Организм животных очень чувствителен к недостатку в кормах тех или иных питательных веществ. Потребность в минеральных веществах зависит от вида животного, возраста и продуктивности, физиологического состояния. Они поступают с кормом и водой. В случае их недостаточности добавляют в корм, например NaCl (соль лизунец), мел, фосфорнокислые соли. При необходимости добавляют микроэлементы (йодированную соль), Cu, Со и др. Важно соблюдать в рационе оптимальные соотношения минеральных веществ, например Ca:P = 2:1. При нарушении такого соотношения может возникнуть рахит, остеомаляция. В норме соотношение натрия, калия и кальция составляет 100:1:1,5. Минеральные вещества выделяются из организма в составе мочи, кала, в составе пота.
Натрий – поступает с кормом и водой. Всасывается в тонком отделе кишечника, самая высокая концентрация натрия обнаруживается в плазме крови (300-330 мг %); 95% выводится через почки.
Хлористый натрий – одно из наиболее распространенных соединений Na в организме. Он на 90 % определяет осмотическое давление крови. Важнейшая функция NaCl в организме – регуляция водного обмена. При недостатке NaCl в кормах происходит обезвоживание организма. Оно ведет к потере аппетита, животные становятся вялыми, облизывают окружающие предметы, у них ухудшается усвоение корма, падает продуктивность. Ионы натрия возбуждают мышцы, нужные для проведения импульсов по нервным волокнам. Натрий влияет на скорость роста организма, общий удой и жирность молока у коров. Ферментативные процессы в ядрах и митохондриях могут происходить только при наличии натрия.
Важная функция натрия установлена в последние годы – натрий и калий входят в систему активного переноса аминокислот, углеводов и других метаболитов, т.е. в состав фермента АТФ-азы, активность которого проявляется только в присутствии ионов Na+ и K+. Система эта локализована на клеточной мембране. Так называемый "натриевый насос" действует в 2 стадии – сначала в клетке происходит фосфорилирование фермента-переносчика под влиянием ионов Na+, а на внешней стороне вместо натрия присоединяется аминокислота, глюкоза и т.д. и проходит в клетку. При таком активном транспорте метаболитов натрий играет существенную роль.
Как недостаток, так и избыток натрия приводит к тяжелым нарушениям обмена веществ – угнетению активности ферментов. Повышенное содержание приводит к отечности, гидратации тканей, хрупкости сосудов.
Калий поступает с кормами, всасывается в кишечнике, выделяется через почки. Распределение в тканях отличается от распределения натрия.
Калий относится к числу внутриклеточных элементов, основное назначение – обеспечение внутриклеточного осмотического давления. Он активатор многих ферментов, повышает скорость аэробного, угнетает анаэробное окисление углеводов. Ионы K+ и Na+ участвуют в процессе передачи нервного возбуждения с нерва на иннервируемый орган, обеспечивают образование ацетилхолина – медиатора на нервных окончаниях. Необходим для активирования ферментов, катализирующих последние этапы синтеза белков. В кормах калия достаточно и практически животные его дефицита не имеют.
Кальций – 98 % кальция находится в костях, где он образует кристаллы гидроксилапатита [3Ca3[PO4]2 х Са(ОН)2]. Он содержится в плазме крови 10-15 мг % и клетках, часть в ионной форме, а часть в виде комплексов с белками. Важную роль в клетке выполняет кальмодулин – внутриклеточный белок-рецептор, в составе которого около 30 % аспарагиновой и глутаминовой кислот, является вторичным посредником, М.м 16790. Кальмодулин – кислый белок, изоэлектрическая точка при рН 3,9-4,3, имеет высокое сродство к Ca +. В его молекуле имеется 4 связывающих Ca2+ центра, состоящих из 140 аминокислотных остатков.
Функция Ca2+: ионы кальция участвуют в образовании костной ткани; в качестве активатора ферментов при свертывании крови; Ca2+ понижает возбудимость отдельных участков нервной системы, снижает температуру тела, снижает действие токсинов, повышает устойчивость организма к инфекции, уменьшает гидратацию белков, устраняет вредное действие избытка К, Na, Mg, активирует АТФ-азу мышц и ряд других ферментов.
