動物生理學第六章能量代謝及體溫

動物生理學第六章能量代謝及體溫

一、機體能量的來源及利用

(一)來源:食物中蘊藏的化學能(C-H鍵)。

ATP既是體內重要的儲能物質，又是直接供能物質;1molATPADP(釋放33.47kJ能量)。

磷酸肌酸(CP)是ATP的儲存庫。

能源物質：其分解過程中能產生ATP的物質（糖、脂肪、蛋白質）1、糖(GS)

機體的主要能量來源(50-70%)

利用形式:葡萄糖.

儲能形式肝糖元:維持血糖

肌糖元:骨骼肌運動需要

供能途徑①有氧氧化:

1molGS38molATP

②無氧酵解:如劇烈運動時

1molGS2molATP

（腦只有有氧氧化，紅細胞只有無氧酵解）

腦組織所需能量則完全來源于糖的有氧氧化。缺氧和血糖水平過低，均可導致意識障礙、昏迷以及抽搐。

2.脂肪（fat）貯存和供給能量（饑餓時成為機體的主要供能物質）。

特點：氧化時釋放的能量多(1g脂肪氧化放能量為糖有氧氧化釋放能量的2倍。利用形式:甘油和脂肪酸供能途徑:直接氧化或轉化為糖而提供能量。

3.蛋白質（protein）

基本組成單位：氨基酸(aminoacid)

特點：①主要功能為重新合成蛋白質，供能為次要功能；

②只有在優(yōu)先供能的糖和脂肪缺乏時，才通過糖異生和生成酮體（生酮作用）參與能量代謝。

如:長期不能進食或體力極度消耗

③在體內氧化不徹底，較體外燃燒供能少。在適當的環(huán)境溫度范圍內，動物的代謝強度和產熱量可保持在生理的最低水平而體溫仍能維持穩(wěn)定，這種環(huán)境溫度稱為動物的等熱范圍或代謝穩(wěn)定區(qū)。經過整合，調整產熱和散熱過程，從而維持體溫相對恒定。⑶體溫中樞調節(jié)機理—調定點學說

①調定點學說

下丘腦的熱敏神經元起著調定點的重要作用。輻射散熱量的多少取決于

Ⅱ.四、基礎代謝(Basalmetabolism)⑸行為性體溫調節(jié)

是大腦皮層參與下有意識的活動，卷縮姿勢和積聚以減小散熱面積，躺在向陽背風處；體溫調節(jié)過程(以環(huán)境溫度下降為例)②只有在優(yōu)先供能的糖和脂肪缺乏時，才通過糖異生和生成酮體（生酮作用）參與能量代謝。三、體溫恒定的調節(jié)

⑴※體溫調節(jié)中樞

調節(jié)體溫的重要中樞位于下丘腦。(二)間接測熱法(Indirectcalorimetry)(一)肌肉活動：最為顯著。當氣溫≥體溫時，蒸發(fā)是唯一的散熱途徑基礎代謝率還受年齡、性別、體長、身體質量、體表面積、生長、妊娠、哺乳、疾病、體溫、長期禁食、激素水平、睡眠等因素的影響。內分泌激素（E、NE、T4.對流

指體熱憑借空氣流動交換熱量的散熱方式。(二)能量的利用＃營養(yǎng)物質在體內氧化時所釋放的能量約50%直接轉化為熱能，用于維持體溫。其余的50%是可被機體利用的自由能，它以化學能的形式儲存在ATP的高能磷酸鍵內，供機體利用，如合成、生長、肌肉收縮、腺體分泌、神經傳導、主動轉運等。二、能量代謝測定的原理和方法原理

根據能量守恒定律食物的化學能=熱能+外功＋熱儲備能量代謝=熱能+外功+熱儲備(一)直接測熱法(Directcalorimetry)測定整個機體在單位時間內向外界環(huán)境散發(fā)的總熱量。因設備復雜，操作繁瑣，故極少應用。

圖7-1-3直接測熱法裝置(二)間接測熱法(Indirectcalorimetry)

