能量代謝與體溫調(diào)節(jié)Temperatureregulation

能量代謝與體溫調(diào)節(jié)Temperatureregulation第1頁/共56頁第七章能量代謝與體溫調(diào)節(jié)（Temperatureregulation）

機(jī)體的產(chǎn)熱和散熱過程動物體溫的生理波動體溫恒定的調(diào)節(jié)能量代謝外界溫度對動物體溫的影響第2頁/共56頁將生物體內(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)）第一節(jié)能量代謝第3頁/共56頁

機(jī)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(jī)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

既然機(jī)體消耗的能量都是來源于食物，是否可以用每天攝取食物中所含的能量來估測機(jī)體能量的消耗率呢

？第4頁/共56頁第5頁/共56頁第6頁/共56頁

測定整個機(jī)體在單位時間內(nèi)向外界環(huán)境發(fā)散的熱量來計(jì)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(jī)體利用ATP的能量完成各種生命活動。

二能量代謝的測定第7頁/共56頁（一）直接測熱法

將動物置于熱量計(jì)中，就可收集和直接測定一定時間內(nèi)機(jī)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。第8頁/共56頁直接測熱法圖Douglaschambrecalorimeter第9頁/共56頁（二）間接測熱法(indirectcalorimetry)

是測定機(jī)體在一定時間內(nèi)的耗氧量和二氧化碳排出量來計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)方法。

第10頁/共56頁間接測熱法的原理

依據(jù)是化學(xué)中的定比定律，即在一般化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物的量與產(chǎn)物的量之間成一定的比例關(guān)系。C6H1206+602

→6CO2+6H20+熱量第11頁/共56頁間接測熱法第12頁/共56頁（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（caloricvalue）。

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)第13頁/共56頁第14頁/共56頁（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?！?/p>

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(jī)體在一定時間內(nèi)的耗氧量，就可以推算出能量消耗率。

第15頁/共56頁(3)呼吸商※

生理學(xué)上把機(jī)體在單位時間內(nèi)CO2排出量與耗氧量的比值稱為呼吸商（respiratoryquotient,簡稱RQ）。

CO2排出量（L）呼吸商RQ＝───────耗O2量（L）第16頁/共56頁糖的呼吸商為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。如果測得的呼吸商接近于0.80則氧化利用的主要物質(zhì)是

?※

第17頁/共56頁價第18頁/共56頁間接測熱法計(jì)算步驟：①測定CO2產(chǎn)生量和耗O2量;②測定尿氮量;③計(jì)算出NPRQ;④查出非蛋白食物氧熱價;⑤計(jì)算出非蛋白食物的產(chǎn)熱量;⑥計(jì)算能量代謝。第19頁/共56頁蛋白質(zhì)的產(chǎn)熱量:蛋白質(zhì)平均含氮量為16%，如有1克尿氮產(chǎn)生，則有6.25克蛋白質(zhì)被氧化分解。求出蛋白質(zhì)的量乘上蛋白質(zhì)的生物熱價，即得到蛋白質(zhì)的產(chǎn)熱量。計(jì)算糖和脂肪的產(chǎn)熱量。非蛋白呼吸商:計(jì)算方法是從總耗氧量中減去蛋白質(zhì)氧化時的耗氧量，從CO2的排出量中減去蛋白質(zhì)分解時CO2產(chǎn)生量，然后計(jì)算的呼吸商即為非蛋白質(zhì)呼吸商，具體計(jì)算過程如下：第20頁/共56頁蛋白質(zhì)耗氧量＝蛋白質(zhì)CO2產(chǎn)生量＝尿氮量×6.25×0.95（每克蛋白質(zhì)氧化耗氧量）尿氮量×6.25×0.76（每克蛋白質(zhì)氧化CO2產(chǎn)生量）

第21頁/共56頁非蛋白呼吸商＝總CO2產(chǎn)生量―蛋白質(zhì)CO2產(chǎn)生量總耗氧量―蛋白質(zhì)耗氧量第22頁/共56頁價第23頁/共56頁應(yīng)用呼吸商測算能量代謝時應(yīng)注意幾點(diǎn)：

