第七章 能量代谢与体温调节

1、v将生物体内物质代谢过程中所伴随着的能量释放、将生物体内物质代谢过程中所伴随着的能量释放、转移、储存和利用过程，称为转移、储存和利用过程，称为能量代谢能量代谢。v新陈代谢新陈代谢: :维持生命各种活动过程中化学变化的总称。维持生命各种活动过程中化学变化的总称。v新陈代谢包括：新陈代谢包括：v物质代谢（同化作用，异化作用）物质代谢（同化作用，异化作用）v能量代谢（吸热反应，放热反应）能量代谢（吸热反应，放热反应）第一节第一节 能量代谢能量代谢 机体能量的来源是机体能量的来源是糖、脂肪和蛋白质糖、脂肪和蛋白质在体内氧在体内氧化分解时释放出来的能量，在一般生理情况下，机化分解时释放出来的能量，在一般

2、生理情况下，机体主要利用糖体主要利用糖(70%)和脂肪和脂肪(30%)供能，少量的能量供能，少量的能量依靠蛋白质分解供给。依靠蛋白质分解供给。一、能量的来源与利用一、能量的来源与利用 既然机体消耗的能量都是来源于食物，是否可既然机体消耗的能量都是来源于食物，是否可以用每天摄取食物中所含的能量来估测机体能量的以用每天摄取食物中所含的能量来估测机体能量的消耗率呢消耗率呢 测定整个机体在单位时间内向外界环境发散的测定整个机体在单位时间内向外界环境发散的热量来计算能量代谢率的方法，是准确可靠的。热量来计算能量代谢率的方法，是准确可靠的。 体内物质分解所释放的能量，体内物质分解所释放的能量，50%50%

3、以上迅速转化以上迅速转化为热能，用于维持体温。为热能，用于维持体温。 其余不到其余不到50%50%的能量转移储存在的能量转移储存在ATPATP。机体利用。机体利用ATPATP的能量完成各种生命活动。的能量完成各种生命活动。 二二 能量代谢的测定能量代谢的测定（一）直接测热法（一）直接测热法 将动物置于热量计中，就可收集和直接将动物置于热量计中，就可收集和直接测定一定时间内机体散发的总热量，此热量测定一定时间内机体散发的总热量，此热量就是能量代谢率，这种方法称为就是能量代谢率，这种方法称为直接测热法直接测热法。直接测热法图直接测热法图Douglas chambre calorimeter（二）间

4、接测热法（二）间接测热法 (indirect calorimetry) 是测定机体在一定时间内的耗氧量和二氧化是测定机体在一定时间内的耗氧量和二氧化碳排出量来计算机体的产热量。碳排出量来计算机体的产热量。 间接测热法比较简便易行，并且准确，是研究间接测热法比较简便易行，并且准确，是研究动物营养、环境生理和内分泌的一种实验方法。动物营养、环境生理和内分泌的一种实验方法。 间接测热法的原理间接测热法的原理 依据是化学中的依据是化学中的定比定律定比定律，即在一般化，即在一般化学反应中，反应物的量与产物的量之间成一学反应中，反应物的量与产物的量之间成一定的比例关系。定的比例关系。 C6H1206 +

5、602 6CO2 + 6H20 + 热量热量 间间接接测测热热法法（1）食物的热价）食物的热价 每克营养物质完全氧化时所释放的热量，叫做该物每克营养物质完全氧化时所释放的热量，叫做该物质的热价（质的热价（caloric valuecaloric value）。）。 营养物质在体外燃烧时释放的热量称营养物质在体外燃烧时释放的热量称物理热价物理热价；在体；在体内氧化分解到最终产物内氧化分解到最终产物COCO2 2和和H H2 2O O时产生的热称时产生的热称生物热价生物热价。V糖糖( (物理物理) )= =V糖糖( (生物生物) ) V脂肪脂肪( (物理物理) )= =V脂肪脂肪( (生物生物)

