能量代谢8课件.ppt
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1、第七章第七章能量代谢和体温能量代谢和体温安徽医科大学安徽医科大学 生理学教研室生理学教研室第1页,共54页。能量代谢能量代谢(energy metabolism):伴随物质代谢过程中的能量的伴随物质代谢过程中的能量的 释放、转移、贮存和利用。释放、转移、贮存和利用。摄取营养物质来构筑和更新自身摄取营养物质来构筑和更新自身 合成代谢合成代谢新陈代谢新陈代谢 贮存能量贮存能量 分解自身的部分物质分解自身的部分物质 分解代谢分解代谢 释放能量释放能量 能量代能量代谢谢物质物质代谢代谢(metabolism)第一节第一节 能能 量量 代代 谢谢第2页,共54页。(一一)能量来源能量来源能量来源:能量来
2、源:糖、脂肪和蛋白质氧化分解。糖、脂肪和蛋白质氧化分解。直接供能物质:直接供能物质:三磷酸腺苷(三磷酸腺苷(ATP)能量储存物质:能量储存物质:三磷酸腺苷三磷酸腺苷(ATP)和和 磷酸肌酸磷酸肌酸(CP)一、机体能量的来源与利用一、机体能量的来源与利用 人体不能直接利用外部环境中的热能、电能、光能和机人体不能直接利用外部环境中的热能、电能、光能和机械能等,唯一能利用的能量是蕴藏在食物中的化学能。械能等,唯一能利用的能量是蕴藏在食物中的化学能。第3页,共54页。ATP:重要的贮能物质和直接的供能物质重要的贮能物质和直接的供能物质 1mol ATP可释放可释放52.3kJ 能量能量磷酸肌酸磷酸肌酸
3、(creatine phosphate,CP):由肌酸和磷酸合成,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。物,不能直接为细胞提供能量。能量过剩能量过剩能量不足能量不足ATPCPATP是体内能量转化和利用的关键物质是体内能量转化和利用的关键物质第4页,共54页。(二二)几种主要营养物质的能量转化几种主要营养物质的能量转化1.糖糖:主要主要来源来源(5070左右左右)脑组织所需能量则完全来源于糖的有氧氧化。缺氧和血糖水平过低,脑组织所需能量则完全来源于糖的有氧氧化。缺氧和血糖水平过低,均可导致意识障碍、
4、昏迷以及抽搐。均可导致意识障碍、昏迷以及抽搐。2.脂肪:脂肪:次要次要来源来源(3050)3.蛋白质:蛋白质:很少很少 长期饥饿或消耗极大而体内糖原、脂肪储备耗竭时长期饥饿或消耗极大而体内糖原、脂肪储备耗竭时,才,才依靠依靠蛋白质分解供能,以维持必要的生理活动蛋白质分解供能,以维持必要的生理活动。第5页,共54页。(三)能量利用(三)能量利用 50以上直接转化为热能,其余以化学能贮存于以上直接转化为热能,其余以化学能贮存于ATP中。中。机体的耗能过程:机体的耗能过程:合成代谢、肌肉的舒缩(机械功)、物合成代谢、肌肉的舒缩(机械功)、物质跨膜的主动转运、生物电和神经传导、腺体分泌、递质释质跨膜的
5、主动转运、生物电和神经传导、腺体分泌、递质释放、维持体温等。放、维持体温等。除骨骼肌收缩对外做功外,其它耗能过程最终都转变为热除骨骼肌收缩对外做功外,其它耗能过程最终都转变为热量。量。第6页,共54页。(四)能量平衡(四)能量平衡体重是衡量能量平衡的主要指标。体重是衡量能量平衡的主要指标。体质指数(体质指数(body mass index,BMI)G(kg)/h(m)2超重:超重:BMI24;肥胖:;肥胖:BMI 28,腰围:男性腰围:男性85cm;女性女性80cm摄入的能量多于摄入的能量多于消耗的能量消耗的能量 能量的正能量的正平衡平衡 生长发育生长发育、肥胖肥胖 摄入的能量少摄入的能量少于
6、消耗的能量于消耗的能量 能量的能量的负平衡负平衡 消瘦消瘦 第7页,共54页。二、能量代谢的测定二、能量代谢的测定(一一)能量代谢测定的原理能量代谢测定的原理机体的能量代谢也遵循机体的能量代谢也遵循“能量守恒定律能量守恒定律”:即在安静不:即在安静不作外功时,机体物质代谢过程中所释放的能量全部转化为热作外功时,机体物质代谢过程中所释放的能量全部转化为热能。能。因此,测定机体在单位时间内发散的总热量,就可测算因此,测定机体在单位时间内发散的总热量,就可测算出整个机体在单位时间内能量代谢的量,即出整个机体在单位时间内能量代谢的量,即能量代谢率。能量代谢率。测定的方法有两种:测定的方法有两种:直接测
