能量代谢energy metabolism

物质代谢过程中能量的释放和储存、转化和利用以及向体外发散的过程。动物不断地从外界摄取糖、蛋白质、脂肪等营养物质，这些物质都含有各种生理活动所需的能量。它们在体内经过一系列的生物氧化过程，最终产生水和二氧化碳，蛋白质还产生尿素等含氮废物，同时释放出能量，放出的能量有一部分是热能，用以维持体温，另一部分是化学能。化学能以高能磷酸键的形式贮存到ATP中，作为机体各种活动的能源。机体摄入的营养物质中的化学能基本上等于所释放的热能加上所作的外功。如果机体消耗的能量少于摄入的能量，则体内有物质积累，体重增加，如果摄入的能量少于所消耗的能量，则表示体内物质分解，体重减轻。
能量来源和转换 糖是机体的重要能源。葡萄糖在供氧不足状态下，只能分解到乳酸，释放的能量很少，仅占有氧氧化的1/18，这一供能途径称为糖的无氧酵解。葡萄糖在供氧充分条件下经过一系列生物氧化过程，最终分解为二氧化碳和水，并释放大量的能，生成大量ATP，这种分解供能的途径称为糖的有氧氧化。在一般生理情况下，绝大多数组织细胞有足够的氧供应，能通过有氧氧化获能，维持能量代谢。
脂肪即甘油三酯也是重要的能源，氧化时释放的能量约为糖的2.25倍。脂肪分解为脂肪酸和甘油。游离脂肪酸在血液中与清蛋白结合被运输，并在肝脏和其他组织中氧化分解供能。甘油则在ATP的作用下成为磷酸酯，参与糖酵解过程。
蛋白质主要用于重新合成细胞成分以实现自我更新，也用于合成酶、激素等生物活性物质。但在糖、脂肪供应不足时，也可作为能源物质。
当上述营养物质在体内氧化时，其总能量的50%以上转化为热能，用以维持体温。其余不到50%是可以作功的化学能，以ATP的形式储存起来。细胞利用ATP降解所释放的化学能，转变为促进肌肉收缩的机械能、神经冲动传导的电能、合成代谢的化学能、吸收分泌的渗透能等。除骨骼肌运动时所完成的机械功以外，其余生理活动所利用的能量，最后都能转化为热能而散发于外界。
能量代谢的测定方法 直接测热法： 将受试动物放在一个密闭并有隔热装置的小室内，小室上部装有导热性能好的金属流水管道，当受试动物散热时，管道中循环着的流水被加热，根据一定时间内管道中的水流量和水流温度升高的度数，直接计算受试动物在单位时间内散发的总热量。直接测热法装置庞大，结构复杂，操作不便，现常用间接测热法。间接测热法：根据动物单位时间消耗的氧量和排出的二氧化碳量，计算二氧化碳产生量对耗氧量之比，即呼吸商(CO2/O2)，然后，间接地推算机体的产热量的一种方法。其测定方式有两种。❶闭合式： 受试动物禁闭于呼吸室内，通过封闭式的空气流通装置，动物不断吸入氧，呼出二氧化碳。根据进入呼吸室和从呼吸室排出气体的体积和成分的变化，可计算一定时间内动物呼出的二氧化碳量和消耗的氧量，然后算出呼吸商和产热量。
❷开放式： 受试动物带上面罩，吸入空气，呼出的气体收集于一容器（贮气袋）内，根据动物带面罩时间以及在此期间收集的呼出气体容积和成分的变化，算出单位时间内动物的耗氧量和二氧化碳产生量。然后算出呼吸商和产热量。
在应用间接测热法测定能量代谢时，除需算出呼吸商以外，还需知道食物的卡价和氧的热价。食物的卡价（热价）即一克营养物质氧化或燃烧时所释放的热量。氧的热价（氧热当量）即某种营养物质在体内氧化时，每消耗一升氧所产生的热量。不同营养物质的卡价、氧的热价和呼吸商是不同的（见表）。

糖、蛋白质和脂肪的卡价、氧的热价和呼吸商

营 养 物 质	产热量(千卡/克)		耗氧量 (升/克)	二氧化碳 产生量 (升/克)	氧的热价 (千卡/ 升)	呼吸商
	物理卡价 (在弹式热 量计中燃 烧)	生物卡价 (在机体 内氧化)
糖 蛋白质 脂 肪	4.1 5.6 9.3	4.1 4.1 9.3	0.81 0.95 1.98	0.81 0.75 1.39	5.0 4.5 4.7	1.00 0.80 0.71

