Водный обмен. Значение воды в организме. Источники воды для организма. Потребности в воде у различных видов животных. Регуляция водного обмена.

Водный обмен, совокупность процессов всасывания воды из желудочно-кишечного тракта, образования воды в организме при окислении органических веществ, участия ее в физиологических и биохимических процессах распределения воды в организме и выведения.

 

Питьевая вода, вода корма и пищеварительных соков всасываются главным образом в тонких кишках. Всосавшаяся вода частично задерживается в печени, но в основном она депонируется в коже, соединительной ткани и мышцах. В обмене воды между кровью капилляров и тканями существенное значение имеет онкотическое давление крови. Общее содержание воды в организме взрослых животных (52% массы тела) ниже, чем у молодняка (у телят 72%).

 

Вода в организме находится в трёх жидкостных фазах - внутриклеточной, внеклеточной и трансцеллюлярной. Наибольшее количество воды (40-45%) находится внутри клеток. Внеклеточная жидкость включает плазму крови, межклеточную жидкость и лимфу. Трансцеллюлярная жидкость (спинномозговая, внутриглазная, брюшной полости, плевры, перикарда, суставных сумок и желудочно-кишечного тракта) изолирована от сосудов слоем эпителия. В организме вода содержится в гидратационной, связанной и свободной формах.

Выделение воды из организма происходит через почки (с мочой), кишечник (с каловыми массами), кожу и лёгкие (путём испарения), через молочную железу (у лактирующих животных). Регуляция водного обмена в организме осуществляется центральной нервной системой (жажда), гормонами щитовидной железы, коры надпочечников, гипофиза, поджелудочной железы и половых желез.

Важным показателем водного обмена является водный баланс. В норме количество воды, вводимой в организм (при поении и с кормом), а также метаболической воды равно количеству воды, выделяемой из организма. Такое отношение называется водным равновесием.

В основе регуляции водного обмена лежит поддержание постоянства осмотического давления. Важная роль принадлежит обменным взаимоотношениям между внеклеточной и внутриклеточной жидкостью. При поступлении в организм электролитов, которые распределяются в основном по внеклеточной жидкости, происходит перемещение воды из клеток в межтканевые пространства, кровь, лимфу. При избытке электролитов внутри клеток вода перемещается в обратном направлении.

Основная регуляторная система водного обмена – это система – гормоны-почки. Из гормонов наиболее важны – альдостерон и вазопрессин.

Вазопрессин обладает антидиуретическими свойствами. Секреция вазопрессина регулируется величиной осмотического давления плазмы крови. Механизм: при повышении осмотического давления плазмы начинается повышенная выработка вазопрессина, который понижает выведение воды из организма за счет увеличения концентрации мочи. В результате в организме вода задерживается, понижается осмотическое давление и снижается выработка вазопрессина. Адреналин и боль повышает выработку вазопрессина, и снижают диурез, небольшая доза алкоголя снижают его образование и повышают мочеотделение.

Альдостерон – наиболее активный минералокортикостероид, синтезируется в коре надпочечников. Выработка альдостерона связана с уровнем ионов натрия в крови. Понижение его концентрации приводит к понижению осмотического давления и увеличению выделения воды. При повышенной концентрации ионов натрия в плазме снижается выработка гормона.

Обмен энергии. Значение энергетического обмена для сохранения и обеспечения функций организма. Источники энергии в организме. Анаэробное и аэробное высвобождение энергии. Методы исследования обмена энергии. Прямая и непрямая калориметрия. Дыхательный и калориметрический коэффициент их значение. Регуляция обмена энергии.

Источником энергии в организме служат продукты гидролиза углеводов, жиров и белков, поступающие в организм. Освобожде­ние же энергии в организме происходит в процессе диссимиляции (катаболизма), т. е. распада клеточных структур и соединений ор­ганизма, которые синтезируются из питательных веществ, посту­пающих в кровь в результате пищеварения (гидролиза) пищевых продуктов и всасывания продуктов гидролиза в кровь. Различают основной и рабочий обмен.

