能量代謝是指生物體內(nèi)伴隨物質(zhì)代謝過程而發(fā)生的能量釋放、轉(zhuǎn)移、貯存和利用的過程。因比物質(zhì)代謝和能量代謝實(shí)際上是同一活動(dòng)過程的兩個(gè)方面，密不可分。

( 一 ) 與能代有關(guān)的幾個(gè)概念

1 ．食物的熱價(jià)： 1g 食物氧化 ( 或在體外燃燒 ) 時(shí)所釋放出來的能量稱為食物的熱價(jià)。它分為物理熱價(jià)和生物熱價(jià)。分別指食物在體外燃燒和體內(nèi)生物氧化時(shí)所釋放的熱量。糖 ( 或脂肪 ) 的物理熱價(jià)和生物熱價(jià)是相等的，而蛋白質(zhì)的生物熱價(jià)則小于它的物理熱價(jià)。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)在體內(nèi)不能被徹底氧化分解，它有一部分主要以尿素的形式從尿中排泄。 2 ．食物的氧熱價(jià)：食物氧化要消耗氧，氧的消耗量和物質(zhì)氧化的產(chǎn)熱量之間有一定的關(guān)系。通常把某種食物氧化時(shí)消耗 1L 氧所產(chǎn)生的能量稱為該種食物的氧熱價(jià)。氧熱價(jià)在能量代謝的測(cè)算方面有著重要的意義，可根據(jù)機(jī)體在一定時(shí)間內(nèi)的氧耗量計(jì)算出能量代謝率。 3 ．呼吸商：機(jī)體依靠呼吸功能從外界攝取氧，以供種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化分解的需要，同時(shí)也將代謝終產(chǎn)物 CO2 呼出體外，一定時(shí)間內(nèi)機(jī)體呼出 O2 產(chǎn)量與耗氧量的比值稱為呼吸商 (respiratory quotient ， RQ) 。各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)氧化供能屬于細(xì)胞呼吸過程，因而將各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化時(shí)的 CO2 產(chǎn)量與耗氧量的比值稱為某物質(zhì)的呼吸商。嚴(yán)格說來，應(yīng)該以 CO2 和 O2 的克分子 (mol) 比值來表示呼吸商。但是，因?yàn)樵谕粶囟群蜌鈮簵l件下，容積相等的不同氣體，其分子數(shù)都是相等的，所以通常都用容積數(shù) (ml 或 L) 來計(jì)算 CO2 與 O2 的比值，即：

RQ= 產(chǎn)生的 CO2(mol)/ 消耗的 O2(mol)= 產(chǎn)生的 CO2(ml)/ 消耗的 O2(ml)

( 二 ) 影響能量代謝的因素

(1) 一般生理性因素：①年齡隨著年齡的增長(zhǎng)，能量代謝率逐漸下降。幼兒的能量代謝率幾乎是老年人的 2 倍，因?yàn)閮和幱谏L(zhǎng)發(fā)育階段，腦垂體分泌的生長(zhǎng)素可使能量代謝率升高 15 ％～ 20 ％。老人能量代謝率衰退，能量代謝逐漸下降。②性別同齡男性的能量代謝率高于女性，因?yàn)槟行约に乜墒鼓芰看x率提高 10 ％～ 15 ％。③睡眠睡眠時(shí)能量代謝率較清醒安靜時(shí)低 10 ％～ 15 ％，這與睡眠時(shí)骨骼肌緊張性和交感神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)下降有關(guān)。

