【课前思考】
1.影响能量代谢的因素。
2.基础代谢的概念。
3.机体产热与散热的方式与体温调节的机理。
【本章重点】
1.影响能量代谢的因素。
2.机体产热与散热的方式与体温调节的机理。
【教学要求】
1.掌握食物的热价、氧热价、呼吸商、基础代谢的含义。
2.掌握影响能量代谢的因素。
3.熟悉机体的产热过程、散热过程和体温的调节。
在生命活动过程中，营养物质被不断吸收入血液，在细胞中经过同化作用（合成代谢）构成机体的组成成分；同时，细胞也不断地分解营养物质和机体的组成成分（异化作用）以获取能量和进行组织更新。这就是新陈代谢。新陈代谢包括合成代谢和分解代谢两大范畴。
在物质代谢过程中，分解代谢时，营养物质分子中蕴藏的化学能便释放出来，转化为机体的能源，分解代谢是放能反应；在合成代谢时，需要提供能量用于物质的合成，合成代谢是吸能反应。在这种物质代谢过程中伴随的能量的转移称为能量代谢，两者是新陈代谢不可分割的两个方面，它们遵循物质不灭和能量守恒定律。
本章将重点从整体角度讨论能量代谢（即能量收支）和体温调节两个问题。
第一节 能量代谢
能量代谢（energy metabolism）指随着生命现象或作为其原因的能量的出入或转换（en‐ergy transduction），也就是从能量方面来观察物质代谢。在能量代谢方面，在化学键能（呼吸、发酵）或光能（光合成）直接转化成热量前，转换成ATP等的高能键是其显着的特征之一。（在ATP分解为ADP时，伴随能量的放出，也属于能量代谢。）但是转化的效率为30%—60%，转化成热能的一部分用于维持体温，或补偿由于蒸发而散失的热量等。捕获和贮藏的化学能根据需要而转换成力学能（肌肉、纤毛、鞭毛的运动，细胞分裂活动）、电能（生物发电器官、神经细胞）、光能（生物发光）等。生物体的能量代谢也服从于热力学第二定律。
如果对生物界能量代谢的能流追根问底的话，那么太阳能几乎是一切能的来源。
一、能量代谢的概念
1.食物的热价（thermal equivalent of food）：1g某种食物氧化（或在体外燃烧）时所释放的热量称为该种食物的热价。热价有生物热价和物理热价之分，它们分别是指食物在体内氧化和在体外燃烧时释放的热量。三种主要营养物质的热价见表20‐1。从表中可以看出，只有蛋白质的生物热价和物理热价是不同的，说明蛋白质在体内是不能被完全氧化的。
2.食物的氧热价（therma lequivalent of oxygen）：把某种食物氧化时消耗1L氧所产生的热量，称为该种食物的氧热价。
3.呼吸商（respiratory quotient，RQ）：一定时间内机体呼出的CO2的量与吸入的O2量的比值（CO2/O2）称为呼吸商。葡萄糖氧化时产生的CO2量与所消耗的O2量是相等的，所以糖的呼吸商等于1。脂肪和蛋白质的呼吸商则分别为0.71和0.8。我们可以根据呼吸商的大小来推测能量的主要来源。
二、影响能量代谢的主要因素
1.肌肉活动：肌肉活动对于能量代谢的影响最为显着。机体任何轻微的活动，甚至不伴有明显动作的骨骼肌的紧张，都可明显提高代谢率。剧烈运动或劳动，可使产热量超过安静状态下的15倍以上。
2.精神活动：据测定，在安静状态下，100g脑组织的耗氧量为3.5/min，此值接近安静肌组织耗氧量的20倍。处于紧张状态（如烦恼、恐惧和情绪强烈激动）时，由于随之而出现的无意识的肌紧张以及刺激代谢的内分泌激素释放增多等原因，产热量显着增加。
3.食物的特殊动力效应：人在进食之后的一段时间内（从进食后1小时左右开始，延续到7~8小时左右）虽然同样处于安静状态，但所产生的热量要比进食前有所增加。可见这种额外的能量消耗是由进食引起的。食物的这种刺激机体产生额外热量消耗的作用，叫做特殊动力效应。一般食入蛋白质食物效应最强，可增加产热30%；食入糖类和脂肪类食物增加产热约为5%—6%。
4.环境温度：能量代谢在20~30℃的环境中最为稳定。当环境温度低于20℃时，代谢率开始增加；在10℃以下时，则显着增加。环境温度低时代谢率的增加，主要是由于寒冷刺激反射性地引起寒战以及肌肉紧张度增强所致。在20~30℃代谢稳定，主要是由于肌肉松弛的结果。当环境温度超过30℃，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强的缘故。这时还有发汗功能旺盛以及呼吸、循环机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。所谓基础状态，是指满足以下条件的一种状态：清晨，至少禁食12小时。被测人保持清醒、静卧，未作肌肉活动；前夜睡眠良好，测定时无精神紧张；测定前及测定过程中，室温保持在20~25℃。在这种状态下，体内能量的消耗只用于维持一些基本的生命活动，能量代谢比较稳定，所以把这种状态下单位时间内的能量代谢称为基础能量代谢或基础代谢。