 

А. Основным обменом называют минимальный расход энер­гии, обеспечивающий гомеостазис в стандартных условиях: при бодр­ствовании, максимальном мышечном и эмоциональном покое.

Показатели основного обмена при расчете на 1м2 поверхности тела у теплокровных животных разных видов и человека примерно равны, при расчете на 1 кг массы сильно отличаются: чем мельче организм, тем больше расход энергии.

 

Б. Рабочим обменом называют совокупность основного обме­на и дополнительного расхода энергии, обеспечивающего жизне­деятельность организма в различных условиях. Расход энергии организмом после приема белковой и смешан­ной пищи увеличивается на 20 - 30%, после приема жиров и угле­водов увеличивается на 10- 12%.

 

 

Часть тепловой энергии, вырабатываемой организмом в процес­се его жизнедеятельности, обеспечивает механическую работу. Для определения эффективности этого преобразования вводится поня­тие коэффициент полезного действия организма при мышечной работе - это выраженное в процентах отношение энергии, эквива­лентной полезной механической работе, ко всей энергии, затрачен­ной на выполнение этой работы.

 

Анаэробные и аэробные механизмы энергообеспечения

Если работоспособность во время деятельности спринтерского характера определяется возможностями анаэробной системы энергообразования, то работоспособность на выносливость обуславливается способностью синтезировать АТФ в аэробном режиме. Следовательно, потенциальные возможности для выполнения аэробной работы в большей степени определяются наличием кислорода.

Методы исследования обмена энергии

Можно непосредственно измерить количество тепла, выделяемое живым организмом за единицу времени, это — прямая калориметрия. Первый калориметр, созданный в 1775 г. А. Лавуазье и П. Лапласом, представлял собой небольшой цилиндр с двойными стенками, между которыми был заложен лед. Количество тепла, выделенное за определенное время помещенной в камеру морской свинкой, измеряли по объему воды, образовавшейся при таянии льда. В более сложных калориметрах XIX — первой половины XX в. между стенками прокладывали трубы с водой, температуру которой измеряли на входе в систему и на выходе из нее (рис. 11.4). Количество тепла вычисляли, умножая массу воды, протекшей за единицу времени, на разность температур и на теплоемкость воды:

Q = mΔТс

Чтобы избежать накопления углекислого газа и паров воды в замкнутом пространстве калориметра, их удаляли с помощью химических поглотителей.

Позднее в стенки калориметра стали закладывать проволоку из меди и константана, электропроводность которой изменяется в зависимости от ее температуры. С помощью газоанализатора определить концентрации углекислого газа во вдыхаемом ([C02]in) и в выдыхаемом ([С02]ех) воздухе.

Прямая калориметрия основана на непосредственном учете в биокалориметрах количества тепла, выделенного организмом. Биокалориметр представляет собой герметизированную и хорошо теплоизолированную от внешней среды камеру. В камере по трубкам циркулирует вода. Тепло, выделяемое находящимся в камере человеком или животным, нагревает циркулирующую воду. По количеству протекающей воды и изменению ее температуры рассчитывают количество выделенного организмом тепла.

 

Методы прямой калориметрии очень громоздки и сложны. Учитывая, что в основе теплообразования в организме лежат окислительные процессы, при которых потребляется О2 и образуется СО2, можно использовать косвенное, непрямое, определение теплообразования в организме по его газообмену — учету количества потребленного О2 и выделенного СО2 с последующим расчетом теплопродукции организма.

Для определения величины энерготрат необходимо знать: (а) какое количество кислорода было потреблено за единицу времени и (б) какое количество энергии должно было образоваться в организме при использовании в окислении 1л О2— калорический, или энергетический, эквивалент кислорода (КЭК). Дыхательный коэффициент (ДК) — соотношение объемов выделенного углекислого газа и поглощенного за то же время кислорода.

Регуляция обмена энергии

 

 

На уровне отдельных клеток и целых органов действуют местные механизмы регулирования процесса Энергообразование. Так, при выполнении мышечной работы в начале сокращения мышцы запускаются процессы ресинтеза использованной АТФ.

