第七章 能量与体温

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 能量代谢与体温调节,学习要求,：,1.,了解食物的能量转化。,2.,掌握能量代谢定义及影响能量代谢的主要因素。,3.,掌握热价、氧热价、呼吸商等概念。,4.,熟悉能量代谢的测定原理、基础代谢的概念及意义。,5.,了解动物运动与代谢率的关系。,6.,熟悉机体的产热过程、散热方式及其调节。,7.,掌握体温恒定的基本调节过程及机制（调定点学说）。,8.,熟悉动物的冬眠。,机体需要原料来构固和更新自身，更需要能量来驱动各项生命活动。机体正是通过糖、蛋白质和脂肪等营养物质在体内分解与合成代谢获得能量和,“,建筑材料,”,。,机体能量的提供来源是食物（营养物质）,机体活动所需要的能量（,热能、机械能、电能,等）需要通过不断的物质交换、代谢获得，因此，体内物质分解与合成必然伴有能量的转移。,第一节 能量代谢,一、能量代谢的概念及能量转化：,能量代谢：,生物体在物质代谢过程中伴随的能量释放、转移和利用。,1.,机体能量的来源和储存,糖 ：,70%,来源,脂肪：,40,50%,（包括糖转化的脂肪）,蛋白质：数量很少,糖原,: 1%,供神经代谢和爆发式运动,储存,脂肪,: 75%,能量储存的主要形式,蛋白质,:,构成细胞的成分及合成酶和,激素等生物活性物质，长期,饥饿时动用,ATP,是体内能量转化和,利,用的关键物质,三磷酸腺苷（,adenosine,triphosphate,ATP,）,ATP ADP+Pi+33.47kJ,ATP,是体内重要的储能物质、直接供能物质,高能磷酸键：,ATP,磷酸肌酸（,CP,）,2.,能量去路：,50%,转为,热能,二、能量代谢的测定原理和方法,新陈代谢,(metabolism),生命的最基本特征,包括,:,物质代谢和,能量代谢,(energy metabolism),并符合物质不灭和能量守恒定律。,根据能量守恒定律，机体分解营养物质所释放的,总能量,即,能量输入,=,能量输出,+,能量贮存,或,能量输入,=,输出的热能,+,肌肉对外作的功,+,能量贮存,如果能量输入输出，则有能量贮存，表现为体重增加。,如果无能量输入,(,禁食,/,安静时,),和能量输出,(,对外作功,),，则,0=,输出的热能,+,能量贮存,输出的热能,= -,能量贮存,实践证明，机体在不对外做功的前提下，单位时间内向外散发的热量即能代表机体的能量代谢水平。,（一）测热方法,1.,直接测热法,：,用热量计直接测量机体在一定时间内释放的热量。,此法常用于鸟类和高代谢率的小动物的能量代谢测定。,2.,间接测热法,：,在化学反应中，反应底物的量与反应产物的量之间呈定比关系。如：,C,6,H,12,O,6,+ 6O,2, 6CO,2,+ 6H,2,O + H,（定比关系）,因此，测定一定时间内机体,耗,O,2,量、,CO,2,产量,/,和尿氮排泄量,，根据所消耗代谢物质的成分和数量，计算,总产热量,。,（二）与间接测热法有关的几个概念,1.,食物的热价：,1g,营养物质在体内氧化分解,/,体外燃烧时所释放的热量。,单位：,kcal/g,（,1kcal=4.187kJ,），分,物理卡价：,食物在体外燃烧时释放的能量。,生物卡价：,食物在体内氧化分解释放的能量。,糖的物理卡价和生物卡价：,17.2kJ/g,（,4.1kcal/g,）,脂肪的物理卡价和生物卡价：,38.9kJ/g,（,9.5kcal/g,）,蛋白质,物理卡价：,23.5kJ/g,（,5.6kcal/g,）,生物卡价：,17.2kJ/g,（,4.3kcal/g,）,（部分以尿素排出）,2.,氧热价：,某种营养物质氧化时,消耗,1 L O,2,所产生的热量。,3.,呼吸商：,指一定时间内机体的,CO,2,产生量与耗,O,2,量的比值。,呼吸商（,RQ,）,= (CO,2,O,2,),体积比,由于糖、脂肪、蛋白质氧化时产生的,CO,2,和耗,O,2,量不同，其呼吸商也不同。,如果从总的,CO,2,产生量和耗,O,2,量中减去相应蛋白质产生,CO,2,量和耗,O,2,量，其呼吸商为,非蛋白氮呼吸商,（糖和脂肪）,。,测机体一定时间内的耗,O,2,和,CO,2,产生量，求出,混合呼吸商,查出相应的氧热价，乘以耗氧量，得出该时间内的产热量。,（三）间接测热法的能量代谢计算方法（,1,）,第一步：,测定机体一定时间内吸入气和呼出气中,CO,2,和,O,2,量，,求出单位时间内耗,O,2,量和,CO,2,产生量。