能量代謝與體溫調(diào)

能量代謝：生物體在物質(zhì)代謝過程中伴隨的能量釋放、轉(zhuǎn)移和利用。1.能量來源：食物(糖、脂肪和蛋白質(zhì))糖：主要的供能物質(zhì)脂肪：貯存和供給能量蛋白質(zhì)：細(xì)胞自我更新材料，也可供能一、能量代謝的概念及能量轉(zhuǎn)化當(dāng)前第1頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)能量轉(zhuǎn)化和利用的關(guān)鍵物質(zhì)：ATP當(dāng)前第2頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)2.能量去路：50%轉(zhuǎn)為熱能當(dāng)前第3頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)二、能量代謝的測定原理和方法

根據(jù)能量守恒定律，機(jī)體分解營養(yǎng)物質(zhì)所釋放的總能量即能量輸入=能量輸出+能量貯存；或能量輸入=輸出的熱能+肌肉對外作的功+能量貯存如果能量輸入＞輸出，則有能量貯存，表現(xiàn)為體重增加。如果無能量輸入(禁食/安靜時(shí))和能量輸出(對外作功)，則0=輸出的熱能+能量貯存輸出的熱能=-能量貯存實(shí)踐證明，機(jī)體在不對外做功的前提下，單位時(shí)間內(nèi)向外散發(fā)的熱量即能代表機(jī)體的能量代謝水平。當(dāng)前第4頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)（一）測熱方法1.直接測熱法：用熱量計(jì)直接測量機(jī)體在一定時(shí)間內(nèi)釋放的熱量。此法常用于鳥類和高代謝率的小動(dòng)物的能量代謝測定。2.間接測熱法：在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)底物的量與反應(yīng)產(chǎn)物的量之間呈定比關(guān)系。如：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+△H（定比關(guān)系）因此，測定一定時(shí)間內(nèi)機(jī)體耗O2量、CO2產(chǎn)量/和尿氮排泄量，根據(jù)所消耗代謝物質(zhì)的成分和數(shù)量，計(jì)算總產(chǎn)熱量。當(dāng)前第5頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)直接測定法當(dāng)前第6頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)間接測定法當(dāng)前第7頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)1.食物的熱價(jià)：1g營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)氧化分解/體外燃燒時(shí)所釋放的熱量。單位：kcal/g（1kcal=4.187kJ），分物理卡價(jià)：食物在體外燃燒時(shí)釋放的能量。生物卡價(jià)：食物在體內(nèi)氧化分解釋放的能量。糖的物理卡價(jià)和生物卡價(jià)：17.2kJ/g（4.1kcal/g）脂肪的物理卡價(jià)和生物卡價(jià)：38.9kJ/g（9.5kcal/g）蛋白質(zhì)物理卡價(jià)：23.5kJ/g（5.6kcal/g）生物卡價(jià)：17.2kJ/g（4.3kcal/g）（部分以尿素排出）（二）與間接測熱法有關(guān)的幾個(gè)概念當(dāng)前第8頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)2.氧熱價(jià)：某種營養(yǎng)物質(zhì)氧化時(shí),消耗1LO2所產(chǎn)生的熱量。3.呼吸商：指一定時(shí)間內(nèi)機(jī)體的CO2產(chǎn)生量與耗O2量的比值。呼吸商（RQ）=(CO2／O2)體積比（二）與間接測熱法有關(guān)的幾個(gè)概念當(dāng)前第9頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)由于糖、脂肪、蛋白質(zhì)氧化時(shí)產(chǎn)生的CO2和耗O2量不同，其呼吸商也不同(如表)。如果從總的CO2產(chǎn)生量和耗O2量中減去相應(yīng)蛋白質(zhì)產(chǎn)生CO2量和耗O2量，其呼吸商為非蛋白氮呼吸商（糖和脂肪）。測機(jī)體一定時(shí)間內(nèi)的耗O2和CO2產(chǎn)生量，求出混合呼吸商,查出相應(yīng)的氧熱價(jià)，乘以耗氧量，得出該時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)熱量。當(dāng)前第10頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)（三）間接測熱法的能量代謝計(jì)算方法（1）第一步：測定機(jī)體一定時(shí)間內(nèi)吸入氣和呼出氣中CO2和O2量，求出單位時(shí)間內(nèi)耗O2量和CO2產(chǎn)生量。第二步：測定一定時(shí)間內(nèi)尿氮排出量，根據(jù)尿氮計(jì)算蛋白質(zhì)氧化量（1g尿氮=氧化分解6.25g蛋白質(zhì)），根據(jù)其生物卡價(jià)查表計(jì)算其產(chǎn)熱量、耗O2量和CO2產(chǎn)生量。當(dāng)前第11頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)（三）間接測熱法的能量代謝計(jì)算方法（1）第三步：計(jì)算非蛋白呼吸商：從總耗O2量和CO2產(chǎn)生量中減去蛋白質(zhì)的耗O2量和CO2產(chǎn)生量。計(jì)算非蛋白產(chǎn)熱量：從RQ和氧熱價(jià)表中查找相應(yīng)的非蛋白氧熱價(jià)，用該段時(shí)間內(nèi)糖和脂肪的耗O2量×相應(yīng)氧熱價(jià)來計(jì)算。第四步：計(jì)算出總產(chǎn)熱量總產(chǎn)熱量=蛋白質(zhì)產(chǎn)熱量＋非蛋白產(chǎn)熱量當(dāng)前第12頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)間接測熱法的能量代謝計(jì)算方法（1）1.測定受試者一定時(shí)間內(nèi)耗O2量和CO2產(chǎn)生量，及尿氮排出量：假如24h的耗O2量為400l,CO2產(chǎn)生量為340l,尿氮排出量為12g.2.蛋白質(zhì)代謝：蛋白質(zhì)分解量=12g×6.25=75g產(chǎn)熱量=17.2kJ/g×75g=1290kJ耗O2量=0.94L/g×75g=70.5LCO2產(chǎn)生量=0.75L/g×75g=56.25L當(dāng)前第13頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)間接測熱法的能量代謝計(jì)算方法（1）3.非蛋白代謝：耗氧量=400L－70.5L=329.5LCO2產(chǎn)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的氧熱價(jià)為20.3426kJ/L非蛋白代謝產(chǎn)熱量=20.3426kJ/L×329.5L=6702.87kJ4.24h的產(chǎn)熱量：24h產(chǎn)熱量=1290kJ+6702.87kJ=7992.87kJ當(dāng)前第14頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)間接測熱法的能量代謝計(jì)算方法（2）通常將蛋白質(zhì)的消耗量忽略不計(jì)，只測單位時(shí)間內(nèi)的耗O2量和CO2產(chǎn)生量，計(jì)算非蛋白呼吸商。第一步：分析吸入氣和呼出氣中CO2和O2量，測出單位時(shí)間內(nèi)耗O2量和CO2產(chǎn)生量，求出RQ值。第二步：從RQ和氧熱價(jià)表中查找出相應(yīng)的氧熱價(jià)。一定時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)熱量＝氧熱價(jià)×相應(yīng)耗氧量當(dāng)前第15頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)舉例：一匹蒙古馬在6小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生CO2量為208.487L，消耗O2量為291.875L，求出6小時(shí)的產(chǎn)熱量。

RQ＝CO2/O2≈0.71查表RQ為0.71時(shí)的氧熱價(jià)為19.60kJ/L氧6h產(chǎn)熱量＝氧熱價(jià)×耗氧量＝19.60kJ×291.875L≈5720.75kJ當(dāng)前第16頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)三、影響能量代謝的主要因素當(dāng)前第17頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)四、運(yùn)動(dòng)和代謝率

(一)基礎(chǔ)代謝率(BMR)：指機(jī)體在基礎(chǔ)條件下的能量代謝率基礎(chǔ)條件包括：清醒而安靜、平臥、空腹、室溫20-25℃，單位：kJ/（m2·h）（二）代謝率與體重的關(guān)系（表）當(dāng)前第18頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)四、運(yùn)動(dòng)和代謝率

（二）代謝率與體重的關(guān)系（圖）當(dāng)前第19頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)四、運(yùn)動(dòng)和代謝率

運(yùn)動(dòng)與代謝的關(guān)系不同種動(dòng)物由于特殊形體和生理適應(yīng)，有最適的能量消耗和代謝率。陸生動(dòng)物：行走、奔跑時(shí)的代謝率與體重呈線性關(guān)系。鳥類：最適飛行速度時(shí)耗氧量最低。水生動(dòng)物：流線形體使能量降至最低。當(dāng)前第20頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)

第二節(jié)體溫調(diào)節(jié)

一、概念變溫動(dòng)物：恒溫動(dòng)物：異溫動(dòng)物：冬眠型動(dòng)物在非冬眠季節(jié)中,其體溫是恒定的,而在冬眠季節(jié)體溫是可變的,故特稱為異溫動(dòng)物行為性體溫調(diào)節(jié)生理性體溫調(diào)節(jié)當(dāng)前第21頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)當(dāng)前第22頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)二、體內(nèi)熱的平衡

（一）產(chǎn)熱過程1.主要產(chǎn)熱器官：安靜時(shí)——內(nèi)臟(肝臟)、脂肪(包括褐色脂肪)運(yùn)動(dòng)時(shí)——骨骼肌2.產(chǎn)熱的調(diào)節(jié)反應(yīng)：非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱——代謝產(chǎn)熱戰(zhàn)栗(寒顫)產(chǎn)熱——骨骼肌不隨意收縮，產(chǎn)熱效率最高3.產(chǎn)熱活動(dòng)的調(diào)節(jié)：體液調(diào)節(jié)：甲狀腺激素、腎上腺素和去甲腎上腺素神經(jīng)調(diào)節(jié)：交感神經(jīng)興奮當(dāng)前第23頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)當(dāng)前第24頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)當(dāng)前第25頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)散熱部位——皮膚、呼吸道、尿、糞便1.輻射散熱：以熱射線向較冷物體散熱的形式，占60%。散熱量取決于皮溫與外界溫度差及有效輻散面積。2.傳導(dǎo)散熱：熱量直接傳給與之接觸的較冷物體的形式，散熱量取決于皮膚與導(dǎo)熱體的接觸面積、皮溫與接觸物的溫差及導(dǎo)熱性。3.對流散熱：通過氣體或液體流動(dòng)交換熱量,受風(fēng)速影響4.蒸發(fā)散熱：環(huán)境溫度高于皮溫的唯一散熱方式，分:不感蒸發(fā)：體液在未形成水滴之前就被蒸發(fā)掉；可感蒸發(fā)：通過汗腺主動(dòng)分泌，形成明顯汗滴而蒸發(fā)。汗液成分：水占99%、NaCl、KCl、尿素等，為低滲液。1g水蒸發(fā)可帶走2.43kJ的熱量，散熱效率很高。發(fā)汗速度受環(huán)境溫度和濕度影響。（二）散熱的途徑與方式當(dāng)前第26頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)動(dòng)物體內(nèi)熱平衡過程概括下圖當(dāng)前第27頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)1.發(fā)汗的調(diào)節(jié)：發(fā)汗是機(jī)體有效的散熱機(jī)制。屬反射性活動(dòng)，受交感膽堿能神經(jīng)支配，Ach促進(jìn)發(fā)汗，中樞在下丘腦。四肢末端及額頭的汗腺受腎上腺素能神經(jīng)支配，溫?zé)岽碳ず途窬o張可引起發(fā)汗——溫?zé)岚l(fā)汗、精神發(fā)汗。機(jī)體通過交感神經(jīng)系統(tǒng)控制皮膚血管口徑、增減皮膚血流量，來改變皮膚溫度，從而控制體熱的發(fā)散。環(huán)境溫度→通過皮膚溫度感受器→視前區(qū)-下丘腦前部熱敏神經(jīng)元→興奮發(fā)汗中樞→通過交感膽堿能神經(jīng)→汗腺分泌汗液。（三）散熱的調(diào)節(jié)反應(yīng)當(dāng)前第28頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)2.皮膚血液循環(huán)的特點(diǎn)及調(diào)節(jié)：散熱量的多少取決于皮膚與環(huán)境之間的溫度差，而皮膚的溫度又取決于皮膚的血流量。特點(diǎn)：①分布到皮膚的動(dòng)脈穿透隔熱層在乳頭下層形成動(dòng)脈網(wǎng)。②皮下的毛細(xì)血管網(wǎng)迂曲延續(xù)形成豐富的靜脈叢。③皮下有豐富的A-V吻合支。調(diào)節(jié)：機(jī)體可通過交感神經(jīng)系統(tǒng)控制皮膚血管口徑以改變皮膚血流量(皮膚血管的功能狀態(tài)),使散熱符合當(dāng)時(shí)條件下的體熱平衡要求.當(dāng)前第29頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)1.寒冷時(shí)→交感神經(jīng)緊張↑→皮膚血管收縮→A-V吻合支關(guān)閉→皮膚血流量↓→散熱量↓（熱量保存）2.炎熱時(shí)→交感神經(jīng)緊張↓→皮膚小血管舒張→A-V吻合支開放→皮膚血流量↑→散熱量↑；此時(shí)汗腺活動(dòng)增強(qiáng)，促進(jìn)散熱。3.環(huán)境適中時(shí)→通過調(diào)節(jié)皮膚血管口徑→調(diào)節(jié)皮膚血流量→控制皮溫→增減散熱量→達(dá)到體熱“收支”平衡。既不發(fā)汗，不寒戰(zhàn)，以減少能量消耗——是機(jī)體最節(jié)能的調(diào)節(jié)方式。皮膚散熱的調(diào)節(jié)反應(yīng)當(dāng)前第30頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)皮膚溫度在體溫調(diào)節(jié)中的作用當(dāng)前第31頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)三、體溫調(diào)節(jié)

（一）溫度感受器當(dāng)前第32頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)根據(jù)在腦組織溫度升高/降低時(shí)放電頻率增加分為：熱敏神經(jīng)元：在視前區(qū)-下丘腦前部為主冷敏神經(jīng)元：在腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、下丘腦為主當(dāng)前第33頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)當(dāng)前第34頁\共有37頁\編于星期四\22點(diǎn)體溫調(diào)節(jié)中樞體溫調(diào)節(jié)基本中樞位于下丘腦（視前區(qū)-下丘腦前部）加溫視前區(qū)-下丘腦前部→熱敏神經(jīng)元興奮→促進(jìn)散熱、抑制產(chǎn)熱冷