导图社区 能量代谢与体温
在体内糖、脂肪和蛋白质进行化学反应的同时伴有能量的转换,其产生的大部分能量最终均转化为热能。热能部分用于维持体温,部分通过散热途径释放到体外。
编辑于2020-08-27 14:41:08能量代谢与体温
能量代谢
机体能量的来源与利用
来源
可利用的能量形式 (直接来源)
ATP
磷酸肌酸(ATP储存库),见于肌肉、大脑
三大营养物质代谢过程中的能量转换 (间接来源)
糖
脂肪
蛋白质
极少,长期饥饿,体力极度消耗或恶病质时
利用
维持生命活动
物质的跨膜转运(主动转运)
腺体分泌(出胞/入胞)
心脏射血
产生生物电
动作电位的传导(局部电流)
物质的合成
→热能→维持体温
主要由体表散发到外界环境中去, 较少部分通过呼出气排泄物等被带出体外
骨骼肌收缩对外界物体做功
→动能
能量平衡
能量代谢的测定
原理
通过测定在一定时间内所消耗的营养物质量,然后,按照营养物质的热价计算出它们所包含的能量; 也可通过测定机体在一定时间内产生的热量与所做的外功量
方法
基本概念
食物的热价
1g某种食物氧化时所释放的能量
食物的热价分为生物热价(体内氧化)和物理热价(体外燃烧)
糖和脂肪(C、H、O)的生物热价和物理热价相同
蛋白质(C、H、O、N)的生物热价<物理热价 (不完全被氧化, 部分代谢产物以尿素、尿酸和肌酐等形式从尿中排出,还有少量含氮产物在粪便中排出)
食物的氧热价
某种食物氧化时消耗1LO2所产生的热量
食用混合食物的氧热价为20.20kJ/L
与物质的分子结构有关,某种物质的氧热价固定不变,不会随氧耗量增加而增加
呼吸商(RQ)
机体在一定时间内呼出的CO2量与吸入的O2量的比值
呼吸商可反映体内三种营养物质氧化分解的比例
糖:1.00 蛋白质:0.80 脂肪:0.71 混合食物:0.85 非蛋白呼吸商:0.82
若将蛋白质的代谢量忽略不计,由糖和脂肪氧化时产生的CO2量和消耗的O2量的比值称为非蛋白呼吸商
糖尿病接近于0.71 长期饥饿接近于0.80
肺过度通气/酸中毒→CO2排出↑→RQ↑且>1 肺通气不足/碱中毒→CO2排出↓→RQ↓且<1
酸中毒→深大呼吸→Kussmaul呼吸
糖→脂肪(C、H为主,O少)→RQ↑ 脂肪→糖(少见)(C、H、O)→RQ↓
奇数碳原子的脂肪才可以转变为糖 偶数的C→CoA→三羧酸循环→CO2
直接测热法
用于科研
间接测热法
非蛋白呼吸商经查表得对应的氧热价x耗氧量
混合膳食非蛋白呼吸商为0.82,对应的氧热价为20.20kJ/Lx耗氧量
影响能量代谢的因素
整体水平影响能量代谢的主要因素
肌肉活动(最主要)
运动情况下,骨骼肌是主要的产热部位
环境温度
在20-30℃时能量代谢较稳定,主要是此时骨骼肌保持在比较松弛状态
当环境温度<20℃时,能量代谢率便开始增加
寒冷刺激反射性地引起机体出现肌紧张增强甚至出现战栗
当环境温度>30℃时,代谢率也逐渐增加
这与体内化学反应加快,出汗增多,呼吸、循环功能增强等因素有关
精神活动
当人精神紧张,如烦恼、恐惧或情绪激动时,能量代谢率↑
在不同精神活动状态下,脑组织本身的能量代谢率却变化不大
食物的特殊动力效应
蛋白质>混合食物>糖>脂肪
调控能量代谢的神经和体液因素
下丘脑对摄食行为的调控
激素对能量代谢过程的调节
基础代谢
基础状态
指人体处在清醒、安静,不受肌肉活动、环境温度、精神紧张及食物等因素影响时的状态
基础代谢率(BMR)
=能量代谢率/体表面积=20.20kJ/Lx耗氧量/体表面积
测定条件 受试者保持清醒(不是熟睡), 静卧, 肌肉放松,至少2小时以上无剧烈运动, 无精神紧张, 食后12-14小时, 室温保持在20-25℃
BMR比一般安静时的代谢率低,是人体在清醒时的最低能量代谢水平
BMR↑
甲亢、糖尿病、红细胞增多症(真红,高原红)、白血病以及伴有呼吸困难的心脏疾病等
BMR↓
甲减、肾上腺皮质功能低下(艾迪生病)、垂体性肥胖、肾病综合征、病理性饥饿等
体温及其调节
体温
体表温度和体核温度
体表温度
体表温度一般低于体核温度, 在体表层各部位之间也有较大温差, 易受环境温度的影响
体核温度
体核温度是相对稳定的 各部位之间的温度差异较小 其中肝和脑的代谢旺盛,全身各器官中温度最高,约38℃
平均温度
体温的生理性波动
波动幅度一般≤1℃
体温的日节律
清晨2~6时体温最低 午后1~6时最高
性别的影响