6、)V蛋白质蛋白质( (物理物理) ) V蛋白质蛋白质( (生物生物) )表表 6 6- -1 1 三三种种营营养养物物质质氧氧化化时时的的几几种种数数据据产产热热量量（KJg）营营养养物物质质物物理理热热价价生生物物热热价价营营养养学学热热价价耗耗氧氧量量Lg二二氧氧化化碳碳产产量量Lg氧氧热热价价KJLO2呼呼吸吸商商RQ糖糖蛋蛋白白质质脂脂肪肪 17.17 23.45 39.77 17.17 18.00 39.7716.7516.7537.680.830.952.030.830.761.4320.9318.8419.681.000.880.71 营营养养学学上上通通常常采采用用概概数数 来

7、来计计算算食食物物的的 热热价价（2 2）氧热价）氧热价 某种营养物质氧化时，消耗某种营养物质氧化时，消耗1 1升氧所产生的热升氧所产生的热量，叫做该物质的量，叫做该物质的氧热价氧热价。 氧热价在能量代谢测算方面有着重要意义，按氧热价在能量代谢测算方面有着重要意义，按照定比关系，测知了氧热价，即根据机体在一定照定比关系，测知了氧热价，即根据机体在一定时间内的耗氧量，就可以推算出能量消耗率。时间内的耗氧量，就可以推算出能量消耗率。 (3) (3) 呼吸商呼吸商 生理学上把机体在单位时间内生理学上把机体在单位时间内COCO2 2排出量与耗排出量与耗氧量的比值称为呼吸商（氧量的比值称为呼吸商（res

8、piratory quotient ,respiratory quotient ,简称简称RQRQ）。）。 CO2排出量（排出量（L） 呼吸商呼吸商RQ 耗耗O2量（量（L）糖的呼吸商为糖的呼吸商为1.01.0，脂肪为，脂肪为0.710.71，蛋白质为，蛋白质为0.800.80 如果测得的呼吸商接近于如果测得的呼吸商接近于1 1，则体内氧化利，则体内氧化利用的主要物质是糖；用的主要物质是糖； 如果呼吸商接近如果呼吸商接近0.710.71，则氧化利用的主要物，则氧化利用的主要物质是脂肪。质是脂肪。 如果测得的呼吸商接近于如果测得的呼吸商接近于0.800.80则氧化利用的则氧化利用的主要物质是主要

9、物质是 ? ? 表表 6 6- -2 2 非非蛋蛋白白呼呼吸吸商商和和氧氧热热占占总总热热量量的的百百分分比比（%）占占总总热热量量的的百百分分比比（%）RQ糖糖类类脂脂肪肪氧氧热热价价（KJLO2）RQ糖糖类类脂脂肪肪氧氧热热价价(KLLO2)0.700.710.720.730.740.750.760.770.780.790.800.810.820.830.840.850.001.104.768.4012.015.619.222.826.329.933.436.940.343.847.250.7100.098.995.291.688.084.480.877.273.770.166.663.1

10、59.756.252.849.319.60619.62319.67319.72319.77819.82819.87819.93319.98320.03320.08720.13820.18820.24220.29220.3430.860.870.880.890.900.910.920.930.940.950.960.970.980.991.005.4157.560.864.267.570.874.177.480.784.087.290.493.696.8100.045.942.539.235.832.529.225.922.619.316.012.89.586.373.180.0020.3972

11、0.44720.49720.54820.60220.65220.70220.57520.80820.85720.91220.96221.01221.06621.117价价间接测热法计算步骤：间接测热法计算步骤：测定CO2产生量和耗O2量; 测定尿氮量; 计算出NPRQ; 查出非蛋白食物氧热价; 计算出非蛋白食物的产热量; 计算能量代谢。蛋白质的产热量蛋白质的产热量: : 蛋白质平均含氮量为蛋白质平均含氮量为16%16%，如有，如有1 1克尿氮产生，则有克尿氮产生，则有6.256.25克蛋白质被氧化分解。求出蛋克蛋白质被氧化分解。求出蛋白质的量乘上蛋白质的生物热价，即得到蛋白质的产白质的量乘上蛋

