IX. Обмін речовин і енергії як основна функція організму. Кругообіг речовин у тваринному організмі і зв'язок цього процессу із зовнішнім середовищем. Виділення. (6 годин)

Обмін речовин − сукупність хімічних і фізичних перетворень речовин, що відбуваються в живому організмі і забезпечують його життєдіяльність у взаємозв’язку з навколишнім середовищем. Обмін речовин складає основу життєдіяльності організму тварини, рівень їх продуктивності і термін експлуатації. Призначення обміну речовин полягає в першу чергу в забезпеченні пластичних процесів, тобто в доставці організму таких хімічних речовин, що необхідні для побудови його структурних елементів, а також підтримки функціональної активності систем і відновлення речовин. Під час росту і розвитку організму відбувається збільшення числа і маси клітин, а також об’єму позаклітинної речовини. Протягом усього життя в організмі постійно відбувається зміна одного процесу іншим. За розпадом відбувається відновлення різних структурних компонентів. Постійно оновлюється клітинний склад крові і епітеліальної тканини травного каналу, і навіть нервової тканини − за рахунок новоутворення структурних і функціональних білків. Отже, для забезпечення життєдіяльності і рівноваги гомеостазу організму тварин необхідне постійне надходження до нього як органічних, так і неорганічних речовин. Разом з цим необхідною умовою для забезпечення життєвих функцій є надходження енергії. Під час реалізації процесів обміну речовин відбувається розщеплення складних хімічних сполук. При цьому потенційна енергія хімічних зв’язків звільняється, перетворюючись на теплову, механічну і електричну енергії.

Суттю обміну речовин, або метаболізму, є надходження в організм з навколишнього середовища різних речовин, засвоєння і використання їх в процесах життєдіяльності і виділення продуктів обміну. Обміни речовин і енергії складають одне ціле і підкоряються універсальному закону збереження матерії і енергії. Обмін речовин складається з анаболізму і катаболізму (асиміляції і дисиміляції).

Анаболізм або асиміляція (від assimulo − створюю подібним) − це поглинання і засвоєння поживних речовин корму, перетворення їх у власні білки, ліпіди, вуглеводи тіла і накопичення енергії. Катаболізм або дисиміляція (dissimulo − створюю неподібним) — це розпад складних речовин організму, звільнення енергії і утворення кінцевих продуктів метаболізму. Тісний зв’язок анаболізму і катаболізму − обов’язкова умова життєдіяльності організму. Ріст організму перш за все пов’язаний із синтезом білків та інших високомолекулярних сполук, але він неможливий без значних витрат енергії, яка звільняється при розпаді вуглеводів і ліпідів, тобто впродовж катаболізму. Для всіх етапів життя характерне різне кількісне співвідношення процесів асиміляції і дисиміляції. У організмі, що росте, переважають анаболічні процеси, в дорослому − встановлюється відносна рівновага анаболізму і катаболізму, а наприкінці життя переважає дисиміляція. У дорослої тварини залежно від функціонального стану (вагітність, лактація, значне м’язове навантаження, хвороба) відносна рівновага між анаболізмом і катаболізмом може істотно змінюватися, і для підтримки гомеостазу потрібне включення спеціальних механізмів.

Обмін енергії

Існування живих організмів, у тому числі і продуктивних сільськогосподарських тварин, нерозривно пов'язане з обміном речовин і енергії. Із зовнішнього середовища живий організм одержує необхідні поживні речовини, з яких в його тілі синтезуються складні органічні сполуки. Це пластична сторона обміну речовин, але вона нерозривно пов’язана з іншою стороною обміну речовин - енергетичною, при якій з органічних сполук в результаті складних хімічних реакцій звільняється енергія, необхідна для життєдіяльності організму, транспорту поживних речовин, секреції і екскреції, збудження нервових і м'язових клітин та протікання інших фізіологічних процесів. Отже, як би не були різноманітні форми прояву життя, вони завжди нерозривно пов'язані з перетворенням енергії. Тому знання закономірностей енергетичного обміну тваринного організму має виключно велике значення у вирішенні питань годівлі, утримання та експлуатації сільськогосподарських тварин, їх адаптації до умов середовища. Розробка обґрунтованих норм годівлі, отримання продукції, вирощування молодняка неможливі без урахування енергетичного обміну.