定比定律＋能量守恒定律測定受試者在一定時間內所消耗的氧量和產生的二氧化碳量，再根據有關理化原則及數據計算出單位時間內的產熱量

C6H6O6+6O26CO2+6H2O+E圖7-1-4間接測熱法裝置圖7-1-3直接測熱法裝置與能量代謝測定有關的幾個概念：1.食物的熱價

1g食物氧化（或在體外燃燒）所釋放的能量叫熱價。2.食物的氧熱價

某營養(yǎng)物氧化時，消耗1升氧所產生的能量。根據在一定時間內的耗氧量，參照氧熱價可以推算出機體的能量代謝率。

四、基礎代謝(Basalmetabolism)測定整個機體在單位時間內向外界環(huán)境散發(fā)的總熱量。⑵溫度感受器

①外周感受器

位于皮膚、某些粘膜、內臟等。在適當的環(huán)境溫度范圍內，動物的代謝強度和產熱量可保持在生理的最低水平而體溫仍能維持穩(wěn)定，這種環(huán)境溫度稱為動物的等熱范圍或代謝穩(wěn)定區(qū)。供能途徑:直接氧化或轉化為糖而提供能量。通常是白晝逐漸升溫至午后達到高峰，然后逐漸下降至清晨最低。經過整合，調整產熱和散熱過程，從而維持體溫相對恒定。根據在一定時間內的耗氧量，參照氧熱價可以推算出機體的能量代謝率。體溫調節(jié)過程(以環(huán)境溫度下降為例)只要致熱因素不消除，產熱與散熱兩個過程就繼續(xù)在此新的水平上保持平衡。只要致熱因素不消除，產熱與散熱兩個過程就繼續(xù)在此新的水平上保持平衡。三、影響能量代謝的因素不感蒸發(fā)是持續(xù)進行的。⑴產熱

①通常環(huán)境中

安靜時，主要產熱器官內臟（特別是肝臟）

運動時：骨骼肌

草食動物消化道內微生物發(fā)酵為主。3.呼吸商respiratoryquotient,RQ

機體一定時間內，CO2呼出量與O2吸入量的比值

RQ=

（相同溫度和氣壓條件下根據RQ的大小推測能量的主要來源糖=1；蛋白質=0.80；脂肪=0.71；混合食=0.85CO2產生量（mol或ml數）

O2消耗量（mol或ml數）表三種營養(yǎng)物質氧化時的有關數據熱價（kJ/g）O2耗量

（L/g）CO2產量

（L/g）呼吸商氧熱價

（kJ/L）物理熱價生理熱價糖17.217.20.830.831.0020.9脂肪39.739.72.031.430.7118.8蛋白質23.418.00.950.760.8019.7三、影響能量代謝的因素(一)肌肉活動：最為顯著。機體任何輕微的活動都可提高代謝率。劇烈運動時其耗氧量可增加10～20倍。(二)精神活動(精神緊張狀態(tài)時，產熱量可顯著增加。)(三)食物的特殊動力效應:進食后1h始,延續(xù)7-8h，所產生的熱量比未進食時有所增加的現象。食物這種刺激機體產生額外能量消耗的作用稱食物的特殊動力作用。(四)環(huán)境溫度:安靜時20～30°C的環(huán)境中能量代謝最穩(wěn)定，低于20°C或高于30°C時都可使能量代謝增加。

四、基礎代謝(Basalmetabolism)1.基礎狀態(tài)下的能量代謝。

2.基礎狀態(tài)：指畜體處在室溫20℃、清晨空腹、清醒而又非常安靜、靜臥、不受肌肉活動、環(huán)境溫度、食物及精神緊張等因素的影響時的狀態(tài)

3.基礎代謝率(Basalmetabolismrate,BMR):在以上狀態(tài)下，機體只維持最基礎（血液循環(huán)、呼吸）的代謝狀態(tài)，此時所測量的機體單位時間內的能量代謝.

，即為基礎代謝率。

BMR不是機體最低的能量代謝?；A代謝率還受年齡、性別、體長、身體質量、體表面積、生長、妊娠、哺乳、疾病、體溫、長期禁食、激素水平、睡眠等因素的影響。表示法：

①實測絕對值:Kcal或Kj╱m2

h；

臨床測定BMR可幫助診斷某些代謝性疾病：

＃甲亢時，BMR比正常值高25％～80％

＃甲減時，BMR比正常值低20％～40％

＃糖尿病、紅細胞增多癥、白血病、發(fā)熱BMR升高

＃體溫每升高1°C，BMR升高約13％

＃腎病綜合征、腦垂體性肥胖、病理性饑餓BMR降低

靜止能量代謝

對動物而言一般用靜止代謝代替基礎代謝。條件是要求動物禁食、處在靜止狀態(tài)(通常是伏臥狀態(tài))時作為標準狀態(tài)，在普通畜舍或實驗室條件下、環(huán)境溫度適中、使用間接測熱法得到。第二節(jié)體溫及其調節(jié)體溫的相對恒定是機體新陳代謝和一切生命活動正常進行的必需條件。體溫過高、過低都會影響酶的活性，導致生理功能的障礙，甚至造成死亡。

