Обмен энергии. Терморегуляция

1. Роль обмена веществ в обеспечении энергетических потребностей организма.

2. Способы оценки энергетических затрат организма.

3. Основной обмен.

4. Теплорегуляция. Теплопродукция, теплоотдача.

1. Роль обмена веществ в обеспечении энергетических потребностей организма

Жизнь это, прежде всего непрерывная биологическая работа органов, клеток организма. Работа нуждается в постоянном притоке энергии. Науку об энергетических превращениях или взаимных переходах энергии называется термодинамикой.

Живые организмы получают энергию питательных веществ. Эта энергия аккумулирована в химических связях молекул белков, жиров, углеводов, которые в процессе катаболизма превращаются в конечные продукты обмена веществ с более низким содержанием энергии. Основным энергетическим метаболитами у жвачных являются летучие жирные кислоты, глюкоза, липиды, кетоновые тела, аминокислоты, высвобождающихся в процессе биологического окисления энергии, использующиеся, прежде всего для синтеза АТФ, которая как универсальный источник энергии необходимый в организме для последующего осуществления механической работы, химического синтеза, обновления структур, транспорта веществ, осмотических и электрических работ.

2. Способы оценки энергетических затрат организма

Для характеристики обмена энергии важно знать не только количество энергии, выделенной из организма, но также соотношение его с количеством потенциальной энергии, поступившей в организм с кормом, то есть определить баланс энергии. При определении баланса энергии различают брутто энергии и нетто энергии. Брутто энергии – это количество энергии, заключающееся в принятом корме.Нетто энергии – это энергия корма за вычетом потерянной энергии (то есть, выделен с мочой, калом, газами брожения, теплом, пошедшим на нагрев корма и воды).

Нетто энергии используется организмом для процессов жизнедеятельности. Энергию, содержащаяся в кормах, определяют по количеству теплоты, образующейся при сжигании исследуемого корма в аппарате – калориметрическая бомба Бертло, т.е. в замкнутой камере, погружаемую в водяную баню, где пробы сжигают в атмосферном воздухе. Углеводы дают 4,1 ккал грамм, жиры – 9,3, белки окисляются в организме не полностью. Аминогруппа отщепляется от молекулы белки выводится с мочой – мочевина. Поэтому при сжигании белка выделяется больше энергии, чем при его окислении в организме. В калориметрической бомбе при сжигании белка выделяется 5,4 ккал, а при окислении в организме 4,1.

Основным источником энергии для осуществления в организме процессов жизнедеятельности является окисление питательных веществ. На биологическое окисление питательных веществ расходуется кислород. Измерив количество потребленного организмом кислорода за 1 минуту, сутки, можно судить о величине энергетических затрат организма за время измерения.

Кислород, поглощаемый организмом, используется для окисления белков, жиров, углеводов. Окислительный распад одного грамма каждого из этих веществ требует неодинаковое количество кислорода и сопровождается освобождением различного количества тепла.

Количество тепла, освободившееся после потребления организмом 1 л кислорода, носит название калорического эквивалента.Количество энергии, выделяемой организмом, определяется методом прямой и непрямой калориметрии. Прямая калориметрия основана на измерении количества тепла, непосредственно рассеиваемого организмом в теплоизоляционной камере и улавливаемого выделенного за сутки тепла. При прямой калориметрии происходит непосредственное измерение изменений теплосодержания организма. Для этого используют калориметрические камеры. Впервые прямые измерения энергетического обмена были проведены в 1783-1784 гг. Лавуазье и Лаплассо. Они измеряли количество тепла, отданного организмом морской свинки в ледяном калориметре и количество выделенного ими углекислого газа.

Наиболее доступным и широко используемым в исследованиях является метод непрямой калориметрии (косвенный метод). Непрямая калориметрия – заключается в учете количества потребляемого животным кислорода, выделяемого углекислого газа и последующим определением количества освободившейся энергии. Определение газообмена проводится либо в респирационных камерах, либо с помощью дыхательных масок, снабженными клапанами, отделяющими вдыхаемый воздух от выдыхаемого. Респирационные камеры предназначены для длительных опытов. Наиболее простым и распространенным является масочный метод. Дыхательная маска имеет форму усеченного конуса и снабжена двумя клапанами – вдыхательный и выдыхательный. Маски фиксируют на голове животного с помощью тесемок. Выдыхаемый воздух собирается в прорезиненном мешке Дугласа. Широкая трубка этого мешка соединяется с дыхательной маской или с газовыми часами. Из мешка Дугласа забирают воздух и анализируют его в газоанализаторе Холдена.

Расход 1 литра кислорода и выделение 1 литра углекислого газа соответствует образованию определенного количества тепла и называется калорическим эквивалентом.

Зная общее количество кислорода используемого организмом, можно вычислить энергетические затраты только в том случае, если известно какие вещества окислились в теле. Показателем этого служит дыхательный коэффициент. Под дыхательным коэффициентом понимают отношение объема выделенного углекислого газа к потребленному кислороду:

ДК=СО₂/О₂

При окислении углеводов и уксусной кислоты ДК=1, жиров ДК=0,7, белков и аминокислот ДК=0,8. При сжигании смешанной пищи ДК=0,707…1,0.