人体的能量代谢 |
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| http://www.jk21.com 能量代谢 2007年3月26日编缉 |
人活着要不断地从外界摄取营养物质，在体内经过分解，将其中蕴藏的化学能释放出来，转化成能为组织、细胞直接利用的能源；人体利用这些能源维持各种生命活动，如自身结构的合成、呼吸、心跳、肌肉运动等。人体内这种能量的释放、转移和利用过程称为能量代谢。
1 机体能量的来源和去路
与绿色植物不同，人体不能直的光能，更不能利用外部的电能、机械能。人体唯一能够利用的是食物中所蕴藏的化学能。食物中的糖(主要是淀粉)、脂肪和蛋白质是机体能量的来源。糖是人体的主要供能物质。我国人所摄取的食物中，糖一般占机体所需能量的70％以上。多糖在消化道内一般被分解为单糖后吸收入血，例如淀粉被分解为葡萄糖，在体内随着供氧情况的不同，糖分解供能的途径也不同。在氧供应充分时，葡萄糖可完全氧化分解成CO2和H2O，释放大量能量，这种分解供能的途径称为糖的有氧氧化；在氧供应不足时，葡萄糖只分解到乳酸阶段，释放的能量很少。这种供能途径称为葡萄糖的无氧酵解。在一般生理情况下，绝大多数组织有足够的氧气供应，能够通过糖的有氧氧化获得能量。但在某些情况下，如进行剧烈运动时，骨路肌的耗氧量猛增，此时呼吸与循环功能虽大幅度增强，仍不能满足需要。因此，骨路肌处于相对缺氧状态，它主要是依赖糖酵解来提供能量。脂肪(亦称中性脂肪或甘油三酯)是体内主要的贮能物质，通常贮存于皮下组织、内脏器官周围、肠系膜等处。贮存的脂肪在需要时可迅速分解成甘油和脂肪酸，经血液输送到各种组织以供利用。脂肪供能的特点是氧化时释放的能量多。1g脂肪在体内氧化时所释放的能量约为1g糖或蛋白质氧化时释放能量的2倍。食物氧化时释放能量的多少可用食物的卡价来表示。食物的卡价是指1g食物氧化时所释放出来的能量的仟卡数(表1)。它又分为物理卡价和生物卡价。前者指食物在体外燃烧时释放的热量，后者是指在体内氧化时所产生的热能。糖和脂肪在体外燃烧与在体内氧化时释放的能量相等，故它们的物理卡价等于生物卡价。这是因为它们在体内氧化与在体外燃烧所得终产物相同，都为CO2和H2O。而蛋白质的生物卡价小于其物理卡价，这是因为它在体内不能被彻底氧化分解，有一部分以尿素的形式随尿排出的缘故。在一般情况下，蛋白质分解产物氨基酸主要用于合成自身结构，不作为主要的供能物质。
上述各种物质在体内氧化时所释放能量总量的50％以上迅速转化为热能，参与体温的维持。其余不足50％的能量暂时荷载于三磷酸腺苷(ATP)的高能磷酸键，而后用于各种耗能的生理活动，如各种物质的逆浓度差转运、呼吸、心跳、运动等。总的看来，除骨骼肌运动时所作的外功外，其它生理活动所利用的能量，最终都转化为热能。例如心脏射血、心肌消耗的能量最初转化为血流的动能和血压的势能，随血液在血管内流动克服阻力，最终都转化为热能。
2 能量代谢率的测定
机体的能量代谢率是指单位时间所消耗的能量。要直接测定糖、脂肪和蛋白质在体内氧化时释放的能量是很难的。但根据能量守恒定律，机体消耗的能量应该等于产生的热能和所做的外功之和。若机体在某一段时间内避免做外功，那么所消耗的能量就等于单位时间内产生的热能。由于人的体温是恒定的，因此单位时间的产热量应该等于向外界散发的总热量，所以测定机体在一定时间内散发的总热量，便可知道机体的能量代谢率。
