生理学教材 第七章 能量代谢.doc

第七章 能量代谢(Energy metabolism) 本章导读机体从外界摄取的营养物质，经消化道消化后吸收入血液。然而，这些营养物质进入血液后到哪去？充当什么角色？有何作用？经过多年的研究发现，营养物质随血流分布于全身的组织细胞，其主要作用是为机体组织、细胞的活动提供能量并以热能的形式维持体温。本章宏观地探讨能量的产生、转移、贮存和利用，而不去研究其具体过程，是从能量的来源和去路入手阐明三大营养物质（糖、脂肪和蛋白质）的供能特点以及释放的能量是通过什么方式将它转移、贮存和利用，ATP是细胞贮能和供能的关键性物质。然而，用什么方法可以计算其所释放的能量？在单位时间内机体究竟释放了多少能量？科学家们用直接测热法和间接测热法回答了这些问题。临床上常用的是间接测热法，其原理是利用定比定律的原理测定一定时间内机体的糖、脂肪和蛋白质各氧化分解了多少，从而间接测算机体在这段时间内所释放的总热量。本章还分析了影响能量代谢的因素。机体能量代谢量的多少主要取决于体表面积、肌肉活动、食物的特殊动力效应、精神活动和环境温度等。此外，年龄、性别、睡眠以及激素水平等因素也与能量代谢有关。判断在基础条件下的能量代谢（基础代谢）是否正常对临床上协助诊断某些疾病具有重要的意义。 新陈代谢(metabolism)是生物体生命活动的基本特征之一。这就意味着生物体与环境之间持续不断的进行着物质与能量交换。新陈代谢包括物质代谢(material metabolism)和所伴随着进行的能量代谢(energy metabolism)。物质代谢包括合成代谢(anabolism，又称同化作用)和分解代谢(catabolism，也称异化作用)。前者是指机体在生存过程中，不断从外界摄取营养物质，合成自身结构成分及其他物质的过程；后者是指体内物质和组织成分，经异化作用，被分解氧化并释放能量的过程。因此，合成代谢是吸能反应(endergonic reaction)，而分解代谢是放能反应(exergonic reaction)，两者紧密联系。通常把生物机体内物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移、贮存和利用称为能量代谢。 第一节 机体能量的来源和去路(Overview of energy metabolism)一、能量的来源(Production of the body energy)机体体温、心跳、呼吸和肠蠕动等过程的维持以及其他生命活动所需的能量只能来源于食物中的能量物质，如糖、脂肪和蛋白质，因为机体不能直接利用太阳的光能，也不能直接利用外部供给的能量。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，同时释放蕴藏的能量。（一）糖 一般情况下，糖(carbohydrate)为机体主要的能源物质。机体所需的总能量的70%以上是由糖分解代谢提供的。糖的消化产物葡萄糖被吸收入人体后，一部分成为血糖供全身细胞利用；另一部分经合成代谢以肝糖原和肌糖原的形式储存在肝脏和肌肉内；还有少部分葡萄糖转化为脂肪或蛋白质。葡萄糖转化供能的主要方式是产生三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)，其转化过程有两条途径：其一，在氧充足时，葡萄糖经有氧氧化彻底氧化分解为CO2和H2O，同时释放大量能量。1mol葡萄糖完全分解可净合成38molATP。其二，在氧不足时，葡萄糖经无氧酵解分解为乳酸，同时只释放少量能量。1mol葡萄糖经无氧酵解只净合成2molATP。上述糖分解的两条途径各有不同的生理意义，糖的有氧氧化是机体在正常情况下供能的主要途径，而糖酵解则是生物体在缺氧状况下供能的重要方式。在供氧充足的条件下，机体绝大多数组织都能得到足够的氧供应，能通过糖的有氧氧化获得能量。糖的有氧氧化通过调节ATP的量来控制机体或器官对能量的需求，即当ATP含量较高且能量供应充足时，糖有氧氧化的关键酶（如丙酮酸激酶、柠檬酸合成酶等）活性降低，氧化磷酸化减弱，糖的消耗减少，反之亦然。但是，当机体处在相对缺氧状态时，糖酵解加强，以供应急需的能量。如剧烈运动，骨骼肌的耗氧量增加，血液供应不足，骨骼肌处在相对缺氧状态而导致糖酵解增强，以保证骨骼肌能量的应急需要。又如在休克、肺心病和心力衰竭等，因循环和呼吸衰竭，组织缺氧，糖酵解过度，故易发生乳酸堆积而出现酸中毒，成为重要的死因之一。此外，某些组织细胞如视网膜、小肠粘膜、睾丸、肾上腺髓质、粒细胞和多种恶性肿瘤细胞等在充足供给葡萄糖时，即使不缺氧也常由糖酵解提供能量，而有氧氧化反而减少；红细胞无线粒体，缺乏有氧氧化的酶系，能量几乎全部依靠糖酵解供应；脑组织糖原贮存少，并对缺氧敏感，其消耗的能量主要来自糖的有氧氧化，因此，当血糖低于正常值的1/3～1/2时，即可出现脑功能障碍，如发生低血糖性休克等。（二）脂