动物生理学5能量代谢与体温调节

1、第九章 能量代谢和体温调节,第一节能量代谢,新陈代谢是机体生命活动的基本特征，新陈代谢包括物质代谢与相伴随的能量代谢，简称代谢。 糖、脂肪、蛋白质三种营养物质，经消化转变成为可吸收的小分子营养物质而被吸收入血。在细胞中，这些营养物质经过同化作用（合成代谢），构筑机体的组成成分或更新衰老的组织；同时经过异化作用（分解代谢）分解为代谢产物。合成代谢和分解代谢是物质代谢过程中互相联系的、不可分割的两个侧面。 在分解代谢过程中，营养物质蕴藏的化学能便释放出来。这些化学能经过转化，便成了机体各种生命活动的能源，所以说分解代谢是放能反应。而在合成代谢过程中，需要供给能量，因此是吸能反应。可见，在物质代谢过

2、程中，物质的变化与能量的代谢是紧密联系着的。生物体内物质代谢过程中所伴随的能量释放、转移和利用等，称为能量代谢。,一 人体能量的来源与消耗,来源：摄入的营养物质包含能量 机体所需的能量来源于食物中的糖、脂肪和蛋白质。其中机体活动所需能量的70%以上来源于糖类，脑组织所需能量则完全源于糖的有氧氧化。一般情况下，机体主要利用糖类和脂肪供能，而不依靠蛋白质供能。,消耗： 能源物质分子结构中的碳氢键蕴藏着化学能，在氧化过程中碳氢键断裂，生成CO2和 H2O，同时释放出蕴藏的能量。这些能量的50%以上迅速转化为热能，用于维持体温，并向体外散发。其余不足50%则以高能磷酸键（主要为三磷酸腺苷ATP）的形式

3、贮存于体内，供机体活动利用。 能量输入=能量输出+能量贮存 如果输入输出，贮存0，体重增加 如果输入=0，输出=贮存，体重减轻,糖类是能量供应的主要来源，ATP是能量供应的直接来源。,二 能量代谢测定的原理和方法,1、能量代谢的测定原理 热力学第一定律指出：能量由一种形式转化为另一种形式的过程中，既不能增加，也不能减少。这是所有形式的能量（动能、热能、电能和化学能）互相转化的一般规律，也就是能量守恒定律。机体的能量代谢也遵循这一规律，即在整个能量转化过程中，机体所利用的蕴藏于食物中的化学能与最终转化成的热能和所作的外功，按能量来折算是完全相等的。因此，测定在一定时间内机体所消耗的食物，或者测定

4、机体所产生的热量与所做的外功，都可测算出整个机体的能量代谢率（单位时间内所消耗的能量）。,2、能量代谢的测定方法 测定整个机体单位时间内发散的总热量，通常有两类方法：直接测热法和间接测热法。 （1）直接测热法 直接测热法是测定整个机体在单位时间内向外界环境发散的总热量。此总热量就是能量代谢率。如果在测定时间内做一定的外功，应将外功（机械能）折算为热量一并计入。,直接测热装置示意图,（2）间接测热法 在一般化学反应中，反应物的量与产物量之间呈一定的比例关系，这就是定比定律。 例如 C6H12O6+6026CO2+6H20+H 间接测热法的基本原理就是利用这种定比关系，查出一定时间内整个人体中氧化

5、分解的糖、脂肪、蛋白质各有多少，然后据此计算出该段时间内整个机体所释放出来的热量。因此，必须解决两个问题：一是每种营养物质氧化分解时产生的能量有多少（即食物的热价）；二要分清三种营养物质各氧化了多少。,间接测热法中常用的参数： 物质的热价：1克营养物质燃烧时所释放的热量。 氧热价：某种营养物质每消耗1L氧，所产生的热量。 呼吸商（RQ）：通常把动物体在同一时间内二氧化碳产生量与氧的消耗量的比值叫做呼吸商。一般糖的呼吸商=1.0，脂类的呼吸商=0.71，蛋白质的呼吸商=0.8 非蛋白呼吸商：指除蛋白质外，糖和脂肪氧化时的二氧化碳生成量与氧的消耗量的比值。,根据呼吸商的大小可推测机体能量的来源。在