12、白质的生物热价，即得到蛋白质的产热量。热量。计算糖和脂肪的产热量。计算糖和脂肪的产热量。非蛋白呼吸商非蛋白呼吸商: : 计算方法是从总耗氧量中减去蛋白计算方法是从总耗氧量中减去蛋白质氧化时的耗氧量，从质氧化时的耗氧量，从COCO2 2的排出量中减去蛋白质分的排出量中减去蛋白质分解时解时COCO2 2产生量，然后计算的呼吸商即为非蛋白质呼产生量，然后计算的呼吸商即为非蛋白质呼吸商，具体计算过程如下：吸商，具体计算过程如下：蛋白质耗氧量蛋白质耗氧量蛋白质蛋白质COCO2 2产生量产生量尿氮量尿氮量6.250.95（每克蛋白质氧化耗氧量）（每克蛋白质氧化耗氧量）尿氮量尿氮量6.250.76（每克蛋白

13、质氧化（每克蛋白质氧化COCO2 2产生量）产生量） 非蛋白呼吸商非蛋白呼吸商总总CO2产生量产生量 蛋白质蛋白质CO2产生量产生量总耗氧量总耗氧量 蛋白质耗氧量蛋白质耗氧量表表 6 6- -2 2 非非蛋蛋白白呼呼吸吸商商和和氧氧热热占占总总热热量量的的百百分分比比（%）占占总总热热量量的的百百分分比比（%）RQ糖糖类类脂脂肪肪氧氧热热价价（KJLO2）RQ糖糖类类脂脂肪肪氧氧热热价价(KLLO2)0.700.710.720.730.740.750.760.770.780.790.800.810.820.830.840.850.001.104.768.4012.015.619.222.826

14、.329.933.436.940.343.847.250.7100.098.995.291.688.084.480.877.273.770.166.663.159.756.252.849.319.60619.62319.67319.72319.77819.82819.87819.93319.98320.03320.08720.13820.18820.24220.29220.3430.860.870.880.890.900.910.920.930.940.950.960.970.980.991.005.4157.560.864.267.570.874.177.480.784.087.290.49

15、3.696.8100.045.942.539.235.832.529.225.922.619.316.012.89.586.373.180.0020.39720.44720.49720.54820.60220.65220.70220.57520.80820.85720.91220.96221.01221.06621.117价价应用呼吸商测算能量代谢时应注意几点：应用呼吸商测算能量代谢时应注意几点： （）（）体内糖、脂肪和蛋白质在代谢时的互相转化可体内糖、脂肪和蛋白质在代谢时的互相转化可影响呼吸商数值影响呼吸商数值。如糖在体内转化为脂肪时，呼吸商变大，甚至超过如糖在体内转化为脂肪时，呼吸商变大，

16、甚至超过1.01.0。如畜禽育肥时，体内积累脂肪，呼吸商常高于如畜禽育肥时，体内积累脂肪，呼吸商常高于1.01.0；反；反之，如果脂肪转化为糖，呼吸商可能低于之，如果脂肪转化为糖，呼吸商可能低于0.70.7。（）（）反刍动物呼吸商的测定值要校正反刍动物呼吸商的测定值要校正从总产热量中减去发酵产生的热量，即为真正代谢从总产热量中减去发酵产生的热量，即为真正代谢产热。瘤胃中每产生产热。瘤胃中每产生1L1L甲烷，就有甲烷，就有9.42KJ9.42KJ（2.25kcal2.25kcal）热量释放，故测定发酵过程中甲烷产生量，即可算出热量释放，故测定发酵过程中甲烷产生量，即可算出发酵产热量。发酵产热量。

17、从二氧化碳排出总量中减去发酵产生的从二氧化碳排出总量中减去发酵产生的COCO2 2量量: : 根据根据体外发酵产生体外发酵产生COCO2 2和甲烷的比为和甲烷的比为2.62.6：1 1，测定甲烷产生，测定甲烷产生量就可计算量就可计算COCO2 2产生量。产生量。（）（）动物剧烈运动或重度使役时可影响呼吸商测定值动物剧烈运动或重度使役时可影响呼吸商测定值 强度肌肉收缩活动，氧一时供应不足，糖酵解增多，强度肌肉收缩活动，氧一时供应不足，糖酵解增多，将有大量乳酸进入血液，乳酸可和碳酸盐缓冲系统起反将有大量乳酸进入血液，乳酸可和碳酸盐缓冲系统起反应，产生大量应，产生大量COCO2 2从肺排出，呼吸商变

