Curs nr. 25. Schimbul de energie și termoreglarea
1.Fiziologia schimbului de energie.
2. Schimbul de căldură și reglarea temperaturii corpului animalului.
Pentru a mentine functii vitale in organism: respiratie, munca in inima, digestie, procese osmotice si chimice, precum si cresterea si dezvoltarea, reproducerea - energia este necesara. Această energie este obținută prin metabolizarea intermediară. În consecință, schimbul de energie și metabolismul sunt două procese interdependente care au loc simultan.
Lanțul alimentar este transferul energiei alimentelor de la sursa - plantele - printr-o serie de organisme, care apare prin consumul unor organisme de către alții.
Cu fiecare transfer următor, majoritatea (80-90%) din energia potențială este pierdută.
Legile termodinamicii în sistemele vii.
Energia organismului este supusă primei și celei de-a doua lege a termodinamicii.
Prima lege. Legea conservării energiei energetice nu dispare și nu se mai ridică din nou, ci numai de la o formă la alta.
A doua lege. Determină direcția conversiei de energie. Aceasta înseamnă că energia poate transfera în mod spontan numai de la un nivel superior la altul inferior. În același timp, capacitatea de a munci este redusă.
Schimbul de energie în celulă. Acest schimb se bazează pe trei principii de bază care disting sistemul viu de cel viu:
Energia chimică poate fi transformată în toate tipurile de energie, fără a fi mai întâi transformată în energie termică și utilizată mai eficient;
2 - Eliberarea energiei apare în etape, în porțiuni mici, care protejează corpul de o "explozie energetică;
Excesul de energie este reținut și depozitat sub formă de legături ATP macroergice în mitocondriile celulelor. Mitochondria sunt acumulatori de energie biologică.
Energia chimică a ATP este universală și poate fi transformată în toate celelalte forme de energie (mecanică, termică, electrică).
Rezervele ATP nu sunt permanente și sunt actualizate în mod constant. Rezerva de energie este glicogenul ficatului și al mușchilor, triacilgliceridele țesutului adipos. În ultimul rând, în calitate de material energetic, se folosesc proteine ale ficatului și ale mușchilor.
Modalități de transformare a energiei alimentelor.
Energia 1-brută reprezintă toată energia care este conținută în furaje
Energia 2-digestibilă este energia care este eliberată atunci când substanțele nutritive ale dietei sunt hidrolizate în sistemul digestiv.
Energia 3-schimb este o parte a energiei dieta, care este folosită pentru a asigura procese vitale și formată din produse, adică, energie digerabilă minus energia urinei, masele colonului, gazele (CH4 .CO2), energia de fermentare
Energia 4-curată este o parte a energiei de schimb, care se adresează numai formării diferitelor produse (carne, lapte, ouă, lână). Unul dintre produse poate fi munca musculară la cai, arbori etc.
Indicatorii costurilor energetice în organism sunt determinate de:
1. Metoda echilibrului este diferența dintre energia primită de la furaj și energia eliberată cu excreția (urină, fecale).
2. Calorimetria directă - costurile energiei sunt determinate de cantitatea totală de căldură care emite corpul animalului pe zi.
3. calorimetrie indirectă (indirectă) - determină costurile energiei prin intensitatea schimbului de gaze.
În această metodă, conținutul caloric al furajelor care intră în dietă și valoarea de căldură a excreției este determinată de arderea lor într-o bomba calorimetrică.
O bomba calorimetrica este o camera metalica inchisa imersata intr-o baie de apa. Probele sunt arse prin trecerea unui curent electric într-o atmosferă de oxigen comprimat pur.
Căldura dată animalelor pe zi este înregistrată într-o cameră calorimetrică.
Această cameră este izolată termic din mediul extern. Pierderea de căldură a animalului este înregistrată prin încălzirea apei care trece prin radiator la o viteză constantă.
Deficitul de oxigen este compensat prin absorbția de oxigen din balon.
Excesul de CO2 și de H2O (umiditatea) este extras prin absorbanți.
Aceasta este o metodă greoaie, dar mai precisă.
Calorimetrie indirectă (indirectă).
Schimbul de gaz este un indicator integrat al nivelului proceselor oxidative.
Pentru a determina cantitatea de O2 absorbită și CO2 izolat, se utilizează camere de respirație sau măști.
Coeficientul respirator - raportul dintre CO2 eliberat și consumul de O2. adică DC = C02 / O2
DK - vor fi diferite:
La oxidarea carbohidraților = 1;
· La erbivorele DK = 1;
Pentru prădători = 0,75.
Schimbul principal este cantitatea minimă de energie necesară pentru a menține activitatea vitală normală.
Se determină dimineața, într-o stare de odihnă completă, culcat pe stomacul gol în condiții de confort (18-25 0 С).
Valoarea metabolismului bazal depinde de: vârstă, sex, stare fiziologică. La animalele tinere, metabolismul bazal este de 2-3 ori mai mare decât la adulți. Vacile sunt cu 25-30% mai mici decât taurii, cocoșul este cu 20-30% mai mare decât puiul. Vacile în perioada de lactație sunt cu 30-60% mai mari decât în perioada de uscare.
