生理：能量代谢与体温

详细的介绍了机体的能量代谢、体温的概念以及影响体温的因素。

生理 能量代谢与体温

• 第一节 能 量 代 谢
  • 一、机体能量的来源与利用
    • （一）能量的来源
      • 伴随物质代谢过程中的能量的释放、转移、贮存和利用
        • 营养物质在生物体内氧化分解成二氧化碳和水，同时释放能量的过程
      • 糖（glucose）：基本的供能物质，供能占70％以上。通过有 O2氧化和无氧酵解供能
      • 脂肪（fat）：重要的贮能和供能物质，氧化时释放的能量多。短期饥饿时供能
      • 蛋白质（protein）：特殊情况下供能，在体内氧化不彻底
      • 糖、脂肪和蛋白质的生物氧化一般过程
      • 呼吸链电子传递过程耦联ADP磷酸化，生成ATP
      • 磷酸化
        • 底物水平磷酸化：
          • 由底物分子脱氢，将能量在分子内重新分布产生高能键，并将高能键最终转移给ADP生成ATP
        • 氧化磷酸化：
          • 营养物质在代谢过程中脱下的一对氢原子进入线粒体，经过线粒体氧化呼吸链的电子传递，释放的能量激活ATP合酶，催化ADP磷酸化生成 ATP氧化磷酸化是体内ATP生成的最主要方式
      • ATP：重要的贮能物质和直接的供能物质
        • 1mol ATP可释放 52.3kJ 能量
        • 磷酸肌酸（creatine phosphate, CP）：
          • 由肌酸和磷酸合成，主要存在肌肉和脑组织中，是含高能磷酸键的化合物，不能直接为细胞提供能量
    • （二）能量的利用 　
      • 维持基础代谢—跨膜主动转运，产生生物电活动，腺体的分泌和递质
      • 的释放合成代谢
      • 运动及各种活动—肌肉的舒缩（机械功）
      • 食物的特殊动力效应
      • 生长发育
      • 维持体温等
    • （三）能量平衡
      • 在一定时期内，摄入的能量与消耗的能量基本相等
        • 摄入的能量多于消耗的能量
          • 能量的正平衡
            • 生长发育 、肥胖
        • 摄入的能量少于消耗的能量
          • 能量的负平衡
            • 消瘦
  • 二、能量代谢的测定
    • （一）能量代谢的测定原理
      • 测定原理：能量守恒定律；定比定律
        • M=L+S+W
          • M：能量代谢量；
          • L：散热量；
          • S：贮热量；
            • Ｓ＝体温变化（℃ · h-1）×体重（kg）×人体比热（0.83 kcal · ℃ · kg-1）
          • W：外功
    • （二）能量代谢的测定方法
      • 测定方法：
        • 1.直接测热法 （direct calorimetry）
          • 收集在一定时间内受试者散发的总热量
          • 特点：测定原理简单，所得数据精确。所需的测试装置结构复杂，操作繁琐
        • 2.间接测热法 （indirect calorimetry）
          • 根据化学反应的定比定律，即在一般化学反应中，反应物的量与产物量之间呈一定的比例关系。例如：
          • 食物的热价（thermal equivalent of food）
            • 1g某种食物氧化分解（或体外燃烧）时所释放的热量
          • 食物的氧热价（thermal equivalent of oxygen）
            • 某种食物氧化时消耗1L O2所产生的热量
              • （氧热价×耗氧量=产热量）
          • 呼吸商（respiratory quotient，RQ）
            • 一定时间内机体的CO2产量与耗氧量的比值
          • 非蛋白呼吸商（non-protein respiratory quotient，NPRQ）：
            • 由糖和脂肪氧化时所产生的二氧化碳量及耗氧量的比值
            • 通常将蛋白质的代谢量忽略不计，进食混合膳食的非蛋白呼吸商约为0.82
          • 具体步骤如下：
            • 测定一定时间内的耗氧量和CO2产生量，及尿氮排出量
            • 推算出蛋白质氧化量及蛋白质食物的产热量
            • 计算出非蛋白呼吸商，算出非蛋白食物的产热量
            • 将蛋白质食物产热量与非蛋白质食物产热量相加，即得出整个机体在该段时间内的总产热量
          • 耗氧量和和CO2产生量的测定
            • 开放式测定法：用气量计测出呼出气量并进行气体分析
            • 闭合式测定法：通常测定6分钟的耗氧量
          • 能量代谢率的简便测算方法
            • 1.蛋白质代谢量忽略不计，测定耗氧量和CO2产生量→计算出呼吸商（NPRQ）→查表得出氧热价
              • 产热量=耗氧量×氧热价
            • 2.混合食物NPRQ视为0.82，则对应的氧热价是20.19kJ/L，故只需测得一定时间的耗氧量，即可算出该时间的产热量
  • 三、影响能量代谢的因素
    • 1.肌肉活动
      • 显著影响能量代谢，耗氧量同肌肉活动的强度呈正比关系，剧烈活动时可达安静时的10~20倍
    • 2.环境温度
      • 安静状态、环境温度在20~30℃时代谢最稳定
      • 环境温度低于20℃以下时，由于肌肉紧张度增加、战栗，使代谢率升高
      • 环境温度高于30℃以上时，体内生化反应加速，代谢率也升高
    • 3.精神活动
      • 精神处于紧张状态时肌肉张力增强，促进机体代谢活动的激素释放增多，使能量代谢率升高。但中枢神经系统本身的代谢率增加并不明显
    • 4.食物的特殊动力效应（specific dynamic effect of food）
      • 由食物引起机体额外增加产热量的现象
      • 进食后1小时左右开始增加，2～3小时增至最大，以后逐渐下降，可延续7～8小时
      • 各种营养物质的特殊动力效应：蛋白质30％、糖6%、脂肪4%。混合性食物约为10％
      • 可能主要由于在肝脏内氨基酸的脱氨基反应消耗能量
  • 四、基础代谢
    • 基础代谢（basal metabolism）：指基础状态下的能量代谢
      • 体表面积测算：
        • 体表面积（m2）=0.0061×身高（cm）＋0.0128×体重（kg）－0.1529
        • 利用体表面积测算图
    • 基础代谢率（basal metabolism rate, BMR）：在基础状态下单位时间的能量代谢量 [ kJ/（m2·h）]
      • BMR异常
        • BMR↑
          • 甲亢、糖尿病、红细胞增多症、白血病、伴有呼吸困难的心脏病等
          • 发热（体温1℃↑，BMR13%↑）
        • BMR↓
          • 甲低、肾上腺皮质功能低下（Addison病）、肾病综合征、病理性饥饿、垂体性肥胖等
    • 基础状态：清晨、清醒、静卧，未作肌肉活动，测定时无精神紧张，测定前至少空腹12小时，室温保持在20～25℃
• 第二节 体温及其调节
  • 一、人体正常体温及其波动
    • （一）体表温度和体核温度 　
      • （一）体表温度和体核温度
        • 体表温度（shell temperature）：机体表层部分的温度
          • 主要包括皮肤、皮下组织、肌肉等部位的温度
        • 体核温度（core temperature）：机体核心部分的温度
          • 主要指心、脑、肺、腹腔脏器的温度
        • 体温（body temperature）：是指机体核心部分的平均温度
        • 皮肤温度（skin temperature）：皮肤表面的温度
          • 皮肤温度的特点：
            • 体表各部分温度差别大、不稳定
            • 四肢末梢的温度最低，越近躯干和头部，皮肤温度越高
            • 皮肤温度主要与局部血流量有关
            • 影响因素： 环境温度、精神紧张、发汗等
        • 体温的测量和正常值
          • 直肠温度（rectal temperature）：
            • 温度计插入直肠内6cm以上
            • 直肠的封闭性好，不易受外界环境温度的影响。但受下肢温度的影响
            • 36.9～37.9℃
          • 口腔温度（oral temperature）：
            • 温度计含于舌下、闭口
            • 应用比较方便。不能配合测量者不宜使用；受进食、饮水及经口呼吸等因素影响
            • 36.7～37.7 ℃
          • 腋窝温度（axillary temperature）：
            • 将上臂紧贴胸廓，形成密闭的人工体腔
            • 应用方便。测温一般需要5～10min
            • 36.0 ～37.4 ℃
    • （二）体温的生理性波动 　
      • 1.体温的日节律
        • 清晨2～6时最低
        • 午后1～6时最高
        • 下丘脑视交叉上核控制
      • 2.性别的影响
        • 女性高于男性0.3℃
        • 女性的体温随月经周期而变
        • 可能由于孕激素作用所致
      • 3.年龄的影响
        • 新生儿、早产儿调节能力差，易受环温影响
        • 老年人代谢低，体温较低
      • 4.运动、精神活动的影响
        • 骨骼肌活动增强，产热量增加
        • 精神紧张时，骨骼肌张力增强。甲状腺激素、肾上腺素等
        • 促进机体代谢活动的激素分泌增多，代谢活动增强
    • （三）人体体温的变化范围
