第七章 能量代谢与体温调节 山东大学医学院生理研究所

第一节 能量代谢 物质代谢过程中所伴随着的能量贮存、 释放、转移和利用。

一、能量的来源与利用

机体能量的来源和储存 糖 ：70% 来源 脂肪：40—50% （包括糖转化的脂肪） 蛋白质：数量很少

脂肪: 75% 能量储存的主要形式 蛋白质: 构成细胞的成分及合成酶和 激素等生物活性物质，长期 饥饿时动用 储存 糖原: 1% 供神经代谢和剧烈运动 脂肪: 75% 能量储存的主要形式 蛋白质: 构成细胞的成分及合成酶和 激素等生物活性物质，长期 饥饿时动用

能量的利用： >50% CP ATP 能量 ADP 热能 糖 脂肪 蛋白质 生物合成 分泌 神经传导 CO2+H2O O2 肌肉收缩 外功

能量平衡 机体摄入能量 = 消耗的能量 基础代谢 食物的特殊动力效应 身体运动 生长发育 简易诊断指标： 机体摄入能量 = 消耗的能量 基础代谢 食物的特殊动力效应 身体运动 生长发育 简易诊断指标： ①体重指数=体重(Kg)／身高2 ( m) 24超重界限；28肥胖界限 ②腰围 ③臀围 脂肪总量、脂肪分布情况

能量代谢测定 (一)能量代谢测定的原理 机体释放的能量= 热能+外功 安静时，外功 = 0 能量代谢率 = 机体单位时间内 散发的总热量 根据“能量守恒”定律 机体释放的能量= 热能+外功 安静时，外功 = 0 能量代谢率 = 机体单位时间内 散发的总热量

二、能量代谢的测定 1.食物的热价 1克食物氧化时所释放出来的能量称为 单位: 1kcal = 4.187J (二)与能量代谢测定有关的几个基本概念 1.食物的热价 1克食物氧化时所释放出来的能量称为 该种食物的热价。 单位: 1kcal = 4.187J 糖 4.1kcal/g 17.2kJ/g 蛋白质 4.3kcal/g 18.0kJ/g 脂肪 9.0kacl/g 39.8kJ/g

2.食物的 氧热价 某种营养物质在体内氧化时消耗一升 氧所产生的能量称为该物质的氧热价 蛋白质 4.5kcal/L 18.9KJ/L

3.呼吸商 （RQ） RQ= 氧耗量(ml) 一定时间内机体呼出CO2的量与吸入的O2消耗量 的比值，称为呼吸商。以RQ表示 CO2产生量(ml) RQ= 氧耗量(ml) 糖＝1.0， 脂肪＝0.71，蛋白质＝0.80

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) 17.2 23.4 39.8 营养物质 糖 蛋白质 脂肪 物理热价 (kJ/g) 17.2 23.4 39.8 生物热价 (kJ/g) 17.2 18. 0 39.8 耗氧量 (L/g) 0.83 0.95 2.03 CO2产量 (L/g) 0.83 0.76 1.43 氧热价(kJ/L) 21.1 18.9 19.6 呼吸商(RQ) 1.00 0.80 0.71

非蛋白呼吸商和氧的热价 氧化的% 非蛋白呼吸商 氧热价(kJ/L) 糖(%) 脂肪(%) 0.00 1.10 4.75 8.40 12.0 15.6 19.2 22.8 26.3 29.9 33.4 36.9 40.3 43.8 47.2 100.00 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 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

（三）方法 1、直接测热法 直接测出人体在一定时间内发散的总热量， 再换算成单位时间的能量代谢率。 主要用于科学研究 肥胖和内分泌系统障碍

2、间接测热法 遵循定比定律，测量装置较简单 C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+Q 间接测热法依据定比关系，测出单位时间内氧化分解的糖、脂肪和蛋白质各占多少，再算出该段时间内释放出的能量。

（1）测量具体步骤： ①测出机体单位时间内的 耗O2量和CO2产生量, 并测出尿氮排出量； 计算出产热量，算出能量代谢率: 产热量 = 20.18×耗氧量 （混合食物的RQ 为 0.82时氧热价为20.18）  

②根据尿氮含量, 算出:蛋白质的氧化量 蛋白质食物的产热量 在总的耗氧量和CO2产量中 扣除蛋白质氧化代谢的分额， 再根据所剩的耗氧量和CO2产量 计算出NPRQ

③据表7－2 查出该NPRQ所对应的氧热价，算出非蛋白食物的产热量; ④算出总产热量， 即蛋白质食物产热量与非蛋白食物产热量之和。

举例： 受试者在标准状态下24小时 耗 氧 量：400L， CO2产生量：340L， 尿 氮 量：12克， 计算24小时的能量代谢。

步骤： A、求出蛋白质代谢的耗氧量、 CO2产生量和产热量 蛋白质氧化量=12×6.25=75g 产热量=18×75=1350kJ 耗氧量=0.95×75=71.25L CO2产生量=0.76 ×75=57L

