动物生理学第六章能量代谢及体温

动物生理学第六章能量代谢及体温

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;1molATPADP(释放33.47kJ能量)。

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:

1molGS38molATP

②无氧酵解:如剧烈运动时

1molGS2molATP

（脑只有有氧氧化，红细胞只有无氧酵解）

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。

3.蛋白质（protein）

基本组成单位：氨基酸(aminoacid)

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。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。经过整合，调整产热和散热过程，从而维持体温相对恒定。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。辐射散热量的多少取决于

Ⅱ.四、基础代谢(Basalmetabolism)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；体温调节过程(以环境温度下降为例)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。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。(二)间接测热法(Indirectcalorimetry)(一)肌肉活动：最为显著。当气温≥体温时，蒸发是唯一的散热途径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。内分泌激素（E、NE、T4.对流

指体热凭借空气流动交换热量的散热方式。(二)能量的利用＃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(一)直接测热法(Directcalorimetry)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(Indirectcalorimetry)

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+6O26CO2+6H2O+E图7-1-4间接测热法装置图7-1-3直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。

四、基础代谢(Basalmetabolism)测定整个机体在单位时间内向外界环境散发的总热量。⑵温度感受器

①外周感受器

位于皮肤、某些粘膜、内脏等。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。供能途径:直接氧化或转化为糖而提供能量。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。经过整合，调整产热和散热过程，从而维持体温相对恒定。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。体温调节过程(以环境温度下降为例)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。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。三、影响能量代谢的因素不感蒸发是持续进行的。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。3.呼吸商respiratoryquotient,RQ

机体一定时间内，CO2呼出量与O2吸入量的比值

RQ=

（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=0.85CO2产生量（mol或ml数）

O2消耗量（mol或ml数）表三种营养物质氧化时的有关数据热价（kJ/g）O2耗量

（L/g）CO2产量

（L/g）呼吸商氧热价

（kJ/L）物理热价生理热价糖17.217.20.830.831.0020.9脂肪39.739.72.031.430.7118.8蛋白质23.418.00.950.760.8019.7三、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。

四、基础代谢(Basalmetabolism)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(Basalmetabolismrate,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。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

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。

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。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。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。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。(二)精神活动(精神紧张状态时，产热量可显著增加。人体不感蒸发量约1000ml/日。⑸其他

品种：乳牛＞黄牛；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。定比定律＋能量守恒定律体温调节过程(以环境温度下降为例)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。静止能量代谢

对动物而言一般用静止代谢代替基础代谢。⑸其他

品种：乳牛＞黄牛；供能途径:直接氧化或转化为糖而提供能量。贮存和供给能量（饥饿时成为机体的主要供能物质）。CO2产量

（L/g）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。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。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

皮肤散热方式对流(15%)蒸发(22%)传导(3%)辐射(60%)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。

辐射散热量的多少取决于

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。机体的有效辐射面积皮肤与环境的温度差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∵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。

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。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缺氧和血糖水平过低，均可导致意识障碍、昏迷以及抽搐。Ⅵ食物的特殊动力作用。因设备复杂，操作繁琐，故极少应用。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。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静止能量代谢

对动物而言一般用静止代谢代替基础代谢。散热障碍（先天性汗腺缺乏，环境高温所致的中暑）；经过整合，调整产热和散热过程，从而维持体温相对恒定。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。贮存和供给能量（饥饿时成为机体的主要供能物质）。1、糖(GS)

机体的主要能量来源(50-70%)

利用形式:葡萄糖.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。O2消耗量（mol或ml数）气温下降散热过多体温趋于下降寒战大脑皮层冷感受器兴奋发汗中枢体温调节中枢发汗停止代谢增强血管收缩行为调节散热减少产热增多体温趋于正常产热增多散热减少体温调节过程(以环境温度下降为例)⑷体温调节的外周机理

①躯体神经

控制骨骼肌的紧张性