基础代谢率（BMR）：是安静状态下，单位时间的能量代谢。即：每m体表面积在1h内所产生或散发的热量。以kJ/1h·m为单位。
第二节 体温及其调节
一、体温
生理学说的体温是指身体深部的平均温度，即体核温度。由于体核温度特别是血液温度不易测试，所以临床上常用直肠、口腔和腋窝等处的温度来代表体温。直肠温度正常值为36.9~37.9℃。口腔温的正常值为36.7~37.7℃。腋窝温的正常值为36.0~37.4℃。临床上常用口腔温度为准，若测得肛温需减去0.5℃，测得腋窝温需加0.5℃。
体温的正常变动：
1.温度的昼夜周期变化：体温在一昼夜之间常做周期性的波动：清晨2~6时体温最低，午后1~6时最高。这种昼夜周期性波动称为昼夜节律。
2.性别的影响：成年女子的体温平均比男子高约0.3℃，并伴随月经周期波动。
3.年龄的影响：一般儿童的体温较高，新生儿和老年人的体温较低。由于新生儿的体温调节机制尚未发育完全，体温易受环境的影响，故需加强护理。
二、机体的产热与散热平衡
（一）产热方式
当机体处于寒冷环境中时，散热量显着增加，机体通过战栗（寒战）产热和非战栗（非寒战）产热两种形式来增加热量以维持体温。
1.战栗产热：战栗是骨骼肌发生不随意的节律性收缩的表现，其节律为9~11次/分钟。发生寒战时，代谢率可增加4~5倍。
2.非战栗产热：非战栗产热又称为代谢产热。如肝脏在物质代谢过程中的产热等。同时，内分泌活动引起激素如肾上腺素、去甲肾上腺素、甲状腺素等，均可使产热增加。
在哺乳动物的啮齿目、灵长目等5个目中发现褐色脂肪组织，褐色脂肪在细胞内氧化释放大量热量。在低温时，由于交感神经系统的兴奋，褐色脂肪的代谢率可以比平时增加一倍，可以给一些重要组织包括神经组织迅速提供充分的热量，以保证正常的生命活动。因为这部分产热与肌肉收缩无关，称为非寒战性产热，或代谢性产热。
（二）散热方式
1.辐射散热：人体以热射线（红外线）的形式将体热传给外界的散热形式称为辐射散热。人在不着衣的情况下，21℃的温度环境中，约有60%的热量是通过这种方式发散的。
辐射散热量的多少主要取决于皮肤与周围环境的温度差。
2.传导散热：是指机体热量直接传给同它接触的较冷的物体的一种散热方式。如与冷的床、衣服、水等接触引起的散热。
3.对流散热：对流散热是指通过气体来交换热量的一种散热方式。人的周围总是围绕着一薄层同皮肤接触的空气，人体的热量传给这一层空气，由于空气的不断流动便将体热散发到空间。对流散热与风速密切相关。
4.蒸发散热：蒸发散热是机体通过体表水分的蒸发来散失体热的一种形式。在人的体温条件下，蒸发1g水可使机体散发2.43kJ的热量。蒸发散热分为不感蒸发和发汗两种形式。皮肤和呼吸道不断有水分渗出而被蒸发掉，这种水分蒸发叫不感蒸发。其中皮肤的水分蒸发又叫不显汗蒸发。发汗是通过汗腺主动分泌汗液的过程。汗液蒸发可有效地带走热量。因为发汗是可以感觉到的，所以又叫可感蒸发或显汗蒸发。人在安静状态下，当环境温度达30℃时便开始发汗。如果空气湿度大，着衣较多时，气温达25℃便可引起发汗；运动或劳动时，则更易发汗。
三、体温调节
自主性调节是由体温自身调节系统来完成的。下丘脑体温调节中枢，包括调定点在内，属于控制系统。它传出信息控制产热器官及散热机构，使机体深部温度维持在一个稳定的水平。
（一）温度感受器
1.外周温度感受器：此种感受器存在于皮肤、黏膜和内脏中。当局部温度升高时。热感受器兴奋，反之，冷感受器兴奋。
2.中枢温度感受器：存在于中枢神经系统内的对温度变化敏感的神经元称为中枢温度感受器。有些神经元在局部组织温度升高时冲动的发放频率增加，称为热敏神经元；有些神经元在局部组织温度降低时冲动的发放频率增加，称为冷敏神经元。
（二）体温调节中枢
调节体温的重要中枢位于下丘脑的视前区——下丘脑前部（PO/AH）区域。中枢的温度感受器也位于此区。用热生理盐水（超过37℃）灌流该区，可引起散热效应；用冷生理盐水（低于37℃）灌流该区，可引起产热效应。
