Матеріал лекції

Лекція №4

ТЕПЛООБМІН МІЖ ОРГАНІЗМОМ І ДОВКІЛЛЯМ. АДАПТАЦІЯ І АКЛІМАТИЗАЦІЯ ТВАРИН.

План

1. Температура важливий фактор зовнішнього середовища

2. Гігієнічна оцінка теплопродукції та тепловіддачі організму тварин

3. Реакція організму на дію високих та низьких температур

4. Умови успіху акліматизації та адаптації тварин

1. Температура важливий фактор зовнішнього середовища

Температура повітря - основний фізичний подразник організму тварин. Гігієнічне значення температури зовнішнього середовища полягає в тому, що вона має великий вплив на теплорегуляцію організму тварин.

У залежності від температури навколишнього середовища організм пристосовує або перебудовує свою теплорегуляцію.

При зниженні температури збільшується теплоутворення в результаті підвищення обміну речовин в організмі і зменшується тепловіддача, а при підвищенні температури повітря до певних меж знижується теплоутворення і збільшується тепловіддача.

Таким чином, для тварин небажані ні занадто низькі, ні занадто високі температури, так як вони викликають значні фізіологічні та морфологічні зміни в організмі, знижують продуктивність тварин та ефективність використання кормів, сприяють підвищенню захворюваності та відходу. Тому необхідно утримувати тварин у приміщеннях з такою температурою повітря, при якій обмін речовин в організмі протікає найбільш економно та ефективно.

2. Гігієнічна оцінка теплопродукції та тепловіддачі організму тварин

Здатність організму підтримувати постійну температуру тіла на певному рівні при зміні температури зовнішнього середовища називають терморегуляцією.

За реакцією на зовнішні температури тварини діляться на

• гомойотермні (з постійною температурою тіла)
• пойкілотермні (змінною температурою тіла).

Гомойотермні тварини підтримують постійну температуру тіла, незважаючи на різкі зміни зовнішніх температур. Сталість температури тіла пояснюється наявністю теплового рівноваги організму, тобто рівноваги між утворенням тепла і його віддачою в зовнішнє середовище, або збалансуванням приходу і витрати тепла.

Завдяки добре розвиненому механізму терморегуляції теплокровні тварини утримують температуру тіла в оптимальних межах (37 - 40°С). За нормальних умов життєдіяльності температура тіла у сільськогосподарських тварин може коливатися в невеликому діапазоні залежно від вікових, породних і індивідуальних особливостей.

Сталість температури їх тіла забезпечується взаємним поєднанням двох процесів:

• теплопродукції (хімічна регуляція)
• тепловіддачі (фізична терморегуляція)

Хімічна терморегуляція здійснюється шляхом зміни рівня обміну речовин і посилення або ослаблення процесів теплоутворення під впливом температури повітря. Це такий тип терморегуляції, при якому переважає регуляція теплообміну за рахунок зміни величини теплопродукції.

В організмі тварин тепло утворюється в результаті окислювальних процесів, що протікають в кожному органі і тканинах, особливо в печінці і м'язах. Теплопродукція забезпечується за рахунок основного обміну, обміну травлення, динамічної дії корму і м'язової роботи. Отримане тепло покриває до 90% всієї потреби організму в енергії.

Величина основного обміну відносно постійна, тоді як теплопродукція при регулярні годівлі і в моменти роботи дуже мінлива і залежить від рівня годівлі, умов утримання і експлуатації.

Наприклад, корова в стані спокою за 1 годину на 1 кг живої маси виділяє від 0,6 до 2,5-3,0 ккал тепла. Корова, що не отримує корми, в положенні стоячи витрачає енергії приблизно на 9% більше, ніж в лежачому положенні. У процесі пересування зі швидкістю 3 км/год вівця масою 50 кг виділяє додатково до 40 ккал/год. Кінь масою 450 кг на 1 кг живої маси за 1 годину в стані спокою споживає 1,7 л кисню і виділяє 1,6 л вуглекислого газу і 1,13 ккал тепла, а при помірній роботі - відповідно 15,7-13,7 л і 10,46 ккал. При важкій роботі ці величини зростають відповідно до 29,3 - 28,0 л і 19,5 ккал.