机体在一定时间内的产热量一般是以间接测热法推算出来的。我们知道，每一种食物在氧化过程中消耗的氧量，产生的CO2量及热量之间均有一定的比例，例如1mol的葡萄糖氧化时消耗6molO2，产生6molCO2和一定的热量。我们将某种食物氧化时消耗1LO2所产生的热量称为该食物的氧热价，而将产生的CO2量与耗O2量的比值称为该物质的呼吸商(表1)。
表1 三种营养物质氧化时的几种数据
营养物质 物理卡价
(KCal/g) 生物卡价
(KCal/g) 耗氧量
(L/g) CO2产量
(L/g) 氧热价
(KCal/L) 呼吸商
糖 4.1 4.1 0.83 0.83 5.0 1.00
蛋白质 5.6 4.3 0.95 0.76 4.5 0.80
脂肪 9.5 9.5 2.03 1.43 4.7 0.71
注：按法定计量单位，能量用焦耳(J)表示，1卡(cal)=4.184焦耳(J)，1千卡(KCaL)＝4184焦耳(J)
由表l可知，若机体主要以糖类氧化供能，呼吸商接近于1；若主要氧化脂肪，呼吸商接近于0.71；若主要氧化蛋白质，呼吸商应接近于0.8。在一般情况下，人体摄取的是混合食物，呼吸商常在0.82左右，而此时的氧热价为4.825KCal/L。因此，我们只要测出受试者一段时间内的耗氧量，再乘以4.825，便可得出受试者单位时间的产热量(KCal/h)。例如某受试者24h耗O2量为400L，则其产热量为400×4.825＝l930(KCal/24h)＝80KCal/h。
但考虑到人与人之间身高、体重、胖瘦不同，为了便于比较，能量代谢率一般用每小时，每平方米体表面积的的热量来表示。我国人的体表面积根据下列算式来计算：
体表面积(m2)＝0.0061×身高(cm)十0.0128×体重(kg)-0.1529
例如上述受试者身高170cm，体重70Kg，则其体表面积为1.78m2，其能量代谢率为45KCal/m2/h。
3 影响能量代谢的几个因素
影响能量代谢率最明显的因素是肌肉活动，剧烈运动或劳动时的能量代谢率较静卧时增加许多倍。例如，躺卧时能量代谢率为39.12(KCal／m2／h)，洗衣时为141.72，打蓝球时为347.1。环境温度对能量代谢率也有影响。在20～30℃时，能量代谢率最低，低温环境(10℃以下)下会明显增高，高温环境(30℃以上)下也会增高。精神紧张或情绪激动时能量代谢率也会增高。人在进食后经过1h能量代谢率开始增加并持续7~8h，这种现象称为食物的特殊动力作用。蛋白质食物的特殊动力作用尤为强烈，可使产热量增加30％，糖类和脂肪可使产热量增加4％~6％。
4 基础代谢率
基础代谢率是指人体在基础状态下的能量代谢率。基础状态通常规定为：(1)清晨清醒进食前(即前一日晚餐后12-14h)，排除食物的特殊动力作用；(2)平卧，排除肌肉活动的影响；(3)环境温度在20～25℃之间；(4)安静。
实际测定的结果表明，基础代谢率随性别、年龄不同而有生理变动(表2)。
表2 我国人正常的基础代谢率平均值(KCal／m2/h)
年龄11～15 16～17 18～19 20～30 31～40 41～50 50
男 46.7 46.2 39.7 37.7 37.9 36.8 35.6
女 41.2 43.4 36.8 25.0 35.1 34.0 33.1
一般说来，基础代谢率的实测数值同上述正常平均值比较，相差10％-15％之内的，无论较高或较低，都不属于病态。当相差之数超过±20％时，才有可能是病理变化。例如甲状腺机能低下时基础代谢率比正常值低20％-40％；甲状腺机能亢进时，比正常值高出25％-80％。因此，基础代谢率的测定是临床诊断甲状腺疾病的重要辅助方法。
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