Зоология / Общая зоология / Физиология и этология животных

нем. физиолог). Интенсивность обмена веществ, прямо пропорциональна поверхности тела и обратно пропорциональна массе.

Например: Соотношение поверхности к объему составит при длине стороны куба 1, 2 и 3 см соответственно: 1/6 , 1/3 и 1/2.

Чем мельче животное, тем менее благоприятно соотношение поверхности тела к массе (т.е. выше потери тепла). В расчете на 1 кг мышь теряет больше тепла, чем человек в 20 раз, бык в 30 раз.

Продукция тепла в расчете на 1 м2 поверхности тела величина, более менее, постоянная нежели на 1 кг массы тела. У человека эта величина равна 948 ккал/м2 (850-1250 ккал/м2).

Поверхность тела для мужчин равна 1,9 м2, женщин 1,6 м2. Потери тепла через поверхность тела составляют более 80%. Продуктивный обмен - количество энергии, используе-

мое для производства продукции и выполнения работы.

Баланс энергии (фр. balance весы) - разница между количеством энергии поступающей с пищей и энергией расходуемой организмом.

Учет энергии, выделяемой животным, осуществляют с помощью методов прямой и непрямой калориметрии. Калориметрия (лат. сalor тепло + гр. metreo измерять) - измерение выделяемого (или поглощаемого ) количества тепла.

Калорическую ценность питательных веществ характеризует калорический коэффициент.

Калорический коэффициент - количество тепла, осво-

бождаемое при сгорании 1 г вещества, составляет: белка 4,1 ккал (17,6 кДж), жира 9,3 ккал (38,9 кДж), углеводов 4,1 ккал (17,6

кДж). 1 кал = 4,187 Дж., 1 Дж = 0,239 кал.

Калорийность питательных веществ (физическая энергия) определяется в калорической бомбе (замкнутая камера в водяной бане) с чистым кислородом.

171

содержится меньше кислорода, чем в углеводах. С6Н12О6 + 6 О2

= 6 Н2О + 6 СО2. СО2 /О2 = 1.

Калорический эквивалент кислорода - количество энер-

гии, освобождаемое при использовании 1 литра кислорода для полного окисления, какого либо субстрата.

Калорический эквивалент кислорода по таблице (при дыхательном коэффициенте 0,99) составит 21,076 кДж.

Постоянство температуры тела является основной физиологической константой. Снижение температуры тела ниже 25 °С и повышение выше 42,2 °С приводит к потере сознания и вызывает гибель организма (нарушается коллоидное состояние белков).

Например, понижение температуры тела до 32°С вызывает озноб, но не представляет очень серьезной опасности. При 27°С наступает кома, происходит нарушение сердечной деятельности и дыхания. Температура ниже 25 °С критическая.

В отличие от холоднокровных (пойкилотермных) животных температура тела теплокровных (гомойотермных) животных (млекопитающие, птицы) не зависит от температуры окружающей среды.

У холоднокровных (пойкилотермных) температура тела превышает на 1-2 °С температуру внешней среды или равна ей.

Усиление теплообразования отмечается, когда температура окружающей среды становится ниже оптимальной (зоны комфорта). В обычной легко одежде эта зона находится в пределах 18-20°, а для обнаженного человека 28°С.

Наиболее интенсивное теплообразование в мышцах при их сокращении Относительно небольшая двигатели активность ведет к увеличению теплообразования в 2 раза, а тяжелая работа в 4-5 раз и более. Однако в этих условиях существенно возрастают потери тепла с поверхности тела.

При продолжительном охлаждении организма возникают непроизвольные периодические сокращения скелетной мускулатуры. При этом почти вся метаболическая энергия в мышце освобождается в виде тепла.

Активация в условиях холода симпатической нервной системы стимулирует липолиз в жировой ткани. В кровоток выделяются и в последующем окисляются с образованием большого количества тепла свободные жирные кислоты.

Гормоны надпочечников и щитовидной железы, усиливая обмен веществ, вызывают повышенное теплообразование.

173

Температура тела важный показатель клинического исследования.

Температура тела животных °С:

Крупный рогатый скот 37,5-39,5, лошади 37,5-38,5, овцы,

козы 38,5-40,0, свиньи 38,0-40,0, куры 40,0-42,0, утки 41,0-43,0, гуси 40,0-41,0, собаки 37,5-39,5, кошка 38,0-39,5, кролики 38,5- 39,5, еж 35 (в спячке 6°С).

Выяснилось, что во время спячки скорость обмена веществ у медведя падает на 75%, тогда как температура тела - всего на 5-6 градусов. Температура тела уменьшилась примерно до 30 °С.