Під фізичною терморегуляцією розуміється увесь комплекс процесів, пов'язаний з витратою організмом теплової енергії і віддачею тепла в навколишнє середовище. Це такий тип терморегуляції, при якій переважає механізм тепловіддачі. Тепловіддача у тварин здійснюється головним чином через шкіру, легені і у відносно меншій мірі - через органи травлення і з сечею.

Утворене в організмі тепло - результат аеробного і анаеробного розпаду білків, жирів і вуглеводів: в процесі розщеплення 1 г білків утворюється 4,2 ккал тепла, 1 г жирів - 9,2 ккал, 1 г вуглеводів - 4,2 ккал. За рахунок окислювальних процесів в організмі утворюється до 90% всієї потрібної енергії, і тільки 10% теплоти надходить ззовні.

На частку м'язів припадає до 70% виробленої теплоти, на інші тканини - 30%. Добова теплопродукція (в ккал) на 1 кг маси тварини становить: у коня - 3,1 ккал, корови - 1-2,1 ккал, вівці - 2,1 ккал, свині - 2,9 ккал, кролика - 5,6 ккал.

Терморегуляція, в якій беруть участь головним чином шкіра і органи дихання центральної нервової системи, здійснюється через вегетативну нервову систему в результаті рефлекторного зміни окислювальних процесів і гуморально, завдяки діяльності залоз внутрішньої секреції (мозкової частини надниркових залоз, гіпофіза, щитовидної залози): настає рефлекторна зміна м'язової і серцевої діяльності, відбувається розширення і звуження периферичних судин, секреції потових залоз.

Шляхи віддачі тепла:

• конвекція,
• кондукція,
• тепловипромінювання
• випаровування.

Конвекція - це шлях передачі тепла навколишньому шару повітря, який утворюється навколо тіла тварини як постійно нагріта оболонка, що постійно змінюється; за рахунок конвекції тепловіддача сягає до 35% від загальної втрати тепла.

Віддача тепла конвекцією займає в теплообміні організму з навколишнім середовищем значне місце і здійснюється при безпосередньому зіткненні холодних мас повітря з тілом тварини.

У волосяному покриві тварин утворюється постійно змінна нагріта повітряна оболонка. Більш теплий і насичене вологою повітря замінюється менш нагрітим і сухим, оскільки в приміщенні він знаходиться в безперервному русі.

За рахунок переміщення повітря, нагрітого біля поверхні шкіри, відбувається конвективна теплопередача.

Навіть при комфортних умовах у великої рогатої худоби конвекцією втрачається до 30% всього виділеного тепла. Холодні стіни приміщення різко збільшують тепловіддачу. Зокрема, при зниженні їх температури з 10 до 5°С віддача тепла зростає на 11,0%.

Кондукція, або теплопроведення - це шлях передачі тепла при контакті тіла тварини з холодною підлогою, землею, з огороджувальними конструкціями, а також при купанні тварини.

Тепловипромінювання, або радіація, відбувається у вигляді випромінювання з поверхні шкіри і з глибоких частин організму довгохвильових невидимих інфрачервоних променів.

Випаровування вологи з поверхні шкіри тварин, що мають потові залози, відбувається в результаті потовиділення, на випаровування 1 г вологи витрачається 0,6 ккал тепла.

При низьких температурах тепловіддача у тварин здійснюється за допомогою випромінювання і конвекції, а при високих провідна роль належить випаровуванню.

 Наприклад, у високопродуктивних корів віддача тепла шкірою забезпечується на 9,0-13,5% за рахунок випромінювання, на 20-25% - за рахунок випаровування і на 67,5% - за рахунок проведення і конвекції. Свині зважаючи на слабо розвинені потові залози віддають тепло головним чином через дихальні шляхи.

Віддача тепла випромінюванням має місце у тих випадках, коли температура навколишніх предметів нижче температури шкіри.

На поверхні шкіри, що має температуру 30-36°С, теплова енергія перетворюється в променеву - інфрачервоні промені. Променева енергія поглинається більш холодними поверхнями (стіни, підлога, стеля, перекриття) і вологим холодним повітрям.

При цьому вони нагріваються, а тіло тварини охолоджується, що може викликати застуду з подальшим розвитком запалення легенів, вимені, нирок тощо.

При зміні мікрокліматичних умов у тварин різко змінюється тепловіддача (шляхом конвекції і випромінювання), що зумовлює рівновагу теплопродукції і тепловіддачі в організмі і збереження температури тіла на постійному рівні.

Однак з підвищенням температури навколишнього середовища до температури тіла тварини, особливо при малій рухливості повітря, випромінювання і конвекція не забезпечують повної віддачі надлишків тепла.

Виведення тепла за рахунок випаровування вологи з шкіри має першорядне значення у тварин з досить розвиненими потовими залозами (велика рогата худоба, коні, південні породи овець). Утворення поту залежить від кількості і структури цих залоз.

У тварин зі слабко розвиненими потовими залозами (свині) тепловіддача випаровуванням здійснюється за рахунок частого дихання (поліпне).

Поліпна терморегуляція розвивається за участю центрів проміжного мозку і супроводжується значним зменшенням глибини дихання, різким почастішанням дихання і порівняно незначним зростанням легеневої вентиляції (на 20-40%).

Добре виражена у овець істотно компенсує тепловіддачу при незначному випаровуванні з поверхні шкіри.

Характерною особливістю терморегуляції у жуйних є тривалість - підвищена частота дихання може зберігатися на всьому протязі дії високої температури, що є одним з перших механізмів підтримки теплового балансу.

Зі збільшенням температури з 10 до 40,5 °С частішає дихання у корів, що прискорює розсіювання тепла за рахунок випаровування з поверхні дихальних органів і нагрівання вдихуваного повітря.

Чим холодніше зовнішнє повітря, тим вище віддача тепла. При зниженні температури повітря до -40 °С (незважаючи на значне збільшення кількості вдихуваного повітря) віддача тепла, навпаки, нижче.

Однак тепловіддача за рахунок нагрівання вдихуваного повітря при середніх і високих температурах істотно не впливає на підтримку температурного статусу у великої рогатої худоби.

Тепловіддача за допомогою випаровування з поверхні дихальних шляхів є основним регулюючим фактором для підтримання сталості температури тіла.

Віддача тепла теплопроведення здійснюється при зіткненні тіла тварини з холодним нерухомим повітрям і предметами.

Основні втрати тепла тілом тварини спостерігаються при зіткненні з холодними підлогами, а також при зволоженні шкірних покривів. Чим холодніша підлога і більша різниця температур між ним і тілом тварини та більша поверхня зіткнення, тим вища тепловіддача організму за рахунок теплопроведення.

 Інтенсивність обмінних процесів в організмі тварин знаходиться в зворотній залежності від навколишньої температури.

3. Реакція організму на дію високих та низьких температур.

Температура навколишнього середовища, при якій обмін речовин і теплопродукція мінімальні, тобто енергія корму на підтримання нормальних фізіологічних функцій в організмі витрачається в мінімумі і більша її частина йде на утворення і відкладення поживних речовин, називається зоною теплового байдужості або температурою комфорту.

Діапазон температур, характерний для зони комфорту, лежить нижче температури тіла, але не має чітко визначених меж.

Чим більше пристосований організм тварин до коливань зовнішньої температури, тим ширше зона байдужості.

Для кожної тварини окремо є свої межі зони байдужості.

