人体及动物生理学人体及动物生理学 第第十一十一章章

能量代谢与体温调节能量代谢与体温调节

第一节 能量代谢　　能量代谢 : 指体内物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移、贮存和利用。一、机体能量的来源与去路(一 )能量来源 1. 能量直接来源： ATP （主要），肌酸磷酸 CP （肌组织中） 2.ATP 中的能量来源 1) 糖 :主要 (70 ％以上 ) 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、昏迷以及抽搐。 2) 脂肪：次之 (30 ％ ) 3) 蛋白质：很少 ( 长期饥饿或极度消耗时，才成为主要能量来源 )。

能量代谢与体温调节

( 二 )能量去路 能源物质释放的能量有 50% 转化为热能，其余以自由能形式贮存于 ATP 中。除骨骼肌运动时所完成的机械外功，其余的自由能最终也转变为热能。

二、能量代谢的测定( 一 )能量代谢测定的基本原理

　　机体的能量代谢也遵循“能量守恒定律”：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能。

因此，测定机体在单位时间内发散的总热量或机体所消耗的营养物质，可测算出整个机体在单位时间内能量代谢的量，即能量代谢率。

( 二 )能量代谢的测定方法　 1. 直接测热法：直接测量从机体体表、呼出气、尿液和粪便排出的总热量。如果不做外功，该热量就是机体代谢的全部热量。这种方法测定准确，但设备复杂，操作繁琐，现已极少应用。 2. 间接测热法： ⑴人的代谢是消耗氧，排出二氧化碳。因此可以测定机体在一定时间内的耗氧量和二氧化碳的产生量，然后结合呼吸商、食物的热价、氧热价推算出机体在一定时间内的能量代谢量。 为此，必须先了解与其相关的几个概念：食物的热价、氧热价和呼吸商。

① 食物的热价 :1 ｇ食物在氧化时所释放出来的热量，称为食物的热价。 物理热价：指食物在体外燃烧时释放的热量。 生理热价：指在体内氧化时所产生的热量。 糖与脂肪：物理热价＝生理热价 蛋 白 质：物理热价＞生理热价（∵蛋白质在体内不能被彻底氧化分解，有一部分以尿素的形式由尿中排泄）。

② 食物的氧热价：某种食物氧化时 ,每消耗 1L 氧所产生的热量称为该种食物的氧热价。

③呼吸商 (RQ) ：指一定时间内，机体的 CO2 产生量与耗 O2 量的比值。 RQ ＝ CO2 产生量 /耗 O

2 量 由于各种食物在体内氧化时的耗 O2 量、 CO2 产生量的不同，故各种食物的氧热价不同。根据 RQ可估计某一段时间内机体氧化各种食物的比例：

三种营养物质氧化的几种数据─────────────────────────── 物 质　耗氧量 产 CO2 量 物理热价 生理热价 氧热价 呼吸商　　　　 (L/g) (L/g) (KJ/g) (KJ/g) (KJ/g) (R Q)─────────────────────────── 糖 0.83 0.83 17.0 17.2 21.1 1.00 脂 肪 2.03 1.43 39.8 39.8 19.6 0.71 蛋白质 0.95 0.76 23.5 18.0 18.9 0.80───────────────────────────

RQ ＝ 1.0 →氧化糖； RQ ＝ 0.70 → 氧化脂肪 RQ ＝ 0.80→蛋白质； RQ ＝ 0.82 →一般食物

④非蛋白呼吸商 (NPRQ): 指一定时间内，机体氧化非蛋白食物时的 CO2 产生量与耗 O2 量的比值。 整体产生 CO2 总量－分解蛋白产生 CO2 量 NPRQ ＝───────────────── 整体耗 O2 总量－分解蛋白耗 O2 量※ 分解蛋白产生 CO2 量 = NP×6.25×0.76

