能量代谢与体温临床医学本科.pptx
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1、第七章 能量代谢与体温第一节 能量代谢第二节 体温及其调节第1页/共69页本章要求掌掌 握握:1.影响能量代谢的主要因素 2.机体产热和散热的原理 3.维持体温相对恒定的机制熟悉熟悉:1.基础代谢和基础代谢率的概念 2.食物的热价、氧热价和呼吸商的概念了解了解:1.能量代谢测定的原理和测定方法 2.体温的生理变异和测定方法第2页/共69页新陈代谢物质代谢能量代谢合成代谢:吸能反应(储能)分解代谢:放能反应(放能)能量释放能量转移能量贮存能量利用生命的基本特征之一能量代谢:在物质代谢过程中所伴随着的能量的释放、转移、贮存和利用的过程,称为能量代谢(energyetabolism)第3页/共69页
2、一、机体能量的来源与利用(一)能量来源1.ATP的生成与作用食物中的糖、脂肪、蛋白质分子结构中的碳氢键断裂,释放出能量。ATP的合成与分解是体内能量转化和利用的关键环节。ATP既是体内直接供能物质,又是体内的储能物质。第4页/共69页磷酸肌酸是体内ATP的储存库第5页/共69页(1)糖(carbohydrate):70 血糖,血糖,供能,供能,ATPATP食物中的糖食物中的糖 葡萄糖葡萄糖 肌糖原,肝糖原,肌糖原,肝糖原,贮存贮存 脂肪,蛋白质脂肪,蛋白质消化消化吸收吸收葡萄糖转化成葡萄糖转化成ATP供能的途径供能的途径 1 1葡萄糖葡萄糖 CO2+H2O+3838molATP 脑组织脑组织
3、1 1葡萄糖葡萄糖 乳酸乳酸 +2molATP 应急,红细胞应急,红细胞氧充足氧充足氧化氧化缺氧缺氧2.三大营养物质的能量转化 无氧酵解脑组织所需能量完全来源于糖的有氧氧化。当机体缺氧和血糖水平过低时,均可导致脑功能障碍,甚至出现低血糖性休克。第6页/共69页(2)脂肪:次之(30)1mol=2molGlu脂肪脂肪消化消化甘油甘油脂肪酸脂肪酸吸收吸收类脂质:细胞构成类脂质:细胞构成脂肪脂肪:分解分解甘油甘油:脂肪酸:脂肪酸:-氧化氧化酮体:肝酮体:肝酮血症酮血症体重指数体重指数体重体重(Kg)身高身高2(m)为机体主要的贮能物质。是机体短期饥饿时的主要供能物质供能方式:有氧氧化特点:释放能量多
4、,为同等重量糖的二倍。第7页/共69页蛋白质蛋白质消化消化氨基酸氨基酸吸收吸收组织蛋白组织蛋白(3)蛋白质(protein)一般用作构成细胞成分以实现组织的自我更新,及合成酶和激素等生物活性物质,不做为供能物质。很少(长期饥饿或极度消耗时,才成为主要能量来源)。第8页/共69页 50 50%转化为热能,其余以化学能形式贮存于ATP中。最终除骨骼肌运动时所完成的机械功外,都转变为热能。(二)能量的利用第9页/共69页 机体的能量代谢遵循“能量守恒定律”。机体释放的能量机体释放的能量=热能热能+外功外功机体安静时,外功机体安静时,外功=0,此时,此时机体能量代谢机体能量代谢=机体在单位时机体在单位
5、时间内散发的间内散发的总热量。总热量。因此,测定机体在单位时间因此,测定机体在单位时间内发散的总热量或所消耗的食内发散的总热量或所消耗的食物量,可测算出整个机体在单物量,可测算出整个机体在单位时间内能量代谢的量,即能位时间内能量代谢的量,即能量代谢率。量代谢率。(一)能量代谢测定原理二、能量代谢的测定第10页/共69页1.食物的热价(thermalequivalentoffood)1 1克克某种食物氧化(在体内某种食物氧化(在体内氧化氧化或或体体外燃烧)时所释放的热量外燃烧)时所释放的热量 。单位。单位:kJ或或kcal (1cal=4.187J)蛋白质:物理热价大于生物热价。物理热价物理热价
6、:在体外燃烧时释放的热量。在体外燃烧时释放的热量。生物热价生物热价:在体内氧化时释放的热量。在体内氧化时释放的热量。(二)与能量代谢测定有关的几个概念(二)与能量代谢测定有关的几个概念第11页/共69页三种营养物质氧化的几种数据 物 质耗氧量 产COCO2 2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)(L/g)(L/g)(KJ/g)(KJ/g)(KJ/g)(R Q)糖 0.83 0.83 17.0 17.0 0.83 0.83 17.0 17.0 21.0 1.0021.0 1.00 脂 肪 2.03 1.43 2.03 1.43
