Баланс веществ и энергии в организме животных и методы их определения

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Сельскохозяйственные науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

СОЧИНСКИЙ ИНСТИТУТ

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ» ФАКУЛЬТЕТ ВЕТЕРИНАРНО — САНИТАРНАЯ ЭКСПЕРТИЗА

КАФЕДРА ФИЗИОЛОГИИ

РЕФЕРАТ на тему:

«Баланс веществ и энергии в организме животных и методы их определения»

Выполнили: студентки второго курса ОФО группы Е-12

Шавилова К.А. и Калайчян А. Р.

Сочи 2013

Оглавление

  • Введение
  • 1. Баланс веществ и энергии в организме животного
  • 2. Методы изучения обмена веществ и энергии в организмах животных
  • 3. Баланс азота и углерода
  • 4. Баланс энергии
  • Заключение
  • Введение
  • Обмен веществ присущ как живой, так и неживой природе. Но между ними существует принципиальная разница. В результате обмена веществ неодушевленных тел последние необратимо разрушаются, тогда, как обмен веществ живых организмов с окружающей средой является основным условием его существования.
  • Обмен веществ и энергии в клетке состоит из двух процессов: пластического обмена — (ассимиляция, анаболизм) совокупность реакций биосинтеза (образования веществ) происходит с поглощением энергии и энергетического обмена — (диссимиляция, катаболизм) совокупность реакций расщепления веществ с выделением энергии.
  • Вследствие процессов диссимиляции пищевых веществ образуются продукты распада и энергия, необходимая для процессов ассимиляции. Взаимосвязь этих процессов обеспечивает существование животного организма.
  • Обмен веществ условно можно разделить на внешний обмен, который включает поступления пищевых веществ в организм и удаление конечных продуктов распада, и внутренний, который охватывает все преобразования пищевых веществ в клетках организма.
  • Пищевые вещества, попавшие в организм, расходуются на энергетические и строительные процессы, протекающие одновременно. При распаде пищевых веществ выделяется энергия, которая тратится на синтез специфических для данного организма соединений, на поддержание постоянной температуры тела, проведения нервных импульсов и др.
  • Основным методом исследования обмена веществ является метод определения баланса веществ, попавших в организм и удалившихся снаружи, а также их энергетической ценности.
  • Баланс энергии определяется на основе данных о калорийности пищевых веществ, принимаемых, а также конечных продуктов, выводимых из организма.
  • Потребность человека в энергии определяется опытным путем и выражается в калориях. Количество калорий, поступающих в организм с любыми продуктами, называется калорийностью пищи. Энергообеспеченность пищи должна соответствовать энергозатратам организма, т. е. энергетические потребности человека должны полностью покрываться за счет энергетической ценности пищевых продуктов, входящих в рацион человека.
  • Для нормального функционирования организма ежедневный рацион человека должен включать шесть основных составляющих: белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные вещества и воду. Пищевые вещества, которые люди получают вместе с пищей, можно условно разделить на две группы: те, которые необходимы им в больших количествах, либо макрокомпоненты (вода, белки, жиры, углеводы), и те, которые необходимы в меньших количествах, или микрокомпоненты (витамины и минеральные компоненты).
  • Белки — это пластичный материал для формирования клеток и межклеточного вещества. Все составные части человеческого организма состоят из белков (мышцы, сердце, мозг и даже кости содержат значительное количество белков). Роль белков определяется не только разнообразием их функций, но и незаменимостью их другими веществами. Белки — это органические вещества, состоящие из аминокислот, которые, соединяясь между собой в разных композициях, придают белкам разнообразных свойств. Животный белок — это мясо, яйца, молоко и молочные продукты. Основным источником растительного белка являются хлеб и крупы.
