Обмен веществ и энергии. Терморегуляция.Характеристика обмена веществ и энергии

Обмен веществ и энергии. Терморегуляция.Характеристика обмена веществ и энергии

Обмен веществ и энергии - это основная функция организма

Обмен веществ и энергии - это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой

характер и интенсивность течения обмена веществ и энергии, координация и интеграция их являются факторами, которые обеспечивают жизнь животного, уровень его продуктивности и срок эксплуатации. Назначение обмена веществ и энергии заключается прежде всего в обеспечении пластических процессов, т.е. в доставке организму таких химических веществ, которые необходимы для построения его структурных элементов и восстановления расходуемых в организме и удаляемых из него веществ.

В ходе реализации процессов обмена веществ происходит расщепление сложных химических соединений, при этом потенциальная энергия химических связей освобождается и превращается в тепловую, механическую и электрическую. Энергия, вырабатываемая в процессе обмена веществ используется для поддержания температуры тела, для выполнения работы, для роста, развития и обеспечения структуры и функциональной взаимосвязи всех клеточных элементов.

Обмен веществ и энергии составляют одно целое и подчиняется универсальному закону сохранения материи и энергии, а общие принципы термодинамики обязательны в трактовке энергетических процессов и в живом организме.

ФАЗЫ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

• поступление в организм нужных веществ, превращение и всасывание их в пищеварительном аппарате;

• распределение, превращение и использование всосавшихся веществ;

• выделение конечных продуктов превращения и использования веществ.

Превращение энергии в процессе обмена веществ

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ СЛОЖНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ=>

=>МЕХАНИЧЕСКАЯ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ, ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ=>

=>температура тела, рост, развитие и жизнедеятельность организма

Механизмы обмена веществ

Обмен веществ представляет собой единство двух процессов: ассимиляции и диссимиляции.

• Ассимиляция (анаболизм) - это совокупность процессов биосинтеза органических веществ, компонентов клетки и других структур органов и тканей.

Анаболизм обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также непрерывный ресинтез макроэргических соединений и их накопление.

• Диссимиляция (катаболизм)- это совокупность процессов расщепления сложных молекул, компонентов клеток, органов и тканей до простых веществ (с использованием части из них в качестве предшественников биосинтеза) и до конечных продуктов метаболизма (с образованием макроэргических и восстановленных соединений).

Оба процесса взаимосвязаны и возможны только при наличии другого. Интенсивность одного процесса зависит от интенсивности другого.

Азотистый баланс

Косвенным показателем активности обмена белков служит так называемый азотистый баланс - разность между количеством азота, поступившего с пищей, и количеством азота, выделяемого из организма в виде конечных метаболитов.

Азотистое равновесие - количество поступившего азота равно количеству выделенного (отмечают у взрослого здорового животного в нормальных условиях кормления и содержания)

Положительный азотистый баланс - состояние, при котором количество поступившего азота превышает выделенное.

Отрицательный азотистый баланс - состояние, при котором количество поступившего азота меньше выделенного.

При расчетах азотистого баланса исходят из того факта, что в белке содержится около 16% азота, то есть каждые 16 г азота соответствуют 100 г белка (100:16=6,25).

Белковый минимум

— наименьшее количество вводимого с пищей белка, способствующее поддержанию азотистого равновесия.

МРС, свиньи – 1г/кг живой массы

Лошади – 0,7-0,8 (1,2-1,42)

Коровы – 0,6-0,7 (1)

Человек – 1,5-1,7 (белковый оптимум).

Биологическая ценность белков

Вне зависимости от видоспецифичности все многообразные белковые структуры содержат в своем составе всего 20 аминокислот. Для нормального метаболизма имеет значение не только количество получаемого белка, но и его качественный состав, а именно соотношение заменимых и незаменимых аминокислот.

Незаменимых аминокислот для моногастричных животных, птиц и человека 10: дизин, триптофан, гистидин, фенилаланин, лейцин, изолейцин, метионин, валин, треонин, аргинин.

