生理學(xué)7- 能量代謝及體溫調(diào)節(jié)

第七章能量代謝和體溫調(diào)節(jié)第一節(jié)能量代謝物質(zhì)代謝過(guò)程中所伴隨發(fā)生的能量的貯存、釋放、轉(zhuǎn)移和利用等稱為能量代謝。一、能量的來(lái)源與去路:(一)來(lái)源：依次是糖、脂肪和蛋白質(zhì)。人體只能利用其分子結(jié)構(gòu)中固有的能量（化學(xué)能)。以糖供能最多，達(dá)70%，只有在極度饑餓或極度消耗時(shí)，脂肪和蛋白質(zhì)才相繼成為機(jī)體的主要能源。糖的消化產(chǎn)物主要是葡萄糖等，多數(shù)溶解在血液中，少數(shù)貯存在肝臟和肌肉中，以糖元的形式存在。脂肪和油類是最濃縮的食物。脂肪分子是最高效的能源，儲(chǔ)存脂肪則是最經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)能方式。蛋白質(zhì)只有在長(zhǎng)期饑餓或極度消耗時(shí)，才成為主要能量來(lái)源。動(dòng)物細(xì)胞能合成多種氨基酸，不能由細(xì)胞自己合成需由食物供應(yīng)的氨基酸即必需氨基酸。（二）去路：能源物質(zhì)釋放的能量有50%轉(zhuǎn)化為熱能，其余以自由能形式貯存于ATP中。除骨骼肌運(yùn)動(dòng)時(shí)所完成的機(jī)械功外，其余的自由能最終也轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。熱能是最低?jí)的能量形式，人體不能再利用它。二、能量代謝的測(cè)定：機(jī)體的能量代謝也遵循“能量守恒定律”，即在安靜不作外功時(shí)，機(jī)體物質(zhì)代謝過(guò)程中所釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為熱能。因此，測(cè)定機(jī)體在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)散的總熱量或所消耗的食物量，可測(cè)算出整個(gè)機(jī)體在單位時(shí)間內(nèi)能量代謝的量，即能量代謝率。

（一）直接測(cè)熱法：是將機(jī)體在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)散出來(lái)的總熱量收集起來(lái)并加以測(cè)定的方法。直接測(cè)量從機(jī)體體表、呼出氣、尿液和糞便排出的總熱量。（二）間接測(cè)熱法：首先要解決2個(gè)問(wèn)題：一是每種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化分解時(shí)，單位重量的該物質(zhì)能產(chǎn)生多少熱量（食物的熱價(jià)）；二是三大類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)各有多少被氧化。1、基本概念：（1）食物的熱價(jià):1ｇ食物在氧化時(shí)所釋放出來(lái)的熱量，稱為食物的熱價(jià)。物理熱價(jià)：指食物在體外燃燒時(shí)釋放的熱量。生物熱價(jià)：指在體內(nèi)氧化時(shí)所產(chǎn)生的熱量。糖(17.15kJ/g)與脂肪39.75kJ/g）：物理熱價(jià)＝生理熱價(jià)蛋白質(zhì)(17.99kJ/g)：物理熱價(jià)＞生理熱價(jià)（∵蛋白質(zhì)在體內(nèi)不能被徹底氧化分解，有一部分以尿素的形式由尿中排泄）。（2）氧熱價(jià)：某種食物氧化時(shí),每消耗1L氧所產(chǎn)生的熱量稱為該種食物的氧熱價(jià)。由于各類物質(zhì)C、H、O的比例不同，因此氧熱價(jià)不同：糖21.00KJ/L、脂肪19.7KJ/L、蛋白質(zhì)18.8KJ/L。

