生理學:第一節(jié)　能量代謝

新陳代謝是機體生命活動的基本特征，新陳代謝包括物質(zhì)代謝與相傳伴的能量代謝，簡稱代謝。

糖、脂肪、蛋白質(zhì)三種營養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)消化轉(zhuǎn)變成為可吸收的小分子營養(yǎng)物質(zhì)而被吸收入血。在細胞中，這些營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過同化作用（合成代謝)，構(gòu)筑機體的組成成分或更新衰老的組織；同時經(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、不可分割的兩個側(cè)面。

在分解代謝過程中，營養(yǎng)物質(zhì)蘊藏的化學能便釋放出來。這些化學能經(jīng)過轉(zhuǎn)化，便成了機體各種生命活動的能源，所以說分解是代謝的放能反應(yīng)。而在合成代謝過程中，需要供給能量，因此是吸能反應(yīng)。可見，在物質(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（energy metabolism)。

機體所需的能量來源于食物中的糖、脂肪和蛋白質(zhì)。這些能源物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中的碳氫鍵蘊藏著化學能，在氧化過程中碳氫鍵斷裂，生成CO₂和 H₂O，同時釋放出蘊藏的能。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%則以高能磷酸鍵的形式貯存于體內(nèi)，供機體利用。體內(nèi)最主要的高能磷酸鍵化學物是三磷酸腺苷（ATP)。此外，還可有高能硫酯鍵等。機體利用ATP去合成各種細胞組成分子、各種生物活性物質(zhì)和其他一些物質(zhì)；細胞利用ATP去進行各種離子和其它一些物質(zhì)的主動轉(zhuǎn)運，維持細胞兩側(cè)離子濃度差所形成的勢能；肌肉還可利用ATP所載荷的自由能進行收縮和舒張，完成多種機械功。總的看來，除骨骼肌運動時所完成的機械功（外功)以外，其余的能量最后都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮�。例如心肌收縮所產(chǎn)生的勢能（動脈血壓)與動能（血液流速)，均于血液在血管內(nèi)流動過程中，因克服血流內(nèi)、外所產(chǎn)生的阻力而轉(zhuǎn)化為熱能。在人體內(nèi)，熱能是最“低級”形式的能，熱能不能轉(zhuǎn)化為其它形式的能，不能用來作功。

本節(jié)主要敘述整個機體的能量代謝測定的原理與方法，基礎(chǔ)代謝以及機體在某些狀態(tài)下的代謝等問題，不涉及能量代謝的各個方面。

通用的法定計量的熱量單位為焦耳（Joules.J)。過去熱量單位是卡或千卡，1卡=4.187焦耳，1千卡=4.187千焦耳（kJ)。1焦耳/s為1瓦特。

一、能量代謝測定的原理和方法

熱力學第一定律指出：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，也不減少。這是所有形式的能量（動能、熱能、電能入化學能)互相轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化過程中，機體所利用的蘊藏于食物中的化學能與最終轉(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，測定在一定時間內(nèi)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(nèi)所消耗的能量)。

測定整個機體單位時間內(nèi)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。

（一)直接測熱法

直接測熱法（direct calormetry)是測定整個機體在單位時間內(nèi)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(nèi)做一定的外功，應(yīng)將外功（機械功)折算為熱量一并計入。圖7-1是本世紀初Arwater-Benedict所設(shè)計的呼吸熱量計的結(jié)構(gòu)模式圖。它是由隔熱密封的房間，其中設(shè)一個銅制的受試者居室。用調(diào)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(nèi)的溫度相等，以防居室內(nèi)的熱量因傳導(dǎo)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(nèi)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(nèi)，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)（參看第二節(jié))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(shè)備復(fù)雜，操作繁鎖，使用不便，因而極少應(yīng)用。一般都采用間接測熱法。

圖7-1 直接測熱裝置示意圖

（二)間接測熱法

在一般化學反應(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，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(yīng)式表明了這種關(guān)系：

