第七章能量代谢与体温调节.ppt

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1、第七章 能量代谢与体温调节,山东大学医学院生理研究所,第一节 能量代谢 物质代谢过程中所伴随着的能量贮存、释放、转移和利用。,一、能量的来源与利用,机体能量的来源和储存 糖：70%来源 脂肪：4050%（包括糖转化的脂肪）蛋白质：数量很少,储存 糖原:1%供神经代谢和剧烈运动 脂肪:75%能量储存的主要形式 蛋白质:构成细胞的成分及合成酶和 激素等生物活性物质，长期 饥饿时动用,ATP,CP,ADP,能量,生物合成 分泌神经传导,肌肉收缩,热能,外功,50%,能量,能量的利用：,糖 脂肪蛋白质,能量平衡,机体摄入能量=消耗的能量 基础代谢 食物的特殊动力效应 身体运动 生长发育 简易诊断指标：

2、体重指数=体重(Kg)身高2(m)24超重界限；28肥胖界限 腰围 臀围,脂肪总量、脂肪分布情况,(一)能量代谢测定的原理 根据“能量守恒”定律 机体释放的能量=热能+外功 安静时，外功=0 能量代谢率=机体单位时间内 散发的总热量,能量代谢测定,1.食物的热价 1克食物氧化时所释放出来的能量称为 该种食物的热价。单位:1kcal=4.187J 糖 4.1kcal/g 17.2kJ/g 蛋白质 4.3kcal/g 18.0kJ/g 脂肪 9.0kacl/g 39.8kJ/g,二、能量代谢的测定,(二)与能量代谢测定有关的几个基本概念,2.食物的 氧热价 某种营养物质在体内氧化时消耗一升 氧所产

3、生的能量称为该物质的氧热价 糖 5.0kcal/L 21.1KJ/L 蛋白质 4.5kcal/L 18.9KJ/L 脂肪 4.7kcal/L 19.6KJ/L,3.呼吸商（RQ）一定时间内机体呼出CO2的量与吸入的O2消耗量 的比值，称为呼吸商。以RQ表示,RQ=,CO2产生量(ml),氧耗量(ml),糖1.0，脂肪0.71，蛋白质0.80,三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)17.2 23.4 39.8生物热价(kJ/g)17.2 18.0 39.8耗氧量(L/g)0.83 0.95 2.03CO2产量(L/g)0.83 0.76 1.43氧热价(kJ

4、/L)21.1 18.9 19.6呼吸商(RQ)1.00 0.80 0.71,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),0.7070.710.720.730.740.750.760.770.780.790.800.810.820.830.84,100.00 98.9 95.2 91.6 88.0 84.4 80.8 77.2 73.7 70.1 66.6 63.1 59.7 56.2 52.8,0.001.104.758.4012.015.619.222.826.329.933.436.940.343.847.2,19.6119.6219.671

5、9.7219.7819.8319.8819.9319.9820.0320.0920.1420.1920.2420.29,（三）方法 1、直接测热法 直接测出人体在一定时间内发散的总热量，再换算成单位时间的能量代谢率。主要用于科学研究 肥胖和内分泌系统障碍,2、间接测热法 遵循定比定律，测量装置较简单 C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+Q 间接测热法依据定比关系，测出单位时间内氧化分解的糖、脂肪和蛋白质各占多少，再算出该段时间内释放出的能量。,（1）测量具体步骤：测出机体单位时间内的 耗O2量和CO2产生量,并测出尿氮排出量；计算出产热量，算出能量代谢率:产热量=20.18耗氧量（混合

6、食物的RQ 为 0.82时氧热价为20.18）,根据尿氮含量,算出:蛋白质的氧化量 蛋白质食物的产热量 在总的耗氧量和CO2产量中 扣除蛋白质氧化代谢的分额，再根据所剩的耗氧量和CO2产量 计算出NPRQ,据表72 查出该NPRQ所对应的氧热价，算出非蛋白食物的产热量;算出总产热量，即蛋白质食物产热量与非蛋白食物产热量之和。,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：A、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 产热量=1875=1350kJ 耗氧量=0.9575=

