Обмен энергии в жизнедеятельности животного организма

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обмен энергии - это непрерывная трата энергии на жизнедеятельность организма и столь же непрерывное ее возмещение. Эти тесно связанные друг с другом процессы получили название «метаболическая мельница».

В животном организме различают следующие виды энергии:

* химическую (потенциальную) энергию ;

* механическую (двигательную) ;

* электрическую (разность биопотенциалов)

* тепловую, в которую, в конечном счете, превращаются первые

три вида энергии.

Обмен энергии в животном организме осуществляется в 4 этапа.

1. Поступление химической энергии во внутреннюю среду организма.

2. Освобождение энергии.

3. Использование энергии.

4. Выделение энергии из организма.

Первый этап - поступление энергии в организм в виде жиров, углеводов и белков корма.

Жиры (поступившие и синтезированные в организме), откладываясь в депо, выполняют функцию основного хранилища потенциальной энергии; при окислении 1 г жира выделяется 9,2 ккал энергии.

Углеводы обладают в 2 раза меньшей энергоемкостью (при окислении

1 г выделяют 4,2 ккал), в сравнении с жирами, но они являются наиболее мобильным источником для других видов энергии и используются организмом в первую очередь.

Белки выполняют прежде всего роль пластического материала в построении тканей и биологически активных соединений; в качестве источника энергии они используются в последнюю очередь (их энергоемкость, при окислении в организме, равна энергоемкости углеводов).

Второй этап - освобождение энергии, представляет собой сложный биохимический процесс последовательного превращения питательных веществ.

1. Расщепление макромолекул питательных веществ в пищеварительном тракте до мономеров.

2. Образование на тканевом уровне из потенциальных источников энергии промежуточных продуктов (коэнзима А, щавелевоуксусной кислоты, молочной и пировиноградной кислот).

3. Расщепление промежуточных продуктов (второго звена) до конечных (СО2 и Н20) с выделением энергии.

При расщеплении одной грамм-молекулы глюкозы до молочной кислоты освобождается 49,7 ккал энергии, а до конечных продуктов - 686 ккал (или 2871,2 кДж).

Такое количество энергии не может сразу рационально (без потерь) использоваться в организме. Потому около половины, выделяющейся при анаэробном обмене, энергии аккумулируется в макроэргах, по схеме:

С6Н12О6 +2АДФ+2Н2РО4 = 2 лактата+2 АТФ.

При аэробном окислении больше энергии связывается макроэргами: на 1 грамм-молекулу глюкозы образуется до 36 молекул АТФ. При этом многоступенчатая дыхательная цепь обусловливает разделение больших порций химической энергии на более мелкие, приемлемые для постепенного ее использования (примерно по 12 ккал).

Потребности животного организма в энергии разнообразны.

Энергия используется :

* на синтез сложных органических и минеральных соединений;

* на всасывание питательных веществ, их активный перенос против

градиента концентрации;

* на секреторные и экскреторные процессы;

* на формирование, проведение и передачу нервных импульсов;

* для мышечных сокращений;

* для поддержания температуры тела.

Энергия не возникает и не исчезает в животном организме, она лишь превращается из одного вида в другой.

Поступившая в организм потенциальная энергия (ПЭ)

корма превращается в другие виды энергии.

- Э. химического синтеза,

- Э. механической работы,

- Э. электрической работы, Вторичное тепло ПЭ - Э. осмотической работы, Выделяются в корма - Э. продуктивности, окружающую среду

- Первичное тепло -

ПЭ корма = Э. продукции+ Э. работы+Э. выделенного тепла.

Количество тепла, выделенного организмом, эквивалентно затрачиваемой им энергии в процессе жизнедеятельности.

Первичное тепло + вторичное тепло = общему теплу организма.

Методы изучения обмена энергии в животном организме основаны на учете поступающей в организм ПЭ корма и выделившейся из организма:с калом, мочой, газами, парами, продукцией (яйцо, молоко) и в виде тепла.

Этот метод получил название: «Баланс энергии». Он основан на законе «Сохранения и превращения веществ и энергии», который открыл М.В. Ломоносов в 1757 г. Лавуазье открыл этот закон 17 лет спустя (1774), тем не менее его считают автором открытия.

Лавуазье с Лапласом впервые поставили опыты с использованием калориметра. Они установили, что количество тепла выделенное морской свинкой и количество тепла при сжигании в калорической бомбе угля примерно одинаково, если при этом выделяется одинаковое количество СО2.