（3）呼吸商(RQ)：指一定時(shí)間內(nèi)，機(jī)體的CO2產(chǎn)生量與耗O2量的比值。RQ＝CO2產(chǎn)生量/耗O2量由于各種食物在體內(nèi)氧化時(shí)的耗O2量、CO2產(chǎn)生量的不同，故各種食物的氧熱價(jià)不同。根據(jù)RQ可估計(jì)某一段時(shí)間內(nèi)機(jī)體氧化各種食物的比例：RQ＝1.0→氧化糖；RQ＝0.70→氧化脂肪；RQ＝0.82→一般飲食；RQ＝0.80或＜1.0→長(zhǎng)期饑餓。三種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化的幾種數(shù)據(jù)───────────────────────────物質(zhì)耗氧量產(chǎn)CO2量物理熱價(jià)生理熱價(jià)氧熱價(jià)呼吸商(L/g)(L/g)(KJ/g)(KJ/g)(KJ/g)(RQ)───────────────────────────糖0.830.8317.017.021.01.00脂肪1.981.4339.839.819.70.71蛋白質(zhì)0.950.7623.518.018.80.80───────────────────────────2、簡(jiǎn)易法：①將混合膳食的RQ定為0.82，氧熱價(jià)=20.20kJ/L；②測(cè)定6min的耗O2量；③能量代謝計(jì)算：=耗O2量×氧熱價(jià)。

研究表明,機(jī)體能量代謝率與體重相關(guān)性不明顯,而與體表面積基本上成正比。如：以體重為指標(biāo),身材瘦小者的產(chǎn)熱量/Kg顯著高于身材高大者;以體表面積為指標(biāo),則身材高大或瘦小者的產(chǎn)熱量/m2都比較接近。人體表面積推算:①公式計(jì)算：＝0.0061×身高（cm)＋0.0128×體重(kg)－0.1529②體表面積測(cè)算圖測(cè)出。

二、影響能量代謝的因素

(一)肌肉活動(dòng)

影響最為顯著，任何輕微的肌肉活動(dòng)都可提高代謝率，甚至超過(guò)安靜狀態(tài)下的10倍。表7-3機(jī)體不同狀態(tài)時(shí)的能量代謝率───────────────

狀態(tài)產(chǎn)熱量(KJ/m2.min)───────────────躺臥2.73開(kāi)會(huì)3.40擦窗子8.30洗衣9.89掃地11.37打排球17.05打籃球24.22踢足球24.98持重機(jī)槍躍進(jìn)42.39───────────────（二）精神活動(dòng)：平靜地思考問(wèn)題時(shí)產(chǎn)熱量一般不超過(guò)4%。但精神處于緊張狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)熱量可顯著增加。（三）食物的特殊動(dòng)力效應(yīng)：(從進(jìn)食后1h開(kāi)始,持續(xù)7～8h),食物能使機(jī)體產(chǎn)生“額外”熱量的現(xiàn)象稱為食物的特殊動(dòng)力效應(yīng)。進(jìn)食蛋白質(zhì)時(shí)產(chǎn)熱量增加30％，混合性食物增加10％，糖和脂肪增加4～6％。（四）環(huán)境溫度1、在20～30℃的環(huán)境中較為穩(wěn)定。2、環(huán)境溫度超過(guò)30℃，能量代謝率增加。3、當(dāng)環(huán)境溫度低于20℃時(shí)，隨著溫度的不斷下降，機(jī)體產(chǎn)生寒戰(zhàn)和肌緊張?jiān)黾右杂?，同時(shí)增加能量代謝率。三、基礎(chǔ)代謝（一）基礎(chǔ)代謝：機(jī)體在基礎(chǔ)狀態(tài)下的能量代謝稱為基礎(chǔ)代謝。①清晨空腹，即禁食12～14h，以排除食物特殊動(dòng)力效應(yīng)的影響。②平臥，全身肌肉放松，盡力排除肌肉活動(dòng)的影響。③清醒且情緒安閑，以排除精神緊張的影響。④室溫20-25℃，排除環(huán)境溫度的影響。（二）基礎(chǔ)代謝率(BMR)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的基礎(chǔ)代謝的產(chǎn)熱量稱基礎(chǔ)代謝率。變動(dòng)：與正常平均值比較，相差±10—15%以內(nèi)屬正常，相差越過(guò)±20%，則可能為病態(tài)。甲亢時(shí)高25—80%，甲低時(shí)低20—40%。第二節(jié)體溫及其調(diào)節(jié)

