[學(xué)習(xí)]動(dòng)物生理學(xué)5能量代謝與體溫調(diào)節(jié)

1、第九章 能量代謝和體溫調(diào)節(jié),第一節(jié)　能量代謝,新陳代謝是機(jī)體生命活動(dòng)的基本特征，新陳代謝包括物質(zhì)代謝與相伴隨的能量代謝，簡(jiǎn)稱代謝。 糖、脂肪、蛋白質(zhì)三種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)消化轉(zhuǎn)變成為可吸收的小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而被吸收入血。在細(xì)胞中，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過同化作用（合成代謝），構(gòu)筑機(jī)體的組成成分或更新衰老的組織；同時(shí)經(jīng)過異化作用（分解代謝）分解為代謝產(chǎn)物。合成代謝和分解代謝是物質(zhì)代謝過程中互相聯(lián)系的、不可分割的兩個(gè)側(cè)面。 在分解

2、代謝過程中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)蘊(yùn)藏的化學(xué)能便釋放出來。這些化學(xué)能經(jīng)過轉(zhuǎn)化，便成了機(jī)體各種生命活動(dòng)的能源，所以說分解代謝是放能反應(yīng)。而在合成代謝過程中，需要供給能量，因此是吸能反應(yīng)?？梢姡谖镔|(zhì)代謝過程中，物質(zhì)的變化與能量的代謝是緊密聯(lián)系著的。生物體內(nèi)物質(zhì)代謝過程中所伴隨的能量釋放、轉(zhuǎn)移和利用等，稱為能量代謝。,一 人體能量的來源與消耗,來源：攝入的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包含能量 機(jī)體所需的能量來源于食物中的糖、脂肪和蛋白質(zhì)。其中機(jī)體活動(dòng)所需能量的70%以上

3、來源于糖類，腦組織所需能量則完全源于糖的有氧氧化。一般情況下，機(jī)體主要利用糖類和脂肪供能，而不依靠蛋白質(zhì)供能。,,消耗： 能源物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中的碳?xì)滏I蘊(yùn)藏著化學(xué)能，在氧化過程中碳?xì)滏I斷裂，生成CO2和 H2O，同時(shí)釋放出蘊(yùn)藏的能量。這些能量的50%以上迅速轉(zhuǎn)化為熱能，用于維持體溫，并向體外散發(fā)。其余不足50%則以高能磷酸鍵（主要為三磷酸腺苷ATP）的形式貯存于體內(nèi)，供機(jī)體活動(dòng)利用。 能量輸入=能量輸出+能量貯

4、存 如果輸入>輸出，貯存>0，體重增加 如果輸入=0，輸出=­貯存，體重減輕,,糖類是能量供應(yīng)的主要來源，ATP是能量供應(yīng)的直接來源。,二 能量代謝測(cè)定的原理和方法,1、能量代謝的測(cè)定原理熱力學(xué)第一定律指出：能量由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式的過程中，既不能增加，也不能減少。這是所有形式的能量（動(dòng)能、熱能、電能和化學(xué)能）互相轉(zhuǎn)化的一般規(guī)律，也就是能量守恒定律。機(jī)體的能量代謝也遵循這一規(guī)

5、律，即在整個(gè)能量轉(zhuǎn)化過程中，機(jī)體所利用的蘊(yùn)藏于食物中的化學(xué)能與最終轉(zhuǎn)化成的熱能和所作的外功，按能量來折算是完全相等的。因此，測(cè)定在一定時(shí)間內(nèi)機(jī)體所消耗的食物，或者測(cè)定機(jī)體所產(chǎn)生的熱量與所做的外功，都可測(cè)算出整個(gè)機(jī)體的能量代謝率（單位時(shí)間內(nèi)所消耗的能量）。,2、能量代謝的測(cè)定方法測(cè)定整個(gè)機(jī)體單位時(shí)間內(nèi)發(fā)散的總熱量，通常有兩類方法：直接測(cè)熱法和間接測(cè)熱法。（1）直接測(cè)熱法 直接測(cè)熱法是測(cè)定整個(gè)機(jī)體在單位時(shí)間內(nèi)向外界環(huán)境發(fā)散的總熱量。此