C₆H₁₂O₆+60₂→6CO₂+6H₂0+△H

同一種化學反應(yīng)，不論經(jīng)過什么樣的中間步驟，也不論反應(yīng)條件差異多大，這種定比關(guān)系仍然不變。例如，在人本內(nèi)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(yīng)的這種基本規(guī)律也見于人體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)氧化供能的反應(yīng)（蛋白質(zhì)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(guān)系，查出一定時間內(nèi)整個人體中氧化分解的糖、脂肪、蛋白質(zhì)各有多少，然后據(jù)此計算出該段時間內(nèi)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(zhì)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(zhì)各氧化了多少。

食物的熱價應(yīng)用彈式熱量計，在體外測定了一定量的的糖、脂肪和蛋白質(zhì)燃燒時所釋放的熱量，并同這三類物質(zhì)在動物體內(nèi)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(nèi)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（thermalequivalent of food)。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(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的緣故。三種營養(yǎng)物質(zhì)在物理熱價和生物熱價見表演7-1。

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(zhì)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(nèi)機體的CO₂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，因而雙將各種營養(yǎng)物質(zhì)氧化時的CO₂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(yīng)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(zhì)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(zhì)無論在體內(nèi)或體外氧化，它們的耗氧量與CO₂產(chǎn)量都取決于各該物質(zhì)的化學組成，所以，在理論上任何一種營養(yǎng)物質(zhì)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(yīng)式計算出來的。

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(yīng)該等于1。如上述葡萄糖氧化的反應(yīng)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(jié)構(gòu)中，氧的含量遠較碳和氫少。因此，另外提供的氧不僅要用氧化脂肪分子中的碳，還要用來氧化其中的氫。所以脂肪的呼吸商將小于1�，F(xiàn)以甘油三酸酯（triolein)為例：

RQ＝57molC0₂/80mol0₂＝0.71

蛋白質(zhì)的呼吸商較難測算，因為蛋白質(zhì)在體內(nèi)不能完全氧化，而且它氧化分解途徑的細節(jié)，有些還不夠清楚，所以只能通過蛋白質(zhì)分子中的碳和氫被氧化時勢需氧量和C0₂產(chǎn)量，間接算出蛋白質(zhì)的呼吸商，其計算值為0.80。

在人的日常生活中，營養(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，呼吸商常變動于0.71-1.00之間。人體在特定時間內(nèi)的呼吸產(chǎn)要看哪種營養(yǎng)物質(zhì)是當時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。在長期病理性饑餓情況下，能源主要來自機體本身的蛋白質(zhì)和脂肪，則呼吸商接近于0.80。一般情況下，攝取混合食物時，呼吸商常在0.85左右。

現(xiàn)將糖、脂肪和蛋白質(zhì)三者的熱價、氧熱窬及呼吸商等數(shù)據(jù)列于表7-1，以供理解和測算能量代謝率之用。

表7-1 三種營養(yǎng)物質(zhì)氧化時的幾種數(shù)據(jù)

*營養(yǎng)學通常采用概數(shù)來計算食物的熱價

影響呼吸商的其它因素：

機體的組織、細胞 不僅能同時氧化分解各種營養(yǎng)物質(zhì)，而且也使一種營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N營養(yǎng)物質(zhì)。糖的轉(zhuǎn)化為脂肪時，呼吸商可能變大，甚至超過1.00。這是由于當一部分糖轉(zhuǎn)化為脂肪時，原來糖分子中的氧即有剩余，這些氧可能參加機體代謝過程中氧化反應(yīng)，相應(yīng)地減少了從外界攝取的氧量，因而呼吸商變大。反過來，如果脂肪轉(zhuǎn)化為糖，呼吸商也可能低于0.71。這是由于脂肪分子中含氧比例小，當轉(zhuǎn)化為糖時，需要更多的氧進入分子結(jié)構(gòu)，因而機體攝取并消耗外界氧的量增多，結(jié)果呼吸商變小。另外，還有其它一些代謝反應(yīng)也能影響呼吸商。例如，肌肉劇烈運動時，由于氧供不應(yīng)求，糖酵解增多，將有大量乳酸進入血液。乳酸和碳酸鹽作用的結(jié)果，會有大量由肺肺排出，此時呼吸商將變大。又如，肺過度通氣、酸中毒等情況下，機體中與生物氧化無關(guān)的CO₂大量排出，也可現(xiàn)呼吸大于1.00的情況。相反，肺通氣不足、堿中毒等情況下，呼吸商將降低。

