Лекція № 25. Обмін енергії і терморегуляція
1.Фізіологія обміну енергії.
2.Теплообмен і регуляція температури тіла тварини.
Для підтримки в організмі життєво важливих функцій: дихання, роботи серця, травлення, осмотичних і хімічних процесів, а також зростання і розвитку, розмноження - необхідна енергія. Ця енергія виходить при проміжному обміні речовин. Отже, обмін енергії і обмін речовин - це два взаємопов'язаних одночасно протікають процесу.
Харчова ланцюг - це перенесення енергії їжі від її джерела - рослин - через ряд організмів, що відбувається шляхом поїдання одних організмів іншими.
При кожному черговому перенесенні велика частина (80-90%) потенційної енергії втрачається.
Закони термодинаміки в живих системах.
Енергетика організму підпорядковується першому і другому закону термодинаміки.
Перший закон. Закон збереження енергії енергія не зникає і не виникає знову, вона лише переходить з однієї форми в іншу.
Другий закон. Визначає напрямок перетворення енергії. Т. е. Енергія мимовільно може переходити тільки з більш високого рівня на більш низький. При цьому здатність здійснювати роботу зменшується.
Обміни енергії в клітині. Цей обмін грунтується на трьох основних принципах які відрізняють живу систему від не живий:
1 хімічна енергія може перетворюватися в усі види енергії без попереднього переходу її в теплову, і більш ефективно використовується;
2 звільнення енергії відбувається поетапно, невеликими порціями, що оберігає організм від «енергетичного вибуху;
3 надлишок енергії зберігається і відкладається у вигляді макроергічних зв'язків АТФ в мітохондріях клітин. Мітохондрії є біологічними акумуляторами енергії.
Хімічна енергія АТФ - є універсальною і може перетворюватися в усі інші форми енергії (механічну, теплову, електричну).
Запаси АТФ не вічні і постійно оновлюються. Резервом енергії є глікоген печінки і м'язів, триацилгліцеридів жирової тканини. В останню чергу, як енергетичний матеріал, використовуються білки печінки і м'язів.
Шляхи перетворення енергії корму.
1-валова енергія - це вся енергія, яка укладена в кормах
2-переваримая енергія - енергія, яка звільняється при гідролізі поживних речовин раціону в травній системі.
3-обмінна енергія - це частина енергії раціону, яка використовується для забезпечення процесів життєдіяльності та освічена продуктами, т. Е. Переваримая енергія мінус енергія сечі, колов мас, газів (СН4. СО2), енергія ферментації
4-чиста енергія - частина обмінної енергії, яка йде тільки на освіту різної продукції (м'ясо, молоко, яйця, вовна). Одним з видів продукції може бути і м'язова робота у коней, валів і т. Д.
Показники енергетичних витрат в організмі визначаються:
1. балансовий метод - це різниця між енергією надійшла з кормом і енергією виділеної з екскретів (сеча, калові маси).
2. пряма калориметрия - витрати енергії визначаються за загальною кількістю тепла, яке виділяє тіло тварини за добу.
3. непряма (непряма) калориметрия - визначає енергетичні витрати по інтенсивності газообміну.
При цьому методі калорійність кормів, що входять в раціон і теплову цінність екськретов визначають шляхом спалювання їх в калориметричних бомбі.
Калориметрична бомба - це замкнута металева камера, занурена в водяну баню. Проби спалюють при пропущенні електричного струму в атмосфері чистого стисненого кисню.
Облік тепла, виділеного твариною за добу, ведуть в калориметричної камері.
Ця камера термічно ізольована від зовнішнього середовища. Втрати тепла тваринного реєструють по нагріванню води, що проходить по радіатора з постійною швидкістю.
Дефіцит кисню компенсується надходженням його з балона.
Надлишок СО2 і Н2 О (вологість) витягується поглиначами.
Це громіздкий, але більш точний метод.
Непряма (непряма) калориметрия.
Газообмін є інтегральним показником рівня окислювальних процесів.
Для визначення кількості поглиненого О2 і виділеного СО2 використовують респіраторні камери або маски.
Дихальний коеффіціент- відношення виділеного СО2 до потребляемому О2. т. е. ДК = СО2 / О2
ДК-буде різний:
· При окисленні вуглеводів = 1;
· У травоїдних ДК = 1;
· У хижаків = 0,75.
Основний обмін - це мінімальна кількість енергії, необхідне для підтримки нормальної життєдіяльності.
Визначається вранці, в стані повного спокою, лежачи, натщесерце в умовах температурного комфорту (18-25 0 С).
Величина основного обміну залежить: від віку, статі, фізіологічного стану. У молодих тварин основний обмін в 2-3 рази вище ніж у дорослих. У корів на 25-30% нижче, ніж у биків, у півня на 20-30% вище, ніж у курки. У корів в період лактації вище на 30-60%, ніж у період сухостою.
