能量代謝(energy metabolism)(能量代謝,直接測熱法,間接測熱法,呼吸商,基礎代謝)

　現舉出一個氣體分析實驗例。

　　現某健康成人安靜狀態(tài)下的呼出氣作氣體分析，結果為：O₂=16.26%；CO₂=4.14%。呼出氣量為1分鐘5.2L（通常將呼出氣量換算為不含水蒸氣的標準狀態(tài)值；也有換算為被水蒸氣飽和的1個大氣壓、體溫狀態(tài)下的值)�？諝獾慕M成是：O₂=20.96%；N=79.00%；CO₂=0.04%。則：
受試者從每100ml通過肺的氣體中吸收的氧氣為：

　　20.96ml-16.26ml=4.7ml(或每升氣體中的47ml)

　　(空氣) （呼出氣)

　　因為呼出氣量為5.2L，則1分鐘的耗氧量為：

　　47ml×5.2=244.4ml

　　100ml呼氣中的CO₂為：

　　4.14ml-0.04ml=4.1ml(或每升氣體中的41ml)

　　 (呼出氣) （空氣)

　　1分鐘CO₂排出量為：

　　41ml×5.2=213.2ml

　　RQ=213.1/244=0.85

　　所得呼吸商為受試者在安靜狀態(tài)下混合膳食代謝的呼吸商。

　　臨床上和勞動衛(wèi)生常采用簡略法，即用氣體分析法測得一定時間內的耗氧量和CO₂產量，并求出呼吸商，并且不考慮蛋白質代謝部分，就根據非蛋白呼吸商表7-2查出呼吸商的氧熱價，然后將氧熱價乘以耗氧量，便得出該時間內的產熱量。仍以上述間接測熱法計算方法列舉的例子為數據（見前)，按此簡略法來計算，則結果如下：

　　呼吸商=340/400=0.85

　　查表7-2，呼吸商0.85時的氧熱價為20.36kJ，所以24小時的產熱量=20.36×400=8144kJ。

　　這個數值與按完整的間接法計算得出的數值8059.8kJ是很近似的，誤差都在1%-2%以下。而且在非蛋白呼吸商從0.70到1.00的范圍內，氧熱價也過變動于19.6-21.1之間。此法在實際工作中是可用的。

　　另一種更簡便的簡略法只利用肺量計測出受試者一定時間內（通常為6min)的耗氧量。受試者一般都吃混合膳食，所以通常將非蛋白呼吸商定為0.82，氧熱價為20.20kJ。因此，測出一定時間內的耗氧量后，使可依下式來計算：

　　產熱量=20.20×耗氧量（kJ)

　　二、影響能量代謝的因素

　　影響能量代謝的因素有肌肉活動、精神活動、食物的特殊動力作用和環(huán)境溫度等。

　�。ㄒ�)肌肉活動

　　肌肉活動對能量代謝的影響最為顯著。機體任何輕微的活動都可提高代謝率。人在運動或勞動時耗量顯著增加，因為肌肉活動需要補給能量，而能量則來自大量營養(yǎng)物質的氧化，導致機體耗氧量的增加。機體耗氧量的增加與肌肉活動的強度呈正比關系，耗氧量最多右達安靜時的10-20倍。肌肉活動的強度稱為肌肉工作的強度，也就是勞動強度。勞動強度通常用單位時間內機體的產熱量來表示，也就是說，可以把能量代謝率作為評估勞動強度的指標。從表7-3可以看出勞動強度或運動時的能量代謝率的增長情況。

表7-3 運動或勞動時的能量代謝率

　　(二)精神活動

　　腦的重量只占體重的2%，但在安靜狀態(tài)下，卻有15%左右的循環(huán)血量進入腦循環(huán)系統(tǒng)，這說明腦組織的代謝水平是很高的。據測定。在安靜狀態(tài)下，100g腦組織的耗氧量為3.5ml/min（氧化的葡萄糖量為4.5mg/min)，此值接近安靜肌肉組織耗氧量的20倍，腦組織的代謝率雖然如此之高，但據測定，在睡眠中和在活躍的精神活動情況下，腦中葡萄糖的代謝率卻幾乎沒有差異。可見，在精神活動中，中樞神經系統(tǒng)本身的代謝率即使有些增強，其程度也是可以忽略的。

