能量代謝與體溫調(diào)節(jié)

第九章 能量代謝和體溫調(diào)節(jié),第二節(jié)體溫及其調(diào)節(jié),第一節(jié)能量代謝,第一節(jié) 能量代謝,將生物體內(nèi)物質(zhì)代謝過程中所伴隨著的能量釋放、轉(zhuǎn)移、儲存和利用過程，稱為能量代謝。,新陳代謝:維持生命各種活動過程中化學(xué)變化的總稱。,新陳代謝包括：,物質(zhì)代謝（同化作用，異化作用）能量代謝（吸熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)）,機體能量的來源是糖、脂肪和蛋白質(zhì)在體內(nèi)氧化分解時釋放出來的能量。,在一般生理情況下，機體主要利用糖(70%)和脂肪(30%)供能，少量的能量依靠蛋白質(zhì)分解供給。,一、能量的來源與利用,測定整個機體在單位時間內(nèi)向外界環(huán)境發(fā)散的熱量來計算能量代謝率的方法，是準(zhǔn)確可靠的。,體內(nèi)物質(zhì)分解所釋放的能量，50%以上迅速轉(zhuǎn)化為熱能，用于維持體溫。,其余不到50%的能量轉(zhuǎn)移儲存在ATP。機體利用ATP的能量完成各種生命活動。,二、能量代謝的測定,1.直接測熱法,將動物置于熱量計中，就可收集和直接測定一定時間內(nèi)機體散發(fā)的總熱量，此熱量就是能量代謝率，這種方法稱為直接測熱法。,2.間接測熱法 (indirect calorimetry),測定機體在一定時間內(nèi)的耗氧量和二氧化碳排出量來計算機體的產(chǎn)熱量。,間接測熱法比較簡便易行，并且準(zhǔn)確，是研究動物營養(yǎng)、環(huán)境生理和內(nèi)分泌的一種實驗方法。,間接測熱法的原理:定比定律,C6H1206 + 602 6CO2 + 6H20 + 熱量,間接測熱法,（1）食物的熱價,每克營養(yǎng)物質(zhì)完全氧化時所釋放的熱量，叫做該物質(zhì)的熱價（caloric value）。,營養(yǎng)物質(zhì)在體外燃燒時釋放的熱量稱物理熱價；在體內(nèi)氧化分解到最終產(chǎn)物CO2和H2O時產(chǎn)生的熱稱生物熱價。,V糖(物理)=V糖(生物) V脂肪(物理)=V脂肪(生物)V蛋白質(zhì)(物理) V蛋白質(zhì)(生物),3.與能量代謝測定有關(guān)的幾個基本概念,（2）氧熱價,某種營養(yǎng)物質(zhì)氧化時，消耗1升氧所產(chǎn)生的熱量，叫做該物質(zhì)的氧熱價。,氧熱價在能量代謝測算方面有著重要意義，按照定比關(guān)系，測知了氧熱價，即根據(jù)機體在一定時間內(nèi)的耗氧量，就可以推算出能量消耗率。,(3) 呼吸商,生理學(xué)上把機體在單位時間內(nèi)CO2排出量與耗氧量的比值稱為呼吸商（respiratory quotient ,簡稱RQ）。,CO2排出量（L） 呼吸商RQ 耗O2量（L）,糖的呼吸商為1.0，脂肪為0.71，蛋白質(zhì)為0.80,如果測得的呼吸商接近于1，則體內(nèi)氧化利用的主要物質(zhì)是糖。,如果呼吸商接近0.71，則氧化利用的主要物質(zhì)是脂肪。,價,1. 食物的特殊動力效應(yīng),動物在采食后，雖處在安靜狀態(tài)，而其產(chǎn)熱量卻比采食前有明顯增加，這種由于攝食使機體產(chǎn)生“額外熱量”的現(xiàn)象，叫做食物的特殊動力效應(yīng)。,若吃的全是蛋白質(zhì)食物，則額外產(chǎn)生的熱量可達30%；以糖和脂肪為主，生熱可增加4%6%，一般混合食物可增加10%左右。,三、影響能量代謝的幾個因素,2. 肌肉活動,肌肉活動對能量代謝的影響最大。,勞動或運動時的能量代謝率 狀態(tài) 產(chǎn)熱量(KJ/m2.min) 躺臥 2.73開會 3.40擦窗子 8.30洗衣 9.89掃地 11.37打排球 17.50打籃球 24.22踢足球 24.98持重機槍躍進 42.39,3.精神活動,精神處于緊張狀態(tài)(煩躁、恐懼、情緒激動等)時，由于會導(dǎo)致無意識的肌肉緊張性增強、交感神經(jīng)興奮及促進代謝的內(nèi)分泌激素釋放增多等原因，產(chǎn)熱量可顯著增加。,4.環(huán)境溫度,環(huán)境溫度超過30，溫度升高能量代謝率增加。,當(dāng)環(huán)境溫度低于20時，隨著溫度的不斷下降，能量代謝率增加。,1. 