Терморегуляция животных
4. Терморегуляторные реакции
4.1 Испареие
Большая часть тепла отнимается от организма в условиях испарения воды с увлажненной поверхности тела. Испарение воды осуществляется у гомойотермных животных с кожи и со слизистых оболочек. При высокой температуре окружающей среды животные увлажняют свою кожу посредством секреции пота или, погружаясь в жидкую грязь и лужи. В некоторых ситуациях увлажнение происходит за счет облизывания определенных частей тела (например, у крыс). Эффективно работающие потовые железы, выделяющие большое количество жидкости с небольшим содержанием минеральных веществ, широко распространены (от людей до парнокопытных). За счет испарения пота человек теряет до 816 Вт х м 2, и, несмотря на это, в условиях высокой температуры окружающей среды в течение многих часов способен стабилизировать температуру тела.
Другие млекопитающие, такие как жвачные животные, располагают потовыми железами, продуцирующими вязкий пот. Его количество не так велико, чтобы при высокой температуре окружающей среды обеспечить теплоотдачу. В противоположность лошадям у жвачных животных при высоких температурах возникает одышка.
Однако у большинства животных нет потовых желез, или они функционируют инертно. У таких организмов, как и у жвачных животных с их незначительными возможностями к секреции пота, решающую роль при высоких температурах окружающей среды играет теплоотдача через систему дыхания.
С увеличением температуры окружающей среды у животных начинается одышка. Вдыхаемый воздух в воздухоносных путях, начиная с полости носа и глотки и далее трахеи и бронхов, насыщается водяными парами. Тепло отдается со слизистых оболочек полостей носа, рта и глотки путем испарения.
Одышка особенно типична для собак. С увеличением частоты дыхание становится поверхностным, и с каждым вдохом принимаемое количество воздуха (дыхательный объем) начинает снижаться. Конечным результатом возросшей частоты дыхания и сниженного дыхательного объема обычно является увеличение минутного объема дыхания.
Частота дыхания значительно возрастает у животных с гипертермией, когда температура ядра начинает повышаться, что ведет к раздражению внутренних терморецепторов. Повышение температуры ядра до 40,5-41,5°С изменяет тип одышки. Дыхание вновь углубляется, минутный объем дыхания возрастает еще больше, и теплоотдача выражено увеличивается.
Во время первой фазы одышки животное вдыхает через нос, а выдыхает через полость рта. При температурных условиях ниже комфортного уровня, когда через нос проходит вдыхаемый и выдыхаемый воздух, в полости носа осуществляется интенсивный обмен тепла и воды по принципу противоточного механизма. Вдыхаемый воздух охлаждает слизистую оболочку носа и одновременно обезвоживает воздух, который возвращаясь из легких в полость носа, имеет более высокую температуру и влажность чем слизистая оболочка полости носа. В этих условиях большая часть полученных при дыхании водяных паров и принятого тепла вновь отдается слизистой оболочке носа. При выдыхании через полость рта механизм экономии воды нивелируется. Воздух проходит влажную и теплую полость рта, где создаются условия для испарения водяного пара. Эффективность тепловой одышки очень высока. Во время второй фазы одышки животное вдыхает и выдыхает через полость рта. К этому моменту времени слизистая оболочка полости рта начинает интенсивно снабжаться кровью, секреция слюны возрастает, что, несмотря на существенный обмен воздуха при дыхании, стабилизирует теплообмен в полости рта.
В отличие от секреции пота у механизма одышки имеются три недостатка. Во-первых, максимально возможная теплоотдача дыхательной системы не столь значительна. Во-вторых, одышка обуславливает выраженную активацию дыхательной системы. В этом аспекте следует оговориться, что у животных с частотой дыхания, приближающейся к резонансной частоте грудной клетки, происходит экономное расходование энергии и, несмотря на увеличенное потребление кислорода дыхательной мускулатурой, обеспечивается оптимальная частота и глубина дыхания. Коэффициент полезного действия тепловой одышки составляет у собак 61%. Это означает, что лишь 39% образуемой во время одышки энергии переходит в тепло. Наконец, в третьих, во время одышки увеличивается выведение из организма углекислого газа. Парциальное напряжение углекислого газа в венозной крови может понизиться с обычных 46 мм рт. ст. (6,1 кРа) почти на 10 мм рт. ст. (1,3 кРа). Развивается респираторный алкалоз, который существенно нарушает обмен веществ. У млекопитающих алкалоз сопровождается уменьшением кровоснабжения мозга.
4.2 Значение волос и перьев
При низкой температуре воздуха у млекопитающих приподнимаются волосы, а птицы расправляют свои перья. ")то сопровождается возрастанием пограничного слоя и лучшей изоляцией оболочки тела. У многих видов птиц эта форма температурной регуляции является начальной реакцией на падение температуры окружающей среды. Она эффективнее других форм температурной регуляции. К примеру, черные дрозды, нахохлившись при низкой температуре окружающей среды, способны стабилизировать температуру тела, лишь незначительно повышая энергообмен.
Американские ученые исследовали терморегуляторное поведение у кур-несушек. Для этого им понадобилось обучить животных пользоваться рычагом, с помощью которого можно было включать нагревательную лампу или устройство для охлаждения. Опыты длительное время заканчивались неудачей, поскольку курицы при снижении температуры воздуха расправляли перья и сидели, нахохлившись, не включая нагревательную лампу. Лишь когда большая часть пуха со спины кур была тщательно удалена, животные обучились пользоваться устройством для обогрева.
Значение оперения для температурной регуляции птиц дает следующая экспериментальная справка. У кур-несушек с нормальным оперением было определено соотношение между величиной теплопродукции и температурой окружающей среды.Соотношение описывается классической формулой через кривую параболической формы, нижняя часть которой располагается в зоне около 25°С. Совершенно иначе выглядит теплопродукция кур-несушек, у| которых за несколько дней до начала эксперимента под наркозом удаляли перья. Максимальный энергообмен у них отмечается при 20С. и он начинает прогрессивно снижаться как при повышении, так и при падении температуры окружающей среды.
Как упоминалось ранее, отношения между температурой окружающей среды и теплопродукцией в более широкой температурной области можно выразить через полином третьей степени. Это относится также к минимуму (термически нейтральной зоне) и к максимуму (температуре максимального энергообмена). Из этого можно заключить, что обе полученные кривые являются частью одной более общей кривой. У кур, имеющих нормальное оперение, и у кур без оперения, значения располагаются по разным сторонам кривой. У кур без оперения при температуре воздуха +20°С проявляются терморегуляторные реакции, в то время, как у кур, имеющих хорошее оперение, впервые эти реакции могут наступать лишь при температуре окружающей среды от -50 до -70°С
5. Оптимальные температуры для гомойотермных
5.1 Механизмы функциональных влияний
Условия окружающей среды влияют на функции животного организма прямым и опосредованным путем.Прямое влияние заключается в том, что соответствующие факторы окружающего мира непосредственно изменяют деятельность органов или систем организма. Влияние является непрямым, если раздражители действуют на рецепторы организма, откуда сигнализация передается в центральную нервную систему и после обработки по нисходящим нервным путям изменяет функцию органов.
У гомойотермных животных большую роль играют непрямые температурные влияния. Лишь в экстремальных ситуациях, когда нарушаются границы гомойотермии и температура ядра тела либо снижается, либо повышается, могут быть действенными прямые влияния.
Система температурной регуляции развивалась постепенно в процессе эволюции. При этом использовались сформированные регулирующие системы. Поэтому понятно, что при изменении температуры окружающей среды изменения возникают во многих других функциональных системах.
Между согласованно функционирующими регулирующими системами существует строгая субординация, и в этой иерархии системы температурной регуляции занимают особо высокое положение. Гак, при сильных температурных воздействиях на организм изменения развиваются но многих регулирующих системах. Если сдвиги переходят определенную грань, то они начинают сказываться на биохимическом уровне, что негативно отражается на функциях организма. Эта закономерность имеет особое значение для сельскохозяйственных домашних животных, поскольку от этих сдвигов зависят специфические функции. Результатом таких изменений может быть падение производства мяса, молока, яиц. шерсти. Все эти функции являются производными работы в некотором смысле одной кибернетической системы, а также отражают результат деятельности различных регулирующих систем организма. Можно сформулировать мысль еще и так - на передний план в регуляции деятельности организма выходит формирование условий для стабилизации жизненно важных функций. Если температурные условия разумно и направленно изменять, то можно влиять на продуктивность.
Условия современного животноводства значительно ограничивают возможности животных к терморегуляторному поведению, что связано с созданием оптимальных климатических условий в хлеву, имеющих важнейшее значение для всех функций организма.
Нельзя забывать и о том. что функции животных изменяются не только под влиянием температуры окружающей среды, но и других климатических факторов (скорости воздушных масс, влажности воздуха, интенсивности теплового излучения и т.д.).
5.2 Влияние приема пищи
Прием пищи необходим для функционирования исполнительных органов в разнообразных регулирующих системах. Регуляция обмена воды и энергии также критична для температурной регуляции. С увеличением температуры окружающей среды прием пищи снижается. Вследствие этого системы температурной регуляции разгружаются. Уменьшение количества принимаемой пищи, в свою очередь, может привести к быстрому нарушению функций. Отношение между температурой окружающей среды и количеством принимаемой пищи описывается математически в виде функции параболической форм
5.3 Влияние теплопродукции
У гомойотермных животных при снижении температуры окружающий среды температура ядра поддерживается на стабильном уровне, поскольку часть принимаемой энергии превращается в тепловую энергию
5.4 Влияние на образование гормонов
Экстремальные температуры окружающей среды влияют на деятельность эндокринных желез. Так. при повторяющихся воздействиях высокие температуры воздуха снижают секрецию гормона роста, тормозят функцию щитовидной железы и выделение глюкокортикоидов из надпочечников, а также образование половых гормонов. В условиях низких температур окружающей среды энергетический обмен повышается преимущественно за счет активации гормонов. усиливающих интенсивность обменных процессов, особенно, глюкокортикоидов и катехоламинов надпочечников, а также глюкагона поджелудочной железы. Интенсивное повышение энергообмена ослабляет другие функциональные проявления жизнедеятельности.
Заключение
Курсовую можно закончить, сформулировав ряд открытых вопросов. Это обусловлено тем, что в области температурной регуляции много неясных проблем. Они касаются, в частности, таких теоретически важных представлений как уточнение роли терморегуляторно важной сети нейронов в переднем гипоталамусе, локализации экстрацеребральных терморецепторов во внутренних органах, механизмов влияния на температурную регуляцию сигнализации от рецепторов скелетной мускулатуры. Нельзя не упомянуть о вопросах прикладного характера, важных для жизни людей и для оптимального содержания подопытных и домашних животных, для защиты от вредителей животных и, наконец, для сельскохозяйственной продукции (улучшение качества молока и т. д.). Как и во многих областях биологии, в термофизиологии ряд вопросов интенсивно изучается, исследование других проблем находится в зачаточном состоянии - достаточно вспомнить лишь сложную концепцию о биологически оптимальной температуре и термически нейтральной зоне.
Накопленные факты позволяют надеяться на новый прогресс в будущем.
Список литературы
1. В.Г. Скопичев, Т.А. Эйсымонт, «Физиология животных и энтология» М.:КолосС, 2003г.
2. Иванов К.П. Основы энергетики организма. Т.1. Общая энергетика, теплообмен и терморегуляция. - Л.: Наука, 1990. - 307с.
3. Кульчицкий В.А. Функции вентральных отделов продолговатого мозга. -Минск: Навука i тэхшка, 1993. - 175с.
4. Макарук М.А. Мотузко Н.С. и др. Патология терморегуляции: учебно-методическое пособие для студентов факультета ветеринарной медицины и слушателей ФПК / М.А.
5. Макарук М-во сел. хоз-ва и продовольствия РБ, Учреждение образования Витеб. гос. акад. ветеринар. медицины Витебск [УО ВГАВМ], 2005
6. Нихельман М. Температура и жизнь. -Пер. с нем. Минск Полибиг, 2001
7. Турин B.H. Терморегуляция и симпатическая нервная система. - Минск: Навука i тэхнжа, 1989.- 231с.
8. Турин В.Н. Механизмы лихорадки. - Минск: Навука i тэхшка, 1993. -165с.