一、動物的體溫及其正常變動

⑴部位變異

肛溫（36.5－37.5℃）；口溫小于肛溫；腋溫小于口溫；腋溫（36.0－37.4?C）；肝最高38?C。畜牧獸醫(yī)實踐中，多以肛溫代表體溫，接近且穩(wěn)定。

⑵晝夜波動

自然界光線、環(huán)境溫度、喂料、生活方式、肌肉工作等周期性變化。通常是白晝逐漸升溫至午后達到高峰，然后逐漸下降至清晨最低。腎上腺素和去甲腎上腺素→糖、脂肪分解→迅速而短暫對付急劇變化。三、體溫恒定的調節(jié)

⑴※體溫調節(jié)中樞

調節(jié)體溫的重要中樞位于下丘腦。食物這種刺激機體產生額外能量消耗的作用稱食物的特殊動力作用。(二)精神活動(精神緊張狀態(tài)時，產熱量可顯著增加。人體不感蒸發(fā)量約1000ml/日。⑸其他

品種：乳牛＞黃牛；二、機體的產熱和散熱過程

體溫是產熱、散熱對比的結果是一個恒定的動態(tài)平衡。定比定律＋能量守恒定律體溫調節(jié)過程(以環(huán)境溫度下降為例)⑴產熱

①通常環(huán)境中

安靜時，主要產熱器官內臟（特別是肝臟）

運動時：骨骼肌

草食動物消化道內微生物發(fā)酵為主。靜止能量代謝

對動物而言一般用靜止代謝代替基礎代謝。⑸其他

品種：乳牛＞黃牛；供能途徑:直接氧化或轉化為糖而提供能量。貯存和供給能量（饑餓時成為機體的主要供能物質）。CO2產量

（L/g）⑶年齡性別

幼畜＞成年、雌性＞雄性。

⑷生理狀況

母畜發(fā)情、妊娠＞排卵。

⑸其他

品種：乳牛＞黃牛；采食；神經激動；地理氣候（溫帶、寒帶＞熱帶）等。二、機體的產熱和散熱過程

體溫是產熱、散熱對比的結果是一個恒定的動態(tài)平衡。

⑴產熱

①通常環(huán)境中

安靜時，主要產熱器官內臟（特別是肝臟）

運動時：骨骼肌

草食動物消化道內微生物發(fā)酵為主。

②寒冷環(huán)境中

機體通過寒顫性（戰(zhàn)栗）產熱和非寒顫性（非戰(zhàn)栗）產熱兩種形式,增加產熱量以維持體溫。Ⅰ.寒顫性（戰(zhàn)栗）產熱

戰(zhàn)栗是骨骼肌發(fā)生不隨意的節(jié)律性收縮的表現，可使代謝率增加4－5倍。

Ⅱ.非寒顫性（非戰(zhàn)栗）產熱（又稱代謝產熱）

以褐色脂肪組織(含豐富的線粒體，分布于腹股溝、腋窩等處)的產熱量為最大,約占非戰(zhàn)栗產熱總量的70%。③影響產熱的因素

Ⅰ.基礎代謝率；

Ⅱ.肌肉運動；

Ⅲ.神經的緊張程度（肌肉血管）；

Ⅳ.內分泌激素（E、NE、T4.T3）；

Ⅴ.環(huán)境溫度；在適當的環(huán)境溫度范圍內，動物的代謝強度和產熱量可保持在生理的最低水平而體溫仍能維持穩(wěn)定，這種環(huán)境溫度稱為動物的等熱范圍或代謝穩(wěn)定區(qū)。

Ⅵ食物的特殊動力作用。⑵散熱

①途徑

皮膚75％（面積大、與外界接觸、血流豐富、有汗腺）、呼吸、排糞、排尿

皮膚散熱方式對流(15%)蒸發(fā)(22%)傳導(3%)輻射(60%)皮膚散熱的方式：

Ⅰ.輻射

指體熱以熱射線形式傳給溫度較低的周圍環(huán)境中的散熱方式。

輻射散熱量的多少取決于

Ⅱ.對流

指體熱憑借空氣流動交換熱量的散熱方式。

對流散熱是傳導散熱的一種特殊形式，受風速影響。

Ⅲ.傳導

指體熱直接傳給與機體相接觸的低溫物體的散熱方式。散熱量與物體的導熱有關。機體的有效輻射面積皮膚與環(huán)境的溫度差Ⅳ.蒸發(fā)：（不感蒸發(fā)和可感蒸發(fā)）

指體液的水分在皮膚和粘膜表面由液態(tài)轉化為氣態(tài)，同時帶走大量熱量的散熱方式。

不顯汗蒸發(fā)－體液的水分直接透出皮膚和粘膜表面，在未積聚成明顯汗滴前被蒸發(fā)掉；不感蒸發(fā)是持續(xù)進行的。人體不感蒸發(fā)量約1000ml/日。

顯汗蒸發(fā)－指通過汗腺的主動分泌，汗液在皮膚表面形成明顯的汗滴而蒸發(fā)。

當氣溫≥體溫時，蒸發(fā)是唯一的散熱途徑∵汗液流經汗腺排出管的起始部時，有一部分NaCl可被重吸收，從而使最終排出的汗液成為低滲?！鄼C體大量出汗可造成高滲性脫水，要補充大量的水份和適量的ＮaCl。三、體溫恒定的調節(jié)

⑴※體溫調節(jié)中樞

調節(jié)體溫的重要中樞位于下丘腦。通常下丘腦前部產熱中樞，后部散熱中樞。

⑵溫度感受器

①外周感受器

位于皮膚、某些粘膜、內臟等。

②中樞感受器

位于脊髓、延髓、腦干網狀結構和下丘腦

視前區(qū)－－下丘腦前部存在熱敏神經元和冷敏神經元⑶體溫中樞調節(jié)機理—調定點學說

①調定點學說

下丘腦的熱敏神經元起著調定點的重要作用。▲調定點是指熱敏神經元對溫熱的感受界限即閾值（通常是38℃左右）。

調定點學說認為視前區(qū)－下丘腦前部有一調定點，若體溫偏離調定點，則反饋系統可將偏差信息傳到控制系統。經過整合，調整產熱和散熱過程，從而維持體溫相對恒定。

②調節(jié)過程

當中樞的溫度升高＞調定點時，熱敏神經元沖動發(fā)放的頻率↑，使散熱過程興奮而產熱抑制，則使體溫不致過高；當中樞的溫度降低＜調定點時，熱敏神經元沖動發(fā)放的頻率↓，使散熱過程抑制而產熱興奮，則使體溫不致過低。

另外，5－羥色胺刺激散熱，而乙酰膽堿刺激產熱，去甲腎上腺素在高溫時抑制熱性喘息，在低溫時，則抑制寒顫。②中樞感受器

位于脊髓、延髓、腦干網狀結構和下丘腦

視前區(qū)－－下丘腦前部存在熱敏神經元和冷敏神經元缺氧和血糖水平過低，均可導致意識障礙、昏迷以及抽搐。Ⅵ食物的特殊動力作用。因設備復雜，操作繁瑣，故極少應用。②只有在優(yōu)先供能的糖和脂肪缺乏時，才通過糖異生和生成酮體（生酮作用）參與能量代謝。⑵散熱

①途徑

皮膚75％（面積大、與外界接觸、血流豐富、有汗腺）、呼吸、排糞、排尿基礎狀態(tài)：指畜體處在室溫20℃、清晨空腹、清醒而又非常安靜、靜臥、不受肌肉活動、環(huán)境溫度、食物及精神緊張等因素的影響時的狀態(tài)靜止能量代謝

對動物而言一般用靜止代謝代替基礎代謝。散熱障礙（先天性汗腺缺乏，環(huán)境高溫所致的中暑）；經過整合，調整產熱和散熱過程，從而維持體溫相對恒定。三、體溫恒定的調節(jié)

⑴※體溫調節(jié)中樞

調節(jié)體溫的重要中樞位于下丘腦。貯存和供給能量（饑餓時成為機體的主要供能物質）。1、糖(GS)

機體的主要能量來源(50-70%)

利用形式:葡萄糖.熱應激時，支配皮膚的交感興奮降低，代謝產熱減少，皮膚血管擴張，動－靜脈吻合支開放，皮膚血流量增加，散熱量增加。O2消耗量（mol或ml數）氣溫下降散熱過多體溫趨于下降寒戰(zhàn)大腦皮層冷感受器興奮發(fā)汗中樞體溫調節(jié)中樞發(fā)汗停止代謝增強血管收縮行為調節(jié)散熱減少產熱增多體溫趨于正常產熱增多散熱減少體溫調節(jié)過程(以環(huán)境溫度下降為例)⑷體溫調節(jié)的外周機理

①軀體神經

控制骨骼肌的緊張性