6、人的日常生活中，营养物质不是单纯的，而是糖、脂肪和蛋白质混合而成的（混合膳食）。所以，呼吸商常变动于0.71-1.00之间。人体在特定时间内的呼吸商要看哪种营养物质是当时的主要能量来源而定。若能源主要是糖类，则呼吸商接近于1.00；若主要是脂肪，则呼吸商接近于0.71。在长期病理性饥饿情况下，能源主要来自机体本身的蛋白质和脂肪，则呼吸商接近于0.80。一般情况下，摄取混合食物时，呼吸商常在0.85左右。,非蛋白呼吸商与氧热价 氧化百分比（%） 非蛋白呼吸商 糖 脂肪 氧热价 0.71 1.10 98.9 19.6230 0.75 15.6 84.4 19.8280 0.80 33.4 66.6

7、 20.0874 0.81 36.9 63.1 20.1376 0.82 40.3 59.7 20.1878 0.83 43.8 56.2 20.2422 ,例：测得受试者24h的耗氧量为400L，二氧化碳产量为340L，尿氮12g，已知1g尿氮相当于氧化分解了6.25g蛋白质，蛋白质的热价约为18，每氧化1g蛋白质耗氧0.95L，释放二氧化碳0.76L，计算该受试者24小时内的能量代谢率 。 解：蛋白质氧化量=6.25*12=75g 蛋白质代谢产热量=18*75=1350kj 蛋白质耗氧量=75*0.95=71.25L 蛋白质产二氧化碳量=75*0.76=57L 非蛋白呼吸商=（340-57

8、）/（400-71.25）=0.86 查表：当非蛋白呼吸商为0.86时，氧热价为20.397 非蛋白代谢产热量=20.397*（400-71.25）=6706kj 总代谢产热量=1350+6706=8056kj 此即为该受试者24小时内的能量代谢率,简化计算： 1）直接将混合呼吸商代替非蛋白呼吸商 上题：混合呼吸商=340/400=0.85 查表得热价=20.3426 总热量=20.3426*400=8137kj 2）根据经验，设混合食物的非蛋白呼吸商为 0.82，查表得热价=20.2 总热量=20.2*400=8080kj,3、影响能量代谢的因素,1）肌肉活动：肌肉活动对能量代谢的影响最为显

9、著。机体任何轻微的活动都可提高代谢率。肌肉活动需要补给能量，而能量则来自大量营养物质的氧化，导致机体耗氧量的增加。机体耗氧量的增加与肌肉活动的强度呈正比关系。 2）环境温度：人安静时的能量代谢，在20-30的环境中最为稳定。当环境温度低于20或为30-45 时，代谢率都会增加。环境温度低时代谢率增加，主要是由于寒冷刺激反射地引起寒战以及肌肉紧张增强所致。在20-30时代谢稳定，主要是由于肌肉松驰的结果。当环境温度为30-45时，代谢率又会逐渐增加。这可能是因为体内化学过程的反应速度有所增加的缘故，这时还有发汗功能旺盛及呼吸、循环功能增强等因素的作用。,3）食物的特殊动力作用 在安静状态下摄入食

10、物后，人体释放的热量比摄入的食物本身氧化后所产生的热量要多。例如摄入能产100kJ热量的蛋白质后，人体实际产热量为130kJ，额外多产生了30kJ热量，表明进食蛋白质后，机体产热量超过了蛋白质氧化后产热量的30%。食物能使机体产生“额外”热量的现象称为食物的特殊动力作用。这种额外增加的热量不能被用来作功，只能用于维持体温。因此，为了补充体内额外的热量消耗，机体必须多进食一些食物补充这份多消耗的能量。 4）精神活动：如紧张时出现的无意识的肌紧张以及刺激代谢的激素释放增多等原因，产热量可以显著增加。,4、基础代谢,基础代谢率：受试者在12h未进食,室温20 ,静卧休息0.5h,保持清醒状态,不进行

11、脑力和体力活动等条件下测定的代谢率。意味着在单位时间内维持清醒状态的生命活动所需的最低能耗。,一般来说，基础代谢率的实际数值与上述正常的平均值比较，相差10%-15%之内，无论较高或较低，都不属病态。当相差超过20%时，才有可能是病理变化。在各种疾病中，甲状腺功能的改变总是伴有基础代谢率异常变化。甲状腺功能低下时，基础代谢率将比正常值低20%-40%；甲状腺功能亢进时的基础代谢率将比正常值高出25%-80%。因此，基础代谢率的测量是临床诊断甲状腺疾病的重要辅助方法。其它如肾上腺皮质和垂体的功能低下时，基础代谢率也可能降低。发热时基础代谢率会升高。,第二节体温及其调节,一、体温 人和高等动物机体