(L)※ 分解蛋白耗 O2 量 = NP×6.25×0.95(L)6.25=每产生 1g尿氮 (NP) 需氧化蛋白 6.25g0.76(L)=每氧化 1g蛋白的产生 CO2 量0.95(L)=每氧化 1g蛋白的耗 O2 量

非蛋白呼吸商 (NPRQ) 及氧热价见 : 表 7-2

⑵间接测热法步骤： ①测定 CO2 产生量和耗 O2 量：开放式或闭合式。 ②测定尿氮量：根据尿氮量估算蛋白质氧化的量。 ③计算出 NPRQ ： = 非蛋白 CO2 产生量 /非蛋白耗 O2 量。 ④查出非蛋白食物氧热价：根据 NPRQ 在“ NPRQ 及氧热价表”查出所对应的氧热价。 ⑤计算出非蛋白食物的产热量 = NPRQ 表查出的氧热价×非蛋白耗 O2 量。 ⑥能量代谢计算： = 非蛋白食物的产热量 +蛋白食物的产热量。

⑶简易法： ①将混合食物的RQ 定为 0.82 ，氧热价 =20.20kJ/L； ② 测定 6min 的耗 O2 量； ③能量代谢计算：= 耗 O2 量×氧热价。

三、影响能量代谢的因素 (重要）　

( 一 )肌肉活动

　　 肌肉活动对能量代谢的影响最大。全身剧烈活动时，短时间内其总产热量比安静时高出数十倍。

表 7-3 表明不同劳动或运动时的能量代谢率。

表 7-3 机体不同状态时 的能量代谢率

─────────────── 状态 产热量 (KJ/m2.min) ───────────────躺卧 2.73开会 3.40擦窗子 8.30洗衣 9.89扫地 11.37打排球 17.05打篮球 24.22踢足球 24.98持重机枪跃进 42.39───────────────

( 二 )精神活动　　人在平静地思考问题时，能量代谢受到的影响不大，其产热量一般不超过 4% 。 但精神处于紧张状态 (烦躁、恐惧、情绪激动等 ) 时，由于会导致无意识的肌肉紧张性增强、交感神经兴奋及促进代谢的内分泌激素释放增多等原因，产热量可显著增加。

(三 ) 食物的特殊动力效应　　人进食后一段时间内 (从进食后 1h 开始 ,持续 7～ 8h), � 即使同样处于安静状态 , 但产热量却比进食前有所增加，这些 “额外” 热量是由进食引起的。 食物能使机体产生“额外” 热量的现象称为食物的特殊动力效应。 各种营养物质的食物特殊动力效应不同，进食蛋白质时产热量增加 30 ％，混合性食物增加 10 ％，糖和脂肪增加 4～ 6％。 其产生的机制尚不十分清楚，可能与肝脏处理蛋白分解产物时的额外能量消耗有关。

(四 )环境温度 1.人体安静时的能量代谢 , 在 20～ 30℃的环境中较为稳定。 2.环境温度超过 30℃，能量代谢率增加。 3.当环境温度低于 20℃时，随着温度的不断下降，机体产生寒颤和肌紧张增加以御寒，同时增加能量代谢率。

四、基础代谢

( 一 ) 概念 1. 基础代谢：机体在基础状态下的能量代谢称为基础代谢。 基础状态的条件如下： ①清晨空腹，即禁食 12～ 14h，前一天应清淡、不要太饱的饮食，以排除食物特殊动力效应的影响。 ② 平卧，全身肌肉放松，尽力排除肌肉活动的影响。 ③清醒且情绪安闲，以排除精神紧张的影响。 ④室温 20-25℃，排除环境温度的影响。 2. 基础代谢率 (BMR) ：单位时间内的基础代谢。�

( 二 )BMR 的测定和正常值　　 1.BMR 的测定 :(通常采用简易法 ) ①把基础状态下的呼吸商定为 0.82 、氧热价为20.20KJ。　　②测出 1h内 ( 测 6min的耗氧量×10) 的耗氧量。 ③测出体表面积。 ④按下面公式计算出 BMR实测值： BMR实测值＝ 20.195×耗氧量 /体表面积 ⑤对照表 7-4的 BMR 平均值 ,按下面公式计算出 BMR 相对值： BMR 相对值＝

BMR实测值 -BMR 平均值BMR 平均值

2.BMR正常值：＝±10 ％～±15 ％＞±20 ％→可能是病态

甲亢： +25 ％～ +80%；甲低： -20%～ -40%发烧：体温每升高 1℃， BMR升高 13%.