（三）体温调节的调定点学说
此学说认为，体温的调节类似于恒温器的调节，PO/AH中有个调定点，即规定数值（如37℃）。如果体温偏离该规定值，则由反馈系统将偏差信息输送到控制系统，然后经过对受控系统的调整来维持体温的恒定。通常认为PO/AH中的神经元起着调定点的作用。此学说认为，由细菌感染引起的发热是由于热敏感神经元的阈值受到致热源的作用而升高，调定点上移（如39℃）。因此发热反应开始时出现恶寒寒战等产热反应，直到体温上升到39℃以上时才出现散热反应，若致热源不清除，产热与散热两个过程就继续在此新的体温水平上保持着平衡。所以，发热时体温调节功能是正常的，只是调定点上移。
【课外拓展】
1.能量代谢的测定方法有哪些？
2.为何患传染病时机体常表现发热？
【课程研讨】
1.对高热病人可采用哪些降温措施？其理论根据是什么？
2.针对不同食物的热价，机体在不同的状态该摄取哪些不同的食物？
【课后思考】
1.机体中产热的器官、组织有哪些？
2.机体是如何维持体温恒定的？
3.幼龄时，为何不易感觉冷？
4.天热时，你会用哪些方法降温？为什么选择这些方法？
5.天冷时，肥胖的人，为何不觉冷？
【小资料】
能量消耗少？
——揭秘冷血动物长期不进食却不死之谜
据国外媒体报道，人如果不吃食物，活不到两个月，而鳄鱼不进食却能活一年甚至更长时间。为什么呢？是什么造成如此大的区别呢？
脊椎动物分为变温动物和恒温动物两种类型。鸟类和哺乳类动物大多数都具有恒定的体温，而鱼类、水陆两栖类动物和爬行类动物大多数的体温与周围环境的温度相接近，它们大多数属于变温动物。
变温动物由于体内所产生的内热比较少，因而它们的体温是随着自然界温度的变化而变化的。例如，当蛇类在河边晒太阳时，它们的体温就会比其在水中游动时要高出很多。又如，熊在冬眠时，它的体温会下降到接近周围环境的温度。变温动物也有人称它为“冷血动物”。
哺乳类和鸟类动物大多数是恒定体温的，一般来说，恒温动物都能控制身体所产生的内热，从而能控制并调整自身的体温。当环境发生变化时，恒温动物能一直保持着体内温度不变。人类也属于恒温动物的一种，人类的恒定温度以37摄氏度为正常。恒温动物为了能保持体温的恒定性，具有多种与之生存环境相适应的功能组织，例如羽毛、毛皮和汗腺等。毛发和羽毛都可以在寒冷的冬季里起到保暖的作用；另外，在炎热的夏天，动物的汗腺可以分泌汗液，能使动物体内的热量得以及时散发，以保持动物身体温度的正常。由于恒温动物能一直保持着体温的恒定性，所以，它们的活动范围就更为广阔，不会受到大自然常规性的环境和气候变化所影响，能更加自如地在不同的环境中生存。
生物学家长期以来一直在研究为什么我们哺乳动物是恒温动物。标准的解释是恒温动物要进化成为一定程度的食肉动物者，以便适应积极的掠夺性的生活方式。但去年有专家提出一种新的说法：恒温动物不只包括肉食动物，有些草食动物也是，恒温性是平衡营养需求的一种方式。现在下结论还为时尚早，但这种说法为我们恒温动物如此浪费的生活方式给了很好的解释。
恒温动物确实有点浪费热量，不像有些动物需要时才产生热量。比如棱皮龟将平时产生的热量储存起来，游泳时利用体内热量使身体温度保持在10℃或高于海水的温度。箭鱼在狩猎时会有选择性供给它们的眼睛和大脑热量，而一些鲨鱼和金枪鱼进行长距离的游泳时，使体温高于水温。甚至有些昆虫都会在需要时才产生热量。
那么，为什么大多数哺乳动物和鸟类能把恒温器调到最大？三十年前加州大学的动物学家阿尔贝—贝内特（Albert Bennett）、俄勒冈州大学的艾尔文（Irvine）和约翰—鲁本（John Ruben）合作研究解释了这一现象。他们发现哺乳动物和鸟类比其他动物具有较强的有氧代谢能力，能为肌肉提供更多的氧气，而且能够维持较长时间的消耗。因此，它们在追逐猎物或与对手竞争时有更多的耐力。这一点毋庸置疑。但是贝内特和鲁本提出更具争议性的问题：较高的氧代谢能力不可避免地导致较快的新陈代谢。换句话说，体力决定恒温性。
但认同这一观点的人并不多。因为认为二者之间有关系的理由还不够充分：有氧能力取决于心血管系统和肌肉的发达程度，而静止代谢率则主要取决于大脑和内脏器官。有一些爬行动物，如巨蜥具有较高的氧代谢能力，但静止代谢率却很低。一些哺乳动物和鸟类休息或冬眼时会将体温降到最低以减少消耗。