При определении баланса энергии в животном организме:

- точно отвешивают количество корма,

- сжигают его в калорической бомбе,

- определяют количество выделившегося тепла на единицу корма,

- то же делаеют с калом и мочой

- по разнице между поглощенной и выделенной энергии определяют:

сколько ее задержалось в организме. При этом учитывают теплоотдачу

с поверхности кожи и легких.

Существует 2 метода калориметрии.

1. Прямая колориметрия, основанная на учете всего количества тепла, выделяемого организмом, в калориметрической камере, в которую помещают животное.

Выделяемое животным тепло учитывают по разности температуры проходящей через камеру воды на выходе и входе. Полученную разность температур умножают на объем прошедшей через камеру воды в процессе опыта.

Схема калориметрической камеры.

Схема респирационной камеры М.Н. Шатерникова



Непрямая калориметрия, основана на исследовании у животного газообмена масочным методом

Дыхательные маски для животных

Учет дыхательного воздуха с помощью маски и спирометра

При масочном методе следует учитывать 3 принципа.

1). Выделение тепла происходит при окислении питательных веществ, то есть при поглощении О2 и выделении СО2.

2). При окислении одного и того же вещества 1 л поглощенного О2 дает одинаковое количество тепла.

3). При окислении разных питательных веществ (белков, жиров, углеводов) 1 л поглощенного О2 дает разное количество тепла.

Чтобы судить о затратах энергии по газообмену следует определить показатели:

1. Количество поглощенного О2 и выделенного СО2 за единицу времени.

2. Дыхательный коэффициент, то есть отношение выделенного СО2 к поглощенному О2 (СО2 : О2).

Дыхательный коэффициент при окислении в организме разных

веществ различен: при окислении углеводов он равен - 1,0 , белков - 0,8 ,жиров - 0,7 .

По дыхательному коэффициенту в специальной таблице находят соответствующий показатель калорического эквивалента.

Калорический эквивалент - это количество тепла, освободившегося при использовании организмом 1 л кислорода.

Чем выше дыхательный коэффициент (ДК), тем больше тепла выделяется на 1 л потребленного организмом О2:

Дыхательный коэффициент : 0,7 : 0,8 : 0,9 : 1,0

Калорический эквивалент, ккал : 4,68 : 4,80 : 4,94 : 5,04

Пример: за 10 мин. животным поглощено 15 л О2, при ДК= 0,8.

Решаем:

(1). в таблице находим соответствующий калорический эквивалент - 4,80;

(2) определяем, сколько выделено ккал за 10: 4,80 х 15 = 72 ккал;

за 1 час: 72 х 6 = 432 ккал; за 1 сутки: 432 х 24 = 10 368 ккал.



У животных различают: основной и общий обмен энергии.

Основной обмен - это предельно низкий уровень обмена веществ и энергии, обеспечивающий жизнедеятельность животного при покое, натощак (свободном ЖКТ), нормальной температуре тела и комфортной температуре окружающей среды. При основном обмене животному достаточно получать поддерживающий корм.

Общий обмен - обмен энергии у животных при активной жизнедеятельности, включая затраты энергии на пищеварение, движения, производство продукции. При общем обмене - дополнительно к поддерживающему корму животному необходимо потреблять корм на двигательную активность и продукцию.

На обмен энергии оказывают влияние ряд факторов.

1. Возрастной (у молодняка выше).

2. Половой (у женских особей выше).

3. Климатический - при жарком климате обмен понижается на 10-20%.

4. Период суток - самый низкий после 24 час и до 6-и час утра, затем повышается.

5. Мышечная активность - у коров при стоянии обмен энергии повышается на 9%, относительно состояния лежа.

6. Состояние нервной системы - при нервном возбуждении обмен энергии выше.

7. Состояние эндокринной системы - при гиперфункциях желез выше .

8. Тип принимаемого корма - грубые корма требуют больше затрат энергии на переваривание.

9. Беременность - обмен энергии увеличивается на 25-35%; на рост плода корова затрачивает около 15% обменной энергии, при этом потребность в энергии составляет 103ккал/кг живой массы.

10. Лактация - повышает обмен энергии на 30% и более.

11. Величина животного - крупные животные тратят на 1 кг живой массы меньше энергии, чем мелкие.

По уровню температуры тела и характеру ее стабилизации животные подразделяются на 2 группы.

1-я. Пойкилотермные животные, у которых температура тела выше температуры окружающей среды на 2-3 градуса и может значительно изменяться под влиянием температуры окружающей среды.

2-я. Гомойотермные животные, у которых температура тела находится в пределах 36-42 градусов ( зависимосит от вида животного) и поддерживается очень стабильно, независимо от температуры окружающей среды.