×100%

研究表明 , 机体能量代谢率与体重相关性不明显 , 而与体表面积基本上成正比： 以体重为指标 ,�身材瘦小者的产热量 /Kg 显著高于身材高大者 ; 以体表面积为指标 , 则身材高大或瘦小者的产热量 /m2都比较接近。 人体表面积推算 : ① 公式计算：＝ 0.0061× 身高（ cm) ＋ 0.0128× 体重 (kg)－ 0.1529 ②体表面积测算图测出。 

复习思考题 1.简述影响能量代谢的因素。 2.何谓基础代谢？ 3. 食物的热价、氧热价和呼吸熵

第二节 体温概念：指身体深部的平均温度，即体核温度。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、过低都会影响酶的活性，导致生理功能的障碍，甚至造成死亡。如：T ＜ 22℃→心跳停止；T ＞ 43℃→酶变性而死亡 ;T = 27℃→低温麻醉。

一、人体正常体温及生理变动（一）正常体温　　通常体温的测量部位为腋窝、口腔和直肠温。 1.肛温：正常为 36.9 ～ 37.9℃。 � 2.口温：约比直肠低 0.2℃, 为 36.7～ 37.7℃。 3.腋温：约比口腔低 0.3℃, 为 36.0～ 37.4℃。 肛温比较接近机体深部的温度，但由于测试不便，临床常用口温和腋温。测定腋温时要注意夹紧体温计和测量时间（约需 10min）。　　另外，科研中还常用食管温度（ =体核温度）、鼓膜温度（ = 下丘脑温度）。

（二）体温的生理变动 正常人的体温可因昼夜、性别、年龄和机体的活动等而有所变动。 1.昼夜节律变化 人的体温在一昼夜中呈现周期性波动，称为体温的昼夜节律。 一般是清晨 2～ 6h时最低，下午 1～ 6h最高，波动幅度一般不超过 1℃。 体温的昼夜节律是生物节律的表现之一。与人昼动夜息的生活规律，以及代谢、血液循环、呼吸等机能的相应周期性变化有关。 长期夜间工作的人，上述周期性变化可以发生颠倒。

2.性别差异 ⑴ 成年女子体温平均比男子高 0.3℃。 ⑵女子体温随月经周期而产生周期性变动。排卵日最低（约 1℃）。　

　3.年龄差异 新生儿体温＞成年人＞老年人。

体温随着年龄的增长有逐渐降低的趋势（与代谢率降低逐渐有关），大约每增长 10岁，体温约降低 0.05℃ 。 14 ～ 16 岁的青年人体温与成年人相近。 新生儿（特别是早产儿）由于体温调节机构尚未发育完善、老年人由于调节能力差，易受环境温度的影响。

　 4. 其他●　肌肉活动时，肌肉代谢明显增强，产热增加，可使体温暂时升高 1～ 2℃。所以测体温时，要先让受试者安静一段时间，小儿应防止其哭闹。● 情绪激动、精神紧张、进食等情况，都会影响体温。● 全身麻醉时，会因抑制体温调节中枢和扩张血管的作用及骨骼肌松弛，使体温降低，所以全麻时应注意保温。

二、机体的产热和散热　　 人体正常体温的维持，是在体温调节机构的协调和控制下，产热和散热过程达到动态平衡的结果。

( 一 )产热 1. 主要产热器官： 安静状态 : 主要产热器官是内脏（主要是肝脏）。 活动状态 : 主要产热器官是骨骼肌。 此外，环境温度、进食、精神紧张等能够影响能量代谢的因素，也都可影响机体的产热量。