前已述，應(yīng)該測出在一定時間內(nèi)機體中糖、脂肪和蛋白質(zhì)三者氧化分解的比例。為此。首先必須查清氧化了多少蛋白質(zhì)，并且將氧化這些蛋白質(zhì)所消耗的氧量和所產(chǎn)生的CO₂從機體在該時間內(nèi)的總耗氧量和總CO₂產(chǎn)量中減去，算出糖和脂肪氧化（非蛋白質(zhì)代謝)的CO₂產(chǎn)量和耗氧量的比值，即非蛋白呼吸商（non-proteinrespiratory quotient,NPRQ)，然后才有可能進一步查清糖和脂肪各氧化了多少克。

尿氮測定 尿中的氮物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)的分解產(chǎn)物。因此可以通過尿氮來估算體內(nèi)被氧化的蛋白質(zhì)的數(shù)量。蛋白質(zhì)的平均重量組成是：C50%，O₂23%，N16%，S1%。蛋白質(zhì)中16%的N是完全隨尿排出的。所以，1g 尿氮相當于氧分解6.25g蛋白質(zhì)，測得的尿氮重量（g)乘以6.25，便相當于體內(nèi)氧分解的蛋白質(zhì)量。

非蛋白呼吸商 它是估算非蛋白代謝中糖和脂肪氧化的相對數(shù)量的依據(jù)。研究工作者早已按從0.707到1.00范圍內(nèi)的非蛋白呼吸產(chǎn)，算出糖和脂肪兩者氧化的各自百分比以及氧熱價（表7-2)。

表7-2 非蛋白呼吸商和氧熱價

Lusk修訂

間接測熱法計算原則 實驗測得的機體24小時內(nèi)的耗氧量和CO₂產(chǎn)量以及尿氮量，根據(jù)表7-1和7-2中相應(yīng)的一些數(shù)據(jù)計算。首先，由尿氮量算出被氧分解的蛋白質(zhì)量。由被氧化的蛋白質(zhì)量從表7-1中算出其產(chǎn)熱量、耗氧量和CO₂產(chǎn)量；其次從總耗氧量和總CO₂產(chǎn)量中減去蛋白質(zhì)耗氧量和CO₂產(chǎn)量，計算出非蛋白呼吸商。根據(jù)非蛋白呼吸商查表7-2的相應(yīng)的非蛋白呼吸商的氧熱價，計算出非蛋白代謝的產(chǎn)熱量；最后，24小時產(chǎn)熱量為蛋白質(zhì)代謝的產(chǎn)熱量與非蛋白代謝的產(chǎn)熱量之和。此外，從非蛋白呼吸還可推算出參加代謝的糖和脂肪的比例。

間接測熱法的計算方法舉例

首先測定受試者一定時間內(nèi)的耗氧量和CO₂產(chǎn)量，假定受試者24小時的耗氧量為400L，CO₂產(chǎn)量為340L（已換算成標準狀態(tài)的氣體容積)。另經(jīng)測定尿氮排出量為12g。根據(jù)這些數(shù)據(jù)和查表7-1、7-2，計算24小時產(chǎn)熱量，其步驟如下：（1)蛋白質(zhì)氧化量=12×6.25=7g

產(chǎn)熱量=18×75=1350kJ

耗氧量=0.95×75=71.25L

CO₂產(chǎn)量=0.76×75=57L

（2)非蛋白呼吸商

非蛋白代謝耗氧量=400-71.25=328.75L

非蛋白代謝CO₂產(chǎn)量=340-57=283L

非蛋白呼吸商=283/328.75=0.86

(3)根據(jù)非蛋白呼吸商的氧熱價計算非蛋白代謝的熱量

查表7-2,非蛋白呼吸商為0.86時,氧熱價為20.41。所以，非蛋白代謝產(chǎn)熱量=328.75×20.41=6709.8kj 。

（4)計算24小時產(chǎn)熱量

24小時產(chǎn)熱量=1350+6709.8=8059.8kJ

（蛋白質(zhì)代（非蛋白代謝產(chǎn)熱量)謝產(chǎn)熱量)