7、39.8 39.839.8 39.8 19.7 0.71 19.7 0.71 蛋白质 0.95 0.76 0.95 0.76 23.5 18.023.5 18.0 18.8 0.80 18.8 0.80 2.食物的氧热价(thermalequivalentofoxygen)某种食物氧化时消耗一升氧所产生的热量称为该食物的氧热价。通过氧热价来推算产热量。糖的氧热价最高。第12页/共69页三种营养物质氧化的几种数据 物 质耗氧量 产COCO2 2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)(L/g)(L/g)(KJ/g)(KJ/g)(KJ
8、/g)(R Q)糖 0.83 0.83 17.0 17.0 0.83 0.83 17.0 17.0 21.0 1.0021.0 1.00 脂 肪 2.03 1.43 2.03 1.43 39.8 39.839.8 39.8 19.7 0.71 19.7 0.71 蛋白质 0.95 0.76 0.95 0.76 23.5 18.023.5 18.0 18.8 0.80 18.8 0.80 3.呼吸商(respiratoryquotient,RQ)一定时间内机体呼出的CO2的量与吸入的O2量的比值。RQ=CO2产生的量(ml)消耗的氧量(ml)第13页/共69页 由于各种食物在体内氧化时的耗O2量
9、、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 RQ1.0 1.0 氧化糖;RQ0.70 0.70 氧化脂肪 RQ0.820.82一般饮食;RQ0.800.80或1.01.0长期饥饿物物 质质耗氧量耗氧量 (L/g)产产CO2量量 (L/g)物理热价物理热价 (KJ/g)生理热价生理热价 (KJ/g)氧热价氧热价(KJ/g)呼吸商呼吸商(R Q)糖糖0.830.8317.017.021.01.00脂脂 肪肪2.031.4339.839.819.70.71蛋白质蛋白质0.950.7623.518.018.80.85第14
10、页/共69页 4.4.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=NP6.250.76(L)6.250.76(L)分解蛋白耗O2量=NP6.250.94(L)6.250.94(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0.94(L)=每氧化1g蛋白的耗O2量非蛋白呼吸商(NPRQ)及氧热价见:表7-27-2第15页/共69页第16页/共69页食物的热价食物的热价1克克某种食物氧化(在
11、体内氧化或体外燃某种食物氧化(在体内氧化或体外燃烧)时所释放的热量烧)时所释放的热量食物的氧热价食物的氧热价某种食物氧化时消耗某种食物氧化时消耗一升氧一升氧所产生的热所产生的热量称为该食物的氧热价。量称为该食物的氧热价。呼吸商呼吸商一定时间内机体呼出的一定时间内机体呼出的CO2的量与吸入的的量与吸入的O2量的比值。量的比值。非蛋白呼吸商非蛋白呼吸商(NPRQ)糖和脂肪氧化时产生的糖和脂肪氧化时产生的CO2量与量与O2耗量耗量的比值。的比值。RQ=CO2产生的量(ml)消耗的氧量(ml)几个基本概念几个基本概念第17页/共69页(三)能量代谢的测定方法1.1.直接测热法(directcalori
12、metry):将机体安置在一种呼吸热量中,直接测定受试者在安静状态下,一定时间内发散出来的总热量的方法。主要用于研究肥胖和内分泌系统障碍等。第18页/共69页 2.2.间接测热法 (1)1)间接测热法原理:是利用“定比定律”,测算出受试者在一定时间内氧化的糖、脂肪和蛋白质各有多少,再计算出它们所释放出的热量。(2)2)间接测热法的具体步骤:测定机体在一定时间内CO2产生量和耗O2量,并测出尿氮量;根据尿氮量计算出蛋白质的氧化量和蛋白质食物的产热量,并求出NPRQ;查出非蛋白食物的氧热价,计算出非蛋白食物的产热量;计算出总产热量。C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+Q只要测得机体单位时间
13、的耗O2量和CO2产生量,便可计算出产热量,从而计算出能量代谢率。第19页/共69页举例举例:受试者在标准状态下受试者在标准状态下24小时耗氧量:小时耗氧量:400L;CO2产生量:产生量:340L;尿氮量:;尿氮量:12克;计算克;计算24小时的能量代谢。小时的能量代谢。步骤:步骤:求出蛋白质代谢的耗氧量、求出蛋白质代谢的耗氧量、CO2产生量和产热量产生量和产热量蛋白质氧化量蛋白质氧化量=126.25=75g耗氧量=0.9575=71.25LCO2产生量产生量=0.7675=57L产热量=18kJ/g75=1350kJ第20页/共69页非蛋白代谢非蛋白代谢耗氧量=400L71.25L=328
