熱力學(xué)第一定律
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(xué)能)互相轉(zhuǎn)化的一般規(guī)律，也就是能量守恒定律。機(jī)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(jī)體所利用的蘊(yùn)藏于食物中的化學(xué)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(jī)體所消耗的食物，或者測定機(jī)體所產(chǎn)生的熱量與所做的外功，都可測算出整個機(jī)體的能量代謝率（單位時間內(nèi)所消耗的能量)。
測定整個機(jī)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。
直接測熱法
直接測熱法（directcalormetry)是測定整個機(jī)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(jī)械功)折算為熱量一并計(jì)入。它是由隔熱密封的房間，其中設(shè)一個銅制的受試者居室。醫(yī)學(xué)全在,線bhskgw.cn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(jī)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(dāng)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(jì)算時也要加進(jìn)去。受試者呼吸的空氣由進(jìn)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(bǔ)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。
間接測熱法
在一般化學(xué)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(xué)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(xué)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(jì)算出該段時間內(nèi)整個機(jī)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。 采集者退散食物的熱價應(yīng)用彈式熱量計(jì)，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，并同這三水生物的新陳代謝類物質(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（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(zhì)的生物熱價則小于它的物理熱價。因?yàn)榈鞍踪|(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。
呼吸商機(jī)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(jī)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(zhì)在細(xì)胞內(nèi)氧化供能屬于細(xì)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(yán)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?yàn)樵谕粶囟群蜌鈮簵l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(jì)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?yàn)楦鞣N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(xué)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(xué)反應(yīng)式計(jì)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(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(yuǎn)較碳和氫少。
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