能量代谢与体温.ppt
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能量代谢与体温
* 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(energy metabolism)。
第一节能量代谢
* 能量的来源和去路
* 能量代谢的测定
* 影响能量代谢的因素
* 基础代谢
能量的来源：
* 1、糖：机体的主要能源 70%(中国人)
* 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。
* 2、脂肪：提供大约 30%的能量
* 3、蛋白质(氨基酸)：提供少量的能量
能量的去路：
能量代谢测定的原理与方法
* 单位时间内机体的产热量(energy metabolic rate)。
*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。caloric value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17.15 17.1516.7
* 蛋白质 23.4317.9916.7
* 脂 肪 39.75 39.7537.7
* 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。thermal equivalent of oxygen
* 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。respiratory quotientRQ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
2、间接测热法的方法和测算原则
* (1)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
*(2)尿氮测定：可以估算出被氧化分解的蛋白质量。
? P = 6.25 x 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]
=1 F
*总产热量 = P x 卡价 + S x 氧热价 + F x 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
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=0.0061X身高(cm)+0.0128X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摄氏度时，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
basic metabolism
* 基础代谢是指人体在人体处在清醒又非常安静、不受肌肉活动、环境温 度、食物及精神紧张等因素的影响是的状态下的能量代谢。
* 单位时间内的基础代谢称为基础代谢率(basic metabolic rate)。
*基础条件：人体处在清醒又非常安静、不受肌肉活动、环境温 度、食物及精神紧张等因素的影响是的状态。
* 基础代谢的条件下，新陈代谢只维持在心跳、呼吸及其一些必要的生理活动的程度上。
*测定条件：肌肉松弛、室温20-25摄氏度、空腹12-14H、安静平卧30分钟以上，并且排除精神紧张的影响。
*男性的BMR高于女性，幼年的BMR高于成年，年龄
越大BMR越低。
*甲亢时BMR可比正常高25-80%，甲低时BMR可比正常低20-40%，所以
*BMR的测量时甲状腺疾病的重要辅助手段。
第二节 体温及其调节
一、体温及其生理变动
(一)、体表温度和体核温度
shell temperature：机体表层的温度。
皮肤温度：机体表层的最外层，既皮肤的温度。
额部 > 躯干 > 手 > 足
core temperature：机体深部的温度。
体温：指体核温度的平均温度。
通常采用于测量的部位：
腋下温度<口腔温度 < 直肠温度
36.0 - 37.436.7 - 37.736.9 - 37.9
(二)体温的变动
1、昼夜波动
昼夜节律、日周期清晨2-6时最低，午后1-6时最高
2、性别：
女性高于男性0.3摄氏度女性的月周期 -- 月经后期体温升高。
3、年龄
小儿体温高且不稳定，老年人体温低。
4、肌肉活动
剧烈的肌肉活动使产热量增加，体温升高。
5、其他
情绪、进食、环境温度等
二、人体的产热与散热
* 体热平衡：产热和散热两个生理过程之间的动态平衡，维持体温恒定。
* M = E + R + C + K + W + S
(一)产热
* 产热形式：战栗产热和非战栗产热
调节：
1、体液调节：甲状腺激素、肾上腺素和去甲肾上腺素
2、神经调节：交感神经
(二)散热
* 散热部位：主要是皮肤，其次有呼吸、尿和粪便。
* 1、辐射、传导和对流散热 ---物理散热
辐射：由机体发散的热射线。约占安静时总散热量的60%。影响因素：皮肤温度与环境气温的温度差、有效辐射面积。