Биологическая ценность белков

У жвачных и некоторых других видов животных есть свои особенности в обмене белка: микрофлора преджелудков способна синтезировать все незаменимые аминокислоты и, следовательно, могут обходиться кормом без незаменимых аминокислот.

Белки, содержащие полный набор незаменимых аминокислот, называются полноценными и имеют максимальную биологическую ценность

Белки в которых нет хотя бы одной незаменимой аминокислоты или если они содержатся в недостаточных количествах называются неполноценными (растительные белки).

Обмен аминокислот

Основное место обмена аминокислот – печень:

• дезаминирование – отщепление аминогруппы (в виде аммиака) с образованием жирных кислот, оксикислот, кетокислот;

• трансаминирование – перенос аминогрупп из аминокислот в кетокислоты с образованием другой аминокислоты и кетокислоты без промежуточного образования аммиака;

• декарбоксилирование – отщепление карбоксильной группы в виде углекислоты с образованием биогенных аминов.

Регуляция белкового обмена

Глюкокортикоиды— ускоряют распад белков и аминокислот, в результате чего усиливается выделение азота из организма.

Механизм действия СТГ состоит в ускорении утилизации аминокислот клетками. Соответственно, при акромегалии и гипофизарном гигантизме наблюдается положительный азотистый баланс, при гипофизэктомии и гипофизарном нанизме – отрицательный.

Тироксин: при гиперфункции щитовидной железы повышается обмен белков

Гипофункция сопровождается замедлением обмена веществ, останавливается рост и развитие организма.

В печенипроисходит не только синтез белка, но и обеззараживание продуктов их гниения. В почкахсовершается дезаминирование продуктов азотистого обмена.

ОБМЕН УГЛЕВОДОВ Функции

-Энергетическая – преимущество углеводов состоит в их способности окисляться как в аэробных, так и в анаэробных условиях (глюкоза),

-Защитно-механическая – основное вещество трущихся поверхностей суставов, находятся в сосудах и слизистых оболочках (гиалуровая кислота и другие гликозаминогликаны),

-Опорно-структурная – целлюлоза в растениях, гликозаминогликаны в составе протеогликанов,

-Гидроосмотическая и ионрегулирующая – гетерополисахариды обладают высокой гидрофильностью, отрицательным зарядом и, таким образом, удерживают Н2О, ионы Са2+, Mg2+, Na+ в межклеточном веществе, обеспечивают тургор кожи, упругость тканей.

• Катаболизм углеводов обеспечивает организм энергией и углеводородными компонентами, необходимыми для построения других органических веществ.

• Анаболизм углеводов обеспечивает организм резервными углеводами (гликоген), легкоусвояемыми углеводами (глюкоза), а также гетерополисахаридами, выполняющими структурные, защитные и другие функции в организме животных.

ЭТАПЫ ОБМЕНА УГЛЕВОДОВ

· гидролиз сложных углеводов в Ж.К.Т.;

· всасывание моносахаридов в кишечнике и транспорт их к тканям;

· расщепление и синтез сахаров в клетках тканей;

· выведение конечных продуктов (метаболитов) из организма.

РАСЩЕПЛЕНИЕ УГЛЕВОДОВ

• Основные углеводы корма:

сахара (моно-, олигосахариды);

крахмал;

клетчатка;

• Пищеварительные соки, содержащие гликолитические ферменты:

слюна (амилаза, мальтаза);

сок поджелудочной железы (амилаза, сахараза, лактаза);

кишечный сок (мальтаза, гликозидаза).

РАСХОД УГЛЕВОДОВ

• 70% окисляется до воды и углекислоты с освобождением энергии;

• 25% превращается в жир;

• 5% превращается в гликоген.

