Обмен энергии и теплообмен

Живой организм представляет собой систему, в которую непрерывно поступает энергия из окружающей среды и из которой выделяется такое же ее количество. Изменения соотношения между величинами продукции и отдачи тепла за определенный промежуток времени ведет к колебаниям температуры. Однако многие животные способны поддерживать постоянную температуру тела. В этом процессе участвует большое количество сложных регулирующих процессов. Превращения энергии в организме очень сложны, и они не всегда сопровождаются немедленным переходом всей освобождающейся энергии в тепло. Распределение тепла по организму идет не равномерно, а температура различных органов и тканей также не постоянна.

В организм животных поступает энергия, содержащаяся в питательных веществах корма (рис. 38).

Эта энергия должна обеспечивать расходы на поддержание жизни и синтез определенной продукции (молока, яиц, шерсти, отложений белка и жира в теле).

Наибольшее постоянство температуры присуще крови, мозгу, сердцу и печени, тогда как температура кожи может меняться более значительно под действием внешних факторов среды и физиологических функций организма. Благодаря этому в организме устанавливается динамическое равновесие.

Рис. 38. Схема образования, потери и выведения тепла.

Энергия в организме образуется благодаря окислению белков, жиров и углеводов.

Например, в глюкозе количество энергии, заключенной между атомами С, Н и О, составляет около 2871,2 кДж (686 ккал) на 180 г глюкозы.

Эта энергия освобождается при окислении.

С₆ Н₁₂ О₆ + 6О_{2____}6Н₂О = 6СО₂ + 2871,2 кДж

1 Дж = 0,239 или 1 ккал = 4,187 Дж.

Энергия, используемая для поддержания жизни, трансформируется в конечном итоге в тепло основного обмена. У продуктивных животных часть обменной энергии корма идет на поддержание жизнедеятельности и теплопродукцию, остальная часть дает величину чистой энергии, которая используется для образования разных видов продукции. Отложение энергии в организме растущих и откармливаемых животных происходит в форме белка и жира. Лактирующая корова превращает чистую энергию корма в энергию составных частей молока. Другими видами продукции является мышечная работа, образование шерсти и яиц. Эффективность трансформации обменной энергии на поддержание составляет у жвачных в среднем 70 %, на образование молока — 60, на рост — 50, на откорм — 25–30 %.

У свиней при оптимальном условии кормления только 40 % валовой энергии корма или 50 % обменной энергии используется на образование продукции: прирост живой массы, внутриутробное развитие плода, синтез молока, спермопродукцию.

Чистая энергия продукции может быть измерена непосредственно на растущих или откармливаемых животных методом убоя (энергия, фиксируемая в тканях). Однако, обычно для этого определяют общую продуктивность тепла животных при разных физиологических состояниях, а также калорийность продуктов. Рассчитав коэффициент трансформации обменной энергии в чистую, можно сопоставить расход энергии на поддержание жизни и образование продукции. У лактирующеи коровы энергия поддержания составляет примерно 40 %, у кур-несушек, бычков и свиней на откорме — около 60 %.

Затраты энергии поддержания распределяются примерно поровну между функциями обеспечения (работа сердца, почек, легких, печени, ЦНС) и клеточными процессами (реосинтез белка, липидов, перемещение ионов через мембраны).

В накоплении энергии важную роль играет макроэргические соединения, в химических связях которых сосредоточено большое количество энергии. К таким соединениям относятся АТФ, АДФ, креатинфосфат и др. В них аккумулируется энергия белков, жиров и углеводов. Больше всего тепла образуется в мышцах, а также в печени, почках, железах и легких. Значительно повышает теплопродукцию низкая температура воздуха, мышечная работа. Высокая температура, состояние покоя, кастрация животных, подкожный жировой слой и густой волосяной покров снижают образование тепла.