能量代谢的计算 首先测定动物在一定时间内的耗氧量和二氧化碳生成量，求出呼吸商。由于蛋白质在体内氧化时，其含氮终产物是以尿素随尿排出，因此，根据尿的氮量可换算出蛋白质量。氧蛋白质的含氮量为16%，尿氮量（克）÷16%(或乘6.25)便是体内被氧化的蛋白质量（克），进而可算出氧化蛋白质的耗氧量和二氧化碳产生量，以及由该量蛋白质氧化所产生的热量。从机体总的氧耗量和二氧化碳产生量中减去蛋白质分解所需的耗氧量和二氧化碳产生量，便可求出非蛋白质呼吸商。进一步求出糖和脂肪氧化时的产热量，再加上蛋白质氧化时的产热量便是机体的总产热量。

能量代谢

生命最基本的特征是新陈代谢。新陈代谢，简单地说就是新老交替，机体不断自我更新的过程，它包括合成代谢（同化作用）和分解代谢（异化作用）两个方面。机体不断从外界环境中摄取营养物质，合成自身新的物质，并储存能量，这叫作合成代谢；机体不断分解自身旧的物质，将分解产物排出体外，并释放出能量供机体完成各种生命活动的需要，这叫作分解代谢。一般地讲，物质合成时都要吸收能量，而物质分解时都要释放能量，因此物质变化和能量转移总是密切联系着的。通常把生物体内物质代谢过程中所伴随着的能量释放、转移和利用，称为能量代谢。分解代谢所释放的能量中，约有61%迅速转化为热能，热能不能用来作功，只能发散到外界环境中去，约有31%是可以作功的自由能，自由能的载体就是三磷酸腺苷(ATP)，细胞可利用ATP所载荷的自由能完成各种生理活动，如合成机体的组成成分（化学能）、完成各种离子的跨膜主动转运，以保持膜两侧的离子浓度差（转运能）、完成肌肉收缩（机械能）。但总的看来，除骨骼肌运动时所完成的机械外功以外，其余在体内完成的各种化学功、转运功和机械内功最后也都转变为热能。如果机体处于休息状态，肌肉基本不作功，这时机体所消耗的能量完全以热能的形式散发到外环境中去，因此，生理学家通过测定机体在单位时间内向外环境发散的热量来计算能量代谢率。如果测定完成一定外功情况下的能量代谢率，则应将机械外功换算成热能，一并计入。

能量代谢energy metabolism

物质代谢中能量的贮存、释放、转移和利用的过程。绿色植物和土壤微生物可将辐射到地面的一部分太阳能转变成化学能（合成高能键）贮藏在有机物中，又通过土壤中化能有机营养型微生物分解有机化合物，以及少量化能无机营养型微生物对某些无机盐类(NH₃、NO₂^-、N₂S、Fe²⁺等)的氧化过程，释放出能量。动物体内的营养物质(糖、脂肪、蛋白质)在生物氧化过程中，产生二氧化碳和水（蛋白质还产生尿素等）的同时，释放出能量，其中一部分以热能的形式向体外发散，用以维持体温；另一部分为化学能，以高能磷酸键的形式贮存于腺苷三磷酸(ATP)和磷酸肌酸中，供细胞成分的合成、肌肉的舒缩活动和细胞膜对物质的主动转运等利用。ATP在生物体内的能量代谢中起着重要作用。

能量代谢nengliang daixie

指在代谢过程中能量的释放、转化、储存和利用的种种反应。为了便于描述，有人把新陈代谢分为物质代谢和能量代谢两个方面，实际上这两者是伴随进行的，是不可分的(参见“新陈代谢”条)。

能量代谢energy metabolism

系指生物体内物质代谢过程中所伴随的能量的释放、转化和利用而言。物质代谢和能量代谢是生命的基本因素。能量主要来源于营养物质糖、蛋白质和脂肪的分解。一部分能量变为体热维持体温，另一部分能量以化学能的形式贮存在高能化合物里，释放后转变为各种形式的能以供机体生命活动的需要，最终均以热能的形式散失于体外。能量代谢除受机体正常生命活动影响外，尚与疾病有关。甲状腺机能亢进等疾病导致机体代谢活动缯强时，能量代谢增加。甲状腺功能低下等疾病则使机体能量代谢降低。

