动物生理学能量代谢与体温调节

1、能量代谢和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、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（转移、贮存和利用统称为能量代谢（energy energy metabolismmetabolism）。）。 能量的来源及利用能量的来源及利用能能 量量 代代 谢谢 energy metabolism 第一节第一节糖糖 carbohydrate 脂肪脂肪 fat 蛋白质蛋白质 protein 糖是体内基本的供能物质，是机体的重要能源糖是体内基本的供能物质，是机体的重要能源 脂肪也是重

2、要的供能物质，更是体内主要的贮能物质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食物脂肪葡萄糖葡萄糖氨基酸氨基酸贮存脂肪贮存脂肪消化消化吸收吸收氧化氧化分解分解供能供能食物糖食物糖葡萄糖葡萄糖供能供能贮存贮存肌糖原肌糖原肝糖原肝糖原消化消化骨骼肌骨骼肌血糖血糖吸收吸收氧化氧化分解分解 在特殊情况下蛋白质也参与供能在特殊情况下蛋白质也参与供能 食物蛋白质食物蛋白质氨基酸氨基酸生物活性物质生物活性物质消化消化吸收吸收机体蛋白质机体蛋白质氧化氧化分解分解供能供能体内营养物质的分解、释放的能量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机体散发的热能所做的机械功化学贮

3、备能 能量代谢的测定能量代谢的测定 直接测热法直接测热法 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。谢率的方法。 食物的热价食物的热价 thermal equivalent of food 间接测热法间接测热法 indirect calorimetry 指指1g食物氧化分解或在体外燃烧时所释放的热量，也叫食物氧化分解或在体外燃烧时所释放的热量，也叫卡价（卡价（caloric value of food）。）。 食物在体外燃烧时释放的热量称物理热价；在体内氧化食物在体外燃烧时释放的热量称物理热价；

4、在体内氧化所产生的热量，称生物热价。所产生的热量，称生物热价。 返回 食物的氧热价食物的氧热价 thermal equivalent of oxygen 热价热价耗耗o2量量 指某种物质氧化时，消耗指某种物质氧化时，消耗1l氧氧所产生的热量。所产生的热量。 氧热价氧热价 指一定时间内机体的指一定时间内机体的co2产量与耗产量与耗o2量的比值量的比值 。 呼吸商呼吸商 respiratory quotient, rq 呼吸商呼吸商产生的产生的co2（ml）消耗的消耗的o2（ml） 某些情况下，呼吸商并不能完某些情况下，呼吸商并不能完全准确地反映机体中三种营养物质全准确地反映机体中三种营养物质氧化

5、分解的比例：氧化分解的比例： 机体内营养物质相互转化机体内营养物质相互转化 反刍动物瘤胃饲料发酵反刍动物瘤胃饲料发酵 肌肉剧烈活动肌肉剧烈活动 非蛋白呼吸商非蛋白呼吸商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间内氧化糖和脂肪所产生的co2量与耗量与耗o2量，并计算比值。量，并计算比值。返回 间接测热法的依据间接测热法的依据 间接测热法的具体步骤间接测热法的具体步骤 l 测出机体在一定时间内耗测出机体在一定时间内耗o2量和产生量和产生co2的量，并测出尿中的量，并

6、测出尿中尿氮的排出尿氮的排出量；量；在一般化学反应中，反应底物的量与产物量之在一般化学反应中，反应底物的量与产物量之间有一定的比例关系。间有一定的比例关系。 定比定律：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尿氮相当于氧化分解6.25g蛋白质）蛋白质） ；l 从总耗从总耗o2量和量和co2产量中分别扣除蛋白质氧化的耗产量中分别扣除蛋白质氧化的耗o2量和量和co2产量，计算出产量，计算出nprq，查出该，查出该nprq值对应的氧热价，并计算出值对应的氧

7、热价，并计算出非蛋白食物的产热量；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。将蛋白质食物与非蛋白食物的产热量相加，得出总产热量。 则总产热量数值则总产热量数值8059.8kj就是该受试者就是该受试者24小时内的能量代谢率。小时内的能量代谢率。 假设受试者假设受试者24小时的耗小时的耗o2量为量为400l， co2产量为产量为340l，收集的收集的24小时尿氮排出量为小时尿氮排出量为12g。蛋白质代谢蛋白质代谢 氧化量氧化量12g6.2575g 产热量产热量18kj/g75g1350kj 耗氧量耗氧量0.95l/g75g71.25l二氧化碳产量二氧化碳产量0.7