7、71.25L CO2产生量=0.76 75=57L,B、非蛋白代谢 耗氧量=400L71.25L=328.75L CO2产生量=340L 57L=283L NPRQ=283L328.75L=0.86C、计算非蛋白代谢的产热量 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=6710kJD、计算24h产热量 24h产热量=1350kJ+6710kJ=8060kJ,简便估算法,将呼吸商定为0.82，氧热价为 20.20kJ/L。测出单位时间的耗O2量，即算出总 24小时产热量。24小时产热量=20.19kJ 耗氧量=20.19kJ 400

8、L/24h=8080kJ,(2)耗O2量与CO2产生量的测定方法 1）开放式测定法（气体分析法）呼吸空气的条件下测定耗氧量和CO2产生量。收集受试者一定时间内的呼气量，分析呼出气中的O2与CO2 容积百分比。已知空气中的O2与CO2 容积百分比。求两者的差值，计算该时间内的耗氧量和CO2产生量。,2）闭合式测定法 一般使用能量代谢率测定器械,3.双标记水法,受试者自由活动状态下进行，测定的氚（2H）和氧（18O）标记水2H2O、H218O 一定时间内（10天）间断采集尿液，测定氚（2H）和氧（18O）代谢率 氚（2H）参与水代谢 氧（18O）水+CO2代谢,三、影响能量代谢的因素（一）肌肉活动

9、 对能量代谢的影响最大 运动或劳动的强度 消耗的能量 能量代谢值可作为评价劳动强度的指标,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,2.733.408.309.8911.3717.5024.98,（二）精神活动 1.精神紧张、情绪激动 能量代谢 2.骨骼肌的紧张性 3.交感神经兴奋 儿茶酚胺释放 代谢率,（三）食物的特殊动力效应 进食后一段时间内（从进食后1h开始持续到7-8h），机体处于安静状态，产热量比进食前有所增加，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：4-5,（

10、四）环境温度 1.200C300C：稳定 2.30 0C或 300C代谢率逐渐增加，体内化学过程的 反应速度增加，发汗、呼吸、循环机能增强 200C代谢率开始增加，寒冷刺激反射性地 引起寒战以及肌肉紧张度增加；,四、基础代谢 1、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:人体处于清晨、清醒、静卧，未作肌肉活动；前夜睡眠良好，无精神紧张、禁食12小时、室温20250C、体温正常。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。,2、测定条件（1）禁食12-14h（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

11、20-25度之间 基础代谢率与年龄，性别及身材大小有关,我国人正常的基础代谢率平均值kJ/（h）,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 体表面积（m2）简易法=0.0061 身高（cm）+0.0128 体重（kg）0.1529,体表面积测算图,3、基础代谢率的测定和其正常值,基础代谢率,=,耗氧量氧热价,体表面积,100%,呼吸商为0.82时的氧热价为20.19KJ,4、基础代谢率的临床意义 有助于诊断某些疾病 甲低：-40-20 甲亢：+25%+80%基础代谢率：发热、糖尿病、红细胞增多症、白血病、伴呼吸困难的心脏病等。基础代谢率：阿狄森病

12、、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、体温（一）表层温度与体核温度(深部温度)*概念：指机体深部平均温度，比较稳定，变动范围不超过10C。,常用方便的测定部位即口腔及腋窝,深部温度，数值高、稳定、各部差异小,表层温度，数值低，不稳定，各部差异大。,皮肤、皮下组织、肌肉,心、肺、脑、内脏,正常值：肛温：36.9-37.90 口温：36.7-37.70 C 腋温：36.0-37.40 C,实验中：常以食管温度作为深部温度；食管温度直肠温度0.3 以鼓膜温度作为脑组织的温度。与下丘脑温度相近 临床作为体温的指标,（二）体温的正常变动,1.昼夜节律,一般是清晨26时最低，