14、.75LCO2产生量产生量=340L57L=283LNPRQ=283L328.75L=0.86计算非蛋白代谢的产热量计算非蛋白代谢的产热量查表72NPRQ=0.86时,氧热价为20.41kJ/L非蛋白代谢的产热量=328.75L20.41kJ/L=6706.5kJ计算计算2424h产热量产热量24h产热量产热量=1350kJ+6706.5kJ=8056.5kJ第21页/共69页 1)闭合式测定法:利用代谢率测定器进行 测定的一种方法。(3)测定耗O2量和CO2产生量的方法第22页/共69页是在机体呼吸空气的条件下,测定耗O2量和CO2产生量的方法。收集受试者一定时间内的呼出气,通过气量计测出的
15、气量并分析呼出气中O2量和CO2的容积百分比。这种方法适用于劳动、运动等情况下的能量测定。2)开放式测定法(气体分析法):根据吸入气和呼出气中O2量和CO2的容积百分比的差值,计算出单位时间的耗O2量和CO2产生量。第23页/共69页3.双标记水法受试者保持在安静状态,不做外功的条件下(自由活动状态)进行的,给予受试者一定量的氘(2H)和18氧(18O)标记水,在一定时间内(通常为10天)间断采集尿液,测定2H和18O代谢率。4.临床简化方法仅测出机体一定时间内的耗O2量,把混合食物的RQ定为0.82,此时氧热价为20.20,即可用下式计算:产热量=20.18耗氧量单位:kJ/m2.h第24页
16、/共69页三、影响能量代谢的主要因素三、影响能量代谢的主要因素(一)(一)肌肉活动肌肉活动对能量代谢的影响最为显著,对能量代谢的影响最为显著,运动或劳动的强度运动或劳动的强度消耗的能量消耗的能量。表7-3 7-3 劳动和运动时的能量代谢率 状态 产热量(KJ/m2.min)躺卧 2.732.73开会 3.403.40擦窗子 8.308.30洗衣 9.899.89扫地 11.3711.37打排球 17.5017.50打篮球 24.2224.22踢足球 24.9824.98持重机枪跃进 42.3942.39第25页/共69页(二)精神活动精神紧张、情绪激动 能量代谢 激动时 骨骼肌的紧张性 能量代
17、谢交感神经兴奋儿茶酚胺释放 能量代谢率 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。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%。第26页/共69页 (三)食物的特殊动力效应 人在进食后一段时间内(从进食后1 1h开始,持续7 78 8h),),即使同样处于安静状态,但产热量却比进食前有所增加,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。蛋白质:3030 糖和脂肪:4 46 6 混合食物:1010。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或
18、糖原合成有关。第27页/共69页(四)环境温度 1.1.人体安静时的能量代谢,在20203030的环境中较为稳定。2.2.环境温度超过3030,能量代谢率增加。3.3.当环境温度低于2020时,随着温度的不断下降,机体产生寒战和肌紧张增加以御寒,同时增加能量代谢率。第28页/共69页四、基础代谢(basalmetabolism)(一)概念 1.1.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:。清晨空腹,即禁食121214h14h,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。平卧,全身肌肉放松,尽力排除肌肉活动的影响。清醒且情绪安闲,以排除精神紧张的影响
19、。室温20202525,排除环境温度的影响。其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。2.2.基础代谢率(BMR):单位时间内的基础代谢。第29页/共69页如何比较不同个体的能量代谢率差异?研究表明:基础代谢率、肺活量、肾小球滤过率、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,而与机体体重相关性不明显。(二)能量代谢率的衡量标准1.体表面积(m2)=0.0061 身高(cm)+0.0128体重(kg)0.1529,2.体表面积测算图:第30页/共69页(三)BMR的测定和正常值 1.1.BMR的测定:(:(通常采用简易法计算BMR)即:产热量耗氧量20.19KJ
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