計算的最后數(shù)值8059.8kJ就是該受試者24小時內(nèi)的能量代謝率

耗氧量與CO₂產(chǎn)量的測定方法及臨床應(yīng)用測定耗氧量和CO₂產(chǎn)量的方法有兩種：閉合式測定法和開放式測定法。

（1)閉合式測定法：在動物實驗中，將受試動物置于一個密閉的能吸熱的裝置中。通過氣泵，不斷將定量的氧氣送入裝置。動物不斷地攝取氧，可根據(jù)裝置中氧量的減少計算出該動物在單位時間內(nèi)的耗氧量。動物呼出的CO₂則由裝在氣體回路中的CO₂吸收劑吸收。然后根據(jù)實驗前后CO₂吸收劑的重量差，算出單位時間內(nèi)的CO₂產(chǎn)量。由耗氧量和CO₂產(chǎn)量算出呼吸商。

臨床上為了簡便，通常只使用肺量計（圖7-2)來測量耗氧量。該裝置的氣體中容器中裝置氧氣，受試者通過呼吸口瓣將氧氣吸入呼吸器官。此時氣體容器的上蓋隨吸氣而下降，并由連于上蓋的描筆記錄在記錄紙上。根據(jù)記錄紙上的方格還可讀出潮氣量值。受試者的呼出氣則通過吸收容器（呼出氣中的CO₂和水可除除掉)進入氣體容器中，于是氣體容器的上蓋又復(fù)升高，描筆也了隨之升高。由于受試者攝取了一定量的氧氣，呼出氣中CO₂又被除掉，氣體容器中的氧氣量因而逐漸減少。描筆則記錄出曲線逐漸下降的過程。在一定時間內(nèi)（通常為6min)，描筆的總下降高度，就是該時間內(nèi)的耗氧量。

圖7-2 肺量計結(jié)構(gòu)模式圖

（2)開放式測定法（氣體分析法)：它是在機體呼吸空氣的條件下測定耗氧量和CO₂產(chǎn)量的方法，所以稱為開放法。其原理是，采集受試者一定時間內(nèi)的呼出氣，測定呼出氣量并分析呼出氣中氧和CO₂的容積百分比。由于吸入氣就是空氣，所以其中氧和CO₂的容積百分比不必另測。根據(jù)吸入氣和呼出氣中氧和CO₂的容積百分比的差數(shù)，可算出該時間內(nèi)的耗氧量和CO₂排出量。

氣體分析方法很多，最簡便而又廣泛應(yīng)用的方法，是將受試者在一定時間內(nèi)呼出氣采集于氣袋中，通過氣量計測定呼氣量，然后用氣體分析器分析呼出氣的組成成分，進而計算耗氧量和CO₂產(chǎn)量，并算出呼吸商。

現(xiàn)舉出一個氣體分析實驗例。

現(xiàn)某健康成人安靜狀態(tài)下的呼出氣作氣體分析，結(jié)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(nèi)的耗氧量和CO₂產(chǎn)量，并求出呼吸商，并且不考慮蛋白質(zhì)代謝部分，就根據(jù)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(nèi)的產(chǎn)熱量。仍以上述間接測熱法計算方法列舉的例子為數(shù)據(jù)（見前)，按此簡略法來計算，則結(jié)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(chǎn)熱量=20.36×400=8144kJ。

這個數(shù)值與按完整的間接法計算得出的數(shù)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(nèi)，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(nèi)（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(nèi)的耗氧量后，使可依下式來計算：

產(chǎn)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www.med126.com溫度等。

（一)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(zhì)的氧化，導(dǎo)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(guān)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(nèi)機體的產(chǎn)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

■［此處缺少一些內(nèi)容］■

由于隨之出現(xiàn)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(chǎn)熱量可以顯著增加。因此，在測定基礎(chǔ)代謝率時，受試者必須摒除精神緊張的影響。

