第7章-能量代谢与体温

第七章能量代谢与体温Energymetabolismandbodytemperature§1能量代谢§2体温及其调节§1能量代谢食物的能量转化能量代谢的测定影响能量代谢的主要因素基础代谢新陈代谢过程中，既有物质代谢又有能量代谢。本章讲叙的是有关能量代谢以及体温的维持与调节。新陈代谢是机体生命活动的基本特征。新陈代谢表现为机体与环境之间不断进行的物质代谢和能量代谢的过程。能量代谢是指体内伴随物质代谢过程而发生的能量释放、转移、贮存和利用的过程。包括合成代谢和分解代谢，即物质的合成同时能量贮存、物质的分解同时能量释放。研究能量代谢一般是从整体的角度出发，着眼于体内能量的来龙去脉，而不讨论各种物质的中间代谢情况。一、机体能量的来源、转移、贮存和利用人体不能直接利用太阳的光能，也不能利用外部供给的任何形式的能量，人体唯一能够利用的能量是来源于食物中的糖、脂肪和蛋白质。这些能源物质分子结构中的碳氢键蕴藏着化学能，在氧化过程中碳氢键断裂，生成CO2和H2O，同时释放所蕴藏的能量。详见体内能量的释放、转移、贮存和利用示意图。能量来源：主要来自体内糖、脂肪、蛋白质的氧化分解所释放的能量。其中70%来源于糖类分解，其次是脂肪。正常体内极少动员蛋白质来供能。能量释放：大于50%的能量直接以热量形式释放，维持体温。小于50%的能量以转换为化学能形式贮存。能量的转移、贮存：ADP+Pi+能量←→ATPATP即是贮能物质，又是释能物质C+Pi+能量→C-PC-P（磷酸肌酸）只是贮能物质，其若要释放能量有赖于将能量转移至ATP再释能。能量的利用：大于25%的释出能量仍以热能形式散发，维持体温。其次以动能的形式使肌肉收缩做功，维持机体活动所需能量。其余以合成能、电能、渗透能、转运能形式消耗，最终仍以热量形势散发。由此可见，热能为机体的最低级能量形式，不能再转变为其它形式。人体能量的平衡是指机体摄入的能量与消耗的能量之间的平衡。若在一段时间内体重不变，便可认为该段时间内人体摄入的化学能与消耗的能量（热能和外功）基本相等，即人体的能量达到了“收支”平衡。二、能量代谢测定的原理与方法依据“能量守恒定律”，将体内的能量利用全部折算成热能。即测定机体在单位时间内发散的总热量，即能量代谢率（energymetabolicrate）。一般可用直接测热法（directcalorimetry）和间接测热法（indirectcalorimetry）。直接测热法是将被测者置于一特殊的检测环境中，收集被测者在一定时间内发散的总热量，然后换算成能量代谢率。图直接测热法装置（一）间接测热法的原理：在化学反应中，反应物的量与产物的量之间呈一定的比例关系，这称为定比定律。例如，氧化1mol葡萄糖，需要6molO2，同时产生6molCO2和6molH2O，并释放一定量的热能（ΔH），其反应式如下：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+ΔH同一种化学反应，不管中间过程及条件有多大差异，这种定比关系是不变的。定比定律也适用于人体内营养物质氧化供能的反应，因此定比定律成为间接测热法的重要依据。（二）计算产热量的常用参数和概念1.食物的热价（caloricvalue）：指1克食物氧化时所释放出来的能量。2.食物的氧热价（thermalequivalentofoxygen）：某种营养物质氧化时，消耗1升氧所产生的热量。3.呼吸商（respiratoryquotientRQ）：营养物质在体内氧化时，一定时间内二氧化碳产生量与耗氧量的比值。脂肪的RQ为0.71，蛋白质的RQ为0.80，糖的RQ为1。摄入混合食物的呼吸商常在0.82左右。图间接测热法装置表三种营养物质氧化时的有关数据热价（kJ/g）O2耗量（L/g）CO2产量（L/g）呼吸商氧热价（kJ/L）物理热价生理热价糖17.217.20.830.831.0020.9脂肪39.739.72.031.430.7118.8蛋白质23.418.00.950.760.8019.7（三）能量代谢率的简易测算方法1.测得单位时间内的耗氧量和二氧化碳产生量2.计算出混合食物的呼吸商，即RQ=CO2的产生量/O2的消耗量3.根据呼吸商查表得出混合食物的氧热价4.产热量=氧热价×耗氧量5.所求出的单位时间内的产热量即为能量代谢率6.单位体表面积的能量代谢率可消除个体差异。能量代谢率的单位是：kJ/h/m2。表非蛋白呼吸商与氧热价非蛋白呼吸商氧化百分比（％）氧热价（kJ）糖脂肪0.711.1098.919.62300.7515.684.419.82800.8033.466.620.08740.8136.963.120.13760.8240.359.720.18780.8343.856.220.24220.8447.252.820.29240.8550.749.320.34260.8654.145.920.39700.8757.542.520.44720.8860.839.220.49740.8964.235.820.54760.9067.532.520.60200.9584.016.020.85731.00100.00.021.1166非蛋白呼吸商——在一般情况下，体内能量主要来自糖和脂肪的氧化，蛋白质的代谢可忽略不计。可根据糖和脂肪按不同比例混合氧化时所产生的CO2以及消耗O2的量计算出相应的呼吸商。三、影响能量代谢的因素影响能量代谢的因素主要有肌肉活动、精神活动、食物的特殊动力效应、环境温度。肌肉活动：它对能量代谢的影响最为显著。主要以增加肌肉耗氧量而做外功，使能量代谢率升高。精神活动：因为脑的能量来源主要靠糖氧化释能，安静思考时影响不大，但精神紧张时，产热量增多，能量代谢率增高。食物的特殊动力效应：进食之后的一段时间内，机体内可以产生额外热量的作用称为食物的特殊动力效应。其在蛋白质最强，脂肪次之，糖类最少。环境温度：人在安静状态下，在20-30℃的环境中最为稳定。环境温度过低可使肌肉紧张性增强，能量代谢率增高。环境温度过高，可使体内物质代谢加强，能量代谢也会增高。四、基础代谢和基础代谢率（一）基础代谢（basalmetabolism）：人体在基础状态下的能量代谢。基础代谢率（basalmetabolicrateBMR）：单位时间内的基础代谢。（二）基础状态：1．清晨、清醒、静卧2．禁食12小时以上3．室温18-25℃4．精神安宁、平静在以上状态下，机体只维持最基础（血液循环、呼吸）的代谢状态，此时所测量的机体产热量，即为基础代谢率。（三）基础代谢的正常值及测定意义正常值一般用相对值来表示，即通过测量基础代谢率，临床可筛检一些疾病。表我国正常人基础代谢率的平均值（kJ/m2·h）性别11-15岁16-17岁18-19岁20-30岁31-40岁41-50岁51岁男195.4193.3166.1157.7158.6154.0149.0女172.4181.6154.0146.4146.9142.3138.5生物体内物质代谢中伴随着的能量的释放、转移和利用，称为能量代谢（energymetabolism）。能量代谢同化作用（合成代谢）--耗能--放能新陈代谢（物质代谢）异化作用（分解代谢）生物体的基本特征是新陈代谢1、糖：机体的主要能源70%（中国人）有氧氧化无氧酵解CO2+H2O+E38molATP葡萄糖乳酸+E2molATP1mol剧烈运动时，骨骼肌耗氧量猛增，循环呼吸不能很快满足机体对氧的需要，骨骼肌处于相对缺氧状态，称为氧债。能量的来源2、脂肪：提供大约30%的能量甘油脂肪脂肪酸有氧氧化磷酸化脱氢化葡萄糖乙酰辅酶A氧化3、蛋白质（氨基酸）：提供少量的能量能量的去路食物中的能量100%自由能95%ATP45%各种功能活动墒5%热量50%热量20-45%外功0-25%ATP机体的能量货币（载体）磷酸肌酸ATP的缓冲物（储备）能量代谢测定的原理与方法单位时间内机体的产热量（energymetabolicrate）。