能量代谢

生物体与周围环境间能量交换和存在于生物体内的物质代谢所产生的机械能、化学能、热能及光、电等能量的相互转化和代谢变化的总称。

能量代谢

指机体内物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用及机体与外界环境间的能量交换过程。机体的能量来源于糖、脂肪和蛋白质。这些能源物质分子结构中的碳氢键中蕴藏着化学能，在氧化过程中碳氢键断裂，生成水和二氧化碳，同时释放出能量。糖是机体内重要的能源，中国人所摄取的食物中，糖的比例最大。一般机体所需能量的70%以上是由食物中的糖提供的。机体的脂质分为组织脂质和贮存脂质两部分。组织脂质主要是类脂质(包括胆固醇、磷脂等)，这是组织细胞的组成成分，在人体饥饿时也不减少，不能成为能源。贮存脂质主要是脂肪(亦称中性脂肪或甘油三酯，即三酰基甘油)。在全部贮存脂质中，脂肪约占98%；其中不仅有来自食物的，即外源性脂肪，还有糖和氨基酸在体内转变成的，即内源性脂肪。所以，脂肪是体内各种能源物质贮存的主要形式。脂肪通常贮存在皮下组织、内脏器官周围、胃肠系膜、肌间质等处。脂肪在体内的贮存量很大，成年男子约占体重的10～20%，女子更多些。脂肪在需要时可迅速分解成甘油和脂肪酸，经血液运送到各组织以供利用。蛋白质主要是由氨基酸组成的，在蛋白质代谢过程中也主要是利用氨基酸进行合成与分解代谢。体内可利用的氨基酸有两种来源：一是食物蛋白消化后经小肠吸收入体内，二是机体在代谢中，组织细胞内蛋白质分解所产生的。这两种氨基酸混合起来，主要用于重新合成细胞成分以实现自身更新，也可以作为机体的能源物质，但这是其次要功能。各种能源物质在体内氧化所释放出的能量，其50%以上迅速转化成热能以维持体温，不足50%的为“自由能”。这部分自由能的载体是三磷酸腺苷(ATP)，机体细胞利用三磷酸腺苷所载荷的自由能完成各种化学功。

能量代谢

能量代谢是指机体物质代谢（新陈代谢）过程中有关能量产生与消耗的过程而言。物质代谢是一切有生命机体所共有的生命活动最基本的特征。物质代谢过程可分为两方面： 一方面是合成代谢即同化作用，包括机体组织的生成修补及能源的贮藏； 另一方面是分解代谢即异化作用，包括组织的分解和能源的消耗。合成代谢和分解代谢的总和称为物质代谢。
一般地说，分解代谢时，物质的大分子被分解为小分子，在这一过程中贮存大分子中的化学能量被释放； 而合成代谢时，小分子变成大分子，这一过程需要能量，必须从分解代谢获得。分解代谢所释放的能量，除供给合成代谢之所需外，其余则转变为热能和机械能，尚有辐射能和电能。所以物质代谢必然伴随着能量的转移，这种生物的能量转化过程称为能量代谢。
肌肉活动时能量的直接来源是三磷酸腺苷(ATP)的分解，最终来源是糖或脂肪的分解。肌肉中的ATP在酶的作用下迅速分解为二磷酸腺苷(ADP)和无机磷酸，同时释放出能量，这些能量便是肌肉收缩（活动）唯一的直接能源。但肌肉的三磷酸腺苷储备量很少，所以必须边分解边合成，才能使肌肉活动持久。实际上三磷酸腺苷一被分解就立即从其他产物再合成。当肌肉中有二磷酸腺苷时，肌肉中另一高能磷酸化合物——磷酸肌酸 (CP)立即分解为磷酸和肌酸放出能量供二磷酸腺苷再合成三磷酸腺苷。但肌肉中磷酸肌酸也是有限的，也必须不断再合成，磷酸肌酸再合成时所需要的能量是来自糖的分解。糖的分解取决于当时机体供氧的情况，供氧充足时直接来自糖或脂肪的有氧氧化； 当供氧不足时则来自糖的无氧酵解，结果形成乳酸。当供氧充足时乳酸一部分继续氧化放出能量，但大部分(4/5)再合成肝糖原。
机体内能量转化甚为复杂，所产生的能量并不都能迅速转变为热能。有20～25%转变为机械功，小部分转变为电能，大部分以热的形式散发掉。但是在机体完成任何工作时，任何能量形式最后均转变为热能。机体释放的热量是整个机体能量消耗的精确尺度，因此测定热反应时所释放的能量称为测热法。但直接测定机体的散热量很不方便。后来发现机体所释放的热量同排出的二氧化碳以及氧消耗量之间，有精确的相互关系。故在实际工作中普遍用气体代谢法间接地确定能量消耗值。这种方法称间接测热法，具有仪器轻便、操作简单、准确等优点。
能量代谢一般又分为三种类型，即基础代谢、安静代谢和劳动代谢。人处于安静状态时的能量消耗是相当恒以的。而在不进行肌肉活动同时体温调节功能活动处于最低状态时，能量消耗处于最低水平。这一能量消耗水平称为基础代谢，亦即维持人的基本生命活动所必需之能量。常以每天最后一次进餐12～14小时后即清晨醒觉的不活动状态作为测定基础代谢的条件。
基础代谢值与体表面积大小成正比。年龄、性别的不同亦有所差异，我国正常人基础代谢值如表1。

表1 基础代谢值[J/(m²·h)]

年龄组	男	女
20 30 40 50	15.77×104 15.86×104 15.40×104 14.90×104	14.64×104 14.69×104 14.23×104 13.85×104

安静代谢，系指人处于安静坐位状态时的能量代谢，其值一般比基础代谢要高20～30%。劳动代谢系指人在从事体力劳动时的能量代谢，其值大小与体力活动强度直接有关。体力活动强度越大，能量消耗值越大。大强度体力活动时的能量消耗值有时大于基础代谢几倍以至几十倍。因此在劳动卫生工作中须以能量消耗之大小划分劳动强度。
能量消耗的表示方法，一般采用J/(m2·min)或J/(m2·h)为单位； 也有用相对值来表示的，如日本统一采用相对代谢值(RMR)，其算式如下：

由上式可知RMR值为劳动时净增的能量消耗值与基础代谢值之比。如RMR=2，即表示由于劳动而增加的能量消耗值为基础代谢值的2倍。
能量消耗的测定，系通过测定气体代谢来进行。其原理如前所述。先测知吸入气中含氧量和二氧化碳量，然后收集劳动中的呼出气，计算单位时间内肺通气量(L/min)，并分析呼出气中氧和二氧化碳量。计算吸入气和呼出气中氧和二氧化碳浓度差值。氧的差值是体内消耗的氧量；二氧化碳的差值即体内产生的二氧化碳量，用百分率(%)表示。
根据每100ml通气量所消耗的氧量乘以单位时间内通气量(L/min)求得耗氧量。再由耗氧量和产生的二氧化碳量之比(CO2/O2)计算出呼吸商(RQ)。根据呼吸商值查氧热价表(表2)，将查得的热价再乘以实测耗氧量即是能量消耗值。

表2 不同呼吸商时每消耗1L氧的热价表

呼吸商	热价(J)
0.71 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00	19.62×103 19.83×103 20.08×103 20.33×103 20.59×103 20.84×103 21.00×103

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能量代谢

机体在生存过程中不断地摄取营养物质，以建造自身的特殊结构，同时又不断地破坏自身已衰老的结构，即不断地更新其体内各结构成分。这一系列过程总称为新陈代谢。体内的物质代谢，根据它们变化的性质，可以分为两个方面： 异化与同化。在机体内，蛋白质、脂肪、糖等经复杂的氧化分解为二氧化碳和水的过程，就是异化过程（也称分解代谢）。另一方面，简单的物质分子在体内合成蛋白质、脂肪、糖等复杂的物质的过程，称为同化作用（也称合成代谢）。由氨基酸合成蛋白质就是同化过程。而且，异化过程中可释放能量，同化过程则储存能量。异化过程中释放出的能量，经过机体的利用转化为各种功及热。由此可见，物质转化和能量转化是不可分割的。通常将机体物质代谢过程中能量的释放和储存、转化和利用，以及以热能形式向外界发散，称为能量代谢。经消化道吸收的营养物质所蕴藏的化学能，在生物氧化过程中可释放出来。
生物氧化在细胞的线粒体中进行，所释放出的能量一部分在ATP中以高能磷酸键的形式贮存起来。每一个高能磷酸键分解时可放出7,300cal自由能。机体各种活动所消耗的能量主要由ATP的分解所提供，不能直接从营养物所释放的化学能中去获取。

细胞成分的合成，肌肉的收缩活动，细胞膜对各种物质的主动转运(如消化管的吸收，肾小管的重吸收与分泌，腺体的分泌活动，神经兴奋的传导和离子浓度梯度的维持)等，都是靠ATP提供的能量来完成的。所以，ATP在能量代谢中起着物质与生理功能间的能量传递者的作用。肌酸能从ATP接受高能磷酸键，形成磷酸肌酸，所以磷酸肌酸亦可暂时储存能量，当体内ATP消耗时，此高能键又可和ADP形成ATP，供体内耗能过程之用。
机体营养物质代谢过程中所释放的能量，除一部分贮存于ATP中供各种生理活动所利用外，其他大部分能量变为热能以维持体温，而且由各种生理活动所利用的能量除一部分用作静力功外最后也都转化为热能而发散于外界。

能量代谢

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