7、热法直接测热法和和间接测热法间接测热法第8页,共54页。原理:能量守恒定律原理:能量守恒定律单位时间释放的能量单位时间消耗的能量热单位时间释放的能量单位时间消耗的能量热能能+外功外功+化学贮备化学贮备 如果在测定时间内,化学贮备能极少而忽略不计,肌肉如果在测定时间内,化学贮备能极少而忽略不计,肌肉不对外作功,则测热量就可近似代表能量代谢率。不对外作功,则测热量就可近似代表能量代谢率。特点特点:测定原理简单,:测定原理简单,所得数据精确。所需的测所得数据精确。所需的测试装置结构复杂,操作繁试装置结构复杂,操作繁琐。琐。收集在一定时间内受试者散发的总热量。收集在一定时间内受试者散发的总热量。1.直
8、接测热法直接测热法(direct calorimetry)第9页,共54页。间接测热法的原理间接测热法的原理 定比定律定比定律:同一化学反应无论中间过程和条件差异多大,释放的能量:同一化学反应无论中间过程和条件差异多大,释放的能量是一定的。是一定的。根据化学反应原理,即反应物与反应物之间、反应物与产物之间存根据化学反应原理,即反应物与反应物之间、反应物与产物之间存在着一定的比例关系,从而计算出一定时间内机体氧化三大营养物质的在着一定的比例关系,从而计算出一定时间内机体氧化三大营养物质的量。然后再根据有关数据计算该段时间内机体所释放的总热量。量。然后再根据有关数据计算该段时间内机体所释放的总热量
9、。C6H12O6+6O2 6CO2 6H2O +H 2.间接测热法间接测热法(indirect calorimetry)第10页,共54页。食物的热价:食物的热价:1食物氧化(或在体外燃烧)时所释放出来的食物氧化(或在体外燃烧)时所释放出来的热量。热量。物理热价物理热价:指食物在体外燃烧时释放的热量。:指食物在体外燃烧时释放的热量。生物热价生物热价:指在体内氧化时所产生的热量。:指在体内氧化时所产生的热量。糖与脂肪糖与脂肪:物理热价生物热价:物理热价生物热价食物的氧热价:食物的氧热价:某种食物氧化时某种食物氧化时,每消耗每消耗 1L 氧所产生的热量称为氧所产生的热量称为该种食物的氧热价该种食物
10、的氧热价(可根据机体在一定时间内可根据机体在一定时间内的耗氧量计算出能量代谢率的耗氧量计算出能量代谢率)。蛋蛋 白白 质质:物理热价生物热价:物理热价生物热价(因为蛋白质在体内不能因为蛋白质在体内不能被彻底氧化分解被彻底氧化分解,有一部分以尿素的形式由有一部分以尿素的形式由尿中排泄尿中排泄)。分类:分类:关系:关系:几个有关概念几个有关概念第11页,共54页。3.呼吸商呼吸商((respiratory quotient RQ))一定时间内机体呼出的一定时间内机体呼出的 CO2 量与吸入的量与吸入的 O2 量量的比值。的比值。三种营养物质氧化的几种数据三种营养物质氧化的几种数据 物物 质耗氧量质
11、耗氧量 产产COCO2 2量量 物理热价物理热价 生理热价生理热价 氧热价氧热价 呼吸商呼吸商(L/g)(L/g)(KJ/g)(KJ/g)(KJ/g)(R Q)(L/g)(L/g)(KJ/g)(KJ/g)(KJ/g)(R Q)糖糖 0.83 0.83 17.0 17.0 21.0 1.000.83 0.83 17.0 17.0 21.0 1.00 脂脂 肪肪 1.98 1.43 39.8 39.8 19.7 0.711.98 1.43 39.8 39.8 19.7 0.71 蛋白质蛋白质 0.95 0.76 23.5 18.0 18.8 0.800.95 0.76 23.5 18.0 18.8
12、 0.80 糖尿病糖尿病主要靠脂肪代谢供能,主要靠脂肪代谢供能,RQ接近接近0.71;长期饥饿长期饥饿主要靠蛋白质代谢供能,主要靠蛋白质代谢供能,RQ接近接近0.80混合食物混合食物RQ一般在一般在 0.85 左右;左右;在体内糖转化为脂肪时在体内糖转化为脂肪时RQ可大于可大于1;酸中毒或过度通气酸中毒或过度通气RQ变大。变大。第12页,共54页。非蛋白呼吸商非蛋白呼吸商(NPRQ):指一定时间内,机体氧化非蛋白食物时的指一定时间内,机体氧化非蛋白食物时的CO2产产生量与耗生量与耗O2量的比值。量的比值。整体产生整体产生CO2总量分解蛋白产生总量分解蛋白产生CO2量量 NPRQ 整体耗整体耗O