13、下午28时最高，波动幅度一般不超过1。,2.性别差异,成年女子体温平均比男子高0.3。女子基础体温随月经周期而产生周期性变动。排卵前日最低，排卵后升高 0.30.6。,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5、环境温度,皮肤温度与平均温度 机体最外层的温度称为皮肤温度 各部位差别较大，且与局部血流有关 1.平均皮肤温度 Tmst=0.2(T小腿+T大腿）+0.3（T胸+T上臂）2.平均温度 Tmbt=aTcore+(1-a)Tmst,在环境温度20350C下人体体温分布图,70C,33340C,T 22心跳停止；T 43酶变性而死亡;T=27低温麻醉。,二、机

14、体的产热和散热（一）产热过程 1.主要产热器官：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：寒冷性肌紧张(战栗前肌紧张)骨骼肌紧张性增强的基础上发生的不随意的 节律性收缩(频率为10-20次/分)机制：冷感觉器 传入神经 战栗的初级运动中枢（下丘脑后部背外侧靠近第三脑室壁）脑干 前角运动神经元 传出神经 战栗,特点：屈肌和伸肌同时收缩，不做外功，产热量增加很高，代谢率增加45倍意义：有利于维持机体在寒冷环境中的体热平衡。,（2）非战栗产热-又称代谢产热（能量代谢的多环节），细胞水平 特点：褐色脂肪组织(brown fat

15、tissue)产热量占70%耗 氧量多。新生儿不发生战栗 部位：腹股沟、腋窝、肩胛下区、颈部大血管周围,3、产热活动的调节（1）体液调节*甲状腺激素：作用缓慢、持久*NA、NE、GH：作用迅速、时间短（2）神经调节：寒冷刺激交感神经兴奋肾上腺髓 质活动肾上腺素、去甲肾上腺素 释放 产热,（二）散热过程 人体主要散热部位是皮肤1、皮肤散热方式(1)辐射散热 是机体以发射红外线的形式将热传给外 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,在环境温度为21时人体散热方式及其所占比例,(2)传导散热 是指机体将热量直接传给与机体接触 的温度较

16、低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 临床应用：水的比热大，导热性能好，用冰帽、冰袋等给高热病人降温。,(3)对流散热 指通过气体进行热量交换的一种散热方式。*影响因素：风速 当环境温度升高到接近或等于皮肤温度时，蒸发便成了唯一有效的散热形式。,(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 环境温度超过体表温度时，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：不感蒸发和出汗,1）不感蒸发：在低温环境中，皮肤和呼吸道水分渗出而 被蒸发掉，这种水分蒸发不被觉察，称为 不感蒸发。皮肤的水分蒸发又称为不显汗。特点：与汗

17、腺的活动无关。,皮肤:0.6-0.8L/d 呼吸:0.2-0.4L/d,1L/d,2）发汗：特点：是指汗腺主动分泌汗液的过程。通过汗液蒸发带走身体热量，可意 识到的又称可感蒸发受环境温度和湿度的影响：寒冷或温暖情况：无汗液分泌或少量 安静状态：环境温度300C时开始出汗，速度取决于参加活动汗腺数量和活动强度,影响因素：劳动强度、环境温度、湿度、风速 劳动(气温200C)、气温 出汗速度 散热 湿度 衣着多蒸发困难(气温250C)出汗 风速 蒸发容易 出汗,*中暑：指因高温环境或受到烈日的暴晒而引起的疾病。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,2

