能量代谢(energy metabolism)(能量代谢,直接测热法,间接测热法,呼吸商,基础代谢)

　现举出一个气体分析实验例。

　　现某健康成人安静状态下的呼出气作气体分析，结果为：O₂=16.26%；CO₂=4.14%。呼出气量为1分钟5.2L（通常将呼出气量换算为不含水蒸气的标准状态值；也有换算为被水蒸气饱和的1个大气压、体温状态下的值）。空气的组成是：O₂=20.96%；N=79.00%；CO₂=0.04%。则：
受试者从每100ml通过肺的气体中吸收的氧气为：

　　20.96ml-16.26ml=4.7ml(或每升气体中的47ml)

　　(空气) （呼出气）

　　因为呼出气量为5.2L，则1分钟的耗氧量为：

　　47ml×5.2=244.4ml

　　100ml呼气中的CO₂为：

　　4.14ml-0.04ml=4.1ml(或每升气体中的41ml)

　　 (呼出气) （空气）

　　1分钟CO₂排出量为：

　　41ml×5.2=213.2ml

　　RQ=213.1/244=0.85

　　所得呼吸商为受试者在安静状态下混合膳食代谢的呼吸商。

　　临床上和劳动卫生常采用简略法，即用气体分析法测得一定时间内的耗氧量和CO₂产量，并求出呼吸商，并且不考虑蛋白质代谢部分，就根据非蛋白呼吸商表7-2查出呼吸商的氧热价，然后将氧热价乘以耗氧量，便得出该时间内的产热量。仍以上述间接测热法计算方法列举的例子为数据（见前），按此简略法来计算，则结果如下：

　　呼吸商=340/400=0.85

　　查表7-2，呼吸商0.85时的氧热价为20.36kJ，所以24小时的产热量=20.36×400=8144kJ。

　　这个数值与按完整的间接法计算得出的数值8059.8kJ是很近似的，误差都在1%-2%以下。而且在非蛋白呼吸商从0.70到1.00的范围内，氧热价也过变动于19.6-21.1之间。此法在实际工作中是可用的。

　　另一种更简便的简略法只利用肺量计测出受试者一定时间内（通常为6min）的耗氧量。受试者一般都吃混合膳食，所以通常将非蛋白呼吸商定为0.82，氧热价为20.20kJ。因此，测出一定时间内的耗氧量后，使可依下式来计算：

　　产热量=20.20×耗氧量（kJ）

　　二、影响能量代谢的因素

　　影响能量代谢的因素有肌肉活动、精神活动、食物的特殊动力作用和环境温度等。

　　（一）肌肉活动

　　肌肉活动对能量代谢的影响最为显著。机体任何轻微的活动都可提高代谢率。人在运动或劳动时耗量显著增加，因为肌肉活动需要补给能量，而能量则来自大量营养物质的氧化，导致机体耗氧量的增加。机体耗氧量的增加与肌肉活动的强度呈正比关系，耗氧量最多右达安静时的10-20倍。肌肉活动的强度称为肌肉工作的强度，也就是劳动强度。劳动强度通常用单位时间内机体的产热量来表示，也就是说，可以把能量代谢率作为评估劳动强度的指标。从表7-3可以看出劳动强度或运动时的能量代谢率的增长情况。

表7-3 运动或劳动时的能量代谢率

　　(二)精神活动

　　脑的重量只占体重的2%，但在安静状态下，却有15%左右的循环血量进入脑循环系统，这说明脑组织的代谢水平是很高的。据测定。在安静状态下，100g脑组织的耗氧量为3.5ml/min（氧化的葡萄糖量为4.5mg/min），此值接近安静肌肉组织耗氧量的20倍，脑组织的代谢率虽然如此之高，但据测定，在睡眠中和在活跃的精神活动情况下，脑中葡萄糖的代谢率却几乎没有差异。可见，在精神活动中，中枢神经系统本身的代谢率即使有些增强，其程度也是可以忽略的。

　　人在平静地思考问题时，能量代谢受到的影响并不大，产热量增加一般不超过4%。但在精神处于紧张状态，如烦恼、恐惧或强烈情绪激动时，由于随之出现的无意识的肌紧张以及刺激代谢的激素释放增多等原因，产热量可以显著增加。因此，在测定基础代谢率时，受试者必须摒除精神紧张的影响。

　　（三）食物的特殊动力作用

　　在安静状态下摄入食物后，人体释放的热量比摄入的食物本身氧化后所产生的热量要多。例如摄入能产100kJ热量的蛋白质后，人体实际产热量为130kJ，额外多产生了30kJ热量，表明进食蛋白质后，机体产热量超过了蛋白质氧化后产热量的30%。食物能使机体产生“额外”热量的现象称为食物的特殊动力作用（specific dynamic action）。糖类或脂肪的食物特殊动力作用为其产热量的4%-6%，即进食能产100kJ热量的糖类或脂肪后，机体产热量为104-106kJ。而混合食物可使产热量增加10%左右。这种额外增加的热量不能被利用来作功，只能用于维持体温。因此，为了补充体内额外的热量消耗，机体必须多进食一些食物补充这份多消耗的能量。

　　食物特殊动力作用的机制尚未完全了解。这种现象在进食后1h左右开始，并延续到7-8h。有人将氨基酸注入静脉内，可出现与经口给予相同的代谢率增值现象，这些事实使人们推想，食后的“额外”热量可能来源于肝处理蛋白质分解产物时“额外”消耗的能量。因此，有人认为肝在接脱氨基反应中消耗了能量可能是“额外”热量产生的原因。