2. 产热形式 ⑴寒颤产热：骨骼肌不随意的节律性收缩， 其特点是屈肌和伸肌同时收缩，不做外功但产热量很高。 实际上，机体在寒冷环境中，通常在战栗之前，首先出现战栗前肌紧张，当肌紧张上升到一临界水平时就转变为战栗。

⑵非寒颤产热：又称代谢产热，机体所有的组织器官都能进行代谢产热，但以褐色脂肪组织的产热量最大（约占 70% ）。

3. 产热活动的调节 ⑵ 机体在寒冷环境几周后

↓甲状腺

↓T3 、 T4 ↑

↓代谢率↑ (增加 4～ 5

倍 )↓

产热量↑特点： 作用缓慢， 维持时间长。

⑴寒冷刺激时↓

交感 -肾上腺髓质↓

NE 、 E↑↓

产热量↑特点： 作用迅速↑ 维持时间短

( 二 )散热　 1. 散热部位：主：皮肤

面积大与外界接触血流丰富有汗腺

次：肺、尿、粪

2. 散热方式： 外界气温＜人体表温度：主要通过辐射、传导、对流方式散热，其散热量约占总量 70％。

外界温度≥皮肤温度：通过蒸发方式散热。

　⑴辐射散热：

指体热以热射线形式传给温度较低的周围环境中的散热方式。 辐射散热量的多少取决于

在高温环境中作业（如舰船、炼钢人员） , 因环境温度高于皮肤温度，机体不仅不能辐射散热，反而会吸收周围的热量，故易发生中暑。　　

机体的有效辐射面积

皮肤与环境的温度差

⑵传导散热：

指体热直接传导给与机体相接触的低温物体的散热方式。传导散热量取决于 水的导热性好，因此临床上常利用冷水袋或冰袋为高热患者降温。

脂肪的导热性差，因而肥胖者炎热的天气易出汗。

与皮肤接触物体的温差与皮肤接触面积的大小与皮肤接触物体的导热性

⑶对流散热：

指体热凭借空气流动交换热量的散热方式。对流散热是传导散热的一种特殊形式。 对流散热量主要取决于 衣服覆盖于体表，不易实现对流；棉、毛纤维间的空气不易流动，因此增加衣着可以保温御寒。 若在较密闭的高温环境中（如船舱内）或闷热气候，因空气对流差，易发生中暑。

气温风速

⑷蒸发散热：（分不感蒸发和可感蒸发） 指体液的水分在皮肤和粘膜表面由液态转化为气态，同时带走大量热量的散热方式。 每 1.0 ｇ水蒸发可带走热量 2.44KJ。 当气温≥体温时，蒸发是唯一的散热途径 　　①不感蒸发：又称不显汗。指体液的水分直接透出皮肤和粘膜表面，在未聚成明显水滴前蒸发掉的散热形式。 � 不感蒸发是持续进行的。人体不感蒸发量约 1000ml/日（皮肤约占 2/3,肺占 1/3 ）。 ∴ �临床上给病人补液时应考虑到由不感蒸发丢失的体液量。　　

②发汗：又称可感蒸发

人在安静状态下，当环境温度达到 30℃左右时，便开始发汗；如果空气湿度大、衣着又多时，气温达 25℃便可发汗；机体活动时，由于产热量↑，虽然环境温度低于 20℃亦可发汗。

炎热的气候，短时间内发汗量可达 1.5L/h。

　　发汗散热是通过汗液蒸发吸收体表热量实现的，若将汗液擦掉则不能起到蒸发散热的效果；汗腺缺乏 ( 如烧伤病人 ) 或汗腺分泌障碍者，在热环境中就可导致体温升高危及生命。