（１）體內(nèi)糖、脂肪和蛋白質(zhì)在代謝時的互相轉(zhuǎn)化可影響呼吸商數(shù)值。如糖在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為脂肪時，呼吸商變大，甚至超過1.0。如畜禽育肥時，體內(nèi)積累脂肪，呼吸商常高于1.0；反之，如果脂肪轉(zhuǎn)化為糖，呼吸商可能低于0.7?！?4頁/共56頁（２）反芻動物呼吸商的測定值要校正從總產(chǎn)熱量中減去發(fā)酵產(chǎn)生的熱量，即為真正代謝產(chǎn)熱。瘤胃中每產(chǎn)生1L甲烷，就有9.42KJ（2.25kcal）熱量釋放，故測定發(fā)酵過程中甲烷產(chǎn)生量，即可算出發(fā)酵產(chǎn)熱量。從二氧化碳排出總量中減去發(fā)酵產(chǎn)生的CO2量:根據(jù)體外發(fā)酵產(chǎn)生CO2和甲烷的比為2.6：1，測定甲烷產(chǎn)生量就可計(jì)算CO2產(chǎn)生量。第25頁/共56頁（３）動物劇烈運(yùn)動或重度使役時可影響呼吸商測定值

強(qiáng)度肌肉收縮活動，氧一時供應(yīng)不足，糖酵解增多，將有大量乳酸進(jìn)入血液，乳酸可和碳酸鹽緩沖系統(tǒng)起反應(yīng)，產(chǎn)生大量CO2從肺排出，呼吸商變大?！?6頁/共56頁（二）肌肉活動的影響（三）神經(jīng)—內(nèi)分泌的影響（一）食物的特殊動力效應(yīng)※三、影響能量代謝的幾個因素（四）環(huán)境溫度的影響第27頁/共56頁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(jī)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(dá)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。

第28頁/共56頁四、基礎(chǔ)代謝和靜止能量代謝（一）基礎(chǔ)代謝

人在基礎(chǔ)狀況下的代謝，稱為基礎(chǔ)代謝。單位時間內(nèi)的基礎(chǔ)代謝稱為基礎(chǔ)代謝率。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。

規(guī)定受試者至少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(jìn)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?；A(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。第29頁/共56頁（二）靜止能量代謝

在家畜，用靜止能量代謝來代替基礎(chǔ)代謝。其條件是要求動物安靜休息（伏臥）；早飼前在普通畜舍或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)進(jìn)行測定；環(huán)境溫度適中。靜止能量代謝和基礎(chǔ)代謝的實(shí)際測定結(jié)果證明，差異并不大。第30頁/共56頁

在哺乳動物中，代謝率和體表面積相關(guān)。如以單位體表面積來表示24小時的產(chǎn)熱量，每平方米幾乎都在4186.80KJ（1000kcal）左右。這種基礎(chǔ)代謝率和體表面積成正比的關(guān)系稱為體表面積定律。第31頁/共56頁（三）影響基礎(chǔ)代謝的因素1．個體大小(袖狗)2．性別3．年齡4．營養(yǎng)狀況第32頁/共56頁第二節(jié)體溫及其調(diào)節(jié)體溫:機(jī)體深部的平均溫度。體溫恒定的維持有賴于機(jī)體產(chǎn)熱和散熱過程的平衡。（1）體表溫度:包括皮膚、皮下組織和肌肉等機(jī)體表層的溫度，又稱表層溫度。（2）體核溫度:包括心、肺、腦和腹部器官等機(jī)體深部的溫度，又稱深部溫度。體核溫度比體表溫度高，且比較穩(wěn)定.

第33頁/共56頁(一)體溫體溫調(diào)節(jié)一、動物的體溫及其正常變動

正常新陳代謝要求在一定的溫度條件下進(jìn)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。所以，正常的體溫對于生命活動具有重要意義，也是機(jī)體健康狀況的重要指標(biāo)。第34頁/共56頁二、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0.2～1℃，持續(xù)2～5h之久清晨2～6時體溫最低，午后1～6時最高體溫調(diào)節(jié)第35頁/共56頁組織器官占體重百分比（%）產(chǎn)熱量（%）安靜狀態(tài)勞動或運(yùn)動腦2.5161內(nèi)臟34.0568骨骼肌56.01890其他7.5101體溫調(diào)節(jié)三、機(jī)體的產(chǎn)熱和散熱過程第36頁/共56頁機(jī)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％。①戰(zhàn)栗產(chǎn)熱（shiveringthermogenesis）：

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。②非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱（non-shiveringthermogenesis）：體溫調(diào)節(jié)第37頁/共56頁

其他的散熱途徑還有呼吸器官、消化器官和排尿等。主要散熱途徑：

動物的主要散熱部位是皮膚；（75～85%）體溫調(diào)節(jié)第38頁/共56頁散熱方式

※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(jī)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。體溫調(diào)節(jié)第39頁/共56頁四、體溫恒定的調(diào)節(jié)體溫調(diào)節(jié)動物機(jī)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。第40頁/共56頁馬屬動物:能大量出汗；?！庇兄械瘸潭鹊某龊鼓芰Γ痪d羊:可發(fā)汗，但熱喘呼吸是主要散熱方式；狗:幾乎全部依靠熱喘呼吸散熱；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。出汗對調(diào)節(jié)散熱有明顯的畜種差異:第41頁/共56頁

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200～400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。第42頁/共56頁①外周溫度感受器體溫調(diào)節(jié)1、溫度感受器：②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。冷感受器熱感受器熱敏神經(jīng)元(warm-sensitiveneuron)冷敏神經(jīng)元(cold-sensitiveneuron)第43頁/共56頁

視前區(qū)-下丘腦前部

(preoptic-anteriorhypothalamusarea，PO/AH)是體溫調(diào)節(jié)中樞的關(guān)鍵部位?！w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。第44頁/共56頁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：1.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。2.軀體神經(jīng)系統(tǒng)主要控制骨骼肌的緊張性和運(yùn)動。3.內(nèi)分泌系統(tǒng)第45頁/共56頁產(chǎn)熱活動的調(diào)節(jié)⑴寒冷刺激時↓交感-腎上腺髓質(zhì)↓NE、E↑↓產(chǎn)熱量↑特點(diǎn)：作用迅速↑維持時間短。⑵長期在寒冷環(huán)境中↓甲狀腺↓T3、T4↑↓代謝率↑(增加4～5倍)↓產(chǎn)熱量↑特點(diǎn)：作用緩慢維持時間長。第46頁/共56頁

在PO/AH區(qū)中有一個控制體溫的調(diào)定點(diǎn)，而PO/AH區(qū)的溫度敏感神經(jīng)元可能起調(diào)定點(diǎn)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。hypothalamic體溫調(diào)節(jié)體溫調(diào)定點(diǎn)學(xué)說：

當(dāng)體溫處于調(diào)定點(diǎn)時，機(jī)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(diǎn)設(shè)定的水平。第47頁/共56頁第48頁/共56頁五、外界溫度對動物體溫的影響體溫調(diào)節(jié)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)第49頁/共56頁體溫調(diào)節(jié)（一）等熱范圍或代謝穩(wěn)定區(qū)：環(huán)境溫度低高體溫降低體溫升高體熱產(chǎn)生正常體溫化學(xué)性調(diào)節(jié)物理性調(diào)節(jié)等熱范圍適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度，就可以使動物的代謝強(qiáng)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)。

第50頁/共56頁體溫調(diào)節(jié)（二）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（水浴）家畜的抗寒能力一般較強(qiáng)。第51頁/共56頁體溫調(diào)節(jié)（三）家畜對高溫與低溫的適應(yīng)：1.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)。2.風(fēng)土馴化(accilimatization)

隨著季節(jié)性變化機(jī)體發(fā)生的對環(huán)境溫度的