第七章能量代谢与体温调节

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，称为能量代谢。新陈代谢:维持生命各种活动过程中化学变化的总称。新陈代谢包括：物质代谢（同化作用，异化作用）能量代谢（吸热反应，放热反应）第一节能量代谢机体能量的来源是糖、脂肪和蛋白质在体内氧化分解时释放出来的能量，在一般生理情况下，机体主要利用糖(70%)和脂肪(30%)供能，少量的能量依靠蛋白质分解供给。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？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。体内物质分解所释放的能量，50%以上迅速转化为热能，用于维持体温。其余不到50%的能量转移储存在ATP。机体利用ATP的能量完成各种生命活动。二能量代谢的测定（一）直接测热法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，此热量就是能量代谢率，这种方法称为直接测热法。直接测热法图Douglaschambrecalorimeter（二）间接测热法(indirectcalorimetry)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。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。间接测热法的原理依据是化学中的定比定律，即在一般化学反应中，反应物的量与产物的量之间成一定的比例关系。C6H1206+602→6CO2+6H20+热量间接测热法（1）食物的热价每克营养物质完全氧化时所释放的热量，叫做该物质的热价（caloricvalue）。营养物质在体外燃烧时释放的热量称物理热价；在体内氧化分解到最终产物CO2和H2O时产生的热称生物热价。V糖(物理)=V糖(生物)V脂肪(物理)=V脂肪(生物)V蛋白质(物理)＞V蛋白质(生物)表6-1三种营养物质氧化时的几种数据产热量（KJ╱g）营养物质物理热价生物热价营养学热价※耗氧量L╱g二氧化碳产量L╱g氧热价KJ╱LO2呼吸商RQ糖蛋白质脂肪17.1723.4539.7717.1718.0039.7716.7516.7537.680.830.952.030.830.761.4320.9318.8419.681.000.880.71※营养学上通常采用概数来计算食物的热价（2）氧热价某种营养物质氧化时，消耗1升氧所产生的热量，叫做该物质的氧热价。※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，即根据机体在一定时间内的耗氧量，就可以推算出能量消耗率。(3)呼吸商※生理学上把机体在单位时间内CO2排出量与耗氧量的比值称为呼吸商（respiratoryquotient,简称RQ）。CO2排出量（L）呼吸商RQ＝───────耗O2量（L）糖的呼吸商为1.0，脂肪为0.71，蛋白质为0.80如果测得的呼吸商接近于1，则体内氧化利用的主要物质是糖；如果呼吸商接近0.71，则氧化利用的主要物质是脂肪。如果测得的呼吸商接近于0.80则氧化利用的主要物质是?※表6-2非蛋白呼吸商和氧热占总热量的百分比（%）占总热量的百分比（%）RQ糖类脂肪氧热价（KJ╱LO2）RQ糖类脂肪氧热价(KL╱LO2)0.700.710.720.730.740.750.760.770.780.790.800.810.820.830.840.850.001.104.768.4012.015.619.222.826.329.933.436.940.343.847.250.7100.098.995.291.688.084.480.877.273.770.166.663.159.756.252.849.319.60619.62319.67319.72319.77819.82819.87819.93319.98320.03320.08720.13820.18820.24220.29220.3430.860.870.880.890.900.910.920.930.940.950.960.970.980.991.005.4157.560.864.267.570.874.177.480.784.087.290.493.696.8100.045.942.539.235.832.529.225.922.619.316.012.89.586.373.180.0020.39720.44720.49720.54820.60220.65220.70220.57520.80820.85720.91220.96221.01221.06621.117价间接测热法计算步骤：①测定CO2产生量和耗O2量;②测定尿氮量;③计算出NPRQ;④查出非蛋白食物氧热价;⑤计算出非蛋白食物的产热量;⑥计算能量代谢。蛋白质的产热量:蛋白质平均含氮量为16%，如有1克尿氮产生，则有6.25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，即得到蛋白质的产热量。计算糖和脂肪的产热量。非蛋白呼吸商:计算方法是从总耗氧量中减去蛋白质氧化时的耗氧量，从CO2的排出量中减去蛋白质分解时CO2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：蛋白质耗氧量＝蛋白质CO2产生量＝尿氮量×6.25×0.95（每克蛋白质氧化耗氧量）尿氮量×6.25×0.76（每克蛋白质氧化CO2产生量）非蛋白呼吸商＝总CO2产生量―蛋白质CO2产生量总耗氧量―蛋白质耗氧量表6-2非蛋白呼吸商和氧热占总热量的百分比（%）占总热量的百分比（%）RQ糖类脂肪氧热价（KJ╱LO2）RQ糖类脂肪氧热价(KL╱LO2)0.700.710.720.730.740.750.760.770.780.790.800.810.820.830.840.850.001.104.768.4012.015.619.222.826.329.933.436.940.343.847.250.7100.098.995.291.688.084.480.877.273.770.166.663.159.756.252.849.319.60619.62319.67319.72319.77819.82819.87819.93319.98320.03320.08720.13820.18820.24220.29220.3430.860.870.880.890.900.910.920.930.940.950.960.970.980.991.005.4157.560.864.267.570.874.177.480.784.087.290.493.696.8100.045.942.539.235.832.529.225.922.619.316.012.89.586.373.180.0020.39720.44720.49720.54820.60220.65220.70220.57520.80820.85720.91220.96221.01221.06621.117价应用呼吸商测算能量代谢时应注意几点：（１）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。