（三)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(chǎn)生的熱量要多。例如攝入能產(chǎn)100kJ熱量的蛋白質(zhì)后，人體實際產(chǎn)熱量為130kJ，額外多產(chǎn)生了30kJ熱量，表明進食蛋白質(zhì)后，機體產(chǎn)熱量超過了蛋白質(zhì)氧化后產(chǎn)熱量的30%。食物能使機體產(chǎn)生“額外”熱量的現(xiàn)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(chǎn)熱量的4%-6%，即進食能產(chǎn)100kJ熱量的糖類或脂肪后，機體產(chǎn)熱量為104-106kJ。而混合食物可使產(chǎn)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(nèi)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(xiàn)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(nèi)，可出現(xiàn)與經(jīng)口給予相同的代謝率增值現(xiàn)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(zhì)分解產(chǎn)物時“額外”消耗的能量。因此，有人認為肝在接脫氨基反應(yīng)中消耗了能量可能是“額外”熱量產(chǎn)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(jié)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(nèi)化學過程的反應(yīng)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(chǔ)代謝

基礎(chǔ)代謝（basal metabolism)是指基礎(chǔ)狀態(tài)下的能量代謝�；�礎(chǔ)代謝率（basal metabolic rate,BMR)是指單位時間內(nèi)的基礎(chǔ)代謝，即在基礎(chǔ)狀態(tài)下，單位時間內(nèi)的能量代謝。所謂基礎(chǔ)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(chǔ)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(yīng)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(yīng)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�；�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(chǔ)代謝率以每小時，每平方米體表面積的產(chǎn)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(chǎn)熱量來表示，是因為基礎(chǔ)代謝率的高低與體重并不成比例關(guān)系，而與體表面積基本上成正比。

表7-4 人體產(chǎn)熱量和體表面積的關(guān)系

若以每公斤體重的產(chǎn)熱量進行比較，則小動物每公斤體重的產(chǎn)熱量要比大動物高得多。若以每平方米體表面積的產(chǎn)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(chǎn)熱量很相近。在人體上測定的結(jié)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(guān)關(guān)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(jīng)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(shù)。

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(shù)。我國人的體表面積可根據(jù)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(jù)圖7-3直接求出。其用法是，將受試者的身高和體重在相應(yīng)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(guān)系。]

通常采用前述簡略法來測定和計算基礎(chǔ)代謝率。下面舉一實例供參考。

某受試者，男性，20歲。在基礎(chǔ)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(chǎn)熱量為：

20.20×15=303kJ

此人的體表面積為1.5m²,從而1h內(nèi)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(chǔ)代謝率為157.8kJ/m²·h，所以此人超出正常值的數(shù)字為（201.8-157.8)=44.0，超出正常值的百分數(shù)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(jié)果表明，基礎(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(fù)測定的結(jié)果基本上無差異。這就反映了正常人的基礎(chǔ)代謝率是相當穩(wěn)定的。

關(guān)于我國正常人基礎(chǔ)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(chǔ)代謝率的實際數(shù)值現(xiàn)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)。當相差之數(shù)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(chǔ)代謝率異常變化。甲狀腺功能低下時，基礎(chǔ)代謝率將比正常值低20%-40bhskgw.cn/yishi/%；甲狀腺功能亢進時的基礎(chǔ)代謝率將比正常值高出25%-80%（圖7-4)。因此，基礎(chǔ)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(zhì)和垂體的功能低下時，基礎(chǔ)代謝率也要降低。

表7-5 我國人正常的基礎(chǔ)代謝率平均值（kJ/m²·h)

年齡　11-15　16-17　18-19　20-30　31-40　41-50　51　以上

男性　195.5　193.4　166.2　157.8　158.7　154.1　149.1

女性　172.5　181.7　154.1　146.4　142.4　142.4　138.6

當人體發(fā)熱時，基礎(chǔ)代謝率將升高。一般說來，體溫每升高1℃，基礎(chǔ)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(chǔ)代謝率升高。當機體處于病理性饑餓時，基礎(chǔ)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(chǔ)代謝率降低。

圖7－4　甲狀腺疾病患者的基礎(chǔ)代謝與正常人基礎(chǔ)代謝的比較

縱坐標表示受檢人數(shù)；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%