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影响人体能量代谢的因素
 
来源:生理学教材  编辑:xjh  2016-04-11

人体的新陈代谢是指机体与周围环境之间不断进行着物质交换和能量交换的过程,进行生长、发育、生殖等一系列的生理活动。新陈代谢包括合成代谢和分解代谢两个方面。人体从外界环境中摄取营养物质,通过消化、吸收、在体内进行一系列化学变化,转化为机体自身的物质,叫做合成代谢。另一方面,机体把自身的物质进行分解,转化为代谢废物排出体外,叫做分解代谢。

在物质的新陈代谢过程中,总是伴随着能量的释放、转移和利用,称为有量代谢。一般来说,合成代谢是吸收能的过程,分解代谢是释放能的过程。蕴藏在糖、脂肪、蛋白质等分子内的能量,在分解代谢过程中可释放出来,供机体利用。人体内的新陈代谢是以蛋白质为中心的各种物质的代谢,如果新陈代谢一停止,生命就失去了存在的基本条件。   

糖、脂肪、蛋白质三种营养物质,经消化转变成为可吸收的小分子营养物质而被吸收入进入血液。在细胞中,这些营养物质经过同化作用(合成代谢),构筑机体的组成成分或更新衰老的组织;同时经过异化作用(分解代谢)分解为代谢产物。合成代谢和分解代谢是物质代谢过程中互相联系的、不可分割的两个侧面。

在分解代谢过程中,营养物质蕴藏的化学能便释放出来。这些化学能经过转化,便成了机体各种生命活动的能源,所以说分解是代谢的放能反应。而在合成代谢过程中,需要供给能量,因此是吸能反应。可见,在物质代谢过程中,物质的变化与能量的代谢是紧密联系着的。生物体内物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用等,称为能量代谢。

机体所需的能量来源于食物中的糖、脂肪和蛋白质。这些能源物质分子结构中的碳氢键蕴藏着化学能,在氧化过程中碳氢键断裂,生成CO2和 H2O,同时释放出蕴藏的能。这些能量的50%以上迅速转化为热能,用于维持体温,并向体外散发。其余不足50%则以高能磷酸键的形式贮存于体内,供机体利用。体内最主要的高能磷酸键化学物是三磷酸腺苷( ATP)。此外,还可有高能硫酯键等。机体利用ATP去合成各种细胞组成分子、各种生物活性物质和其他一些物质;细胞利用ATP去进行各种离子和其它一些物质的主动转运,维持细胞两侧离子浓度差所形成的势能;肌肉还可利用ATP所载荷的自由能进行收缩和舒张,完成多种机械功。总的看来,除骨骼肌运动时所完成的机械功(外功)以外,其余的能量最后都转变为热能。例如心肌收缩所产生的势能(动脉血压)与动能(血液流速),均于血液在血管内流动过程中,因克服血流内、外所产生的阻力而转化为热能。在人体内,热能是最“低级”形式的能,热能不能转化为其它形式的能,不能用来作功。

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,耗氧量最多可达安静时的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。从下表可以看出劳动强度或运动时的能量代谢率的增长情况。

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。

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。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。

而内分泌系统是由内分泌腺和分解存在于某些组织器官中的内分泌细胞组成的一个体内信息传递系统,它与神经系统密切联系,相互配合,共同调节机体的各种功能活动,维持内环境相对稳定。 内分泌系统是由胚胎中胚层和内胚层发育成的细胞或细腻群(即内分泌腺体)。它们分泌微量化学物质—激素—通过血液循环到达靶细胞,与相应的受体相结合,影响代谢过程而发挥其广泛的全身性作用。内分泌系统与由外胚层发育分化的神经系统相配合,维持机体内环境的平衡、为了保持平衡的稳定,内分泌系统间有一套完整的互相制约,互相影响和较复杂的正负反馈系统。使在外条件有不同变化时,与神经系统共同使内环境仍能保持稳定,这是维持生命和保持种族延续的必要条件。任何一种内分泌细胞的功能失常所致的一种激素分泌过多或缺乏,均可引起相应的病理生理变化。

内分泌系统与神经系统一样,是机体的生物信息传递系统,但两者的信息传递形式有所不同。神经信息在神经纤维上传输时,以电信号为信息的携带者,在突触或神经-效应器接头外处,电信号要转变为化学信号,而内分泌系统的信息只是把化学的形式,即依靠激素在细胞与细胞之间进入信息传递。不论是哪种激素,它只能对靶细胞的生理化过程起加强或减弱的作用,调节其功能活动。例如,生长素促进生长发育,甲状腺激素增强代谢过程,胰岛素降低血糖等。在这些作用中,激素既不能添加成分,也不能提供能量,仅仅起着“信使”的作用,将生物信息传递给靶组织,发挥增强或减弱靶细胞内原有的生理化生化近程的作用。

来源参考:
《生理学第二版》,姚泰,人民卫生出版社,p311-312
http://www.bdxx.net/kx/kexue-2/zutiweb/zu34/001/013.htm


 



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