　　人在平靜地思考問題時，能量代謝受到的影響并不大，產熱量增加一般不超過4%。但在精神處于緊張狀態(tài)，如煩惱、恐懼或強烈情緒激動時，由于隨之出現的無意識的肌緊張以及刺激代謝的激素釋放增多等原因，產熱量可以顯著增加。因此，在測定基礎代謝率時，受試者必須摒除精神緊張的影響。

　�。ㄈ�)食物的特殊動力作用

　　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生的熱量要多。例如攝入能產100kJ熱量的蛋白質后，人體實際產熱量為130kJ，額外多產生了30kJ熱量，表明進食蛋白質后，機體產熱量超過了蛋白質氧化后產熱量的30%。食物能使機體產生“額外”熱量的現象稱為食物的特殊動力作用（specific dynamic action)。糖類或脂肪的食物特殊動力作用為其產熱量的4%-6%，即進食能產100kJ熱量的糖類或脂肪后，機體產熱量為104-106kJ。而混合食物可使產熱量增加10%左右。這種額外增加的熱量不能被利用來作功，只能用于維持體溫。因此，為了補充體內額外的熱量消耗，機體必須多進食一些食物補充這份多消耗的能量。

　　食物特殊動力作用的機制尚未完全了解。這種現象在進食后1h左右開始，并延續(xù)到7-8h。有人將氨基酸注入靜脈內，可出現與經口給予相同的代謝率增值現象，這些事實使人們推想，食后的“額外”熱量可能來源于肝處理蛋白質分解產物時“額外”消耗的能量。因此，有人認為肝在接脫氨基反應中消耗了能量可能是“額外”熱量產生的原因。

　　（四)環(huán)境溫度

　　人（裸體或只著薄衣)安靜時的能量代謝，在20-30℃的環(huán)境中最為穩(wěn)定。實驗證明，當環(huán)境溫度低于20℃時，代謝率開始有所增加，在10℃以下，代謝率便顯著增加。環(huán)境溫度低時代謝率增加，主要是由于寒冷刺激反射地引起寒戰(zhàn)以及肌肉緊張增強所致。在20-30℃時代謝穩(wěn)定，主要是由于肌肉松馳的結果。當環(huán)境溫度為30-45℃時，代謝率又會逐漸增加。這可能是因為體內化學過程的反應速度有所增加的緣故，這時還有發(fā)汗功能旺盛及呼吸、循環(huán)功能增強等因素的作用。

　　三、基礎代謝

　　基礎代謝（basal metabolism)是指基礎狀態(tài)下的能量代謝。基礎代謝率（basal metabolic rate,BMR)是指單位時間內的基礎代謝，即在基礎狀態(tài)下，單位時間內的能量代謝。所謂基礎狀態(tài)是指人體處在清醒而又非常安靜、不受肌肉活動、環(huán)境溫度、食物及精神緊張等因素的影響時的狀態(tài)。測定基礎代謝率，要在清晨末進餐以前（即食后12-14h)進行。前一日晚餐最好是清淡菜肴，而且不要吃得太飽，這樣，過了12-14h ，胃腸的消化和吸收活動已基本完畢，也排除了食物的特殊動力作用的影響。測定之前不應做劇烈的活動，而且必須靜臥半小時以上。測定時平臥，全身肌肉要松馳，盡量排除肌肉活動的影響。這時還應要求受試者排除精神緊張的影響，如摒除焦慮、煩惱、恐懼等心理活動。室溫要保持在20-25℃之間，以排除環(huán)境溫度的影響。基本條件下的代謝率，比一般安靜時的代謝率可低些（比清醒安靜時低8%-10%)�；�礎代謝率以每小時，每平方米體表面積的產熱量為單位，通常以kJ/m²·h來表示。要用每平方米體表面積而不用每公斤體重的產熱量來表示，是因為基礎代謝率的高低與體重并不成比例關系，而與體表面積基本上成正比。

