動(dòng)物能量代謝與體溫心率相互關(guān)系的研究案例

    心肺相互作用是指動(dòng)物心血管功能和呼吸功能間復(fù)雜的相互影響和作用，一般認(rèn)為該作用受迷走神經(jīng)系統(tǒng)、副交感神經(jīng)系統(tǒng)和激素的調(diào)節(jié)，作用關(guān)系微妙且復(fù)雜，研究心肺作用最直觀的觀測方法莫過于觀測動(dòng)物的心率和呼吸速率/能量代謝的變化關(guān)系。

    北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司積十幾年動(dòng)物能量代謝與生理生態(tài)儀器技術(shù)服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，并與中科院動(dòng)物所合作，為動(dòng)物生理生態(tài)、生物醫(yī)學(xué)等科研工作者提供動(dòng)物能量代謝與動(dòng)物生理生態(tài)全面解決方案，包括實(shí)驗(yàn)動(dòng)物（斑馬魚、大小鼠、豚鼠、家兔等）、家畜家禽等各種動(dòng)物呼吸、能量代謝、紅外熱成像、體溫心率監(jiān)測、行為觀測分析等。

 

 

   

下面是幾個(gè)研究呼吸速率和心率關(guān)系的實(shí)例，供參考（文獻(xiàn)全文和產(chǎn)品詳細(xì)資料請聯(lián)系我公司）。

 

案例一

 

※澳大利亞新英格蘭大學(xué)動(dòng)物學(xué)院動(dòng)物行為和生理生態(tài)學(xué)中心的Shannon E. Currie等，以一種小型的樹棲蝙蝠（Chalinolobus gouldii）為研究對象，使用Sable公司的動(dòng)物呼吸測量系統(tǒng)，研究其在低溫（約0攝氏度）環(huán)境下冬眠狀態(tài)時(shí)的耗氧率，結(jié)合心率數(shù)據(jù)，揭示了這種蝙蝠的體溫調(diào)節(jié)機(jī)制。

 

 

上左圖為不同個(gè)體（體溫順應(yīng)個(gè)體thermoconforming individuals，體溫調(diào)節(jié)個(gè)體thermoregulating individuals）心率和耗氧率的關(guān)系；上右圖顯示了不同個(gè)體（體溫順應(yīng)個(gè)體thermoconforming individuals，體溫調(diào)節(jié)個(gè)體thermoregulating individuals）在不同環(huán)境溫度（Ta）下的單位心率耗氧率（The transport of oxygen per heart beat (OP)）的差異。

 

 案例二

 

   ※美國蘭斯頓大學(xué)美國農(nóng)業(yè)部山羊研究所（世界上最著名的山羊研究所，在山羊的飼養(yǎng)、繁育和山羊奶加工方面都處于世界領(lǐng)先水平）的R. Puchala等設(shè)計(jì)了4種不同喂食方案（包括禁食與取食，其中取食處理又包括不同類型的飼料），交叉處理4種基因型的山羊，使用Sable廠家的O2分析儀，CO2分析儀和CH4分析儀以及氣流發(fā)生控制裝置，測量山羊的耗氧率、CO2生成率和CH4產(chǎn)生率，并且計(jì)算能量消耗率，再測量山羊的心率變化情況，最后匯總數(shù)據(jù)，分析不同飼喂條件下，不同基因型山羊的能量消耗（energy expenditure，EE）與心率（heart rate，HR）的關(guān)系，為建立山羊營養(yǎng)需要數(shù)字模型提供了數(shù)據(jù)支持（山羊研究所后續(xù)以此實(shí)驗(yàn)和其他實(shí)驗(yàn)的結(jié)果為依據(jù)，提出了山羊營養(yǎng)需要標(biāo)準(zhǔn)共13個(gè)數(shù)字模型，成為該領(lǐng)域的重要參考標(biāo)準(zhǔn)）。

 

 

 

上圖顯示不同喂食處理（○為精飼料，■為草料，△為禁食）的山羊24小時(shí)時(shí)段內(nèi)能量消耗情況（EE，kJ/(kg BW0.75 ×day）

 

 

上圖顯示4種不同基因型的山羊24小時(shí)時(shí)段內(nèi)能量消耗（EE，kJ/(kg BW0.75 ×day)

 

 

上圖顯示不同喂食處理（○為精飼料，■為草料）的山羊24小時(shí)時(shí)段內(nèi)心率變化情況Heart rate (beats/min)

 

 

上圖顯示不同喂食處理（●為攝食處理，△為禁食處理）的山羊24小時(shí)時(shí)段內(nèi)能量消耗和心率的比值（EE:HR；kJ/(kg BW0.75 ×day):heart beats/min）

 

案例三

 

    ※心肺的相互作用的調(diào)節(jié)關(guān)系比較復(fù)雜，也比較精細(xì)，所以一直以來，人們一度認(rèn)為心肺的相互作用只存在于哺乳動(dòng)物體內(nèi)（也就是比較高級的動(dòng)物體內(nèi)），然而最近巴西圣保羅聯(lián)邦大學(xué)（UFSCar）生物科學(xué)系的Diana A. Monteiro經(jīng)過研究得出結(jié)論，心肺相互作用也存在于一種很原始的動(dòng)物—肺魚（lungfish）體內(nèi)，這是一個(gè)比較重大的發(fā)現(xiàn)，該研究論文發(fā)表在2018年的《SCIENCE ADVANCES》上。

    肺魚是一種極其古老的淡水魚，有四億多年的歷史，這種魚生著兩種呼吸器官—鰓和有肺功能的鰾，是最早嘗試由水生轉(zhuǎn)向陸生的動(dòng)物，介于魚類和兩棲動(dòng)物之間，是生物進(jìn)化史上的活化石，是生物進(jìn)化過程的重要研究對象。

    Diana A. Monteiro的研究對象是南美洲肺魚（South American lungfish），用藥物和電刺激等方法影響其神經(jīng)系統(tǒng)，同時(shí)使用Sable公司的質(zhì)量流量控制器和O2氣體分析器測量其呼吸速率，再同時(shí)監(jiān)測其心率變化，并且分析其相關(guān)關(guān)系。隨后該實(shí)驗(yàn)還使用電鏡觀察了肺魚的神經(jīng)纖維和腦干，進(jìn)一步揭示肺魚心肺作用的調(diào)節(jié)機(jī)制。

 

 

上圖顯示的是肺魚剛剛手術(shù)后和手術(shù)恢復(fù)后心率和耗氧率的對應(yīng)關(guān)系

 

 

 

上圖顯示肺魚心率和能量代謝（以耗氧率為指標(biāo)）的關(guān)系，其中A、B分別顯示手術(shù)至手術(shù)后72小時(shí)的心率和耗氧率