概念：指身體深部的平均溫度，即體核溫度。意義：體溫的相對(duì)恒定是機(jī)體新陳代謝和一切生命活動(dòng)正常進(jìn)行的必需條件。體溫過(guò)高、過(guò)低都會(huì)影響酶的活性，導(dǎo)致生理功能的障礙，甚至造成死亡。如：T＜22℃→心跳停止；T＞43℃→酶變性而死亡;T=27℃→低溫麻醉。一、正常體溫及生理變動(dòng)（一）正常體溫

1.肛溫：36.9～37.9℃。2.口溫：平均為37.2℃

，正常變動(dòng)范圍為36.7---37.7℃

，3.腋溫：平均為36.8℃

，正常變動(dòng)范圍為36—37.5℃

，超過(guò)37.5℃可認(rèn)為是發(fā)低燒。

另外，科研中還常用食管溫度（=體核溫度）、鼓膜溫度（=下丘腦溫度）。（二）體溫的生理變動(dòng)1、晝夜節(jié)律變化：清晨2—5時(shí)體溫最低，午后2—5時(shí)體溫最高，但波動(dòng)幅度一般不超過(guò)1℃

。2、性別差異：女子的體溫平均比男子高0.3℃

，且在月經(jīng)周期中呈現(xiàn)規(guī)律性波動(dòng)，其間的溫差約為0.5℃

。3、年齡差異：幼年體溫最高，老年體溫最低。4、環(huán)境溫度、精神狀態(tài)和體力活動(dòng)等，體溫可暫時(shí)升高1--2℃

。

5、全身麻醉時(shí)使體溫降低。二、產(chǎn)熱和散熱過(guò)程體溫的相對(duì)恒定，就取決于產(chǎn)熱和散熱過(guò)程的平衡。（一）產(chǎn)熱過(guò)程：機(jī)體在安靜是主要的產(chǎn)熱器官位于機(jī)體深部，如內(nèi)臟器官、肌肉、腦，尤其是肝臟。雖然它們僅占體重的1/3左右，但產(chǎn)熱量卻占90%。運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌肉是最大產(chǎn)熱的器官，占總產(chǎn)熱量90%，故肌肉是潛在的主要產(chǎn)熱的器官。（二）散熱過(guò)程：皮膚散熱（物理散熱）95%以上,另5%的熱量隨呼吸、排尿、排便等生理過(guò)程而散失（生理散熱）。1、散熱方式：（1）輻射：體熱以熱射線的方式傳給外界較冷物體,占65%，是機(jī)體安靜時(shí)的主要散熱方式。（2）傳導(dǎo)：是機(jī)體的熱量直接傳給與之相接觸的冷物體的一種方式。（3）對(duì)流：是指體熱以氣體流動(dòng)的形式散失的過(guò)程。（4）蒸發(fā)：指體溫伴隨水分蒸發(fā)而散失的過(guò)程。①不感蒸發(fā)：指體液中的水分直接透出皮膚和粘膜。②知覺(jué)蒸發(fā)（發(fā)汗）：是汗腺分泌的汗液蒸發(fā)而散熱。汗腺分泌汗液有兩種情況：一是因溫?zé)岽碳ざ鸬臏責(zé)嵝哉舭l(fā)，是全身性的，起散發(fā)體熱的作用，二是精神緊張所引起的精神性發(fā)汗，主要發(fā)生在手掌、足底和腋窩。2、皮膚血流量對(duì)散熱的影響在安靜狀態(tài)下，散熱量通常受皮膚與環(huán)境的溫度差決定，而皮膚溫度則是由皮膚血流量決定的。皮膚血管擴(kuò)張時(shí)，血流量增多，皮膚溫度升高，溫差加大，結(jié)果散熱量增加。反之則溫差減小，散熱量減少。在寒冷環(huán)境中交感神經(jīng)緊張度增高，皮膚血管收縮，血流量劇減，起到防止體熱過(guò)多散失的作用。