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第七章-能量代谢和体温


卫生部十二五规划教材《生理学》

第七章
能量代谢和体温
制作:汪晓凯

理 论 知 识
课 后 自 测 知 识 拓 展

本章要求
掌握:基础代谢、基础代谢率、食物的热价、氧热价和呼吸 商的概念;机体产热和散热;影响能量代谢的主要因素,体 温的生理变动。 熟悉:机体能量的来源与去路;维持体温相对稳定的机制; 基础代谢率的临床意义;发热的机制。 了解:能量代谢测定的原理;发热对机体的影响;低体温; 人体对高温、寒冷环境的反应和习服。

第一节 能量代谢
能量代谢(energy metabolism):
物质代谢过程中伴随发生的能量释放、转移、储存和

利用称为能量代谢。

一、机体能量的来源和去路

(一)能量的来源
(二)能量的去路

㈠能量的来源
1.糖 2.脂肪 3.蛋白质
? 直接供能物质 ? 主要储能形式
ATP

㈠能量的来源
ATP 多时 ADP+Pi

磷酸肌酸

CATP

C
ATP ADP+Pi

C ~P
ATP 少时

磷酸肌酸的特点:

?是ATP的储存库 ?不直接供能

㈠能量的来源

1.糖

? 主要的供能物质(50 % ~ 70%)
? 方式:有氧氧化
无氧酵解(氧不足时)

㈠能量的来源
?储存和供能(30%)

2.脂肪

?方式:有氧氧化(需氧)

?特点: 释能多 (=糖的2倍)
?短期肌饿时(主要供能物质)

㈠能量的来源

3.蛋白质

?一般不作供能物质,长期饥饿时供能。

㈡能量的去路

㈡能量的去路

脂肪 能量

小结

蛋白质
?约50%直接转变成热能 ? 50%是自由能(ATP)

㈢能量平衡
摄入 消耗

三种情况:
摄入>消耗 肥胖

评价指标

体重指数

摄入<消耗
摄入=消耗

消瘦
体重不变

㈢能量平衡
体重指数
体重指数 = 体重(kg)/[身高(m)]2

二、能量代谢的测定原理和方法
(一)测定原理
(二)测定方法

(三)间接测热法的参数和步骤

㈠测定原理
“能量守恒定律”

㈡测定方法
特点: 复杂 繁琐

1.直接测热法(direct

calorimetry)

(indirect calorimetry) ㈡测定方法 2.间接测热法 定比定律

定比定律:
糖 C6H12O6 + 6O2→ 6CO2 + 6H2O +△H

㈢间接测热法的参数和步骤 1.测定参数
所述参数能解决以下问题:

?1g某种食物氧化时释放多少能量? ?消耗1L氧产生多少能量? ?三种营养物质参与代谢的比例如何?

㈢间接测热法的参数和步骤 1.测定参数
食物的热价:
1克某种食物氧化时释放的能量称为这种食物的热价 (thermal equivalent of food),也称卡价 。

生物热价: 体内氧化 物理热价:体外燃烧 糖与脂肪:物理热价=生理热价 蛋白质:物理热价﹥生物热价

㈢间接测热法的参数和步骤 1.测定参数
氧热价:
某种食物氧化时每消耗1升氧所产生的热量称为这种食物 的氧热价(thermal equivalent of oxygen)。

1C6H12O6+6O2

6CO2+6H2O+△H

氧热价意义

?根据一定时间内耗氧量推算出产热量。

㈢间接测热法的参数和步骤 1.测定参数
呼吸商:
营养物质在体内氧化时,一定时间内CO2产量与耗O2量的 比值称为呼吸商(respiratory quotient,RQ)。

计算公式:
RQ = 产CO2 mol数/ 耗O2 mol数

㈢间接测热法的参数和步骤 1.测定参数
呼吸商:
─────────────────────────── 物 质 耗氧量 产CO2量 呼吸商 (L/g) (L/g) (RQ) ─────────────────────────── 糖 0.83 0.83 1.00 脂 肪 1.98 1.43 0.71 蛋白质 0.95 0.76 0.80 ───────────────────────────

三种营养物质的RQ

RQ的意义

?估算某段时间体内3种物质氧化的比例。

㈢间接测热法的参数和步骤 1.测定参数
非蛋白呼吸商:
根据糖和脂肪氧化时CO2产量与耗O2量的比值计算的呼吸商 称为非蛋白呼吸商(no-protein respiratory quotient,NPRQ)。

