Макроэлементы. Роль натрия и железа в организме.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Новосибирский государственный аграрный университет»

 Кафедра физиологии и биохимии человека и животных.

Реферат по  физиологии на тему:

Макроэлементы. Роль натрия и железа в организме.

           Выполнила: студентка II курса,

ФВМ, гр. 6201(a)

Колосова А.А.

Проверила: к.б.н., доцент

Баталова С.В.

Новосибирск 2020

Содержание

Введение. 2

Глава 1. Макроэлементы.. 3

Глава.2 Роль натрия в организме животных и человека. 4

Глава.3 Роль железа в организме животных. 8

Заключение. 12

Список литературы.. 13

Введение

Минеральные вещества не обладают энергетической и углеводной питательной ценностью, но их значение в питании сельскохозяйственных животных чрезвычайно велико. Они участвуют во всех процессах обмена веществ, происходящих в организме. Одним из значимых источников минеральных элементов для животных являются растительные корма и корма из побочных продуктов переработки растений. Минеральные элементы поглощаются растениями из почвы, включаются в состав соединений своего тела, а через них — в тела животных.

   Минеральные вещества растворены в жидкостях, составляющих внутреннюю среду организма, а также в цитоплазме клеток. Образуемый ими полиэлектролит создает необходимые условия для осуществления многочисленных химических реакций. Минеральные вещества являются ко-факторами ферментативных реакций, создают необходимый уровень осмотического давления, обеспечивают кислотно-основное равновесие, участвуют в процессах свертывания крови, создают мембранный потенциал и потенциал действия возбудимых клеток.

Жизненно необходимые минеральные элементы, в зависимости от их концентрации в кормах и животном организме, подразделяются на макроэлементы(кальций, фосфор, калий, магний, сера, натрий)и микроэлементы(медь, цинк, марганец, железо, кобальт, йод), потребность в которых выражается в миллиграммах и менее.

Цель данной работы: рассмотреть влияние натрия и железа на организм животных.

Задачи: 1) изучить механизмы работы натрия и железа в организме

2) узнать откуда поступают натрий и железо в организм и как они усваиваются

3) выяснить какие нарушения влекут за собой дефицит и избыток натрия и железа

Глава 1. Макроэлементы

Для питания растений и животных чрезвычайно большое значение имеют минеральные вещества. Это объясняется ролью, которую они играют во всех процессах обмена веществ, происходящих в организме. Они необходимы для построения костяка, обмена белков, углеводов, жиров. Водный режим и гормональное функционирование организма невозможны без активного участия минеральных элементов. Только при наличии в рационе необходимого количества минеральных веществ организм животного наиболее полно использует питательные вещества корма, сохраняет здоровье и дает максимальную продуктивность.  

Макроэлементы – неорганические вещества, которые находятся в клетках живых организмов в больших количествах. Именно макроэлементы были изначально выявлены учеными в крови, лимфе и прочих жидкостях млекопитающих.  

  Макроэлементы в организме человека играют чрезвычайно важную роль. Без достаточного присутствия калия нарушатся процессы свертывания крови. Без элемента калия невозможна работа сердечной мышцы, возможна остановка сердца.

Макроэлемент хлор чрезвычайно важен в поддержании кислотно-основного баланса крови (pH крови) и клеток. Благодаря натрию также происходят процессы возбуждения клетки, передача импульсов. Фосфор – важнейший элемент клеточных мембран. Он регулирует кальциевый обмен в организме. Кальций – строительный материал костей. Без кальция невозможно мышечное сокращение. При недостатке его возникают мышечные спазмы, особенно, в ночное время. Кальций влияет на проницаемость сосудов. Магний – важнейший элемент многих физиологических процессов. При его недостатке возникают мышечные спазмы, нарушения в нормальной работе нервной системы.

Глава.2 Роль натрия в организме животных и человека

Занимает шестое место по распространенности в природе и встречается в виде каменной соли, селитры, буры, глауберина и других минералов. Макроэлемент. В теле взрослых животных содержится 0,13 - 0,16 % натрия в расчете на сухое вещество и 3,7 - 4,2 % в расчете на золу. В плазме крови животных его содержится около 30 мг %, много натрия также в коже, легких, мозге. В кости скелета входит 20 - 25 % всего натрия.

