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【生理学】能量代谢的测定

泰然健康网
2024-12-17 18:53

一、能量代谢的测定原理

机体的能量代谢水平通常用能量代谢率作为评价标准，即测定机体在单位时间内消耗能量。根据能量守恒定律，在整个能量转化过程中，机体消耗的蕴藏于能源物质中的化学能和最终转化的热能及所做的外功按能量来折算是完全相等的。因此，机体的能量代谢率可通过测定在一定时间内所消耗的营养物质量，然后，按照营养物质的热价计算出它们所包含的能量；也可通过测定机体在一定时间内产生的热量与所做的外功量。但实际上很难测定机体消耗的营养物质的量，故通常采用简洁的方法来推算，即通过测定在一定时间内营养物质代谢所消耗的氧量和二氧化碳量，推算出营养物质的消耗量，并计算产出热量，这样就能得到机体的能量代谢率。

二、能量代谢的测定方法

1.直接测热法是直接测定受试者安静状态下在一定时间内的散热量的方法。测定时让受试者居于一个特殊的隔热小室内并保持安静状态，通过测定一定时间内流经隔热室的水温变化及水的流量，计算出受试者单位时间内发散的总热量。这种方法主要用于科学研究。

2.间接测热法是根据受试者安静状态下一定时间内的耗氧量和二氧化碳产生量，推算消耗的能源物质的量，进而计算出产热量的方法。

利用间接测热法测算单位时间内机体产热量需要应用一下几个基本概念和数据

食物的热价：1g某种食物氧化时所释放的能量，成为这种食物的热价。食物热价通常用焦耳（J）作为剂量单位。食物的热价分为生物热价和物理热价，分别是指食物在体内氧化和体外燃烧时释放的能量。糖和脂肪的生物热价和物理热价相同，蛋白质则不同，这是由于蛋白质在体内不能完全被氧化，部分代谢产物以尿素、尿酸和肌酐等形式从尿中排出，还有少量含氮产物在粪便中排出，因而其生物热价小于物理热价。

食物的氧热价：某种食物氧化消耗1L氧所产生的热量，称为这种食物的氧热价。

呼吸商：营养物质在细胞内进行氧化供能的过程中，需要消耗氧，并产生二氧化碳。将机体在一定时间内呼出的二氧化碳与吸入氧量的比值，称为呼吸商（RQ）RQ=二氧化碳产生量（mol）/氧消耗量（mol）=二氧化碳产生量（ml）/氧消耗量（ml）

由于葡萄糖氧化时，产生的二氧化碳量与消耗的氧量是相等的，所以糖氧化时呼吸商为1.00。蛋白质和脂肪氧化时的呼吸商分别为0.80和0.71。如果某人的呼吸商接近于1.00，说明此人在这段时间内所利用的能量主要来自糖的氧化。在糖尿病患者，因葡萄糖利用发生障碍，机体主要依靠脂肪代谢供能，因此呼吸商偏低，接近于0.71。在长期饥饿的情况下，人体的能量主要来自自身蛋白质的分解，故呼吸商接近于0.80。正常人进食混合食物时，呼吸商在0.85左右。

体内能量主要来自糖和脂肪的氧化，若将蛋白质的代谢量忽略不计，由糖和脂肪氧化时产生的二氧化碳量和消耗的氧量的比值称为非蛋白呼吸商（NPRQ）。

应用间接测热法测定受试者的能量代谢水平简单易行，常被用于指导健康运动及作为临床上对重症患者制定营养支持计划的依据。

（1）间接测热法的步骤：

1）蛋白质氧化的产热量：首先测定机体在一定时间内的尿氮排出量。蛋白质的氮量一般为16%，即在体内氧化1g蛋白质可生产约0.16g的尿氮。将测出的尿氮量。根据蛋白质的生物热价，就可以计算出蛋白质氧化的产热量。

2）非蛋白物质氧化的产热量：先测定机体在一定时间内的总的耗氧量和总的二氧化碳产生量。根据每克蛋白质氧化时产生的耗氧量和二氧化碳产生量，可算出受试者在这段时间内用于蛋白质氧化的耗氧量和二氧化碳产生量。然后，分别从总量中减去该值，便获得非蛋白物质氧化时的耗氧量和二氧化碳产生量，由此求得非蛋白呼吸商（NPRQ）。

3）总产热量：将蛋白质氧化的产热量与非蛋白质物质氧化的产热量相加，即可计算出机体在一定时间内的总产热量，即能量代谢率。

上述的测算方法较为繁琐，在临床、运动生理及劳动卫生工作实践中，能量代谢率的测定常采用两种简化方法：一种方法是将蛋白质的氧化量忽略不计，将测得的一定时间内的耗氧量和二氧化碳产生量所求得的呼吸商视为非蛋白呼吸商，经查表得到相对应的氧热价，耗氧量与氧热价相乘，便可计算出一定时间内的产热量。另一种变为简便的方法是仅测定一定时间内的耗氧量，根据国人统计资料，将受试者食用混合膳食时的非蛋白呼吸商视为0.82，与此相对应的热氧化价则为20.20KJ/L，用测定的一定时间内的耗氧量直接乘以20.20KJ/L，即可得出这段时间内产热量。

（2）测定机体耗氧量和二氧化碳产生量的方法

1）开放式测定法：即气体分析法，该方法一般是让受试者自然呼吸空气，收集受试者一定时间内的呼出气，通过气体检测仪测出呼出气量，并分析呼出气中氧和二氧化碳的容积百分比。

2）闭合式测定法：传统测定方法是用肺量计来测定耗氧量及二氧化碳产生量，该装置的结构与原理，在肺量计上部的气缸内充有一定量的氧气，让受试者通过呼吸口瓣吸入装置中的氧气，呼出气中的二氧化碳和水则被气体回路中的吸收剂吸收。记录装置与气缸上盖相连，呼吸过程中肺量计内气体容积改变可引起上盖移动，吸气时上盖下降，呼气时上盖上升，由此记录出呼吸曲线。