动物生理学 第六章 能量代谢及体温

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脑组织所需能量则完全来源于糖的有氧氧化。 缺氧和血糖水平过低,均 可导致意识障碍、昏迷以及抽搐。
2.脂肪(fat) 贮存和供给能量(饥饿时 成为机体的主要供能物 质)。 特点: 氧化时释放的能 量多(1g脂肪氧化放能量 为糖有氧氧化释放能量的 2倍。 利用形式:甘油和脂肪酸
供能途径:直接氧化或转化为糖而提供能量。

静止能量代谢 对动物而言一般用静止代谢代替基础 代谢。条件是要求动物禁食、处在静止 状态(通常是伏卧状态)时作为标准状态, 在普通畜舍或实验室条件下、环境温度 适中、使用间接测热法得到。
第二节 体温及其调节
体温的相对恒定是机体新陈代谢和一切生命活动 正常进行的必需条件。体温过高、过低都会影响 酶的活性,导致生理功能的障碍,甚至造成死亡。
⑶ 年龄性别 幼畜>成年、雌性>雄性。 ⑷ 生理状况 母畜发情、妊娠>排卵。 ⑸ 其他 品种:乳牛>黄牛;采食;神经激动;地理气候 (温带、寒带>热带)等。
二、机体的产热和散热过程
体温是产热、散热对比的结果是一个恒定的动态 平衡。 ⑴ 产 热 ① 通常环境中 安静时,主要产热器官内脏(特别是肝脏) 运动时:骨骼肌 草食动物消化道内微生物发酵为主。 ② 寒冷环境中 机体通过寒颤性(战栗)产热和非寒颤性(非战 栗)产热两种形式, 增加产热量以维持体温。
气温下降 散热过多
体温趋于下降
冷感受器兴奋
发汗中枢
体温调节中枢
血管收缩 代谢增强
大脑皮层 寒战 行为调节
产热增多 散热减少
发汗停止
散热减少
产热增多
体 温 趋 于 正 常
体温调节过程(以环境温度下降为例)
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⑷ 体温调节的外周机理 ① 躯体神经 控制骨骼肌的紧张性和运动,引起机体的非寒颤 和寒颤产热。 ② 植物性神经 寒冷时,交感神经兴奋,引起代谢加强,增加产 热,同时使皮肤血管收缩,动-静脉吻合支关闭, 皮肤血流量减少,皮肤温度下降,散热量减少。 热应激时,支配皮肤的交感兴奋降低,代谢产热 减少,皮肤血管扩张,动-静脉吻合支开放,皮 肤血流量增加,散热量增加。 汗腺分泌汗液,使散热增加,同时交感神经兴奋 使唾液腺分泌加强有利于蒸发散热。
四、基础代谢(Basal metabolism) 1.基础状态下的能量代谢。 2.基础状态:指畜体处在室温20℃ 、清晨空 腹、清醒而又非常安静、静卧、不受肌肉活动、环 境温度、食物及精神紧张等因素的影响时的状态 3.基础代谢率(Basal metabolism rate,BMR): 在以上状态下,机体只维持最基础(血液循环、 呼吸)的代谢状态,此时所测量的机体单位时间内 的能量代谢. ,即为基础代谢率。 BMR不是机体最低的能量代谢。
⑶ 体温中枢调节机理—调定点学说 ① 调定点学说 下丘脑的热敏神经元起着调定点的重要作用。 ▲ 调定点是指热敏神经元对温热的感受界 限即阈值(通常是38℃左右)。 调定点学说认为视前区-下丘脑前部有一调 定点,若体温偏离调定点,则反馈系统可将 偏差信息传到控制系统。经过整合,调整产 热和散热过程,从而维持体温相对恒定。
∵汗液流经汗腺排出管的起始部时,有一部分NaCl可被重吸收,从而 使最终排出的汗液成为低渗。 ∴机体大量出汗可造成高渗性脱水,要补充大量的水份和适量的NaCl。
三、 体温恒定的调节
⑴ ※体温调节中枢 调节体温的重要中枢位于下丘脑。通常下丘脑前部 产热中枢,后部散热中枢。 ⑵ 温度感受器 ① 外周感受器 位于皮肤、某些粘膜、内脏等。 ② 中枢感受器 位于脊髓、延髓、脑干网状结构和下丘脑 视前区--下丘脑前部存在热敏神 经元 和冷敏神经元
