小动物能量代谢测定的简易方法第13卷第3期2000年6月高等函授(自然科学版)JournalofHigherCorrespondenceEducation(NaturalSciences)VO1.13NO.3June2000文章编号:1006—7353(2000)03—013—03 小动物能量代谢测定的简易方法.魏传斌(武汉教育学院化生系湖北武汉430010) 摘要:拳文介绍了一种能在基础生物学教学及中学生物教学条件下开展的小哺乳动物能量代谢测定的简易方法,并对影响能量代谢测定结果的有关因素进行了综合分析讨论.关键词:能量代谢;氧热价;基础代谢率中图分类号:Q4—33文献标识码:A能量代谢是新陈代谢的重要内容,是生命活动的基本特征之一.恒温动物尽管在体格上存在着较大的差异,但在相同的生理状态下,单位时间内的单位体表面积的产热量是一致的,即动物的基础代谢与动物的体表面积呈线性相关关系.营养物质,氧气的消耗量,二氧化碳,能量的释放量是成定比关系的.只要测定代谢过程中氧气的消耗量或二氧化碳的释放量,就能推算出营养物质的消耗量和能量的释放量.本文介绍的能量代谢测定的简易方法就是利用在一个密闭系统中,小动物整体在一定的时间内消耗一定量的氧气(测定过程中产生的二氧化碳被吸收, 压力保持不变时,系统的体积将减小.),从而计算出小动物的能量释放量.再通过小动物的体重,体长等相关参数计算出小动物的单位体表面积在单位时间内的产热量.运用测定值与标准值比较,还可对小动物的生理状态进行评价.1用具与材料1.1用具水检压计,带双孔橡皮塞的500ml广口瓶,玻璃管,橡皮管,5ml注射器,托盘天平, 秒表,直尺,温度计,气压计,软蜡,滤纸,滴管,大头针,5%氢氧化钾溶液,33mg/ml戊收稿日期:2000—06一O8巴比妥,铁架台.1.2材料市售实验用健康小白鼠若干只2方法与步骤2.1安装测试装置,检查装置的气密性 21.1双孔橡皮塞用玻璃管,橡皮管分别与水检压计,5ml注射器相连.在水检压计u 型玻璃管内注入适量的水,并固定于铁架台上.以500ml广口瓶为代谢测试瓶,盖上橡皮塞,使水检压计,广口瓶,5ml注射器共同构成一个封闭系统,水检压计水柱的变化指示了广口瓶内气压的变化,如图所示为能量代谢测试装置.41:铁架台2:水检压计3:通气闵4:U型管5:橡皮塞6:滤纸条;&昱蓬通管9;注射器/9I.小动物能量代谢测试装置图示2.1.2用双手心紧贴广口瓶外壁,观察水检压计水柱的变化情况.如果外侧水柱很快上升,内侧水柱下降,表明装置的气密性符合测 37"々以一匠,一.\1士丰丰壬壬主主干P??第13卷第3期2000年6月高等函授(自然科学版)JournalofHigherCorrespondenceEducation(NaturalSciences)Vo1.13No.3June2000定要求.否则,应重新安装装置,并采取在套管接口处加软蜡等措施,使装置气密性达到测定要求.2.2测试前材料的处理2.2.1小白鼠称重后,用水稀释戊巴比妥溶液(稀释前通常配成33mg/m1)原液至8:1, 小白鼠每克体重腹腔注射0.01ml,如果在10 分钟内尚未麻醉,补充给予原剂量15%的麻醉剂.待小白鼠不能活动时投入广口瓶中开始测试.2.2.2用直尺量出小白鼠麻醉后鼻尖到尾基部的自然长度(单位为厘米)2.2.3将滤纸卷折成条用大头针挂在双孔橡皮塞下方,以5%氢氧化钾溶液湿润.2.3测试过程2.3.1打开水检压计上的通气口,把注射器活塞抽至5ml处,将麻醉好的小白鼠投入广口瓶盖紧橡皮塞,再关闭水检压计通气口. 2.3.2当广口瓶内的氧气被消耗,呼出的二氧化碳被氢氧化钾吸收后,瓶内的压力下降, 水检压计的右侧水柱升高,左侧下降,这时, 不断地把5ml注射器内的空气注入广口瓶中,使广口瓶中的压力恒定(水检压计两侧水柱高度保持齐平),用秒表计下5mi注射器内的空气注入广口瓶中所用的时间. 2.3.3揭开广口瓶的橡皮塞,使广口瓶内的空气与外界空气充分进行气体交换后,盖紧广口瓶橡皮塞,重复测定5ml空气注入广口瓶内并保持瓶内气体压力不变所用时间.重复次数在两次以上.3结果与计算3.1测试结果见表体17.5克第一次7分28秒重时第二次6分20秒体8.5厘米间第三次6分36秒长平均值6分48秒3.2产热量计算3.2.1小白鼠体表面积的计算小白鼠体表面积的计算公式(经验公 38式):体表面积(厘米)=体重量(千克)0.425 ×体长(厘米)0.725×71.84,被测小白鼠的体表面积(S)S=(17.5×10—)0.425×8.50725×71.84=60.68cm23.2.2消耗5ml氧气后的产热量(Q)计算小白鼠体内营养物质代谢时,每消耗1 升氧气后的产热量(氧热价)平均值是20. 