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能量代謝(energy metabolism)(能量代謝,直接測熱法,間接測熱法,呼吸商,基礎代謝)
作者：佚名  文章來源：醫(yī)學全在線  點擊數(shù)  更新時間：2007/8/24 3:49:40  文章錄入：凌林  責任編輯：凌云

 

　　呼吸商　 機體依靠呼吸功能從外界攝取氧，以供各種營養(yǎng)物質(zhì)氧化分解的需要，同時也將代謝終生物CO2呼出體外，一定時間內(nèi)機體的CO2產(chǎn)量與耗氧量的比值稱為呼吸商（respiratory quotient, RQ)。各種營養(yǎng)物質(zhì)在細胞內(nèi)氧化供能屬于細胞呼吸過程，因而雙將各種營養(yǎng)物質(zhì)氧化時的CO2產(chǎn)量與耗氧量的比值稱為某物質(zhì)的呼吸商。嚴格說來，應該以CO2和O2的克分子（mol)比值來表示呼吸商。但是，因為在同一溫度和氣壓條件下，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)來計算CO2與O2的比值，即：

　　糖、脂肪和蛋白質(zhì)氧化時，它們的CO2產(chǎn)量與耗氧量各不相同，三者的呼吸商也不一樣。

　　因為各種營養(yǎng)物質(zhì)無論在體內(nèi)或體外氧化，它們的耗氧量與CO2產(chǎn)量都取決于各該物質(zhì)的化學組成，所以，在理論上任何一種營養(yǎng)物質(zhì)的呼吸商都可以根據(jù)它的氧化成終產(chǎn)物（CO2和H20)化學反應式計算出來的。

　　糖的一般分子式為（CH20)n，氧化時消耗的02和產(chǎn)生的C02分子數(shù)相等，呼吸商應該等于1。如上述葡萄糖氧化的反應式所示，C02產(chǎn)量與耗氧量均為6mol故：

　　脂肪氧化時需要消耗更多的氧。在脂肪本身的分子結(jié)構(gòu)中，氧的含量遠較碳和氫少。因此，另外提供的氧不僅要用氧化脂肪分子中的碳，還要用來氧化其中的氫。所以脂肪的呼吸商將小于1�，F(xiàn)以甘油三酸酯（triolein)為例：

　　 RQ＝57molC02/80mol02＝0.71

　　蛋白質(zhì)的呼吸商較難測算，因為蛋白質(zhì)在體內(nèi)不能完全氧化，而且它氧化分解途徑的細節(jié)，有些還不夠清楚，所以只能通過蛋白質(zhì)分子中的碳和氫被氧化時勢需氧量和C02產(chǎn)量，間接算出蛋白質(zhì)的呼吸商，其計算值為0.80。

　　在人的日常生活中，營養(yǎng)物質(zhì)不是單純的，而是糖、脂肪和蛋白質(zhì)混合而成的（混合膳食)。所以，呼吸商常變動于0.71-1.00之間。人體在特定時間內(nèi)的呼吸產(chǎn)要看哪種營養(yǎng)物質(zhì)是當時的主要能量來源而定。若能源主要是糖類，則呼吸商接近于1.00；若主要是脂肪，則呼吸商接近于0.71。在長期病理性饑餓情況下，能源主要來自機體本身的蛋白質(zhì)和脂肪，則呼吸商接近于0.80。一般情況下，攝取混合食物時，呼吸商常在0.85左右。

　　現(xiàn)將糖、脂肪和蛋白質(zhì)三者的熱價、氧熱窬及呼吸商等數(shù)據(jù)列于表7-1，以供理解和測算能量代謝率之用。

表7-1 三種營養(yǎng)物質(zhì)氧化時的幾種數(shù)據(jù)

營養(yǎng)物質(zhì) 產(chǎn)熱量（kJ/g) 耗氧量(L/g) CO2產(chǎn)量(L/g) 氧熱價(kJ/J) 呼吸商(RQ)
物理熱價
（用彈式熱量計測得)		 生物熱價
（體內(nèi)生物氧化值)		 營養(yǎng)學
熱價*
糖 17 17 16.7 0.83 0.83 21 1.00
蛋白質(zhì) 23.5 18 16.7 0.95 0.76 18.8 0.80
脂肪 39.8 39.8 37.7 2.03 1.43 19.7 0.71