四、 家畜对高温和低温的耐受能力与适应
⑴ 家畜的耐热与抗寒 外界温度接近体温或高出时,产热大于散热,体温 升高,主要通过蒸发,热性喘息等散热。 低寒环境下动物被毛竖立,身体蜷缩互相拥挤减少 散热,同时通过基础代谢加强,寒颤、非寒颤性产 热的方法增加产热。
第六章 能量代谢与体温
机体要维持体温和新陈代谢的不断进行,生命活 动的每时每刻都需要能量。
第一节 能量代谢 定义:生物体内在物质代谢过程中所伴随 着的能量的释放、贮存、转移和利用等称 为能量代谢。
一、机体能量的来源及利用
(一)来源:食物中蕴藏的化学能(C-H键)。 ATP 既是体内重要的储能物质,又是直接供 能物质; 1mol ATP ADP(释放33.47kJ能量)。
3.蛋白质(protein) 基本组成单位:氨基酸(amino acid) 特点:①主要功能为重新合成蛋白质,供能为次 要功能; ②只有在优先供能的糖和脂肪缺乏时,才 通过糖异生和生成酮体(生酮作用)参与能量代谢。 如:长期不能进食或体力极度消耗 ③在体内氧化不彻底,较体外燃烧供能少。
(二)能量的利用
⑵ 散 热 ① 途 径 皮肤75%(面积大、与外界接触、血流丰富、 有汗腺)、呼吸、排粪、排尿
蒸发 (22%)
辐射 (60%)
传导 (3%)
对流(15%)
皮肤散热方式
皮肤散热的方式: Ⅰ. 辐射 指体热以热射线形式传给温度较低的周围环境 中的散热方式。 机体的有效辐射面积 辐射散热量的多少取决于 皮肤与环境的温度差 Ⅱ. 对流 指体热凭借空气流动交换热量的散热方式。 对流散热是传导散热的一种特殊形式,受风速 影响。 Ⅲ. 传导 指体热直接传给与机体相接触的低温物体的散 热方式。 散热量与物体的导热有关。
磷酸肌酸(CP)是ATP的储存库。
能源物质:其分解过程中能产生ATP的物质(糖、脂 肪、蛋白质)
1、糖(GS)
机体的主要能量来源(50-70%) 利用形式: 葡萄糖. 储能形式 肝糖元:维持血糖 肌糖元:骨骼肌运动需要 供能途径 ①有氧氧化: 1molGS 38 molATP ②无氧酵解:如剧烈运动时 1molGS 2 molATP (脑只有有氧氧化,红细胞只有无氧酵解)
一、动物的体温及其正常变动
⑴ 部位变异 肛温(36.5-37.5℃);口温小于肛温;腋温小 于口温;腋温(36.0-37.4˚C);肝最高38˚C。畜 牧兽医实践中,多以肛温代表体温,接近且稳定。 ⑵ 昼夜波动 自然界光线、环境温度、喂料、生活方式、肌肉 工作等周期性变化。通常是白昼逐渐升温至午后 达到高峰,然后逐渐下降至清晨最低。
CO2产 量 (L/g)
0.83 1.43 0.76
呼吸商
氧热价 (kJ/L)
0.83 2.03 0.95
1.00 0.71 0.80
20.9 18.8 19.7
三、影响能量代谢的因素
(一)肌肉活动:最为显著。 机体任何轻微的活动都可提高代谢率。剧烈运动 时其耗氧量可增加10~20倍。 (二)精神活动(精神紧张状态时,产热量可显著增 加。) (三)食物的特殊动力效应:进食后1h始,延续7-8h, 所产生的热量比未进食时有所增加的现象。食物这 种刺激机体产生额外能量消耗的作用称食物的特殊 动力作用。 (四)环境温度:安静时20~30°C的环境中能量代 谢最稳定,低于20 °C或高于30 °C 时都可使能量 代谢增加。
Ⅳ. 蒸发:(不感蒸发和可感蒸发) 指体液的水分在皮肤和粘膜表面由液态转化为气态, 同时带走大量热量的散热方式。 不显汗蒸发-体液的水分直接透出皮肤和粘膜表面, 在未积聚成明显汗滴前被蒸发掉;不感蒸发是持续 进行的。人体不感蒸发量约1000ml/日。 显汗蒸发-指通过汗腺的主动分泌,汗液在皮肤表 面形成明显的汗滴而蒸发。 当气温≥体温时,蒸发是唯一的散热途径

② 调节过程 当中枢的温度升高>调定点时,热敏神经元 冲动发放的频率↑,使散热过程兴奋而产热 抑制,则使体温不致过高;当中枢的温度降 低<调定点时,热敏神经元冲动发放的频率 ↓,使散热过程抑制而产热兴奋,则使体温 不致过低。 另外,5-羟色胺刺激散热,而乙酰胆碱刺激 产热,去甲肾上腺素在高温时抑制热性喘息, 在低温时,则抑制寒颤。
图7-1-3 直接测热法装置
图7-1-4 间接测热法装置
与能量代谢测定有关的几个概念: 1.食物的热价 1g食物氧化(或在体外燃烧)所释放的能量叫热 价。 2.食物的氧热价 某营养物氧化时,消耗1升氧所产生的能量。 根据在一定时间内的耗氧量,参照氧热价可以推算 出机体的能量代谢率。
3.呼吸商 respiratory quotient,RQ
机体一定时间内,CO2呼出量与O2吸入量的比值
RQ= CO2产生量(mol或ml数)
O2消耗量(mol或ml数)
(相同温度和气压条件下 根据RQ的大小推测能 量的主要来源 糖=1;蛋白质= 0.80; 脂肪= 0.71;混合食= 0.85

三种营养物质氧化时的有关数据
热价(kJ/g)
物理热 价 糖 脂肪 蛋白质 17.2 39.7 23.4 生理热 价 17.2 39.7 18.0 O2耗量 (L/g)
③ 体液调节 Ⅰ. 甲状腺素→代谢率提高→缓慢而持久地加强 产热; Ⅱ. 肾上腺素和去甲肾上腺素→糖、脂肪分解→ 迅速而短暂对付急剧变化。 ⑸ 行为性体温调节 是大脑皮层参与下有意识的活动,卷缩姿势和积 聚以减小散热面积,躺在向阳背风处;长期冷环 境→被毛生长加厚、皮下脂肪蓄积——绝热作用, 反之,伸展,躺卧,懒于活动,躲在阴凉处、落 毛、脂肪薄。
热来源 代谢 环境
图8-2 体热平衡模式
热输出 辐射 传导 对流 蒸发
环境温度降低时体温的神经内分泌调节

病理情况下,如临床上的发热,由于致热原的作用使热敏神经 元的兴奋性下降而阈值升高,使调定点上移,机体在高水平上 进行体温调节的结果。如调定点从37℃升高到39℃时,首先出 现寒战等产热反应,直到体温升高与新的调定点相适应时才转 为散热反应。只要致热因素不消除,产热与散热两个过程就继 续在此新的水平上保持平衡。因此,发热并不是由于体温调节 机能障碍引起,而是由于调定点上移的结果,属于主动性体温 升高。还有一类病理性高体温,其体温高于正常是被动性的, 是体温调节障碍所致,如体温调节中枢损伤(脑外伤等);散 热障碍(先天性汗腺缺乏,环境高温所致的中暑);产热异常 增多(如甲状腺机能亢进),因此,体温及调节不仅具有生理 意义,也具有重要的临床意义。
基础代谢率还受年龄、性别、体长、身体质量、体表面积、生长、妊娠、 哺乳、疾病、体温、长期禁食、激素水平、睡眠等因素的影响。
表示法: ①实测绝对值:Kcal或Kj╱m2 h; 临床测定BMR可帮助诊断某些代谢性疾病: # 甲亢时,BMR比正常值高25%~80% # 甲减时,BMR比正常值低20%~40% # 糖尿病、红细胞增多症、白血病、发热BMR升高 # 体温每升高1°C,BMR升高约13% # 肾病综合征、脑垂体性肥胖、病理性饥饿BMR降低
#营养物质在体内氧化时所释放的能量约50% 直接转化为热能,用于维持体温。其余的50% 是可被机体利用的自由能,它以化学能的形 式储存在ATP的高能磷酸键内,供机体利用, 如合成、生长、肌肉收缩、 腺体分泌、 神 经传导、 主动转运等。
二、能量代谢测定的原理和方法
原理 根据能量守恒定律
食物的化学能 = 热能 + 外功+热储备 能量代谢 = 热能 + 外功 + 热储备
Ⅰ. 寒颤性(战栗)产热 战栗是骨骼肌发生不随意的节律性收缩的表现, 可使代谢率增加4-5倍。 Ⅱ. 非寒颤性(非战栗)产热(又称代谢产热) 以褐色脂肪组织(含丰富的线粒体,分布于腹股 沟、腋窝等处)的产热量为最大, 约占非战栗产 热总量的70%。
③ 影响产热的因素 Ⅰ. 基础代谢率; Ⅱ. 肌肉运动; Ⅲ. 神经的紧张程度(肌肉血管); Ⅳ. 内分泌激素(E、NE、T4.T3); Ⅴ. 环境温度;在适当的环境温度范围内,动物的 代谢强度和产热量可保持在生理的最低水平而体温 仍能维持稳定,这种环境温度称为动物的等热范围 或代谢稳定区。 Ⅵ 食物的特殊动力作用。
(一)直接测热法(Direct calorimetry)
测定整个机体在单位时间内向外界环境散发的总热量。 因设备复杂,操作繁琐,故极少应用。
图7-1-3 直接测热法装置
(二)间接测热法(Indirect calorimetry) 定比定律+能量守恒定律 测定受试者在一定时间内所消耗的氧量和 产生的二氧化碳量,再根据有关理化原 则及数据计算出单位时间内的产热量 C6H6O6+ 6O2 6CO2+ 6H2O + E
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