动物生理学能量代谢与体温调节

能量代谢和体温调节Energy metabolism and thermoregulation物质代谢过程中所伴随的能量的释放、转移、贮存和利用统称为能量代谢（ energy metabolism）。 能量的来源及利用能 量 代 谢Energy metabolism 第一节糖 carbohydrate 脂肪 fat 蛋白质 protein 糖是体内基本的供能物质，是机体的重要能源 脂肪也是重要的供能物质，更是体内主要的贮能物质食物脂肪葡萄糖 氨基酸贮存脂肪消化吸收 氧化分解 供能食物糖 葡萄糖供能贮存肌糖原肝糖原消化骨骼肌血糖吸收氧化分解 在特殊情况下蛋白质也参与供能 食物蛋白质 氨基酸生物活性物质消化吸收机体蛋白质氧化分解 供能机体的重机体的重要贮能物要贮能物质和直接质和直接供能物质供能物质体内营养物质的分解、释放的能量 机体散发的热能所做的机械功化学贮备能 能量代谢的测定 直接测热法 direct calorimetry 通过收集机体在一定时间内散发的总热量求得能量代谢率的方法。 食物的热价 thermal equivalent of food 间接测热法 indirect calorimetry 指 1g食物氧化分解或在体外燃烧时所释放的热量，也叫卡价（ caloric value of food）。食物在体外燃烧时释放的热量称物理热价；在体内氧化所产生的热量，称生物热价。 返回 食物的氧热价thermal equivalent of oxygen 热价耗 O2量指某种物质氧化时，消耗 1L氧所产生的热量。氧热价指一定时间内机体的 CO2产量与耗O2量的比值 。 呼吸商respiratory quotient, RQ 呼吸商产生的 CO2（ ml）消耗的 O2（ ml）某些情况下，呼吸商并不能完全准确地反映机体中三种营养物质氧化分解的比例： 机体内营养物质相互转化 反刍动物瘤胃饲料发酵 肌肉剧烈活动 非蛋白呼吸商non-protein respiratory quotient, NPRQ 在去除蛋白质供能的情况下，测定一定时间内氧化糖和脂肪所产生的 CO2量与耗 O2量，并计算比值。返回 间接测热法的依据 间接测热法的具体步骤 l 测出机体在一定时间内耗 O2量和产生 CO2的量，并测出尿中尿氮的排出 量；在一般化学反应中，反应底物的量与产物量之间有一定的比例关系。 定比定律：C6H12O6 6O2 6CO2 6H2O H l 从尿氮排出量计算出蛋白质氧化量及蛋白质食物的产热量（1g尿氮相当于氧化分解 6.25g蛋白质） ；l 从总耗 O2量和 CO2产量中分别扣除蛋白质氧化的耗 O2量和 CO2产量，计算出 NPRQ，查出该 NPRQ值对应的氧热价，并计算出非蛋白食物的产热量；l 将蛋白质食物与非蛋白食物的产热量相加，得出总产热量。 则总产热量数值 8059.8kJ就是该受试者 24小时内的能量代谢率。 假设受试者 24小时的耗 O2量为 400L， CO2产量为 340L，收集的 24小时尿氮排出量为 12g。蛋白质代谢 氧化量 12g6.25 75g产热量 18kJ/g75g 1350kJ耗氧量 0.95L/g75g 71.25L二氧化碳产量 0.76L/g75g 57L非蛋白代谢 耗氧量 400L 71.25L 328.75L二氧化碳产量 340L 57L 283L非蛋白呼吸商 283L/328.75L 0.86查表 ，当 NPRQ等于 0.86时，氧热价为 20.41kJ/L。非蛋白代谢产热量 328.75L20.41kJ/L 6709.8kJ总产热量 1350 6709.8 8059.8kJ由于蛋白质不是主要的供能物质，所以可以不考虑蛋白代谢的影响，不测尿氮量，只测定受试者一定时间的耗 O2量和 CO2产量，并计算出呼吸商。则：该值与前面得出的值（ 8059.8kJ）很接近，误差在 1 2以内。NPRQ 340L/400L 0.85查表，当 NPRQ等于 0.85时，氧热价为 20.36kJ/L。产热量 40020.36 8144kJ 影响能量代谢的主要因素 食物的特殊动力效应 specific dynamic action 骨骼肌收缩舒张 精神状态 环境温度 基础代谢和静止能量代谢 基础代谢 basal metabolism 基础代谢率 basal metabolic rate, BMR 静止能量代谢体温及其调节第二节深部温度core temperature表层温度shell temperature较高较稳定各部位差异较小 较低不稳定各部位差异较大 体温 body temperature 体温的生理性波动l 昼夜变化l 性别差异 l 年龄差异l 骨骼肌活动和精神活动 在正常情况下，体温可受昼夜、性别、年龄、精神和体力活动、环境温度等因素的影响而发生生理性波动。 l 其它：进食、环境温度 产热器官 安静状态：内脏器官为主 产热方式 运动状态：骨骼肌为主 基础代谢产热 食物的特殊动力效应 骨骼肌运动产热 寒战产热和非寒战产热 机体的产热和散热指在寒冷环境中，机体通过升高代谢率而增加产热的现象。机理是一方面通过下丘脑腺垂体甲状腺轴促进甲状腺激素的分泌，另一方面交感神经兴奋，肾上腺髓质分泌肾上腺素增加。两种激素都能促进机体代谢，增加产热。 寒战产热 shivering thermogenesis 非寒战产热 non-shivering thermogenesis机体受到寒冷刺激时，最初骨骼肌肌紧张增高，称为寒战前肌紧张（ pre-shivering tone），此时产热量已有所增加。寒冷刺激持续作用时，骨骼肌将出现寒战，表现为伸肌和屈肌同时出现不随意的节律性收缩。此时骨骼肌的收缩不做机械外功，但所耗能量全部转变为热能，因此产热量显著增加。 散热途径 皮肤为主 散热方式 辐射 radiation 传导 conduction 对流 convection 蒸发 evaporation 发汗 不感蒸发 体温的调节自主性体温调节 autonomic thermoregulation 行为性体温调节 behavioral thermoregulation 当环境温度发生变化时，首先由温度感受器感受到这种变化，再由相应的传导通路把温度变化的信息传输到体温调节中枢，在中枢经过整合后，通过自主神经系统调节皮肤的血流量以及汗腺的活动，通过躯体运动神经调节骨骼肌的活动，通过内分泌系统调节机体的代谢活动，从而调节机体的产热和散热过程，维持体温的相对恒定。 外周温度感受器 peripheral thermoreceptor 中枢温度感受器 central thermoreceptor 温度感受器 thermoreceptor/temperature receptor 体温调节的基本中枢 下丘脑的 视前区下丘脑前部preoptic anterior hypothalamus, PO/AH 调定点学说 调定点 set point 发热 fever 重调定 resetting 高温或寒冷环境下，机体通过对产热和散热活动进行调节来维持体温的相对恒定躯体运动神经活动变化交感神经