基礎(chǔ)代謝,人在基礎(chǔ)狀況下的代謝，稱為基礎(chǔ)代謝。通常以每小時每平方米體表面積的產(chǎn)熱量（KJ/m2/h）來表示。,受試者至少12小時未吃食物，在室溫20，靜臥休息半小時，保持清醒狀態(tài)，不進行腦力和體力活動的條件下測定的代謝率稱為基礎(chǔ)代謝率。,基礎(chǔ)代謝率意味著在單位時間內(nèi)維持清醒狀態(tài)，生命活動所需要的最低能量消耗。,四、基礎(chǔ)代謝和靜止能量代謝,2. 靜止能量代謝,條件是要求動物安靜休息（伏臥）；早飼前在普通畜舍或?qū)嶒炇覂?nèi)進行測定；環(huán)境溫度適中。,靜止能量代謝和基礎(chǔ)代謝的實際測定結(jié)果證明，差異并不大。,在家畜，用靜止能量代謝來代替基礎(chǔ)代謝。,3. 影響基礎(chǔ)代謝的因素,個體大小 (袖狗),性別,年齡,營養(yǎng)狀況,3.基礎(chǔ)代謝率的臨床意義,阿狄森病、腎病綜合征、病理性饑餓、垂體性肥胖等,診斷某些疾病,甲低：-40- -20,甲亢： +25%-+80%,基礎(chǔ)代謝率,發(fā)熱、糖尿病、紅細胞增多癥、白血病、腎上腺皮質(zhì)功能亢進、呼吸困難的心臟病,基礎(chǔ)代謝率,第二節(jié) 體溫及其調(diào)節(jié),體溫: 機體深部的平均溫度。,體溫恒定的維持有賴于機體產(chǎn)熱和散熱過程的平衡。,體表溫度: 包括皮膚、皮下組織和肌肉等機體表層的溫度，又稱表層溫度。,體核溫度比體表溫度高，且比較穩(wěn)定。,體核溫度: 包括心、肺、腦和腹部器官等機體深部的溫度，又稱深部溫度。,1. 體 溫,體溫調(diào)節(jié),正常的體溫對于生命活動具有重要意義，也是機體健康狀況的重要指標(biāo)。,正常新陳代謝要求在一定的溫度條件下進行。哺乳動物的體溫超過42或低于25，將引起代謝嚴(yán)重障礙甚至死亡。,一、動物的體溫及其正常變動,2.動物體溫的生理波動,家禽的體溫比家畜高 幼畜的體溫比成年家畜略高 母畜較公畜略高 發(fā)情期、妊娠期體溫較高，排卵時體溫降低 肌肉活動時體溫升高 采食后體溫升高0.21，持續(xù)25h之久 清晨26時體溫最低，午后16時最高,體溫調(diào)節(jié),各種家畜的正常體溫（肛溫）,（二）各種家畜的正常體溫,體溫調(diào)節(jié),安靜時：內(nèi)臟器官 ，特別是肝臟運動或勞動時：骨骼肌 占90,1.主要產(chǎn)熱器官：內(nèi)臟器官、骨骼肌、腦,二、機體的產(chǎn)熱和散熱過程,2.機體產(chǎn)熱的其它形式,又稱代謝產(chǎn)熱，指體內(nèi)發(fā)生廣泛的代謝產(chǎn)熱增加。以褐色脂肪組織的產(chǎn)熱量最大，約占非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱總量的70。,戰(zhàn)栗產(chǎn)熱（shivering thermogenesis）,骨骼肌同時發(fā)生不隨意的節(jié)律性收縮。屈肌和伸肌同時收縮，不做外功，但產(chǎn)熱量很高。代謝率可增加4-5倍。,非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱（non-shivering thermogenesis）,體溫調(diào)節(jié),其他的散熱途徑還有呼吸器官、消化器官和排尿等。,3.主要散熱途徑,動物的主要散熱部位是皮膚；（7585%）,散熱方式,輻射（radiation）散熱,傳導(dǎo)（conduction）散熱,對流（convection）散熱,蒸發(fā)（evaporation）散熱 體表水分蒸發(fā)。,體熱以紅外線的形式傳給外界溫度較低物體。,機體的熱量直接傳給同它接觸的較冷物體。,與體表接觸的氣體或液體流動來交換和散發(fā)熱量。,在氣溫接近或超過體溫時，蒸發(fā)散熱成為唯一有效的散熱方式。,汗液的成分(Composition of sweat),最后排出的汗液是低滲液,物質(zhì) 血漿(mmol/L) 汗液(mmol/L) 鈉 142 80 鉀 4.3 4.3 鈣 2.5 1 氯 104 86.5 尿素 5.5 5.5 葡萄糖 5.6 0.1 乳酸 1.5 3.5,血漿和汗液的成分比較,4.