13、2总量分解蛋白耗总量分解蛋白耗O2量量 在一般情况下在一般情况下,体内能量主要来自糖和脂肪的氧化体内能量主要来自糖和脂肪的氧化,蛋白质的因素蛋白质的因素可忽略不计。为了计算方便,可根据糖和脂肪按不同比例混和氧化时可忽略不计。为了计算方便,可根据糖和脂肪按不同比例混和氧化时所产生的所产生的 CO2 量计算出相应的呼吸商。量计算出相应的呼吸商。第13页,共54页。Non-protein respiratory quotient,NPRQ 根据非蛋白呼吸商值根据非蛋白呼吸商值的大小,可推算机体糖和的大小,可推算机体糖和脂肪氧化的百分比,并可脂肪氧化的百分比,并可直接计算氧化某一种物质直接计算氧化某一
14、种物质的氧耗量和二氧化碳产量。的氧耗量和二氧化碳产量。第14页,共54页。临床应用的简便方法临床应用的简便方法(1)测定受试者在一定时间内的耗氧量和测定受试者在一定时间内的耗氧量和 CO2 的产生量,求得呼吸的产生量,求得呼吸商。用此呼吸商查非蛋白呼吸商表得其相应氧热价。再用商。用此呼吸商查非蛋白呼吸商表得其相应氧热价。再用氧热价乘以耗氧量,便得到该时间内的产热量。氧热价乘以耗氧量,便得到该时间内的产热量。(2)更简便测定方法是将呼吸商定为更简便测定方法是将呼吸商定为0.82(混合食物的呼吸商),只需(混合食物的呼吸商),只需测定单位时间内的氧耗量,便可计算机体的产热量。测定单位时间内的氧耗量
15、,便可计算机体的产热量。第15页,共54页。三、影响能量代谢的因素三、影响能量代谢的因素(一一)肌肉活动肌肉活动 肌肉活动对能量代谢的影肌肉活动对能量代谢的影响最大。响最大。表表7-3 机体不同状态时机体不同状态时 的能量代谢率的能量代谢率 状态状态 产热量产热量(KJ/m2.min)躺卧躺卧 2.73开会开会 3.40擦窗子擦窗子 8.30洗衣洗衣 9.89扫地扫地 11.37打排球打排球 17.05打篮球打篮球 24.22踢足球踢足球 24.98第16页,共54页。(二二)精神活动精神活动 平静思考问题时,对能量代谢影响不大,产平静思考问题时,对能量代谢影响不大,产热量一般不超过热量一般不
16、超过4%4%。但精神处于紧张状态但精神处于紧张状态(烦躁、恐惧、情绪激动等烦躁、恐惧、情绪激动等)时,产热量可显著增加。时,产热量可显著增加。无意识的肌肉紧张性增强无意识的肌肉紧张性增强交感神经兴奋交感神经兴奋内分泌激素释放内分泌激素释放第17页,共54页。(三三)食物的特殊动力效应食物的特殊动力效应 进食后一段时间,食物刺激机体产生额外能量消耗的作用进食后一段时间,食物刺激机体产生额外能量消耗的作用。进食后约进食后约1 18 8小时,机体比未进食前产热量增加。小时,机体比未进食前产热量增加。蛋白质:蛋白质:3030,糖和脂肪:,糖和脂肪:4 46 6,混合食物:,混合食物:1010。机制还不
17、十分清楚。有人认为肝脏在脱氨基反应中消耗了能量可能是机制还不十分清楚。有人认为肝脏在脱氨基反应中消耗了能量可能是“额外额外”产产热的原因。热的原因。第18页,共54页。(四)环境温度(四)环境温度 人处于安静状态下,人处于安静状态下,环境温度在环境温度在20-3020-30时,能量代谢率最时,能量代谢率最为稳定。当环境温度高于为稳定。当环境温度高于3030或低于或低于2020时,能量代谢都将增时,能量代谢都将增加。体温每升高加。体温每升高ll,能量代谢将增加,能量代谢将增加1313左右。左右。第19页,共54页。(四四)环境温度环境温度 人体安静状态下,环境温度在人体安静状态下,环境温度在20