8、6l/g75g57l非蛋白代谢非蛋白代谢 耗氧量耗氧量400l71.25l328.75l二氧化碳产量二氧化碳产量340l57l283l非蛋白呼吸商非蛋白呼吸商283l/328.75l0.86查表，当查表，当nprq等于等于0.86时，氧热价为时，氧热价为20.41kj/l。非蛋白代谢产热量非蛋白代谢产热量328.75l20.41kj/l6709.8kj 总产热量总产热量13506709.88059.8kj 由于蛋白质不是主要的供能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，只测定受的影响，不测尿氮量，只测定受试者一定时间的耗试者一定时间的

9、耗o2量和量和co2产产量，并计算出呼吸商。则：量，并计算出呼吸商。则： 该值与前面得出的值（该值与前面得出的值（8059.8kj）很接近，误差在很接近，误差在12以内。以内。nprq340l/400l0.85查表，当查表，当nprq等于等于0.85时，氧热价时，氧热价为为20.36kj/l。产热量产热量40020.368144kj 影响能量代谢的主要因素影响能量代谢的主要因素 食物的特殊动力效应食物的特殊动力效应 specific dynamic action 骨骼肌收缩舒张骨骼肌收缩舒张 精神状态精神状态 环境温度环境温度 基础代谢和静止能量代谢基础代谢和静止能量代谢 基础代谢基础代谢 b

10、asal metabolism 基础代谢率基础代谢率 basal metabolic rate, bmr 静止能量代谢静止能量代谢体温及其调节体温及其调节第二节第二节深部温度深部温度core temperature表层温度表层温度shell temperature较高较高较稳定较稳定各部位差异较小各部位差异较小 较低较低不稳定不稳定各部位差异较大各部位差异较大 体温体温 body temperature 体温的生理性波动体温的生理性波动l 昼夜变化昼夜变化l 性别差异性别差异 l 年龄差异年龄差异l 骨骼肌活动和精神活动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、精神和体在正

11、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。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、环境温度其它：进食、环境温度 产热器官产热器官 安静状态：内脏器官为主安静状态：内脏器官为主 产热方式产热方式 运动状态：骨骼肌为主运动状态：骨骼肌为主 基础代谢产热基础代谢产热 食物的特殊动力效应食物的特殊动力效应 骨骼肌运动产热骨骼肌运动产热 寒战产热和非寒战产热寒战产热和非寒战产热 机体的产热和散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。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

12、下丘脑腺垂体甲状腺轴促进甲状腺激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。加。两种激素都能促进机体代谢，增加产热。 寒战产热寒战产热 shivering thermogenesis 非寒战产热非寒战产热 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（肌紧张（pre-shivering tone），此时产热量已有所增加。

13、），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。功，但所耗能量全部转变为热能，因此产热量显著增加。 散热途径散热途径 皮肤为主皮肤为主 散热方式散热方式 辐射辐射 radiation 传导传导 conduction 对流对流 convection 蒸发蒸发 evaporation 发汗发汗 不感蒸发不感蒸发 体温的调节体温的调节自主性体温调节自主性体温

14、调节 autonomic thermoregulation 行为性体温调节行为性体温调节 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，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

15、代谢活动，从而调节机体的产热和散热过程，维持体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。温的相对恒定。 外周温度感受器外周温度感受器 peripheral thermoreceptor 中枢温度感受器中枢温度感受器 central thermoreceptor 温度感受器温度感受器 thermoreceptor/temperature receptor 体温调节的基本中枢体温调节的基本中枢 下丘脑的下丘脑的视前区下丘脑前部视前区下丘脑前部 preoptic anterior hypothalamus, po/ah 调定点学说调定点学说 调定点调定点 set point 发热发热 fever 重调定重调定 resetting 高温或寒冷环境下，机体通过对产热和散热活动高温或寒冷环境下，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进行调节来维持体温的相对恒定躯体运动神经活动变化躯体运