環(huán)境溫度對散熱方式 的影響,體溫環(huán)境溫度：輻、傳、對（70%）+ 蒸發(fā)（30% ）,體溫環(huán)境溫度：100%通過蒸發(fā)散熱,高溫、高濕、高勞動強度,散熱障礙,中暑、熱痙攣,奶牛熱應(yīng)激條件下的反應(yīng),動物機體體溫的調(diào)節(jié)主要有兩種形式：,自主調(diào)節(jié),行為調(diào)節(jié),下丘腦的體溫調(diào)節(jié)中樞通過對產(chǎn)熱和散熱的調(diào)節(jié)而使體溫維持恒定。,指動物通過自身行為的改變以控制散熱和產(chǎn)熱的程度，維持體溫的恒定。,四、體溫恒定的調(diào)節(jié),馬屬動物:能大量出汗；,出汗對調(diào)節(jié)散熱有明顯的畜種差異:,牛：有中等程度的出汗能力；,綿羊:可發(fā)汗，但熱喘呼吸是主要散熱方式；,嚙齒動物:即不熱喘呼吸也不發(fā)汗，它們向毛上吐抹唾液或水來蒸發(fā)散熱。,熱喘呼吸是炎熱條件下增加蒸發(fā)散熱的一種形式，即呼吸頻率升高到200400次的張口呼吸，呼吸深度減小，因而潮氣量減少，氣體在無效腔中快速流動，唾液分泌有明顯增加，所以熱喘呼吸時，不會發(fā)生通氣過度和呼吸性堿中毒。, 外周溫度感受器,1、溫度感受器, 中樞溫度感受器,脊髓、延髓、腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等處。,廣泛分布于皮膚、粘膜和內(nèi)臟。,視前區(qū)-下丘腦前部 (PO/AH)是體溫調(diào)節(jié)中樞的關(guān)鍵部位。,體溫調(diào)節(jié),2、體溫調(diào)節(jié)中樞,體溫調(diào)節(jié)的基本中樞位于下丘腦。,通過分泌甲狀腺激素和腎上腺皮質(zhì)激素等。,體溫調(diào)節(jié),3、信號傳出途徑與效應(yīng)器,植物性神經(jīng)系統(tǒng),主要通過對血管、呼吸、皮膚、汗腺和代謝的影響。,軀體神經(jīng)系統(tǒng),主要控制骨骼肌的緊張性和運動。,內(nèi)分泌系統(tǒng),產(chǎn)熱活動的調(diào)節(jié),寒冷刺激時交感-腎上腺髓質(zhì) NE、E產(chǎn)熱量特點：作用迅速維持時間短。, 長期在寒冷環(huán)境中甲狀腺T3、T4 代謝率(增加45倍) 產(chǎn)熱量特點：作用緩慢維持時間長。,在PO/AH區(qū)中有一個控制體溫的調(diào)定點，而PO/AH區(qū)的溫度敏感神經(jīng)元可能起調(diào)定點的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。,體溫調(diào)節(jié),4.體溫調(diào)定點學(xué)說,當(dāng)體溫處于調(diào)定點時，機體的產(chǎn)熱和散熱過程處于平衡狀態(tài)，體溫維持在調(diào)定點設(shè)定的水平。,等熱范圍或代謝穩(wěn)定區(qū),家畜的耐熱與抗寒,家畜對高溫與低溫的適應(yīng),五、外界溫度對動物體溫的影響,體溫調(diào)節(jié),1.等熱范圍或代謝穩(wěn)定區(qū),適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度，就可以使動物的代謝強度和產(chǎn)熱量保持在生理的最低水平，這種溫度稱為動物的等熱范圍或代謝穩(wěn)定區(qū)。,體溫調(diào)節(jié),2.家畜的耐熱與抗寒,各種動物對炎熱和寒冷的耐受能力不同；,駱駝（體表的蒸發(fā)散熱和體溫升高）,綿羊（喘息）,馬（出汗散熱）,豬的耐熱能力較弱，尤其是仔豬更弱。,牛（水?。?家畜的抗寒能力一般較強。,體溫調(diào)節(jié),3.家畜對高溫與低溫的適應(yīng),習(xí)服(acclimation),動物短期（通常數(shù)月）生活在超常環(huán)境溫度（寒冷或炎熱）中所發(fā)生的適應(yīng)性反應(yīng)。,風(fēng)土馴化(accilimatization),隨著季節(jié)性變化機體發(fā)生的對環(huán)境溫度的適應(yīng)。表現(xiàn)為被毛厚度和血管收縮性發(fā)生變化等，以增強機體對外界溫度變化的適應(yīng)能力。,體溫調(diào)節(jié),經(jīng)過幾代自然選擇和人工選擇，動物的遺傳特性發(fā)生變化，不僅本身對當(dāng)?shù)氐臏囟拳h(huán)境表現(xiàn)良好的適應(yīng)能力，而且能傳給后代。,氣候適應(yīng)(climatic adaptation),為什么發(fā)熱病人常伴