Особенности расхода углеводов:

• ЦНС поглощает 70% глюкозы, выделяемой печенью;

• В мышцах содержится 1-2% гликогена (синтезируется из молочной и пировиноградной кислот)

Обмен углеводов

Вопрос Обмен липидов. Характеристика липидов. Значение липидов в организме и его обмен. Роль печени и лёгких в липидном обмене. Обмен фосфолипидов. Холестерин, его синтез, значение в организме. Регуляция обмена липидов

Обмен жиров Этапы жирового обмена:

• расщепление поступивших в организм с пищей жиров и их всасывание в желудочно-кишечном тракте;

• превращения всосавшихся продуктов распада жиров в тканях, ведущие к синтезу жиров, специфичных для данного организма;

• процессы окисления жирных кислот, сопровождающиеся освобождением биологически полезной энергии;

• выделение продуктов обмена из организма

Значение жира в организме

1. Богатые источники энергии (энергетическое значение липидов)

2. Входят в состав клеточных структур (пластическое значение липидов)

3. Регуляция теплового баланса (плохо проводя тепло, жировой слой ограничивает теплоотдачу)

4. Защита от механических воздействий

5. Источник воды в организме

6. Растворители витаминов А, Д, Е, К

7. У молодых (новорожденных) животных бурый жир, выполняет функцию поддержания температурного гомеостаза.

Липопротеиды - это комплексные соединения различных белков с жирами – мобильный резерв жира

К жироподобным веществамотносятся фосфатиды, стерины, воски и др. вещества. Основным их представителем является ацетилхолин, которого много в нервных тканях.

Стерины– гормоны коркового слоя надпочечников, мужские и женские половые гормоны, соли желчных кислот, холестерин и витамин Д.

Холестерин участвует в образовании желчных кислот, кальциферола, гормонов коры надпочечников и половых гормонов (при нарушении его обмена — атеросклероз, желчекаменная болезнь и, по данным некоторых ученых, даже злокачественных опухолей).

Источником жира могут быть углеводы. У крупного рогатого скота источником жира являются ЛЖК.

Жиры корма нельзя целиком заменить углеводами и белками, так как незаменимые жирные кислоты в организме не синтезируются и должны обязательно поступать с кормом (линолевая, линоленовая, арахидоновая).

РАСЩЕПЛЕНИЕ ЖИРОВ В Ж.К.Т.:жирные кислоты + глицерины
ЭНТЕРОЦИТЫ:ресинтез триглицеридов
Хиломикроны, ЛПОНП	неэтерифицированные жирные кислоты
Хиломикроны, ЛПОНП	система портальной вены
ЛЕГКИЕ, БКК
ЖИРОВОЕ ДЕПО	КРОВЬ	ПЕЧЕНЬ
ацетилКоА, кетоновые тела, СО2+Н2О

Регуляция жирового обмена

Симпатическая нервная система способствует мобилизации жира. При ее возбуждении возможна убыль жира из жировой ткани и наоборот, слабая возбудимость симпатической нервной системы способствует понижению расщепления жира и приводит к ожирению.

Инсулин, пролактин, тиамин (витамин В1)активизируют процесс образования жира из углеводов непосредственно в жировой ткани.

Мобилизация жира и его энергетическое использование стимулируется гормоном щитовидной железы — тироксином.

Соматотропный гормонускоряет как выход жирных кислот, так и их сгорание. Выделяемая при этом энергия идет на синтез белка, что ведет к усиленному росту организма.

Регуляция жирового обмена=>

Вопрос Обмен энергии. Значение энергетического обмена для сохранения и обеспечения функций организма. Источники энергии в организме. Анаэробное и аэробное высвобождение энергии. Методы исследования обмена энергии. Прямая и непрямая калориметрия. Дыхательный и калориметрический коэффициент их значение. Регуляция обмена энергии

ОБМЕН ЭНЕРГИИ

Жизнедеятельность каждой клетки организма, поддержание ее структурной организации обеспечивается благодаря непрерывному использованию энергии.

