体内での熱産生について

筋肉や肝臓とかで熱が作られるそうですが、肝臓でどうやって熱を作るのでしょうか?また褐色細胞でも脂肪を燃やして熱が作られるそうですがこれら三つの部分でどこで主に熱は作られるのでしょうか?

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  • 登録:2013/04/11 18:30:15
  • 終了:2013/04/11 21:39:36

ベストアンサー

id:Sampo No.1

Sampo回答回数556ベストアンサー獲得回数1042013/04/11 19:23:38スマートフォンから投稿

ポイント90pt

エネルギー代謝は効率100%というわけにいきません。無駄になったエネルギーはすべて熱に変わりますので、代謝の中心地である肝臓が熱産生しているのは当然と言えます。

骨格筋も、エネルギー効率は50%に満たないのでやはり運動すると熱産生します。それに、運動に変換されたエネルギーも最後は熱になりますしね。

褐色脂肪細胞はエネルギー効率ゼロの究極の無駄回路をミトコンドリアに持っていて、これが脂肪酸を酸化するエネルギーをすべて熱に変えてしまいます。

人間の骨格筋はどうもわざわざエネルギー効率低めにできているようですよ。変温動物では80%くらいあるのです。でも人間がそれだと体温を上げたいときに震えても全然役に立ちませんからね。

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id:Sampo

おお、それは悲しい…

生理学を離れて物理の話です。エネルギー保存則と、エントロピー増大の法則、二つの言葉は聞いたことがありますか。

エネルギー保存則というのは読んでの通り、エネルギーの総量は増えも減りもしないという意味の法則です。

エントロピー増大の法則とは
1.すべてのエネルギーは最終的に熱エネルギーになってしまう。
2.温度差は最終的になくなる。
という意味の法則です。

自動車のエンジンを思い浮かべてください。運転すると熱くなりますよね。ガソリンの持っていた化学エネルギーが、運動エネルギーと熱エネルギーに変化したのです。熱エネルギーに化けている分、化学エネルギーの一部しか運動エネルギーに化けていないことがわかります。なにしろ、総量は一定ですから。運動エネルギーになってくれた割合がエネルギー効率です。

ブレーキを踏みます。ブレーキが摩擦熱で熱くなります。運動エネルギーが全部熱に変わったのです。こうして化学エネルギーはすべて熱エネルギーに変わってしまいました。

代謝も同じで、ブドウ糖や脂肪酸を酸化させてATPを作ったとき、化学エネルギーは目減りしてしまっています。目減りしたエネルギーはどこへ行くかというと、すべて熱になっているんです。

2013/04/11 20:16:56
id:koko24

わかりやすい説明ありがとうございました。

2013/04/11 21:40:15

その他の回答(1件)

id:Sampo No.1

Sampo回答回数556ベストアンサー獲得回数1042013/04/11 19:23:38スマートフォンから投稿ここでベストアンサー

ポイント90pt

エネルギー代謝は効率100%というわけにいきません。無駄になったエネルギーはすべて熱に変わりますので、代謝の中心地である肝臓が熱産生しているのは当然と言えます。

骨格筋も、エネルギー効率は50%に満たないのでやはり運動すると熱産生します。それに、運動に変換されたエネルギーも最後は熱になりますしね。

褐色脂肪細胞はエネルギー効率ゼロの究極の無駄回路をミトコンドリアに持っていて、これが脂肪酸を酸化するエネルギーをすべて熱に変えてしまいます。

人間の骨格筋はどうもわざわざエネルギー効率低めにできているようですよ。変温動物では80%くらいあるのです。でも人間がそれだと体温を上げたいときに震えても全然役に立ちませんからね。

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id:Sampo

おお、それは悲しい…

生理学を離れて物理の話です。エネルギー保存則と、エントロピー増大の法則、二つの言葉は聞いたことがありますか。

エネルギー保存則というのは読んでの通り、エネルギーの総量は増えも減りもしないという意味の法則です。

エントロピー増大の法則とは
1.すべてのエネルギーは最終的に熱エネルギーになってしまう。
2.温度差は最終的になくなる。
という意味の法則です。

自動車のエンジンを思い浮かべてください。運転すると熱くなりますよね。ガソリンの持っていた化学エネルギーが、運動エネルギーと熱エネルギーに変化したのです。熱エネルギーに化けている分、化学エネルギーの一部しか運動エネルギーに化けていないことがわかります。なにしろ、総量は一定ですから。運動エネルギーになってくれた割合がエネルギー効率です。

