第九版生理学第七章 能量代谢与体温
《生理学》第七章 能量代谢与体温调节
?
二
能量代谢的测定
测定整个机体在单位时间内向外界环境发散的 热量来计算能量代谢率的方法,是准确可靠的。 体内物质分解所释放的能量,50%以上迅速转化 为热能,用于维持体温。 其余不到50%的能量转移储存在ATP。机体利用 ATP的能量完成各种生命活动。
(一)直接测热法
将动物臵于热量计中,就可收集和直接 测定一定时间内机体散发的总热量,此热量 就是能量代谢率,这种方法称为直接测热法。
体温调节
三、机体的产热和散热过程
组织器官 脑 内脏 骨骼肌 占体重百分 比(%) 2.5 34.0 56.0
其他
7.5
产热量(%) 安静状态 劳动或运动 16 1 56 8 18 90 10 1
体温调节
机体产热的其它形式:
① 战栗产热(shivering thermogenesis): 骨骼肌同时发生不随意的节律性收缩。屈肌和伸肌同时 收缩,不做外功,但产热量很高。代谢率可增加4-5倍。 ② 非战栗产热(non-shivering thermogenesis):
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
20.397 20.447 20.497 20.548 20.602 20.652 20.702 20.575 20.808 20.857 20.912 20.962 21.012 21.066 21.117
Douglas chambre calorimeter
直接测热法图
(二)间接测热法 (indirect calorimetry)
是测定机体在一定时间内的耗氧量和二氧化 碳排出量来计算机体的产热量。 间接测热法比较简便易行,并且准确,是研究 动物营养、环境生理和内分泌的一种实验方法。
第九章 体温(人民卫生出版社人体解剖生理学第7版)
㈡能量的去路
㈡能量的去路
小结
糖 脂肪 蛋白质
能量
❖约50%直接转变成热能 ❖ 50%是自由能(ATP)
㈢能量平衡
摄入
消耗
三种情况:
摄入>消耗 摄入<消耗 摄入=消耗
肥胖 消瘦 体重不变
评价指标
体质指数 BMI
㈢能量平衡
体重指数
体质指数 = 体重(kg)/[身高(m)]2 正常范围:18.5-22.9 超 重:≥23 肥胖前期:23-24.9 I 度肥胖:25-29.9 II度肥胖: ≥30
影响因素:环境温度和湿度
2. 皮肤主要散热方式
出汗
温热性出汗作用:调节体温(中枢在下丘脑)
精神性出汗作用:与体温调节无关(中枢在大脑 皮层)
味觉性出汗
2. 皮肤主要散热方式
2. 皮肤主要散热方式
2. 皮肤主要散热方式
环境温度高于表层 温度时怎样散热?
答案:
40
唯一散热方式——蒸发
40
思考题: 先天性汗腺缺乏者和深度大面积烧伤者高温环 境中工作有何危险?
寒冷环境下: 战栗和非战栗产热
㈠机体的产热
2. 寒冷环境-产热形式
⑴战栗产热: 骨骼肌发生不随意的节律性收缩,特 点是屈肌和伸肌同时收缩,肌肉收缩不做外功,能 量全部转化为热量。9-11次/min
寒冷环境中主要产热形式
⑵非战栗产热:通过提高组织代谢率来增加产热的 形式 。褐色脂肪(新生儿体内较多)分解产热
㈠能量的来源 1.糖
❖ 主要的供能物质(50 % ~ 70%) ❖ 方式:有氧氧化
无氧酵解(氧不足时)
㈠能量的来源
㈠能量的来源 2.脂肪
❖储存和供能(30%) ❖方式:有氧氧化(需氧) ❖特点: 释能多 (=糖的2倍) ❖短期肌饿时(主要供能物质)(10天-2个月)
生理学经典ppt第七章 能量代谢与体温
发汗反射
温热刺激→温觉感受器↑→传入冲动↑ 产热
温热性发汗:参与体温调节(全身) 精神性发汗:见于手掌、前额、足底等处,与体温调节 关系不大。
(二)体温调节(Regulation of body temperature) 1.行为调节(Behavioral thermoregulation) 机体通过一定的行为来保持体温的恒定的方式。
4)非蛋白呼吸商(Non-protein RQ):
一定时间内,糖、脂氧化的CO2产量与耗O2
量的比值。
不同非蛋白呼吸商时的氧热价(见198页)
例如:一人24h耗氧量400L,CO2产量340L,尿氮12g,则:
蛋白质氧化量:12g÷0.16=75g,产热量:18kj×75g=1350kj
耗氧量:0.95×75=71.25,CO2产量:0.76×75=57L 氧化非蛋白物质:耗氧量 400-71.25=328.75,CO2:340=57=283
>或<20%可能为异常
单位:KJ/m2.h BMR=(实测值-平均值)/平均值×100% 正常值: 10%~15%
体温升高一度,基础代谢率增加13%
18
19
第二节 体温(Body temperature)
一、人体正常体温及生理变动
体温:机体深部的平均温度
直肠温度 36.9~37.9℃ 正常值: 口腔温度 36.7~37.7℃ 腋窝温度 36.0~37.4℃ 生理变动:有昼夜节律(晨低午高,波动≯1℃)
