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。

 

内田勝雄
山形県立保健医療大学名誉教授

 

〈目次〉

• 熱産生とは
• 代謝による熱産生
• ふるえによる熱産生
• 非ふるえによる熱産生

 

 

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、次のようなことがある。

 

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

 

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①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

 

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②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③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

（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 °C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、-12.4 kcal/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

 

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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］ 『図解ワンポイント　生理学　第2版』 （著者）片野由美、内田勝雄／2024年7月刊行／ サイオ出版