(2) 生理活動(dòng)因素：①肌肉活動(dòng)：肌肉活動(dòng)是影響能量代謝最明顯的因素。機(jī)體任何輕微的活動(dòng)都會(huì)提高能量代謝率。在勞動(dòng)或運(yùn)動(dòng)時(shí)能量代謝代謝和耗氧量顯著增加，最多可達(dá)安靜時(shí)的 10 ～ 20 倍，故可用能量代謝值作為評(píng)價(jià)勞動(dòng)強(qiáng)度的指標(biāo)。②環(huán)境溫度：人安靜時(shí)的能量代謝在 20 ～ 30 ℃ 的環(huán)境中最穩(wěn)定。當(dāng)環(huán)境溫度低于 20 ℃ 時(shí)可反射性地引起寒戰(zhàn)和肌肉緊張的增強(qiáng)而使代謝率增加，尤其是環(huán)境溫底低于 10 ℃ 時(shí)代謝率增加更為顯著。當(dāng)環(huán)境溫度升高到 30 ℃ 以上時(shí)代謝率也會(huì)增加，這與發(fā)汗、呼吸、循環(huán)機(jī)能加強(qiáng)及體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)加速有關(guān)。③食物的特殊動(dòng)力效應(yīng)：人在進(jìn)食后一段時(shí)間內(nèi)雖然處于安靜狀態(tài)下，但產(chǎn)熱量比進(jìn)食前增高。這種由進(jìn)食食物引起機(jī)體產(chǎn)熱增加現(xiàn)象稱為食物的特殊動(dòng)力效應(yīng)。不同食物的特殊生熱作用不同，進(jìn)食蛋白質(zhì)引起機(jī)體增加的產(chǎn)熱量約相當(dāng)于攝入蛋白質(zhì)所含熱量的 30 ％，糖和脂肪的特殊動(dòng)力作用較小，只相當(dāng)于其產(chǎn)熱量的 4 ％～ 6 ％，混合食物約為 10 ％。增熱機(jī)制可能來源于肝臟對(duì)氨基酸的處理而消耗了能量。因此在臨床上給禁食病人輸液補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)應(yīng)注意加上這份多消耗的熱量。④精神活動(dòng)：腦的代謝水平較高，在安靜狀態(tài)下單位重量腦組織的耗氧量為肌肉的 20 倍。但在安靜地思考問題時(shí)機(jī)體產(chǎn)熱量增加一般不超過 4 ％。當(dāng)處于恐懼、憤怒、焦急等精神緊張狀態(tài)下，能量代謝顯著增高，這是由于出現(xiàn)無意識(shí)的肌緊張?jiān)鰪?qiáng)，交感神經(jīng)的緊張性加強(qiáng)以及能促進(jìn)代謝的內(nèi)分泌激素 ( 兒茶酚胺等 ) 的釋放有關(guān)。

( 三 ) 基礎(chǔ)代謝與基礎(chǔ)代謝率

基礎(chǔ)代謝是指機(jī)體處于基礎(chǔ)狀態(tài)下的能量代謝。單位時(shí)間內(nèi)的基礎(chǔ)代謝稱為基礎(chǔ)代謝率 (basal metabolism rate ， BMR) 。基礎(chǔ)狀態(tài)是指在室溫 18 ～ 25 ℃、清晨空腹、平臥、清醒而又極其安靜的狀態(tài)，也即排除肌肉活動(dòng)、食物特殊動(dòng)力效應(yīng)、精神緊張和環(huán)境溫度的影響。體溫每升高 1 ℃ ，基礎(chǔ)代謝率增加 13 ％左右。在基礎(chǔ)狀態(tài)下所消耗的能量?jī)H用于維持心跳、呼吸及其他一些基本的生理活動(dòng)，其代謝率比一般安靜狀態(tài)低 8 ％～ 10 ％，也較穩(wěn)定。但基礎(chǔ)代謝率并不是機(jī)體最低的能量代謝水平，熟睡時(shí)能量代謝率可進(jìn)一步下降 10 ％?；A(chǔ)代謝率通常以每小時(shí)每平方米體表面積產(chǎn)生的熱量為單位，通常用 kJ ／㎡· h 表示?；A(chǔ)代謝率隨性別年齡等不同而有生理變動(dòng)。其它情況相同時(shí)，男子的基礎(chǔ)代謝高于女子，幼年高于成人，且年齡越大代謝率越低。一般用，實(shí)際測(cè)得的基礎(chǔ)代謝率的值與正常平均值比較相差在± 15 ％以內(nèi)屬于正常。甲狀腺功能低下時(shí)基礎(chǔ)代謝率比正常值下降 20 ％～ 40 ％；甲狀腺功能亢進(jìn)時(shí)基礎(chǔ)代謝比正常值高 25 ％～ 80 ％。

