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2016年11月04日

熱産生|体温とその調節

看護師のための生理学の解説書『図解ワンポイント生理学』より。

〈前回の内容〉

電子伝達系|栄養と代謝

今回は、熱産生について解説します。

片野由美
山形大学医学部名誉教授
内田勝雄
山形県立保健医療大学名誉教授

 

〈目次〉

 

Summary

  • 熱産生には、代謝、ふるえおよび非ふるえがある。
  • 糖質脂質がもつ結合エネルギーの約70%がATPに変換され、約30%が熱になる。
  • 酸化的リン酸化が脱共役すると糖質や脂質がもつ結合エネルギーがすべて熱になる。
  • ふるえは骨格筋の筋収縮が外に対して仕事をしないことにより発生する。

 

熱産生とは

ヒトの体温は、熱産生(heat production)と熱放散(heat dissipation)のバランスで一定に保たれている。熱産生には、

  1. 代謝による熱産生〔metabolic thermogenesis〕 
  2. ふるえによる熱産生〔shivering thermogenesis〕 
  3. 非ふるえ熱産生〔non-shivering thermogenesis〕(NST)

がある。

 

代謝による熱産生

糖質、脂質などの栄養素が化学エネルギー(結合エネルギー)の形でもつ「還元力」は、解糖系およびTCA回路でNADH、FADH2に換えられ、さらに電子伝達系で酸化されてアデノシン三リン酸〔adenosine triphosphate〕(ATP)になる。

栄養素がもつ結合エネルギーがATPに変換される効率は、糖質も脂質もほぼ同じで約70%である。残りの約30%が熱になり、これがの熱産生である。食品に含まれる糖質および脂質の代表的なものとしてグルコース(glucose)およびパルミチン酸(palmitic acid)を例にとると、解糖系、TCA回路および電子伝達系の反応は図1のように集約される。

図1代謝による熱産生

代謝による熱産生

 

ふるえによる熱産生

ふるえは動筋(agonistic muscle)と拮抗筋(antagonistic muscle)が同時に収縮するので、外に対する仕事がない筋収縮である。したがって、骨格筋が収縮するときに使うATPのエネルギーが仕事でなく、すべて熱に変わる。これがの熱産生である。

 

非ふるえによる熱産生

NSTは、褐色脂肪組織〔brown adipose tissue〕(BAT)で顕著で、酸化的リン酸化(oxidative phosphorylation)が脱共役(uncoupling)することで起こる。糖質や脂質がもつ結合エネルギーの約70%がATPに変換され、約30%が熱になるが、脱共役すると100%が熱になってしまう。これがの熱産生である。BATはミトコンドリアが豊富なので、褐色に見える(図2)。

図22種類の脂肪細胞

2種類の脂肪細胞

(黒島晨汎:環境生理学.第2版、理工学社、1993より改変)

ATPの水和反応の自由エネルギー⊿Gは下記の式で与えられる。

上記の反応式中の各分子の濃度がすべて1モル(mol/L=M)で、pH7.0、温度25℃のときの⊿Gを標準自由エネルギーとよび、その値は-7.3kcal/molである(マイナスは発熱を表す)。しかし、実際の細胞内ではATPなどの濃度は1モルよりもはるかに低い。

細胞内の実際の濃度を用いると、⊿Gは、例えば赤血球の場合、-12.4kcal/molになる(A.L.Lehninger,Principles of Biochemistry)。ATP1モルの加水分解で得られるエネルギーを-7.3kcal/molとして計算している文献もあるが、その場合は、糖質および脂質がもつ結合エネルギーのATPの化学エネルギーへの変換効率(図1の70%)を低く見積もることになる。

 

〈次回〉

熱放散|体温とその調節

⇒〔ワンポイント生理学〕記事一覧を見る

 


本記事は株式会社サイオ出版の提供により掲載しています。

[出典] 『新訂版 図解ワンポイント 生理学』 (著者)片野由美、内田勝雄/2015年5月刊行/ サイオ出版

参考文献

著作権について

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