* 2、传导：体热直接传给与之接触的较冷的物体。约占3%。 传导散热的多少与与之接触的物体的导热性有关。
* 3、对流：一种特殊的传导散热。约占12%。 对流散热量受风速的影响极大。
皮肤温度的调节：体温调节中枢通过交感神经系统，调节皮肤的血流量 从而改变皮肤温度，控制物理散热的多少。 皮肤血液循环的特点是血流量可以大范围的变化。物理散热的多少与皮肤温度及相关的温度差有关。
2、蒸发散热
* (1)不感蒸发：指体液中的水分直接渗透出皮肤和呼吸道粘膜等表面而蒸 发，并不为人们察觉，持续进行的一种散热途径。
每天1000ml，皮肤600 - 800ml，呼吸道200 - 400ml。
* (2)发汗：汗腺分泌汗液的活动。是环境温度高于体温时的机体唯一有效的散热途径。小汗腺：皮肤上的细长管状腺。
分布：手掌、足底 > 额、手背 > 四肢 > 躯干
能力：手掌、足底 < 额、手背 < 四肢 < 躯干
汗液：水分 99%，固体成分主要是NaCl。为汗腺主动分泌。
* 温热性发汗
调节：主要中枢位于下丘脑。汗腺受胆碱能交感神经支配。 适宜刺激为皮肤和下丘脑的温度，也称为温热性发汗。
影响发汗的因素：参与发汗的汗腺数目和发汗强度；劳动或运动强度； 环境的温度和湿度；风速。
* 精神性发汗：
由精神紧张或情绪激动而引起的发汗。
三、体温调节
* 自主性体温调节：机体在下丘脑体温调节中枢的控制下，通过增减皮肤血流量、发汗、寒战等生理反应，经常维持产热和散热过程的动态平衡。体温调节的基础。
* 行为性体温调节：机体(包括变温动物)在不同的温度环境的姿势和行为。体温调节的补充，并使人具有预见性。
* 体温调节的生物控制系统
温度感受器
* 1、外周温度感受器 存在于皮肤、粘膜和内脏中的，对温度变化敏感的游离神经末梢。皮肤温度感受器：温觉感受器少于冷觉感受器，1：4 - 10。对温度的水平和变化速度都敏感。
* 2、中枢温度感受器中枢温度敏感神经元存在部位：主要在下丘脑的POAH区。也存于在脊髓、延髓、脑干网状结构之中。POAH区的温度敏感神经元接受皮肤和其他部位的温度敏感神经元的温度信息，温度敏感神经元也感受所在部位的温度信息。
* 温度敏感神经元的活动也受致热原、单胺类物质以及各种多肽的影响
(二)体温调节中枢
* 部位：下丘脑的POAH区，体温调节的基本中枢
* 根据：被破坏时产散热消失；温度信息汇聚于此；
整合型式与整体反应型式相类似；对致热原或单
胺的反应与整体的反应类似。
* 输入、输出
* 调定点：POAH区中的起到恒温器设定值作用的结构或功能。......（后略) ......
能量代谢与体温
* 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(energy metabolism)。
第一节能量代谢
* 能量的来源和去路
* 能量代谢的测定
* 影响能量代谢的因素
* 基础代谢
能量的来源：
* 1、糖：机体的主要能源 70%(中国人)
* 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。
* 2、脂肪：提供大约 30%的能量
* 3、蛋白质(氨基酸)：提供少量的能量
能量的去路：
能量代谢测定的原理与方法
* 单位时间内机体的产热量(energy metabolic rate)。
*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。caloric value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17.15 17.1516.7
* 蛋白质 23.4317.9916.7
* 脂 肪 39.75 39.7537.7
* 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。thermal equivalent of oxygen
* 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。respiratory quotientRQ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
2、间接测热法的方法和测算原则
* (1)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
*(2)尿氮测定：可以估算出被氧化分解的蛋白质量。
? P = 6.25 x 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]
=1 F
*总产热量 = P x 卡价 + S x 氧热价 + F x 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
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=0.0061X身高(cm)+0.0128X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摄氏度时，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
