Понятие об энергетическом обмене и основные определения

ДЫХАНИЕ

Дыхание (или энергетический обмен) - одна из важнейших физиологических функций организма. В отличие от продукции этот показатель функциональной активности гидробионтов непосредственно отражает интенсивность процесса самоочищения водоема. В процессе катаболизма, или разрушения (распада) сложных органических веществ, на который уходят затраты энергии, связанные с дыханием, происходит их выведение из круговорота (извлечение из водоема). В процессе дыхания животные рассеивают в окружающее пространство энергию, количество которой эквивалентно потребленному ими кислороду или деструкции определенного количества органического вещества. Таким образом, зная скорость обмена веществ у отдельных особей и их количество, можно оценить "работу" популяций конкретных видов или сообществ животных по самоочищению исследуемых акваторий.

Скорость потребления кислорода животными – наиболее доступный показатель скорости обмена веществ (метаболизма) у них. Это особенно справедливо для гидробионтов, поскольку содержание кислорода в воде измеряется сравнительно простыми методами, а получаемые результаты достаточно точны.

Скорость обмена (газообмена), или скорость потребления кислорода – количество кислорода, потребленного одной особью за единицу времени (R).

Интенсивность обмена, или удельная скорость обмена – скорость обмена, отнесенная к единице массы тела животного.

Умножая количество потребленного животным кислорода на оксикалорийный коэффициент (1 мл О₂= 20,34 Дж), получаем количество энергии, рассеянной в процессе дыхания (=интенсивность самоочищения), с достаточной точностью (возможные отклонения не превышают ± 3%).

Для определения энергетических затрат организмов и их роли в деструкции органического вещества необходимы прежде всего количественные сведения об уровне обмена у животных. Скорость потребления кислорода гидробионтами - наиболее доступный показатель скорости обмена веществ (метаболизма).

Различают:

«Стандартный обмен», под которым понимают обмен у животных находящихся в малоподвижном состоянии (очень близко к понятию «основной обмен»).

«Основной обмен» - дыхание в состоянии полной неподвижности.

«Активный обмен» - дыхание, или затраты энергии на движение животных.

«Общий обмен» равен сумме «активного» и «основного» (или «стандартного»).

Методы определения дыхания (метаболизма)

Под интенсивностью метаболизма (обмена) понимают величину энергетического обмена в единицу времени. Интенсивность обмена в принципе можно определять тремя различными способами.

Определение разности между энергетической ценностью потребленной пищи и экскретов

Такой способ основан на предположении о постоянстве состава организма, поэтому он не применим при работе с растущими животными, у которых изменяется (в ту или иную сторону) запас жира или иных веществ. Этот метод технически сложен, и для точности результатов здесь необходим достаточно длительный период наблюдений; нужно убедиться, что организм животного не претерпел существенных изменений в размерах и химическом составе.

Определение общей теплопродукции организма

Здесь учитывается все использованное «топливо», и в принципе этот метод наиболее точен. Практически определения производят, помещая организм в калориметр. При этом могли бы быть получены очень точные результаты, но технически вся процедура очень сложна. При расчете общей теплопродукции необходимо вводить поправки на нагрев потребляемой пищи, испарение воды и т.п. Кроме того, если животное производит внешнюю работу, не переходящее в тепло, эта работа должна быть добавлена к найденной величине теплопродукции.

Измерение количества кислорода, используемого в процессах окисления

Измерять потребление кислорода технически несложно, и такой метод настолько широко применяется для оценки интенсивности обмена, что эти два понятия часто употребляются как взаимозаменяемые. Почему количество потребленного кислорода может служить мерой интенсивности обмена? Дело в том, что количество тепла (энергии), выделяющееся при использовании кислорода в метаболических процессах, почти не зависит от того, окисляются ли белки, жиры или углеводы. На 1 мл О при окислении углеводов выделяется 5 кал, жиров – 4,7 кал, белков – 4,5 кал. Т.е. различия не превышают 10%, поэтому в расчетах в качестве меры интенсивности обмена обычно используют среднюю величину – 4,8 кал на 1 мл О₂ [1мгО= 3,4 кал = 14,24 Дж].

Можно ли определять интенсивность метаболизма по выделению СО₂?

Теоретически да, а на практике нет, т.к. различные питательные вещества дают разное количество энергии в расчете на 1 мл образовавшегося СО₂. Углеводы дают 5,0 кал на 1 мл СО₂, а жиры – 6,7 кал. Таким образом, для жиров этот показатель на 1/3 выше, чем для углеводов, и если мы не знаем, использовались ли в обмене жиры или углеводы, ошибка при расчетах может быть весьма значительной. Поэтому выделение двуокиси углерода не может быть надежным показателем интенсивности обмена.

Дата добавления: 2015-05-08