能量守衡：食物的化学能=热能+外功能量代谢=热能+外功+热储备（一）直接测热法利用特殊的测量装置直接测量整个机体在单位时间内向外界环境散发的总热量。用于研究肥胖和内分泌障碍。设备复杂，操作繁琐，应用受限。（二）间接测热法1、间接测热法的原理依据：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。产物一致：食物在体内外的氧化其最终产物是一样的。基本原理：利用化学反应的定比定律，查出一定时间内机体中氧化分解的糖、脂肪和蛋白质各有多少，据此计算该段时间内机体所释放出的总热量。与能量代谢测定有关的概念食物的热价：1g食物氧化（或在体外燃烧）时释放出来的能量。caloricvalue分为：物理热价：指食物在体外燃烧时释放的热量。生物热价：指食物在体内经过生物氧化所产生的热量。葡萄糖17.1517.1516.7蛋白质23.4317.9916.7脂肪39.7539.7537.7物理热价生物热价营养学热价kj/g食物的氧热价：某种营养物质氧化时，消耗1L氧所产生的热量。thermalequivalentofoxygen葡萄糖21.00蛋白质18.80脂肪19.70呼吸商：在一定时间内，机体的CO2产生量和氧耗量的比值。respiratoryquotient生理意义：可以比较精确的反映体内营养物质氧化的比例。影响因素：1）营养物质之间相互转化2）额外CO2的产生3）某些病理状态的影响葡萄糖0.830.831.00蛋白质0.760.950.80脂肪1.432.030.71CO2产量耗O2量呼吸商2、间接测热法的方法和测算原则氧耗量和CO2产生量的测定方法·闭合式测定法：肺量计、代谢仪·开放式测定法：化学分析尿氮测定：可以估算出被氧化分解的蛋白质量。•P=6.25×尿氮量（克）•非蛋白呼吸商（NPRQ）：糖和脂肪氧化的CO2产生量和耗氧量的比值。用于估测非蛋白代谢中糖和脂肪的相对数量。•NPRQ=(CO2-0.76P)/(O2-0.95P)其中P为蛋白质的量（3）间接测热法的计算原则糖的氧耗量FRQ=[(CO2-0.76P)-S)]/[(O2-0.95P)-S)]=0.71S脂肪的氧耗量SRQ=[(CO2-0.76P)-0.7F]/[(O2-0.95P)–F]=1F总产热量=Px卡价+Sx氧热价+Fx氧热价能量代谢率的简易测算方法步骤：1、测定一定时间内的耗氧量；2、按混合膳食呼吸商为0.82进行代谢率计算公式产热量=20.1878（kj/L）X耗氧量（L）能量代谢率的衡量标准：能量代谢在每一个个体是相当稳定的，但不同的个体差异却很大，难以比较；能量代谢与机体的体形和体重无定比例关系；如：体形较小的鸡和体形庞大的非洲象之间，按每公斤体重产热量相差甚远；能量代谢与机体体表面积间有固定关系---表面积定律以机体体表面积衡量机体能量代谢，并进行不同体形和体重个体间能量代谢率比较时，则相差不多。M2=0.0061×身高(cm)+0.0128×体重(kg)-0.1529三、影响能量代谢的因素1、肌肉活动：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。2、环境温度：环境温度在20-30℃时，能量代谢率最为稳定。20℃能量代谢率开始增加，10℃时显著增加，原因是寒冷刺激所引起的寒战和肌紧张造成的。30℃能量代谢率也增加，原因是温度上升体内化学反应加快和发汗活动增加了产热量。3、食物的特殊动力效应进食后机体产热量的额外增加。可能与肝脏处理蛋白质有关。进食1H后产热量比进食前有额外的增加，持续7-8H，蛋白质食物可达30%左右，糖和脂肪为4-6%，混合食物10%左右。这不是消化吸收活动引起的，静脉注射氨基酸也可以引起类似的产热量增加，因此有人推测与肝脏对蛋白质的处理，主要是脱氨基作用有关。4、精神紧张活动由与精神活动相关连的肌肉活动和激素分泌引起。四、基础代谢（basicmetabolism）