熱力學第一定律
能量由一種形式轉化為另一種形式的過程中，既不能增加，也不減少。這是所有形式的能量（動能、熱能、電能入化學能)互相轉化的一般規(guī)律，也就是能量守恒定律。機體的能量代謝也遵循這一規(guī)律，即在整個能量轉化過程中，機體所利用的蘊藏于食物中的化學能與最終轉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，測定在一定時間內機體所消耗的食物，或者測定機體所產(chǎn)生的熱量與所做的外功，都可測算出整個機體的能量代謝率（單位時間內所消耗的能量)。
測定整個機體單位時間內發(fā)散的總熱量，通常有兩類方法：直接測熱法和間接測熱法。
直接測熱法
直接測熱法（directcalormetry)是測定整個機體在單位時間內向外界環(huán)境發(fā)散的總熱量。此總熱量就是能量代謝率。如果在測定時間內做一定的外功，應將外功（機械功)折算為熱量一并計入。它是由隔熱密封的房間，其中設一個銅制的受試者居室。醫(yī)學全在,線jfsoft.net.cn用調節(jié)溫度的裝置控制隔熱壁與居室之間空氣的溫度，使之與居室內的溫度相等，以防居室內的熱量因傳導而喪失。這樣，受試者機體所散發(fā)的大部分熱量便被居室內管道中流動的水所吸收。根據(jù)流過管道的水量和溫度差，將水的比熱考慮在內，就可測出水所吸收的熱量。當然，受試者發(fā)散的熱量有一部分包含在不感蒸發(fā)量中，這在計算時也要加進去。受試者呼吸的空氣由進出居室的氣泵管道系統(tǒng)來供給。此系統(tǒng)中裝有硫酸和鈉石灰，用業(yè)吸收水蒸氣和CO2.管道系統(tǒng)中空氣中的O2則由氧氣筒定時補給。
直接測熱法的設備復雜，操作繁鎖，使用不便，因而極少應用。一般都采用間接測熱法。
間接測熱法
在一般化學反應中，反應物的量與產(chǎn)物量之間呈一定的比例關系，這就是定比定律。例如，氧化1mol葡萄糖，需要6mol氧，同時產(chǎn)生6molCO2和6molH2O，并釋放一定量的能。下列反應式表明了這種關系：C6H12O6 602→6CO2 6H20 △H同一種化學反應，不論經(jīng)過什么樣的中間步驟，也不論反應條件差異多大，這種定比關系仍然不變。例如，在人本內氧化1mol葡萄糖，同在體外氧化燃燒1mol葡萄糖一樣，都要消耗6molCO2和6molH20，而且產(chǎn)生的熱量也相等。一般化學反應的這種基本規(guī)律也見于人體內營養(yǎng)物質氧化供能的反應（蛋白質的情況下有些出入，參看下文)，所以它成了能量代謝間接測熱法的重要依據(jù)。
間接測熱法（indirectcalorimetry)的基本原理就是利用這種定比關系，查出一定時間內整個人體中氧化分解的糖、脂肪、蛋白質各有多少，然后據(jù)此計算出該段時間內整個機體所釋放出來的熱量。因此，必須解決兩個問題：一是每種營養(yǎng)物質氧化分解時產(chǎn)生的能量有多少（即食物的熱價)；二要分清三種營養(yǎng)物質各氧化了多少。 采集者退散食物的熱價應用彈式熱量計，在體外測定了一定量的的糖、脂肪和蛋白質燃燒時所釋放的熱量，并同這三水生物的新陳代謝類物質在動物體內氧化到最終產(chǎn)物C02和水時所產(chǎn)生的熱量相比較，證明了糖和脂肪在體外燃燒與在體內氧化分解所產(chǎn)生的熱量是相等的。于是將1g食物氧化（或在體外燃燒)時所釋放出來的能量稱為食物的熱價（thermalequivalentoffood)。食物的熱價分為物理熱價和生物熱價。前者指食物在體外燃燒時釋放的熱量，后者系食物經(jīng)過生物氧化所產(chǎn)生的熱量。糖（或脂肪)的物理熱價和生物熱價是相等的，而蛋白質的生物熱價則小于它的物理熱價。因為蛋白質在體內不能被徹底氧化分解，它有一部分主要以尿素的形式從尿中排泄的緣故。三種營養(yǎng)物質在物理熱價和生物熱價。
呼吸商機體依靠呼吸功能從外界攝取氧，以供各種營養(yǎng)物質氧化分解的需要，同時也將代謝終生物CO2呼出體外，一定時間內機體的CO2產(chǎn)量與耗氧量的比值稱為呼吸商（respiratoryquotientRQ)。各種營養(yǎng)物質在細胞內氧化供能屬于細胞呼吸過程，因而雙將各種營養(yǎng)物質氧化時的CO2產(chǎn)量與耗氧量的比值稱為某物質的呼吸商。嚴格說來，應該以CO2和O2的克分子（mol)比值來表示呼吸商。但是，因為在同一溫度和氣壓條件下，容積相等的不同氣體，其分子數(shù)都是相等的，所以通常都用容積數(shù)（ml或L)來計算CO2與O2的比值，即：糖、脂肪和蛋白質氧化時，它們的CO2產(chǎn)量與耗氧量各不相同，三者的呼吸商也不一樣。
因為各種營養(yǎng)物質無論在體內或體外氧化，它們的耗氧量與CO2產(chǎn)量都取決于各該物質的化學組成，所以，在理論上任何一種營養(yǎng)物質的呼吸商都可以根據(jù)它的氧化成終產(chǎn)物（CO2和H20)化學反應式計算出來的。 采集者退散糖的一般分子式為（CH20)n，氧化時消耗的02和產(chǎn)生的C02分子數(shù)相等，呼吸商應該等于1.如上述葡萄糖氧化的反應式所示，C02產(chǎn)量與耗氧量均為6mol故：脂肪氧化時需要消耗更多的氧。在脂肪本身的分子結構中，氧的含量遠較碳和氫少。
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