在炎熱環(huán)境中，交感神經(jīng)緊張度降低，皮膚小血管擴(kuò)張，微循環(huán)的動(dòng)—靜脈吻合支開(kāi)放，血流量大增，皮膚溫度升高，不僅使皮膚的輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流散熱的能力增大，而且使汗腺分泌汗液，也增加了蒸發(fā)散熱的量。在環(huán)境溫度適宜的環(huán)境中，人體主要就是依靠對(duì)皮膚血管口徑的控制來(lái)調(diào)節(jié)散熱量，以維持正常體溫。三、體溫調(diào)節(jié)：生理性體溫調(diào)節(jié),行為性體溫調(diào)節(jié)。（一）溫度感受器：1、外周溫度感受器：存在于皮膚和某些粘膜中。溫覺(jué)感受器：感受30—45℃間的溫度變化。冷覺(jué)感覺(jué)器：感受30℃以下的溫度變化。2、中樞溫度敏感神經(jīng)元：存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中（下丘腦、腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、脊髓）。熱敏神經(jīng)元：在內(nèi)環(huán)境溫度升高時(shí)增加沖動(dòng)頻率。冷敏神經(jīng)元：在內(nèi)環(huán)境溫度降低時(shí)增加沖動(dòng)頻率。外周感受器在因寒冷而發(fā)生的體溫調(diào)節(jié)中樞起主要作用；中樞感受器在因溫?zé)岫鸬捏w溫調(diào)節(jié)中起主要作用。（二）體溫調(diào)節(jié)中樞：主要中樞位于下丘腦。1、散熱中樞和產(chǎn)熱中樞：散熱中樞：靠前側(cè)的下丘腦區(qū)域主要功能是促進(jìn)散熱，電刺激前側(cè)區(qū)會(huì)引起血管舒張和出汗等散熱反應(yīng)，增加散熱量，故稱散熱中樞。產(chǎn)熱中樞：下丘腦后側(cè)區(qū)主要功能是促進(jìn)產(chǎn)熱，電刺激該區(qū)會(huì)引起血管收縮、豎毛、發(fā)抖等保溫和產(chǎn)熱反應(yīng)。2、中樞間的關(guān)系：二者交互抑制，共同維持產(chǎn)熱與散熱的平衡。二中樞同時(shí)也接受外周因溫度感受器傳來(lái)的沖動(dòng)，正常情況下處于平衡狀態(tài)。（三）調(diào)定點(diǎn)學(xué)說(shuō)：人的體溫調(diào)節(jié)和恒溫箱的恒溫調(diào)節(jié)類似，在視前區(qū)和下丘腦前區(qū)的溫度感覺(jué)神經(jīng)元起著調(diào)定點(diǎn)的作用，調(diào)節(jié)體溫維持在370C±。人體可看作一個(gè)恒溫箱，其調(diào)定點(diǎn)一般為370C，而熱敏神經(jīng)元?jiǎng)t可看作是一個(gè)恒溫調(diào)節(jié)器，當(dāng)中樞溫度超過(guò)調(diào)定點(diǎn)（370C）時(shí)，冷敏神經(jīng)元活動(dòng)減少，而熱敏神經(jīng)元發(fā)放沖動(dòng)的頻率增加，通過(guò)下丘腦的體溫調(diào)節(jié)整合機(jī)構(gòu)，使散熱中樞興奮，產(chǎn)熱中樞抑制，從而增加散熱降低產(chǎn)熱。反之，則熱敏神經(jīng)元發(fā)放沖動(dòng)頻率降低，而冷敏神經(jīng)元活動(dòng)增加，使產(chǎn)熱大于散熱率。體