basic metabolism
* 基础代谢是指人体在人体处在清醒又非常安静、不受肌肉活动、环境温 度、食物及精神紧张等因素的影响是的状态下的能量代谢。
* 单位时间内的基础代谢称为基础代谢率(basic metabolic rate)。
*基础条件：人体处在清醒又非常安静、不受肌肉活动、环境温 度、食物及精神紧张等因素的影响是的状态。
* 基础代谢的条件下，新陈代谢只维持在心跳、呼吸及其一些必要的生理活动的程度上。
*测定条件：肌肉松弛、室温20-25摄氏度、空腹12-14H、安静平卧30分钟以上，并且排除精神紧张的影响。
*男性的BMR高于女性，幼年的BMR高于成年，年龄
越大BMR越低。
*甲亢时BMR可比正常高25-80%，甲低时BMR可比正常低20-40%，所以
*BMR的测量时甲状腺疾病的重要辅助手段。
第二节 体温及其调节
一、体温及其生理变动
(一)、体表温度和体核温度
shell temperature：机体表层的温度。
皮肤温度：机体表层的最外层，既皮肤的温度。
额部 > 躯干 > 手 > 足
core temperature：机体深部的温度。
体温：指体核温度的平均温度。
通常采用于测量的部位：
腋下温度<口腔温度 < 直肠温度
36.0 - 37.436.7 - 37.736.9 - 37.9
(二)体温的变动
1、昼夜波动
昼夜节律、日周期清晨2-6时最低，午后1-6时最高
2、性别：
女性高于男性0.3摄氏度女性的月周期 -- 月经后期体温升高。
3、年龄
小儿体温高且不稳定，老年人体温低。
4、肌肉活动
剧烈的肌肉活动使产热量增加，体温升高。
5、其他
情绪、进食、环境温度等
二、人体的产热与散热
* 体热平衡：产热和散热两个生理过程之间的动态平衡，维持体温恒定。
* M = E + R + C + K + W + S
(一)产热
* 产热形式：战栗产热和非战栗产热
调节：
1、体液调节：甲状腺激素、肾上腺素和去甲肾上腺素
2、神经调节：交感神经
(二)散热
* 散热部位：主要是皮肤，其次有呼吸、尿和粪便。
* 1、辐射、传导和对流散热 ---物理散热
辐射：由机体发散的热射线。约占安静时总散热量的60%。影响因素：皮肤温度与环境气温的温度差、有效辐射面积。
* 2、传导：体热直接传给与之接触的较冷的物体。约占3%。 传导散热的多少与与之接触的物体的导热性有关。
* 3、对流：一种特殊的传导散热。约占12%。 对流散热量受风速的影响极大。
皮肤温度的调节：体温调节中枢通过交感神经系统，调节皮肤的血流量 从而改变皮肤温度，控制物理散热的多少。 皮肤血液循环的特点是血流量可以大范围的变化。物理散热的多少与皮肤温度及相关的温度差有关。
2、蒸发散热
* (1)不感蒸发：指体液中的水分直接渗透出皮肤和呼吸道粘膜等表面而蒸 发，并不为人们察觉，持续进行的一种散热途径。
每天1000ml，皮肤600 - 800ml，呼吸道200 - 400ml。
* (2)发汗：汗腺分泌汗液的活动。是环境温度高于体温时的机体唯一有效的散热途径。小汗腺：皮肤上的细长管状腺。
分布：手掌、足底 > 额、手背 > 四肢 > 躯干
能力：手掌、足底 < 额、手背 < 四肢 < 躯干
汗液：水分 99%，固体成分主要是NaCl。为汗腺主动分泌。
* 温热性发汗
调节：主要中枢位于下丘脑。汗腺受胆碱能交感神经支配。 适宜刺激为皮肤和下丘脑的温度，也称为温热性发汗。
影响发汗的因素：参与发汗的汗腺数目和发汗强度；劳动或运动强度； 环境的温度和湿度；风速。
* 精神性发汗：
由精神紧张或情绪激动而引起的发汗。
三、体温调节
* 自主性体温调节：机体在下丘脑体温调节中枢的控制下，通过增减皮肤血流量、发汗、寒战等生理反应，经常维持产热和散热过程的动态平衡。体温调节的基础。
* 行为性体温调节：机体(包括变温动物)在不同的温度环境的姿势和行为。体温调节的补充，并使人具有预见性。
* 体温调节的生物控制系统
温度感受器
* 1、外周温度感受器 存在于皮肤、粘膜和内脏中的，对温度变化敏感的游离神经末梢。皮肤温度感受器：温觉感受器少于冷觉感受器，1：4 - 10。对温度的水平和变化速度都敏感。
* 2、中枢温度感受器中枢温度敏感神经元存在部位：主要在下丘脑的POAH区。也存于在脊髓、延髓、脑干网状结构之中。POAH区的温度敏感神经元接受皮肤和其他部位的温度敏感神经元的温度信息，温度敏感神经元也感受所在部位的温度信息。
* 温度敏感神经元的活动也受致热原、单胺类物质以及各种多肽的影响
(二)体温调节中枢
* 部位：下丘脑的POAH区，体温调节的基本中枢
* 根据：被破坏时产散热消失；温度信息汇聚于此；
整合型式与整体反应型式相类似；对致热原或单
胺的反应与整体的反应类似。
* 输入、输出
* 调定点：POAH区中的起到恒温器设定值作用的结构或功能。......（后略) ......
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