人体及动物生理学 第十一章 能量代谢与体温

第七章能量代谢与体温第一节能量代谢第二节体温第一节能量代谢能量代谢:指体内物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移、贮存和利用。一、机体能量的来源与去路(一)能量来源1.糖:主要(70％以上)脑组织所需能量则完全来源于糖的有氧氧化。缺氧和血糖水平过低，均可导致意识障碍、昏迷以及抽搐。2.脂肪：次之(30％)3.蛋白质：很少(长期饥饿或极度消耗时，才成为主要能量来源)。(二)能量去路能源物质释放的能量有50%转化为热能，其余以自由能形式贮存于ATP中。除骨骼肌运动时所完成的机械外功，其余的自由能最终也转变为热能。三、影响能量代谢的因素(一)肌肉活动肌肉活动对能量代谢的影响最大。全身剧烈活动时，短时间内其总产热量比安静时高出数十倍。表7-3表明不同劳动或运动时的能量代谢率。表7-3机体不同状态时的能量代谢率───────────────状态产热量(KJ/m2.min)───────────────躺卧2.73开会3.40擦窗子8.30洗衣9.89扫地11.37打排球17.05打篮球24.22踢足球24.98持重机枪跃进42.39───────────────(二)精神活动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%。但精神处于紧张状态(烦躁、恐惧、情绪激动等)时，由于会导致无意识的肌肉紧张性增强、交感神经兴奋及促进代谢的内分泌激素释放增多等原因，产热量可显著增加。(三)食物的特殊动力效应人进食后一段时间内(从进食后1h开始,持续7～8h),即使同样处于安静状态,但产热量却比进食前有所增加，这些“额外”热量是由进食引起的。食物能使机体产生“额外”热量的现象称为食物的特殊动力效应。各种营养物质的食物特殊动力效应不同，进食蛋白质时产热量增加30％，混合性食物增加10％，糖和脂肪增加4～6％。其产生的机制尚不十分清楚，可能与肝脏处理蛋白分解产物时的额外能量消耗有关。(四)环境温度1.人体安静时的能量代谢,在20～30℃的环境中较为稳定。2.环境温度超过30℃，能量代谢率增加。3.当环境温度低于20℃时，随着温度的不断下降，机体产生寒战和肌紧张增加以御寒，同时增加能量代谢率。4.舰艇舱内温度可高达60℃,故舰员的能量代谢率很高。四、基础代谢(一)概念1.基础代谢：机体在基础状态下的能量代谢称为基础代谢。基础状态的条件如下：①清晨空腹，即禁食12～14h，前一天应清淡、不要太饱的饮食，以排除食物特殊动力效应的影响。②平卧，全身肌肉放松，尽力排除肌肉活动的影响。③清醒且情绪安闲，以排除精神紧张的影响。④室温18-25℃，排除环境温度的影响。2.基础代谢率(BMR)：单位时间内的基础代谢。(二)BMR的测定和正常值1.BMR的测定:(通常采用简易法)①把基础状态下的呼吸商定为0.82、氧热价为20.20KJ。②测出1h内(测6min的耗氧量×10)的耗氧量。③测出体表面积。④按下面公式计算出BMR实测值：BMR实测值＝20.195×耗氧量/体表面积⑤对照表7-4的BMR平均值,按下面公式计算出BMR相对值：BMR相对值＝BMR实测值-BMR平均值BMR平均值2.BMR正常值：＝±10％～±15％＞±20％→可能是病态甲亢：+25％～+80%；甲减：-20%～-40%发烧：体温每升高1℃，BMR升高13%.×100%表7-4研究表明,机体能量代谢率与体重相关性不明显,而与体表面积基本上成正比。如：以体重为指标,身材瘦小者的产热量/Kg显著高于身材高大者;以体表面积为指标,则身材高大或瘦小者的产热量/m2都比较接近。人体表面积推算:①公式计算：＝0.0061×身高（cm)＋0.0128×体重(kg)－0.1529②体表面积测算图测出。第二节体温概念：指身体深部的平均温度，即体核温度。意义：体温的相对恒定是机体新陈代谢和一切生命活动正常进行的必需条件。体温过高、过低都会影响酶的活性，导致生理功能的障碍，甚至造成死亡。