Усвоение и обмен кальция зависят от витамина D, паратгормона и кальцитонина. Витамин D индуцирует образование кальцийсвязывающего белка, обеспечивающего транспорт кальция из кишечника в кровь и в ткани – кальцитонина. Кальцитонин обеспечивает отложения кальция в костях, паратгормон вызывает его мобилизацию из костей. Обмен кальция между кровью и скелетом тесно связан с обменом углеводов (так, лимонная кислота способна образовывать с кальцием растворимые соли).
Магний – широко распространен в природе, поступает в организм с кормом и водой. Много магния в костях (0,1 %). В отличие от кальция в основном находится внутри клетки (соотношение внутриклеточного к внеклеточному 10:1). Участвует в терморегуляции, необходим для деятельности нервно-мышечного аппарата. Его недостаток вызывает заболевание – травяную тетанию (гипомагниемию). Введение солей магния в кровь ведет к сонливости (наркозу).
Магний активирует АТФ-азу мышц, его ионы входят в комплекс миозина и АТФ, а также в комплексе других ферментов, входит в комплекс ферментов, участвующих в синтезе белка. Магний участвует также в функционировании митохондрий.
У лактирующих коров гипомагнезиемия может развиваться в весенне-летний период при переводе их на кормление зеленой массой.
Железо – физиологическое значение железа велико, его содержание в организме 45 мг/ кг. Примерно 70 % входит в состав гема, участвует в процессе дыхания. Поступает с кормом, в кишечнике образуется апоферритин – комплекс железа с белком, обеспечивающий транспорт железа через мембраны. В печени определенная часть железа задерживается в составе белка ферритина, остальная идет в костный мозг и используется для синтеза гема. Железо, кроме того, содержится в гемосидерине (селезенке). Ферритин и гемосидерин играют роль депо железа в организме, в них Fe составляет 22 % от общей массы.
В плазме крови имеются белки трансферрин и гаптоглобин с гемом – железосодержащие белки.
Недостаток железа в организме приводит к анемии (малокровие). Это чаще наблюдается у поросят, что связано с низким содержанием железа в молоке маток.
Фосфор – широко распространен в природе, в организме встречается как в неорганическом так и в виде органических соединений. В костях животных 30 % золы, в т.ч. 36 % кальция, 17 % фосфора, 0,8 % магния.
Фосфор костей составляет 70-85 % от общего количества этого элемента в организме. В тканях животных содержатся фосфаты, где фосфор находится в пятивалентной степени. Фосфаты содержатся в крови, клетках, межклеточном пространстве, образуя фосфатные буферные системы, используются для образования макроэргических соединений. Роль фосфора в организме разнообразна: он является составной частью костной ткани, компонентом нуклеотидов, нуклеиновых кислот; выполняет роль простатической группы фосфопротеидов, участвует в образовании буферных систем и в построении коферментов (НАД, НАДФ, ФАД, ФМН, HS-KoA и др.), макроэргических соединений (АТФ, ЦТФ, ГТФ, УТФ, креатинфосфат). Соединения фосфора являются посредниками гормональной регуляции (циклический 3',5'-АМФ), активаторами углеводов, аминокислот, продуктов распада жиров в процессе их окисления (глюкозо-6-фосфат, глицерофосфат, 3-фосфоглицериновая кислота и др.).
Обмен фосфата тесно связан с обменом кальция. Меченый фосфат (P32), прежде всего, появляется в АТФ, в органических соединениях.
Недостаток фосфора у животных сопровождается задержкой роста, возникновением рахита, остеомаляции.
Хлор – находится в виде анионов солей натрия, калия, кальция, магния и т.д. во всех жидкостях животных. Анионы Cl- вместе с катионами Na+, K+ поддерживают осмотическое давление плазмы и других жидкостей. Хлор свободно проходит через мембраны клеток, обеспечивает динамическое равновесие Н+-ионов в клетке и окружающей среде. Хлориды используются слизистой желудка для секреции соляной кислоты.
Сера – находится, как правило, в восстановленной форме (сульфидная сера) в составе аминокислот и белков. Особенно много серы в покровных тканях (белках) – шерсть, волосы, копыта, перья, рога.
Сера входит также в состав ферментов. Активированные сульфаты принимают участие в обезвреживании некоторых ядов, возникающих в кишечнике при распаде белков - индола, скатола. В результате соединения серной кислоты с ядовитыми веществами образуются нетоксичные, парные соединения, которые выводятся из организма с мочой.
У жвачных животных сера может использоваться многократно – сначала микрофлорой преджелудков, всасываться из кишечника в кровь через печень, затем выделяться в желудочно-кишечный тракт вместе с желудочным соком и обратно вовлекается в биосинтез аминокислот микрофлорой.
Микроэлементы
Изучению биологической роли микроэлементов посвящены работы В.И. Вернадского, А.П. Виноградова, А.О. Войнара, В.В. Ковальского и многих других. Сейчас известно, что как избыточное, так и недостаточное содержание микроэлементов оказывает вредное влияние на организм животного. Микроэлементы входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и других биологических соединений и играют жизненно важные функции. Содержание микроэлементов в отдельных органах и тканях различное. Например, йод концентрируется в щитовидной железе, цинк – в поджелудочной железе, железо – в эритроцитах и т.д. Недостаток или избыточное содержание микроэлементов в окружающей среде – в почве, воде, кормах приводит к эндемическим заболеваниям (энзоотия).
Марганец – депонируется в печени, его содержание в печени 0,17 % от общего количества марганца в организме. В крови он связан с белком трансферрином. Марганец активирует целый ряд ферментов (тиаминазу, аргиназу, ДНКазу, енолазу и т.д.). Особая роль принадлежит ему в сопряжении окисления с фосфорилированием, в синтезе жирных кислот и холестерола, синтезе гликогена. Усиливает влияние инсулина, ослабляет влияние адреналина на углеводный обмен и т.д. Марганец играет важную роль в воспроизводстве и плодовитости животных, пролонгирует действие многих витаминов.
Недостаток марганца ведет к нарушению костеобразования, формирования скорлупы яиц у птиц, расстройству координации движения, параличу, к снижению оплодотворяемости животных. У самцов происходит дегенерация семенников. К недостатку марганца особенно чувствительны птицы.
Медь – больше всего содержится в печени – до 5 мг %, в крови 0,1 мг %. Лучше усваивается медь из ее органических соединений. Участвует в составе ферментов или как их активатор в процессах кроветворения (оксиредуктазы). Находится в составе цитохромоксидазы, тирозиназы, уратоксидазы, полифенолазы и др. аэробных дегидрогеназ. В крови: в церулоплазмине, эритрокупреине; в печени – в составе гепатокупреина – депо меди в организме.
Важнейшая функция меди – участие в процессах кроветворения – эритропоэзе. Кроме того, медь участвует в превращении железа в форму, доступную для синтеза гемоглобина.
Недостаток меди ведет к анемии, остеопорозу, у молодняка развивается рахитоподобное заболевание, ведет к нарушению развития головного мозга; у самок – прерывается беременность, у овец – снижается качество шерсти (извитость), нарушается образование пигментов – ведет к поседению шерсти и волос. Недостаток меди усугубляется при недостатке кобальта.
Цинк – содержится во всех тканях, депонируется в семенниках (6-8 мг %), поджелудочной железе (4 мг %), печени (до 8 мг %), костях (30 мг %). Цинк входит в состав карбоангидразы эритроцитов, карбоксиполипептидазы, лактатдегидрогеназы, глутаматдегидрогеназы и др. ферментов. Он повышает активность ацетилирующих ферментов, фосфатазы, амилазы, енолазы и некоторых других ферментов. Необходим для формирования четвертичной структуры инсулина и глюкагона, активирует половые гормоны (фолликулин, тестостерон) и гормоны передней доли гипофиза, задерживает свертываемость крови.
Недостаток цинка в рационе ведет к снижению поедаемости кормов, задерживается рост, возникают паракератозы, угнетается синтез белков, жиров, снижается плодовитость самок.
Йод. Первое сообщение о значении йода для организма было сделано Шатэном, 1851 г. Сейчас хорошо известно, что йод является необходимым элементом для организма. Йод в природе распространен мало, имеются зоны, где его очень мало, в таких зонах развивается эндемический зоб. Йод поступает с кормом и водой, всасывается в кишечнике, выделяется с мочой. В основном депонируется в щитовидной железе в виде тиреоглобулина. В кровь выделяется в виде тироксина или моно-, ди-, трийодтиронина. Регулируется обмен йода тиреотропным гормоном. Тироксин оказывает широкое влияние на обмен веществ (обмен энергии, эффективное использование энергии). Недостаток йода приводит к заболеванию эндемическим зобом, задержке роста, снижению продуктивности, устойчивости организма к неблагоприятным факторам. Рождаются поросята, телята, непокрытые шерстью.
Кобальт является жизненно важным элементом, в природе распространен мало. В желудочно-кишечном тракте всасывается плохо, депонируется в печени, в витамине В12, являясь его составной частью (4,5%). Витамин B12 имеет большую роль в синтезе нуклеиновых кислот, кроветворении, образовании гемсодержащих белков (гемоглобин, цитохромы, каталаза). Входит в состав металлоферментов – трансферазы, изомеразы, дипептидазы, является активатором ряда ферментов.
Недостаток кобальта ведет к задержке роста, исхуданию, анемии.
Селен – усваивается в комплексе с цистеином или метионином. Попадая в кровь, присоединяется к белкам. Известно, что селен, как и витамин E, действует как антиоксидант, активирует ферментные системы переноса электронов и сопряжения окисления фосфорилированием. Селен и витамин E действуют взаимно, усиливают эффект, предотвращают перекисное окисление липидов клеточных мембран.
Избыток селена приводит к патологическим явлениям: сонливости, облысению, деформации копыт, истощению.
Недостаток селена ведет к расстройству сердечной деятельности и дыхания, некрозу (мышц, печени), беломышечной болезни, у взрослых животных – нарушению воспроизводительной функции. Суточная потребность в селене для животных составляет 0,1 мг/кг корма.
Молибден: входит в состав ксантиноксидазы, влияет на метаболизм пурина и его производных. У птиц этот фермент участвует в образовании мочевой кислоты.
У жвачных молибден является ростовым фактором для бактерий преджелудков.
Хром – депонируется в костях и почках, необходим для активирования фосфоглюкомутазы, трипсина и др. ферментов. Образует комплексы с РНК. Избыток токсичен для животных.
Фтор - откладывается в зубах и в костях. При недостатке фтора развивается кариес зубов и остеопороз. Избыток фтора – причина фтороза зубов. Это заболевание принимает глобальное значение в связи с загрязнением среды промышленными отходами, богатыми фтором.
В тканях животных встречаются и другие микроэлементы, например, кадмий, мышьяк, стронций, но данных об их участии в обмене веществ нет. Наоборот, чаще речь идет об отравлениях этими элементами. Необходимое количество микроэлементов для всех животных определено, разработаны также методы добавки их в корма, в случае их недостаточности (смеси комбикормов для птиц, свиней – беременных; поросят с учетом возраста и т.д.).
БИОХИМИЯ КРОВИ
Кровь, лимфа, спинномозговая и межтканевая жидкость – все вместе у животных составляет внутреннюю среду организма. Кровь омывает все клетки – доставляет необходимые вещества, уносит от них продукты жизнедеятельности. Состав крови свидетельствует о нормальных процессах, а также о патологии, имеющей место в организме. Кровь, как внутренняя среда, осуществляет связь между всеми органами и тканями, создает оптимальный режим их существования.
Функции крови разнообразные, главные из них:
1.Транспортная – транспорт кислорода к тканям, углекислого газа от тканей к легким, транспорт питательных веществ и удаление из тканей конечных продуктов обмена.
2. Регуляторная – поддерживает постоянство рН и осмотического давления, доставляет к тканям гормоны.
3. Защитная – антитела, лейкоциты, содержащиеся в крови, связывают возбудителей болезней и продукты их жизнедеятельности, предохраняют организм от заболевания. Кровь способна свертываться, тем самым, защищая организм от кровотечения и кровопотерь при повреждении сосудов и ранах.
Кровообращение, процессы кроветворения, химический состав крови регулируются центральной нервной системой. Исследования крови являются важным методом диагностики инфекционных и других заболеваний.
Количество крови в % к общей массе тела у лошади – 9,8%, коровы – 8,8%, овец – 8,0%, коз – 6,2%, кур – 8,1%, морских свинок – 4,1%.
Кровь состоит из плазмы – 55-60% и форменных элементов: эритроцитов – 39-44%, лейкоцитов – 1%, тромбоцитов – 0,1%. Форменные элементы при стоянии оседают, а при центрифугировании этот процесс ускоряется. В клинике широко применяется показатель РОЭ (СОЭ) – реакция (скорость) оседания эритроцитов, которая измеряется в мм/час. Для каждого вида животных величина РОЭ постоянная и составляет в норме у лошади 64, у свиньи – 30, коровы – 0,58, кролика – 1,5, собаки – 2,5. Скорость РОЭ увеличивается при патологии, показатель имеет большое значение в клинике.