  • Жиры. Роль жиров в питании определяется их высокой калорийностью и участием в процессах обмена. Жиры обеспечивают в среднем 33% суточной энергоценности рациона. С жирами в организм поступают необходимые для жизнедеятельности вещества: витамины А, Д, Е, К и биологически важные фосфолипиды (лецитин, холин). Жиры обеспечивают всасывание из кишечника ряда минеральных веществ и жирорастворимых витаминов. В виде соединений с белками жиры входят в состав клеточных оболочек и ядер, участвующих в регулировании обмена веществ в клетках.
  • Жиры могут быть растительного и животного происхождения.
  • Углеводы. Углеводы являются основной частью пищевого рациона. Физиологическое значение углеводов в основном определяется их энергетическими свойствами. Они являются главным источником энергии организма (составляют 55% энергоценности суточного рациона). Поэтому в организме их содержится только около 2%, хотя в еде их доля составляет 70% (400−500г в сутки). Углеводы делятся на следующие группы: моносахариды — глюкоза, фруктоза, галактоза; олигосахариды — сахароза; полисахариды — крахмал, гликоген, клетчатка, пектиновые вещества. Основным источником углеводов в питании человека является растительная пища, только лактоза и гликоген содержатся в продуктах животного происхождения.
  • Витамины. Они регулируют процессы обмена веществ, необходимых для формирования ферментов, гормонов и др. Витамины участвуют в окислительных процессах, вследствие которых из углеводов и жиров образуются многочисленные вещества, используемые организмом как энергетический и пластический материал. Витамины почти не синтезируются в организме и должны поступать с пищей.
  • Отсутствие витаминов в рационе в течение длительного времени может вызвать различные заболевания. В нашем климатическом поясе конце зимы и начале весны зачастую оказывается дефицит витаминов А, С, В1, В2 и РР.
  • Минеральные вещества. Минеральные вещества не имеют энергетической ценности, но необходимые для жизнедеятельности организма. Попадают они в организм с продуктами питания в виде минеральных солей. Минеральные вещества, содержащиеся в пищевых продуктах и тканях организма в значительном количестве, относят к макроэлементов. Макроэлементы бывают основного и кислотного характера. К основным относятся кальций, магний, калий, натрий, к кислым — фосфор, сера, хлор. Продуктами питания, которые содержат макроэлементы кислотного характера, есть мясо, птица, яйца, сыр, хлеб, бобовые и т. д.
  • В молоке, кефире, овощах, многих ягодах, фруктах содержатся макроэлементы основного характера.
  • Микроэлементы — это группа химических элементов, присутствующих в организме человека и животных в малых концентрациях. Суточная потребность в них выражается в миллиграммах или долях миллиграмма. Микроэлементы обладают высокой биологической активностью и необходимы для жизнедеятельности организма. К таким микроэлементам относятся железо, медь, кобальт, никель, марганец, стронций, цинк, хром, йод, фтор. Недостаток этих веществ в питании может привести к структурным и функциональным изменениям в организме, а их избыток обладает токсическим действием. Наиболее дефицитные минеральные элементы в пище человека — кальций и железо.
  • корм питательность энергия животное
  • 1. Баланс веществ и энергии в организме животного
  • Проведение специальных опытов на животных по определению переваримости питательных веществ кормов дает возможность наиболее точно оценить их питательность по сравнению с оценкой по валовому химическому составу. Было установлено, что питательные вещества многих зерновых, корнеклубнеплодов и др. перевариваются животными почти полностью. В то же время отмечена очень низкая переваримость питательных веществ грубых кормов (соломы, мякины и др.).
  • Использование метода оценки питательности кормов по содержанию переваримых веществ нашло широкое применение в практике животноводства многих стран. Однако постепенно стали накапливаться данные о несоответствии питательной ценности отдельных кормов, выраженной суммой переваримых питательных веществ, с их оценкой по влиянию на продуктивность животного. Особенно эта противоречивость отмечалась при использовании животными грубых кормов и концентратов (табл. 1).
  • Табл.1. Использование переваримых веществ грубого корма и концентратов волами при откорме (по И.С. Попову)
  • Группа 1