成年女性的体温平均高于男性0.3℃
基础代谢:性别 男>女,年龄 同体温
孕激素使体温升高
在月经周期中,体温在卵泡期较低,排卵日最低,排卵后升高0.3~0.6℃
年龄的影响
儿童和青少年的体温较高,老年人因基础代谢率低而体温偏低
新生儿,特别是早产儿,由于体温调节机构下丘脑尚未发育完善,节体温的能力较差,故体温易变动
运动的影响
人体体温变化的范围
机体的产热反应与散热反应
产热反应
主要产热器官
安静:基础代谢产热→肝脏(酮体利用除外) 运动:骨骼肌 寒冷状态:成人 战栗产热,新生儿 褐色脂肪组织
产热的形式
战栗产热
骨骼肌不随意节律性收缩
屈肌和伸肌同步收缩
不做外功→全部转化为体热
寒冷状态下主要产热方式
非战栗产热
非战栗产热作用最强的组织是分布在肩胛下区、部大血管周围、腹股沟等处的褐色脂肪组织
褐色脂肪组织细胞的线粒体内膜上存在解耦联蛋白
产热活动的调节
神经调节
寒冷→下丘脑→脊髓前角运动神经元(α运动神经元)→骨骼肌战栗
寒冷→交感兴奋→肾上腺髓质释放NA/A→代谢性产热
寒冷→下丘脑释放促甲状腺激素释放激素→腺垂体释放促甲状腺激素→促进甲状腺产生和分泌甲状腺激素
体液调节
甲状腺激素是调节非战栗产热活动最重要的体液因素 (甲状腺激素进入细胞核促进解藕联蛋白基因转录)
起效慢,作用时间长
肾上腺素、去甲肾上腺素和生长激素等促进代谢性产热
起效快,作用时间短
散热反应
散热的部位
皮肤(动静脉短路)
散热的方式
辐射散热(主要方式)
机体以热射线形式传给较冷物质
条件:环境温度<皮肤( 30℃)
eg:空调降温
传导散热
机体通过接触传给较冷物质
条件:环境温度<皮肤
eg:冰袋/冰帽降温
对流散热
机体通过气体流动传给较冷物质
条件:环境温度<皮肤
eg:电风扇降温
蒸发散热 (水分汽化)
不感蒸发
环境温度<皮肤
皮肤、黏膜(呼吸道)
eg:酒精擦浴降温
可感蒸发(出汗)
环境温度>、<、=皮肤 环境温度≥皮肤(高温环境),发汗是机体唯一散热方式
汗腺细胞主动分泌汗液
汗腺
大汗腺
腋窝,阴部等处
小汗腺
全身皮肤 (手掌,足趾最多 四肢,躯干最少,但汗腺分泌能力最强)
分类
温热性出汗
概念:温热刺激
中枢:下丘脑体温调节中枢
神经:交感胆碱能纤维→M
部位:全身皮肤
作用:参与体温调节
精神性出汗
概念:精神紧张
中枢:大脑皮层运动区
神经:交感肾上腺素能纤维→NA/NE
部位:掌心,足底,前额
作用:机体应激反应表现,与体温调节关系不大
味觉性出汗
概念:进食辛辣刺激食物
神经:口腔内痛觉神经末梢
汗液
成分
水,固体成分大部分为NaCl,也有乳酸及少量KCl和尿素等
渗透压
刚从汗腺分泌的汗液是等渗,但在流经汗腺管腔时,在醛固酮的作用下,汗液中的Na和Cl被重吸收,最后排出的汗液是低渗
醛固酮在三处发挥作用 ①远曲小管和集合管处保钠保水(促进基因转录,从而促进醛固酮诱导蛋白(ATP合酶,钠钾泵,Na+通道)的合成) ②汗腺导管 ③唾液腺→唾液是低渗液 等渗液:小肠液,胰液,近端小管的小管液
当机体大量出汗时可导致血浆晶体渗透压升高,成高渗性脱水 应注意在补充水分的同时补充NaCl
散热反应的调节
皮肤血流量改变对散热的影响
机体通过交感神经控制皮肤血管的口径,调节皮肤的血流量,使散量符合当时条件下体热平衡的需要
炎热→交感缩血管纤维兴奋→紧张性↓→小动脉、微动脉(总闸门)舒张→动静脉短路开放,血流量↑→微静脉→散热,水源
寒冷相反
影响蒸发散热的因素
体温调节
自主性体温调节
温度感受器
外周温度感受器
存在于皮肤、黏膜和内脏中的温度变化敏感的游离神经末梢, 包括热感受器和冷感受器
中枢温度感受器
视前区-下丘脑前部(PO/AH)热敏神经元居多 脑干网状结构和下丘脑的弓状核,冷敏神经元较多
体温调节中枢
调节体温的中枢主要位于下丘脑
PO/AH是机体最重要的体温调节中枢
体温调节过程—体温调定点(37℃)学说
负反馈
发热
本质:体温调定点上移
外源性致热原→内源性致热原→调定点↑→战栗产热→体温↑
发热恢复期
调定点↓→发汗散热→体温↓
环境温度过高引起中暑,是由于机体的散热能力不足或体温调节中枢功能障碍所致,为非调节性体温升高
目前认为调定点的设置,主要取决于热敏神经元和冷敏神经元的温度敏感特性,即两种温度敏感神经元温度变化放电频率改变的特性
行为性体温调节
特殊环境温度下的体温调节
热习服
冷习服