Вони змінюються залежно від сезонів року, породи, виду, віку, продуктивності тварини, рівня годівлі та умов утримання.

При недостатній годівлі вони будуть вищі, а при збалансованій, залежно від інтенсивності теплоутворення - нижче тощо.

Для вітчизняних порід великої рогатої худоби зона нейтральності знаходиться в діапазоні температур від 4 до 20 °С,

• для високопродуктивних корів - від 9 до 16 °С,
• для овець - від 12 до 20 °С,
• для свиней - від 20 до 23 °С.

4. Умови успіху акліматизації та адаптації тварин

Акліматизація – процес пристосування організму до змін в навколишньому середовищі, часто залучаючи температуру або клімат. Акліматизація звичайно відбувається за короткий час в межах тривалості життя одного організму.

Акліматизація може бути раптовою або являти собою частину періодичного циклу, як наприклад ссавці, що втрачають важке зимове хутро на легший літній одяг.

Адаптація – анатомічна структура, фізіологічний процес, або реакція в поведінці організму, яка розвинулась за деякий проміжок часу в процесі еволюції таким чином, що стала підвищувати довготривалий репродуктивний успіх даного організму. 

Термін «адаптація» також інколи використовується як синонім природного відбору, але більшість біологів не схвалюють такого використання.

Ефект адаптації може бути показаний протягом геологічного проміжку часу, або протягом життя одного індивіда чи групи.

Адаптація – це спосіб, завдяки якому живий організм відповідає на вплив навколишнього середовища.

Одна із звичайних форм фізичної адаптації називається акліматизацією.

Організми, що адаптовані до свого оточуючого середовища, здатні до наступних дій:

• Отримувати повітря, воду, їжу та поживні речовини;
• Пристосовуватись до фізичних характеристик оточуючого середовища, таких як температура, освітленість та вологість;
• Захищатись від природних ворогів;
• Розмножуватись;
• Реагувати на зміни оточуючого середовища.

Адаптації можуть бути структурними, фізіологічними, або адаптаціями поведінки.

Структурні адаптації – це спеціальні частини організму, що допомагають йому виживати в природних умовах. Наприклад, такими адаптаціями можуть бути колір шкіри, форма тіла, або видозміни покривів.

Адаптації поведінки – це видозміни поведінкових реакцій організму у відповідь на зміни в оточуючому середовищі. Наприклад, це можуть бути умовні або безумовні рефлекси.

Фізіологічні адаптації – це системи всередині організму, що дозволяють виконувати деякі біохімічні або фізіологічні процеси – секрецію отрути, підтримання температури тіла, нейтралізацію токсинів при травленні і т. ін.

Можливою є ситуація, коли деяка перевага, що її надає адаптація, з часом зменшується, аж до стану, коли минула адаптація стає шкідливою для виживання виду. Таке явище відомо під назвою «маладаптація», і може зустрічатись серед рослин, тварин або людей в таких областях як біологічні процеси, психологія, та безумовні рефлекси.

Існує велика різниця між адаптацією та зовнішньо схожою на неї акліматизацією. Адаптація виникає та стабілізується протягом поколінь, що змінюють одне одного; акліматизація ж відбувається на проміжку часу всередині життєвого циклу однієї особини, і звичайно пов'язана з набагато менш критичними впливами оточуючого середовища. І включає в себе адаптацію до декількох чинників (впливів навколишнього середовища), які діють на організм одночасно.

Існує також поняття, аклімація, яка на відміну від акліматизації характеризує стан адаптації (пристосування) організму до одного чинника, наприклад температури, вологості.

Організми, що не можуть адаптуватись до навколишнього середовища, покидають його або вимирають. Термін «вимирання» в контексті адаптації означає, що доля організмів, що гинуть протягом деякого проміжку часу, постійно перевищує долю організмів, які народжуються, і цей проміжок часу достатньо великий для повного вимирання популяції.