　　（四）环境温度

　　人（裸体或只着薄衣）安静时的能量代谢，在20-30℃的环境中最为稳定。实验证明，当环境温度低于20℃时，代谢率开始有所增加，在10℃以下，代谢率便显著增加。环境温度低时代谢率增加，主要是由于寒冷刺激反射地引起寒战以及肌肉紧张增强所致。在20-30℃时代谢稳定，主要是由于肌肉松驰的结果。当环境温度为30-45℃时，代谢率又会逐渐增加。这可能是因为体内化学过程的反应速度有所增加的缘故，这时还有发汗功能旺盛及呼吸、循环功能增强等因素的作用。

　　三、基础代谢

　　基础代谢（basal metabolism）是指基础状态下的能量代谢。基础代谢率（basal metabolic rate,BMR）是指单位时间内的基础代谢，即在基础状态下，单位时间内的能量代谢。所谓基础状态是指人体处在清醒而又非常安静、不受肌肉活动、环境温度、食物及精神紧张等因素的影响时的状态。测定基础代谢率，要在清晨末进餐以前（即食后12-14h）进行。前一日晚餐最好是清淡菜肴，而且不要吃得太饱，这样，过了12-14h ，胃肠的消化和吸收活动已基本完毕，也排除了食物的特殊动力作用的影响。测定之前不应做剧烈的活动，而且必须静卧半小时以上。测定时平卧，全身肌肉要松驰，尽量排除肌肉活动的影响。这时还应要求受试者排除精神紧张的影响，如摒除焦虑、烦恼、恐惧等心理活动。室温要保持在20-25℃之间，以排除环境温度的影响。基本条件下的代谢率，比一般安静时的代谢率可低些（比清醒安静时低8%-10%）。基础代谢率以每小时，每平方米体表面积的产热量为单位，通常以kJ/m²·h来表示。要用每平方米体表面积而不用每公斤体重的产热量来表示，是因为基础代谢率的高低与体重并不成比例关系，而与体表面积基本上成正比。

表7-4 人体产热量和体表面积的关系

　　若以每公斤体重的产热量进行比较，则小动物每公斤体重的产热量要比大动物高得多。若以每平方米体表面积的产热量进行比较，则不论机体的大小，各种动物每平方米每24小时的产热量很相近。在人体上测定的结果也表明了这一事实（表7-4）。因此，用每平方米体表面积标准来衡量能量代谢是比较合适的。

　　受试者体表面积的测定繁琐而不易进行，鉴于体表面积与身高、体重之间有一定的相关关系，因此，有人对一定的人群作过测定后，从身高、体重推算出体表面计算的经验公式。最基本的是Meeh的算式：

　　S=KW^2/3

　　式中，S为体表面积，W为体重（kg），K为不同种属动物的常数。

　　计算人的体表面积在DuBois的身长体重算式：

　　 S=W^0.425×H^0.725×K

　　式中，S为体表面积（m²），W为体重（kg），H为身长。K为不同人种的常数。我国人的体表面积可根据下列Stevenson算式来计算：

　　体表面积（m²）=0.0061×身长（cm）+0.0128×体重（kg）-0.1529

　　另外，体表面积还可根据图7-3直接求出。其用法是，将受试者的身高和体重在相应两条列线的两点连成一直线，引直线与中间的体表面积列线的交点就是该人的体表面积。有意义的事实是：肺活量、心输出量、主动脉和气管的横截面、肾小球滤过率等都与体表面积有一定的比例关系。]

　　通常采用前述简略法来测定和计算基础代谢率。下面举一实例供参考。

　　某受试者，男性，20岁。在基础状态下，1h的耗氧量为15L。非蛋白呼吸商定为0.82，氧热价为20.20,所以1h的产热量为：
20.20×15=303kJ

　　此人的体表面积为1.5m²,从而1h内每平方米体表面积拉热量，即基本代谢率为：303÷1.5=201.8kJ/m²·h

　　20岁男子的正常基础代谢率为157.8kJ/m²·h，所以此人超出正常值的数字为（201.8-157.8）=44.0，超出正常值的百分数为：

　　44．0×100/157.8%=27.8%

　　 即+27.8%

图7-3 体表面积测算用图

　　实际测定结果表明，基础代谢率随性别、年龄等不同而有生理变化。当甚情况相同时，男子的基础代谢率平均比女子的高；幼年人比成年人的高；年龄越大，代谢率越低，但是，同一个体的基础代谢率，只在测定时的条件完全符合前述的要求，则有不同时日重复测定的结果基本上无差异。这就反映了正常人的基础代谢率是相当稳定的。医学全在线网站www.med126.com

　　关于我国正常人基础代谢率的水平，男女各年龄组的平均值如表7-5所示。

　　一般来说，基础代谢率的实际数值现上述正常的平均值比较，相差±10%-15%之内，无论较高或较低，都不属病态。当相差之数超过20%时，才有可能是病理变化。在各种疾病中，甲状腺功能的改变总是伴有基础代谢率异常变化。甲状腺功能低下时，基础代谢率将比正常值低20%-40%；甲状腺功能亢进时的基础代谢率将比正常值高出25%-80%（图7-4）。因此，基础代谢率的测量是临床诊断甲状腺疾病的重要辅助方法。其它如肾上腺皮质和垂体的功能低下时，基础代谢率也要降低。

表7-5 我国人正常的基础代谢率平均值（kJ/m²·h）

　　当人体发热时，基础代谢率将升高。一般说来，体温每升高1℃，基础代谢率可升高13%。其它如糖尿病、红细胞增多症、白血病以及伴有呼吸困难的心脏病等，也伴有基础代谢率升高。当机体处于病理性饥饿时，基础代谢率将降低。其他如阿狄森病、肾病综合症以及垂体肥胖症也常伴有基础代谢率降低。

图7－4　甲状腺疾病患者的基础代谢与正常人基础代谢的比较

纵坐标表示受检人数；横坐标的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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