6、總熱量就是能量代謝率。如果在測(cè)定時(shí)間內(nèi)做一定的外功，應(yīng)將外功（機(jī)械能）折算為熱量一并計(jì)入。,,直接測(cè)熱裝置示意圖,,（2）間接測(cè)熱法 在一般化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物的量與產(chǎn)物量之間呈一定的比例關(guān)系，這就是定比定律。例如 C6H12O6+602→6CO2+6H20+△H 間接測(cè)熱法的基本原理就是利用這種定比關(guān)系，查出一定時(shí)間內(nèi)整個(gè)人體中氧化分解的糖、脂肪、蛋白質(zhì)各有多少，然后據(jù)此計(jì)算出該段

7、時(shí)間內(nèi)整個(gè)機(jī)體所釋放出來的熱量。因此，必須解決兩個(gè)問題：一是每種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化分解時(shí)產(chǎn)生的能量有多少（即食物的熱價(jià)）；二要分清三種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)各氧化了多少。,,間接測(cè)熱法中常用的參數(shù)：物質(zhì)的熱價(jià)：1克營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)燃燒時(shí)所釋放的熱量。氧熱價(jià)：某種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)每消耗1L氧，所產(chǎn)生的熱量。呼吸商（RQ）：通常把動(dòng)物體在同一時(shí)間內(nèi)二氧化碳產(chǎn)生量與氧的消耗量的比值叫做呼吸商。一般糖的呼吸商=1.0，脂類的呼吸商=0.71，蛋白質(zhì)的呼吸商=0.8非蛋白呼

8、吸商：指除蛋白質(zhì)外，糖和脂肪氧化時(shí)的二氧化碳生成量與氧的消耗量的比值。,,根據(jù)呼吸商的大小可推測(cè)機(jī)體能量的來源。在人的日常生活中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不是單純的，而是糖、脂肪和蛋白質(zhì)混合而成的（混合膳食）。所以，呼吸商常變動(dòng)于0.71-1.00之間。人體在特定時(shí)間內(nèi)的呼吸商要看哪種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是當(dāng)時(shí)的主要能量來源而定。若能源主要是糖類，則呼吸商接近于1.00；若主要是脂肪，則呼吸商接近于0.71。在長(zhǎng)期病理性饑餓情況下，能源主要來自機(jī)體本身的蛋白質(zhì)和脂

9、肪，則呼吸商接近于0.80。一般情況下，攝取混合食物時(shí)，呼吸商常在0.85左右。,非蛋白呼吸商與氧熱價(jià) 氧化百分比（%）非蛋白呼吸商 糖 脂肪 氧熱價(jià) 0.71 1.10

10、 98.9 19.6230 0.75 15.6 84.4 19.8280 0.80 33.4 66.6 20.0874 0.81 36.9

11、 63.1 20.1376 0.82 40.3 59.7 20.1878 0.83 43.8 56.2 20.2422……,,,,例：測(cè)得受試者24h的耗氧量為400L，二氧化碳產(chǎn)量為

12、340L，尿氮12g，已知1g尿氮相當(dāng)于氧化分解了6.25g蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)的熱價(jià)約為18，每氧化1g蛋白質(zhì)耗氧0.95L，釋放二氧化碳0.76L，計(jì)算該受試者24小時(shí)內(nèi)的能量代謝率 。解：蛋白質(zhì)氧化量=6.25*12=75g 蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)熱量=18*75=1350kj 蛋白質(zhì)耗氧量=75*0.95=71.25L 蛋白質(zhì)產(chǎn)二氧化碳量=75*0.76=57L 非蛋白呼吸商=（

13、340-57）/（400-71.25）=0.86查表：當(dāng)非蛋白呼吸商為0.86時(shí)，氧熱價(jià)為20.397 非蛋白代謝產(chǎn)熱量=20.397*（400-71.25）=6706kj 總代謝產(chǎn)熱量=1350+6706=8056kj 此即為該受試者24小時(shí)內(nèi)的能量代謝率,,簡(jiǎn)化計(jì)算：1）直接將混合呼吸商代替非蛋白呼吸商 上題：混合呼吸商=340/400=0.85 查表得熱價(jià)

14、=20.3426 總熱量=20.3426*400=8137kj2）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)混合食物的非蛋白呼吸商為 0.82，查表得熱價(jià)=20.2 總熱量=20.2*400=8080kj,3、影響能量代謝的因素,1）肌肉活動(dòng)：肌肉活動(dòng)對(duì)能量代謝的影響最為顯著。機(jī)體任何輕微的活動(dòng)都可提高代謝率。肌肉活動(dòng)需要補(bǔ)給能量，而能量則來自大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的氧化，導(dǎo)致機(jī)體耗氧量的增加。機(jī)體耗氧量的增加與肌肉活動(dòng)

15、的強(qiáng)度呈正比關(guān)系。2）環(huán)境溫度：人安靜時(shí)的能量代謝，在20-30℃的環(huán)境中最為穩(wěn)定。當(dāng)環(huán)境溫度低于20℃或?yàn)?0-45 ℃時(shí)，代謝率都會(huì)增加。環(huán)境溫度低時(shí)代謝率增加，主要是由于寒冷刺激反射地引起寒戰(zhàn)以及肌肉緊張?jiān)鰪?qiáng)所致。在20-30℃時(shí)代謝穩(wěn)定，主要是由于肌肉松馳的結(jié)果。當(dāng)環(huán)境溫度為30-45℃時(shí)，代謝率又會(huì)逐漸增加。這可能是因?yàn)轶w內(nèi)化學(xué)過程的反應(yīng)速度有所增加的緣故，這時(shí)還有發(fā)汗功能旺盛及呼吸、循環(huán)功能增強(qiáng)等因素的作用。,,3）食物的

16、特殊動(dòng)力作用 在安靜狀態(tài)下攝入食物后，人體釋放的熱量比攝入的食物本身氧化后所產(chǎn)生的熱量要多。例如攝入能產(chǎn)100kJ熱量的蛋白質(zhì)后，人體實(shí)際產(chǎn)熱量為130kJ，額外多產(chǎn)生了30kJ熱量，表明進(jìn)食蛋白質(zhì)后，機(jī)體產(chǎn)熱量超過了蛋白質(zhì)氧化后產(chǎn)熱量的30%。食物能使機(jī)體產(chǎn)生“額外”熱量的現(xiàn)象稱為食物的特殊動(dòng)力作用。這種額外增加的熱量不能被用來作功，只能用于維持體溫。因此，為了補(bǔ)充體內(nèi)額外的熱量消耗，機(jī)體必須多進(jìn)食一些食物補(bǔ)充這份多消耗的能量。4

17、）精神活動(dòng)：如緊張時(shí)出現(xiàn)的無意識(shí)的肌緊張以及刺激代謝的激素釋放增多等原因，產(chǎn)熱量可以顯著增加。,4、基礎(chǔ)代謝,基礎(chǔ)代謝率：受試者在12h未進(jìn)食,室溫20 ℃ ,靜臥休息0.5h,保持清醒狀態(tài),不進(jìn)行腦力和體力活動(dòng)等條件下測(cè)定的代謝率。意味著在單位時(shí)間內(nèi)維持清醒狀態(tài)的生命活動(dòng)所需的最低能耗。,,,,一般來說，基礎(chǔ)代謝率的實(shí)際數(shù)值與上述正常的平均值比較，相差±10%-15%之內(nèi)，無論較高或較低，都不屬病態(tài)。當(dāng)相差超過20%時(shí)，才有

