低。此外，甲低、麻醉药中毒也可引起。人工低温：是指在全麻下用物理降温的方法将病人体温有控制地降至预期度数，以提高组织对阻断血流和缺氧的耐受能力。,复习思考题1.简述机体能量的来源和去路。2.简述影响能量代谢的主要因素。3.中暑的原因是什么，如何防治？4.为什么发热病人常伴有寒战反应？5.根据散热原理，如何给高热病人降温？6.人的体温是如何维持相对恒定的？,