Роль макроэлементов. Кальций. Входит в состав опорных тканей организма — костную и мышечную, содержится постоянно в крови. Он способствует сокращению мышц, принимает участие в свертывании крови, стимулирует рождение импульсов в сердечной и гладких мышцах, участвует в определении проницаемости клеточных мембран. Кальций входит в состав молока. Фосфор. В больших количествах включается в костную ткань в виде солей с кальцием, постоянно содержится в крови. Он входит в состав АТФ, поэтому принимает участие во всех процессах в организме. Магний. Преимущественно входит в состав костной ткани, мышц, где включается в комплекс миозина и АТФ. Способствует взаимодействию его с актином, постоянно содержится в крови. Магний необходим для жизнедеятельности микроорганизмов в пищеварительном тракте. Калий. Внутриклеточный элемент, принимает участие в возникновении и распространении возбуждения по мембране клетки, в транспорте веществ через мембрану клетки. Натрий. Внеклеточный элемент, вместе с калием участвует в проникновении и распространении возбуждения по мембране, повышает возбудимость нервной и мышечной ткани. Он обеспечивает осмотическое давление крови, служит щелочным резервом. Хлор. Совместно с натрием обеспечивает осмотическое давление крови (жидкостей организма). Необходим для поддержания возбудимости возбудимых тканей. Он используется для образования соляной кислоты желудочными железами. Сера. Входит в состав незаменимых аминокислот (метионин, и истин и др.) гормонов (инсулин, пролактин, окситоцин и др.), тиаминов (тиамин, биотин), поэтому ее физиологическая роль определяется их ролью. Роль микроэлементов. Железо. Образует лабильные комплексы с белками и углеводами и участвует в процессах организма: и эритроцитах — транспорта кислорода и диоксида углерода, в мышцах — тканевого дыхания. Медь. Находится во всех тканях организма в составе белка церулоплазмина. Она обладает большой биологической активностью. Участвует в процессах кроветворения, ускоряет включение железа в гемоглобин в эритроците; оказывает стимулирующее влияние на защитные механизмы организма, повышает воспроизводительную функцию организма. Она необходима для роста шерсти и пера. Кобальт. Распределяется во всех тканях организма; много в эритроцитах. Он включается в состав витамина цианкобаламина, который необходим для кроветворения. Кобальт стимулирует рост организма. Цинк. Он образует непрочное соединение с гормоном инсулином и другими гормонами, осуществляя через них стимулирование роста, воспроизводительной функции организма. Цинк необходим для процесса кроветворения и образовании костей скелета. Марганец. Содержится в значительных количествах в костях скелета, в печени и других органах и тканях, крови. Он стимулирует и регулирует через фермент щелочную фосфатазу отложение жира, обмен ферментов. Они затем соединяются с белком и образуют многочисленные ферменты.
Вода является важной составляющей частью организма. В химически чистом виде воды в организме нет, в основном она содержится в связанном виде, в виде коллоидных растворов. В организме благодаря деятельности ферментов вода включается в разнообразные химические процессы: гидролиза веществ, синтеза различных органических соединений и в процессе окисления веществ. Питьевая эндогенная вода, которая образуется при окислении в организме белков, жиров и углеводов. Вода поступает в организм, распределяется между кровью, лимфой, клетками и различной вне и внутри клеточную воду. Общее количество воды в организме 50-60% массы тела, из них 70% воды находится в нутрии клеток и 30% воды вне клеток в составе крови, лимфы и различных жидкостей. В зависимости от состояния различают свободную и связанную воду. Свободная – служит растворителем органических и неорганических соединений. Связанная – находится в составе гаплоидных соединений белков, жиров, углеводов. Поступающая вода в организме распределяется по тканям и органам, включаются в обмен между вне и внутри клеточной водой. Интенсивность обмена воды характеризуется периодами его биологией полувыведения. У новорожденных животных общее количество воды может составлять до 80% массы. Основная масса воды заключается в мышцах 55%, в коже 10%, в составе скелета, крови 6- 7%. в печени 5%. В целом вода играет в организме большую физиологическую роль. С ее участием происходит гидролиз, синтез веществ, процессы тканевого дыхания, окислительно-восстановительные процессы. Она играет транспортную роль, принимает участие в терморегуляции.
Под обменом веществ понимают совокупность химических и физических превращений, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность во взаимосвязи с внешней средой. Соотношение количества энергии, поступающей с пищей, и энергии, расходуемой организмом, называется энергетическим балансом.
6.1. Основные виды обмена в организме животного
Вся теплопродукция у животного зависит от многих факторов (например, сезона, пола, температуры тела, характера питания и снабжения водой, физической нагрузки, физиологического состояния). Поэтому общий обмен рассматривают как сумму величин рабочей прибавки, специфического динамического действия корма и основного обмена.
Рабочая прибавка отражает непосредственные затраты энергии на выполнение определенной деятельности, а специфическое динамическое действие корма – на усвоение корма. Вклад рабочей прибавки в общий обмен находится в прямой зависимости от интенсивности выполняемой работы. В то же время, специфически динамическое действие корма зависит от его количества и состава. Например, на усвоение углеводов и жиров, в среднем, расходуется 4-6% от содержащейся в них энергии, а для белков - до 30%, кормление животных грубым кормом сопровождается дополнительной потерей энергии на усвоение клетчатки (на усвоение 1 грамма клетчатки расходуется около 2,65 ккал).
Минимальные энергозатраты бодрствующего организма на поддержание жизни (основной обмен) измеряются при внешней температуре комфорта, в состоянии физического и эмоционального покоя, а также при отсутствии затрат энергии на работу пищеварительного аппарата. Для этого исследования производят в условиях температурного комфорта, желательно при полном расслаблении мышц и натощак (у моногастричных животных через 12–14 часов после последнего приема корма, а у жвачных - на четвертые сутки). Получаемые при этом величины, при равенстве живой массы у самцов, выше чем у самок (например, разница у быков и коров составляет около 0,75 кДж/ч на 1 кг массы тела).
Для каждого вида животных с учетом их возраста и пола приняты стандарты величин основного обмена. Это дает возможность сравнить полученную при измерении величину с нормой (отклонение обнаруженной величины основного обмена от стандарта не более чем на 10% считается нормой).
В реальных условиях трудно исключить все движения животных и достичь состояния натощак. Поэтому величины теплопродукции при отсутствии дополнительной активности (например, интенсивной физической работы) называют истинным поддерживающим обменом, или чистой энергией поддержания.
6.2. Калориметрия
Основными способами изучения общего состояния метаболизма являются прямая и непрямая калориметрии (измерения количества выделяемого в окружающую среду тепла).
Прямая калориметрия основана на взаимосвязи обмена веществ и энергии, контакте животного с окружающей средой и на том, что, в конечном итоге, все виды энергии переходят в тепловую. Для ее измерения животное помещают в теплоизолированную камеру (биокалориметр). Воздух в ней обогащают кислородом, но освобождают от избытка воды и двуокиси углерода. О количестве выделяемого животным тепла судят по приросту температуры циркулирующей по трубкам в камере воды.
Разновидностью прямой калориметрии являются балансовые опыты. Они позволяют учитывать теплотворную способность корма и экскретов. В этом случае используется погруженная в воду капсула. Выделяющаяся в ней при горении энергия, нагревает воду, по приросту температуры которой судят о количестве выделившегося тепла. Окисление жиров и углеводов как в капсуле, так и в митохондриях сопровождается выделением одних и тех же продуктов. Поэтому количество тепла полученного в балансовых опытах с данными веществами без поправок переносится на живой организм. 1 г жира служит источником 38,96 кДж (9,2 ккал ), а углеводов - 17,17 кДж (4,1 ккал). Сжигание белка сопровождается выделением двуокиси углерода, аммиака и воды, а его биологическое окисление приводит к выходу во внешнюю среду мочевины (образуется с затратами энергии в ходе нейтрализации аммиака). В связи с этим различают физическую и физиологическую калорические ценности белка. Под физической ценностью подразумевают количество энергии, которое выделяется при полном сгорании 1 г белка (22,61 кДж или 5,4 ккал). Физиологическая ценность - это энергия, получаемая из 1 г белка в организме (17,17 кДж или 4,1 ккал). Поэтому при балансовых опытах необходимо знать содержание белка в исследуемых образцах.
Жирорастворимые витамины: А (ретинол) – поступает в организм с кормами, в виде провитамина – каротина. В слизистой оболочке кишечника, печени, молочной железе, под влиянием фермента каротиназа превращается в ретинол в организме играет следующую роль: участвует в образовании зрительного пигмента - радопсина, в клетках и тканях ретинол связывается с белками, стимулирует их синтез и как следствие стимулирует рост организма. В слизистой оболочке так же связывается с белками и обеспечивает их структурно-физиологическую устойчивость. В связи с этим по физиологической значимости ретинол называют витамином зрения, роста, антиинфекционным. D (кальциферол) – поступает с кормами в виде провитамина эргостерина, семдегидрохолистерина и распределяется в организме. Больше в коже, под действием УФ лучей переходит в кальциферол. Они обеспечивают всасывание Са и Р из пищеварительного аппарата, стимулирует реабсорбцию Са и Р в почечных канальцах, ускоряют их перенос из крови в костную ткань. Е (токоферол) – поступает с кормами много в свежей зелени. Он распределяется в организме и играет следующую роль: предотвращает окисление липидов клеточных мембран и обеспечивает их целостность. оказывают существенное влияние на развитие зародыша, стимулирует сперматогенез в связи с чем назвали витамином размножения. К (филохиноны, викасол) – они поступают с кормами, обеспечивают синтез белка протромбина, способствуют его превращению в тромбин, тем самым стимулирует свертывание крови. Водорастворимые витамины Все водорастворимые витамины за исключением аскорбиновой кислоты включаются в состав коферментов, которые в свою очередь соединяются с белками и образуют активные ферменты, комплексы, которые включаются во все виды обмена веществ. В1 (тиамин) – поступает с кормом распределяется в тканях, где включается в состав фермента карбоксилазы, которые стимулируют углеводный обмен. В2 (рибофлавин) – поступает с кормом в неактивной форме. Активность повышается в стенке кишечника, включается в состав ферментов стимулирующих окислительно-восстановительные процессы, преимущественно жирных кислот. В связи с этим этот витамин обеспечивает рост и развитии животных. Принимает участие в восприятии светового и цветового зрения, стимулирует превращение гликогена в глюкозу, образование соляной кислоты. В5 (никотиновая кислота) – поступает с кормом и распределяется по тканям. Он участвует в переносе ионов водорода от окисляющихся субстратов в процессе клеточного дыхания, стимулирует обмен белка, жира, углеводов и рост животных. В6 (пиридоксин) – поступает с кормами. В тканях включается в состав ферментов трансаминаз, в результате обеспечивается обмен белков, обеспечивает синтез серотонина, симулирует синтез жира в результате обеспечивает рост животных, структурно-физиологическую устойчивость кожи и нормальный гемопоэз. В3 (пантотеновая кислота) – в тканях включается в состав ферментов, обеспечивая обмен бела, жира и углеводов, стимулирует деятельность надпочечников. Вс (фолевая кислота) – включается в состав ферментов обеспечивающих синтез белка, жира и углеводов. В12 (цианкобаламин) – поступает с кормами распределятся по тканям включается в состав ферментов участвующих в обмене белка, жира, углеводов. Выраженное влияние на обмен жира, стимулирует кроветворение. Н (биотин) – поступает с кормами. В тканях включается в составе фермента карбоксилазы, в результате участвует в синтезе жира, обеспечивая структурно-физиологическую целостность кожи. С (аскорбиновая кислота) – поступает с кормами. Распределяется по тканям. В состав ферментов не включается. Аскорбиновая кислота обеспечивает образование прокалогена и превращает его в калоген и способствует образования эндотелия сосудов. В результате предотвращается кровотечение, шаткость зубов, стимулирует образование кортизола и кортикостерона в пучковой зоне коры надпочечников. Тем самым обеспечивает устойчивость организма на действие не благоприятных факторов среды.
Все живые клетки постоянно выделяют продукты своей жизнедеятельности. Выделение продуктов обмена называется экскрецией. Клетки выделяют в межтканевую жидкость продукты конечного и межуточного обмена. Имеются и специализированные железы. Например, пищеварительные железы выделяют в полость кишечника продукты белкового обмена и минеральные вещества; печень выделяет желчь.
Из организма экскреты выделяются потовыми железами, легкими, почками, кишечником. Так, потовые железы выделяют вместе с потом мочевину, мочевую кислоту и др. Легкие вырабатывают слизь и удаляют углекислый газ, воду и некоторые летучие вещества. Почки образуют мочу. Выделение мочи обеспечивает в организме важные процессы: соленой обмен, осмотическое давление в тканях, кислотно-щелочное равновесие плазмы и постоянство состава кропи. Из кишечника выводятся непереваренные и невсосавшиееся части корма и пр.
Мочеотделение. Животные выделяют за сутки значительное количество мочи: корова 6 – 20 л, лошадь 8 – 11 л, свинья 2–5 л, овца 0,5–2 л.
Чем водянистее корм и больше воды животное выпивает, чем меньше теряется воды с потом, через дыхательные пути и желудочно-кишечный канал, тем больше выделяется мочи. Лишь немногие соединения, выводимые с мочой, образуются в самих почках. Остальные составные части мочи те же, что и в плазме крови, за исключением белков, жиров, а также глюкозы, которых нет в нормальной моче. С мочой выводятся конечные продукты белкового обмена, в частности, у млекопитающих – мочевина, а у птиц – мочевая кислота; продукты минерального обмена; ядовитые вещества, попавшие в организм или образовавшиеся в нем; пигменты; следы ферментов, витаминов, гормонов. В мочу переходят и вещества, введенные из вне (лекарства).
У лошади моча мутная, так как содержит много кристаллов углекислого кальция; у крупного и мелкого рогатого скота, у свиней моча прозрачная. Плотность ее 1,025–1,060 (у свиней 1,010–1,040), Реакция мочи у травоядных щелочная, у свиней бывает и кислой а в целом зависит главным образом от состава кормов.
Исследование мочи имеет диагностическое значение, так как при некоторых заболеваниях в моче обнаруживаются вещества, который обычно в моче отсутствуют (белок, глюкоза, ацетон и др.).
Образование мочи. Для изучения процесса мочеобразования разработаны специальные методы исследования:
1. наблюдают за естественным ходом мочеобразования у животного с выведенными на брюшную стенку мочеточниками. Для этого у животного приживляют на брюшной стенке мочеточники, а мочевой пузырь удаляют; на такой собаке можно изучать процесс мочеотделении в каждой почке отдельно;
2. получение первичной мочи непосредственно из капсулы Шумлянского-Боумена, а также почечных канальцев.
Образование первичной мочи. Первичная моча состоит из тех же веществ и в той же концентрации, что и плазма крови, за исключенной крупных коллоидных частиц белка и жира. Поэтому осмотической давление и рН первичной мочи такие же, как и плазмы крови.
Образуется первичная моча путем ультрафильтрации. Через огромное количество капилляров – мальпигиевых клубочков в просвет капсулы Шумлянского-Боумена фильтруется безбелковая плазма. Этому способствуют особые условия кровяного давления в почках. Почечная артерия отходит под прямым углом от близко расположенного мощного кровеносного сосуда – брюшной аорты; артерия довольно скоро распадается на клубочки. Просвет сосуда, уносящего кровь от мальпигиевых клубочков, значительно уже просвета приводящего сосуда. Вследствие этого в клубочках создается значительное препятствие оттоку крови из капилляров, и кровь фильтруется под значительным давлением: приблизительно 70 мм ртутного столба. Чем выше кровяное давление, тем интенсивнее фильтрация в клубочках. Меняющийся время от времени просвет отводящего сосуда в клубочках то увеличивает, то уменьшает фильтрацию. Кроме того, не все клубочки бывают открыты одновременно. Чем больше клубочков участвует в фильтрации, тем при прочих равных условиях образуется больше первичной мочи.
Образование натуральной мочи. Из первичной мочи образуется порочная, т. е. натуральная моча. Это происходит при прохождении первичной мочи по канальцам нефрона.
Натуральная моча значительно отличается от плазмы крови. Это объясняется тем, что в канальцах почки происходит процесс реабсорбации, т. е. обратного всасывания в кровь воды и растворенных в ней веществ первичной мочи. Об этом можно судить, например, по глюкозе, которой в норме нет в натуральной моче. Глюкоза всасывается обратно в кровь в проксимальной части канальца, вода и соли — по всему ходу канальца. Если содержание глюкозы в крови довольно высокое, она может появиться и в натуральной моче так как, канальцы при этом не в состоянии перевести обратно в кровь весь сахар первичной мочи. Это явление – глюкозурия – встречается при сахарном диабете (сахарном мочеизнурении).