В практиці нормованого живлення сільськогосподарських тварин обмін речовин виражається через умовні поняття про енергію кормових речовин, ефективність її звільнення та використання в процесі перетворення і обміну. Так, розрізняють енергію споживання (валову енергію), енергію перетравлення, енергію калу, обмінну енергію, енергію сечі та інших метаболітів, які не засвоюються організмом при засвоєнні обмінної енергії, продуктивну енергію.

Енергетичний баланс – це різниця між кількістю енергії, що надійшла з кормом, і кількістю енергії, яку витратив організм.

Енергетичний баланс може бути позитивним, негативним і енергетичною рівновагою.

Позитивний баланс має місце в період росту і розвитку тварин, на відгодівлі, у самок в період вагітності, при видужуванні тварин після захворювання тощо. Він характеризується перевагою надходження енергії до організму у порівнянні з витратами.

Негативний баланс, навпаки, характеризується дещо більшими витратами енергії організмом у порівнянні з її надходженням. Він має місце при неповноцінній годівлі тварин, при їх захворюванні, при порушенні зоогігієнічних вимог утримання тварин т.ін.

Енергетична рівновага характерна для фізіологічно зрілих тварин при умові повноцінної годівлі з урахуванням продуктивності та умов утримання.

Визначення балансу енергії включає два етапи: визначення калорійності поживних речовин, які надходять до організму тварини з кормом, і визначення усіх енергетичних витрат організмом тварини.

Терморегуляція — фізіологічна функція, направлена на забезпечення оптимальної для даного виду температури глибоких областей тіла не дивлячись на коливання температури навколишнього середовища.

Постійність температури тіла називається ізотермією. Для підтримки цього стану необхідно, щоб утворення теплоти і втрата (віддача) були однакові. Терморегуляція у птахів і ссавців настільки ефективна, що коливання температури тіла на протягів всього життя цих тварин не перевищують декількох градусів. Потрібно відзначити, що у ссавців на органи грудної і черевної порожнин, які складають б % маси тіла, доводиться 56 % всієї теплопродукції організму. Мозок як інтенсивно функціонуюча область організму виробляє 33 % і разом з внутрішніми органами забезпечує дві третини всієї теплопродукції організму. Температура внутрішніх органів завжди підтримується на досить постійному рівні: органи, що виробляють більше теплоти, охолоджуються кров'ю (тобто венозна кров, що відтікає, тепліша, ніж артеріальна). Температура різних органів неоднакова, тому не можна говорити про якусь одну температуру тіла. У ветеринарії для практичних цілей як показник найчастіше використовують глибоку ректальну температуру, яку вимірюють в прямій кишці на відстані 6-8 см від анусу.

Ректальна температура у різних видів тварин:

Вид тварини Температура, °С.

Кінь 37,5-38,5

Корова 37,5-39,0

Буйвол 37,0-38,5

Свиня 38,0 -40,0

Температура тіла у ссавців і птиці залежить від регуляторних добових коливань в межах 1-2 °С. У денних тварин температурний максимум реєструється вдень, мінімум — вночі, а у нічних тварин — навпаки. Цей добовий ритм, не обумовлений зміною періодів активності і спокою, зберігається у тварини навіть в стані повного спокою. Добові коливання відповідають періодам світла і темноти, проте якщо щодобово утримувати тварин в умовах постійної і рівномірної освітленості, закономірність зберігається, тобто цей механізм має ендогенну природу.

У організмі тварини при збалансованому теплообміні температура на поверхні тіла завжди нижча внутрішньої. Артеріальна кров, що притікає до поверхні тіла, втрачає частину тепла, і венозна кров, що відтікає, холодніша артеріальною, тобто таким чином здійснюється перенесення теплоти до поверхні і охолоджування внутрішніх органів. Особливе значення це має для жуйних тварин, у яких при функціонуванні мікрофлори рубця виділяється багато теплоти (температура в рубці вдень 38-39 °С, а вночі 39-41 0С). Для теплопродукції теплокровні тварини широко використовують активність терморегуляції м'язів. Разом з скороченням скелетних м'язів як джерело теплоти виступає бура жирова тканина — це особлива форма організації жирової тканини, в якій відбувається окислення жирних кислот без синтезу і розпаду АТФ, що дає можливість отримати значну кількість теплоти.