,第二步：,测定一定时间内尿氮排出量，根据尿氮计算蛋白质氧化量（,1g,尿氮,=,氧化分解,6.25g,蛋白质），,根据其生物卡价查表计算其,产热量、耗,O,2,量和,CO,2,产生量,。,第三步：,计算,非蛋白呼吸商,：,从总耗,O,2,量和,CO,2,产生量中减去蛋白质的耗,O,2,量和,CO,2,产生量。,计算,非蛋白产热量,：,从,RQ,和氧热价表中查找相应的非蛋白氧热价，用该段时间内糖和脂肪的,耗,O,2,量,相应氧热价,来计算。,第四步：,计算出,总产热量,总产热量,=,蛋白质产热量非蛋白产热量,1.,测定受试者一定时间内耗,O,2,量和,CO,2,产生量，及尿氮排出量：,假如,24h,的耗,O,2,量为,400ml,CO,2,产生量为,340ml,尿氮排出量为,12g.,2.,蛋白质代谢：,蛋白质分解量,= 12g,6.25 = 75g,产热量,= 17.2kJ/g,75g = 1290kJ,耗,O,2,量,= 0.94L/g,75g = 70.5L,CO,2,产生量,= 0.75L/g,75g = 56.25L,3.,非蛋白代谢：,耗氧量,= 400L,70.5L = 329.5L,CO,2,产生量,= 340,56.25L = 283.75L,非蛋白呼吸商,= 283.75L,329.5L = 0.86,查表，非蛋白呼吸商,0.86,的氧热价为,20.3426kJ/L,非蛋白代谢产热量,= 20.3426kJ/L,329.5L = 6702.87kJ,4.24h,的产热量：,24h,产热量,= 1290kJ + 6702.87kJ = 7992.87kJ,间接测热法的能量代谢计算方法（,2,）,通常将蛋白质的消耗量忽略不计，只测单位时间内的耗,O,2,量和,CO,2,产生量，计算非蛋白呼吸商。,第一步：,分析吸入气和呼出气中,CO,2,和,O,2,量，测出单位时间内耗,O,2,量和,CO,2,产生量，求出,RQ,值。,第二步：,从,RQ,和氧热价表中查找出相应的氧热价。,一定时间内的,产热量氧热价,相应耗氧量,举例：,一匹蒙古马在,6,小时内产生,CO,2,量为,208.487L,，消耗,O,2,量为,291.875L,，求出,6,小时的产热量。,RQ,CO,2,/ O,2,0.71,查表,RQ,为,0.71,时的氧热价为,19.60kJ/L,氧,6h,产热量氧热价,耗氧量,19.60kJ,291.875L 5720.75kJ,三、影响能量代谢的主要因素,（一） 食物的特殊动力效应,动物在采食后一段时间内，虽然同样处在安静状态，而其产热量却比采食前有明显增加，这种由于摄食使机体产生,“,额外热量,”,的现象，叫做食物的特殊动力效应（,specific dynamic effect,）。,（二） 肌肉活动的影响,（三） 神经,内分泌的影响,（四） 环境温度的影响,四、,基础代谢和静止能量代谢,(,一,),基础代谢的概念,基础代谢,(basal metabolism),：,是指基础状态下的能量代谢。,基础代谢率,(BMR),：指单位时间内的基础代谢。 基础状态是指：,空腹，要求在进食,12,14 h,后。,静卧,0.5 h,以上。,清醒、安静。,环境温度保持在,20,25,之间。,（二）静止能量代谢,1.,禁食,2.,处于静止状态,(,通常为伏卧,),3.,环境温度适中,4.,在畜舍或实验室条件下用间接测热法测定,（三） 影响基础代谢的因素,1.,个体大小,2.,性别,3.,年龄,4.,营养状况,第二节 体温调节,体温（,body temperature,）,指的是机体深部的平均温度 。,一、动物的体温及其正常变动,（一） 动物的正常体温,（二） 体温的生理波动,1.,体温的昼夜波动,2.,年龄,3.,性别,4.,肌肉活动,表 健康动物的体温（直肠内测定）,动物,体温（）,动物,体温（）,马,骡,驴,黄牛,水牛,乳牛,肉牛,犊牛,耗牛,23.5,38.6,38.0,39.0,37.0,38.0,37.5,39.0,37.5,39.5,38.0,39.3,36.7,39.1,38.5,39.5,37.0,39.7,绵羊,山羊,猪,狗,兔,猫,豚鼠,大白鼠,小白鼠,38.5,40.5,37.6,40.0,38.0,40.0,37.0,39.0,38.5,39.5,38.0,39.5,37.8,39.5,38.5,39.5,37.0,39.0,二、体内热的平衡,（一）产热过程,1.,主要,产热器官：,安静时,内脏,(,肝脏,),、脂肪,(,包括,褐色脂肪,),运动时,骨骼肌,2.,产热的调节反应：,非战栗产热,代谢产热,战栗,(,寒颤,),产热,骨骼肌不随意收缩，产热效率最高,3.,产热活动的调节：,体液调节：,甲状腺激素、肾上腺素和去甲肾上腺素,神经调节：,交感神经兴奋,（二）散热的途径与方式：,散热部位,皮肤、呼吸道、尿、粪便,1.,辐射散热：,以热射线向较冷物体散热的形式，占,60%,。,散热量取决于皮温与外界温度差及有效辐散面积。,2.,传导散热：,热量直接传给与之接触的较冷物体的形式，,散热量取决于皮肤与导热体的接触面积、皮温与接触物的温差及导热性。,3.,对流散热：,通过气体或液体流动交换热量,受风速影响,4.,蒸发散热：,环境温度高于皮温的唯一散热方式，分,不感蒸发：,体液在未形成水滴之前就被蒸发掉；,可感蒸发：,通过汗腺主动分泌，形成明显汗滴而蒸发。,汗液成分：,水占,99%,、,NaCl,、,KCl,、尿素等，为低渗液。,1g,水蒸发可带走,2.43kJ,的热量，散热效率很高。,发汗速度受环境温度和湿度影响。,动物体内热平衡过程概括下图,（三）散热的调节反应,1.,发汗的调节：,发汗是机体有效的散热机制。属反射性活动，受交感胆碱能神经支配，,Ach,促进发汗，中枢在下丘脑。,四肢末端及额头的汗腺受肾上腺素能神经支配，温热刺激和精神紧张可引起发汗,温热发汗、精神发汗。,机体通过交感神经系统控制皮肤血管口径、增减皮肤血流量，来改变皮肤温度，从而控制体热的发散。,环境温度通过皮肤温度感受器 视前区,-,下丘脑前部热敏神经元兴奋发汗中枢 通过交感胆碱能神经 汗腺分泌汗液。,2.,皮肤血液循环的特点及调节,散热量的多少取决于皮肤与环境之间的温度差，而皮肤的温度又取决于皮肤的血流量。,特点：,分布到皮肤的动脉穿透,隔热层,在乳头下层形成动脉网。,皮下的毛细血管网迂曲延续形成丰富的静脉丛。,皮下有丰富的,A-V,吻合支。,调节：,机体可通过交感神经系统控制皮肤血管口径以改变皮肤血流量,(,皮肤血管的功能状态,),使散热符合当时条件下的体热平衡要求,.,皮肤散热的调节反应,：,1.,寒冷时,交感神经紧张皮肤血管收缩,A-V,吻合支关闭皮肤血流量散热量（热量保存）,2.,炎热时,交感神经紧张皮肤小血管舒张,A-V,吻合支开放皮肤血流量散热量；此时汗腺活动增强，促进散热。,3.,环境适中时,通过调节皮肤血管口径调节皮肤血流量控制皮温增减散热量达到体热,“,收支,”,平衡。既不发汗，不寒战，以减少能量消耗,是机体最节能的调节方式。,三、体温调节,自主性体温调节,行为性体温调节,(,一,),温度感受器,热感受器 外周温度感受器,冷感受器 中枢温度感受器,1.,外周温度感受器,感觉神经末梢,分布,：,皮肤、粘膜和内脏,2.,中枢温度感受器,分类,：,热敏神经元、冷敏神经元,血温,热敏神经元冲动发放频率,血温,冷敏神经元冲动发放频率,分布,：,冷敏,N,元：脑干网状结构和下丘脑的弓状核,热敏,N,元：视前区,-,下丘脑前部（,PO/AH,）,(,二,),体温调节中枢,调节体温的基本中枢位于,下丘脑,PO/AH,在体温调节整合中枢中的重要地位,(,三,),体温调定点学说,1,、调定点,（,set point,）,指恒温动物体温的规定阈值，存在于视前,区,-,下丘脑前部。,人体温调定点正常值,37,体温恒定的调定点学说,恒温动物下丘脑中存在调定点机制，冷敏和热敏神经元的活动随温度改变而呈,“,钟形,”,反应曲线。,两钟形曲线相交，相交点所在的温度值（,37,）就是体温稳定的调定点。,当中枢温度,37,时热敏神经元活动冷敏神经元活动散热过程，产热过程,当中枢温度,37,时出现相反的变化。,调定点 体温调节,中枢,产热,(,肝脏、骨骼肌,),散热,(,皮肤血管汗腺,),深部温度,POAH,外周中枢感受器,2,、调节过程,四、外界温度对动物体温的影响,（一） 等热范围,表,各种动物的等热范围（）,动物种类,等热范围,动物种类,等热范围,牛,猪,羊,狗,10,15,20,23,10,20,15,25,豚鼠,大鼠,兔,25,29,31,15,25,冷习服：,指动物在进入寒冷环境的初期的一种适应性的调节（由寒战产热转变为非寒战产热的过程）。,冷驯化：,在环境温度逐渐降低过程中，动物通过增强皮肤热绝缘性能的过程（保温作用）。,气候适应：,指动物在寒冷环境中经多代选择的一种遗传性改变，但不改变体温（皮肤良好的热绝缘性和逆流交换机制）。,（二） 高温和低温对动物的影响,