Efectul dinamic al furajului (SDA) - creșterea metabolismului bazal cu 10-30% în primele ore după administrarea alimentelor.
Producerea schimbului de energie (lucrător) - consumul de energie pentru producție (lapte, ouă, carne, lână etc.), formarea greutății vii în animalele în creștere și performanța muncii musculare.
Schimbul total de energie - ia în considerare consumul total de energie în schimbul principal și productiv.
2. Schimbul de căldură și reglarea temperaturii corpului animalului.
Echilibrul termic (homeostazia) - menținerea unei temperaturi corporale constante, indiferent de condițiile de mediu. Acest echilibru se bazează pe două funcții - producția de căldură și transferul de căldură.
Dacă aceste două funcții sunt egale, temperatura corpului va fi constantă.
Hypertermia - creșterea temperaturii corpului animalului.
Hipotermia - scăderea temperaturii corpului animalului.
Limitele de temperatură ale vieții animale, în care au loc principalele reacții enzimatice, cei care iau parte la metabolism variază de la 0 ° C la 45-50 ° C.
Pentru mamiferele de animale cu o temperatură constantă a corpului, aceste limite sunt chiar mai înguste - de la 15 0 C până la 43 0 C.
Producția de temperatură a mediului extern dincolo de aceste limite se termină pentru animalul letal.
Diviziunea animalelor prin metoda de reglare a temperaturii corpului.
Sunt împărțite în 2 grupe:
1 - homeothermic - animale cu o temperatură constantă a corpului. Temperatura lor nu depinde de temperatura mediului și este în intervalul de 32 - 40 0 C, la păsări 40-42 0 C.
Cal 37,5 - 38,8 0 C
Porc 38 - 40 0 С
Vaca 37,5 - 39,5 0 C
Oi 38 - 41 0 C
Pui 40,3 - 41,7 0 C
2-calcilomică - animale cu temperatură variată a corpului. Temperatura corporală depinde de temperatura ambiantă și nu depășește mai mult de 2-3 ° C.
Adaptarea organismului animalului la temperaturi ridicate și joase ale mediului extern este realizată prin termoreglarea chimică și fizică.
Reglementarea chimică a termoregulării (producția de căldură) este o schimbare a intensității metabolismului și a energiei în organism. La temperaturi scăzute, schimbul crește, la temperaturi ridicate scade.
Zona confortului de temperatură (zona termoneutrală) este temperatura mediului în care animalele nu au nici căldură, nici frig. Fluctuația medie a acestei temperaturi în intervalul 14-25 0 С.
Pentru animale tinere (purcei, pui) 30-35 0 С; pentru viței (metodă rece de cultivare) 5-16 0 С.
Reglementarea chimică a termoregulării la animalele adulte este bine pronunțată la temperaturi scăzute. Acest lucru este facilitat de trăsăturile morfologice ale corpului animalului: creșterea metabolismului în țesuturi și activitatea glandelor de secreție internă, precum și creșterea producției de căldură datorită consumului crescut de hrană (efect dinamic specific al alimentelor - SDDK).
Reglementarea chimică a termoregulării în condiții de temperaturi ridicate este slab exprimată. Deoarece este imposibil să se reducă procesele metabolice în țesuturi:
Energia este necesară pentru a menține funcțiile vitale;
2) din sistemul digestiv, produsele de hidroliză sunt furnizate în mod continuu în timpul utilizării cărora se eliberează energie.
Reglarea termică fizică (transferul de căldură) este o combinație de procese fiziologice care conduc la o creștere sau scădere a disipării căldurii din corpul animalului.
Principalele modalități de furnizare a căldurii în mediul extern:
1 - convecție - încălzirea aerului înconjurător - consumată
2 Radiația (radiația) este recuperarea căldurii sub formă de raze infraroșii și încălzirea obiectelor din jur
3 - Evaporarea este transformarea transpirației într-o stare gazoasă, care duce la răcirea suprafeței pielii, este consumată
Moduri suplimentare de eliberare a căldurii:
1 - încălzirea alimentelor în tractul gastro-intestinal
2 - încălzirea aerului în plămâni
3 - pierdere de căldură cu fecale și urină
La temperaturi scăzute, eliberarea căldurii prin convecție și radiații crește, evaporarea scade.
La temperaturi ridicate, eliberarea căldurii prin evaporare crește, convecția și radiațiile scad.
Odată cu evaporarea a 1 g de transpirație, corpul pierde 2.42 K / J de energie.
Mecanismul central al termoregulării.
Hypotalamus (termostat corp) - este cel mai inalt centru de termoreglare. Aici informațiile provin de la receptorii termici și rece ai pielii și a membranelor mucoase.
În plus, alte centre nervoase iau parte la reglementarea schimbului de căldură: vasomotor, respirator, activitate cardiacă, centrele motorii măduvei spinării.
Factorii umorali - hormonii adrenalina și tiroxina - stimulează producerea de căldură.