18、可能是病理變化。在各種疾病中，甲狀腺功能的改變總是伴有基礎(chǔ)代謝率異常變化。甲狀腺功能低下時(shí)，基礎(chǔ)代謝率將比正常值低20%-40%；甲狀腺功能亢進(jìn)時(shí)的基礎(chǔ)代謝率將比正常值高出25%-80%。因此，基礎(chǔ)代謝率的測(cè)量是臨床診斷甲狀腺疾病的重要輔助方法。其它如腎上腺皮質(zhì)和垂體的功能低下時(shí)，基礎(chǔ)代謝率也可能降低。發(fā)熱時(shí)基礎(chǔ)代謝率會(huì)升高。,第二節(jié)　體溫及其調(diào)節(jié),一、體溫 人和高等動(dòng)物機(jī)體都具有一定的溫度，這就是體溫。體溫是機(jī)體進(jìn)行新陳代謝和正常生

19、命活動(dòng)的必要條件。 (1)體殼溫度和體核溫度體殼溫度：身體表層的溫度體核溫度：身體內(nèi)部的溫度臨床體溫:直腸37.5 ℃ ;口腔37.2 ℃ ;腋窩36.8 ℃ (2)體溫的周期性變化:在一晝夜中,凌晨最低,下午5-7時(shí)最高;成年女性月經(jīng)前較高,月經(jīng)來時(shí)下降0.2~0.3℃ ,排卵日再降0.2℃,二、人體的產(chǎn)熱和散熱,機(jī)體在體溫調(diào)節(jié)機(jī)制的調(diào)控下，能使產(chǎn)熱過程和散熱過程處于平衡，維持正常的體溫。如果機(jī)體的產(chǎn)熱量大于散熱量，體溫就會(huì)

20、升高；散熱量大于產(chǎn)熱量則體溫就會(huì)下降，直到產(chǎn)熱量與散熱量重新取得平衡時(shí)才會(huì)使體溫穩(wěn)定在新的水平。,,1、產(chǎn)熱機(jī)體的總產(chǎn)熱量主要包括基礎(chǔ)代謝，食物特殊動(dòng)力作用和肌肉活動(dòng)所產(chǎn)生的熱量。基礎(chǔ)代謝是機(jī)體產(chǎn)熱的基礎(chǔ)，產(chǎn)熱器官主要為內(nèi)臟。運(yùn)動(dòng)時(shí)，骨骼肌產(chǎn)熱量約占總產(chǎn)熱量的90%，為主要產(chǎn)熱器官。人在寒冷環(huán)境中主要依靠戰(zhàn)栗產(chǎn)熱和非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱（代謝產(chǎn)熱）來增加熱量。寒戰(zhàn)是骨骼肌發(fā)生不隨意的節(jié)律性收縮的表現(xiàn)，寒戰(zhàn)的特點(diǎn)是屈肌和伸肌同時(shí)收縮，所以基本

21、上不做功，但產(chǎn)熱量很高，發(fā)生寒戰(zhàn)時(shí)，代謝率可增加4-5倍。寒冷刺激時(shí)，交感神經(jīng)興奮，可使褐色脂肪迅速分解產(chǎn)熱，約占非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱70%。寒冷刺激亦可促使甲狀腺激素、腎上腺素分泌增加，代謝產(chǎn)熱隨之增加。,,2、散熱人體的主要散熱部位是皮膚。當(dāng)環(huán)境溫度低于體溫時(shí)，大部分的體熱通過皮膚的輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流散熱。一部分熱量通過皮膚汗液蒸發(fā)來散發(fā)，呼吸、排尿和排糞也可散失一小部分熱量。在人的體溫條件下，蒸發(fā)1g水分可使機(jī)體散失2.4kJ熱量。當(dāng)環(huán)境溫

22、度為21℃時(shí)，大部分的體熱（70%）靠輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流的方式散熱，少部分的體熱（29%）則由蒸發(fā)散熱；當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，皮膚和環(huán)境之間的溫度差變小，輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流的散熱量減小，而蒸發(fā)的散熱作用則增強(qiáng)；當(dāng)環(huán)境溫度等于或高于皮膚溫度時(shí)，輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流的散熱方式就不起作用，此時(shí)蒸發(fā)就成為機(jī)體唯一的散熱方式。,,人體蒸發(fā)有二種形式：即不感蒸發(fā)和發(fā)汗。人體即使處在低溫中，沒有汗液分泌時(shí)，皮膚和呼吸道都不斷有水分滲出而被蒸發(fā)掉，這種水分蒸發(fā)稱為