1685千焦/升(查有关专业资料),消耗5ml 氧气后的产热量是:Q=5×10×20.1685=0.101千焦3.3小白鼠能量代谢率的计算(即每小时每平方米体表产热量)小白鼠的能量代谢率(EMR): =0.101/(60.68×10一)/0.1133 =146.91千焦/平方米//J,时4讨论本文介绍的小动物能量代谢测定的简易方法对小白鼠在麻醉状态下进行能量代谢测定的实测值是146.91千焦/米//J,时,与哺乳动物基础代谢率的常见值158.84千焦/ 米//J,时略有出入,表明本方法在应用时还会受一系列因素的影响,干扰测定结果的精确性.现将影响测定的因素及操作者须注意的问题分析如下:4.1动物个体的生理状态4.1.1年龄因素动物体从出生到衰老死亡的个体发育过程中,其基础代谢率存在着一定的差异.从出生到成熟阶段,其处于快速发育时期,代谢旺盛,基础代谢率高;从成熟后到衰老直到死亡,基础代谢率相对下降,因而在测定时,结果则会出现差异.4.1.2性别因素与雌性个体比较,雄性个体的基础代谢率相对较高.'4.1.3生殖生理因素第13卷第3期2000年6月高等函授(自然科学版)JournalofHigherCorrespondenceEducation(NaturalSciences)VO1.13NO.3June2000雌性动物个体具有周期性的排卵现象,在排卵前和排卵期,基础代谢率最低,排卵后,基础代谢率恢复到正常水平.妊娠期,基础代谢率则会上升.4.1.4疾病因素疾病对基础代谢产生直接地影响.如甲状腺机能的影响最为明显.当甲状腺机能亢进时,基础代谢率增高;甲状腺机能不足,肾上腺皮质机能和脑垂体机能下降,则基础代谢率下降.4.2食物成份的影响动物的饮食来源较为复杂,如果食物中含有如硫脲等物质时,硫脲等进人体内,会阻止甲状腺激素的合成与分泌,导致基础代谢率下降.外源性甲状腺素会导致基础代谢率升高.4.3测定时问选择因素大多数动物具有昼夜节律性代谢率的变化,夜伏昼出的动物,基础代谢率在凌晨最低,午后达到最高.4.4食物的特殊动力效应动物进食后,尽管其他条件不变,机体会有规律性地额外产热,致使基础代谢率提高, 因此,测定时,要求禁食12小时以上. 4.5麻醉剂的作用影响肌肉活动及思维活动会大大影响机体对氧的摄取.测定基础代谢时,要求限制机体的肌肉活动和思维活动,对动物,则通常用麻醉方式.麻醉剂的种类繁多,作用原理不尽相同.本实验中,要求动物达到无随意活动,肌肉松驰,限制其高级神经活动等,因此,在选择麻醉剂种类时,选择中效麻醉剂如戊巴比妥或长效麻醉剂如苯巴比妥;而硫代喷妥有效时间短,或者挥发性麻醉剂如乙醚会影响代谢测试瓶内气体压力,一般在多次重复测试时不预采用.麻醉剂作用机体时,经历镇病,兴奋期,然后进入全身麻醉状态.镇痛,兴奋状态下,动物的肌肉活动存在,能量代谢率较高,因此,动物在麻醉给药后要求等到动物充分麻醉后才开始测试.4.6环境条件的影响环境条件因素中,温度,气压,噪声,光线对能量代谢的影响较大.温度过高或过低, 气压过高或过低,噪声过大,光线过强等都会刺激机体的代谢过程.因此,在测定机体的能量代谢时,要求在室温20,25?,大气压力为1.0133×10帕左右,安静的室内进行. 否则,测试值偏高.4.7测试装置的影响4,7.1测试装置的气密性测试装置的气密性是保证测试成功与否的关键.装置轻微地漏气往往在检查气密性时被忽视,但它对测试结果的影响非常大. 漏气往往使测定结果偏低.4.7.2测试装置固有的特性测试前,广口瓶内的气温与室温一致,当把小动物投人后,小动物的体温会使瓶内温度升高,气体膨胀.第一次测试开始时,一般都会发现瓶内气体压力不仅不下降,反而上升,所以,每一次测试时要等到瓶内气体压力出现下降后进行计时(从水检压计水柱的平衡状态中看出).本文介绍的小动物能量代谢测定的简易方法一直为武汉教育学院生物专业实验教学过程中采用.该方法设备,器材要求低,重复性能好,易于操作.某些环节稍加调整,可以用来开展对多种小动物能量代谢的测定与研究.同时,对学生开展设计实验能力,独立思考能力的培养有很大的作用.参考文献1陈式撂等编译.生理学基础实验.北京:科学出版社,19892周衍椒等编.生理学.北京:人民卫生出版社, 19823姚承禹等编译.生理学.人民卫生出版社,1987 4陈建秀等编.基础生物学技术教程.南京:南京大学出版社,19975李原达等.实验动物学.北京:农业出版社,1990 39。