Организм взрослого человека содержит 90-95 граммов ионов натрия, основная часть которых присутствует в плазме крови и межклеточной жидкости и только 10-12% – внутри клеток мягких тканей [6]. В комплексе натрий (снаружи клеток) и калий (внутри клеток) создают необходимый для нормальной деятельности клеток мембранный потенциал в  силу разности своих концентраций внутри и снаружи клеток более чем в 15 раз[7]. В зависимости от задержки или потери натрия организмом происходит задержка или потеря пропорционального количества воды. В отличие от натрия, задерживающего воду в организме, калий, снижая гидратацию тканевых белков, способствует выведению влаги. [6] . Натрий играет важную роль при абсорбции в кишечнике не только воды, но и аминокислот, глюкозы. С натрием связаны также функции регуляции объема крови и артериального давления. Среднесуточное потребление натрия, достаточное для удовлетворения физиологических потребностей взрослого человека составляет 0,5 г. Суточную потребность в ионах натрия можно полностью удовлетворить всего 1,25 г. соли, поэтому, недостаток натрия возникает редко.

Все мы состоим из клеток – простейших единиц строения организма. Плазматическая мембрана или плазмалемма – это универсальная и наиболее постоянная для всех клеток система поверхностного аппарата. Она функционирует как осмотический барьер. Существует несколько механизмов транспорта веществ через плазмалемму [7]. Из них выделяют пассивный транспорт  и  активный транспорт, который включает в себя натрий – калиевый насос. Активный транспорт возникает тогда, когда требуется обеспечить перенос через мембрану молекул против электрохимического градиента концентрации.   Источником этой энергии служат молекулы  АТФ. Одной из самых изученных систем активного транспорта является натрий – калиевый насос. Концентрация катионов калия внутри клетки выше, чем в окружающем клетку пространстве, а катионов натрия  – наоборот. Через калиевые каналы катионы калия пассивно диффундируют наружу, а катионы натрия в клетку через натриевые каналы. Для нормального функционирования клетке нужно поддерживать определенное соотношение ионов калия и натрия. Это происходит благодаря наличию натрий – калиевого насоса, который активно перекачивает из клетки натрий, а в клетку калий. На работу натрий - калиевого насоса тратится треть всей энергии, необходимой для жизни клетки. Насос представляет собой трансмембранный белок способный к конформациям, благодаря чему он может присоединить к себе 2 иона калия с наружной стороны мембраны, и 3 иона натрия с внутренней стороны.  Постоянное выкачивание из клетки натрия и нагнетание калия необходимо для таких процессов как осморегуляция и сохранения необходимой разности потенциалов, электрическая активность нервной и мышечной тканей. Совместную функцию натрия и калия можно свести к двум основным значениям:

– поддержание вводно-электролитного баланса;

– активация ряда ферментов.

При этом их биологическое значение проявляется, прежде всего, во влиянии на: центральную нервную систему, артериальное давление крови, сократимость мышц, в том числе сердечных [6]. Существенное влияние эти ионы оказывают на центральную нервную систему: избыток натрия в клетках коры головного мозга вызывает депрессию, избыток калия – возбуждение.

Натрий в организме животных играет большую роль в водном обмене, поддержании осмотического давления и жидкостях тела. Натрий входит в состав пищеварительных соков и является незаменимым в рН содержании рубца.

Нормы потребности в натрии для сельскохозяйственных животных не установлены. Нормирование натрия производят с учетом калия, принимая во внимание, что натрия должно быть в два раза меньше.

Недостаточное поступление в организм катионов, и прежде всего натрия, приводят к снижению буферности крови и проявлению у животных следующих симптомов: извращение аппетита, взъерошенность и огрубление шерстного покрова, снижение продуктивности, истощение, торможение роста молодняк. Ухудшается использование протеина, энергии корма, снижается удой и жирность молока, нарушаются процессы рубцового метаболизма и воспроизводительной функции. Недостаточность натрия у животных может быть вызвана избытком калия в рационе, так как при этом резко возрастет выведение натрия с мочой. Отложение микрокристаллов происходит в интерстициальной ткани почек, а также в мочевыводящих путях в виде камней. Установлено, что однократная доза поваренной соли равная 0,5 - 1,5 % от живой массы тела, является токсичной. Предельная доза поваренной соли в сухом корме - 2 %, в питьевой воде - 1 %. [10].

