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。

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