B、非蛋白代谢 耗氧量=400L－71.25L=328.75L C、计算非蛋白代谢的产热量 D、计算24h产热量 CO2产生量=340L －57L=283L NPRQ=283L÷328.75L=0.86 C、计算非蛋白代谢的产热量 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 D、计算24h产热量 24h产热量=1350kJ+6710kJ=8060kJ

简便估算法 将呼吸商定为0.82，氧热价为 20.20kJ/L。 ①测出单位时间的耗O2量， ②即算出总 24小时产热量。 24小时产热量 =20.19kJ 400L/24h =8080kJ

(2)耗O2量与CO2产生量的测定方法 1）开放式测定法（气体分析法） 呼吸空气的条件下测定耗氧量和CO2产生量。 求两者的差值， 计算该时间内的耗氧量和CO2产生量。

2）闭合式测定法 一般使用能量代谢率测定器械 2）闭合式测定法 一般使用能量代谢率测定器械

3.双标记水法 受试者自由活动状态下进行， 测定的氚（2H）和氧（18O） 标记水2H2O、H218O 氧（18O）水+CO2代谢

三、影响能量代谢的因素 （一）肌肉活动 对能量代谢的影响最大 运动或劳动的强度 消耗的能量 能量代谢值可作为评价劳动强度的指标

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 2.73 出席会议 3.40 擦窗 8.30 洗衣物 扫地 打排球 踢足球 2.73 3.40 8.30 9.89 11.37 17.50 24.98

（二）精神活动 1.精神紧张、情绪激动 能量代谢 2.骨骼肌的紧张性 3.交感神经兴奋 儿茶酚胺释放 代谢率

（三）食物的特殊动力效应 进食后一段时间内（从进食后1h开始持续到7-8h），机体处于安静状态，产热量比进食前有所增加，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％

1. 200C~300C：稳定 2. >30 0C或 <200C： （四）环境温度 反应速度增加，发汗、呼吸、循环机能增强 引起寒战以及肌肉紧张度增加；

四、基础代谢 1、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: 能量消耗只用于维持心跳、呼吸等 人体处于清晨、清醒、静卧，未作肌肉活动；前夜睡眠良好，无精神紧张、禁食12小时、室温20~250C、体温正常。 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。

2、测定条件 （1）禁食12-14h （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20-25度之间 基础代谢率与年龄，性别及身材大小有关

我国人正常的基础代谢率平均值 〖kJ/（h）〗 年龄（岁） 11～15 16～17 18～19 20～30 31～40 41～50 50以上 男性 195.5 193.4 166.2 157.8 158.6 154.0 149.0 女性 172.5 181.7 154.0 146.5 146.9 142.4 138.6

基础代谢率、肺活量、肾小球滤过率、 体表面积（m2）简易法 =0.0061 × 身高（cm）+0.0128 × 体重（kg）－0.1529 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 体表面积（m2）简易法 =0.0061 × 身高（cm）+0.0128 × 体重（kg）－0.1529

体表面积测算图

3、 基础代谢率的测定和其正常值 耗氧量氧热价 基础代谢率 = 100% 体表面积 呼吸商为0.82时的氧热价为20.19KJ

4、 基础代谢率的临床意义 有助于诊断某些疾病 基础代谢率： 发热、糖尿病、红细胞增多症、白血病、 基础代谢率 ：   4、 基础代谢率的临床意义 有助于诊断某些疾病 甲低：-40％～ -20％ 甲亢： +25%～+80% 基础代谢率： 　　 发热、糖尿病、红细胞增多症、白血病、 　　　伴呼吸困难的心脏病等。 基础代谢率 ： 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、体温 （一）表层温度与体核温度(深部温度) *概念： 　　 指机体深部平均温度，比较稳定， 变动范围不超过10C。

表层温度，数值低，不稳定，各部差异大。 深部温度，数值高、稳定、 各部差异小 常用方便的测定部位即口腔及腋窝 心、肺、脑、 皮下组织、 内脏 皮肤、 皮下组织、 肌肉 心、肺、脑、 内脏

正常值： 肛温： 36.9-37.90 口温： 36.7-37.70 C 腋温： 36.0-37.40 C

实验中 ： 常以食管温度作为深部温度； 食管温度直肠温度0.3Ｃ 以鼓膜温度作为脑组织的温度。 与下丘脑温度相近 临床作为体温的指标

（二） 体温的正常变动 1.昼夜节律 一般是清晨2～6时最低，下午2～8时最高，波动幅度一般不超过1℃。

2.性别差异 ⑴成年女子体温平均比男子高0.3℃。 ⑵女子基础体温随月经周期而产生周期性变动。 排卵前日最低，排卵后升高 0.3～0.6℃ 。

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 5、环境温度

皮肤温度与平均温度 机体最外层的温度称为皮肤温度 各部位差别较大，且与局部血流有关 1.平均皮肤温度 Tmst=0.2(T小腿+T大腿）+0 .3（T胸+T上臂） 2.平均温度 Tmbt=a·Tcore+(1-a) ·Tmst