RQ的意义

?估算参与代谢的糖和脂肪的比例。

㈢间接测热法的参数和步骤 2.测定步骤
蛋白质产热量

尿氮排出量

蛋白质 分解量

蛋白质代谢耗O2量 蛋白质代谢CO2产量

总耗O2量 - 蛋白质代谢耗O2量= 非蛋白质代谢耗O2量 总CO2量 - 蛋白质代谢CO2产量= 非蛋白质代谢CO2产量 非蛋白代谢的产热量 NPRQ

总产热量=非蛋白代谢的产热量 + 蛋白质产热量

㈢间接测热法的参数和步骤 3.简化测定法
方法一(忽略蛋白质): 总CO2产量/总耗O2量 NPRQ 相应氧热价 × 总耗O2量 总产热量

方法二(经验法):
混合膳食RQ为0.85 氧热价20.36kJ × 总耗O2量 总产热量

三. 影响能量代谢的因素
关于能量代谢请思考:

?男性与女性有区别吗? ?一天中有变化吗? ?一年四季中能量代谢有变化吗? ?工作和休息时有无异同? ? ……?

三. 影响能量代谢的因素
(一)肌肉活动 (二)精神活动

(三)食物的特殊动力效应
(四)环境温度

(一) 肌肉活动

特征: ?最主要的影响因素

?活动增强,代谢率↑

(二)精神活动

机制:

?骨骼肌紧张性↑ ?交感-肾上腺髓质系统↑ ?甲状腺激素↑

能量代谢率↑

(三) 食物特殊动力效应
概念:食物能引起机体额外产生热量的这种现象称为食
物的特殊动力效应(food
specific dynamic effect)。

机制:肝脏加工食物有关。

比较:蛋白质﹥糖﹥脂肪

㈣环境温度
20~30℃
<20℃

稳定
产热增加

>30℃

请思考: 能量代谢受诸多因素影响,那么 其衡量标准怎样确定?

四. 基础代谢
——能量代谢的衡量标准

㈠基础代谢和基础代谢率
基础代谢:人体在基础状态下的能量代谢称为基础代谢(basal
metabolism)。

基础状态:人处于清醒而又非常安静,不受肌肉活动、精神
紧张、食物及环境温度等因素影响时的状态。
具体条件 ①清醒、安静卧床、肌肉放松,以避免肌肉活动的影响; 基础代谢率:单位时间内的基础代谢(basal metabolic rate,BMR) 。 ②无精神紧张、焦虑和恐惧心理,以避免精神活动的影响; ③空腹,即距前次进餐12h以上,以排除食物特殊动力效应的影响; ④环境温度保持在20~30℃之间,以排除环境温度的影响; ⑤测定的前一晚必须保证足够的睡眠。

㈡BMR的测定方法
1.测单位时间产热量
产热量=20.20×耗O2量(kJ)

基础状态混合膳食RQ为0.82 ,
其对应氧热价为20.20

㈡BMR的测定方法
2.BMR的衡量标准
体表面积的计算方法 ?每m2体表面积产热量为标准

⑴公式法
体表面积(m2) =0.0061×身高(cm)+ 0.0128×体重(kg)- 0.1529

⑵测算图法

㈢BMR的表示方法

1.实际数值

国人正常基础代谢率的平均值[kJ/(m2·h)] 年龄(岁)11~15 男性 女性 195.5 172.5
16~17 193.4 181.7 18~19 166.2 154.1 20~30 157.8 146.5 31~40 158.7 146.4 41~50 ﹥51 154.1 142.4 149.1 138.6

㈢BMR的表示方法
计算公式
BMR =

2.相对值

实测数值 - 正常平均值 正常平均值

×100%

(四)BMR的正常水平及异常变化
?正常范围 ?异常
±10%~15% >±20%

主要用于甲状腺疾病的诊断 甲亢:+25%~+80%; 甲减:-40%~-20%

发热:体温每升高1℃,BMR升高13%

第二节 体温及其调节

一、体温及其生理变动 (一)表层温度和核心温度 (二)体温的生理变动

㈠表层温度和核心温度
1.表层温度

? 随环境温度变化

? 各部位差别较大
2.核心温度

? 相对稳定

? 各部位差别小
体温:人体内脏器官的平均温度。

㈠表层温度和核心温度
体温的正常值
直肠温度: 36.9 ~ 37.9℃

口腔温度: 36.7 ~ 37.7℃
腋窝温度: 36.0 ~ 37.4℃

㈡体温的生理变动
1.昼夜变化
特点: 清晨2~6时体温较低, 午后1~6时较高。

㈡体温的生理变动
2.性别
特点: ?女性>男性 ?女性体温的月周期

㈡体温的生理变动
3.年龄
特点: ?儿童、青少年体温较高,老人体温较低

?新生儿体温调节能力差

㈡体温的生理变动
4.肌肉活动
特点: ?活动时体温较高

㈡体温的生理变动
5.其他因素
麻醉时体温下降
情绪激动、精神紧张、环境温度和进食等

二、机体的产热和散热
神经、体液调节

产热

散热

产热和散热的相对平衡

㈠机体的产热

1. 主要产热器官

几种组织器官在不同状态下的产热量
组织器官
重量(占体重的%)

