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2016年臨床執業醫師考試考點：能量代謝的來源
機體通過物質代謝，從外界攝取營養物質，同時經過體內分解吸收將其中蘊藏的化學能釋放出來轉化為組織和細胞可以利用的能量，人體利用這些能量來維持生命活動。通常將在物質代謝過程中所伴隨的能量的釋放、轉移、貯存和利用稱為能量代謝。
能量代謝的來源、去路：
機體所需的能量主要來源于食物中的糖、脂肪和蛋白質。這些能源物質分子結構中的碳氫鍵蘊藏著化學能，在氧化過程中碳氫鍵斷裂，生成CO2和H2O，同時釋放出蘊藏的能。這些能量的50%以上迅速轉化為熱能，用于維持體溫，并向體外散發，其余不足50%則以高能磷酸鍵的形式貯存于體內，供機體利用。
體內最主要的高能磷酸鍵化學物是三磷酸腺苷(ATP)。此外，還可有高能硫酯鍵等。機體利用ATP去合成各種細胞組成分子、各種生物活性物質和其他一些物質;細胞利用ATP去進行各種離子和其它一些物質的主動轉運，維持細胞兩側離子濃度差所形成的勢能;肌肉還可利用ATP所載荷的自由能進行收縮和舒張，完成多種機械功。
總的看來，除骨骼肌運動時所完成的機械功(外功)以外，其余的能量最后都轉變為熱能。例如心肌收縮所產生的勢能(動脈血壓)與動能(血液流速)，均于血液在血管內流動過程中，因克服血流內、外所產生的阻力而轉化為熱能。在人體內，熱能是最“低級”形式的能，熱能不能轉化為其它形式的能，不能用來作功。
能量代謝的測定方法：
熱力學第一定律指出：能量由一種形式轉化為另一種形式的過程中，既不能增加，也不減少。這是所有形式的能量(動能、熱能、電能入化學能)互相轉化的一般規律，也就是能量守恒定律。機體的能量代謝也遵循這一規律，即在整個能量轉化過程中，機體所利用的蘊藏于食物中的化學能與最終轉化成的熱能和所作的外功，按能量來折算是完全相等的。因此，測定在一定時間內機體所消耗的食物，或者測定機體所產生的熱量與所做的外功，都可測算出整個機體的能量代謝率(單位時間內所消耗的能量)。
測定整個機體單位時間內發散的總熱量，通常有兩類方法：直接測熱法和間接測熱法。
(一)直接測熱法：
直接測熱法是測定整個機體在單位時間內向外界環境發散的總熱量。此總熱量就是能量代謝率。如果在測定時間內做一定的外功，應將外功(機械功)折算為熱量一并計入。右圖是21世紀初Arwater-Benedict所設計的呼吸熱量計的結構模式圖。它是由隔熱密封的房間，其中設一個銅制的受試者居室。用調節溫度的裝置控制隔熱壁與居室之間空氣的溫度，使之與居室內的溫度相等，以防居室內的熱量因傳導而喪失。這樣，受試者機體所散發的大部分熱量便被居室內管道中流動的水所吸收。根據流過管道的水量和溫度差，將水的比熱考慮在內，就可測出水所吸收的熱量。當然，受試者發散的熱量有一部分包含在不感蒸發(參看第二節)量中，這在計算時也要加進去。受試者呼吸的空氣由進出居室的氣泵管道系統來供給。此系統中裝有硫酸和鈉石灰，用業吸收水蒸氣和CO2管道系統中空氣中的O2則由氧氣筒定時補給。
直接測熱法的設備復雜，操作繁鎖，使用不便，因而極少應用。
(二)間接測熱法：
在一般化學反應中，反應物的量與產物量之間呈一定的比例關系，這就是定比定律。例如，氧化1mol葡萄糖，需要6mol氧，同時產生6molCO2和6molH2O，并釋放一定量的能。同一種化學反應，不論經過什么樣的中間步驟，也不論反應條件差異多大，這種定比關系仍然不變。例如，在人體內氧化1mol葡萄糖，同在體外氧化燃燒1mol葡萄糖一樣，都要消耗6molCO2和6molH20，而且產生的熱量也相等。一般化學反應的這種基本規律也見于人體內營養物質氧化供能的反應(蛋白質的情況下有些出入，參看下文)，所以它成了能量代謝間接測熱法的重要依據。
間接測熱法的基本原理就是利用這種定比關系，查出一定時間內整個人體中氧化分解的糖、脂肪、蛋白質各有多少，然后據此計算出該段時間內整個機體所釋放出來的熱量。因此，必須解決兩個問題：一是每種營養物質氧化分解時產生的能量有多少(即食物的熱價);二要分清三種營養物質各氧化了多少。
能量代謝的基礎代謝：
基礎代謝是指基礎狀態下的能量代謝。基礎代謝率是指單位時間內的基礎代謝，即在基礎狀態下，單位時間內的能量代謝。所謂基礎狀態是指人體處在清醒而又非常安靜、不受肌肉活動、環境溫度、食物及精神緊張等因素的影響時的狀態。測定基礎代謝率，要在清晨末進餐以前(即食后12-14h)進行。前一日晚餐最好是清淡菜肴，而且不要吃得太飽。這樣，過了12-14h，胃腸的消化和吸收活動已基本完畢，也排除了食物的特殊動力作用的影響。測定之前不應做劇烈的活動，而且必須靜臥半小時以上。測定時平臥，全身肌肉要松弛，盡量排除肌肉活動的影響。這時還應要求受試者排除精神緊張的影響，如摒除焦慮、煩惱、恐懼等心理活動。室溫要保持在20-25℃之間，以排除環境溫度的影響。基本條件下的代謝率，比一般安靜時的代謝率可低些(比清醒安靜時低8%-10%)。基礎代謝率以每小時，每平方米體表面積的產熱量為單位，通常以kJ/m.h來表示。要用每平方米體表面積而不用每公斤體重的產熱量來表示，是因為基礎代謝率的高低與體重并不成比例關系，而與體表面積基本上成正比。
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