12、都具有一定的温度，这就是体温。体温是机体进行新陈代谢和正常生命活动的必要条件。 (1)体壳温度和体核温度 体壳温度：身体表层的温度 体核温度：身体内部的温度 临床体温:直肠37.5 ;口腔37.2 ;腋窝36.8 (2)体温的周期性变化:在一昼夜中,凌晨最低,下午5-7时最高;成年女性月经前较高,月经来时下降0.20.3 ,排卵日再降0.2,二、人体的产热和散热,机体在体温调节机制的调控下，能使产热过程和散热过程处于平衡，维持正常的体温。如果机体的产热量大于散热量，体温就会升高；散热量大于产热量则体温就会下降，直到产热量与散热量重新取得平衡时才会使体温稳定在新的水平。,1、产热 机体的总产热量

13、主要包括基础代谢，食物特殊动力作用和肌肉活动所产生的热量。 基础代谢是机体产热的基础，产热器官主要为内脏。 运动时，骨骼肌产热量约占总产热量的90%，为主要产热器官。 人在寒冷环境中主要依靠战栗产热和非战栗产热（代谢产热）来增加热量。寒战是骨骼肌发生不随意的节律性收缩的表现，寒战的特点是屈肌和伸肌同时收缩，所以基本上不做功，但产热量很高，发生寒战时，代谢率可增加4-5倍。寒冷刺激时，交感神经兴奋，可使褐色脂肪迅速分解产热，约占非战栗产热70%。寒冷刺激亦可促使甲状腺激素、肾上腺素分泌增加，代谢产热随之增加。,2、散热 人体的主要散热部位是皮肤。当环境温度低于体温时，大部分的体热通过皮肤的辐射、

14、传导和对流散热。一部分热量通过皮肤汗液蒸发来散发，呼吸、排尿和排粪也可散失一小部分热量。在人的体温条件下，蒸发1g水分可使机体散失2.4kJ热量。当环境温度为21时，大部分的体热（70%）靠辐射、传导和对流的方式散热，少部分的体热（29%）则由蒸发散热；当环境温度升高时，皮肤和环境之间的温度差变小，辐射、传导和对流的散热量减小，而蒸发的散热作用则增强；当环境温度等于或高于皮肤温度时，辐射、传导和对流的散热方式就不起作用，此时蒸发就成为机体唯一的散热方式。,人体蒸发有二种形式：即不感蒸发和发汗。人体即使处在低温中，没有汗液分泌时，皮肤和呼吸道都不断有水分渗出而被蒸发掉，这种水分蒸发称为不感蒸发。

15、在室温30以下时，不感蒸发的水分相当恒定，其中一半是呼吸道蒸发的水分；另一半的水分是由皮肤的组织间隙直接渗出而蒸发的。不感蒸发是一种很有成效的散热途径，有些动物如狗，在高温环境下不能分泌汗液，此时，它必须通过热喘呼吸由呼吸道来增强蒸发散热。,汗腺分泌汗液的活动称为发汗。发汗是可以意识到的有明显的汗液分泌，因此又称为可感蒸发。 人在安静状态下，当环境温度达30左右时便开始发汗。如果空气湿度大，而且着衣较多时，气温达25便可引起人体发汗。人进行劳动或运动时，气温虽在20以下，亦可出现发汗，而且汗量往往较多。 汗液中水分占99%，而固体成分则不到1%，在固体成分中，大部分为氯化钠，也有少量氯化钾、尿

16、素等。大量出汗的人，汗液中可丧失较多的氯化钠，因此应注意补充氯化钠。当机体因大量发汗而造成脱水时，可导致高渗性脱水。 发汗是反射活动。人体汗腺接受交感胆碱能纤维支配，所以乙酰胆碱对小汗腺有促进分泌作用。发汗中枢分布在从脊髓到大脑皮层的中枢神经系统中。在正常情况下，起主要作用的是下丘脑的发汗中枢。 精神紧张或情绪激动而引起的发汗称为精神性发汗。主要见于掌心、脚底和腋窝。精神性发汗的中枢神经可能在大脑皮层运动区。精神性发汗在体温调节中的作用不大。,循环系统的调节反应,环境温度交感神经紧张性皮肤动脉舒张血流量皮肤散热防止体温增高 环境温度交感神经紧张性皮肤动脉收缩血流量皮肤散热体温增高,三、体温调节,温度感受器,温度感受器分为外周温度感受器和中枢温度感受器。 外周温度感受器在人体皮肤、粘膜和内脏中，温度感受器分为冷感受器和温觉感受器，它们都是游离神经末稍。当皮肤温度升高时，温觉感受器兴奋，而当皮肤温度下降时，则冷感受器兴奋。 中枢温度感受器：在脊髓、延髓、脑干网状结构及下丘脑等处对血液温度变化反应的神经元。分为热敏神经元和冷敏神经元两种。 体温调节中枢