33~340C ２70C 在环境温度20~350C下人体体温分布图

T ＜ 22℃→心跳停止； T ＞ 43℃→酶变性而死亡; T = 27℃→低温麻醉。

    二、 机体的产热和散热 （一）产热过程 1.主要产热器官： 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： 寒冷性肌紧张(战栗前肌紧张) 骨骼肌紧张性增强的基础上发生的不随意的 节律性收缩(频率为10-20次/分) 机制： 冷感觉器 传入神经 战栗的初级运动中枢 （下丘脑后部背外侧靠近第三脑室壁）  脑干 前角运动神经元 传出神经 战栗

特点： 屈肌和伸肌同时收缩，不做外功，产热量增加很高，代谢率增加4~5倍 意义： 有利于维持机体在寒冷环境中的体热平衡。

---又称代谢产热（能量代谢的多环节），细胞水平 （2）非战栗产热 ---又称代谢产热（能量代谢的多环节），细胞水平 特点：褐色脂肪组织(brown fat tissue) 产热量占70% 耗 氧量多。 新生儿不发生战栗 部位： 腹股沟、腋窝、肩胛下区、 颈部大血管周围

3、产热活动的调节 （1）体液调节 *甲状腺激素：作用缓慢、持久 *NA、NE、GH：作用迅速、时间短 （2）神经调节： 寒冷刺激交感神经兴奋肾上腺髓 质活动肾上腺素、去甲肾上腺素 释放 产热

（二）散热过程 人体主要散热部位是皮肤 1、皮肤散热方式 (1) 辐射散热 是机体以发射红外线的形式将热传给外 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

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

是指机体将热量直接传给与机体接触 *影响因素： 温度差 临床应用： 水的比热大，导热性能好， 的温度较低的物体的一种散热方式。 接触面积 (2)传导散热 是指机体将热量直接传给与机体接触 的温度较低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 临床应用： 水的比热大，导热性能好， 用冰帽、冰袋等给高热病人降温。

(3) 对流散热 *影响因素：风速 指通过气体进行热量交换的一种散热方式。 当环境温度升高到接近或等于皮肤温度时， 蒸发便成了唯一有效的散热形式。

(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 环境温度超过体表温度时，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：不感蒸发和出汗

1）不感蒸发： 皮肤: 0.6-0.8L/d 呼吸: 0.2-0.4L/d 1L/d 在低温环境中，皮肤和呼吸道水分渗出而 被蒸发掉，这种水分蒸发不被觉察，称为 不感蒸发。 皮肤的水分蒸发又称为不显汗。 特点：与汗腺的活动无关。 皮肤: 0.6-0.8L/d 呼吸: 0.2-0.4L/d 1L/d

2）发汗： 通过汗液蒸发带走身体热量，可意 识到的又称可感蒸发 受环境温度和湿度的影响： 寒冷或温暖情况：无汗液分泌或少量 特点： 是指汗腺主动分泌汗液的过程。 通过汗液蒸发带走身体热量，可意 识到的又称可感蒸发 受环境温度和湿度的影响： 寒冷或温暖情况：无汗液分泌或少量 安静状态：环境温度300C时开始出汗， 速度取决于参加活动汗腺数量和活动强度

劳动(气温200C) 、气温  出汗速度 散热 影响因素： 劳动强度、环境温度、湿度、风速 劳动(气温200C) 、气温  出汗速度 散热 湿度 衣着多蒸发困难(气温250C)出汗 风速 蒸发容易 出汗

*中暑： 指因高温环境或受到烈日的暴晒而引起的疾病。 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

2、汗液 刚分泌出的汗液类似血浆(但不含血浆蛋白) 成分： 水分 99％ 大部分为NaCl、少量KCl 固体成份 尿素、氨、乳酸 微量葡萄糖、氨基酸

吸收： 汗液经导管时，醛固酮作用下吸收 大部分的Na+和 Cl- 及相应的水分。 少量分泌时吸收大，反之亦然。

3、汗腺与汗腺活动调节 大汗腺: 分布腋窝、阴部,开口于毛根附近 小汗腺:分布全身皮肤手掌、足跖最多 额、手背、四肢、躯干最少 活动类型： ①温热性发汗: （小汗腺）由热刺激引起. 作用: 散热 参与体温调节.   ②精神性发汗: 精神紧张引起 ,手掌,足趾和前额 两种形式的发汗多混合存在

