第七章能量代谢和体温.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章,能量代谢和体温,目 录,第一节 能量代谢,一、食物的能量转化,二、能量代谢的测定,三、影响能量代谢的主要因素,四、基础代谢,第二节 体温及其调节,一、正常体温及其生理变动,二、机体的产热和散热,三、体温调节,四、异常体温,本章要求,掌 握,：,1,.影响能量代谢的主要因素,2.机体产热和散热的原理,3.维持体温相对恒定的机制,熟悉,：,1.基础代谢和基础代谢率的概念,2.食物的热价、氧热价和呼吸商的概念,了解,：,1.能量代谢测定的原理和测定方法,2.体温的生理变异和测定方法,第一节 能量代谢,生命的基本特征之一是新陈代谢,合成代谢 耗能,新陈代谢,（物质代谢）,分解代谢 放能,能量代谢的概念,:,物质代谢过程中伴随着的能量的释放、转移和利用，称为能量代谢（energy metabolism）,能量代谢,一、,机体能量的来源与去路,糖：70%,来源,脂肪：4050%,蛋白质：数量很少,方式,：有氧氧化与无,氧酵解。,（一）机体能量的来源,1.,糖,脑组织所需能量完全来源于糖的有氧氧化。,当机体缺氧和血糖水平过低时，均可导致脑功能障碍，甚至出现低血糖性休克。,ATP,自由能,CP,生物合成,分泌,神经传导,AP,约50%,（二）机体能量的来源与去路,CO,2,+H,2,O,ADP,肌肉收缩,热能,外功,能量,三大营养物质,（化学能）,有,氧,氧,化,5,未利用,45,（三）机体的能量平衡,能量平衡,是指机体从食物摄入的能量和由于,代谢活动所消耗的能量之间的平衡。,若人体能量“,收支平衡,”，体重保持不变；若人体能量“,收支失衡,”，体重增加或减少。,肥胖,（obesity）,肥胖症,已成为世界性健康问题之一；能量平衡异常是导致肥胖的原因之一。,体质指数（BMI),是临床上确定肥胖症的常用指标；BMI体重（kg）/【身高（m）】,2,亚洲成年人BMI正常范围为18.522.9；23为超重；30为度肥胖。,二、能量代谢的测定和方法,（一）测定原理,机体的能量代谢也遵循,能量守恒定律：,机体释放的能量=热能+外功,机体安静时，外功,=,0，此时机体能量,代谢,=,机体在单位时间内散发的,总热量,(二)能量代谢测定方法,1.直接测热法,直接测出人体在一定时间内发散的热量,2.间接测热法化学反应的,定比定律,C,6,H,12,O,6,+6O,2,=6CO,2,+6H,2,O+Q,只要测得机体单位时间的,耗O,2,量,和,CO,2,产生量,，便可计算出产热量，从而算出能量代谢率。,耗O,2,量,和,CO,2,产生量,的测定方法,（1）,开放式,：是指在呼吸空气的条件下进行测定的方法，如图。该法适用于劳动、运动等情况下的能量代谢测定。,（2）,闭合式,：是用代谢率测定器进行测定，如图：,(三）间接测热法的具体步骤,1.,测定参数,由于间接测热法是根据,机体单位时间的,耗O,2,量,和,CO,2,产生量,来推算各种食物的消耗量和产热量，因此必须首先了解以下几个概念：,食物的卡价,（caloric value),食物的氧热价,(thermal equivalent of oxygen),呼吸商,(respiratory quotient),（1）,食物的卡价,（caloric value),:,概念：,1克,某种食物氧化（或在体 外燃烧）时释放的热量。,单位:kJ或kcal,蛋白质：物理卡价大于生物卡价,。,物理卡价,：,在体外燃烧时释放的热量,生物卡价,：,在体内氧化时所产生的热量,（2）,食物的,氧热价,(thermal equivalent of oxygen),概念,：某种营养物质在体内氧化时，每消耗,一升氧,所产生的热量称为该物质的氧热价,（3）,呼吸商,(respiratory quotient,RQ,),概念,：营养物质在体内氧化时，所产生的CO,2,与所消耗的O,2,的容积比。