如：T＜22℃→心跳停止；T＞43℃→酶变性而死亡;T=27℃→低温麻醉。一、人体正常体温及生理变动（一）正常体温通常体温的测量部位为腋窝、口腔和直肠温。1.肛温：正常为36.9～37.9℃。2.口温：约比直肠低0.2℃,为36.7～37.2℃。3.腋温：约比口腔低0.3℃,为36.7～37.2℃。肛温比较接近机体深部的温度，但由于测试不便，临床常用口温和腋温。测定腋温时要注意夹紧体温计和测量时间（约需10min）。另外，科研中还常用食管温度（=体核温度）、鼓膜温度（=下丘脑温度）。（二）体温的生理变动正常人的体温可因昼夜、性别、年龄和机体的活动等而有所变动。1.昼夜节律变化人的体温在一昼夜中呈现周期性波动，称为体温的昼夜节律。一般是清晨2～6h时最低，下午2～8h最高，波动幅度一般不超过1℃。体温的昼夜节律是生物节律的表现之一。与人昼动夜息的生活规律，以及代谢、血液循环、呼吸等机能的相应周期性变化有关。长期夜间工作的人，上述周期性变化可以发生颠倒。2.性别差异⑴成年女子体温平均比男子高0.3℃。⑵女子体温随月经周期而产生周期性变动。排卵日最低（约1℃）。3.年龄差异新生儿体温＞成年人＞老年人。体温随着年龄的增长有逐渐降低的趋势（与代谢率降低逐渐有关），大约每增长10岁，体温约降低0.05℃。14～16岁的青年人体温与成年人相近。新生儿（特别是早产儿）由于体温调节机构尚未发育完善、老年人由于调节能力差，易受环境温度的影响。4.其他●肌肉活动时，肌肉代谢明显增强，产热增加，可使体温暂时升高1～2℃。所以测体温时，要先让受试者安静一段时间，小儿应防止其哭闹。●情绪激动、精神紧张、进食等情况，都会影响体温。●全身麻醉时，会因抑制体温调节中枢和扩张血管的作用及骨骼肌松弛，使体温降低，所以全麻时应注意保温。二、机体的产热和散热人体正常体温的维持，是在体温调节机构的协调和控制下，产热和散热过程达到动态平衡的结果。(一)产热1.主要产热器官：安静状态，主要产热器官是内脏（尤其肝脏，其次是脑）。活动状态,主要产热器官是骨骼肌。此外，环境温度、进食、精神紧张等能够影响能量代谢的因素，也都可影响机体的产热量。2.产热形式⑴战栗产热：骨骼肌不随意的节律性收缩，其特点是屈肌和伸肌同时收缩，不做外功但产热量很高。实际上，机体在寒冷环境中，通常在战栗之前，首先出现战栗前肌紧张，当肌紧张上升到一临界水平时就转变为战栗。⑵非战栗产热：又称代谢产热，机体所有的组织器官都能进行代谢产热，但以褐色脂肪组织的产热量最大（约占70%）。3.产热活动的调节⑵机体在寒冷环境几周后↓甲状腺↓T3、T4↑↓代谢率↑(增加4～5倍)↓产热量↑特点：作用缓慢，维持时间长。⑴寒冷刺激时↓交感-肾上腺髓质↓NE、E↑↓产热量↑特点：作用迅速↑，维持时间短。(二)散热1.散热部位：主：皮肤面积大与外界接触血流丰富有汗腺次：肺、尿、粪2.散热方式：当外界气温＜低于人体表层温度时，人体主要通过辐射、传导和对流方式散热，其散热量约占总量70％。当外界温度＝接近或＞高于皮肤温度时，机体的散热是依靠蒸发方式散热。机体散热方式有以下几种:⑴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在高温环境中作业（如舰船、炼钢人员）,因环境温度高于皮肤温度，机体不仅不能辐射散热，反而会吸收周围的热量，故易发生中暑。机体的有效辐射面积皮肤与环境的温度差⑵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。传导散热量取决于水的导热性好，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。与皮肤接触物体的温差与皮肤接触面积的大小与皮肤接触物体的导热性⑶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。对流散热量主要取决于衣服覆盖于体表，不易实现对流；棉、毛纤维间的空气不易流动，因此增加衣着可以保温御寒。