      • T＞42℃，脑功能将严重受损，诱发脑电反应可完全消失
      • T＞44~45℃时，可因体内蛋白质发生不可逆性变性而致死
      • T＜34℃时，可出现意识障碍。引起神经反射消失，心脏兴奋传导系统的功能障碍
      • T＜28℃以下时，则可引起心脏活动停止
  • 二、机体的产热反应与散热反应
    • （一）产热反应 　
      • 1. 主要产热器官
      • 2. 产热的形式
        • 战栗产热（shivering thermogenesis）：骨骼肌发生不随意的节律性收缩，伸、屈肌同时收缩，不作功但产热多
        • 非战栗产热（non-shivering thermogenesis）
          • 褐色脂肪组织产热作用最强
          • 通过在线粒体内膜上存在的解耦联蛋白的作用，使氧化与ATP的生成脱耦联，使能量以热能的形式释放
    • （二）散热反应
      • 散热途径：
        • 皮肤（占90%）
        • 呼出气、排泄物占少部分
      • 散热方式：
        • 辐射（radiation）（60%）
        • 传导（conduction）
        • 对流（convection）
        • 蒸发（evaporation）：不感蒸发、出汗
          • 当环境温度≥皮温时，蒸发是机体唯一有效的散热方式
      • 出汗类型
        • 温热性出汗（thermal sweating ）：
          • 热刺激→温度感受器→下丘脑发汗中枢→交感胆碱能纤维→ACh→小汗腺
          • 汗腺分布密度由高至低：手足、额、四肢、躯干
          • 分泌能力：四肢、躯干最强
        • 精神性出汗（mental sweating ）：
          • 精神紧张、激动→大脑皮层→交感肾上腺素能纤维 →手掌、足底、前额汗腺分泌
  • 三、体温调节
    • （一）体温调节的基本方式 　
      • 自主性调节（autonomic thermoregulation）
        • 在体温调节中枢的作用下，通过对产热和散热过程进行调节，从而维持体温的相对恒定
      • 行为性调节（behavioral thermoregulation）
        • 机体有意识地通过改变行为活动而调节产热和散热的方式
    • （二）自主性体温调节
      • 1.温度感受器（thermoreceptor）
        • 存在部位：
          • 外周温度感受器：皮肤、黏膜、腹腔内脏等游离神经末梢
          • 中枢温度感受器：脊髓、延髓、下丘脑、脑干网状结构
            • 热敏N元：局部脑温↑→放电频率↑
            • 冷敏N元：局部脑温↓→放电频率↑
      • 2.体温调节中枢（thermotaxic center）
        • 体温调节基本中枢位于视前区-下丘脑前部（preoptic-anterior hypothalamus area，PO/AH）
        • 体温调节中枢的特点
          • 1）温度信息多方输入：外周、中枢
          • 2）中枢整合机构是分层次的：PO/AH是中心，延髓、脊髓也有一定整合
          • 3）中枢整合指令传出通过：①躯体运动神经的活动 ；②交感神经的活动；③改变机体的代谢水平的激素分泌等
      • 3.体温调定点学说（set-point theory）
        • 调定点（set-point）：位于PO/AH的热敏和冷敏神经元放电水平决定
        • 正常情况下，调定点值设定约为37℃，偏离0.1℃时，引起热、冷敏神经元放电改变
        • 例如：
    • （三）行为性体温调节
      • 行为性体温调节是变温动物的重要体温调节手段
      • 在恒温动物，行为性体温调节也是体温调节过程的重要一环
      • 一般当环境温度变化时，首先采取行为性体温调节，行为性体温调节和自主性体温调节互相补充，以保持体温的相对稳定
• 本章小结
  • 1.在生物体内物质代谢过程中伴随发生能量的释放、转移、储存和利用，称为能量代谢
  • 2.机体组织细胞进行功能活动时能够直接利用的能量形式是ATP，是由营养物质氧化分解过程中产生的高能化合物
  • 3.通过直接测热法和间接测热法可测定机体的能量代谢量，基础代谢率可用以指导营养物质的摄入量，以保持能量的平衡。此外，对某些疾病具有辅助诊断的临床意义
  • 4.肌肉活动、环境温度、精神活动及食物的特殊动力效应是影响能量代谢的主要因素
  • 5.体温是机体基本的生命体征之一，相对稳定的体温对高等动物维持正常的生理功能活动具有重要意义。通常生理学或临床医学中所说的体温是指机体核心部分的平均温度，即体核温度。腋下温度、口腔温度和直肠温度常用来代表体温。在某些生理条件下体温也可出现小于1℃的波动
  • 6.视前区-下丘脑前部是自主性体温调节的重要中枢部位，接受中枢和外周冷、热感受器的传入信息及一些化学物质的作用，调控产热和散热反应，使机体在调定点水平达到体热平衡