18、大。从肺排出，呼吸商变大。（二）（二） 肌肉活动的影响肌肉活动的影响（三）（三） 神经神经内分泌的影响内分泌的影响（一）（一） 食物的特殊动力效应食物的特殊动力效应三、影响能量代谢的几个因素三、影响能量代谢的几个因素（四）（四） 环境温度的影响环境温度的影响食物的特殊动力效应食物的特殊动力效应 动物在采食后，虽处在安静状态，而其产热量动物在采食后，虽处在安静状态，而其产热量却比采食前有明显增加，这种由于摄食使机体产生却比采食前有明显增加，这种由于摄食使机体产生“额外热量额外热量”的现象，叫做的现象，叫做食物的特殊动力效应食物的特殊动力效应。 若吃的全是蛋白质食物，则额外产生的热量可若吃的全是蛋

19、白质食物，则额外产生的热量可达达30%30%；以糖和脂肪为主，生热可增加；以糖和脂肪为主，生热可增加4%4%6%6%，一，一般混合食物可增加般混合食物可增加10%10%左右。左右。 四、基础代谢和静止能量代谢四、基础代谢和静止能量代谢（一）（一） 基础代谢基础代谢 人在基础状况下的代谢，称为基础代谢。单位时间人在基础状况下的代谢，称为基础代谢。单位时间内的基础代谢称为基础代谢率。通常以每小时每平方米内的基础代谢称为基础代谢率。通常以每小时每平方米体表面积的产热量（体表面积的产热量（KJ/mKJ/m2 2/h/h）来表示。）来表示。 规定受试者至少规定受试者至少1212小时未吃食物，在室温小时未

20、吃食物，在室温2020，静卧，静卧休息半小时，保持清醒状态，不进行脑力和体力活动的条休息半小时，保持清醒状态，不进行脑力和体力活动的条件下测定的代谢率称为基础代谢率。基础代谢率意味着在件下测定的代谢率称为基础代谢率。基础代谢率意味着在单位时间内维持清醒状态，生命活动所需要的最低能量消单位时间内维持清醒状态，生命活动所需要的最低能量消耗。耗。（二）（二） 静止能量代谢静止能量代谢 在家畜，用静止能量代谢来代替基础代谢。其在家畜，用静止能量代谢来代替基础代谢。其条件是要求动物安静休息（伏卧）；早饲前在普通条件是要求动物安静休息（伏卧）；早饲前在普通畜舍或实验室内进行测定；环境温度适中。畜舍或实验室

21、内进行测定；环境温度适中。 静止能量代谢和基础代谢的实际测定结果证明，静止能量代谢和基础代谢的实际测定结果证明，差异并不大。差异并不大。 在哺乳动物中，代谢率和体表面积相关。在哺乳动物中，代谢率和体表面积相关。如以单位体表面积来表示如以单位体表面积来表示2424小时的产热量，每小时的产热量，每平方米几乎都在平方米几乎都在4186.80KJ4186.80KJ（1000kcal1000kcal）左右。）左右。这种基础代谢率和体表面积成正比的关系称为这种基础代谢率和体表面积成正比的关系称为体表面积定律体表面积定律。（三）（三） 影响基础代谢的因素影响基础代谢的因素1个体大小个体大小 (袖狗袖狗)2性

22、别性别 3年龄年龄4营养状况营养状况第二节第二节 体温及其调节体温及其调节体温体温: : 机体深部的平均温度机体深部的平均温度。体温恒定的维持有赖于机体产热和散热过程的平衡。体温恒定的维持有赖于机体产热和散热过程的平衡。 （1 1）体表温度）体表温度: : 包括皮肤、皮下组织和肌肉等机体表包括皮肤、皮下组织和肌肉等机体表层的温度，又称表层温度。层的温度，又称表层温度。（2 2）体核温度）体核温度: : 包括心、肺、脑和腹部器官等机体深包括心、肺、脑和腹部器官等机体深部的温度，又称深部温度。部的温度，又称深部温度。 体核温度比体表温度高，且比较稳定体核温度比体表温度高，且比较稳定. . 体温调节

23、一、动物的体温及其正常变动一、动物的体温及其正常变动 正常新陈代谢要求在一定正常新陈代谢要求在一定的温度条件下进行。哺乳动物的温度条件下进行。哺乳动物的体温的体温超过超过4242或低于或低于2525，将引起代谢严重障碍甚至死亡。将引起代谢严重障碍甚至死亡。 所以，正常的体温对于生所以，正常的体温对于生命活动具有重要意义，也是机命活动具有重要意义，也是机体健康状况的重要指标。体健康状况的重要指标。 家禽的体温比家畜高家禽的体温比家畜高 幼畜的体温比成年家畜略高幼畜的体温比成年家畜略高 母畜较公畜略高母畜较公畜略高 发情期、妊娠期体温较高，排卵时体温降低发情期、妊娠期体温较高，排卵时体温降低 肌肉

24、活动时体温升高肌肉活动时体温升高 采食后体温升高采食后体温升高0.20.211，持续，持续2 25h5h之久之久 清晨清晨2 26 6时体温最低，午后时体温最低，午后1 16 6时最高时最高 体温调节组织器官组织器官占体重百分占体重百分比（比（%）产热量（产热量（%）安静状态安静状态劳动或运动劳动或运动脑脑2.52.516161 1内脏内脏34.034.056568 8骨骼肌骨骼肌56.056.018189090其他其他7.57.510101 1体温调节 又称又称代谢产热代谢产热，指体内发生广泛的，指体内发生广泛的代谢产热增加。以褐色脂肪组织的产热代谢产热增加。以褐色脂肪组织的产热量最大，约占

25、非战栗产热总量的量最大，约占非战栗产热总量的7070。 战栗产热（战栗产热（shivering thermogenesis）：）： 骨骼肌同时发生不随意的节律性收缩。屈肌和伸肌同时骨骼肌同时发生不随意的节律性收缩。屈肌和伸肌同时收缩，不做外功，但产热量很高。代谢率可增加收缩，不做外功，但产热量很高。代谢率可增加4-54-5倍。倍。 非战栗产热（非战栗产热（non-shivering thermogenesis）：）：体温调节 其他的散热途径其他的散热途径还有还有呼吸器官呼吸器官、消化消化器官器官和和排尿排尿等。等。 动物的主要散动物的主要散热部位是热部位是皮肤皮肤；（757585%85%）体温

26、调节辐射辐射（radiation）散热）散热传导传导（conduction）散热散热对流（对流（convection）散热）散热蒸发（蒸发（evaporation）散热）散热 体表水分蒸发。体表水分蒸发。体热以红外线的形式传给外界温度较低物体。体热以红外线的形式传给外界温度较低物体。机体的热量直接传给同它接触的较冷物体。机体的热量直接传给同它接触的较冷物体。与体表接触的气体或液体流动来交换和散发热量。与体表接触的气体或液体流动来交换和散发热量。在气温接近或超过体温时，在气温接近或超过体温时，蒸发散热蒸发散热成为唯一有效的散热方式。成为唯一有效的散热方式。体温调节四、体温恒定的调节四、体温恒定的

27、调节 体温调节动物机体体温的调节主要有两种形式：动物机体体温的调节主要有两种形式：自主调节自主调节 行为调节行为调节下丘脑的体温调节中枢下丘脑的体温调节中枢通过对产热和通过对产热和散热的调节而使体温维持恒定。散热的调节而使体温维持恒定。指动物通过指动物通过自身行为的改变自身行为的改变以控制散以控制散热和产热的程度，维持体温的恒定。热和产热的程度，维持体温的恒定。马属动物马属动物: :能大量出汗；能大量出汗；牛牛”有中等程度的出汗能力；有中等程度的出汗能力；绵羊绵羊: :可发汗，但热喘呼吸是主要散热方式；可发汗，但热喘呼吸是主要散热方式；狗狗: :几乎全部依靠热喘呼吸散热；几乎全部依靠热喘呼吸散