Источником энергии для животных являются белки, жиры и углеводы корма:

• 1 г углеводов корма при окислении в организме выделяет 4,1 ккал,

• 1 г жиров - 9,3 ккал,

• 1 г белков - 4,1 ккал.

• 1 ккал определяется как количество теплоты, необходимое для того, чтобы повысить температуру 1 г воды на 1°С.

• 1 ккал равна примерно 4,2 килоджоуля.

Обменная энергия используется для обеспечения процессов в тканях:

• связанных с поддержанием жизнедеятельности организма в состоянии покоя и натощак;

• связанных с поиском, приемом и перевариванием корма, поддержанием температуры тела;

• связанных с использованием на образование продукции и физической деятельностью у животных.

Количество усваиваемой энергии и обменной энергии в корме зависит как от его состава, так и от вида корма.

Регуляция обмена энергии

Роль центра в регуляции обмена веществ и энергии играет гипо­таламус.

Симпатическая н.с. повышает образование и использование энергии; парасимпатическая н.с. активирует образование АТФ; гормоны тироксин, трийодтиронин, катехоламины повышают энергетический обмен, глюкокортикоиды угнетают его. Повышение использования энергии вызывают половые гормоны.

Определение количественных параметров обмена энергии

п

Вопрос Теплообмен и регуляция температуры тела. Постоянство температуры внутренней среды, как необходимое условие для нормального обмена. Механизмы теплорегуляции. Химическая и физическая теплорегуляция у животных разного вида. Температура тела у с/х животных. Нервная и гуморальная регуляция постоянства температуры тела у животных.

Животные

1Пойкилотермные (рыбы, земноводный, пресмыкающиеся)

2Гетеротермные (летучая мышь, колибри, некоторые грызуны и др.)

3Гомойотермные (птицы, млекопитающие)

Лошадь	37,5-38,5	Овца	38,5-40,0
Корова	37,5-39,5	Коза	38,5-40,0
Собака	37,5-39,0	Свинья	38,0-40,0

Поддержание температуры тела

Теплопродукция

• Осуществляется во всех тканях организма в процессе окисления белков, жиров и углеводов.

Теплоотдача

• В основном происходит с поверхности тела, кожи (ее температура регулируется состоянием сосудов) путем испарения пота и выделения влаги, со слизистых органов дыхания.

Постоянство температуры тела у животных может сохраняться лишь при условии равенства теплопродукции и теплоотдачи всего организма.

Различают химическую и физическую терморегуляцию:

• Химическая терморегуляция осуществляется путем усиления или ослабления образования тепла организмом в процессе обмена веществ. Температура окружающей среды влияет на образование тепла. При понижении внешней температуры обмен веществ повышается и, наоборот, при повышении – понижается. Крупный рогатый скот лучше переносит холод, чем тепло. У него химическая терморегуляция в условиях высоких температур проявляется слабо, и постоянство температуры обеспечивается хорошо развитой физической терморегуляцией.

• Физическая терморегуляция – это совокупность физиологических процессов, регулирующих отдачу тепла организмом.

Теплопродукция

Образование теплоты в организме происходит непрерывно в процессе обмена веществ. Наибольшее количество теплоты образуется в органах с интенсивным обменом веществ и большой массой – печени и мышцах. При мышечной работе накопленная в мышцах химическая энергия только на 1/3 переходит в механическую работу, а остальные 2/3 переходят в тепловую.

• Несократительный термогенез – образование теплоты путем обменных процессов.

• Сократительный термогенез – когда для поддержания температуры тела требуется дополнительная теплота, она вырабатывается путем непроизвольной тонической или ритмической мышечной активности(феномен дрожи), а также путем произвольной двигательной активности животного.

Теплопродукция на 1 м2 поверхности тела в сутки составляет 3947-4512 кДж. Чем больше масса животного, тем меньше площадь поверхности, приходящаяся на 1 кг массы, тем соответственно на 1 кг массы меньше величина теплопродукции (у лошади 47,3, а у кролика 314,3 кДж в сутки).

У новорожденных и мелких животных в условиях холодового стресса увеличение образования теплоты обеспечивается за счет ускорения жира в бурой жировой ткани, локализованной между лопатками. В клетках бурой жировой ткани много митохондрий, которые окружают капельки жира.

Теплоотдача

Выделение теплоты в окружающую среду:

-конвекция

-теплопроведение

-теплоизлучение

-испарение влаги

-Незначительное количество с мочой и калом

Теплота, вырабатываемая в организме, отдается в окружающую среду с поверхности тела через кожу. Температура частей тела вблизи поверхности ниже, чем температура центральных частей. (Поверхностный слой – пойкилотермная оболочка; центральная часть – гомойотермная сердцевина).

Внутренняя температура в различных органах и в пределах одного органа, в различных его частях несколько разнится. Наиболее высокая температура в прямой кишке. Но она отличается пространственной неравномерностью: на глубине 10-15 см она на 1*С выше, чем в области ануса.

Интенсивность теплоотдачи обусловлена физическими факторами:

• Температура воздуха;

• Влажность;

• Теплоизлучение;

• Скорость движения окружающего воздуха;

• Тепловая изоляция.

Регуляция поддержания температуры тела.

Под терморегу­ляцией понимают совокупность физиологических и психофизиологи­ческих механизмов и процессов, деятельность которых направлена на поддержание относительного постоянства температуры тела. Как у человека, так и у других теплокровных животных на относительно постоянном уровне поддерживается температура «ядра» тела. Это достигается с помощью баланса между количеством продуцируемого в единицу времени тепла и количеством тепла, рассеиваемого ор­ганизмом за то же время в окружающую среду.

Основным нервным центром, регулирующие температуру тела, является гипоталамус. В нем имеются центры теплоотдачи и теплообразования. Центральный механизм терморегуляции приводится в действие двумя путями. Первый путь осуществляется температурой крови, притекающей к гипоталамусу, а второй – рефлекторный, сигналами от холодовых и тепловых рецепторов кожи.

При снижении температуры тела в связи с понижением температуры окружающей среды или недостаточностью теплопродукции, возбуждаются терморецепторы гипоталамуса, сосудов и тканей. Информация с терморецепторов поступает в нервный центр системы терморегуляции и вызывает формирование новой программы действия. Программа действия поступает по эфферентному звену к исполнительным органам и обеспечивает приспособление процессов теплопродукции и теплоотдачи к новым условиям, постоянство температуры тела. (Повышается тонус симпатических и соматических нервных волокон, увеличивается концентрация в крови тироксина, адреналина, кортизола, кортикостерона; происходит приспособление активности ферментов, состояния сосудов, активности потовых желез и ритма дыхания). Результат действия выражается в повышении окислительного распада углеводов, жиров, белков, усилении теплопродукции в почках, печени, в повышениии тонуса мышц, в появлении непроизвольных сокращений мышц – дрожи, что ведет к повышению теплообразования.

Программа действия одновременно обеспечивает сужение сосудов кожи, понижение температуры кожи и соответственно потери теплоты путем излучения, конвекции и теплопроведения. Если при этом не устанавливается постоянная температура тела, включаются дополнительные механизмы, способствующие уменьшению поверхности тела: животное подбирает конечности, изгибает позвоночник, поднимаются волосы и создается неподвижный слой воздуха около тела.

При повышении температуры тела в связи с повышеием температуры окружающей среды или повышенным образованием теплоты возбуждаются терморецепторы гипоталамуса, сосудов и тканей. Информация с рецепторов обеспечивает формирование в нервном центре такой программы действия, которая обеспечивает противоположные изменения переферических процессов, а также усиление функции потовых желез, учащение дыхания (потери теплоты всеми основными путями) и в итоге поддержание постоянства температуры тела.

Обмен веществ и энергии. Терморегуляция.Характеристика обмена веществ и энергии