若在较密闭的高温环境中（如船舱内）或闷热气候，因空气对流差，易发生中暑。气温风速⑷蒸发散热：（分不感蒸发和可感蒸发）指体液的水分在皮肤和粘膜表面由液态转化为气态，同时带走大量热量的散热方式。每1.0ｇ水蒸发可带走热量2.44KJ。当气温≥体温时，蒸发是唯一的散热途径①不感蒸发：又称不显汗。指体液的水分直接透出皮肤和粘膜表面，在未聚成明显水滴前蒸发掉的散热形式。不感蒸发是持续进行的。人体不感蒸发量约1000ml/日（皮肤约占2/3,肺占1/3）。∴临床上给病人补液时应考虑到由不感蒸发丢失的体液量。②发汗：又称可感蒸发。人在安静状态下，当环境温度达到30℃左右时，便开始发汗；如果空气湿度大、衣着又多时，气温达25℃便可发汗；机体活动时，由于产热量↑，虽然环境温度低于20℃亦可发汗。炎热的气候，短时间内发汗量可达1.5L/h。∵发汗散热是通过汗液蒸发吸收体表热量实现的，∴若将汗液擦掉则不能起到蒸发散热的效果；汗腺缺乏(如烧伤病人)或汗腺分泌障碍者，在热环境中就可导致体温升高危及生命。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：＜１％大部分为NaCl其余为KCl、尿素、乳酸等无葡萄糖和蛋白质温热性发汗精神性发汗汗腺全身绝大部分汗腺分泌(手掌、足跖除外）手掌、足跖、前额和腋窝等部位汗腺神经支配交感神经的胆碱能节后纤维肾上腺素能神经纤维刺激温热刺激情绪激动或精神紧张意义加强散热，对体温调节有重要作用。与体温调节无关，可能与湿润手掌和足跖，增加摩擦力有关。3.散热的调节：⑴皮肤循环的调节：机体通过交感N调控着皮肤血管的口径，以改变其血流量，改变皮肤温度，从而影响辐射、对流和传导散热量。⑵发汗的调节：发汗是反射性调节。∵支配汗腺的神经纤维的不同，∴发汗分为：三、体温调节体温的相对稳定，是通过许多与体温调节有关的生理功能，相互协调，达到产热和散热相对平衡而实现的。(一)温度感受器1.外周温度感受器⑴分布：全身皮肤、某些粘膜和腹腔内脏等处。⑵类型：温觉感受器和冷觉感受器皮温≈30℃时→冷觉感受器+→冷觉皮温≈35℃时→温觉感受器+→温觉⑶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。2.中枢性温度敏感神经元⑴分类：热敏神经元和冷敏神经元血温↑→热敏神经元冲动发放频率↑血温↓→冷敏神经元冲动发放频率↑⑵分布：下丘脑、脑干网状结构和脊髓等处在视前区-下丘脑前部(PO/AH)分布较多的热敏神经元和少量冷敏神经元。通过对PO/AH加温或冷却（局部脑温变动0.1℃）的研究发现：加温PO/AH→PO/AH的热敏N元+→散热反应↑产热反应↓冷却PO/AH→PO/AH的冷敏N元+→散热反应↓产热反应↑说明：PO/AH中的某些温敏N元能感受局部脑温的变化。(二)体温调节中枢虽然从脊髓到大脑皮层的整个CNS中都存在调节体温的中枢结构。但从恒温动物脑的分段切除实验证明，只要保留下丘脑及其以下神经结构的完整，动物仍具有维持体温相对恒定的能力。说明:调节体温的基本中枢位于下丘脑。除前述对视前区-下丘脑前部(PO/AH)加温或冷却的研究说明：PO/AH中的某些温敏N元能感受局部脑温的变化外；进一步研究还证明：PO/AH还能对中脑、延髓、脊髓、皮肤等处传入的温度信息发生反应，以及能直接对致热物质、5-HT、NE等物质发生反应，说明：PO/AH具有体温调节整合中枢的地位。(三)体温调节机制籍于前述，体温自动调节的机制提出了“调定点”学说：即体温调节类似恒温器的调节；PO/AH中的温敏N元可能起着“调定点”的作用；“调定点”所规定的温度值决定着体温的高低。干扰因素：致热原使调定点↑孕激素使调定点↑复习思考题1.体温的生理变动表现在哪些方面？2.人体有哪些散热途径？皮肤的散热方式有哪些？各有何意义？3.试以体温调定点学说解释体温调节机制。4.根据散热原理，应如何降低高热病人的体温？5.恒温动物在剧烈运动和寒冷环境中是如何维持体温相对恒定的？6.简述影响能量代谢