,RQ=,CO2产生量(ml),氧耗量(ml),经测定：糖的呼吸商为1；脂肪的呼吸商为0.71；蛋白质的呼吸商为0.80,；,2.能量代谢率的计算,非蛋白呼吸商,(NPRQ),概念,：是指在一定时间内，糖和脂肪氧化时的呼吸商；计算见下面所述：,非蛋白呼吸商的计算步骤,测定一定时间内的,尿氮量,；,根据尿氮量来计算蛋白质分解量；,根据,表71,的数据算出蛋白质的,耗O,2,量和CO,2,产生量；,用总的,耗O,2,量和CO,2,产生量减去蛋白质分解时的耗O,2,量和CO,2,产生量，即可得,糖和脂肪氧化时的,耗O,2,量和CO,2,产生量；从而算出,NPRQ。,表7-1,三种营养物质氧化时的几种数据,营养物质 糖 蛋白质 脂肪,物理热价(kJ/g)17.15 23.43 39.75,生物热价(kJ/g)17.15 17.99 39.75,营养学热价(kJ/g)16.7 16.7 37.7,耗氧量(L/g)0.83 0.95 2.03,CO,2,产生量(L/g)0.83 0.76 1.43,氧热价(kJ/L)21.00 18.80 0.80,呼吸商(RQ)1.00 0.80 0.71,非蛋白呼吸商的,测定意义,研究表明，,NPRQ与氧热价之间有一定的比例关系,（,表72,），知道NPRQ,就可从表72中查找,氧热价,，用氧热价乘以,O,2,耗量,即可得到非蛋白质代谢的产热量，再加上蛋白质分解的产热量，最终可得出机体总产热量。,表7-2 非蛋白呼吸商和氧的热价,非蛋白呼吸商,氧化的%,糖(%),脂肪(%),氧热价(kJ/L),100.00,98.9,95.2,91.6,88.0,84.4,80.8,77.2,73.7,70.1,66.6,63.1,59.7,56.2,52.8,0.707,0.71,0.72,0.73,0.74,0.75,0.76,0.77,0.78,0.79,0.80,0.81,0.82,0.83,0.84,0.00,1.10,4.76,8.40,12.0,15.6,19.2,22.8,26.3,29.9,33.4,36.9,40.3,43.8,4702,19.61,19.62,19.67,19.72,19.78,19.83,19.88,19.93,19.98,20.03,20.09,20.14,20.19,20.24,20.29,0.85,0.86,0.87,0.88,0.89,0.90,0.91,0.92,0.93,0.94,0.95,0.96,0.97,0.98,0.99,1.00,非蛋白呼吸商,氧化的%,糖(%),脂肪(%),氧热价(kJ/L),50.7,5401,57.5,60.8,64.2,67.5,70.8,74.1,77.4,80.7,84.0,87.2,90.4,93.6,96.8,100.0,49.3,45.9,42.5,39.2,35.8,32.5,29.2,25.9,22.6,19.3,16.0,12.8,9.58,6.37,3.18,0.0,20.34,20.40,20.45,20.50,20.55,20.60,20.65,20.70,20.76,20.82,20.86,20.91,20.96,21.01,21.07,21.12,表2续,举例,：受试者在标准状态下24小时耗氧量：400L；CO,2,产生量：340L；尿氮量：12克；计算24小时的能量代谢。