( 四 ) 產(chǎn)熱與散熱

1 ．產(chǎn)熱：機(jī)體的熱量來自體內(nèi)各組織器官所進(jìn)行的氧化分解反應(yīng)。安靜狀態(tài)時(shí)主要產(chǎn)熱部位是內(nèi)臟器官，約占機(jī)體總產(chǎn)熱量 56 ％，其中肝臟產(chǎn)熱量最大。運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)熱的主要器官是骨骼肌，其產(chǎn)熱量可達(dá)機(jī)體總產(chǎn)熱量的 90 ％。機(jī)體主要通過下列方式來增加產(chǎn)熱以維持體溫： (1) 基礎(chǔ)代謝產(chǎn)熱：機(jī)體即使處于基礎(chǔ)狀態(tài)下，因其細(xì)胞數(shù)量巨大，產(chǎn)熱量仍是相當(dāng)大的； (2) 食物的特殊動(dòng)力效應(yīng)產(chǎn)熱：進(jìn)食可使機(jī)體產(chǎn)熱增加； (3) 肌肉活動(dòng)產(chǎn)熱：骨骼肌隨意運(yùn)動(dòng)可導(dǎo)致代謝明顯增加，機(jī)體產(chǎn)熱量顯著增加。此外，機(jī)體在寒冷的環(huán)境中可通過戰(zhàn)栗產(chǎn)熱。機(jī)體受到寒冷刺激時(shí)，最初骨骼肌肌緊張?jiān)龈?，稱為寒戰(zhàn)前肌緊張，此時(shí)產(chǎn)熱量便有所增加。寒冷刺激持續(xù)作用時(shí)，骨骼肌將出現(xiàn)寒戰(zhàn)，表現(xiàn)為伸肌和屈肌同時(shí)出現(xiàn)不隨意的節(jié)律性收縮。此時(shí)骨骼肌不做機(jī)械外功。所消耗的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，因此，寒?zhàn)是機(jī)體效率最高的產(chǎn)熱方式。 (4) 非寒戰(zhàn)產(chǎn)熱：寒冷時(shí)機(jī)體腎上腺素、去甲腎上腺素、甲狀腺激素等分泌增多或交感神經(jīng)興奮，作用于細(xì)胞均可引起代謝增強(qiáng)，產(chǎn)熱增多。這部分產(chǎn)熱與肌肉收縮無關(guān)，稱非寒戰(zhàn)產(chǎn)熱。褐色脂肪組織的非寒戰(zhàn)產(chǎn)熱最大，約占 70 ％。褐色脂肪細(xì)胞中含大量線粒體，這些細(xì)胞接受交感神經(jīng)支配，阻斷交感神經(jīng)節(jié)可抑制非寒戰(zhàn)性產(chǎn)熱。新生兒的褐色脂肪組織較多，代謝增強(qiáng)時(shí)可使產(chǎn)熱量增加 1 倍。由于新生兒無明顯的寒戰(zhàn)反應(yīng)，故非寒戰(zhàn)產(chǎn)熱對(duì)新生兒保溫有特殊意義。成年人的褐色脂肪組織較少，只能使產(chǎn)熱增加 10 ％～ 15 ％。此外，寒冷使甲狀腺激素分泌增多的效應(yīng)發(fā)生較慢，通常需經(jīng)數(shù)周后甲狀腺激素分泌量才增加 2 倍以上，使代謝率增加 20 ％～ 30 ％。

2 ．散熱：人體的主要散熱部位是體表皮膚。當(dāng)環(huán)境溫度低于皮膚溫度時(shí)，大部分 (70 ％左右 ) 體熱通過皮膚的輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流、蒸發(fā)散發(fā)到外界環(huán)境中去；小部分熱量隨呼吸、排尿、排糞散失。散熱方式： (1) 輻射散熱：是指體熱以紅外線熱射線的形式傳給外界較冷物體。安靜時(shí)的輻射散熱量約占散熱量的 60 ％，是機(jī)體散熱的主要方式。當(dāng)皮膚與環(huán)境溫差越大，輻射面積越大時(shí)，散熱就越多；反之則少。如果環(huán)境溫度高于皮膚溫度，則機(jī)體不僅不能以輻射方式有效散熱，反面會(huì)吸收周圍物體的輻射熱。 (2) 傳導(dǎo)散熱：是指體熱直接傳給同它接觸的較冷物體。人體脂肪是不良導(dǎo)熱體，因此，肥胖者和女性由機(jī)體深部向體表的傳導(dǎo)散熱較少。有研究顯示，皮下脂肪層每增厚 1mm ，可使人體增強(qiáng)耐寒 1 ～ 1 ． 5 ℃ 。新生兒皮下脂肪薄，體熱易于散失，應(yīng)注意保暖。水的導(dǎo)熱性能好，故臨床上常利用冰袋、冰帽為高熱病人降溫。 (3) 對(duì)流散熱：通過冷熱空氣的對(duì)流，使體熱得以散發(fā)。對(duì)流散熱量受風(fēng)速影響極大，風(fēng)速越大，對(duì)流散熱量越多，反之對(duì)流散熱減少。選用蓬松的棉、毛制品作為御寒衣服，是因?yàn)檫@些用品導(dǎo)熱性能低，纖維間空氣多，而且不易流動(dòng)，能減少傳導(dǎo)和對(duì)流散熱，從而起保暖作用。 (4) 蒸發(fā)散熱：是指利用水分從體表在汽化時(shí)吸收熱量而散發(fā)體熱的方式。每 1g 水蒸發(fā)可帶走 2 ． 34kJ 的熱量 ( 水的汽化熱 ) 。當(dāng)皮膚溫度等于或低于環(huán)境溫度時(shí)，輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流散熱停止，蒸發(fā)便成為機(jī)體唯一的散熱方式。臨床上用酒精給高熱病人擦浴，可增加蒸發(fā)散熱起降溫作用。蒸發(fā)散熱可分為兩種：①不感蒸發(fā)，又稱不顯汗：是指體液的水分直接透過皮膚和粘膜 ( 主要是呼吸道粘膜 ) 表面，在未聚成明顯水滴前就蒸發(fā)掉的一種散熱形式。不感蒸發(fā)與汗腺活動(dòng)無關(guān)，持續(xù)存在，人體不感蒸發(fā)量約為 1000ml ／ d 。嬰幼兒的不感蒸發(fā)率大于成人，故在缺水時(shí)幼兒更易造成嚴(yán)重脫水。給病人補(bǔ)液時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮不感蒸發(fā)所丟失的液體量。在炎熱的環(huán)境中若新生兒進(jìn)水量不足可因蒸發(fā)散熱減少而發(fā)生體溫升高，臨床上稱為 " 脫水熱 " 。②可感蒸發(fā)又稱發(fā)汗：汗腺分泌汗液的活動(dòng)稱為發(fā)汗。由于汗液在皮膚表面以上明顯的汗滴形式而蒸發(fā)散熱。人體在安靜狀態(tài)下當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到 30 ℃ 左右時(shí)便開始發(fā)汗。在一定范圍內(nèi)勞動(dòng)強(qiáng)度越大，氣溫越高，則出汗越多。環(huán)境濕度大時(shí)，汗液不易蒸發(fā)，體熱不易散失、出汗增多。風(fēng)速大時(shí)，有利于蒸發(fā)散熱而使發(fā)汗減少。對(duì)在高溫、高濕度和通風(fēng)條件差的環(huán)境中工作的人類要特別注意防暑降溫工作。