18、、汗液 刚分泌出的汗液类似血浆(但不含血浆蛋白)成分：水分 99 大部分为NaCl、少量KCl 固体成份 尿素、氨、乳酸 微量葡萄糖、氨基酸,吸收：汗液经导管时，醛固酮作用下吸收 大部分的Na+和 Cl-及相应的水分。少量分泌时吸收大，反之亦然。,3、汗腺与汗腺活动调节 大汗腺:分布腋窝、阴部,开口于毛根附近 小汗腺:分布全身皮肤手掌、足跖最多 额、手背、四肢、躯干最少 活动类型：温热性发汗:（小汗腺）由热刺激引起.作用:散热 参与体温调节.精神性发汗:精神紧张引起,手掌,足趾和前额 两种形式的发汗多混合存在,出汗及其调节：汗腺组成：单管腺 分泌部 导管部神经支配：交感神经胆碱能纤维发汗反射：

19、皮肤温度感受器 传入神经出汗中枢（下丘脑）传出神经汗腺 出汗,分泌部,4.循环系统在散热中的作用 辐射、传导和对流散热受温度差影响 机体通过改变皮肤血管的舒缩状态来调 节体热的散失量*炎热环境：交感神经紧张性皮肤小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 皮肤血流量 汗腺提供水分,*寒冷环境：交感N紧张性 皮肤血管收缩血流量散热*环境适中：皮肤血管口径适中皮肤温度适中 体热平衡,H、精神性出汗中枢在大脑皮层运动前区汗液主要见于手掌、足跖、腋窝等处。它在体温调节中不具任何意义。,三、体温的调节*自主性体温调节：机体在下丘脑体温调节中枢的控制下 增减皮肤血液、出汗、战栗及改

20、变代谢率 维持产热=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，通过增减衣着、开电扇、空调等行为维持体温稳定的调节。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 部位:存在于皮肤、粘膜和内脏-游离的神经末梢 作用：冷感受器 35度,2.中枢温度感受器 指存在于中枢神经系统内的对温度变化敏感 的神经元 部位:脊髓,脑干网状结构,下丘脑 热敏感神经元：当局部组织温度升高时冲动发放频率增加的神经元。在视前区-下丘脑前部（preoptic-anterior hypothalamus area，PO/AH）中，

21、较多见。冷敏感神经元：当局部组织温度降低时冲动发放频率增加的神经元。,*中枢温度感受器作用：a、感受局部脑温度刺激+中脑、延髓、脊髓、皮肤、内脏温度刺激 b、将内外温度变化的信息会聚 c、直接对致热源、5-羟色胺、NE及某 些多肽发生反应 体温改变,（二）体温调节中枢 部位：下丘脑，视前区-下丘脑前部（PO/AH）作用：体温调节整合 实验：*切除大脑皮层:体温保持恒定*破坏PO/AH区，体温调节减弱或消失*信息会聚于PO/AH区,（三）体温调节的调定点学说认为：视前区-下去脑前部PO/AH神经元的活动设定了一个调定点（set point），即规定的温度值，如37。C。PO/AH部位的体温调节中

22、枢就是按照这个设定温度来调整体温。,机制:调定点是由PO/AH温度敏感神经元 的工作特性决定的。,内容:体温调节类似于恒温器,在PO/AH设定 一个 调定点,PO/AH就是按照这个温度调节 1.当体温与调定点水平一致时，机体的产热与散热取得平衡；2.当中枢局部温度稍高于调定点的水平时，中枢即使产然降低，散热增加；3.当中枢局部温度稍低于调定点水平时，产热增加，散热降低，直至体温回到调 定点水平。,调定点上移,思考题：.环境温度时,机体如何维持体温的恒定?.临床上发热的病人如何降低体温?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,思考题：1.影响能量代谢的因素有哪些？2.基础代谢在什么情况下测定？为什么？3.环境温度下降时,机体如何维持体温的恒定?4.临床上发热的病人如何降低体温?5.试解释人精神高度紧张时能量代谢和体温的变化过程？6.试用体温调定点学说解释致热原引起的恶寒和高热现象？,名词解释：能量代谢、食物的热价、食物的氧热价、呼吸商(respiratory quotient,RQ)食物的特殊动力效应、基础代谢(basal metabolism)基础代谢率(basal metabolic rate,BMR),see you later!,