,步骤：,求出蛋白质代谢的耗氧量、CO,2,产生量和产热量,蛋白质氧化量,=126.25=75g,耗氧量,=0.9575=71.25L,CO,2,产生量,=0.76,75=57L,产热量,=1875=1350kJ,非蛋白代谢,耗氧量=400L71.25L=328.75L,CO,2,产生量=340L,57L=283L,NPRQ=283L328.75L=0.86,计算非蛋白代谢的产热量,查表72,NPRQ=0.86时，氧热价为20.41 kJ/L,非蛋白代谢的产热量=328.75L 20.41kJ/L,=6710kJ,计算24h产热量,24h产热量=,1350kJ+6710kJ=8060kJ,3.,临床简化方法,：因为一般情况下，蛋白质氧化分解极少，故可忽略不计蛋白质产热量；用混合呼吸商代替NPRQ,查出相应氧热价，即可用下式计算：,产热量 =氧热价耗氧量,4.,更为简略的方法,：,仅测出机体一定时间内的,耗O,2,量,，把混合食物的RQ 定为 0.82，此时氧热价为20.20，即可用下式计算：,产热量=20.18耗氧量,单位：kJ/m,2,.h,如何比较不同个体的能量代谢率差异？研究表明：,基础代谢率、肺活量、肾小球滤过率、心输出量、主动脉和气管的横截面积,都与体表面积呈比例关系，而与机体体重相关性不明显。,（四）能量代谢率的衡量标准,体表面积计算,体表面积（m,2,）,=0.0061,身高（cm）+0.0128,体重（kg）0.1529,，简化法计算，如图：,三、影响能量代谢的因素,1.肌肉活动,对能量代谢的影响最为显著，见,表73,运动或劳动的强度 消耗的能量,表7-3,劳动或运动时的能量代谢值,肌肉活动形式 平均产热量kJ/(m2.min),静卧休息,出席会议,擦窗,洗衣物,扫地,打排球,踢足球,2.73,3.40,8.30,9.89,11.36,17.04,24.96,2.精神活动,精神紧张、情绪激动 能量代谢,机理,:,激动时 骨骼肌的紧张性 能量代谢,交感神经兴奋 儿茶酚胺释放 能量代,谢率,3.,食物的特殊动力效应,概念,：进食后一段时间内（从进食后1h开始持续到78h），即使机体处于安静状态，机体产热量也要比进食前有所增加，食物这种使机体产生额外的热量作用，称为食物的特殊动力效应。,蛋白质：25-30 糖和脂肪：4-5,4.,环境温度,20-30：体温稳定；30 或 20：体温升高,四、基础代谢（basal metabolism),(一）基础代谢概念,基础代谢,:指基础状态下的能量代谢,基础代谢率(BMR),:单位时间内的基础代谢,基础状态,:是指人体处于清醒而又极安静的状态下，能量代谢不受肌肉活动、环境温度、食物特殊动力效应及精神因素等的影响。其能量消耗只用于维持心跳、呼吸等维持生命所必需的基本生理活动。,（二）基础代谢率的测定条件,1.测定条件：,（1）禁食1214h,（2）清晨空腹,（3）平卧使肌肉放松，排除精神及心理影响,（4）室温保持在2025度之间,2.测定方法：,通常采用简化法来测定和计 算BMR,即,：,产热量耗氧量,20.2KJ,3.,BMR的计算和其正常值,我国正常人BMR的平均值见,表74,；,耗氧量,20.2KJ,体表面积,基础代谢率,=,100%,表7-4,我国人BMR的正常平均值（kJ/m,2,h）,年龄(岁),男性,1115,女性,195.5,172.5,1617,1819,2030,3140,4150,51以上,193.4,166.2,157.8,158.7,154.1,149.1,181.7,154.1,146.5,150.0,142.4,138.6,（三）BMR的正常水平及其异常变化,基础代谢率与年龄、性别及身材大小有关,：一般男子BMR比女子高，幼年比成年高，年龄越大，BMR值越低。同一个体BMR值较稳定。,BMR值正常与否判定,：,将所测值与表74对应正常平均值比较，,相差在1015之内，均属正常。