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习题集第八章
第八章能量代谢与体温调节
学习要求
掌握：
1、能量代谢测定的原理和方法
2、影响能量代谢的主要因素
3、机体的产热和散热过程
熟悉：
1、基础代谢、能量代谢、基础代谢率、呼吸商、食物的热价的基本概念。
2、人体能量消耗测定的意义
了解：
1、人体运动时的能量供应与消耗
2、正常人体温温度及其体温变化情况
内容精要
第一节能量代谢
一、基础代谢
基础代谢是指基础状态下的能量代谢。
基础代谢率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。
基础状态是指人在室温18-25℃环境下，清醒而又非常安静，清晨空腹，不受肌肉活动、环境温度、食物及精神紧张影响的状态。
人体产热量和体表面积的关系基本上成正比。
从身高、体重推算出体表面计算的经验公式，最基本的是Meeh的算式：
S=KW2/3
基础代谢率随性别、年龄等不同而有生理变化。
二、能量代谢的测定
（一）能量代谢测定的原理和方法
热力学第一定律指出：
能量由一种形式转化为另一种形式的过程中，既不能增加，也不减少。
测定整个机体单位时间内发散的总热量，通常有两类方法：
直接测热法和间接测热法。
1、直接测热法
直接测热法是测定整个机体在单位时间内向外界环境发散的总热量。
2、间接测热法
间接测热法的基本原理就是利用这种定比关系，查出一定时间内整个人体中氧化分解的糖、脂肪、蛋白质各有多少，然后据此计算出该段时间内整个机体所释放出来的热量。
于是将1g食物氧化（或在体外燃烧）时所释放出来的能量称为食物的热价。
呼吸商 机体依靠呼吸功能从外界摄取氧，以供各种营养物质氧化分解的需要，同时也将代谢终生物CO2呼出体外，一定时间内机体的CO2产量与耗氧量的比值称为呼吸商。
糖、脂肪和蛋白质氧化时，它们的CO2产量与耗氧量各不相同，三者的呼吸商也不一样。
尿氮测定尿中的氮物质主要是蛋白质的分解产物。
因此可以通过尿氮来估算体内被氧化的蛋白质的数量。
非蛋白呼吸商它是估算非蛋白代谢中糖和脂肪氧化的相对数量的依据。
间接测热法计算原则；
间接测热法的计算方法举例；
耗氧量与CO2产量的测定方法及临床应用测定耗氧量和CO2产量的方法有两种：
闭合式测定法和开放式测定法。
（二）影响能量代谢的因素
1、肌肉活动：
人在运动或劳动时耗量显著增加
2、精神活动：
在精神处于紧张状态，产热量可以显著增加。
3、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。
食物特殊动力作用的机制尚未完全了解。
4、环境温度：
人（裸体或穿着薄衣）安静时的能量代谢，在20-30℃的环境中最为稳定。
（三）人体能量消耗测定的意义
１.临床诊断
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。
２.安静时能量代谢的评定
对于健身运动处方的制定具有重要意义。
３．评定运动强度
由于运动强度的激烈程度与能耗量成正相关，因此可用能耗量作为参数来划分运动强度，制定训练计划。
三、人体运动时的能量供应与消耗
人体运动时能量消耗明显增加，能耗的增加受制于运动强度、运动持续时间等因素。
（一）骨骼肌收缩的直接能源——ATP
1.ATP的储备及输出功率
ATP的最大输出功率达11.2mmolATP/kg/s（每千克肌肉每秒动用ATP的毫摩尔数）启动极为迅速。
2.ATP的分解供能及补充 ATP与CP同样都是通过分子内高能磷酸键裂解时释放能量，以实现快速供能。
（二）三个能源系统的特征
高能磷酸化物系统（ATP-CP）；