    Группа 1

    Суточный рацион, кг:

    соломы

    8,00

    5,00

    сена

    8,00

    --

    свекловичного жома

    5,00

    5,00

    хлопчатникового шрота

    3,74

    3,59

    кукурузы

    0,49

    6,37

    На 1000 кг живой массы получали в сутки, кг:

    переваримых питательных веществ

    11,5

    11,5

    переваримого белка

    2,0

    2,0

    Средний прирост на голову, кг

    115,7

    127,9

    Убойная масса, %

    53,0

    57,0

    Содержание воды, %

    62,6

    49,9

    • Представленные данные показывают, что продуктивное действие переваримых питательных веществ выше в рационе с концентратами, по сравнению с рационом, где преобладали грубые корма. Это объясняется тем, что значительная часть переваримых углеводов разрушается в рубце с образованием СО2, СН4, Н2 и теряется в виде энергии метана (до 10−14% энергии переваримого вещества). При этом отмечается потеря до 70% тепловой энергии метана.
    • Пищеварение является начальной фазой питания животного и не дает точного представления о дальнейшем использовании питательных веществ организмом. Поэтому истинную питательность корма, возможно, определить на основе количественных и качественных изменений в обмене веществ животного организма, выраженных в итоге состоянием здоровья, плодовитости, роста и их продуктивности.
    • Для решения данной задачи наукой были разработаны новые методы изучения обмена веществ в организме животного, которые основываются на законе сохранения энергии.
    • 2. Методы изучения обмена веществ и энергии в организмах животных
    • Для изучения материальных изменений в организме животных под влиянием кормления с конца 19 в. широко применяется метод контрольных животных. Для этого подбирают две группы (контрольную и опытную) аналогичных животных (одинаковых по происхождению, возрасту, полу, массе). Перед началом опыта отбирают от них по 1−3 головы и производят убой животных. Все продукты убоя подвергают тщательному химическому анализу на содержание белка и жира и устанавливают их абсолютную массу. Оставшихся животных кормят на протяжении всего опытного периода однотипным рационом (основной рацион). Разница в кормлении между группами состоит в том, что в состав рациона опытных животных входит несколько больше того корма, питательную ценность которого устанавливают. На протяжении опыта строго учитывается поедаемость кормов и их остатки. В конце опытного периода производят контрольный убой наиболее типичных животных (3−5 головы) из каждой группы и определяют количество жира и белка отложенного в теле. По разнице в отложении жира и белка в начале и конце опыта определяют количество отложенных питательных веществ за период опыта и в среднем за сутки в каждой группе. Межгрупповая разница в жироотложении (белок пересчитывают в жир по калорийности) за одинаковый период времени и покажет питательную ценность изучаемого корма. Этот метод удобен тем, что не нужно определять переваримость питательных веществ кормов и не требуется сложного лабораторного оборудования.
    • Более совершенным методом для определения качественных изменений в организме животного под влиянием кормления в настоящее время считается балансовый метод, основой которого является учет поступления и выделения азота и углерода или энергии.
    • 3. Баланс азота и углерода
    • Азот и углерод являются основными элементами потребленного животными корма и входят в состав органического вещества любой продукции.
    • Азотсодержащие вещества корма после процесса переваривания в желудочно-кишечном тракте в основном всасываются в кровь, а непереваримая часть выделяется с калом. Всосавшиеся азотистые соединения в организме животного используются на восстановление тканей и синтез продукции и частично, в виде конечных продуктов обмена веществ, выводятся с мочой.
    • Таким образом, чтобы составить баланс азота в организме животного необходимо знать его количество в корме, кале и моче:
    • N отложения = N корма -- N кала -- N мочи
    • У лактирующих животных из азота корма вычитают еще и N молока.
    • Чтобы установить баланс азота в организме животного проводят опыт по методике определения переваримости корма и дополнительно учитывают выделение мочи, а также молока у лактирующих самок. При этом в зависимости от физиологического состояния животного и уровня кормления суточный баланс азота в теле животного может быть положительным (откладывается в организме), отрицательным (выделяется из организма) и нулевым (равновесие).