　　*營養(yǎng)學通常采用概數(shù)來計算食物的熱價

　　影響呼吸商的其它因素：

　　機體的組織、細胞 不僅能同時氧化分解各種營養(yǎng)物質(zhì)，而且也使一種營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N營養(yǎng)物質(zhì)。糖的轉(zhuǎn)化為脂肪時，呼吸商可能變大，甚至超過1.00。這是由于當一部分糖轉(zhuǎn)化為脂肪時，原來糖分子中的氧即有剩余，這些氧可能參加機體代謝過程中氧化反應，相應地減少了從外界攝取的氧量，因而呼吸商變大。反過來，如果脂肪轉(zhuǎn)化為糖，呼吸商也可能低于0.71。這是由于脂肪分子中含氧比例小，當轉(zhuǎn)化為糖時，需要更多的氧進入分子結(jié)構(gòu)，因而機體攝取并消耗外界氧的量增多，結(jié)果呼吸商變小。另外，還有其它一些代謝反應也能影響呼吸商。例如，肌肉劇烈運動時，由于氧供不應求，糖酵解增多，將有大量乳酸進入血液。乳酸和碳酸鹽作用的結(jié)果，會有大量由肺肺排出，此時呼吸商將變大。又如，肺過度通氣、酸中毒等情況下，機體中與生物氧化無關(guān)的CO2大量排出，也可現(xiàn)呼吸大于1.00的情況。相反，肺通氣不足、堿中毒等情況下，呼吸商將降低。

　　前已述，應該測出在一定時間內(nèi)機體中糖、脂肪和蛋白質(zhì)三者氧化分解的比例。為此。首先必須查清氧化了多少蛋白質(zhì)，并且將氧化這些蛋白質(zhì)所消耗的氧量和所產(chǎn)生的CO2從機體在該時間內(nèi)的總耗氧量和總CO2產(chǎn)量中減去，算出糖和脂肪氧化（非蛋白質(zhì)代謝)的CO2產(chǎn)量和耗氧量的比值，即非蛋白呼吸商（non-protein respiratory quotient,NPRQ)，然后才有可能進一步查清糖和脂肪各氧化了多少克。

　　尿氮測定 尿中的氮物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)的分解產(chǎn)物。因此可以通過尿氮來估算體內(nèi)被氧化的蛋白質(zhì)的數(shù)量。蛋白質(zhì)的平均重量組成是：C50%，O223%，N16%，S1%。蛋白質(zhì)中16%的N是完全隨尿排出的。所以，1g 尿氮相當于氧分解6.25g蛋白質(zhì)，測得的尿氮重量（g)乘以6.25，便相當于體內(nèi)氧分解的蛋白質(zhì)量。

　　非蛋白呼吸商 它是估算非蛋白代謝中糖和脂肪氧化的相對數(shù)量的依據(jù)。研究工作者早已按從0.707到1.00范圍內(nèi)的非蛋白呼吸產(chǎn)，算出糖和脂肪兩者氧化的各自百分比以及氧熱價（表7-2)。

表7-2 非蛋白呼吸商和氧熱價

非蛋白呼吸商

氧化的%

 氧熱價(kJ/L)
糖 脂肪
0.707 0.00 100.0 19.62
0.71 1.10 98.9 19.64
0.72 4.75 95.2 19.69
0.73 8.40 91.6 19.74
0.74 12.0 88.0 19.79
0.75 15.6 84.4 19.84
0.76 19.2 80.8 19.89
0.77 22.8 77.2 19.95
0.78 26.3 73.7 19.99
0.79 29.0 70.1 20.05
0.80 33.4 66.6 20.10
0.81 36.9 63.1 20.15
0.82 40.3 59.7 20.20
0.83 43.8 56.2 20.26
0.84 47,2 52.8 20.31
0.85 50.7 49.3 20.36
0.86 54.1 45.9 20.41
0.87 57.5 42.5 20.46
0.88 60.8 39.2 20.51
0.89 64.2 35.8 20.56
0.90 67.5 32.5 20.61
0.91 70.8 29.2 20.67
0.92 74.1 25.9 20.71
0.93 77.4 22.6 20.77
0.94 80.7 19.3 20.82
0.95 84.0 16.0 20.87
0.96 87.2 12.8 20.93
0.97 90.4 9.58 20.98
0.98 93.6 6.37 21.03
0.99 96.8 3.18 21.08
1.00 100.0 0.0 21.13

Lusk修訂

　　間接測熱法計算原則 實驗測得的機體24小時內(nèi)的耗氧量和CO2產(chǎn)量以及尿氮量，根據(jù)表7-1和7-2中相應的一些數(shù)據(jù)計算。首先，由尿氮量算出被氧分解的蛋白質(zhì)量。由被氧化的蛋白質(zhì)量從表7-1中算出其產(chǎn)熱量、耗氧量和CO2產(chǎn)量；其次從總耗氧量和總CO2產(chǎn)量中減去蛋白質(zhì)耗氧量和CO2產(chǎn)量，計算出非蛋白呼吸商。根據(jù)非蛋白呼吸商查表7-2的相應的非蛋白呼吸商的氧熱價，計算出非蛋白代謝的產(chǎn)熱量；最后，24小時產(chǎn)熱量為蛋白質(zhì)代謝的產(chǎn)熱量與非蛋白代謝的產(chǎn)熱量之和。此外，從非蛋白呼吸還可推算出參加代謝的糖和脂肪的比例。

　　間接測熱法的計算方法舉例

　　首先測定受試者一定時間內(nèi)的耗氧量和CO2產(chǎn)量，假定受試者24小時的耗氧量為400L，CO2產(chǎn)量為340L（已換算成標準狀態(tài)的氣體容積)。另經(jīng)測定尿氮排出量為12g。根據(jù)這些數(shù)據(jù)和查表7-1、7-2，計算24小時產(chǎn)熱量，其步驟如下：（1)蛋白質(zhì)氧化量=12×6.25=7g

　　產(chǎn)熱量=18×75=1350kJ

　　耗氧量=0.95×75=71.25L

　　CO2產(chǎn)量=0.76×75=57L

　�。�2)非蛋白呼吸商

　　非蛋白代謝耗氧量=400-71.25=328.75L

　　非蛋白代謝CO2產(chǎn)量=340-57=283L

　　非蛋白呼吸商=283/328.75=0.86

　　(3)根據(jù)非蛋白呼吸商的氧熱價計算非蛋白代謝的熱量

　　查表7-2,非蛋白呼吸商為0.86時,氧熱價為20.41。所以，非蛋白代謝產(chǎn)熱量=328.75×20.41=6709.8kj 。

　�。�4)計算24小時產(chǎn)熱量

　　24小時產(chǎn)熱量=1350+6709.8=8059.8kJ

　�。ǖ鞍踪|(zhì)代（非蛋白代謝產(chǎn)熱量)謝產(chǎn)熱量)

　　計算的最后數(shù)值8059.8kJ就是該受試者24小時內(nèi)的能量代謝率

　　耗氧量與CO2產(chǎn)量的測定方法及臨床應用 測定耗氧量和CO2產(chǎn)量的方法有兩種：閉合式測定法和開放式測定法。

　�。�1)閉合式測定法：在動物實驗中，將受試動物置于一個密閉的能吸熱的裝置中。通過氣泵，不斷將定量的氧氣送入裝置。動物不斷地攝取氧，可根據(jù)裝置中氧量的減少計算出該動物在單位時間內(nèi)的耗氧量。動物呼出的CO2則由裝在氣體回路中的CO2吸收劑吸收。然后根據(jù)實驗前后CO2吸收劑的重量差，算出單位時間內(nèi)的CO2產(chǎn)量。由耗氧量和CO2產(chǎn)量算出呼吸商。

　　臨床上為了簡便，通常只使用肺量計（圖7-2)來測量耗氧量。該裝置的氣體中容器中裝置氧氣，受試者通過呼吸口瓣將氧氣吸入呼吸器官。此時氣體容器的上蓋隨吸氣而下降，并由連于上蓋的描筆記錄在記錄紙上。根據(jù)記錄紙上的方格還可讀出潮氣量值。受試者的呼出氣則通過吸收容器（呼出氣中的CO2和水可除除掉)進入氣體容器中，于是氣體容器的上蓋又復升高，描筆也了隨之升高。由于受試者攝取了一定量的氧氣，呼出氣中CO2又被除掉，氣體容器中的氧氣量因而逐漸減少。描筆則記錄出曲線逐漸下降的過程。在一定時間內(nèi)（通常為6min)，描筆的總下降高度，就是該時間內(nèi)的耗氧量。

圖7-2 肺量計結(jié)構(gòu)模式圖

　�。�2)開放式測定法（氣體分析法)：它是在機體呼吸空氣的條件下測定耗氧量和CO2產(chǎn)量的方法，所以稱為開放法。其原理是，采集受試者一定時間內(nèi)的呼出氣，測定呼出氣量并分析呼出氣中氧和CO2的容積百分比。由于吸入氣就是空氣，所以其中氧和CO2的容積百分比不必另測。根據(jù)吸入氣和呼出氣中氧和CO2的容積百分比的差數(shù)，可算出該時間內(nèi)的耗氧量和CO2排出量。

　　氣體分析方法很多，最簡便而又廣泛應用的方法，是將受試者在一定時間內(nèi)呼出氣采集于氣袋中，通過氣量計測定呼氣量，然后用氣體分析器分析呼出氣的組成成分，進而計算耗氧量和CO2產(chǎn)量，并算出呼吸商。

　

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