Физиологически нормальная температура тела отдельных животных.

Лошадь - 37,5-38,5 град. Кролики - 38,5-39,5 град.

Кр.рог.ск. - 37,5-39,5 « . Норки - 39,0-41,0 « .

Овцы - 38,5-40,0 « . Птица - 40,0-42,0 « .

Свиньи - 38,5-40,0 « .

Нормальная температура тела человека 36,7 градусов

Постоянство температуры тела животных поддерживается посредством регуляции процессов образования и выделения тепла.

Тепло в организме образуется в результате:

* биохимических процессов,

* секреторной деятельности желез,

* экскреторной деятельности,

* мышечной работы,

* электрической энергии,

* солнечной иррадиации и тепла окружающей среды.

Пути выделения тепла из организма:

* конвекции (нагревания окружающей среды),

* теплопроводности тканей,

* радиации (излучения тепла из организма),

* испарения влаги с поверхности тела и дыхательных путей,

* с газами и экскрементами.

Потери организмом тепла зависят от :

* площади поверхности тела на единицу его массы (кг),

* состояния волосяного покрова,

* интенсивности испарений влаги с поверхности тела и легких,

* водного обмена (потребления и выделения воды).

Тепловой баланс в организме базируется на двух функция:

- теплообразования и теплоотдачи. Если они уравновешены, то поддерживается баланс тепла, при этом температура тела находится в пределах физиологической нормы.

Регуляция обмена энергии осуществляется нейро-гуморально. Центры теплорегуляции заложены в гипоталамусе. Восходящими путями они связаны с высшими центрами коры головного мозга, нисходящими - с нижележащими вегетативными центрами и эффекторами.

Из желез внутренней секреции наиболее важную роль играют: гипофиз, надпочечники, щитовидная, поджелудочная и половые железы.

В процессе филогенеза в животном организме сложились 2 системы терморегуляции: химическая и физическая.

Химическая терморегуляция - обеспечивает образование тепла через обмен веществ и энергии применительно к условиям низких и /или высоких температур: при низких температурах обмен веществ и производство энергии усиливаются, при высоких - снижаются.

Температура окружающей среды, при которой осуществляется самый низкий уровень обмена веществ, при наименьшем напряжении механизмов теплоотдачи, называется критической точкой.

Температурная зона, в которой низкий обмен веществ поддерживается на постоянном уровне, называется зоной термической нейтральности.

Для разных видов и возрастных групп животных зона термической нейтральности располагается в пределах 4-20 градусов тепла, например:

для 10-суточных телят - 17-22 градуса, 30-сут. - 12-18, 6-месячных - 8-14, энергия обмен баланс терморегуляция

12-месячных - 4-12, для лактирующих коров - 4-10 градусов.

Физическая терморегуляция - совокупность физиологических процессов, обеспечивающих повышение или понижение отдачи тепла организмом. К ее механизмам относятся: реакция кровеносных сосудов кожи, интенсивность потоотделения, состояние волосяного покрова (зимний, летний), поднятие волоса, положение тела и другие.

Химическая и физическая системы терморегуляции взаимосвязаны.



Схема терморегуляции



Литература

1. Физиология Под ред. член-корр. АМН СССР Г.И.Косицкого.М.: Медицина, 1985.

2. Нормальная физиология/ Под ред. проф. А.В.Коробкова.- М.: Высшая школа, 1980.

3. Нормальная физиология/ Под ред. проф. В.А.Полянцева.- М.: Медицина, 1989.

4. Руководство к практическим занятиям по физиологии/ Под ред. член-корр. АМН СССР Г.И.Косицкого и проф. В.А.Полянцева.- М.: Медицина, 1988.

5. Практикум по нормальной физиологии/ Под ред. проф. Н.А.Агаджаняна и проф. А.В.Коробкова.- М.: Высшая школа, 1983.

6. Начала физиологии. Учебник для вузов / Под ред. А.Д. Ноздрачева СПб.: Лань. 2001.

7. Физиология. Учебник для мед. вузов. 2-е изд. Под ред. В.М. Покровского, Г.Ф. Коротько. - М.: Медицина, 2003.

8. Фундаментальная и клиническая физиология. Учебник. Под ред. А.Г. Камкина, А.А. Каменского. М.: «Академия», 2004.

9. Нормальная физиология. Учебник для мед. вузов/ К.В. Судаков. - М. Мед. информ. агентство, 2006.

10. Нормальная физиология. Практикум. Под ред. К.В. Судакова. - М. Мед. информ. агентство, 2008.

Размещено на Allbest.ru