28、热；啮齿动物啮齿动物: :即不热喘呼吸也不发汗，即不热喘呼吸也不发汗， 它们向毛它们向毛 上吐抹唾液或水来蒸发散热。上吐抹唾液或水来蒸发散热。出汗对调节散热有明显的出汗对调节散热有明显的畜种差异畜种差异: : 热喘呼吸热喘呼吸是炎热条件下增加蒸发散热的是炎热条件下增加蒸发散热的一种形式，即呼吸频率升高到一种形式，即呼吸频率升高到200200400400次的次的张口呼吸，呼吸深度减小，因而潮气量减少，张口呼吸，呼吸深度减小，因而潮气量减少，气体在无效腔中快速流动，唾液分泌有明显气体在无效腔中快速流动，唾液分泌有明显增加，所以热喘呼吸时，不会发生通气过度增加，所以热喘呼吸时，不会发生通气过度和呼吸

29、性碱中毒。和呼吸性碱中毒。 外周温度感受器外周温度感受器体温调节 中枢温度感受器中枢温度感受器脊髓、延髓、脑干网状结构等处。脊髓、延髓、脑干网状结构等处。广泛分布于皮肤、粘膜和内脏。广泛分布于皮肤、粘膜和内脏。冷感受器冷感受器热感受器热感受器热敏神经元热敏神经元(warm-sensitive neuron)冷敏神经元冷敏神经元(cold-sensitive neuron) 视前区视前区-下丘脑前下丘脑前部部 (preoptic-anterior hypothalamus area，PO/AH)是体温调节是体温调节中枢的关键部位。中枢的关键部位。体温调节 体温调节的基本体温调节的基本中枢位于中枢

30、位于下丘脑下丘脑。通过分泌通过分泌甲状腺激素甲状腺激素和和肾上腺皮质激素肾上腺皮质激素等。等。体温调节1.1.植物性神经系统植物性神经系统主要通过对主要通过对血管血管、呼吸呼吸、皮肤皮肤、汗腺和代谢汗腺和代谢的影响。的影响。2.2.躯体神经系统躯体神经系统主要控制主要控制骨骼肌骨骼肌的紧张性和运动。的紧张性和运动。3.3.内分泌系统内分泌系统产热活动的调节产热活动的调节寒冷刺激时寒冷刺激时交感交感- -肾上腺髓质肾上腺髓质 NENE、EE产热量产热量特点特点：作用作用迅速迅速维持维持时间短时间短。 长期在寒冷环境中长期在寒冷环境中甲状腺甲状腺T T3 3、T T4 4 代谢率代谢率(增加增加4

31、 45 5倍倍) ) 产热量产热量特点特点：作用作用缓慢缓慢维持维持时间长时间长。 在在PO/AH区中有一区中有一个控制体温的个控制体温的调定点调定点，而，而PO/AH区的区的温度敏感神温度敏感神经元经元可能起调定点的结构可能起调定点的结构基础。基础。hypothalamic体温调节 当体温处于调定点时，机体的产热和散热过程处于平当体温处于调定点时，机体的产热和散热过程处于平衡状态，体温维持在调定点设定的水平。衡状态，体温维持在调定点设定的水平。五、外界温度对动物体温的影响五、外界温度对动物体温的影响 体温调节等热范围或代谢稳定区等热范围或代谢稳定区家畜的耐热与抗寒家畜的耐热与抗寒家畜对高温与

32、低温的适应家畜对高温与低温的适应体温调节环境温度环境温度低低高高体体温温降降低低体体温温升升高高体体热热产产生生正常体温正常体温化学性调节化学性调节物理性调节物理性调节等热范围等热范围适当的环境温适当的环境温度，就可以使度，就可以使动物的代谢强动物的代谢强度和产热量保度和产热量保持在生理的最持在生理的最低水平，这种低水平，这种温度称为动物温度称为动物的的等热范围等热范围或或代谢稳定区。代谢稳定区。 体温调节各种动物对炎热和寒冷的耐受能力不同；各种动物对炎热和寒冷的耐受能力不同；骆驼骆驼（体表的蒸发散热和体温升高）（体表的蒸发散热和体温升高）绵羊绵羊（喘息）（喘息）马马（出汗散热）（出汗散热）猪猪的耐热能力较弱，尤其是仔猪更弱。的耐热能力较弱，尤其是仔猪更弱。牛牛（水浴）（水浴）家畜的抗寒能力一般较强。家畜的抗寒能力一般较强。体温调节1.