У большинства животных метаболизм замедляется примерно вдвое на каждые 10 градусов снижения температуры. Кроме того, еще две-три недели после пробуждения метаболизм медведей даже при нормальной температуре тела оставался замедленным почти на 50%. Частота сердцебиения во время спячки падала с 55 ударов до девяти, а частота дыхания - до одного-двух раз в минуту.

Температура наружной оболочки тела (кожа, скелетные мышцы) -непостоянна, а ядро тела (органы грудной, брюшной полости, таза, головного мозга) имеет постоянную температуру. Разница между температурой внутренних органов, мышц и кожи может составлять до 5 - 10°С.

Теплопродукция - химический процесс происходит в митохондриях всех органов. Наибольшее количество тепла в расчете на 1 кг тела образуется в печени (температура печени у человека 37,8 - 38,0 С°), сердце, мозге, эндокринных железах. Поскольку мышцы составляют 35 - 50% от массы тела, то наибольшее количество тепла образуется в них. При работе в мышцах образуется до 80% тепла.

Теплоотдача (физический процесс) происходит путем:

1.Радиации (теплоизлучение). Излучение инфракрасных лучей (40 - 55 % потери тепла). Все предметы, имеющие температуру выше 0 °С излучают инфракрасные лучи. Инфракрасное излучение - область между красным концом видимого света с длиной волны 0,74 мкм и микроволновым излучением 1-2 мм. Количество тепла, рассеиваемого организмом в окружающую среду

сизлучением, пропорционально площади поверхности тела, которые соприкасаются с воздухом, и разностью температур кожи и окружающей среды. Отдача тепла излучением прекращается, если выравнивается температура кожи и окружающей среды.

2.Испарение жидкости с поверхности тела (пот) и дыха-

174

тельных путей. У человека при температуре внешней среды 20°С испаряется через потовые железы около 600-800 г воды в сутки. Потеря тепла составляет 20-30%. Испарение жидкости с поверхности происходит при влажности воздуха менее 100%.

3.Конвекции (перенос движущейся средой). Передача тепла движущейся массой воздуха (или воды). Тело согревает слой воздуха или воды при непосредственном контакте с кожей. Теплый воздух поднимается вверх. В воде посредством конвекции теряется 90% тепла. Теплоемкость воды в 4 раза больше чем воздуха, а теплопроводность в 25 раз. В безветренную погоду потери минимальные. Обычно потери тепла 15 - 20% (при сквозняках потери значительно выше).

4.Кондукции (англ. conduction проводимость) - передача

тепла различным физическим предметам, с которыми тело непосредственно соприкасается (в основном лежа). Потери незначительные 5-10%.

5. Нагревание корма и воды, холодного воздуха, потери с выделениями (кал, моча, молоко) 10%.

Центр регуляции температуры тела расположен в гипоталамусе и состоит из центра теплоотдачи и центра теплопродукции. В гипоталамусе расположены терморецепторы, реагирующие на температуру омывающей их крови.

При снижении температуры тела гипоталамус усиливает секрецию калоригенных гормонов щитовидной железы и повышается теплопродукция.

Многочисленные тепловые и холодовые рецепторы (тельца Руффини, колбы Краузе) кожи посылают импульсы к центру, от которого идут импульсы к сосудодвигательному центру продолговатого мозга в результате чего сужаются или расширяются сосуды кожи и изменяется теплоотдача.

На кожной поверхности температурные точки расположены неравномерно и залегают на различной глубине. Холодовые рецепторы расположены более поверхностно (0,17 мм), чем тепловые (0,3 мм). Самое большое количество термочувствительных точек находится на лице, в области губ и век. Тепловых точек примерно в 10 раз меньше, чем холодовых, а на некоторых участках тепловые точки отсутствуют (периферия роговицы и конъюнктива глаза).

Приспособление к холоду у теплокровных животных происходит в основном за счет теплоизоляционной способности их тела (шерсть, оперение, подкожный жир). Сужаются сосуды ко-

175

жи. Встопорщивается шерсть. Гусиная кожа, волоски становятся дыбом. Дрожь (тремор) мышечные сокращения, увеличивают теплопродукцию.

При гипотермии (понижении температуры тела ниже 35 С° в подмышечной впадине) вначале происходит возбуждение симпатической нервной системы. Резко усиливается теплопродукция. Появляется мышечная дрожь.

При снижении температуры ниже 35 С° возникает состояние подобное наркозу: исчезает чувствительность, понижается возбудимость ЦНС, ослабевают рефлекторные реакции, понижается интенсивность обмена веществ, замедляется дыхание, падает артериальное давление (18 - 24 мм рт. ст.), снижается ЧСС.

При снижении температуры тела снижается потребность в кислороде. Это используют при операциях на сердце и мозге. При охлаждении применяют нейроплегики и миорелаксанты блокирующие передачу импульсов с симпатической нервной системе на скелетные мышцы (для предотвращения усиления теплопродукции). Тело человека охлаждают до 24 -28 С°. Мозг выдерживает обескровливание в течение 20 минут вместо 3-5 минут.

У человека при температуре 24 -28 °С наступает потеря сознания, нарушается автоматия сердца и наступает смерть.

Летальная температура у собак 18-20 °С, у кошек 14-16 С°С, у крыс 13 -15 °С.

Гипертермия - повышение температуры тела выше 4041 °С приводит к тепловому удару. Температура окружающей среды 35°С при 100 % влажности является пределом поддержания постоянной температуры тела.

Минеральные вещества участвуют во всех физиологических процессах. Входят в состав всех органов и тканей. В качестве катализаторов участвуют в обмене веществ. Необходимы для кроветворения и свертывания крови. Поддерживают водный баланс и осмотическое давление внутренней среды организма. Участвуют в поддержании кислотно-щелочного равновесия. Принимают участие в генерации биопотенциалов в тканях и сокращении мышц.

В зависимости от содержания минеральных веществ в крови различают:

Макроэлементы (содержатся в мг % т.е. мг в 100 мл кро-

ви) натрий (Na) 270-350; хлор (Cl) 350 - 370; калий (K) 20-25;

кальций (Ca) 9,5-12,0; фосфор (P) 4,5-6,5; магний (Mg) 2,5-3,5;

сера (S); железо (Fe) мг %.

176

Микроэлементы (содержатся в мкг %, т.е. мкг в 100 мл крови) цинк (Zn) 200-400; медь (Cu) 70-100; марганец (Mn) 15-25;

кобальт (Co) 3-5; йод (J) 2,5-3,5; селен (Se) 5-8 мкг.

Ультрамикроэлементы уран (U), золото (Au), бериллий

(Ве), ртуть (Hg), цезий (Ze), радий (Ра), и другие. Их концентрация не превышает 0,000001%. Физиологическая роль многих из них не установлена. Большинство этих элементов также необходимы для нормального функционирования организма.

Макроэлементы.

Натрий содержится преимущественно в межклеточной жидкости. Создает осмотическое давление, обеспечивает переход воды и растворенных веществ через мембраны. Участвует в генерации биопотенциалов. Повышает активность ферментов. Входит в состав буферных систем крови.

Калий содержится преимущественно внутри клеток (внутриклеточный катион). Участвует в генерации биопотенциалов. Понижает тонус мышц, замедляет ритм сердечных сокращений. Участвует в поддержании осмотического давления, кислотнощелочного равновесия, синтезе ацетилхолина.

Кальций входит в состав костей, зубов. Принимает участие в транспорте натрия и калия через мембраны и поддержании нормальной возбудимости нервной и мышечной ткани. Повышает тонус нервной системы и кровеносных сосудов. Понижает проницаемость капилляров. Повышает защитные свойства организма. Участвует в сокращении мышц и процессах свертывания крови. Активирует ряд ферментов.

При недостатке у молодняка развивается рахит, у взрослых животных остеопороз (рассасывание костной ткани) и остеомаляция (размягчение и деформация костей).

Фосфор входит в состав костей, зубов, мембран клеток, нуклеиновых кислот, сложных белков, липидов, углеводов, макроэргов (АТФ, креатинфосфат, ацетил-КоА и др.), ферментов, буферных систем крови. При недостатке у молодняка развивается рахит, у взрослых животных остеопороз и остеомаляция.

Магний входит в состав костей. Участвует в окислительных реакциях. Активирует ряд ферментов, необходим для мышечных сокращений. Способствует повышению резистентности организма.

Сера входит в состав аминокислот (метионин, цистин, цистеин), белков, ферментов (кофермент А), гормонов, витаминов (тиамин, биотин).

177

Хлор входит в состав соляной кислоты желудочного сока. Участвует в поддержании осмотического давления. Активирует ферменты. Нормализует функцию нервной системы.

Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, ферментов, участвующих в реакциях биологического окисления (пероксидаза, каталаза, цитохромы). Участвует в процессах кроветворения. При недостатке возникает анемия.

Микроэлементы.

Кобальт входит в состав витамина В-12. Необходим для нормального кроветворения. Активирует ряд ферментов. Участвует в обмене азота и биосинтезе белков. Стимулирует развитие микрофлоры в преджелудках жвачных. Недостаток вызывает анемию. Шерсть становится матовой и ломкой.

Медь входит в состав белков, ферментов. Активирует ряд ферментов. Участвует в синтезе гемоглобина, белков соединительной ткани, пигментации и кератизации шерсти и перьев, формировании костной ткани. Оказывает влияние на обмен веществ и воспроизводительную функцию. При недостатке нарушается рост, деятельность нервной и мышечной ткани, кроветворение (развивается анемия), происходит депигментация покровного волоса.

Марганец входит в состав некоторых ферментов. Играет важную роль в обмене веществ. Повышает активность многих ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях. При недостатке происходит задержка роста и нарушение воспроизводительной функции (снижается синтез половых гормонов).

Цинк входит в состав ряда ферментов. Участвует в обмене белков, жиров углеводов, нуклеиновых кислот и минеральных веществ. Оказывает стабилизирующее влияние на мембраны клеток, рост, развитие, воспроизводительную функцию, процессы костеобразования, кроветворения. Необходим для нормального развития эпителиальных тканей. При недостатке ухудшается пищеварение и всасывание в кишечнике, происходит задержка роста и снижение воспроизводительной функции. Отмечаются повреждения кожи. Кожа покрывается сыпью и струпьевидными уплотнениями, а позднее на поврежденных участках возникает бактериальная инфекция.

Йод входит в состав гормонов щитовидной железы. Недостаток вызывает снижение интенсивности обмена веществ и как следствие продуктивности. Развивается эндемический зоб. У

178

беременных животных происходят выкидыши, рождение мертвого приплода, задержка последа.

Селен регулирует обмен витамина Е и депонирование его в организме. Участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Совместно с витамином Е в составе мембран митохондрий выполняет защитную функцию. Является антиоксидантом. При недостатке возникает беломышечная болезнь, дистрофия печени, дегенерация яичников, разрушение эритроцитов, анемия и др.

Фтор содержится в костях, зубах, сперме. При недостатке отмечается потеря аппетита, деформация скелета. Возникает кариес зубов. При избытке нарушается обмен веществ и отмечается утолщение суставов. Фтор вместе с кальцием и фосфором предотвращает развитие кариеса он проникает в микротрещины на зубной эмали и сглаживает их;

Витамины – низкомолекулярные органические соединения, обладающие высокой биологической активностью. Витамины не являются пластическим материалом или источником энергии, однако они необходимы для нормального обмена веществ и жизнедеятельности живых организмов. Многие витамины являются предшественниками коферментов и простетических групп ферментов. Различают жирорастворимые и водорастворимые витамины.

Жирорастворимые витамины: А, D, Е, К.

Витамин А – группа жирорастворимых соединений: ретинол (витамин A1), дегидроретинол (витамин А2), ретиналь (ретинен, альдегид витамина A1), ретинолевая кислота.

Источники: молоко, масло, печень рыб, яйца. В растительных кормах (красный перец, плоды шиповника, шпинат, хвоя, зеленый лук и др.) содержится предшественник витамина А каротин, из которого синтезируется в стенке тонкого кишечника и печени витамин А.

Рис. 87. Кератоконъюнктивит при недостатке витамина А Рис. 88. Поздняя стадия авитаминоза А (взъерошенный

вид, выделения из глаз)

179

Значение: участвует в окислительно-восстановительных процессах. способствует нормальному обмену веществ, функции клеточных мембран, дифференцировки и развития эпителия, нормального роста. Необходим для синтез родопсина - зрительного пигмента сетчатки глаз.

Гиповитаминоз: вызывает сухость роговицы (ксерофтальмию), ороговение роговицы (кератинизацию), размягчение роговицы (кератомаляция) снижение сопротивляемости к инфекционным заболеваниям. Нарушение темновой адаптации (куриную слепоту). Нарушение функций репродуктивных органов.

Витамин D (антирахитический) - группа жирорастворимых соединений: эргокальциферол D2, холекальциферол D3, дигид- ро-эргокальциферол D4, этилхолекальциферол D5, дигидроэтилкальциферол D6.

Источники: жир и печень морских рыб и млекопитающих, молоко, сливочное масло, яйца. Синтезируется в коже под воздействием ультрафиолетовых лучей из холестерола.

Значение: участвует в регуляции минерального (способствует всасыванию кальция и фосфора в кишечнике и отложению их в костной ткани) и энергетического обмена (способствует использованию азота и углеводов в организме).

Гиповитаминоз: у молодняка вызывает рахит (конечностей становятся мягкими и деформируются), у взрослых остеомаляцию (размягчение костей) и остеопороз (пористость и ломкость костей).

180