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能量代謝是指生物體內(nèi)伴隨物質(zhì)代謝過程而發(fā)生的能量釋放、轉(zhuǎn)移、貯存和利用的過程。因比物質(zhì)代謝和能量代謝實際上是同一活動過程的兩個方面，密不可分。

( 一 ) 與能代有關(guān)的幾個概念

1 ．食物的熱價： 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。它分為物理熱價和生物熱價。分別指食物在體外燃燒和體內(nèi)生物氧化時所釋放的熱量。糖 ( 或脂肪 ) 的物理熱價和生物熱價是相等的，而蛋白質(zhì)的生物熱價則小于它的物理熱價。因為蛋白質(zhì)在體內(nèi)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。 2 ．食物的氧熱價：食物氧化要消耗氧，氧的消耗量和物質(zhì)氧化的產(chǎn)熱量之間有一定的關(guān)系。通常把某種食物氧化時消耗 1L 氧所產(chǎn)生的能量稱為該種食物的氧熱價。氧熱價在能量代謝的測算方面有著重要的意義，可根據(jù)機體在一定時間內(nèi)的氧耗量計算出能量代謝率。 3 ．呼吸商：機體依靠呼吸功能從外界攝取氧，以供種營養(yǎng)物質(zhì)氧化分解的需要，同時也將代謝終產(chǎn)物 CO 呼出體外，一定時間內(nèi)機體呼出 O 產(chǎn)量與耗氧量的比值稱為呼吸商 (respiratory quotient ， RQ) 。各種營養(yǎng)物質(zhì)在細胞內(nèi)氧化供能屬于細胞呼吸過程，因而將各種營養(yǎng)物質(zhì)氧化時的 CO 產(chǎn)量與耗氧量的比值稱為某物質(zhì)的呼吸商。嚴格說來，應該以 CO 和 O 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 CO 與 O 的比值，即：

RQ= 產(chǎn)生的 CO(mol)/ 消耗的 O(mol)= 產(chǎn)生的 CO(ml)/ 消耗的 O(ml)

( 二 ) 影響能量代謝的因素

(1) 一般生理性因素：①年齡隨著年齡的增長，能量代謝率逐漸下降。幼兒的能量代謝率幾乎是老年人的 2 倍，因為兒童處于生長發(fā)育階段，腦垂體分泌的生長素可使能量代謝率升高 15 ％～ 20 ％。老人能量代謝率衰退，能量代謝逐漸下降。②性別同齡男性的能量代謝率高于女性，因為男性激素可使能量代謝率提高 10 ％～ 15 ％。③睡眠睡眠時能量代謝率較清醒安靜時低 10 ％～ 15 ％，這與睡眠時骨骼肌緊張性和交感神經(jīng)系統(tǒng)活動下降有關(guān)。

(2) 生理活動因素：①肌肉活動：肌肉活動是影響能量代謝最明顯的因素。機體任何輕微的活動都會提高能量代謝率。在勞動或運動時能量代謝代謝和耗氧量顯著增加，最多可達安靜時的 10 ～ 20 倍，故可用能量代謝值作為評價勞動強度的指標。②環(huán)境溫度：人安靜時的能量代謝在 20 ～ 30 ℃ 的環(huán)境中最穩(wěn)定。當環(huán)境溫度低于 20 ℃ 時可反射性地引起寒戰(zhàn)和肌肉緊張的增強而使代謝率增加，尤其是環(huán)境溫底低于 10 ℃ 時代謝率增加更為顯著。當環(huán)境溫度升高到 30 ℃ 以上時代謝率也會增加，這與發(fā)汗、呼吸、循環(huán)機能加強及體內(nèi)化學反應加速有關(guān)。③食物的特殊動力效應：人在進食后一段時間內(nèi)雖然處于安靜狀態(tài)下，但產(chǎn)熱量比進食前增高。這種由進食食物引起機體產(chǎn)熱增加現(xiàn)象稱為食物的特殊動力效應。不同食物的特殊生熱作用不同，進食蛋白質(zhì)引起機體增加的產(chǎn)熱量約相當于攝入蛋白質(zhì)所含熱量的 30 ％，糖和脂肪的特殊動力作用較小，只相當于其產(chǎn)熱量的 4 ％～ 6 ％，混合食物約為 10 ％。增熱機制可能來源于肝臟對氨基酸的處理而消耗了能量。因此在臨床上給禁食病人輸液補充營養(yǎng)物質(zhì)時應注意加上這份多消耗的熱量。④精神活動：腦的代謝水平較高，在安靜狀態(tài)下單位重量腦組織的耗氧量為肌肉的 20 倍。但在安靜地思考問題時機體產(chǎn)熱量增加一般不超過 4 ％。當處于恐懼、憤怒、焦急等精神緊張狀態(tài)下，能量代謝顯著增高，這是由于出現(xiàn)無意識的肌緊張增強，交感神經(jīng)的緊張性加強以及能促進代謝的內(nèi)分泌激素 ( 兒茶酚胺等 ) 的釋放有關(guān)。