汗液： 水分：＞ 99％

∵汗液流经汗腺排出管的起始部时，有一部分 NaCl可被重吸收，从而使最终排出的汗液成为低渗。

∴机体大量出汗可造成高渗性脱水，要补充大量的水份和适量的Ｎ aCl。

固体：＜１％大部分为 NaCl其余为 KCl 、尿素、乳酸等无葡萄糖和蛋白质

温热性发汗温热性发汗 精神性发汗精神性发汗汗腺汗腺 全身绝大部分汗腺分泌全身绝大部分汗腺分泌

((手掌、足跖除外）手掌、足跖除外）手掌、足跖、前额和腋窝等部手掌、足跖、前额和腋窝等部位汗腺位汗腺

神经神经支配支配

交感神经的胆碱能节后交感神经的胆碱能节后纤维纤维

肾上腺素能神经纤维肾上腺素能神经纤维

刺激刺激 温热刺激温热刺激 情绪激动或精神紧张情绪激动或精神紧张意义意义 加强散热，对体温调节加强散热，对体温调节

有重要作用。有重要作用。与体温调节无关，可能与湿润与体温调节无关，可能与湿润手掌和足跖，增加摩擦力有关。手掌和足跖，增加摩擦力有关。

3. 散热的调节： ⑴皮肤循环的调节：机体通过交感 N调控皮肤血管的口径，以改变其血流量，改变皮肤温度，从而影响辐射、对流和传导散热量。 ⑵发汗的调节：发汗是反射性调节。∵支配汗腺的神经纤维的不同，∴发汗分为：

三、体温调节 (自主性、行为性）　　 体温的相对稳定，是通过许多与体温调节有关的生理功能，相互协调，达到产热和散热相对平衡而实现的。( 一 )温度感受器 1. 外周温度感受器 ⑴ 分布：全身皮肤、某些粘膜和腹腔内脏等处。 ⑵类型：温觉感受器和冷觉感受器 皮温≈ 30℃时→冷觉感受器 +→冷觉 皮温≈ 35℃时→温觉感受器 +→温觉 ⑶作用：温度感受器传入冲动到达中枢后，除产生温觉之外，还能引起体温调节反应。　

2. 中枢性温度敏感神经元 ⑴分类：热敏神经元和冷敏神经元　　　血温↑→热敏神经元冲动发放频率↑　　　血温↓→冷敏神经元冲动发放频率↑ ⑵分布：下丘脑、脑干网状结构和脊髓等处 在视前区 - 下丘脑前部 (PO/AH) 分布较多的热敏神经元和少量冷敏神经元。通过对 PO/AH加温或冷却（局部脑温变动 0.1℃）的研究发现：加温 PO/AH → PO/AH的热敏 N元 + → 散热反应↑产热反应↓冷却 PO/AH → PO/AH的冷敏 N元 + → 散热反应↓产热反应↑ 说明： PO/AH中的某些温敏 N元能感受局部脑温的变化。

( 二 )体温调节中枢 虽然从脊髓到大脑皮层的整个 CNS中都存在调节体温的中枢结构。 但从恒温动物脑的分段切除实验证明，只要保留下丘脑及其以下神经结构的完整，动物仍具有维持体温相对恒定的能力。说明 :调节体温的基本中枢位于下丘脑 视前区 - 下丘脑前部 (PO/AH) ：体温调节整合中枢 1 ） PO/AH中的某些温敏 N元能感受局部脑温的变化； 2 ）进一步研究证明， PO/AH还能对中脑、延髓、脊髓、皮肤等处传入的温度信息发生反应，说明 PO/AH 具有体温调节整合中枢的地位。

(三 ) 体温调节机制　　籍于前述，体温自动调节的机制提出了“调定点”学说：即体温调节类似恒温器的调节； PO/AH中的温敏 N元可能起着“调定点”的作用； “调定点”所规定的温度值决定着体温的高低。

干扰因素：

致热原使调定点↑孕激素使调定点↑

复习思考题 1.试以体温调定点学说解释体温调节机制。 2. 恒温动物在剧烈运动和寒冷环境中是如何维持体温相对恒定的？