ブレーキを踏みます。ブレーキが摩擦熱で熱くなります。運動エネルギーが全部熱に変わったのです。こうして化学エネルギーはすべて熱エネルギーに変わってしまいました。

代謝も同じで、ブドウ糖や脂肪酸を酸化させてATPを作ったとき、化学エネルギーは目減りしてしまっています。目減りしたエネルギーはどこへ行くかというと、すべて熱になっているんです。

2013/04/11 20:16:56
id:koko24

わかりやすい説明ありがとうございました。

2013/04/11 21:40:15
id:rafting No.2

ラフティング回答回数2652ベストアンサー獲得回数1762013/04/11 20:15:10

ポイント10pt

体内の熱産生を起こす諸因子

1.基礎代謝:
基礎代謝量の約60~70%は体温保持に必要な熱量で、残りが心肺活動や肝臓の循環器系活動、筋活動と内分泌系の神経活動です。基礎代謝の内訳は、骨格筋/脂肪組織/肝臓/脳/心臓/腎臓/その他で、基本的に老化に伴い代謝能力は低下しますが、現在の簡便な計測方法では体表面積(身長x体重)で算出されるので、大まかな参考値にしか過ぎません。
因みに、より正確な数値を求めようとするなら、「マスク等の器具を装着し、個々に測定した結果から推定する方法」、「二重標識水」、「チャンバーを使用する高解析ヒューマンカロリメーター」があります。

2.身体活動(生活活動+運動)

3.食事誘発性熱産生

4.EPOC(アフターバーン)

5.寒冷時に起こるふるえ熱産生と非ふるえ熱産生:
全ての恒温動物は、寒冷環境の中でも細胞機能や生理的プロセスを継続するため、体温維持のための熱産生を行っている。視床下部が低温を感知すると、交感神経活性化を介して、褐色および白色脂肪組織にノルアドレナリンが放出される。これがβ3アドレナリン受容体を活性化し、ノルアドレナリンは白色脂肪組織(WAT)で脂肪分解を起こすと同時に、褐色脂肪組織(BAT)で熱産生遺伝子(PPARγ-coactivator1a(Ppargc1a)、Ucp1、Acsl1)を活性化させる。Alternatively activated macrophages(AAM:代替活性化マクロファージ)はin vivo(生体内)で熱産生を調節している。インターロイキン-4(IL-4)はマクロファージを刺激し、発熱遺伝子発現、脂肪酸の動員エネルギー消費を増加させる。さらに、AAMによるノルアドレナリン分泌が寒冷ストレスに対する生体反応を調節していることも明らかになった。交感神経に加えて、AAMは第2の非ふるえ熱産生の調節回路を形成していると考えられる(英科学誌Nature. 480,104–108, Published online, Nov 20, 2011)

6.直接的に熱を発生させるわけではありませんが、甲状腺ホルモン・黄体ホルモンなどにも代謝を亢進して熱の産生を促す作用がある。

骨格筋の熱産生とUCP3(Uncoupling protein=脱共役たんぱく質)
UCP3は骨格筋(速筋)のミトコンドリア内膜に特異的に発現し、ミトコンドリア内膜の脂肪酸の通過や活性酸素の除去などエネルギー代謝に重要な役割を果たしています。また褐色脂肪組織に存在し、脂肪代謝と熱産生の機能を有すUCP1と密接に関連していることが指摘されています。
骨格筋の熱は、激しい運動や重労働により筋が収縮するとき、安静時の約10倍以上の熱が産生されることは周知の事実でしたが、安静時に筋が熱を生産する仕組みは長い間謎でした。UCP-3は、その筋の熱産生に関係することが判りました。
ご参考までに、その他のUCP(脱共役たんぱく質)についても解説しておきます。

UCP1
褐色脂肪細胞に特異的に存在し、主な機能は脂肪燃焼と熱産生です。
交感神経の昂進→β3アドレナリン受容体の刺激は、即時的にUCP1熱産生を活性化すると同時に、T3などと協調してUCP1遺伝子発現促進、ミトコンドリア増生、褐色脂肪細胞増加を引き起こし、個体としての熱産生能力を高めてエネルギー消費を亢進させます。
また、白色脂肪細胞の中性脂肪の分解も促進するので、遊離した脂肪酸が褐色脂肪UCP1によって熱へと散逸されることになり、全体として体脂肪を減少させることになります。 
更に注目されるのは、通常は褐色脂肪細胞がほとんどなくとも、適当な刺激を与えると白色脂肪が褐色化しUCP1が発現して、エネルギー消費の亢進が可能となります。

UCP2
白色脂肪組織や骨格筋、脾臓、小腸など全身に幅広く存在します。
白色細胞におけるUCP2の主な生理的役割は、刺激によって中性脂肪を分解して脂肪酸を送り出すことです。白色細胞においてもある程度のアンカップリングによる熱産生を行ってはいますが、UCP1と同じような役割は殆ど期待出来ず、全身レベルでのエネルギー消費にはほとんどに寄与しません。

UCP4
脳にある神経細胞ニューロンに出ると言われていますが、確証はありません。

UCP5
どこまでアンカップリングのアクティビティを持っているのかということについては、人工的な系では証明されていますが、 in vivo(試験管内で人や動物の組織を用いて行う実験)や in vitro(マウス等の実験動物を用いて、生体内で実験)は進んでいません。

<追記>
白色脂肪は、皮膚の下なら殆ど全ての部位で蓄えられますが、褐色脂肪は、心臓・腎臓の周り・首周り・脇の下・肩甲骨の間と言った限られた場所にしか付きません。この為、褐色脂肪はとても量が少なく、大人では全部で40gくらいしかないのです。従って最近の研究では、ネズミのように体格に比べて褐色脂肪が多い動物はともかく、人間では褐色脂肪の働きはそれほど重要でないかもしれない、寧ろ別のタイプのUCP3を持つ骨格筋の働きの方が重要ではないかと言う説が有力視されています。このような中で、白色脂肪から褐色脂肪様が発生するとの新たな研究報告が発表されました。次回お話します。
http://good-looking.at.webry.info/201207/article_1.html

  • id:kyokusen
    http://www.happycampus.co.jp/docs/956516680187@hc10/64917/
     どうもご無沙汰しております。
     世の中にゃあいろんな商売があるものですね。引用サイトはレポートの販売サイトのようで、こういうのがでてくりゃあそりゃあレポートは手書きって話にもなりますわねぇ。

     私は字が汚いので学生時代、レポートはワープロで打って来いと言われた訳ですが。


     さて。
     今回のご質問、熱産生についてなのですが、Sampoさんが仰っている通り、代謝による熱産生が起きているのだという事でよろしいかと思います。褐色脂肪細胞は脂肪を代謝して熱を作り出す訳ですが、つまり、酵素反応で行われる代謝も熱を産生するという事です。筋肉は『ふるえ』という運動で熱を作り出すわけですけれども……この場合、物理エネルギーが熱エネルギーに転換されるのと、代謝による化学エネルギーを熱エネルギーへと転換するという二つの事が起きているのですね。で、肝臓はそれそのものが結構でっかい臓器である上、代謝の為の器官であります事から熱産生が大きい。ちなみに食事後は腸も熱を産生するとか……。考えてみりゃあそうですよね、蠕動運動してますから。

     で、熱をどう作るかというのは文章中でも書きましたとおり、運動エネルギーによるものと化学エネルギーによるもの、つまりそれらを熱に転換してるのです、という事でよろしいかと。このあたりの説明はSampoさんがなさってますから割愛します。

     ちなみに、燃焼熱というのはあれは化学エネルギーが熱エネルギーになっていく現象なんですね。例えばカイロ。ハクキンカイロはベンゼンを白金触媒で酸素と結合させ、二酸化炭素と水に分解することから熱を生み出します。……んー、人体の中でもつまりはそんな状況が行われているといっていいですかね、と、手元にあるカイロを眺めながら思うのです。使い捨てカイロは鉄が酸化する(錆びる)時に発生する熱を利用しているのですが、うん。
    http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/netukagaku.html
  • id:koko24
    きょくせん様、ごぶさたです。「物理エネルギーが熱エネルギーに転換されるのと、代謝による化学エネルギーを熱エネルギーへと転換する」この意味がよくわかりません。教えてください。
  • id:kyokusen
    ずいぶんほっといた形になってしまってすいません。

    えーと、物理(運動って単語が適切でしたね)エネルギーが熱エネルギーになるというのは、早い話が『震える』ことで発生する『熱』を指します。寒いとき筋肉は震える事で熱を発生させるんですね。理屈としては摩擦熱です。実験としては手をこすり合わせる、というあたり。>手の運動エネルギーが熱に変わる。

    代謝による化学エネルギーの云々、というのは白金触媒で説明をしたつもりだったのですが、基本的に酸化反応というものは発熱反応である事が多いんですね。繰り返しになりますが、白金カイロは白金触媒でベンゼンを酸化させ、水と二酸化炭素にする反応を促進させる事でベンゼンが燃焼するときと同じような熱を発生させている訳です。で、これが体内ではどう起きているか、ちょっときちんとした例は出せないのですけれども、まぁ呼吸自体がもう酸化反応ではあるのですよね。肝臓の代謝で行われている酸化反応も大抵そう。
     というあたりでいかがでしょう?

     遅きに逸したかな?

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