表7-4 人體產熱量和體表面積的關系

　　若以每公斤體重的產熱量進行比較，則小動物每公斤體重的產熱量要比大動物高得多。若以每平方米體表面積的產熱量進行比較，則不論機體的大小，各種動物每平方米每24小時的產熱量很相近。在人體上測定的結果也表明了這一事實（表7-4)。因此，用每平方米體表面積標準來衡量能量代謝是比較合適的。

　　受試者體表面積的測定繁瑣而不易進行，鑒于體表面積與身高、體重之間有一定的相關關系，因此，有人對一定的人群作過測定后，從身高、體重推算出體表面計算的經驗公式。最基本的是Meeh的算式：

　　S=KW^2/3

　　式中，S為體表面積，W為體重（kg)，K為不同種屬動物的常數。

　　計算人的體表面積在DuBois的身長體重算式：

　　 S=W^0.425×H^0.725×K

　　式中，S為體表面積（m²)，W為體重（kg)，H為身長。K為不同人種的常數。我國人的體表面積可根據下列Stevenson算式來計算：

　　體表面積（m²)=0.0061×身長（cm)+0.0128×體重（kg)-0.1529

　　另外，體表面積還可根據圖7-3直接求出。其用法是，將受試者的身高和體重在相應兩條列線的兩點連成一直線，引直線與中間的體表面積列線的交點就是該人的體表面積。有意義的事實是：肺活量、心輸出量、主動脈和氣管的橫截面、腎小球濾過率等都與體表面積有一定的比例關系。]

　　通常采用前述簡略法來測定和計算基礎代謝率。下面舉一實例供參考。

　　某受試者，男性，20歲。在基礎狀態(tài)下，1h的耗氧量為15L。非蛋白呼吸商定為0.82，氧熱價為20.20,所以1h的產熱量為：
20.20×15=303kJ

　　此人的體表面積為1.5m²,從而1h內每平方米體表面積拉熱量，即基本代謝率為：303÷1.5=201.8kJ/m²·h

　　20歲男子的正常基礎代謝率為157.8kJ/m²·h，所以此人超出正常值的數字為（201.8-157.8)=44.0，超出正常值的百分數為：

　　44．0×100/157.8%=27.8%

　　 即+27.8%

圖7-3 體表面積測算用圖

　　實際測定結果表明，基礎代謝率隨性別、年齡等不同而有生理變化。當甚情況相同時，男子的基礎代謝率平均比女子的高；幼年人比成年人的高；年齡越大，代謝率越低，但是，同一個體的基礎代謝率，只在測定時的條件完全符合前述的要求，則有不同時日重復測定的結果基本上無差異。這就反映了正常人的基礎代謝率是相當穩(wěn)定的。醫(yī)學全在線網站www.med126.com

　　關于我國正常人基礎代謝率的水平，男女各年齡組的平均值如表7-5所示。

　　一般來說，基礎代謝率的實際數值現上述正常的平均值比較，相差±10%-15%之內，無論較高或較低，都不屬病態(tài)。當相差之數超過20%時，才有可能是病理變化。在各種疾病中，甲狀腺功能的改變總是伴有基礎代謝率異常變化。甲狀腺功能低下時，基礎代謝率將比正常值低20%-40%；甲狀腺功能亢進時的基礎代謝率將比正常值高出25%-80%（圖7-4)。因此，基礎代謝率的測量是臨床診斷甲狀腺疾病的重要輔助方法。其它如腎上腺皮質和垂體的功能低下時，基礎代謝率也要降低。

表7-5 我國人正常的基礎代謝率平均值（kJ/m²·h)

　　當人體發(fā)熱時，基礎代謝率將升高。一般說來，體溫每升高1℃，基礎代謝率可升高13%。其它如糖尿病、紅細胞增多癥、白血病以及伴有呼吸困難的心臟病等，也伴有基礎代謝率升高。當機體處于病理性饑餓時，基礎代謝率將降低。其他如阿狄森病、腎病綜合癥以及垂體肥胖癥也常伴有基礎代謝率降低。

圖7－4　甲狀腺疾病患者的基礎代謝與正常人基礎代謝的比較

縱坐標表示受檢人數；橫坐標的0代表正常平均值，

-10表示比正常人平均值低10%，10表示高10%

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