Тепловіддача — процес виділення теплоти з організму. Здійснюється завдяки наступним механізмам: тепловипромінювання — розсіювання теплоти в повітря і конвекція за рахунок нагрівання шару повітря, що оточує тіло тварини; теплопроведення — передача теплоти від тіла тварини до навколишніх предметів (стіни, підлоги); виділення теплоти з організму при випаровуванні поту і слини, а також з повітрям, що видихається, сечею, калом і молоком.

Тепловіддача як показник передачі тепла від внутрішніх частин тіла до поверхні шкіри і від шкіри в навколишнє середовище може істотно мінятися залежно від наявності на шкірі волосяного покрову. У тварин, що мешкають в холодному кліматі, хутро перешкоджає витоку теплоти. Добре відомо, що густина хутра у тварини залежить від пори року: зимове хутро густіше в 2,5 рази, краще зберігає теплоту. Підшкірний жир виступає в якості ефективного теплоізолятору навіть в екстремальних арктичних умовах.

 

 

Рекомендована література:

1. В.В. Науменко та інші. «Фізіологія с.-г. тварин». –К: «Сільгоспросвіта»; 1994,- с. 187-257.

2. В.И. Георгиевский «Физиология с.-х. животных». –М., «Агропромиздат»; 1990, - с. 341-392.

 

Питання для самоконтролю:

1. Біологічне значення обміну речовин і енергії.

2. Яке функціональне значення для організму мають поживні речовини?

3. Як визначають енергетичні потреби організму різних видів тварин?

4. Яке значення вітамінів для організму?

5. Що таке енергетичний баланс організму?

6. Які зміни в організмі спричиняє недостатнє і надмірне харчування?

7. Що таке кінцеві продукти обміну речовин і чому ці продукти повинні бути виведеними із організму?

8. Температура тіла і її регуляція.

 

X. Гуморальний механізм регуляції функції організму. Гормони, їх роль в організмі. Застосування гормонів і гомональних препаратів у тваринництві для підвищення продуктивності і відтворення сільськогосподарських тварин (2 години).

Ендокринологія (від грецьких слів endon – всередину, krinein – виділяти, logos – вчення) – наука про залози внутрішньої секреції, гормони, що виробляються ними, та їх дію на ефекторні органи в організмі тварин і людини.

Гормони – хімічні посередники, які секретуються безпосередньо в кровотік спеціальними клітинами, що здатні синтезувати і вивільняти їх у відповідь на специфічні сигнали. Фізіологічні концентрації більшості гормонів коливаються в межах 10-7-10-12 М, тобто вони проявляють свій ефект в надто низьких концентраціях.

Гормони, що діють на клітини-мішені поодаль від місця свого синтезу, володіють телекринним ефектом. Речовини, що секретуються однією клітиною і діють на іншу шляхом місцевої дифузії, – паракринним ефектом. Речовини, що діють на секретуючі їх клітини, – аутокринним ефектом. Між цими поняттями важко провести чітку межу, оскільки дійсні гормони, зокрема гормони гіпоталамусу, до зустрічі із своїми клітинами-мішенями можуть проходити дуже короткий шлях. Інші, подібно до тестостерону і естрогену, володіють як телекринним, так і паракринним ефектом. Тестостерон присутній у високих концентраціях і в звивистих канальцях сім’яників, і в системі їх еферентних протоків, впливає на структури, де відбувається транспорт і дозрівання сперматозоїдів.

Окрім гормонів є речовини, що відіграють регуляторну або модулюючу роль в біологічних процесах. Нейромедіатори (ацетилхолін, катехоламіни та ін.) синтезуються в нервових клітинах і вивільняються нервовими закінченнями. Вони діють на дуже малій відстані від місця синтезу і, як правило, набагато менший час, ніж гормони.