18、203030时,的能量代谢最为稳定。时,的能量代谢最为稳定。当环境温度低于当环境温度低于2020时,由于寒冷刺激反射性引起肌肉紧张度增加和时,由于寒冷刺激反射性引起肌肉紧张度增加和战栗产热;环境温度高于战栗产热;环境温度高于3030时,可能由于细胞内化学反应速度加快,时,可能由于细胞内化学反应速度加快,出汗以及呼吸、心脏功能增强等因素的作用有关。出汗以及呼吸、心脏功能增强等因素的作用有关。第20页,共54页。四、基础代谢四、基础代谢(basic metabolism)(一)基础代谢率定义:(一)基础代谢率定义:基础代谢指机体在基础状态下的基础代谢指机体在基础状态下的能量代谢。单位时间内的基础代
19、谢为基础代谢率能量代谢。单位时间内的基础代谢为基础代谢率(basic metabolism rate,BMR)。基础状态指。基础状态指清晨、清醒、静卧;清晨、清醒、静卧;室温在室温在2025;禁食禁食12 h以上;以上;情绪安定;情绪安定;体温正常。体温正常。第21页,共54页。(二)基础代谢率测定和表示方法:(二)基础代谢率测定和表示方法:测测6分钟内耗氧量,求出每小时耗氧量。取混合饮食呼吸商为分钟内耗氧量,求出每小时耗氧量。取混合饮食呼吸商为0.82,其,其氧热价为氧热价为20.20 kJ,则则BMR20.20每小时耗氧量每小时耗氧量体表面积。单位是体表面积。单位是kJ/(hm2)。将测定
20、值与同性别、同年龄组的平均值进行比较。将测定值与同性别、同年龄组的平均值进行比较。相差在相差在15以内,属正常范围;相差值在以内,属正常范围;相差值在20以上则考虑为病态。以上则考虑为病态。第22页,共54页。体表面积体表面积(m2)=0.0061身高身高(cm)0.0128体重体重(kg)0.1529u Stevenson公式公式:u 体表面积测算图体表面积测算图第23页,共54页。BMR异常:异常:BMR:甲亢、糖尿病、红细胞增多症、白血病、伴有: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。呼吸困难的心脏病等。发热(体温发热(体温1,BMR13%)BMR:甲低、肾上腺皮质
21、功能低下(:甲低、肾上腺皮质功能低下(Addison病)、病)、肾病综合征、病理性饥饿、垂体性肥胖等。肾病综合征、病理性饥饿、垂体性肥胖等。第24页,共54页。第25页,共54页。一、体温一、体温(temperature)体壳体温(体壳体温(shell temperature):):机体表层部分的温度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。主要包括皮肤、皮下组织、肌肉等部位的温度。体核体温(体核体温(core temperature):):机体核心部分的温度机体核心部分的温度。主要指心、脑、肺、腹腔脏器的温度。主要指心、脑、肺、腹腔脏器的温度。体温(体温(body tem
22、perature):是指机体核心部分的平均温度。):是指机体核心部分的平均温度。第二节第二节 体温及其调节体温及其调节第26页,共54页。在不同环境温度下人体体温分布示意图在不同环境温度下人体体温分布示意图 A.环境温度环境温度20;B.环境温度环境温度35第27页,共54页。体表各部分温度差别大、不稳定体表各部分温度差别大、不稳定 四肢末梢的温度最低,越近躯干和头部,皮肤温度四肢末梢的温度最低,越近躯干和头部,皮肤温度 越高越高 与局部血流量关系密切与局部血流量关系密切 影响因素:影响因素:环境温度、精神紧张、发汗环境温度、精神紧张、发汗皮肤温度(皮肤温度(skin temperature)
23、TMS=0.2(T小腿小腿+T大腿大腿)+0.3(T胸胸+T上臂上臂)平均皮肤温度(平均皮肤温度(mean skin temperature,TMS)第28页,共54页。肝脏温度为肝脏温度为3838左右,在全身中最高;左右,在全身中最高;脑产热较多,温度也接近脑产热较多,温度也接近3838;肾、胰腺及十二指肠等温度略低;肾、胰腺及十二指肠等温度略低;直肠温度则更低些。直肠温度则更低些。意义: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。进行的必需条件。T 22心跳停止;心跳停止;T 43酶变性而死亡酶变性而死亡;T=27低温麻
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