生理学 第七章 能量代谢

生理学
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
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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↓
+
F0
NADH+H+
NAD+
Ⅱ
延胡索酸 琥珀酸
-
- - -
- 1/2O2+2H+
H2O
F1
基质侧
ADP+Pi ATP H+
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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
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二、机体的产热反应与散热反应
（一）产热反应 （二）散热反应
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（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
其他
23.5
（一）能量的来源 （二）能量的利用 （三）能量平衡
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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
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能量来源 糖（glucose）：基本的供能物质，供能占70％以上。通过有 O2氧
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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
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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
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
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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
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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）
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
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呼吸链电子传递过程耦联ADP磷酸化，生成ATP 胞液侧
4H+
4H+ 2H+ Cyt c
+
Ⅰ
+ + + + +
Q
+
Ⅲ
+ +
Ⅳ
• 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
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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 ℃
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 …
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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
W：外功
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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
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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
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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
消耗量 （L/g）
0.83 2.03 0.95
CO2产量 （L/g）
0.83 1.43 0.76
呼吸商 （RQ）
1.00 0.71 0.80
氧热价 （kJ/L）
21.1 19.6 18.9
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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
• 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
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
肺量计模式图
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能量代谢率的简便测算方法
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（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
体温昼夜节律曲线
女性月经周期中的基础体温变化
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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
第七章
能量代谢与体温
目录
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
一、机体能量的来源与利用
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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
17.2 39.8 18.0
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
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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
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
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在不同环境温度下人体体温分布示意图 A：环境温度20℃；B：环境温度35℃
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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
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）
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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℃
• 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
第二节
体温及其调节
生理学
一、人体正常体温及其波动
（一）体表温度和体核温度
（二）体温的生理性波动
（三）人体体温的变化范围
生理学
（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
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
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（二）散热反应 （heat loss）
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
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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
ห้องสมุดไป่ตู้
ADP+Pi
呼吸链
ATP
H2O
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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：
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
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生物氧化
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 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O 能量
ADP+Pi ATP 热能
10
2
生理学
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
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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
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
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（三）人体体温的极限
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
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
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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