Регуляция процессов Энергообразование целом в организме осуществляется главным образом за счет эндокринной и вегетативной нервной системы. Основными регуляторами являются гормоны щитовидной железы - тироксин и трийодтиронин, а также адреналин, которые стимулируют эти процессы. Причем эти гормоны влияют и на перераспределение веществ, используемых для образования энергии. Так, при физической нагрузке с печени, жировых депо в кровь поступают глюкоза, жирные кислоты, которые используются мышцами.

Особая роль в регуляции принадлежит гипоталамуса, через который реализуются нервно-рефлекторные и эндокринные механизмы. Можно обнаружить также условно-увеличение уровня Энергообразование. Так, у спортсмена перед стартом, у рабочего перед выполнением задания активизируются обменные процессы. Под действием гипноза, внушения, при выполнении тяжелой мышечной работы повышается интенсивность обмена веществ.

 

Основной обмен и методы его определения. Факторы, определяющие уровень основного обмена. Продуктивный обмен. Влияние внешних и внутренних факторов на энергетический обмен (приём корма, лактация, беременность и т.д.)

Основной обмен- энергозатраты связаны с поддержанием минимально необходимого для жизни клеток уровня окислительных процессов и с деятельностью постоянно работающих органов и систем — дыхательной мускулатуры, сердца, почек, печени. Некоторая часть энергозатрат в условиях основного обмена связана с поддержанием мышечного тонуса. Освобождение в ходе всех этих процессов тепловой энергии обеспечивает ту теплопродукцию, которая необходима для поддержания температуры тела на постоянном уровне, как правило, превышающем температуру внешней среды.

Условия определения основного обмена: обследуемый должен находиться

1) в состоянии мышечного покоя (положение лежа с расслабленной мускулатурой), не подвергаясь раздражениям, вызывающим эмоциональное напряжение;

2) натощак, т. е. через 12— 16 ч после приема пищи;

3) при внешней температуре «комфорта» (18—20 °С), не вызывающей ощущения холода или жары.

Основной обмен определяют в состоянии бодрствования. Во время сна уровень окислительных процессов и, следовательно, энергетических затрат организма на 8—10 % ниже, чем в состоянии покоя при бодрствовании.

Методы определения основного обмена:

· Прямая, непрямая калориметрия;

· По уравнениям с учетом пола, возраста, роста, массы тела с помощью специальных таблиц.

Нормальные величины основного обмена человека. Величину основного обмена обычно выражают количеством тепла в килоджоулях (килокалориях) на 1 кг массы тела или на 1 м2 поверхности тела за 1 ч или за одни сутки.

Энергетический обмен животных складывается из основного обмена и рабочей прибавки (т.е. затрат энергии на выполнение полезной работы (продуктивный обмен).

На величину основного обмена влияют: условия внешней среды – температура, давление, влажность и состав воздуха, деятельность желёз внутренней секреции, условия питания, рост, возраст, масса тела, пол, нервное напряжение. В состоянии полного физического и психического покоя организм тратит энергию:

· постоянно совершающиеся химические процессы

· механическую работу внутренних органов, деятельность желёз

· поддержание постоянной температуры тела

При лихорадочных заболеваниях (туберкулёз, малярия, брюшной тиф), гиперфункции щитовидной железы, основной обмен усиливается. При гипофункции гипофиза, щитовидной железы, половых желёз, основной обмен понижается, усиливается отложение жира, может развиться ожирение.

Теплообмен и регуляция температуры тела. Постоянство температуры внутренней среды, как необходимое условие для нормального обмена. Механизмы теплорегуляции. Химическая и физическая теплорегуляция у животных разного вида. Температура тела у с/х животных. Нервная и гуморальная регуляция постоянства температуры тела у животных.

Постоянство температуры тела является необходимым условием существования животных. Колебание температуры тела у сельскохозяйственных животных незначительно и обычно не превышает 1 °Стемпература тела у различных видов животных (табл. 3). Эти колебания зависят от возраста животных, пола, времени суток, времени года, физиологического состояния животных (беременность, течка, роды) и других факторов.

 

Постоянство температуры тела у животных может сохраняться лишь при условии равенства теплообразования и теплопотери всего организма. Различают химическую и физическую терморегуляцию.

 

Химическая терморегуляция осуществляется путем усиления или ослабления образования тепла организмом в процессе обмена веществ. Температура окружающей среды влияет на образование тепла. При понижении внешней температуры обмен веществ повышается и, наоборот, при повышении понижается. Крупный рогатый скот лучше переносит холод, чем тепло. У него химическая терморегуляция в условиях высоких температур проявляется слабо, и постоянство температуры обеспечивается хорошо развитой физической терморегуляцией.

 

Физическая терморегуляция - это совокупность физиологических процессов, регулирующих отдачу тепла организмом. Отдача тепла организмом осуществляется следующими способами: радиацией, конвенцией, испарением воды через кожу и дыхательные пути, с калом и мочой.

 

Основным нервным центром, регулирующим температуру тела, является гипоталамус. В нем имеются центры теплоотдачи и теплообразования. Центральный механизм терморегуляции приводится в действие двумя путями. Первый путь осуществляется температурой крови, притекающей к гипоталамусу, а второй - рефлекторный, сигналами от Холодовых и тепловых рецепторов кожи.

Поддержание постоянства температуры тела осуществляется по принципу саморегуляции, путем формирования функциональной системы терморегуляции. Системообразующим фактором (константой) этой функциональной системы является температура крови в правом предсердии (37" С). Рефлекторные изменения процессов терморегуляции происходят дри раздражении тепловых и холодовых рецепторов, расположенных в кожных покровах, в слизистых оболочках дыхательных путей, во внутренних органах, в сосудах, в различных отделах ЦНС (гипоталамусе, ретикулярной формации, продолговатом и спинном мозге, двигательной коре и др.). Особенно большое количество центральных терморецепторов, которые реагируют на изменение температуры крови, находится в гипоталамусе.

 

В гипоталамусе расположены группы ядер, составляющих центр терморегуляции, состоящий, в свою очередь, из центра теплообразования и центра теплоотдачи. Центр теплообразования расположен в каудальной части гипоталамуса. При разрушении этого участка мозга у животного нарушаются механизмы теплообразования и такое животное становится неспособным поддерживать температуру тела при понижении температуры окружающей среды, и развивается гипотермия. Центр теплоотдачи расположен в переднем гипоталамусе (между передней комиссурой и зрительным перекрестом). При разрушении этой области животное также теряет способность поддерживать изотермию, при этом способность переносить низкие температуры у него сохраняется.

 

Кроме гипоталамуса на процессы терморегуляции оказывают влияние и другие структуры ЦНС: центры спинного мозга, полосатое тело, ретикулярная формация ствола мозга, кора больших полушарий головного мозга. Из этих структур гипоталамус, ретикулярная формация и осцилляторные центры спинного мозга играют ведущую роль в рефлекторной регуляции температуры тела. Например, при снижении температуры окружающей среды возбуждение от холодовых рецепторов поступает по афферентным нервам в центры теплопродукции гипоталамуса и осцилляторные центры спинного мозга. Отсюда возбуждение идет по двигательным нервам к мышцам, увеличивая их тонус, а затем вызывает мышечную дрожь, что приводит к значительному увеличению теплообразования. По вегетативным нервам возбуждение поступает к сосудам (особенно кожных покровов) и вызывает уменьшение их просвета. В результате этого поверхностные слои кожи получают меньше теплой крови и, следовательно, отдают меньше тепла.

 

В терморегуляции принимают участие и гуморальные факторы, прежде всего, гормоны щитовидной железы (тироксин и др.) и надпочечников (адреналин и др.). При снижении температуры внешней среды количество тироксина и адреналина в крови возрастает. Эти гормоны вместе с симпатическими нервными влияниями усиливают окислительные процессы, увеличивая тем самым количество тепла, образующегося в организме. Адреналин, кроме того, суживает периферические сосуды, что приводит к дальнейшему снижению теплоотдачи.

 

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: