能量代谢与体温调节课件

第八章 能量代谢与体温调节 能量代谢将生物体内物质代谢过程中所伴随着的能量释放 储存 转移和利用 称为能量代谢 体温调节体温是机体深部的平均温度 是机体在代谢过程中不断产生热能的结果 又是进行新陈代谢和正常生命活动的重要条件 第一节 能量代谢 各种物质在体内代谢过程中所发生的变化 能量释放以及能量转移等问题将在生物化学课中讲授 生理学在讨论能量代谢时 主要是从整体出发 着重研究机体能量收支的平衡 包括能量代谢测定的原理与方法 基础代谢以及机体在某些情况下的代谢等问题 一 能量代谢的测定 一 能量的来源与利用动物机体不能直接利用外部环境中的光能 电能 热能和机械能 只能利用蕴藏在饲料中的化学能 机体通过细胞内一系列的化学反应 将饲料中的化学能释放出来 并转化为可被细胞利用的形式 ATP 用于完成细胞的各种生理功能 日粮总能 可消化能 代谢能 净能 用于做功和生产粪能发酵能和尿能食物特殊动力效应能 1 三大营养物质的能量代谢糖 蛋白质和脂肪的分子的碳氢键中蕴藏着能量 当它们被分解代谢 氧化生成CO2和H2O 能量被释放出来 1 糖 为机体的主要能源物质 机体所需能量的50 70 由糖提供 1moL葡萄糖有氧氧化生成381moL的ATP 效率为66 而无氧酵解只有2moL 效率为3 2 脂肪 为机体能源的储存和供能物质 在氧化供能时 脂肪所释放能量为糖的2倍 3 蛋白质 为机体组织成分的重要物质 当蛋白质储存超量或糖和脂肪极度匮乏时 才将蛋白质分解为氨基酸 氨基酸降解用于供能 2 机体能量储存与转化的载体3 能量的利用 1molATP含33 47KJ能量 释放30 54KJ能量 磷酸肌酸 CP 为ATP的储存形式 体内含量为ATP的3 8倍 机体能量货币 二 能量代谢的测定 1 能量代谢测定的基本概念 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 体内生物氧化为生物热价 体外物理燃烧为物理热价 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重要意义 据机体在一定时间内的耗氧量 可推算出能量消耗率 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 糖的呼吸商为1 0 脂肪为0 71 蛋白质为0 80 动物饲料包括糖类 蛋白质和脂肪 正常生理条件下测定的呼吸商为混合呼吸商 如果测得的呼吸商接近于1 则反映体内氧化利用的主要物质是糖 如呼吸商靠近0 71 则氧化利用的主要物质是脂肪 因此 呼吸商的测定在估计机体能量来源方面有重大意义 2 能量代谢测定方法 1 直接测热法 2 间接测热法 本法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 其理论依据是化学中的定比定律 既在一般化学反应中 反应物的量与产物的量之间成一定的比例关系 例如葡萄糖氧化时 反应式为 因为机体消耗的能量最终以热能的形式散发于体外 所以 将动物置于热量计 如测热室 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 C6H12O6 6O2 6CO2 6H2O 热量 一 食物的特殊动力效应 动物在采食后一段时间内 虽然同样处在安静状态 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 现在认为 肝脏对蛋白质进行代谢处理时 在脱氨基反应过程中 消耗了能量可能是额外热量产生的原因 二 肌肉活动的影响 三 精神活动的影响 四 环境温度的影响 二 影响能量代谢的几个因素 一 基础代谢 机体处于基础状态下的能量代谢称为基础代谢 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 所谓基础状态指在室温20 消化管内空虚 至少12小时未进食 静卧 至少半小时 清醒而又极其安静的状态 在这种情况下既没有能量的输入 又没有做功 动物所消耗的能量全部转化为热能散发出来 而能量的来源则是体内贮存的物质 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 这些能量绝大部分用于维持心脏 肝 肾和脑等内脏器官的活动 三 基础代谢和静止能量代谢 二 静止能量代谢 三 影响基础代谢的因素 1 个体大小 体积大的能量代谢率低 2 性别 雄性高于雌性近20 3 年龄 幼年高 4 营养状况 营养好的高 5 品种 快速生长和瘦肉型的快 6 季节和气候 第二节 体温及其调节 家畜的体温及其正常变动 机体的产热与散热 体温恒定的调节 恒温动物对环境的适应 一 动物的体温及其正常变动 在生理学和畜牧兽医实践中 多以直肠温度代表体温 机体各部分温度不完全相同 身体表面由于散热较快 其温度比深部组织和内脏器官的温度低 心脏 肝和肾的温度较高 但由于血液不断循环 可将热量从较高部位带到全身 使机体各部温度差别不大 直肠温度接近机体深部温度 且比较稳定 可以代表机体体温的平均值 一 动物的正常体温 37 2 二 体温的生理波动 1 体温的昼夜波动 在白天活动的动物 其体温在清晨时最低 午后最高 一天内温差可达1 左右 2 年龄 新生幼畜代谢旺盛 体温都比成年家畜高 幼畜在出生后的一段时间内易受外界温度变化的影响 说明体温调节能力较弱 不能有效地使体温恒定 3 性别 雌性动物体温高于雄性 母畜发情时体温升高 排卵时体温下降 4 肌肉活动 肌肉活动时 代谢增强 产热量增加 导致体温上升 5 其他因素 地理气候 神经紧张 采食等情况对体温也可产生影响 二 机体的产热和散热过程 一 产热过程 机体所有组织器官均处在合成和分解代谢过程中 因而都产生热量 但它们的产热量有所不同 安静时以内脏器官产生热量最多 其中以肝脏代谢最为旺盛 产热量较多 安静时肝 肠 胃产热量约占身体总产热量的50 肌肉占20 脑占10 运动或使役时骨骼肌是产热的主要器官 其产热量可高达总产热量的2 3以上 草食家畜消化道中饲料由于微生物的发酵分解 产生大量热能 是这类动物体热的重要来源 1 等热范围机体的产热量随环境温度变化而改变 在适当环境温度范围内 动物的代谢强度和产热量保持在生理的最低水平 这种环境温度称为动物的等热范围或代谢稳定区 从畜牧业生产角度分析 环境温度在等热范围内饲养家畜最为适宜 在经济上也最为有利 等热范围的温度比体温低 并视动物种别 品种 年龄和饲养管理条件而不同 等热范围的低限温度叫临界温度 耐寒的家畜 如牛 羊 临界温度较低 动物密集的被毛和厚实的皮下脂肪都能降低临界温度 从年龄来看 幼畜的临界温度高于成年家畜 这是由于幼畜的皮肤较薄 体表面积与体重的比例较大 散热较易 还由于幼畜产热较少的缘故 各种动物的等热范围 2 产热形式 1 寒战产热 由肌肉发生不随意节律性收缩产生 2 非寒战产热 一方面 肾上腺素和甲状腺素分泌增加 促进组织器官产热 另一方面 激活脂肪分解的酶系统 使脂肪分解供能 二 散热过程机体的主要散热器官是皮肤 一部分热量可通过呼吸 排粪和排尿散失 当外界环境温度低于体表温度时 可通过皮肤以辐射 传导 对流等方式进行散热 当环境温度接近或高于皮肤温度时 则只能以蒸发方式散热 1 辐射散热这是体热以红外线的形式传给外界温度较低物体的一种散热方式 2 对流散热机体通过与体表接触的气体或液体流动来交换和散发热量的方式 称为对流散热 3 传导散热是指机体的热量直接传给同它接触的较冷物体的一种散热方式 4 蒸发散热蒸发1g水可带走2 43KJ 0 58kcal 热 所以体表水分蒸发是一种有效散热途径 显汗与不显汗蒸发 三 体温恒定的调节 逆流交换 循环系统的调节反应 静脉和动脉伴行 静脉温度低 动脉温度高 一 动物的耐热和抗寒冷性能骆驼 长期耐受炎热和干燥马 汗腺发达 有耐热能力牛 耐热能力差猪 耐热能力差家畜抗寒能力较强 猪弱于其他动物 四 恒温动物对环境的适应 二 家畜对高温和低温的适应1 习服 动物在极端环境中生活2 3周后 所发生的生理适应性调节反应 冷习服的主要变化是 首先发生寒颤产热 然后转变为非寒颤产热 动物在30 环境中生活4天后 这种冷习服的效应即消失 2 风土驯化 随着季节性变化 机体的生理性体温调节逐渐发生变化 以适应环境温度称为风土驯化 冷驯化的特点是调整和提高机体保存体热的能力 但产热并不增加 3 气候适应动物由于自然选择 经过多代遗传改变之后 适应于生活在寒冷或炎热的气候中 叫做气候适应 气侯适应并不改变动物的体温 寒带动物体温调节特点是 皮肤具备最有效的热绝缘作用 皮肤