23、不感蒸發(fā)。在室溫30℃以下時(shí)，不感蒸發(fā)的水分相當(dāng)恒定，其中一半是呼吸道蒸發(fā)的水分；另一半的水分是由皮膚的組織間隙直接滲出而蒸發(fā)的。不感蒸發(fā)是一種很有成效的散熱途徑，有些動(dòng)物如狗，在高溫環(huán)境下不能分泌汗液，此時(shí)，它必須通過熱喘呼吸由呼吸道來增強(qiáng)蒸發(fā)散熱。,,汗腺分泌汗液的活動(dòng)稱為發(fā)汗。發(fā)汗是可以意識(shí)到的有明顯的汗液分泌，因此又稱為可感蒸發(fā)。人在安靜狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)30℃左右時(shí)便開始發(fā)汗。如果空氣濕度大，而且著衣較多時(shí)，氣溫達(dá)25℃便

24、可引起人體發(fā)汗。人進(jìn)行勞動(dòng)或運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣溫雖在20℃以下，亦可出現(xiàn)發(fā)汗，而且汗量往往較多。汗液中水分占99%，而固體成分則不到1%，在固體成分中，大部分為氯化鈉，也有少量氯化鉀、尿素等。大量出汗的人，汗液中可喪失較多的氯化鈉，因此應(yīng)注意補(bǔ)充氯化鈉。當(dāng)機(jī)體因大量發(fā)汗而造成脫水時(shí)，可導(dǎo)致高滲性脫水。發(fā)汗是反射活動(dòng)。人體汗腺接受交感膽堿能纖維支配，所以乙酰膽堿對(duì)小汗腺有促進(jìn)分泌作用。發(fā)汗中樞分布在從脊髓到大腦皮層的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中。在正常情況

25、下，起主要作用的是下丘腦的發(fā)汗中樞。精神緊張或情緒激動(dòng)而引起的發(fā)汗稱為精神性發(fā)汗。主要見于掌心、腳底和腋窩。精神性發(fā)汗的中樞神經(jīng)可能在大腦皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)。精神性發(fā)汗在體溫調(diào)節(jié)中的作用不大。,循環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)反應(yīng),環(huán)境溫度↑→交感神經(jīng)緊張性↓→皮膚動(dòng)脈舒張→血流量↑→皮膚散熱↑→防止體溫增高環(huán)境溫度↓→交感神經(jīng)緊張性↑→皮膚動(dòng)脈收縮→血流量↓→皮膚散熱↓→體溫增高,三、體溫調(diào)節(jié),溫度感受器,溫度感受器分為外周溫度感受器和中樞溫度感受器。外

26、周溫度感受器在人體皮膚、粘膜和內(nèi)臟中，溫度感受器分為冷感受器和溫覺感受器，它們都是游離神經(jīng)末稍。當(dāng)皮膚溫度升高時(shí)，溫覺感受器興奮，而當(dāng)皮膚溫度下降時(shí)，則冷感受器興奮。中樞溫度感受器：在脊髓、延髓、腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及下丘腦等處對(duì)血液溫度變化反應(yīng)的神經(jīng)元。分為熱敏神經(jīng)元和冷敏神經(jīng)元兩種。體溫調(diào)節(jié)中樞：調(diào)節(jié)體溫的基本中樞在下丘腦。,,體溫調(diào)節(jié)機(jī)制：調(diào)定點(diǎn)學(xué)說此學(xué)說認(rèn)為，體溫的調(diào)節(jié)類似于恒溫器的調(diào)節(jié)，下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞中存在一個(gè)調(diào)定點(diǎn)，即規(guī)定