出汗及其调节： 神经支配 ：交感神经胆碱能纤维 发汗反射： 汗腺组成： 单管腺 分泌部 导管部 皮肤温度感受器 传入神经出汗中枢 单管腺 分泌部 导管部 神经支配 ：交感神经胆碱能纤维 发汗反射： 皮肤温度感受器 传入神经出汗中枢 （下丘脑）传出神经汗腺 出汗

分 泌 部

4. 循环系统在散热中的作用 辐射、传导和对流散热受温度差影响 脉吻合支开放皮肤血流量  皮肤温 度 温度差 散热  机体通过改变皮肤血管的舒缩状态来调 节体热的散失量 *炎热环境： 交感神经紧张性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  皮肤血流量 汗腺提供水分

交感N紧张性  皮肤血管收缩血流量散热 *环境适中： 皮肤血管口径适中皮肤温度适中 体热平衡 *寒冷环境： 交感N紧张性  皮肤血管收缩血流量散热 *环境适中： 皮肤血管口径适中皮肤温度适中 体热平衡

三、体温的调节 *自主性体温调节： 机体在下丘脑体温调节中枢的控制下 增减皮肤血液、 出汗、战栗及改变代谢率 H、精神性出汗中枢在大脑皮层运动前区 汗液主要见于手掌、足跖、腋窝等处。它在体温调节中不具任何意义。 三、体温的调节 *自主性体温调节： 机体在下丘脑体温调节中枢的控制下 增减皮肤血液、 出汗、战栗及改变代谢率 维持产热 = 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，通过增减衣着、开电扇、空调等行为维持体温稳定的调节。 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 部位:存在于皮肤、粘膜和内脏 ---游离的神经末梢 作用：冷感受器 < 30度 温觉感受器：>35度

2.中枢温度感受器 部位:脊髓,脑干网状结构,下丘脑 热敏感神经元： 冷敏感神经元： 的神经元 指存在于中枢神经系统内的对温度变化敏感 当局部组织温度升高时冲动发放频率增加的神经元。 在视前区-下丘脑前部（preoptic-anterior hypothalamus area，PO/AH）中，较多见。 冷敏感神经元： 当局部组织温度降低时冲动发放频率增加的神经元。

*中枢温度感受器作用： a、感受局部脑温度刺激+ 中脑、延髓、 脊髓、皮肤、内脏温度刺激 b、将内外温度变化的信息会聚 c、直接对致热源、5-羟色胺、NE及某 些多肽发生反应 体温改变

（二）体温调节中枢 部位：下丘脑，视前区-下丘脑前部 （PO/AH） 作用：体温调节整合 *切除大脑皮层:体温保持恒定 实验： *切除大脑皮层:体温保持恒定 *破坏PO/AH区，体温调节减弱或消失 *信息会聚于PO/AH区

（三）体温调节的调定点学说 认为： 视前区-下去脑前部PO/AH神经元的活动设定了一个调定点（set point），即规定的温度值，如37。C。 PO/AH部位的体温调节中枢就是按照这个设定温度来调整体温。

机制:调定点是由PO/AH温度敏感神经元 的工作特性决定的。

内容: 体温调节类似于恒温器,在PO/AH设定 一个 1. 当体温与调定点水平一致时， 机体的产热与散热取得平衡； 2.当中枢局部温度稍高于调定点的水平时， 中枢即使产然降低，散热增加； 3.当中枢局部温度稍低于调定点水平时， 产热增加，散热降低，直至体温回到调 定点水平。

As known to all, in the normal condition, the body temperature is maintained at about 37.0℃. This critical temperature level is called the “set-point” of the temperature control mechanism. All the temperature control mechanisms continually attempt to bring the body temperature back to this “set-point” level whenever it deviates in either direction. set-point in the hypothalamus is determined mainly by the degree of activity of the temperature receptors in the preoptic area of the hypothalamus, 调定点上移

思考题： １.环境温度时,机体如何维持体温的恒定? ２. 临床上发热的病人如何降低体温? 降温措施 理论依据 冰袋、冰帽 增强传导 散热 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

思考题： 1.影响能量代谢的因素有哪些？ 2.基础代谢在什么情况下测定？为什么？ 3.环境温度下降时,机体如何维持体温的恒定? 1.影响能量代谢的因素有哪些？    2.基础代谢在什么情况下测定？为什么？ 3.环境温度下降时,机体如何维持体温的恒定? 4. 临床上发热的病人如何降低体温? 5. 试解释人精神高度紧张时能量代谢和体温的变化过程？ 6. 试用体温调定点学说解释致热原引起的恶寒和高热现象？

名词解释： 能量代谢、食物的热价、 食物的氧热价、 呼吸商(respiratory quotient,RQ) 食物的特殊动力效应、 基础代谢(basal metabolism) 基础代谢率(basal metabolic rate,BMR)

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