生理学 第七章 能量代谢和体温

第七章能量代谢和体温

教学要求：

了解食物的能量转化，能量代谢测定的原理和方法。掌握影响能量代谢的主要因素，基础代谢及基础代谢率的概念，体温的生理变动，机体的产热和散热，体温恒定的调节过程。

内容提要：

1．机体一切生命活动所需的能量主要来源于摄入体内的糖、脂肪和蛋白质所蕴藏的化学能。能量代谢是指伴随物质代谢过程中发生的能量的贮存、释放、转移和利用。测定能量代谢的基本原理是通过测定单位时间内机体向外界所散发的总热量加以测算。 2．影响能量代谢的主要因素有：肌肉活动，环境温度，食物的特殊动力效应，精神活动。3．基础代谢是指人体在基础状态下的能量代谢。人体在单位时间内的基础代谢，称为基础代谢率。

4．机体深部的平均温度称为体温。维持体温相对稳定是机体进行正常新陈代谢和生命活动的必要条件。体温的相对稳定主要是在体温调节中枢控制下产热与散热过程动态平衡的结果。安静和运动时主要的产热器官分别是内脏器官（主要是肝）和骨骼肌。散热的最重要途径是皮肤。皮肤的主要散热方式有：辐射、传导、对流和蒸发散热。机体主要通过调节皮肤血流量的和发汗来调控散热。

5．外周和中枢温度感受器感受到的温度信息，经体温调节基本中枢下丘脑及其以下中枢部位多层次整合后，通过神经和体液调节途径对产热和散热进行调控，在体温调定点水平保持体温的相对稳定。

第一节能量代谢

人体生命活动的最基本特征是新陈代谢，即人体不断地通过物质代谢来构筑、更新自身的组织，通过能量代谢来驱动各种生命活动。因此，新陈代谢一旦发生障碍，生命活动就会受到影响，甚至终止。能量代谢与物质代谢是紧密相联的，物质在合成代谢时，需要获取能量，而物质在氧化分解过程中，伴有能量的释放。通常我们把伴随物质代谢过程中发生的能量的贮存、释放、转移和利用称为能量代谢（energy metabolism）。

一、能量的来源和去路

（一）能量的来源

人体一切生命活动所需的能量，主要来源于体内糖、脂肪和蛋白质的氧化分解，这三类营养物质中蕴藏着能被机体利用的化学能，它们是人体活动的能源物质。

⒈糖人体所需能量的70%以上是由食物中的糖类物质提供的，它的消化分解产物葡萄糖被吸收入血液后，可供细胞直接氧化供能。当人体糖的摄入量大于消耗量时，多余的葡萄糖可以合成糖原，贮存在肝脏和肌肉组织中。当血糖浓度降低时，糖原可以分解成葡萄糖，维持血糖浓度相对稳定。人体内糖原的贮存量较少，约占体内贮存能量的1%，只能供给机体半天的活动能量，尤其在脑细胞中贮存的糖原量更少。当血液中葡萄糖浓度下降，低于正常血糖浓度的1/3～1/2时，可发生脑功能障碍和低血糖休克。另外，糖分解供能与O2的吸入量有关，在吸入O2充分时，细胞通过糖有氧氧化产生的能量多；O2吸入不足时，细胞主要依靠无氧酵解产生能量，释放的能量约占有氧氧化时的1/18，这在人体处于缺氧状态时极为重要，因为这是人体的能源物质惟一不需氧的供能途径。神经系统消耗的能量几乎全部来自于葡萄糖的有氧氧化，所以对缺氧很敏感。

⒉脂肪脂肪是人体内重要的供能物质，又是能源物质贮存的主要形式。一般情况下，成人体内糖的贮存量大约只有150g，而脂肪的贮存量可达体重的20%。脂肪被分解成甘油和脂肪酸后，在细胞内氧化释放能量。脂肪氧化释放的能量，是同等重量糖或蛋白质氧化释放能量的2倍。正常体重者在短期饥饿情况下，主要依靠脂肪供能，体内贮存的脂肪可供给饥饿者约2个月的能量。但由于脂肪酸经过β氧化作用形成大量的乙酰辅酶A，会转化成大量酮体，因此长期饥饿者易发生酮症酸中毒。

⒊蛋白质在生理状态下，蛋白质是人体细胞的重要组成成分，不作为供能物质。在某些特殊情况下，如长期不能进食或消耗量极大时，体内的糖原和贮存的脂肪大量消耗，能量极度缺乏时，机体才开始分解蛋白质，以维持必需的生理活动。体内过剩的氨基酸可以转变成为脂肪。

（二）能量的转移

体内的糖、脂肪或蛋白质在氧化分解过程中，生成代谢终产物H2O、CO2和尿素等，同时释放出蕴藏的化学能，其中约有50%以上直接转变为热能，维持体温；其余不足50%的化学能是用于做功的“自由能”。“自由能”被二磷酸腺苷（adenosine diphosphate, ADP）获取，用于合成三磷酸腺苷（adenosine triphosphate, ATP），能量被转移到了ATP的高能磷酸键上。ATP是机体的贮能形式和各种生理活动的直接供能形式，ATP分解时释放的能量，可用于离子泵跨细胞膜转运离子；用于神经纤维传导兴奋；合成各种组织物质；使肌肉发生收缩运动，以完成人们的日常工作、学习、劳动等。当机体氧化释放的能量过剩时，ATP也能将能量转移给肌酸，生成磷酸肌酸，作为暂时的贮存能量形式；当机体需要大量消耗ATP时，磷酸肌酸所贮存的能量再转移到ADP分子上，生成ATP供能。由于ATP有直接促进或改善组

织代谢的作用，临床上常把ATP作为治疗昏迷、休克、脑血管疾病、心肌炎等疾病的急救辅助药物。体内能量的释放、转移、贮存和利用之间的关系见图7—1。

图7—1 体内能量的释放、转移、贮存和利用示意图

Pi：磷酸C：肌酸C-○P：磷酸肌酸

（三）能量平衡

能量平衡是指机体摄入食物的能量和消耗的能量之间的平衡。如果在一段时间内，机体摄入的化学能和消耗的能量基本相等，体重不变，即人体能量的“收支”达到平衡。能量平衡是一种动态平衡。如果摄入的能量少于消耗的能量，机体则利用体内贮存的能源物质，糖原、脂肪和蛋白质被分解，体重则有所减轻，表现为能量的负平衡；反之，如果机体摄入的能量多于消耗的能量，则以脂肪的形式贮存起来，因而体重增加，表现为能量的正平衡。

不同的平衡状态也代表不同的生理意义。成长阶段、怀孕期或病后复原时期，需要合成身体组织，供应胎儿的成长，此时热量平衡需维持正值。成年期不再有成长的需求，维持热量平衡状态。热量负平衡表示身体组织有耗损的现象，表示有营养不良的危险，这种现象最常发生在癌症病患或重症病人，应该及时予以补充营养，以免恶化。