产热量(占机体总产热量的%) 安静状态 运动或劳动

脑 内脏 骨骼肌 其他

2.5 34 56 7.5

16 56 18 10

1 8 90 1

?安静时:内脏为主 ?运动时:骨骼肌为主

㈠机体的产热

2. 产热形式

⑴寒战产热: 寒冷环境中主要产热形式

⑵非寒战产热:褐色脂肪分解产热

㈠机体的产热
⑴体液调节:
甲状腺激素

3. 产热的调节

肾上腺素和去甲肾上腺素 寒战中枢兴奋引起寒战

⑵神经调节:

兴奋交感神经

㈡机体的散热
主要:通过皮肤

1. 散热途径

少量:通过呼吸、尿液、粪便

㈡机体的散热
⑴辐射散热
⑵传导散热

2. 皮肤主要散热方式

⑶对流散热
⑷蒸发散热

2. 皮肤主要散热方式
⑴辐射
散热量取决于

? 散热面积 ? 皮肤-环境温度差

2. 皮肤主要散热方式
⑵传导
散热量取决于

? 接触面积 ? 温度差 ? 导热性
冰帽——降温 脂肪 —— 保温

2. 皮肤主要散热方式
⑶对流
散热量取决于

? 风速 ? 温度差 ? 散热面积

2. 皮肤主要散热方式
⑷蒸发
蒸发
不感蒸发 1000ml/d 可感蒸发(发汗) 补液应注意此量

影响因素:环境温度和湿度

温热性发汗作用:调节体温 发汗
精神性发汗作用:与体温调节无关

2. 皮肤主要散热方式
环境温度高于表层 温度时怎样散热?
40

答案: 唯一散热方式——蒸发

40

思考题: 先天性汗腺缺乏者和深度大面积烧伤者高温环 境中工作有何危险?

常用散热措施
降温措施 降温措施

冰袋、冰帽、 电扇、通风 降低室温、减衣 酒清擦浴 用阿司匹林 用抗菌药物

理论依据 理论依据 传导散热↑ 对流散热↑ 辐射散热↑ 蒸发散热↑ 下调调定点 消除致热原

3.皮肤散热的调节
⑴皮肤血流量的调节 ⑵发汗的调节

3.皮肤散热的调节
⑴皮肤血流量的调节

?炎热环境:
小动脉舒张

动-静脉吻合支开放

散热↑

?寒冷环境:
小动脉收缩

动-静脉吻合支闭合

散热↓

3.皮肤散热的调节
⑵发汗的调节

?炎热环境或运动时:

交感神经(胆碱能纤维)兴奋

发汗↑

散热↑

二、机体的产热和散热
?代谢性产热
基础代谢、肌肉活动 食物特殊动力效应 非寒战产热

小结

?物理性散热
辐射、传导、对流、蒸发

?反射性散热↑
发汗 皮肤血管舒张、血流量↑

?反射性产热
寒战

?行为性 增加衣物 环境

?行为性散热 环境 衣着

产热

散热

三 、体温调节
类型
行为性体温调节

自主性体温调节(负反馈机制)

反馈控制系统
控制系统 下丘脑
传 入 信 息

传出信息

受控系统
内脏、骨骼肌、 皮肤等

温度感受器

㈠温度感受器
1.外周温度感受器

2.中枢温度感受器

㈠温度感受器
分 类

1.外周温度感受器

冷觉感受器(多) 热觉感受器(少)

冷觉感受器
热觉感受器

㈠温度感受器
分 类

2.中枢温度感受器

热敏神经元(多) 冷敏神经元(少)
特点: 温度高时兴奋 产生散热效应 特点: 温度低时兴奋 产生产热效应

㈡体温调节中枢
实验:切除大脑皮层——体温稳定 破坏下丘脑——体温不稳定

基本中枢:视前区-下丘脑前部(PO/AH)
下丘脑:高级整合作用,以反射实现体温的调节。

㈢体温调节
请思考: 机体如何维持正常体温?

调定点学说

环境温度 ↓ → 体温下降 → 外 周冷感受器→传入神经→

调定点

血液 → 深部温度 ↓ → 中 枢冷敏神经元→

PO/AH区
躯 体 N→ 骨 骼 肌 紧 甲状腺激素↑→代谢↑ 张性↑→寒战 肾上腺髓质激素↑→代谢↑
支配汗腺的交感N 抑制→汗腺分泌↓

交感N兴奋→皮肤 血管收缩→血流↓

产热↑

体温稳定

散热↓

四、异常体温
(一)发热
(二)低体温

㈠发热
37℃
30℃

1.发热的机制
PO/AH区

40℃

热感觉? 冷感觉?

㈠发热

1.发热的机制
发热激活物
内生致热原

热敏神经元-

PO/AH 调定点↑

冷敏神经元+

散热↓
体温在新调定点达到平衡

产热↑

㈠发热
40.0 体 体 温 调 定 点 升 高

1.发热的机制

39.0 温
(℃) 38.0

产热增加 散热减少

体 温 调 定 点 下 降

散热增加 产热减少

37.0
0 1 2 3 时间(小时) 4 5

㈠发热

2.发热对机体的影响

有利方面: 提高免疫 促进康复

不利方面: 心率加快 食欲不振 头疼、头晕 甚至器官损害

㈡低体温
概念:低于36℃的体温称为体温过低或低体温。

常见原因:
?长时间处于低温环境 ?婴幼儿 ?甲状腺功能不足 ?脑血管疾病 ?麻醉药中毒

?…….

五、人体对高温、寒冷环境的 反应和习服

㈠人体对高温环境的反应
增加散热,减少产热,维持正常体温

高温
热痉挛:肌肉痉挛、体温正常

中暑

热衰竭:虚脱、体温轻度升高
热(日)射病:神志障碍、多器官衰竭、高热

(二)人体对寒冷环境的反应
寒冷
增加产热
③ 甲 状 腺 激 素 释 放 ② 交 感 肾 上 腺 髓 质 系 统 兴 奋 ① 寒 战 产 热

减少散热

-

(三)习服
概念: 人体长期在较热或较冷环境中生活,逐渐对环境发生适 应而维持正常生理状态,这种对环境的适应称为习服。

单选题
1.机体主要能量来源是 A.糖 B.脂肪 C.蛋白质 D.维生素 E.无机盐

单选题
2.体内既是重要的储能物质又能直接供能 的物质是 A.脂肪
B.肝糖原

C.ATP
D.CP E.葡萄糖

单选题
3.机体主要的散热器官是

A.皮肤
B.肺脏

C.消化道
D.肾脏 E.脑

单选题
4.对高热患者用冰袋或冰帽降温属于

A.增加蒸发散热
B.增加传导散热 C.增加对流散热 D.增加辐射散热 E.以上都不是

单选题
5.当环境温度等于或高于体温时,机体的 散热方式是 A.辐射
B.传导

C.对流
D.蒸发

E.以上都不是

单选题
6.能使汗液分泌增加的是
A.给予抗胆碱药

B.空气干燥
C.环境湿度增大

D.风速增大
E.劳动强度减小

单选题
7.支配机体大多数小汗腺的交感神经节后 纤维释放的递质是 A.去甲肾上腺素

B.5一羟色胺
C.乙酰胆碱

D.多巴胺
E.γ-氨基丁酸

思考题
1.恶性肿瘤患者为什么消瘦?(用本章相关知识解释) 2.从25℃环境中突然进入0℃环境时人体产热和散热有何变化? 3.发热患者为什么体温上升期有冷的感觉?此时患者的皮肤有何变化?

4.发热患者为什么体温下降期有热的感觉?此时患者的皮肤有何变化?
5.说明脱衣、电扇、冰帽、酒精擦浴增加散热的机制。 6.先天性汗腺缺乏者能否在高温环境中工作?为什么? 7.对于细菌感染而发热的患者,你有何方法使其体温恢复正常?并说明其原理。 8.对于因中暑而体温升高的患者,如何对其降温?并说明其原理。

科 学 史 话

伽利略 . 伽利莱 ( Galileo Galilei ) — 温度计的发明者
伽利略(1564~1642)对物理学、天文学和哲学做出了巨大的贡献,是近 代实验科学的先驱。最初的温度计就是由他发明的。 一天,他看到一个小孩正在玩一种玩具。这种玩具是在 U 形玻璃管里装一 半水,将弯管的一端用铅球密封,另一端用玻璃球密封,使管中空气跑不出来。 当在铅球下加热时,U 形管中的水就会向回退缩,移开铅球下的火源;当铅球 冷却时,水就会升到原来的位置。一旁的伽利略受到启示,脑海里产生了一个 想法——利用这种热胀冷缩的原理制作温度计。经反复实验,1592年他终于发 明了第一支空气温度计。这种气体温度计由一根45cm长的细玻璃管制成。它的 一端为空心圆球形,另一端开口,事先在管内装一些带颜色的水,并将这一端 倒插入盛水的容器中,在玻璃管上等距离地标上刻度。这样,当外界温度升高 时,玻璃球内气体膨胀,使玻璃管中水位降低;反之,温度较低时,玻璃球内 气体收缩,玻璃管中的水位就上升。此后,人们根据伽利略的这个发明,经过 不断改进,克服气压、液体沸点等影响,先后研制出酒精温度计和水银温度计 等。

体温计的发明
体温计是在意大利科学家伽利略发明的温度计基础上改进而成的。
伽利略发明的第一支温度计是一根有刻度的直形细长玻璃管,封闭端呈球 形,未封闭端插在水里;当周围的气温发生变化时,管内水柱的高低也随之发

生变化,由此得知气温的高低。但是,由于水是露在大气里的,水柱的升降除
受气温的影响外,还受到大气压的影响,因而仅凭水柱高低测量气温的变化不 准确。为解决这一问题,1654年伽利略的学生斐迪南用酒精代替水,制成了一 种不受大气压影响的温度计。但因酒精的沸点较低(只有78℃ ),限制了对高 温的测量。1659年,法国天文学家布里奥利用水银沸点较高的特性,制成了水 银温度计,可测357℃的高温,也可测得-39℃的低温。1867年英国的奥尔巴特 医生根据人体体温的特点和需要,研制出一种专门用于测量人或动物体温的水

银温度计,这种体温计一直沿用至今。1984年芬兰的一位医疗器械师又发明了
更方便、准确的电子体温计。随后不久,美国的一家医疗器械公司又研制出一 种专用于婴儿的奶嘴式体温计。随着高新科技的发展,今后还将会研制出更先

进、更科学、更准确的新型体温计。

各种动物采取的避暑行为
1.家兔 炎热环境下家兔两只长耳朵上丰富的毛细血管舒张,通过辐射、传导 和对流散热。 2.狗 狗没有汗腺,天热时狗张口伸舌喘气,通过迅速呼吸散发体内热量。 3.松鼠 天热时松鼠将尾巴竖起来遮挡自己的身体,讨得一片阴凉。 4.大象 炎热时大象喜欢玩水,用鼻子向上喷水而“淋浴”,并扇动大耳朵加 强散热。 5.蜜蜂 炎热的夏天,部分蜜蜂忙于运水,洒在窝眼周围;另一部分在蜂房入

口处整齐排列并摆动双翼扇风,蜂房内刮起的阵阵风加速水分的蒸发,从而带
走蜂房的热量,使蜂房保持较低的温度。 6.蜗牛 非洲大沙漠的蜗牛,盛夏来临时,蜗牛缩进壳内,钻进沙硕中,等天

气转凉时才爬出来。
7.鳄鱼 天气炎热时,鳄鱼张开大嘴,急促呼吸,以把体内热量带走。

生 理 与 临 床

基础体温的临床应用
1.反映黄体功能 能不足。 2.掌握排卵期,有效避孕或受孕 基础体温升高前和后3~4天需要避孕;测定基础体温并在近排卵 日测定尿液 LH 能准确掌握排卵日期,增加受孕机会。 3.诊断早孕 通过测定基础体温发现黄体期延长为早孕的现象之一,黄体期最长为16天,超过16天 者可疑妊娠。 基础体温黄体期少于12天或黄体期体温上升幅度不足0.3~0.5℃,提示黄体功

4.协助诊断阴道出血类型 应用基础体温并配合子宫内膜检查能更准确地判断阴道出血的类型。
5.反映低热 低热的患者在基础体温曲线上有反映,表现为卵泡期基础体温基线在36.5℃以上,或 黄体期体温高于37.0℃。 6.疗效观察 妇科内分泌治疗的特点,在于掌握周期规律和了解治疗后所起调节或抑制作用,单凭 一般月经周期推算不能长期系统地了解治疗后卵巢的功能;测定基础体温可以协助掌握周期规律, 并且体温也可反应治疗效果;可见基础体温的测定有助于提高妇科内分泌的治疗水平。 备注:基础体温在临床中有重要作用,但其缺点是影响因素多,反映情况较粗糙,所以测定基础

体温时尽量按照所需条件进行,同时也要配合其他检查。


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