Специфічна динамічна дія корму (СДД) - посилення основного обміну на 10-30% в перші години після прийому корму.
Продуктивний обмін енергії (робочий) - витрата енергії на отримання продукції (молоко, яйця, м'ясо, шерсть і т. Д.), На формування живої маси у зростаючих тварин і виконання м'язової роботи.
Загальний обмін енергії - враховується повний витрата енергії при основному і продуктивному обміні.
2. Теплообмін і регуляція температури тіла тварини.
Тепловий баланс (гомеостаз) - підтримка постійної температури тіла незалежно від умов зовнішнього середовища. Цей баланс базується на двох функціях - теплопродукція і тепловіддача.
Якщо ці дві функції рівні між собою, температура тіла буде постійною.
Гіпертермія - підвищення температури тіла тварини.
Гіпотермія - зниження температури тіла тварини.
Температурні межі життя тварин, при яких здійснюються основні ферментативні реакції, які беруть участь в обміні речовин коливаються від 0 0 С до 45-50 0 С.
Для ссавців тварин з постійною температурою тіла ці кордони ще вже - від 15 0 С до 43 0 С.
Вихід температури зовнішнього середовища за межі цих кордонів закінчується для тваринного летальним результатом.
Розподіл тварин за способом регулювання температури тіла.
Діляться на 2 групи:
1 Гомойотермниє - тварини з постійною температурою тіла тіла. Їх температура не залежить від температури навколишнього середовища і знаходиться в межах 32 - 40 0 С, у птахів 40-42 0 С.
Кінь 37,5 - 38,8 0 С
Свиня 38 - 40 0 С
Корова 37,5 - 39,5 0 С
Вівця 38 - 41 0 С
Курка 40,3 - 41,7 0 С
2 -пойкілотермние - тварини зі змінною температурою тіла. Їх температура тіла залежить від температури навколишнього середовища і не перевищує її більш, ніж на 2-3 0 С.
Пристосування організму тварини до високих і низьких температур зовнішнього середовища здійснюється за допомогою хімічної і фізичної терморегуляції.
Хімічна терморегуляція (теплопродукція) - це зміна інтенсивності обміну речовин і енергії в організмі. При низьких температурах обмін збільшується, при високих - зменшується.
Зона температурного комфорту (термонейтральной зона) - температура зовнішнього середовища при якій тварини не відчувають ні тепла, ні холоду. Середнє коливання цієї температури в діапазоні 14-25 0 С.
Для молодняку (поросята, щенята) 30-35 0 С; для телят (холодний метод вирощування) 5-16 0 С.
Хімічна терморегуляція- у дорослих тварин добре виражена при низьких температурах. Цьому сприяють морфологічні особливості тіла тварини: підвищення метаболізму в тканинах і діяльності залоз внутрішньої секреції, а також підвищення теплопродукції за рахунок посиленого споживання корму (специфічна динамічна дія корму - СДДК).
Хімічна терморегуляція в умовах високих температур виражена слабо. Тому, що знизити обмінні процеси в тканинах значно неможливо:
1 необхідна енергія для підтримки життєвоважливих функцій;
2 з травної системи постійно надходять продукти гідролізу при утилізації яких звільняється енергія.
Фізична терморегуляція (тепловіддача) - це сукупність фізіологічних процесів, що ведуть до підвищення або зниження розсіювання тепла з організму тварини.
Основні шляхи віддачі тепла в навколишнє середовище:
1 конвекція - нагрівання навколишнього повітря - витрачається
2 випромінювання (радіація) - це віддача тепла у вигляді інфрачервоних променів і нагрівання навколишніх предметів
3 випаровування - це перетворення поту в газоподібний стан, що призводить до охолодження поверхні шкіри, витрачається
Додаткові шляхи віддачі тепла:
1 нагрівання їжі в шлунково-кишковому тракті
2 нагрівання повітря в легенях
3 втрати тепла з калом і сечею
При низьких температурах віддача тепла конвекцією і радіацією збільшується, випаровуванням зменшується.
При високих температурах віддача тепла випаровуванням збільшується, конвекцією і радіацією зменшується.
При випаровуванні 1 м поту організм втрачає 2,42 К / Дж енергії.
Центральний механізм терморегуляції.
Гіпоталамус (термостат організму) - є вищим центром терморегуляції. Сюди надходить інформація з теплових і холодових рецепторів шкіри і слизових оболонок.
Крім цього в регуляції теплообміну беруть участь і інші нервові центри: судиноруховий, дихальний, серцевої діяльності, рухові центри спинного мозку.
Гуморальні фактори - гормони адреналін і тироксин - стимулюють теплопродукція.