19.7. Обмен энергии (биоэнергетика)

Организм получает энергию, главным образом, из корма. Питательные вещества -белки, жиры и углеводы - содержат химическую, или потенциальную энергию. При распаде питательных веществ эта энергия освобождается. При распаде 1 г белка выделяется 24,3 кДж, 1 г углеводов - 17,2 кДж и 1 г жира - 38,9 кдж - при условии, что эти вещества распадаются полностью, до конечных продуктов, как при взрыве в калориметрической бомбе. В организме углеводы и жиры распадаются полностью – до СО₂ и Н₂О, а белки - частично, до мочевины, мочевой кислоты, СО₂, Н₂О, и др. веществ. Поэтому энергетическая ценность белка для организма значительно меньше, чем жиров и углеводов - 17,2 кДж.

Только часть энергии, образующейся при распаде в организме бел ков, жиров и углеводов расходуется сразу и непосредственно на физиологические потребности, а большая ее часть аккумулируется в макроэргических соединениях - АТФ, АДФ, креатинфосфате и др. Потенциальная химическая энергия, содержащаяся в макроэргах, является главным источником энергии в организме, преобразуясь в другие виды энергии. Освобождающаяся энергия затрачивается на следующие цели: - биосинтез более сложных молекул из относительно простых; — поддержание постоянной температуры тела; - выполнение механической работы; - накопление резервных веществ, синтез молока, шерсти и др. продукции; - транспорт веществ через биологические мембраны против концентрационного градиента, то есть работа ионных насосов (калий-натриевый, кальциевый, иодный и др.);- рост и деление клеток; - биолюминесценция. В конечном итоге все виды энергии в организме - химическая, механическая, тепловая, электрическая - превращаются в тепловую энергию. Прекращение энергетических процессов приводит к распаду структур и функций клеток и организма в целом.

Методы изучения обмена энергии

IIриход энергии рассчитывают по энергетической ценности питательных веществ корма. Расход энергии определяют по количеству освобожденного из организма тепла. Разработаны два метола определения расхода энергии - прямая и непрямая калориметрия. Прямая калориметрия - измерение количества тепла, выделяемого организмом с поверхности тела в калориметрических камерах или с помощью инфракрасных датчиков. Методы достаточно точные, но сложные в техническом отношении.

Непрямая калориметрия - расчет теплопродукции по дыхательному коэффициенту (ДК).

ДК = СО₂/О₂

(отношение объема выделенного СО₂ к объему потребленного О₂)

Газообмен у мелких животных определяют в респирационных камерах, у крупных -путем сбора воздуха, выдыхаемого животным через респираторы (маски) в воздухонепроницаемых мешках. При этом определяют объем воздуха, выдыхаемого за определенное время, и содержание в нем О₂ и СО₂. Вычисляют ДК. Величины ДК зависят от того, какие вещества во время исследования окислялись в организме. При окислении глюкозы ДК-1, при окислении жиров - 0,7 и при окислении белков - 0,8. При окислении одних и тех же веществ в организме потребляется определенное количество кислорода, выделяется определенное количество углекислого газа и освобождается определенное количество энергии (тепла).

Количество тепла, образующееся при поглощении организмом 1 л кислорода, называется калорическим эквивалентом кислорода Каждой величине дыхательного коэффициента (от 0,7 до 1,0) соответствует свой калорический эквивалент кислорода. Итак, для определения теплопродукции методом непрямой калориметрии проделывают следующие операции: 1 - собирают выдыхаемый воздух за 5-10-20 минут и определяют его газовый состав; 2 - вычисляют дыхательный коэффициент и объем воздуха за 1 мин.; 3 - находят по табличным данным калорический эквивалент кислорода; 4 - определяют теплопродукцию за минуту: калорический эквивалент кислорода умножают на объем потребленного за минуту кислорода.

ОСНОВНОЙ ОБМЕН - это минимальное количество энергии, которое необходимо для поддержания жизненно важных функций при полном мышечном покое, в состоянии натощак и при 15-20^о С в помещении. ОБЩИЙ ОБМЕН зависит от вида животных, породы, возраста, пола, массы тела, физиологического состояния (беременность, лактация), продуктивности, а также от внешних факторов - климатических условий, метеорологических факторов, условий кормления и содержания и т.п.

РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ЭНЕРГИИ тесно связана с регуляцией обмена веществ. Участвует кора больших полушарий, гипоталамус, вегетативная нервная система. Из желез внутренней секреции - гипофиз, щитовидная и поджелудочная железы, надпочечники, половые железы.