( 三 ) 基礎代謝與基礎代謝率

基礎代謝是指機體處于基礎狀態(tài)下的能量代謝。單位時間內(nèi)的基礎代謝稱為基礎代謝率 (basal metabolism rate ， BMR) 。基礎狀態(tài)是指在室溫 18 ～ 25 ℃、清晨空腹、平臥、清醒而又極其安靜的狀態(tài)，也即排除肌肉活動、食物特殊動力效應、精神緊張和環(huán)境溫度的影響。體溫每升高 1 ℃ ，基礎代謝率增加 13 ％左右。在基礎狀態(tài)下所消耗的能量僅用于維持心跳、呼吸及其他一些基本的生理活動，其代謝率比一般安靜狀態(tài)低 8 ％～ 10 ％，也較穩(wěn)定。但基礎代謝率并不是機體最低的能量代謝水平，熟睡時能量代謝率可進一步下降 10 ％。基礎代謝率通常以每小時每平方米體表面積產(chǎn)生的熱量為單位，通常用 kJ ／㎡· h 表示。基礎代謝率隨性別年齡等不同而有生理變動。其它情況相同時，男子的基礎代謝高于女子，幼年高于成人，且年齡越大代謝率越低。一般用，實際測得的基礎代謝率的值與正常平均值比較相差在± 15 ％以內(nèi)屬于正常。甲狀腺功能低下時基礎代謝率比正常值下降 20 ％～ 40 ％；甲狀腺功能亢進時基礎代謝比正常值高 25 ％～ 80 ％。

( 四 ) 產(chǎn)熱與散熱

1 ．產(chǎn)熱：機體的熱量來自體內(nèi)各組織器官所進行的氧化分解反應。安靜狀態(tài)時主要產(chǎn)熱部位是內(nèi)臟器官，約占機體總產(chǎn)熱量 56 ％，其中肝臟產(chǎn)熱量最大。運動時產(chǎn)熱的主要器官是骨骼肌，其產(chǎn)熱量可達機體總產(chǎn)熱量的 90 ％。機體主要通過下列方式來增加產(chǎn)熱以維持體溫： (1) 基礎代謝產(chǎn)熱：機體即使處于基礎狀態(tài)下，因其細胞數(shù)量巨大，產(chǎn)熱量仍是相當大的； (2) 食物的特殊動力效應產(chǎn)熱：進食可使機體產(chǎn)熱增加； (3) 肌肉活動產(chǎn)熱：骨骼肌隨意運動可導致代謝明顯增加，機體產(chǎn)熱量顯著增加。此外，機體在寒冷的環(huán)境中可通過戰(zhàn)栗產(chǎn)熱。機體受到寒冷刺激時，最初骨骼肌肌緊張增高，稱為寒戰(zhàn)前肌緊張，此時產(chǎn)熱量便有所增加。寒冷刺激持續(xù)作用時，骨骼肌將出現(xiàn)寒戰(zhàn)，表現(xiàn)為伸肌和屈肌同時出現(xiàn)不隨意的節(jié)律性收縮。此時骨骼肌不做機械外功。所消耗的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽虼耍畱?zhàn)是機體效率最高的產(chǎn)熱方式。 (4) 非寒戰(zhàn)產(chǎn)熱：寒冷時機體腎上腺素、去甲腎上腺素、甲狀腺激素等分泌增多或交感神經(jīng)興奮，作用于細胞均可引起代謝增強，產(chǎn)熱增多。這部分產(chǎn)熱與肌肉收縮無關(guān)，稱非寒戰(zhàn)產(chǎn)熱。褐色脂肪組織的非寒戰(zhàn)產(chǎn)熱最大，約占 70 ％。褐色脂肪細胞中含大量線粒體，這些細胞接受交感神經(jīng)支配，阻斷交感神經(jīng)節(jié)可抑制非寒戰(zhàn)性產(chǎn)熱。新生兒的褐色脂肪組織較多，代謝增強時可使產(chǎn)熱量增加 1 倍。由于新生兒無明顯的寒戰(zhàn)反應，故非寒戰(zhàn)產(chǎn)熱對新生兒保溫有特殊意義。成年人的褐色脂肪組織較少，只能使產(chǎn)熱增加 10 ％～ 15 ％。此外，寒冷使甲狀腺激素分泌增多的效應發(fā)生較慢，通常需經(jīng)數(shù)周后甲狀腺激素分泌量才增加 2 倍以上，使代謝率增加 20 ％～ 30 ％。