乳酸系统（无氧酵解系统）；
有氧系统。
（三）能源系统与运动能力
1.不同运动项目的能量供应
尽管不同运动项目的能量供应具有各自的特征，但运动中不存在绝对的某一个单一能源系统的供能。
2.运动中能源物质的动员
（四）运动能量消耗的计算
运动时的能量消耗在运动生理学中特指因某项运动而引起的净能量消耗，即总能量消耗减去同一时间内安静状态下的能量消耗。
在实际测量和计算中，必须考虑到不同强度运动产生的能量消耗。
具体步骤包括：
①测定安静、运动、恢复期消耗的氧和产生的二氧化碳；
②求出各阶段的呼吸商；
③根据呼吸商，查氧热价对照表；
④以该氧热价乘以所计算时间段内机体的总耗氧量，再减去同一时间安静状态时的能量消耗，即为该运动阶段的净能量消耗。
第二节体温
人和高等动物机体都具有一定的温度，这就是体温。
体温是机体进行新陈代谢和正常生命活动的必要条件。
一、正常人体温温度
（一）表层体温和深部体温
人体的外周组织即表层，包括皮肤、皮下组织和肌肉等的温度称为表层温度。
在环境温度为23℃时，人体表层最外层的皮肤温，如足皮肤温为27℃，手皮肤温为30℃。
躯干为32℃，额部为33-34℃。
四肢末稍皮肤温最低，越近躯干、头部，皮肤温越高。
机体深部（心、肺、脑和腹腔内脏等处）的温度称为深部温度。
由于体内各器官的代谢水平不同，它们的温度略有差别，但不超过1℃。
在安静时，肝代谢最活跃，温度最高；其次，是心脏和消化腺。
在运动时则骨骼肌的温度最高。
（二）体温的正常变动
在一昼夜之中，人体体温呈周期性波动。
清晨2-6时体温最低，午后1-6时最高。
波动的幅值一般不超过1℃。
体温的这种昼夜周期性波动称为昼夜节律或日周期（circadianrhythm）。
女子的基础体温随月经周期而发生变动；
体温也与年龄有关；
肌肉活动时代谢加强，产热量因而增加，结果可导致体温升高；
此外，情绪激动、精神紧张、进食等情况对体温都会有影响；环境温度的变化对体温也有影响。
二、机体的产热和散热
机体在体温调节机制的调控下，使产热过程和散热过程处于平衡，即体热平衡，维持正常的体温。
（一）产热过程
机体的总产热量主要包括基础代谢，食物特殊动力作用和肌肉活动所产生的热量。
骨骼肌的产热量则变化很大，在安静时产热量很小。
运动时则产热量很大；轻度运动如平行时，其产热量可比安静时增加3-5倍，剧烈运动时，可增加10-20倍。
人在寒冷环境中主要依靠寒战来增加产热量。
机体受寒冷刺激时，通常在发生寒战之前，首先出现温度刺激性肌紧张或称寒战前肌紧张，此时代谢率就有所增加。
（二）散热过程
人体的主要散热部位是皮肤。
当环境温度低于体温时，大部分的体热通过皮肤的辐射、传导和对流散热。
一部分热量通过皮肤汗液蒸发来散发，呼吸、排尿和排粪也可散失一小部分热量。
在环境温度为21℃时人体散热方式及其所占比例如下：
辐射、传导、对流70%，皮肤水分蒸发27%，呼吸2%，尿、粪2%。
1．辐射、传导和对流散热
辐射散热：
这是机体以热射线的形式将热量传给外界较冷物质一种散热形式。
传导和对流散热：
传导散热是机体的热量直接传给同它接触的较冷物体的一种散热方式。
对流散热是指通过气体或液体或交换热量的一种方式。
辐射、传导和对流散失的热量取决于皮肤和环境之间的温度差，温度差越大，散热量越多，温度差越小，散热量越少。
2．蒸发散热
在人的体温条件下，蒸发1g水分可使机体散失2.4kJ热量。
体蒸发有二种形式：
即不感蒸发和发汗。
发汗汗腺分泌汗液的活动称为发汗。
人在安静状态下，当环境温度达30℃左右时便开始发汗。
如果空气湿度大，而且着衣较多时，气温达25℃便可引起人体发汗。
人进行劳动或运动时，气温虽在20℃以下，亦可出现发汗，而且汗量往往较多的。
发汗是反射活动。
在温热环境下引起全身各部位的小汗腺分泌汗液称为温热性发汗。
发汗速度受环境温度和湿度影响。
环境温度越高，发汗速度越快。
精神紧张或情绪激动而引起地发汗称为精神性发汗。
主要见于掌心、脚底和腋窝。
三、体温调节
恒温动物包括人，有完善的体温调节机制。
在外界环境温度改变时，通过调节产热过程和散热过程，维持体温相对稳定。
体温调节是生物自动控制系统的实例。
（一）温度感受器
对温度敏感的感受器称为温度感受器，温度感受器分为外周温度感受器和中枢温度感受器。
外周温度感受器在人体皮肤、粘膜和内脏中，温度感受器分为冷感受器和温觉感受器，它们都是游离神经末稍的。
内脏器官也有温度感受器。
中枢温度感受器在脊髓、延髓、脑干网状结构及下丘脑中有温度感受器。
（二）体温调节中枢
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℃）。
如果偏离此规定数值，则由反馈系统将偏离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中的温度敏感神经元可能在体温调节中起着调定点的作用。
习题
一、名词解释
1、能量代谢
2、基础代谢率
3、呼吸商
4、食物的热价
5、深部温度
二、选择题
【A1型题】
1、呼吸商是指机体在同一时间里。
（）
A．ATP合成与释放的比值B．通气量与二氧化碳生成量的比值
C．二氧化碳生成量的比值D．ATP合成与ATP生成量的比值
2、氧热价最高的营养物质是。
（）
A．脂肪B.蛋白质C.糖类D.糖类和脂肪
3、呼吸商接近1时，主要供能物质是。
（）
A.糖类B.脂肪C.蛋白质D.糖类和脂肪
4、一般情况下，对于食用混合膳食者，呼吸商为。
（）
A.0.7B.0.78C.0.80D.0.85
5、基础代谢率的最适计算单位是。
（）
A.千焦耳/平方米小时B.千焦耳/公斤体重小时
C.千焦耳/平方米分钟D.千焦耳/公斤体重分钟
6、人群中基础代谢率最高的是。
（）
A.老年人B.成年男子C.幼儿D.优秀运动员
7、直接测热法是测定机体在一定时间内所。
（）
A.发散的热量B.消耗的氧量
C.产生的二氧化碳的量D.消耗能量物质的量
8、相对代谢率为。
（）
A.能耗量与体表面积的比值B.能耗量与身高或体重的比值
C.能耗量与基础代谢的比值D.能耗量与二氧化碳产生量的比值
9、肌肉工作的机械效率是肌肉活动时所作的机械功与。
（）
A.体重之比B.所消耗的总能之比
C.运动时间之比D.能量释放速度之比
10、从机体能量代谢的整个过程来看，其关键的环节是。
（）
A、糖酵解B.糖类有氧氧化C.糖异生D.ATP的合成与分解
11、在完成同样负荷时，有训练者肌肉机械效率高，是因为。
（）
A.以糖类供能为主B.以脂肪供能为主
C.呼吸商较低D.消耗的总热能较少
12、从工作中利用的总能量来看，有训练者利用脂肪供能比例与无训练者相比较。
（）
A.完全相同B.要大C.要小D.明显要高
13、用于评定磷酸原系统能力的测试是。
（）
A.哈佛台阶测试B.血乳酸测试C.玛格里亚测试D.12分钟跑
14、评定乳酸能系统能力的常用指标是。
（）
A.肌红蛋白的含量B.血乳酸水平
C.30米冲刺跑D.无氧阈值
15、磷酸原系统和乳酸能系统供能的共同特点是。
（）
A.都不需要氧B.都产生乳酸
C.都能维持较长时间D.都可以产生大量ATP
16、在较剧烈运动时，肌肉中高能磷酸化物的变化情况是。
（）
A.CP含量变化不大B.ATP含量变化不大
C.CP生成较多D.ATP含量大幅度下降
17、脂肪在氧化时比同量的糖类。
（）
A.耗氧量少，能量放出少B.耗氧量多，能量放出多
C.耗氧量少，能量放出多D.耗氧量多，能量放出少
18、在相同时内完成同样的工作量时，有训练者较无训练者。
（）
A.动用脂肪量较多B.动用糖原和脂肪的量较少
C.利用的ATP和CP较多D.利用脂肪供能的比例较小
【B1型题】
A.辐射B.对流C.传导D.蒸发E.传导和对流
1、当环境温度高于皮肤温度时，机体的散热方式是
2、受风速影响最大的散热方式是
3、受体表暴露面积影响最大的散热方式是
4、给高热病人使用冰袋降温属于何种散热方式
A.食物的生物热价B.食物的氧热价C.呼吸商
D.食物的物理热价E.非蛋白呼吸商
5、某营养物质氧化时消耗1L氧所能产生的能量称为
6、一定时间内机体氧化脂肪和糖所产生的CO2量与耗O2量的比值称为
7、1g食物在体内完全氧化时所释放出来的热量称为
8、1g食物在体外完全燃烧时所释放的能量称为
9、机体在一定时间产生的CO2量和同时间内所消耗O2量的比值称为
A.脑B.内脏C.皮肤D.肌肉E.神经系统
10、机体安静时的主要产热部位是
11、机体运动时的主要产热部位是
12、安静时机体的主要散热部位是
【X型题】
1、基础状态是指
A.清晨、清醒、静卧空腹B.肌肉松驰C.肌肉紧张
D.室温在200C～250CE.没有精神紧张
2、影响机体能量代谢的因素有
A.肌肉运动B.精神紧张C.情绪激动
D.进食活动E.环境温度
3、关于食物特殊动力效应，下列描述正确的是
A.主要由于进食蛋白质形成B.主要由于进食淀粉形成
C.进食后2～3h达最高D.主要由于进食脂肪形成
E.额外能量可能来源于肝脏
4、能使基础代谢率增加的因素有
A.甲状腺功能增强B.体温升高C.肾上腺皮质功能亢进
D.垂体功能低下E.交感神经兴奋
三、问答题
1、影响能量代谢的主要因素有哪些？
2、响散热过程的因素有哪些?
3、试述体内能量的来源和去路。
4、述影响运动时能源物质动用的因素。
5、试述机体的产热过程。
参考答案
一、名词解释
1、常将生物体内伴随物质代谢所发生的能量释放、转移、贮存和利用的过程称为能量代谢（energymetabolism）。
2、基础代谢率是指人在基础状态下单位时间的能量代谢。
所谓基础状态是指人体清醒而又极端安静的状态，而且不受肌肉活动、环境温度、食物及精神紧张的影响。
在基础状态下，各种生理活动都维持在比较低的水平，而且代谢率比较稳定。
基础代谢率的测定应在清晨、空腹、静卧及清醒状态下进行，而且室温要保持在18～25℃之间。
3、生理学把机体在同一时间内呼出的CO2量与摄入的O2量的比值称为呼吸商。
严格说来，应该以CO2和O2的mol比值来表示呼吸商。
但是，因为在同一温度和气压条件下，容积相等的不同气体，其分子数都是相等的，所以，通常用容积数（ml或L）来表示CO2与O2的比值。
4、1g食物完全氧化分解时所产生的热量称为食物的热价（或卡价）。
食物的热价分为物理热价和生物热价。
糖和脂肪的物理热价与生物热价是相等的，而蛋白质的生物热价小于它的物理热价。
5、机体深部（心、肺、脑和腹腔内脏等处）的温度称为深部温度。
二、选择题
【A1型题】
1、C2、C3、A4、D5、A6、D7、A8、C9、B10、D11、D12、B13、C14、B15、A16、B17、B20、B
【B1型题】
1、D2、B3、A4、D5、B6、E7、A8、D9、C
10、B11、D12、C
【X型题】
1、ABDE2、ABCDE3、ACE4、ABCE
三、问答题
1、影响能量代谢的主要因素有哪些？
答：
（1）肌肉活动的影响肌肉活动对能量代谢的影响最为显著。
肌肉任何轻微的活动都可提高机体代谢率。
剧烈运动或强体力劳动可使产热量超过安静时很多倍。
在肌肉活动停止后的一段时间内，能量代谢仍保持较高水平，而后才逐渐恢复到正常。
（2）精神活动的影响人在平静思考问题时，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时，如烦恼，恐惧或强烈情绪激动时，由于随之而出现的无意识的肌紧张加强，虽无明显的肌肉活动，但产热量已明显增多。
另外由于神经紧张状态可促使某些激素（如肾上腺素）分泌，结果使机体物质代谢、能量代谢加速，产热量增加。
因此，在测定基础代谢率时，受试者必须排除精神紧张的影响。
（3）食物的特殊动力作用人在进食后的一段时间内（从食后1小时开始，延续到7～8小时左右），机体虽然处于安静状态，但产热量比进食前有所增加。
饭后2～3小时代谢率升高达最大值。
若膳食全部是蛋白质，则额外增加热量达30%左右；若为糖类或脂肪，增加热量约为4～6%；混合食物可增加产热量10%左右。
食物能刺激机体产生额外热量的作用称为食物的特殊动力作用。
（4）环境温度的影响人在20～30℃的环境中，在安静状态下，能量代谢最稳定。
实验证明，当环境温度低于20℃时，代谢率即开始有所增加，在10℃以下显著增加，主要是因寒冷刺激反射性引起寒战以及肌肉紧张度增加所致。
当环境温度为30～40℃时，代谢率又会逐渐增加。
原因可能是体内生化反应速度有所增加，此外还有发汗机能旺盛及呼吸、循环机能增强等因素的作用。
2、响散热过程的因素有哪些?
答：
机体在产热的同时，又以各种方式将热量散发到体外。
机体主要散热部位是皮肤，当外界气温低于机体表层温度时，约近90%体热可通过皮肤的辐射、传导和对流方式发散，另一部分体热则随呼吸、尿和粪便中发散。
影响散热过程有哪因素
（1）辐射散热：
这是机体的热量以热射线形式传给外界较冷物体的一种散热形式。
辐射散热量与皮肤温度、气温的温差以及机体的有效辐射面积等因素有关。
若人体周围温度高于人体体表温度时，人体表面则吸收外界物体的红外线，散热受到影响，体温反而升高。
（2）传导和对流散热：
传导是机体的热量直接传给同其接触的较冷物体的一种散热方式。
机体深部的热量以传导的方式传给机体表层的皮肤，再由后者直接传给同其相接触的物体。
根据这一道理，可利用水袋、冰帽等给高热病人降温。
对流散热是指通过气体或液体来交换热量的一种散热方式。
机体通过交感神经系统调节皮肤血管的管径，改变机体表层的血流量，从而改变皮肤温度，以减少或增加机体热量的发散。
如在寒冷环境下皮肤血管收缩，皮肤血流量剧减，散热量亦大大减少，起到了防止体热散失的作用。
当机体处于高温环境中，皮肤血管扩张，皮肤血流量增加，机体表层的散热作用便大为增加，防止了体内热量的积聚，使体温不致过于升高。
（3）蒸发散热：
当外界温度等于或超过皮肤温度时，辐射、传导和对流等散热方式停止作用，此时蒸发成为唯一的散热方式。
在人的正常体温条件下，身体表面的水分由液体状态转为气体时，每1克水蒸发为水蒸气，要带走0.58千卡的热量。
因此，汗液从皮肤表面大量蒸发可带走多量体热，而起到散热作用。
若无汗液分泌时，从皮肤和呼吸道也有水分不断蒸发，这种不显性汗量每日约1000毫升。
机体活动时，此种不显性蒸发量增多，体温每升高1℃，增加蒸发量为15%。
若先天性汗腺缺乏症或大面积烧伤病人存在汗腺分泌障碍，在热环境中由于皮肤不能散热，体温可明显上升。
3、试述体内能量的来源和去路。
答：
（一）ATP直接能量来源
机体维持生命活动需要不断消耗ATP，ATP不断生成又保障了机体连续不断地能量供应。
生物体内能量的释放、转移和利用的过程都是以ATP为中心进行的。
而ATP的分解与再合成的速度随代谢的需要而变化。
（二）ATP再生成的途径
ATP的再生成实际上是ADP与Pi再连接，是一个磷酸化的吸能过程。
被吸收的能量只能从摄入机体内的糖、脂肪和蛋白质等物质的分解（放能）过程中获得。
一般认为蛋白质在正常情况下不做为能源物质参与供能。
蛋白质是构成生命、实现自我更新的结构基础，只有在特殊情况下参与供能。
因此，ATP的生成主要是在糖和脂肪的分解代谢过程中进行的。
糖的分解可以是有氧氧化，也可以是无氧酵解；而脂肪的分解则完全是有氧氧化。
因此，ATP的生成包括有氧生成和无氧生成两种类型。
4、人体从食物中摄取的总能量的50％是以热能的形式维持正常体温；其余绝大部分的能量是以化学能的形式重新再转移到ATP分子中贮存，以供机体直接利用。
（一）转变为机械能──肌肉收缩做功
对人体而言，只有在肌肉中才能把化学能转变为机械能。
肌肉收缩产生于肌原纤维上肌小节中的肌丝滑行，而肌丝滑行的始动又在于横桥的摆动，完成这一横桥摆动的机械能来自ATP的分解。
人体内的肌肉约占总体重的35～45％，运动过程中体内ATP能量的去路主要用于转化为机械能使肌肉做功。
（二）转移到肌酸上──储存能
ATP的生成主要来自氧化磷酸化过程。
当ATP生成较多时，可将含有高能磷酸键的Pi转移给肌酸而形成CP，以备“急用”。
因此，CP是体内快速可动用的“能量库”。
科学训练能使肌肉内CP储量增多。
（三）转变为其它形式的能──完成各种生理功能
ATP分解产生的能量可用于完成人体各种生理功能，即ATP的化学能转变为体内其它形式的能。
如用于体内合成代谢所需的化学能；消化与吸收、肾小管对滤液的重吸收、细胞膜的主动转运及细胞分泌等渗透能；神经兴奋的传导、生物电能等等。
人体内能量的来源与去路，即能量的摄入与支出，是符合能量守恒定律的。
它遵循下列公式：
能量输入（食物）＝能量输出（做功、产热）±能量的储存（脂肪等）
健康成年人体重的变化，基本符合上述公式。
当能量摄入与支出相平衡时，体重基本保持不变；如果摄入大于支出时，人体就会发胖；相反则会消瘦。
5、机体的总产热量主要包括基础代谢，食物特殊动力作用和肌肉活动所产生的热量。
基础代谢是机体产热的基础。
基础代谢高产热量多；基础代谢低，产热量少。
正常成年男子的基础代谢率约为170kJ/m2·h。
成年女子约155kJ/m2·h在安静状态下，机体产热量一般比基础代谢率增高25%，这是由于维持姿势时肌肉收缩所造成的。
食物特殊动力作用可使机体进食后额外产生热量。
骨骼肌的产热量则变化很大，在安静时产热量很小。
运动时则产热量很大；轻度运动如平行时，其产热量可比安静时增加3-5倍，剧烈运动时，可增加10-20倍。
人在寒冷环境中主要依靠寒战来增加产热量。
寒战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。
发生寒战的肌肉在肌电图上表现出一簇一簇的高波幅群放电，这是不同肌纤维的动作电位同步化的结果。
寒战的特点是屈肌和伸肌同时收缩，所以基本上不做功，但产热量很高，发生寒战时，代谢率可增加4-5倍。
机体受寒冷刺激时，通常在发生寒战之前，首先出现温度刺激性肌紧张（thermalmuscletone）或称寒战前肌紧张（pre-shiveringtone），此时代谢率就有所增加。
以后由于寒冷刺激的持续作用，便在温度刺激性肌紧张的基础上出现肌肉寒战，产热量大大增加，这样就维持了在寒冷环境中的体热平衡。
内分泌激素也可影响产热，肾上腺素和去甲肾上腺素可使产热量迅速增加，但维持时间短；甲状腺激素则使产热缓慢增加，但维持时间长。
机体在寒冷环境中度过几周后，甲状腺激素分泌可增加2倍能上能下，代谢率可增加20-30%。
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