Методы изучения обмена веществ

И ЭНЕРГИИ У ЖИВОТНЫХ

Теоретической основой подходов для количественной оценки метаболизма у животных явились исследования Российского ученого В. В. Пашутина и его учеников. Это обеспечило возможность разработки физиологически обоснованных рационов и оценки питательности различных кормов.

Основные виды обмена в организме животного

Вся теплопродукция у животного зависит от многих факторов (например, сезона, пола, температуры тела, характера питания и снабжения водой, физической нагрузки, физиологического состояния). Поэтому общий обмен рассматривают как сумму величин рабочей прибавки, специфического динамического действия корма и основного обмена.

Рабочая прибавка отражает непосредственные затраты энергии на выполнение определенной деятельности, а специфическое динамическое действие корма – на усвоение корма. Вклад рабочей прибавки в общий обмен находится в прямой зависимости от интенсивности выполняемой работы. В то же время, специфически динамическое действие корма зависит от его количества и состава. Например, на усвоение углеводов и жиров, в среднем, расходуется 4-6% от содержащейся в них энергии, а для белков - до 30%, кормление животных грубым кормом сопровождается дополнительной потерей энергии на усвоение клетчатки (на усвоение 1 грамма клетчатки расходуется около 2,65 ккал).

Минимальные энергозатраты бодрствующего организма на поддержание жизни (основной обмен) измеряются при внешней температуре комфорта, в состоянии физического и эмоционального покоя, а также при отсутствии затрат энергии на работу пищеварительного аппарата. Для этого исследования производят в условиях температурного комфорта, желательно при полном расслаблении мышц и натощак (у моногастричных животных через 12–14 часов после последнего приема корма, а у жвачных - на четвертые сутки). Получаемые при этом величины, при равенстве живой массы у самцов, выше чем у самок (например, разница у быков и коров составляет около 0,75 кДж/ч на 1 кг массы тела).

Для каждого вида животных с учетом их возраста и пола приняты стандарты величин основного обмена. Это дает возможность сравнить полученную при измерении величину с нормой (отклонение обнаруженной величины основного обмена от стандарта не более чем на 10% считается нормой).

В реальных условиях трудно исключить все движения животных и достичь состояния натощак. Поэтому величины теплопродукции при отсутствии дополнительной активности (например, интенсивной физической работы) называют истинным поддерживающим обменом, или чистой энергией поддержания.

Калориметрия

Основными способами изучения общего состояния метаболизма являются прямая и непрямая калориметрии(измерения количества выделяемого в окружающую среду тепла).

Прямая калориметрия основана навзаимосвязи обмена веществ и энергии, контакте животного с окружающей средой и на том, что, в конечном итоге, все виды энергии переходят в тепловую. Для ее измерения животное помещают в теплоизолированную камеру(биокалориметр). Воздух в ней обогащают кислородом, но освобождают от избытка воды и двуокиси углерода. О количестве выделяемого животным тепла судят по приросту температуры циркулирующей по трубкам в камере воды.

Разновидностью прямой калориметрии являются балансовые опыты. Они позволяют учитывать теплотворную способность корма и экскретов. В этом случае используется погруженная в воду капсула. Выделяющаяся в ней при горении энергия, нагревает воду, по приросту температуры которой судят о количестве выделившегося тепла. Окисление жиров и углеводов как в капсуле, так и в митохондриях сопровождается выделением одних и тех же продуктов. Поэтому количество тепла полученного в балансовых опытах с данными веществами без поправок переносится на живой организм. 1 г жира служит источником 38,96 кДж (9,2 ккал ), а углеводов - 17,17 кДж (4,1 ккал). Сжигание белка сопровождается выделением двуокиси углерода, аммиака и воды, а его биологическое окисление приводит к выходу во внешнюю среду мочевины (образуется с затратами энергии в ходе нейтрализации аммиака). В связи с этим различают физическую и физиологическую калорические ценности белка. Под физической ценностью подразумевают количество энергии, которое выделяется при полном сгорании 1 г белка (22,61 кДж или 5,4 ккал). Физиологическая ценность - это энергия, получаемая из 1 г белка в организме (17,17 кДж или 4,1 ккал). Поэтому при балансовых опытах необходимо знать содержание белка в исследуемых образцах.

Аналогичные подходы позволяют оценить содержание валовой энергии в корме и в экскретах (например, в фекалиях и моче). Их разница, у большинства животных, соответствует обменной энергии корма. Для жвачных и лошадей в полученную величину дополнительно вносят поправки на потерю энергии с газами и теплоту ферментации (на их долю может приходиться от 5 до 15% валовой энергии корма).

В производственных условиях более удобны косвенные методы определения обменной энергии. Они основаны на использовании представленных в соответствующих справочниках сведений, которые обеспечивают достаточную для практических целей точность расчета энергетической ценности кормов по содержанию в них переваримых органических веществ. В последнее время расширяется применение для этого специальных компьютерных программ.

Относительно простой в исполнении и более естественной для животных является непрямая калориметрия. Она основана на том, что основным способом извлечения энергии в организме животных является аэробное окисление. Поэтому интенсивность метаболизма можно оценить на основании учета потребления кислорода и выделения двуокиси углерода (полный газовый анализ) или только потребления кислорода (неполный газовый анализ) за определенное время.

Примером непрямой калориметрии с полным газовым анализом является метод Дугласа-Холдейна. При нем, с помощью маски, надетой на голову животного, собирают выдыхаемую газовую смесь, а затем определяют ее объем и состав. На основании полученных данных рассчитывают объемы выделенного углекислого газа и поглощенного кислорода, а по их соотношению - дыхательный коэффициент (ДК). Он зависит (таблица 2) от природы окисляемых веществ.

Таблица 2