,BMR测定的临床意义,：,有助于诊断某些疾病,甲低,：BMR比正常低 4020,甲亢,：BMR比正常高 25%80%,BMR,：,发热、糖尿病、红细胞增多症、白血病、肾上腺皮质功能亢进、有呼吸困难的心脏病等。,BMR,：,阿狄森病、肾病综合征、病理性饥饿、垂体性肥胖等。,第二节 体温及其调节,（一）体表温度和体核温度,1.体温的概念:机体深部的平均温度。,（1）,体表温度,（shell temperature）：值低，不稳定，各部差异大,（2）,体核温度,（core temperature,）：数值高，稳定，各部差异小,一、体温及其正常变动,.,体温的测量及其正常值,直肠温度,正常值：36.9-37.9；测量时应将肛表插入直肠6cm以上。,口腔温度,正常值：36.7-37.7；婴幼儿和行为不能自控的人不能采用。,腋窝温度,正常值：36.0-37.4；测量时应使腋窝紧闭，测量时间不少于10分钟。,（二）体温的生理变动,1.昼夜变化:,清晨 2:00-6:00 最低,午后 1:00-6:00 最高,2.性别:,女子比男子高0.3 度,女子基础体温随月经周期而变动(如图),3.年龄：,新生儿(早产儿)易受随环境温度影响，老年人体温偏低,4.肌肉活动：,测温时应避免其影响,5.其它：,如前述影响能量代谢的诸因素,二、,机体的产热和散热,（一）机体的产热过程,1.主要产热器官,：,有：,内脏器官、骨骼肌、脑,安静时,：内脏器官，特别是肝脏,运动或劳动时,：骨骼肌 占90,2.机体的产热形式,（1）,战栗产热,（shivering thermogenesis）,：,在,骨骼肌紧张性增强的基础上发生的不随意的节律性收缩,；,特点：屈肌和伸肌同时收缩，不做外功，而产热量很高。,一般在战栗前先出现,寒冷性肌紧张,(thermal muscle tone)或称,战栗前肌紧张,(pre-shivering tone),（2）,非战栗产热,(代谢产热),概念：,是指寒冷刺激加强了机体,褐色脂肪组织,的产热过程，其产热量占,非战栗产热的,70%。,体内褐色脂肪组织在不同年龄含量不同，婴幼儿含量大于成年人；,新生儿不能发生战栗，,非战栗产热对,新生儿在寒冷环境中维持体温有重要意义。,（二）机体的散热过程,人体主要散热部位是皮肤,1.几种主要的散热方式,(1),辐射散热,（thermal radiation）,是机体以热射线（红外线）形式将热能传给外界较冷物体的一种散热方式。,条件,：体表温度高于环境温度,影响因素,：体表温度与环境温度差,有效辐射面积,(2)传导散热,是指机体将热量直接传给同它接触的较冷的物体的一种散热方式。,影响因素,：温度差,接触面积,导热性能,(3)对流散热,指通过气体或液体的流动散发体热的形式，是传导散热的一种特殊形式。,影响因素,：风速,(4)蒸发散热,通过水分从体表蒸发散热的一种方式。,蒸发1g水散热2.43kJ,当环境温度超过体表温度时，其是机体唯一的散热方式。,影响因素,：湿度大，不易散热,风速大，散热快,蒸发散热分,不感蒸发,和,出汗,不感蒸发,（insensible perspiration）,：,概念,：指水分直接透出皮肤和粘膜表面，在未聚成明显的水滴以前便蒸发掉的一种散热方式。在蒸发表面上弥漫性进行。,皮肤,:0.6-0.8L/d,呼吸,:0.2-0.4L/d,1L/d,表7-5,在环境温度为21时人体散热,方式及其所占比例,散热方式 百分数（）,辐射 传导 对流 70,皮肤水分蒸发 27,呼吸 2,尿、粪 1,常用降温措施及其理论依据,降温措施:,理论依据:,冰,袋、冰帽 增强传导散热,电扇、通风 增强对流散热,降低室温.减衣增强辐射散热,酒清擦浴增加蒸发散热,用阿司匹林 下调调定点,用抗菌药物 消除致热原,发汗,（sweating）,发汗,：又称,可感蒸发(sensible perspiration),是一,反射,活动，主要由受,交感胆碱能纤维,支配的小汗腺的活动引起。,ACh有促进汗腺分泌的作用，而阿托品及其它抗胆碱药可阻断其分泌；,温热性发汗,（thermal sweating）:在体温调节中起主要作用。,精神性发汗,（mental sweating）:精神紧张时发生，与体温调节无关。,发汗的影响因素,：受劳动强度、环境温度、湿度、风速等影响。,劳动、气温,出汗,速度,散热,湿度,蒸发困难,出汗,风速,蒸发容易、出汗,中暑,中暑,：指因高温环境或受到烈日的暴晒而引起的疾病（见后述）。,高温、高湿、小风速（或无风）环境,辐射、传导、对流的散热停止，蒸发散热困难,体热淤积,中暑,汗液,成分,：刚分泌出的汗液类似血浆(但不含血浆蛋白),水分：99,固体成份：大部分为NaCl,含少量KCl、尿素、乳酸,吸收,：汗液经导管流向体表时，一部分NaCl被导管细胞重,吸收,，并受醛固酮调节。因此，大量出汗会造成,高渗性脱水,。,2.,皮肤血流量,的调节,辐射、传导和对流散热受温度差影响,炎热环境,：交感N紧张性,皮肤小A舒张,动-静脉吻合支开放,皮肤血流量,皮肤温度,温度差,散热,此时皮肤的作用如同一个“散热片”。,皮肤血流量的调节,寒冷环境,：交感N紧张性,皮肤血管收缩,血流量,散热,此时在皮下脂肪层的协同作用下，皮肤的作用如同一个“隔热板”。,行为性体温调节,（automatic thermoregulation）,类型,自主性体温调节,（behavioral thermoregulation）,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、出汗、战栗及改变代谢率等生理反应，来维持机体产热和散热过程的动态平衡。,行为性体温调节,:,机体在不同的温度环境中的姿势和行为，特,别,是人为了保温或降温所采取的措施，称为行为性体温调节。,后者以前者为基础，是对前者的补充,（一）温度感受器,1.外周温度感受器,存在部位:皮肤.粘膜和内脏。类型：,冷觉感受器,：,35 感受器兴奋 产生温觉,本质：为游离的神经末梢,.中枢温度感受器,概念,:位于中枢神经系统内对温度变化敏感的神,经元.,分布,在脊髓、脑干网状结构、下丘脑,类型及其作用：,热敏感神经元,：温度升高时放电，产生散热反应,冷敏感神经元,：温度降低时放电，产生产热反应,视前区下丘脑前部（PO/AH）温度敏感神经元,a.能感受局部脑温度变化的刺激,b.还能对下丘脑以外部位温度变化的信息起反应,c.提示下丘脑的PO/AH是机体体温调节整合的中心部位,(二)体温调节中枢,基本中枢：位于视前区下丘脑前部（PO/AH）,实验依据：分段切除：只要保持下丘脑及其以下神经结构完整，体温即可保持恒定,破坏PO/AH区，体温调节减弱或消失,现认为,下丘脑的PO/AH区是体温调节中枢整合机构的中心部位。,1.调定点（set point)学说,内容,:体温调节类似于恒温器,在PO/AH中设置一个调定点（如37,0,C）,PO/AH就是按照这个温度值来调节体温的.,机制,:调定点是由PO/AH区中温度敏感神经元的工作特性（兴奋阈值）及两种温度敏感神经元相互制约、相互协调地活动所决定的。,（三）体温调节机制,35,37,39,神经元放电数值,A:冷敏,B:热敏,下丘脑温度,B,A,A,B,发热原因,：,是由于致热原（病毒、细菌）使调定点上移（,称为重调定,）所引起。,干扰,体温调节自动控制示意图,2.机体在寒冷环境中的产热调节反应,战栗,寒冷 皮肤冷感受器兴奋 下丘脑PO/AH冷敏神经元兴奋 躯体运动神经 脊髓前角运动神经元兴奋 战栗,产热增多,交感神经兴奋,寒冷刺激,交感神经兴奋,肾上腺髓质分泌E、NE,增多,产热增多；,寒冷刺激,交感神经兴奋,褐色脂肪组织代谢产热增多。,甲状腺激素的产热作用,寒冷刺激,中枢神经系统 下丘脑TRH神经元兴奋 腺垂体分泌TSH增多 甲状腺分泌T,3,、T,4,增多 产热增多,（4）皮肤散热减少,（如下图所示：）,环境温度,降低,皮温下降,皮肤冷觉感受器,传入神经,下丘脑PO/AH,体温调节中枢,血液,深部温度,中枢冷敏神经元,躯体N,骨骼肌紧张性,产生,寒战,甲状腺,分泌 T,3,、T,4,代谢,肾上腺髓质分泌E、NE,代谢,交感N兴奋,皮肤血管收缩,血流,支配汗腺的交感N抑制,汗腺分泌,产热,体温恒定,散热,降低,3.机体在炎热环境中的散热调节反应,皮肤血流量的调节,温热刺激 交感神经紧张性降低 皮肤血管舒张、动静脉吻合支大量开放 皮肤血流量增加 皮肤温度升高 机体散热增加,发汗,温热刺激 下丘脑发汗中枢兴奋 交感胆碱能纤维 引起温热性发汗机体散热增加,减少产热量,在炎热环境中，机体代谢产热过程明显受到抑制。,热适应,：是指机体表现出汗量增加，而汗液中丢失的NaCl减少，机体对高温的耐受能力提高。,四、异常体温,1.发热与体温过高,发热,是人和动物在患病时的一种常见表现。,发热的利和弊,：,有利方面,：可增强白细胞吞噬能力、促进干扰 素的产生、使T淋巴细胞增殖及抗体的生成；,不利的影响,：体温39时，出现HR加快、食欲不振、头痛头晕、反应迟钝等；,体温过高,（42）：机体可出现广泛的器官功能障碍。人的最高致死体温是,44.5。,2.中暑,概念,：是以水电解质丢失过多、汗腺功能衰竭和体温调节中枢障碍为特征的疾病,。,表现有：,热痉挛,：在大量出汗后出现肌肉痉挛，无体温升高。,热衰竭,：大量出汗导致机体水盐丢失过多、而补充不足所致，表现心动过速、低血压、呼吸增快、肌肉痉挛等，体温轻度升高。,热（日）射病,：是致命性急症，患者表现高热（40）、神志障碍和多器官衰竭等。,3.体温过低,概念,：一般将低于36的体温称为体温过低或低体温。,产生原因,：长时间置身在酷冷环境中而使机体丧失抗寒的反应能力，导致体温降低。此外，甲低、麻醉药中毒也可引起。,人工低温,：是指在全麻下用物理降温的方法将病人体温有控制地降至预期度数，以提高组织对阻断血流和缺氧的耐受能力。,复习思考题,1.,简述机体能量的来源和去路。,2.简述影响能量代谢的主要因素。,3.中暑的原因是什么，如何防治？,4.为什么发热病人常伴有寒战反应？,5.根据散热原理，如何给高热病人降温？,6.人的体温是如何维持相对恒定的？,简述机体能量的来源和去路。,参考答案：见图,4,2.,简述影响能量代谢的主要因素。,参考答案：,肌肉活动,精神活动,食物特殊动力效应,环境温度,3.中暑的原因是什么，如何防治？,参考答案：,概念,：是以水电解质丢失过多、汗腺功能衰竭和体温调节中枢障碍为特征的疾病,。,表现有：,热痉挛,：在大量出汗后出现肌肉痉挛，无体温升高。,热衰竭,：大量出汗导致机体水盐丢失过多、而补充不足所致，表现心动过速、低血压、呼吸增快、肌肉痉挛等，体温轻度升高。,热（日）射病,：是致命性急症，患者表现高热（40）、神志障碍和多器官衰竭等。,防；不在阳光下暴晒，注意饮水，维持水、电平衡，体质,治；将患者放在阴凉、通风地方，维持水、电平衡，降温，病因治疗，对症治疗。,4.为什么发热病人常伴有寒战反应？,参考答案：因热源质使病人体温调定点上移后，只要发热病人的体温还处于体温调定点以下，病人就感到,寒冷，皮肤冷感受器兴奋，下丘脑PO/AH冷敏神经元兴奋，躯体运动神经 ，脊髓前角运动神经元兴奋，战栗，产热增多,5.根据散热原理，如何给高热病人降温？,参考答案；,降温措施:,理论依据:,冰,袋、冰帽 增强传导散热,电扇、通风 增强对流散热,降低室温.减衣增强辐射散热,酒清擦浴增加蒸发散热,用阿司匹林 下调调定点,用抗菌药物 消除致热原,6.人的体温是如何维持相对恒定的？,参考答案：P74图,