    • По балансу азота вычисляют прирост или убыль белка в теле животного, так как он входит в основном в состав белка тканей. Сухое обезжиренное и обеззоленное мясо (мышечный белок) содержит 16,67% азота. Поэтому, отложенный в теле азот — 16,67 умножают на коэффициент 6,0 () и определяют количество отложенного в организме белка.
    • Углеродсодержащиеся вещества корма в процессе переваривания всасываются в кровь, а оставшаяся часть выводится из организма с непереваренными остатками корма. При этом в период переваривания кормов в желудочно-кишечном тракте образуется метан и углекислота, выделяющаяся с кишечными газами. Углерод всосавшихся веществ в процессе межуточного обмена распределяется в организме в отложенных белках и жире, а также в продуктах окисления веществ (углекислоте). Образовавшаяся при окислении веществ углекислота выделяется из организма с выдыхаемым воздухом. Поэтому, чтобы составить баланс углерода в организме животного, необходимо знать его количество не только в корме, кале и моче, но и в кишечных газах и выдыхаемом воздухе:
    • Сотложений = Скорма -- Сдиоксида углерода выдыхаемого воздуха -- Скала -- Смочи -- С кишечных газов
    • У лактирующих животных из углерода корма еще вычитают и углерод молока.
    • Для определения баланса углерода в организме проводят, как и в случае составления баланса азота, опыт на животных. Учитывают выделение кала и мочи, а также молока у лактирующих животных. Учет выделения углерода с выдыхаемым воздухом проводят в специальных опытах по изучению газообмена в респирационных камерах.
    • При изучении газообмена у животного применяют респирационные камеры закрытого и открытого типа (рис. 1). Основным условием при этом является поддержание нормального состава воздуха в камере для животного на период проведения опыта. В камерах закрытого типа воздух прогоняется насосом через систему, поглощающую углекислоту и воду, и вновь возвращается в камеру. При этом в камеру постоянно поступает кислород из баллона.
    • Рис. 1. Схема респирационного аппарата для крупных животных
    • Респирационный аппарат открытого типа представляет собой герметизированную и термостатированную камеру, оборудованную приспособлениями для кормления, поения, доения животного, сбора мочи и кала. Камера имеет системы подачи и выведения воздуха с учетом его количества. На основании данных о составе поступающего в камеру и выходящего из нее воздуха определяют содержание углерода в газообразных выделениях животного.
    • Исходя из баланса углерода в организме животного, рассчитывают, какое количество его идет на образование белка и жира, если известно, что в белке содержится 52,54% углерода, а в жире -76,5%. Количество пошедшего углерода на синтез жира дает возможность определить фактическое жироотложение в организме.
    • Таким образом, зная баланс азота и углерода в организме животного, можно рассчитать фактическое отложение белка и жира в теле животного или количество отложенной энергии. Это наглядно видно на примере среднесуточного баланса азота, углерода и энергии у коровы (табл. 2), (по В. Н. Баканову и В.К. Менькину).
    • Табл.2. Среднесуточный баланс азота, углерода и энергии у коровы
    • Показатели

      Азот, г

      Углерод, г

      Энергия, МДж

      Принято в корме

      266,5

      4413,9

      219,6

      Выделено из организма:

      в кале

      79,4

      1433,0

      69,4

      в метане кишечных газов

      --

      182,4

      15,4

      в углекислом газе

      --

      1661,0

      --

      в моче

      121,2

      194,9

      7,9

      в молоке

      55,0

      725,0

      41,5

      в теплопродукции

      --

      --

      74,3

      Отложилось в теле животного

      10,9

      217,6

      11,1

      Баланс веществ и энергии

      266,5

      4413,9

      219,6

      • По отложенному в организме коровы азоту и углероду определяют количество образовавшегося белка (10,9 г * 6,0 = 65,4 г) и жира (217,6 г — 34,4 г в белке = 183,2 г * 100/76,5 = 239,5 г).
      • Далее рассчитывают количество отложенной энергии в теле коровы за счет белка (65,4 г * 23,86 кДж) и жира (239,5 г * 39,77 кДж) и таким образом определяют суммарную энергию отложения (1562 кДж + 9520 кДж = 11 082 кДж или 11,08 МДж).

      4. Баланс энергии

      Органические питательные вещества кормов необходимы животным не только как материал для построения тканей тела и синтеза продукции (молоко, яйца, шерсть, прирост и т. д.), но и как источник энергии. Поступающая энергия с кормами используется животными, прежде всего для поддержания жизненных процессов (жизни) и для образования продукции (продуктивная энергия). У молодого растущего организма энергия кормов откладывается в основном в виде белка мышечной ткани, у взрослого откармливаемого животного — в виде жира, а у лактирующих животных — в виде составных частей молока. Энергия необходима также для образования шерсти, приплода, яйца и для выполнения работы мышцами тела животных.

      Поэтому химические преобразования переваримых органических веществ корма в организме животного сопровождаются превращениями содержащейся в них энергии и являются единым процессом жизнедеятельности. Следовательно, о материальных изменениях в организме животного можно судить и по балансу энергии.

      Схема баланса энергии в организме животного, разработанная Г. Армсби (рис. 2), может быть выражена следующими уравнениями:

      Эпереваримых веществ = Экорма (валовая) -- Экала

      Э физиологически = Эпереваримых -- Экишечных газов -- Эмочи полезная (обменная) веществ

      Эотложений = Эфизиологически -- Этеплопродукции (нетто, чистая) полезная организма

      Рис. 2. Схема обмена энергии

      За валовую энергию корма принимают определенное количество образовавшегося тепла в результате сжигания единицы массы корма в калориметрической бомбе. В 1 кг сухого вещества большинства кормов содержится 18,4 МДж валовой энергии (при сжигании 1 г протеина освобождается 23,86 кДж, 1 г углеводов — 17,58 и 1 г жира — 39,77 кДж энергии).

      Энергию переваримых питательных веществ определяют по разности между валовой энергией корма и энергией, содержащейся в выделенном кале.

      Энергию питательных веществ, усвоенных организмом в процессе пищеварения, называют обменной энергией. Она представляет собой переваримую энергию за вычетом потерь энергии в моче и кишечных газах (у жвачных — с метаном).

      В организме животного за счет обменной энергии обеспечиваются все основные жизненные функции (работа внутренних органов, поддержание температуры тела, работа мышц и др.).

      У жвачных животных в результате деятельности микроорганизмов в рубце часть энергии представлена в виде теплоты брожения, что составляет 5−10% валовой энергии.

      Таким образом, вся затраченная энергия на обеспечение жизненных функций организма в конечном итоге принимает форму тепла и может быть учтена по теплообразованию в организме. Определяют ее непосредственно у животных, помещенных в респирационные калориметры. Теплопродукцию животного определяют на основании повышения температуры воды в межстенном пространстве респирационного калориметра и введенных поправок на охлаждение или нагревание калориметра окружающей средой.

      В конечном итоге баланса энергии в организме животного остается чистая энергия (энергия отложений), (табл. 2). Следовательно, часть энергии, используемой организмом для образования продукции, называется продуктивной энергией.

      Заключение

      Неправильное питание существенно снижает защитные силы организма и работоспособность, нарушает процессы обмена веществ, приводит к преждевременному старению и может привести к возникновению многих заболеваний, в частности инфекционного характера.

      Рациональным считается питание, обеспечивающее нормальную жизнедеятельность организма, высокий уровень работоспособности и сопротивления воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, максимальную продолжительность активной жизни.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой