ANYAGCSERE, ENERGIAFORGALOM, HŐSZABÁLYOZÁS Novotniné Dr. Dankó Gabriella Debreceni Egyetem MÉK
ANYAGCSERE (metabolizmus): mindazok a kémiai és energetikai átalakulások, amelyek a szervezetben végbemennek. AZ ENERGIAFORGALOM a sejt energiaátalakítási, energia-felvételi és energia-leadási folyamatainak összessége.
A létfenntartáshoz és a termeléshez szükséges energiát az állati szervezet a takarmányból felvett táplálóanyagok biológiai oxidációja útján állítja elő. A tápanyagok lebontása során keletkező energia magas energiatartalmú kémiai kötésekbe épül be Az energiaszolgáltató oxidáció több lépésből álló folyamat, melyet katabolizmusnak, lebomlásnak nevezünk. A szervezetben az energia nagy energiájú foszfátvegyületek (ATP, kreatinfoszfát) alakjában, vagy egyszerűbb molekulákból szintetizált fehérjékben, zsírokban és szánhidrátokban tárolódik (ezek képződéséhez E kell = anabolizmus, felépítés)
Az alapanyagcsere az az energiatermelés, amely a teljes nyugalomban lévő egyedben mérhető. A vizsgált állat testnagyságától függ, a nagy testű állatok ugyanannyi idő alatt több hőt termelnek. Értékét több tényező módosítja (pl. izommunka, életkor, vegetatív idegrendszeri hatás, alvás, alultápláltság, láz, környezeti hőmérséklet, földrajzi elhelyezkedés). A tápanyagok specifikus dinámiás hatása: táplálékfelvétel után 2-3 órán keresztül az alapanyagcsere nő.
Rubner több, mint 100 éve tette közzé megfigyelését, amely szerint a táplálékfelvétel az egyes tápanyagokra jellemző mértékű extra hő leadást vált ki. Ez annyit jelent, hogy a mért energia forgalom számottevően megnő, ha a személy eszik, azaz, ha minden egyéb feltétel változatlan marad, akkor a táplálékfelvétel önmagában is órákon át tartó alap energiaforgalmat meghaladó hő leadást, kalória felhasználást eredményez. Rubner ezt a hatást Specifikus Dinamikus Hatásnak (SDH) nevezte. Fehérjefogyasztás esetében az emelkedés 25-30%-os, a szénhidrátoké 6%, a zsíroké 4%. A tipikus vegyes étrend mellett az átlag 6%. Ez utóbbi még egy diétás célokra nem módosított étkezésre vonatkozik. Tanulság: Minden egyes étkezés gyorsítja az anyagcserét, ezért a minél többszöri étkezés nagyon fontos a diéta alatt is. Másodszor a különböző tápanyagok dinamikus hatása eltérő és ezért arányuk manipulálása fontos fegyver a diétázók számára. Végül, az energiaforgalom legnagyobb mértékben a vázizomzat munkájától függ. Ennek során a hőtermeléshez hozzájárul a fizikai aktivitás szimpatikus idegrendszert aktiváló és az adrenalin, noradrenalin fokozott kiválasztását serkentő hatása is.
A táplálóanyagok egy részét az állatok az életfenntartásra használják fel (légzés, vérkeringés, kiválasztás, idegműködés fenntartása, a nyugvó vázizomzat energiaforgalma), a másik része pedig a termeléshez (tej, hús, tojás) szükséges. A szervezet az energiamérlegét igyekszik egyensúlyban tartani neurohormonális reguláción keresztül. Az anyagcserét és a szervezet energiaháztartását sok hormon szabályozza. Ezek közül a pajzsmirigy hormonok (tiroxin, trijód-tironin) kalorigén hatása a legjelentősebb. Az inzulin a legfőbb zsírlebomlást gátló hormon, mert hatással van az enzimekre a zsírsejtekben.
Zsírtárolás-Lipogenezis Szénhidrátok fogyasztása során megemelkedik a vércukor, majd ennek hatására inzulin szintje. Ez aktiválja azokat az enzimeket (acetil-koa karboxiláz, zsírsav szintetáz), melyek katalizálják a glukóz glicerinné, majd a szabad zsírsavakkal együtt zsírsavvá történő átalakulását, észterifikációját. Ezek felvétele a zsírszövetbe a lipoprotein lipáz (LPL) hatására történik, mely szintézisét és aktivitását az inzulin emeli. Zsírszövet lebontás-lipolízis A lipolízis a fordított folyamat, melyben a triglicerid molekulák hidrolízise során szabad zsírsavak és glicerin keletkezik. Ezek passzív diffúzióval kiszivárognak a sejtből és a keringésben eljutnak oda, ahol szükség van rájuk energiaként. Ha ez nem történik meg, akkor visszaalakulnak és újra elraktározódnak.
A takarmányok kémiai összetétele
Lavoisier és Laplace 1780-ban megállapította, hogy az állati szervezet a tápanyagok lassú elégetése, oxidációja útján jut energiához, és az így felszabadult energia teljes égés esetén megegyezik a tápanyagok égéshőjével. Az energia megmaradása elvének érvényességét az állati szervezetben Rubner (1891) igazolta.
Antoine Laurent de LAVOISIER (1743-1794) Francia vegyész; a kémia mellett botanikát, csillagászatot és ásványtant is tanult. 1765-ben pályázatot adott be Párizs világításának megjavítására. Részt vett Franciaország geológiai térképének szerkesztésében. A lőporgyártás főfelügyelője és főadóbérlő volt. A nagy francia forradalom idején ezért a tevékenységéért végezték. ki. Pièrre Simon marquis de LAPLACE (1749 1827): francia matematikus, fizikus, csillagász és politikus
A takarmány energiatartalmának meghatározása Direkt kalorimetria a takarmány bombakaloriméterben való elégetése vagy az állat által termelt hőmennyiség mérése Indirekt kalorimetria- mivel az állatok anyagcserefolyamatainak többsége aerob körülmények között zajlik, az igen jól jellemezhető az adott időegység alatt végbemenő oxigénfelvétellel.
Légzési hányados A kilélegzett levegőben mért légzési gázok azonos időben mért mennyiségének aránya egy dimenzió nélküli viszonyszámot ad, a légzési hányadost (respirációs kvóciens: RQ= CO 2 /O 2 ) Az RQ érték tájékoztat arról, hogy a vizsgálat ideje alatt milyen tápanyagkomponens oxidációja történt.
A takarmányból származó energia hasznosulása
HŐSZABÁLYOZÁS (thermoregulatio): Az állandó testhőmérsékletű (homoioterm) szervezetek a környezeti hőmérséklet változása ellenére képesek a jellemző testhőmérsékletüket fenntartani. A belső testhőmérséklet állandósága (izotermia) a homeosztázisra jellemző lényeges élettani állandó, a szervezet életfolyamatai (enzimatikus folyamatok) a viszonylag állandó testhőmérséklethez kötöttek. A homoiotermia a hőtermelés és hőleadás egyensúlyában valósul meg. Az izotermia állandóságának egyik biztosítéka a vér és a szövetek közötti folyamatos hőkicserélődés.
A bőr és a testfelszínhez közelebb eső szervek hőmérséklete kisebb, mint a belső szervekben mérhető értékek. Ezen különbségek alapján beszélhetünk maghőmérsékletről, ami a belső szervek hőfoka és köpenyhőmérsékletről, ami a test felületén mérhető. Háziállataink belső hőmérsékletét a végbélen (per rectum) mért értékekkel fejezik ki.
A HŐLEADÁS FAJTÁI A sejtekben folyó oxidáció következtében állandó a hőtermelés. A feleslegtől a szervezet megszabadul, így védekezik a túlságos felmelegedés ellen. A hőleadás módozatai: Vezetés (conductio) Áramlás( convectio) Sugárzás (radiatio) Párolgás (perspiratio)
VEZETÉS (conductio) A folyamat lényege az állat teste és azzal közvetlenül érintkező anyag közötti hőkicserélődés. A nagyobb hőmérsékletű helyről a kisebb felé áramlik a hő. A levegő rossz hővezető, a szőrzetben és a tollazatban lévő pufferlevegő védi az állatokat a lehűléstől. A párás levegőben lévő víz viszont növeli a vezetőképességet. Hasonló a folyamat a nedves, hideg padozattal történő érintkezés estében is.
ÁRAMLÁS (convectio) Az áramlással történő hőleadás a vezetésnél jelentősebb mértékű lehet. A test felszínét körülvevő levegőréteg felmelegszik. Akár az állat, akár a levegő mozdul el, ez a pufferlevegő kisebb-nagyobb mértékben kicserélődik. A test felszínéről a friss levegő ismét hőt von el. A hőkicserélődés mértéke a légáramlás sebességének négyzetével arányos.
SUGÁRZÁS (radiatio) A hősugárzás által jelentős lehet a hőveszteség. Ebben az estben a meleg bőrfelületről távozó infravörös sugarakat a környezet hidegebb tárgyai veszik fel. A száraz levegő alig, a párás már jelentős mértékben nyeli el az infravörös sugarak formájában távozó energiát. A vezetéses, áramlásos és sugárzásos hőleadási módozatokban jelentős szerepe van a vérelosztás szabályozásának is. Amikor a bőrerek kitágulnak (vasodilatio) a hőleadásra alkalmas felület megnagyobbodik.
PÁROLGÁS (perspiratio) E jelenség alkalmával a testben felmelegedett víz elpárolgása révén igen eredményes hőleadás jön létre. A verejtékmirigyek fokozott szekréciója jelentős mértékű hőleadást eredményez. A verejtékezni csak kissé, vagy egyáltalán nem képes fajokban a párolgási hőleadás elsősorban a légutakon keresztül történik (hőszabályzó polypnoe). A környezet hőmérsékletétől és a levegő páratartalmától függően az állat összes hőleadásán belül az egyes hőleadási típusok aránya változik.
A HŐTERMELÉS A test belső hőmérsékletének csökkenésekor a hőszabályzó mechanizmusok azonnal megkezdik a hőtermelést (thermogenesis), illetve csökkentik a környezetbe történő hőleadást. Vasocontractio - a maghőmérsékletet átvett vér kevesebb hőt ad le Összehúzódnak a szőr-, ill. tollborzoló izmok - megnő a pufferlevegő mennyisége Kémiai hőszabályozás - a szervezet anyagcseréje fokozódik Izomban fibrilláris rángás lép fel (didergés)- nő a hőtermelés Neurohormonális szabályozás sympato-adrenalis hatás: fokozódik az adrenalin és thyroidhormon leadás, mobilizálódnak a tartalékok, fokozódik a sejtoxidáció és az azt kísérő hőtermelés.
A HŐSZABÁLYOZÁS KÖZPONTJA Hypothalamus (HT) elülső magcsoportja: hűtőközpont hátulsó magcsoportja: fűtő központ A hőközpont igen közel helyeződik a vegetatív idegrendszeri iránytó magcsoporthoz. A szimpatikotónia fokozza, a paraszimpatikotónia csökkenti az alapenergia forgalmat, amellyel fűti vagy hűti a szervezetet. A szabályzó mechanizmusok kiváltásának adekvált ingere a test mindenkori belső hőmérséklete. A HT-n átfolyó vér hőmérsékletét termosztátként érzékelik az adott magcsoport idegsejtjei: Vérhőmérséklet emelkedés elülső magcsoport aktiválódik paraszimpatikotónia fokozódik (bőrerek tágulása, verejtékezés, lihegés, fokozódó nyálelválasztás) Vérhőmérséklet csökkenés hátulsó magcsoport aktiválódik szimpatikotónai fokozódik (szőr és toll borzolás, bőrerek összehúzódása, didergés, növekszik a a pajzsmirigyből és mellékvesevelőből a hormonok kiáramlása, glikogén és zsírraktárok mozgósítása) Kisebb mértékben a testfelületen elhelyeződő hőmérséklet érzékelő végkészülékekből (thermoreceptorok) is származnak információk.
A KÜLSŐ HŐMÉRSÉKLETHEZ TÖRTÉNŐ ALKALMAZKODÁS Közömbös hőzóna (termoneutrális zóna): az a külső hőmérsékleti sáv, amely adott faj számára a legkedvezőbb. Ilyenkor a takarmányból származó ME nagyobb hányada marad meg nettó energiaként, amit az állat a létfenntartás mellett a termelésre fordíthat. Kritikus hőmérséklet: alsó kritikus hőmérsékletnél a hőtermelés maximumának elérését követően az állat kimerül, a testhő drámaian zuhan (hypothermia) és bekövetkezik a fagyhalál. A felső kritikus hőmérséklet is energiamozgósítással jár, a hőleadási lehetőségek kimerülése a testhő emelkedéséhez vezet (hyperthermia), amelynek végletes mértéke a hőguta.
A szervezet hőtermelő és hőleadó folyamatai a hőmérséklet függvényében
A SZÉLSŐSÉGES HŐMÉRSÉKLETI HATÁSOKHOZ TÖRTÉNŐ ALKALMAZKODÁS MEGNYILVÁNULÁSAI Láz estén valamilyen belső és/vagy külső lázkeltő (pyrogen) anyagok a HT központot ingerlik. Hideg elleni védekezés: zsírdepók, téli bunda, téli álom (hybernatio), barna zsírszövet megnövekedése, magatartási hőszabályozás (összebújás), szőrnyalogatás.
A szövetekben a zsír jellegzetes módon helyeződik el, lazarostos kötőszövetből fejlődik ki. A lazarostos kötőszövet egyes sejtjeiben zsírcseppek jelennek meg, a zsírcseppek megnagyobbodva összeolvadnak, végül az érett zsírsejt nagy részét a zsír teszi ki, a plazma és a sejtmag félretolódik. A sejtközötti állományban rostok, erek vannak. A zsírszövetnek két jellegzetes alaptípusa van: a fehér, ami a legelterjedtebb az állatvilágban, és a barna, amelynek az előfordulása csak egyes fajokban és/vagy a korai posztnatalis időszakban, és akkor és ott speciális régiókban mutatható ki.
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET