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  • 能量代谢

    能量代谢,是生命最基本的特征之一,其包括物质代谢和能量代谢两个方面。机体通过物质代谢,从外界摄取营养物质,同时经过体内分解吸收将其中蕴藏的化学能释放出来转化为组织和细胞可以利用的能量,人体利用这些能量来维持生命活动。通常将在物质代谢过程中所伴随的能量的释放、转移、贮存和利用称为能量代谢(energy metabolism)。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 能量代谢 英文名: Energy metabolism
    计量单位: 焦耳 测量方法: 直接测热法、间接测热法等

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    概述/能量代谢 编辑

    能量代谢能量代谢

    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(energy 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等的高能键是其显著的特征之一。(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。

    能量测量/能量代谢 编辑

    按照国际单位系统的规定,法定能量计量单位是焦耳(joule,J)或千焦耳(kJ)。在生理学上有关能量代谢的研究中,热量单位传统使用卡(cal)或千卡(kcal),1千卡是指能使1升纯水从15℃加热到16℃所需的能量。卡和焦耳之间的换算关系是:1cal=4.187J或1J=0.23885cal。

    能量代谢的测量方法有很多,比如直接测热法、间接测热法、双标水法、心率检测法、运动传感器法、自我报告法等。

    直接测热法

    直接测热法的原理是将受试者置于密闭的舱室内,用舱内管道中流动的水来吸收受试者机体所散发的热量,并根据流过的水量以及温度差,来测出水所吸收的热量,以此来确定机体单位时间向外界散发的总热量,此总热量即为能量代谢率。此方法被认为是金标准,测量精确并且受试者可以进行自由活动,但由于设备复杂、造价昂贵以及操作繁琐,很少使用。

    间接测热法

    间接测热法是通过测量氧气消耗量以及二氧化碳产生量来计算能量消耗。经典的有道格拉斯袋(Douglas bag),但是这种装置使用较为繁琐。其他主要的设备还有人体能量代谢测试舱,其原理是用近似密闭的舱室来连续收集氧气和二氧化碳以此来分析舱内两种气体含量的变化,从而计算能量消耗。这种方法的优点在于受试者在舱内可以自由活动,并且提供了一个不受外界环境干扰的稳定的测试环境。间接热量测试方法被认为是精度比较高的测试方法。通常情况下间接热量测试法用于评定其它测试方法的有效度和可靠性。

    双标水法

    双标水法的原理是受试者口服含有氢(H)和氧(O)的稳定同位素的水(H2O),通过收集尿液或唾液中这两种同位素浓度的变化来计算能量消耗。这种方法的优点是无创,准确度和精确度高,但其缺点是价格昂贵而且难以获得能量消耗以及身体活动的模式。

    心率检测法

    心率检测法的原理是在有氧运动范围内,根据心率和氧气消耗量之间所存在的线性关系,建立校准曲线来估算能量消耗。其优点是操作简单,价格低廉。但是所确立的心率和氧气消耗关系个体性较强,不具有普遍性。

    运动传感器法

    运动传感器可以分为计步器(Pedometers)和加速度计(Accelerometers)两种,其原理是由运动传感器测量躯体相应部位的运动或加速度信息,经过计算间接获得能量消耗。这种方法的特点在于数据可以直接被计算机处理,操作简单,便携性好。目前较新的运动感应器有IDEEA、armband。

    自我报告法

    自我报告包括身体活动记录表和调查问卷。这种方法的优点是过程简单,便于操作,成本较低。但是由于受试者存在着很强的主观性等因素,此方法不能作为准确测量能量代谢的方法。同时研究人员通过大样本量的人群实验建立了基于性别、年龄、身高、体重的能量预测的代谢方程,通过计算能量代谢来应用于很多领域人群的能量平衡控制,即通过计算能量消耗来估计能量需要,比如可以应用于学校饮食制定、体重管控、住院患者的营养管控等。

    影响因素/能量代谢 编辑

    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环境温度等。

    能量代谢能量代谢

    肌肉活动

    肌肉活动对能量代谢的影响最为显着。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着增加,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,耗氧量最多右达安静时的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。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。

    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(specificdynamicaction)。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。

    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,代谢率便显着增加。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。

    能量利用/能量代谢 编辑

    能量代谢能量代谢

    机体各种能源物质在体内氧化时所释放的能量,约有50%以上迅速转化成为热能的形式,主要用于维持机体的体温。热能不能再转化为其他形式的能,因此不能用来做功。其余不足50%的能量是可以用于做功的“自由能”。这部分自由能的载体是三磷酸腺苷(adenosine triphosphate ,ATP),能量贮存于ATP的高能磷酸键中。在机体能量转化的过程中,ATP既是一种重要的贮能物质,又是直接供能的物质。机体的组织细胞进行各种功能活动时,能量的直接来源是ATP中的贮备能。除ATP外,体内还有另一种含有高能磷酸键的贮能化合物,即磷酸肌酸(creatinephosphate,CP)。当体内物质分解生成的能量增多,使形成的ATP浓度升高时,ATP会将高能磷酸键转移给肌酸,生成CP。将能量贮存起来;反之,当组织细胞耗能增加,ATP浓度降低时,又将贮存的能量转移给二磷酸腺苷(adenosine diphosphate,ADP),生成新的ATP。因此,CP常被看作是ATP的贮存库。从能量代谢的整个过程来看,ATP的合成与分解是体内能量转换和利用的关键环节。

    人体的能量需求源于消耗的能量的需要。总能量平衡时,能量摄入(比如饮食摄入)和能量消耗(总能量消耗)达到平衡,人体处在一个稳定的状态,即可以满足能量消耗的补给的需要。能量平衡是一种动态平衡。然而能量失衡时,比如能量摄入过多,会导致生长速度减缓、瘦体重减轻、脂肪堆积,甚至增加诸如冠心病、糖尿病、中风、肥胖等一系列疾病发生的风险。另外很多疾病会影响机体的能量代谢,比如有哮喘、慢性阻塞性肺病、气胸、上呼吸道感染、发热、恶性肿瘤、甲状腺功能亢进症、糖尿病、高血压和肾脏疾病等疾病。

    建议/能量代谢 编辑

    对于能量代谢障碍人群建议:

    少吃动物类食物,因含有较高的的脂肪,易产生脂肪堆积,形成肥胖

    少吃含糖类食品,糖类食品可以产生较高热量,当这些热量不能够代谢完后,易引起肥胖;

    多做运动,运动不仅有预防和改善肥胖的效果,并且运动习惯对保持年轻也是非常有效。

    (1)运动的种类:小跑、散步、自行车远足等有氧运动是安全有效的。

    (2)运动的强度:可用脉搏数来决定适当的强度。 运动后脉搏数= (220-年龄)×(0.5~0.6)时的脉搏数是安全有效的强度。

    (3)运动的时间:根据运动强度不同而不同。在上面所述的安全强度,连续运动的时间可为20~30分钟。

    (4) 运动的频度:最好每周三次、每周一次也是有效果的。 把运动作为生活的一部分吧。不使用电梯、利用楼梯及上下班时走一站路等在日常生活中培养良好的生活习惯吧。

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