寒战和肌紧张度↑
>30 ℃,代谢率↑。
化学反应速度↑,发汗、呼吸、循环↑
(四)基础代谢
基础代谢(Basal metabolism):基础
状态下的能量代谢 基础状态:空腹、清醒、安静、不受肌肉活
第七章能量代谢和体温-医学课件
女子体温随月经周期而产生周期性变动。排卵当日 最低,排卵后升高0.2-0.50C。与血中孕激素浓度的 周期性变化有关
➢ 机体的产热和散热 正常体温维持
产热
动态平衡
散热
• 产热 ✓ 主要产热器官
安静时--内脏(尤其是肝脏)为主 运动或劳动时—骨骼肌为主
➢ 产热形式 ✓ 寒战产热
骨骼肌在肌紧张增强的基础上,伸肌和屈肌同时发 生的不随意的节律性收缩 特点:不做外功 中枢:下丘脑后部 传出神经:躯体运动神经
注:通常情况下,体内能量主要来自糖和脂肪的氧化,蛋白 质用于氧化供能的量很少,且氧化不彻底,在计算能量代 谢时可忽略不计。
• 能量代谢率的测算方法 方法一: ① 测定单位时间内O2耗量和CO2产生量,计算RQ ② 以算出的RQ作为非蛋白呼吸商,从表中查得相应的混合氧热价, ③ 利用公式:产热量=混合氧热价× O2耗量,求出单位时间内的产热量,
第二节 体温及其调节
➢ 体温
机体深部组织的平均温度, 也叫体核温度,37 ℃
意义:体温的相对恒定是 机体新陈代谢和一切生命 活动正常进行的必需条件。
体温过高、过低都会导致 生理功能障碍,甚至死亡
• 正常体温 血液温度最理想,但不易测量,通常体温的测量 部位为:腋窝、口腔和直肠。 肛温:36.9~37.9℃,最接近机体深部的温度 口温:36.7~37.7℃ 腋温:36.0~37.4℃
第七章 能量代谢与体温
第一节 能量代谢
物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移、储存 和利用,称为能量代谢 ➢ 机体能量的来源 主要来源于糖、脂肪、蛋白质
ATP(三磷酸腺苷):贮能物质和直接供能物质 CP(磷酸肌酸):ATP的贮存库,但不能直接供能
➢糖 正常情况下糖是主要供能物质。脑组织所需能量主要来自糖 有氧氧化,故缺氧和血糖水平过低,均可导致意识障碍、 昏迷及抽搐 机体糖的储备较少,成年人糖的储备量仅为150g左右。
生理学第七章能量代谢与体温课件
第二节 体温
(二)行为性体温调节
行为性体温调节是指机体(包括变温动物)在环境温度变化时,通过有意识的行为和 姿势的改变来保持体温的相对恒定,如动物避开过冷或过热的环境向适宜的温度环境靠近, 或改变姿态如:蜷缩身体而保暖,伸展肢体而散热,以及人类在寒冷时拱肩缩背、踏步跺 脚、增减衣着、创造人工气候环境等来祛暑或御寒。行为性体温调节是以自主性体温调节 为基础的,也是通过对产热和散热的影响而发挥作用,因此两者不可截然分开。对人类来 讲,行为性体温调节是大脑皮层参与下的有意识的活动,是对自主性调节的补充。
第一节 能量代谢
(二)能量的去路
第一节 能量代谢
(三)能量的平衡
人体能量的平衡是指机体摄入的能量与消耗的能量之间的平衡。人体每 天所消耗的能量主要包括基础代谢、身体运动和其他生理活动的能量消耗。 如果一段时间内体重不变,则这段时间内机体摄人的能量与消耗的能量基本 相等,能量达到“收支”平衡;如果摄人能量少于消耗能量,机体会动用储 存的能源物质,使体重减轻,称为能量的负平衡;如果摄入能量多于消耗能 量,那么多余的能量就会转变为脂肪,导致体重增加,称为能量的正平衡。
(4)蒸发散热:是机体通过体表水分的蒸发来散热的 一种方式。
(1) (4)
(2) (3)
第二节 体温
3.散热活动的调节
•
机体主要通过皮肤血流量的调节和发汗来调控散热。
•
当皮肤温度高于环境温度时,主要通过辐射、传导和对流方式散热,散热量大小
主要取决于皮肤与外界环境之间的温度差。在寒冷环境中,交感神经活动增强,皮肤
第二节 体温
3.体温调定点学说
对于正常人的体温为什么能够 保持在37℃左右,有人提出了调定 点(set point)学说。该学说认为, 下丘脑体温调节中枢内存在控制体 温恒定的平衡点,即调定点,其功 能类似于恒温调节器,调定点的高 低决定着体温的水平。认为感受的 阑值为37℃,并以此为标准来调节 产热和散热的平衡。
生理学-第七章--能量代谢与体温课件
加强,不能迅速满足机体对氧的需要,骨骼肌因此而处于相对缺氧的状态,这种 现象称为氧债。此情况下,只能通过动用储备的高能磷酸键和进行无氧酵解供能
能量代谢的测定
能量代谢的测定方法
直接测热法 间接测热法
定比定律:化学反应中反应物与产物的量之间呈一定比例关系 间接测热法:利用“定比定律” ,测算出一定时间内氧化的糖、
能量代谢的测定
原理:能量守恒定律
能量代谢率:单位时间内所消耗的能量 测定机体单位时间内产热量或消耗的食物量
与能量代谢测定有关的几个概念
食物的热价:1g某种食物氧化时释放的能量称为这种食物的热价
单位:焦耳(J) 分为:生理性热价----体内氧化;物理热价----体外燃烧 糖和脂肪的生理热价与物理热价相等,蛋白质生理热价小于物理热价 三大营养物质热价:脂肪>蛋白质>糖
体温调节
中枢温度感受器(温度敏感神经元)
分布:下丘脑、脑干网状结构和脊髓等处 分类:分为热敏神经元和冷敏神经元
血液温度↑,热敏神经元冲动发放频率↑ 血液温度↓,冷敏神经元冲动发放频率↑
视前区-下丘脑前部(PO/AH)脑温变动时:
PO/AH温度升高0.1℃→PO/AH的热敏N元+→散热反应↑产热反应↓ PO/AH温度降低0.1℃→PO/AH的冷敏N元+→散热反应↓产热反应↑
与能量代谢测定有关的几个概念
食物的氧热价:某种食物氧化时消耗1LO2所产生的热量称为这种食物
的氧热价
呼吸商(RQ):一定时间内机体呼出的CO2量与吸入的O2量的 比值
RQ=CO2产生量(mol)/O2消耗量(mol) = CO2产生量(ml)/O2消耗量(ml)
生理学 能量代谢和体温
第七章 能量代谢和体温第一节 能量代谢新陈代谢是机体生命活动的基本特征,新陈代谢包括物质代谢与相传伴的能量代谢,简称代谢。
糖、脂肪、蛋白质三种营养物质,经消化转变成为可吸收的小分子营养物质而被吸收入血。
在细胞中,这些营养物质经过同化作用(合成代谢),构筑机体的组成成分或更新衰老的组织;同时经过异化作用(分解代谢)分解为代谢产物。
合成代谢和分解代谢是物质代谢过程中互相联系的、不可分割的两个侧面。
在分解代谢过程中,营养物质蕴藏的化学能便释放出来。
这些化学能经过转化,便成了机体各种生命活动的能源,所以说分解是代谢的放能反应。
而在合成代谢过程中,需要供给能量,因此是吸能反应。
可见,在物质代谢过程中,物质的变化与能量的代谢是紧密联系着的。
生物体内物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用等,称为能量代谢(energy metabolism)。
机体所需的能量来源于食物中的糖、脂肪和蛋白质。
这些能源物质分子结构中的碳氢键蕴藏着化学能,在氧化过程中碳氢键断裂,生成CO2和 H2O,同时释放出蕴藏的能。
这些能量的50%以上迅速转化为热能,用于维持体温,并向体外散发。
其余不足50%则以高能磷酸键的形式贮存于体内,供机体利用。
体内最主要的高能磷酸键化学物是三磷酸腺苷( ATP)。
此外,还可有高能硫酯键等。
机体利用ATP去合成各种细胞组成分子、各种生物活性物质和其他一些物质;细胞利用ATP去进行各种离子和其它一些物质的主动转运,维持细胞两侧离子浓度差所形成的势能;肌肉还可利用ATP所载荷的自由能进行收缩和舒张,完成多种机械功。
总的看来,除骨骼肌运动时所完成的机械功(外功)以外,其余的能量最后都转变为热能。
例如心肌收缩所产生的势能(动脉血压)与动能(血液流速),均于血液在血管内流动过程中,因克服血流内、外所产生的阻力而转化为热能。
在人体内,热能是最“低级”形式的能,热能不能转化为其它形式的能,不能用来作功。
本节主要叙述整个机体的能量代谢测定的原理与方法,基础代谢以及机体在某些状态下的代谢等问题,不涉及能量代谢的各个方面。
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+
Ⅰ
+ + + + +
Q
+
Ⅲ
+ +
Ⅳ
+
F0
NADH+H+
NAD+
Ⅱ
延胡索酸 琥珀酸
-
- - -
- 1/2O2+2H+
H2O
F1
基质侧
ADP+Pi ATP H+
生理学(第9版)
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 能量过剩 ATP 能量不足 ATP是体内能量转化和利用的关键物质 CP
• 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
肺量计模式图
生理学(第9版)
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
• 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
非蛋白呼吸商和氧热价 NPRQ 0.707 0.71 0.72 … 氧化的糖(%) 0.00 1.10 4.75 … 氧化的脂肪 (%) 100.00 98.90 95.20 … 氧热价 (kJ/L) 19.62 19.64 19.69 …
其他
23.5
10
2
生理学(第9版)
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
成簇的高幅波群集放电波
生理学(第9版)
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
W:外功
生理学(第9版)
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
直接测热装置模式图
生理学(第9版)
Байду номын сангаас
2.间接测热法 (indirect calorimetry)
生理学(第9版)
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
生理学(第9版)
能量平衡 (energy balance)
在一定时期内,摄入的能量与消耗的能量基本相等
O2
CO2和H2O 能量
ADP+Pi ATP 热能
生理学(第9版)
糖、脂肪和蛋白质的生物氧化一般过程 糖原 三酰甘油 蛋白质 氨基酸
葡萄糖
脂酸+甘油 乙酰CoA
底物水平磷酸化
柠檬酸循环
氧化磷酸化 CO2 2H
ADP+Pi
呼吸链
ATP
H2O
生理学(第9版)
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
生理学(第9版)
四、基础代谢
基础代谢(basal metabolism):指基础状态下的能量代谢
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)] 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℃
(一)能量的来源 (二)能量的利用 (三)能量平衡
生理学(第9版)
能量代谢(energy metabolism):
伴随物质代谢过程中的能量的释放、转移、贮存和利用
摄取营养物质来构筑和更新自身
合成代谢 新陈代谢 (metabolism)
物质代谢
贮存能量
分解代谢
分解自身的部分物质 释放能量
能量代谢
生理学(第9版)
• 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
生理学(第9版)
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 ℃
生理学(第9版)
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
生理学(第9版)
呼吸商(respiratory quotient,RQ) 一定时间内机体的CO2产量与耗氧量的比值 RQ = CO2产生量(ml) O2耗氧量(ml)
糖、脂肪和蛋白质氧化时的热价、氧热价和呼吸商 营养物质
糖 脂肪 蛋白质
产热量(kJ/g) 物理热价
17.2 39.8 23.4
生物热价
生理学(第9版)
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
摄入的能量多于消耗 的能量 能量的正平衡 生长发育 、肥胖 消瘦
摄入的能量少于消耗 的能量
能量的负平衡
生理学(第9版)
二、能量代谢的测定
(一)能量代谢的测定原理 (二)能量代谢的测定方法
生理学(第9版)
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)
第七章
能量代谢与体温
第一节 能 量 代 谢 第二节 体温及其调节
重点难点
掌握
影响能量代谢的因素,基础代谢率 机体产热和散热过程,自主性体温调节机制
熟悉
能量代谢间接测定的方法和基本原理
体温的生理性波动、测量方法
了解
能量代谢直接测定方法 行为性体温调节
第一节
能量代谢
生理学(第9版)
一、机体能量的来源与利用
生理学(第9版)
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
生理学(第9版)
耗氧量和和CO2产生量的测定
生理学(第9版)
二、机体的产热反应与散热反应
(一)产热反应 (二)散热反应
生理学(第9版)
(一)产热反应
1. 主要产热器官
几种组织器官在不同状态下的产热量 组织器官 脑 内脏 肌肉 重量(占体重的%) 2.5 34 40 产热量(占机体总产热量的%) 安静状态 16 56 18 运动或劳动 3 22 73
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: C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+△E
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)
生理学(第9版)
表示法:
• 绝对值:kcal或kJ╱m2╱h; • 相对值:<±15%正常值
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
体表面积测算图
生理学(第9版)
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↓
解耦联蛋白模式图
复合体Ⅰ:NADH-泛醌还原酶;复合体Ⅱ:琥珀酸-泛醌还原酶;复合体Ⅲ: 泛醌-细胞色素c还原酶;复合体Ⅳ:细胞色素c氧化酶;Q:泛醌,又称辅酶Q