【讲义】第九章 能量代谢和体温 |
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第九章 能量代谢和体温 第一节 能量代谢 (energy metabolism) 能量代谢：生物体内物质代谢过程中伴随的能量释放、转移和利用。 一、食物的能量转换 （一）ATP 是体内能量转换和利用的关键物质 生物体细胞不能直接利用食物的能力进行生理活动。机体能量的直接供应者是三磷酸腺苷（ATP)。 ATP分子蕴藏着大量的能量：一克分子 ATP断裂一个高能磷酸键变成ADP,可释放 33.4KJ的能量。－－体内重要的储能物质。 CP（磷酸肌酸）也是体内含高能磷酸键的物质。ATP将能量转给肌酸以CP的形式储存；ATP转化成ADP后，CP再将能量转给ADP以形成ATP。 劳动和运动的人，肌肉中的 ATP 和 CP 比一般人多。 ATP 也是临床的辅助用药。 二、能量代谢的测定 上述能量释放、转移和利用的结果，除骨骼肌完成的机械功外，其余均转变为热能。生理学以及营养学上通用的法定能力计量单位是焦耳（Joules, J) 或千焦耳（kilojoules, KJ)。 （一）与能力代谢测定有关的几个概念 1. 食物的热价 (thermal equivalent of food) 一克食物在体内氧化或在体外燃烧时释放出的能量。 前者为生物热价，后者为物理热价。糖和脂肪的两种热价相等，蛋白质体内不能彻底氧化分解，部分以尿素形式排出。 营养物质 产热量 1 糖 4.1kcal/g 17kJ/g 蛋白质 4.3kcal/g 18kJ/g 脂肪 9.0kacl/g 40kJ/g 2. 食物的氧热价 (thermal equivalent of oxygen) 某种物质氧化时，消耗一升氧所产生的热量为该物质的氧热价。 糖 5.0kcal/L 21.0KJ/L 蛋白质 4.5kcal/L 18.8KJ/L 脂肪 4.7kcal/L 19.9KJ/L 3. 呼吸商 (respiratory quotient) 单位时间内机体CO2产量与O2消耗量的比值。以RQ表示 影响呼吸商的因素： 细胞可以将一种物质转变成另一种物质：糖在体内转化成脂肪时，RQ可大于1。 代谢影响：无氧酵解增加，大量乳酸产生，CO2排出增加，RQ增大。 过度通气， 大量CO2排出， RQ增大。 人日常以三大营养物质混合饮食，RQ变动于0.71~1.00 混合饮食时， RQ » 0.85 4. 非蛋白呼吸商 (NPRQ) 去除蛋白质在体内氧化时所消耗 的O2 和产生的 CO2量，算出的糖和脂肪氧化的CO2量和O2消耗量的比值，即为非蛋白呼吸商 NPRQ。 根据NPRQ查表可算出糖和脂肪各氧化了多少以及它们的氧热价。 二、能量代谢测定的原理和方法 原理： 根据“能量守恒”定律，机体所利用的蕴藏于食物中的化学能，应该与最终转化成的热能与所作的外功的和相等。因此，在避免作外功的情况下，可测定机体在单位时间内向外散发的热量来计算能量代谢率。 方法： （一）直接测热法（direct calorimetry) 利用特殊装置，搜集受试者在一定时间内发散出来的总热量 再换算成单位时间的能量代谢率。装置复杂，除特殊研究需 要外，一般采用间接测热法。 （二）间接测热发： 根据化学反应中反应物的量与产物的量之间存在一对比例关系的原理。如氧化1mol的葡萄糖，消耗 6 mol的O2, 产生 6 mol 的CO2 和 6 mol的H2O，并且释放一定的能力。 同一化学反应，不论经过何种中间步骤，此定比关系不变，三大营养物质的氧化反应同样如此。间接测热法依据这种定比关系，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。 间接测量法的测算方法： 1. 测出24小时尿氮、耗 O2量和 CO2产量 (测 6 分钟呼吸)。 2. 根据尿氮量推出算出体内被氧化的蛋白质量(蛋白质量＝尿氮量 ´ 6. 25) 以及它们氧化时的产热量。 3. 从总耗 O2量和 CO2产量中减去蛋白质部分，算出糖和脂肪氧化时产生的 CO2量和消耗的 O2量，推算出非蛋白呼吸商。 4. 从非蛋白呼吸商查表得出氧热价，算出非蛋白代谢的产热量。 5. 蛋白质代谢产热量与非蛋白代谢产热量之和为24小时的总产热量。 举例： 受试者测出24小时耗氧量400L，CO2产量340L，尿氮12克。 (1) 蛋白质代谢：蛋白质氧化量：12´6.25 =75g 产热量：18kJ/g ´75=1350kJ 耗O2量：0.95/L ´75=71.25L CO2产量：0.76L ´75=57L (2) 非蛋白代谢： 耗O2量：400L-71.25L=328.75L CO2产量：340L-57L=283L NPRQ：283/328.75=0.86 (3) 非蛋白代谢产热量：查表:NPRQ0.86时，氧热价20.4kJ/L 328.75L ´ 20.4kJ/L=6707.5kJ (4) 24小时总产热量：1350kJ + 6707.5kJ=8056.5kJ （三）临床应用的简化方法 测得单位时间内的混合呼吸商，把它作为非蛋白 呼吸商。 从表中查出氧热价，再算出产热量。 (四）简便估算法 将呼吸商定为0.82，此时的氧热价为 20.20kJ。 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= 20.20kJ ´耗氧量 20.20kJ ´400=8080kJ (三) 食物的特殊动力作用 (specific dynamic action of food) 进食后一段时间内（1－8）小时，虽然在安静状态，机体的产热量比进食前高。食物能使机体产生“额外”热量的现象，称为“食物的特殊动力作用”。其机制不清。 （四）环境温度 环境温度在 20 ~ 30 C°时能量代谢最稳定。 30 C°也逐渐增加，因化学反应、发汗和循环呼吸活动加强等缘故。 三. 基础代谢率 基础代谢 (basal metabolism)： 基础状态下的能量代谢。即人体处在清醒而安静状态，不受 肌肉活动、环境温度（室温保持20-25C)、食物和精神紧张影响 ，并排除食物的特殊动力作用(测定前禁食12小时）情况下的基 础代谢。 基础代谢率 (basal metabolic rate BMR) 单位时间的基础代谢。以每小时每平方米体表面积的产热量为单位。BMR= kJ / m2 /h BMR与体重不呈比例关系，然而不论动物体积大小，每平方米体表面积 24小时产热量很接近。 正常范围：BMR随性别、年龄不同，但同一个体相对恒定。 与平均值比较，在 ±10％~15％属正常。 > ± 20％ 可能为病理变化。 临床意义：为诊断甲状腺疾病的重要辅助方法。 甲状腺功能亢进或甲状腺功能减低时，基础代谢率可变化在 ± 420％~40％。 肾上腺皮质和垂体功能低下时，基础代谢率也要降低。第二节 体温及其调节 一. 体温 一定的体温是新陈代谢和正常生命活动的必要条件。 (一）表层体温和(体核)深部体温 表层体温：(shell temperature) 皮肤、皮下组织、 肌肉等的温度； 从下至上升高： 末梢最低， 越近躯干、头部越高。 足 27Ｃ°，手 30Ｃ°， 躯干 32Ｃ°， 额部 33、34Ｃ° 皮肤温度与局部血流量有关。 深部温度 (core temperature): 机体深部如心、肺、脑和腹腔内脏等处的温度。 深部温度比表层温度高且稳定，各部位之间 差异 |
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