2 ．散熱：人體的主要散熱部位是體表皮膚。當環(huán)境溫度低于皮膚溫度時，大部分 (70 ％左右 ) 體熱通過皮膚的輻射、傳導、對流、蒸發(fā)散發(fā)到外界環(huán)境中去；小部分熱量隨呼吸、排尿、排糞散失。散熱方式： (1) 輻射散熱：是指體熱以紅外線熱射線的形式傳給外界較冷物體。安靜時的輻射散熱量約占散熱量的 60 ％，是機體散熱的主要方式。當皮膚與環(huán)境溫差越大，輻射面積越大時，散熱就越多；反之則少。如果環(huán)境溫度高于皮膚溫度，則機體不僅不能以輻射方式有效散熱，反面會吸收周圍物體的輻射熱。 (2) 傳導散熱：是指體熱直接傳給同它接觸的較冷物體。人體脂肪是不良導熱體，因此，肥胖者和女性由機體深部向體表的傳導散熱較少。有研究顯示，皮下脂肪層每增厚 1mm ，可使人體增強耐寒 1 ～ 1 ． 5 ℃ 。新生兒皮下脂肪薄，體熱易于散失，應注意保暖。水的導熱性能好，故臨床上常利用冰袋、冰帽為高熱病人降溫。 (3) 對流散熱：通過冷熱空氣的對流，使體熱得以散發(fā)。對流散熱量受風速影響極大，風速越大，對流散熱量越多，反之對流散熱減少。選用蓬松的棉、毛制品作為御寒衣服，是因為這些用品導熱性能低，纖維間空氣多，而且不易流動，能減少傳導和對流散熱，從而起保暖作用。 (4) 蒸發(fā)散熱：是指利用水分從體表在汽化時吸收熱量而散發(fā)體熱的方式。每 1g 水蒸發(fā)可帶走 2 ． 34kJ 的熱量 ( 水的汽化熱 ) 。當皮膚溫度等于或低于環(huán)境溫度時，輻射、傳導、對流散熱停止，蒸發(fā)便成為機體唯一的散熱方式。臨床上用酒精給高熱病人擦浴，可增加蒸發(fā)散熱起降溫作用。蒸發(fā)散熱可分為兩種：①不感蒸發(fā)，又稱不顯汗：是指體液的水分直接透過皮膚和粘膜 ( 主要是呼吸道粘膜 ) 表面，在未聚成明顯水滴前就蒸發(fā)掉的一種散熱形式。不感蒸發(fā)與汗腺活動無關(guān)，持續(xù)存在，人體不感蒸發(fā)量約為 1000ml ／ d 。嬰幼兒的不感蒸發(fā)率大于成人，故在缺水時幼兒更易造成嚴重脫水。給病人補液時應當考慮不感蒸發(fā)所丟失的液體量。在炎熱的環(huán)境中若新生兒進水量不足可因蒸發(fā)散熱減少而發(fā)生體溫升高，臨床上稱為 " 脫水熱 " 。②可感蒸發(fā)又稱發(fā)汗：汗腺分泌汗液的活動稱為發(fā)汗。由于汗液在皮膚表面以上明顯的汗滴形式而蒸發(fā)散熱。人體在安靜狀態(tài)下當環(huán)境溫度達到 30 ℃ 左右時便開始發(fā)汗。在一定范圍內(nèi)勞動強度越大，氣溫越高，則出汗越多。環(huán)境濕度大時，汗液不易蒸發(fā)，體熱不易散失、出汗增多。風速大時，有利于蒸發(fā)散熱而使發(fā)汗減少。對在高溫、高濕度和通風條件差的環(huán)境中工作的人類要特別注意防暑降溫工作。