如糖在体内转化为脂肪时，呼吸商变大，甚至超过1.0。如畜禽育肥时，体内积累脂肪，呼吸商常高于1.0；反之，如果脂肪转化为糖，呼吸商可能低于0.7。※（２）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，即为真正代谢产热。瘤胃中每产生1L甲烷，就有9.42KJ（2.25kcal）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。从二氧化碳排出总量中减去发酵产生的CO2量:根据体外发酵产生CO2和甲烷的比为2.6：1，测定甲烷产生量就可计算CO2产生量。（３）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，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CO2从肺排出，呼吸商变大。※（二）肌肉活动的影响（三）神经—内分泌的影响（一）食物的特殊动力效应※三、影响能量代谢的几个因素（四）环境温度的影响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”的现象，叫做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达30%；以糖和脂肪为主，生热可增加4%～6%，一般混合食物可增加10%左右。四、基础代谢和静止能量代谢（一）基础代谢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体表面积的产热量（KJ/m2/h）来表示。规定受试者至少12小时未吃食物，在室温20℃，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耗。（二）静止能量代谢在家畜，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）；早饲前在普通畜舍或实验室内进行测定；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，差异并不大。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24小时的产热量，每平方米几乎都在4186.80KJ（1000kcal）左右。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。（三）影响基础代谢的因素1．个体大小(袖狗)2．性别3．年龄4．营养状况第二节体温及其调节体温: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。（1）体表温度: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。（2）体核温度:包括心、肺、脑和腹部器官等机体深部的温度，又称深部温度。体核温度比体表温度高，且比较稳定.(一)体温体温调节一、动物的体温及其正常变动正常新陈代谢要求在一定的温度条件下进行。哺乳动物的体温超过42℃或低于25℃，将引起代谢严重障碍甚至死亡。所以，正常的体温对于生命活动具有重要意义，也是机体健康状况的重要指标。二、动物体温的生理波动家禽的体温比家畜高幼畜的体温比成年家畜略高母畜较公畜略高发情期、妊娠期体温较高，排卵时体温降低肌肉活动时体温升高采食后体温升高0.2～1℃，持续2～5h之久清晨2～6时体温最低，午后1～6时最高体温调节组织器官占体重百分比（%）产热量（%）安静状态劳动或运动脑2.5161内脏34.0568骨骼肌56.01890其他7.5101体温调节三、机体的产热和散热过程机体产热的其它形式：又称代谢产热，指体内发生广泛的代谢产热增加。以褐色脂肪组织的产热量最大，约占非战栗产热总量的70％。①战栗产热（shiveringthermogenesis）：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4-5倍。②非战栗产热（non-shiveringthermogenesis）：体温调节其他的散热途径还有呼吸器官、消化器官和排尿等。主要散热途径：动物的主要散热部位是皮肤；（75～85%）体温调节散热方式※辐射（radiation）散热传导（conduction）散热对流（convection）散热蒸发（evaporation）散热体表水分蒸发。体热以红外线的形式传给外界温度较低物体。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。在气温接近或超过体温时，蒸发散热成为唯一有效的散热方式。体温调节四、体温恒定的调节体温调节动物机体体温的调节主要有两种形式：自主调节——行为调节——下丘脑的体温调节中枢通过对产热和散热的调节而使体温维持恒定。指动物通过自身行为的改变以控制散热和产热的程度，维持体温的恒定。马属动物:能大量出汗；牛”有中等程度的出汗能力；绵羊:可发汗，但热喘呼吸是主要散热方式；狗:几乎全部依靠热喘呼吸散热；啮齿动物:即不热喘呼吸也不发汗，它们向毛上吐抹唾液或水来蒸发散热。出汗对调节散热有明显的畜种差异:热喘呼吸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200～400次的张口呼吸，呼吸深度减小，因而潮