Содержание натрия в кормах растительного происхождения низкое. Достаточно много натрия в кормах животного происхождения. Недостаток натрия в питании сельскохозяйственных животных обычно ликвидируется добавкой к рационом поваренной соли, бикарбоната натрия, моно- и динатрий фосфата.  

Натрий, содержащийся в кормах, очень быстро всасывается в пищеварительном канале животных. Около 80 - 90% всего поступившего Na всасывается в тонком отделе кишечника, остальное - в желудке, а также в слепой и толстых кишках. Количество усвоенного Na зависит от его поступления и продуктивности (молока). После обильной дачи Na содержание К в жидкой части кала жвачных снижается пропорционально увеличению содержания Na, благодаря чему сохраняется постоянное осмотическое давление. Na транспортируется через стенку кишечника против градиента концентрации.  Кроме того, Na может всасываться через интактную кожу и через влагалище, попадая таким путем непосредственно в кровяное русло. [9]

От 90 до 95% поглощенного Na выделяется с мочой. В норме выделение Na с калом очень невелико. Молодняк крупного рогатого скота выделяет с калом в течение стойлового зимнего содержания около 30% съеденного Na. Аналогичная картина наблюдается и у свиней. У маток выделение Na зависит еще и от стадии супоросности или лактации. В период супоросности выделение Na с калом и мочой непрерывно уменьшается. После опороса оно быстро возрастает и в подсосный период снижается. До опороса баланс Na у свиней положителен, после опороса - отрицателен.

Морские птицы удаляют избыток Na через глазничную и солевую железы. Выделение Na происходит также со слезами, носовой слизью и слюной. Самка, кроме того, теряет существенную часть Na своего тела с плодом, плацентой, плодными водами и молоком. У свиньи, например, при опоросе теряется почти 35 г Na.

 Содержание Na в организме регулируется несколькими механизмами, важнейшими из которых являются гормоны коры надпочечников. Решающая роль принадлежит альдостерону.   Чем больше выделяется альдостерона, тем значительнее уменьшается выделение Na. В период сильного накопления Na, как, например, при беременности у животных, при ранениях или недостаточном поступлении в организм, образуется и выделяется много альдостерона. Это вызывает усиленное накопление Na в теле животных.[9]

 Наряду с почками и гормонами коры надпочечников на обмен Na оказывает влияние и такой фактор, как величина запаса Na в костяке и центральной нервной системе. Запас Na в этих депо вплоть до его исчерпывания обеспечивает нормальное содержание Na в жидкостях тела, особенного в молоке. Лишь после того, как Na в этих депо израсходован, снижается секреция молока и таким путем ограничивается выделение Na.

Глава.3 Роль железа в организме животных

Железо является одним из самых распространенных элементов в литосфере. Его общее содержание в почвах составляет около 4% и зависит как от состава материнской породы, так и от характера процессов, протекающих в почвах[4]

Поведение железа в почве во многом определяется его способностью изменять валентность в зависимости от физико-химических условий. Окислительные и щелочные условия способствуют осаждению железа, а кислые и восстановительные — растворению его соединений. Соединения железа с органическим веществом почвы представляют важный резерв доступных соединений для растений.

Основным кормовым источником для животных являются растительные корма, из которых они получают необходимое количество же-леза для своей жизнедеятельности. Известно, что в надземной части растений до 90% железа сосредоточено в листьях, в месте биосинтеза хлорофилла, поэтому соотношение между долей листовой массы и стеблей будет определять содержание железа в корме. На характере соотношения лист: стебель в значительной мере сказывается период вегетации растений. С возрастом растения обедняются железом, что связано с уменьшением площади листовой массы. Бобовые травы и разнотравье всегда богаче железом, чем злаковые травы. [4]

Обычно при кормлении животных содержанию железа в кормах не уделяют особого внимания, так как считают, что большинство растительных кормов полностью удовлетворяют потребность животных (50мг/кг). Относительно бедны по содержанию железа все виды кормов животного происхождения. Слабым источником железа являются молоко, обрат сухой и другие продукты его переработки. Содержание железа в них не превышает 20 мг/кг сухого вещества. Все зеленые корма и все виды грубых кормов являются хорошими источниками железа. Много железа в жмыхах, шротах, других продуктов переработках зерна, дрожжах.

Общее содержание железа в теле животных невелико и составляет около 0,005% или примерно 45 мг/кг живой массы. Железо принадлежит к элементам с переменной валентностью и поэтому его соединения способны принимать участие в окислительно-восстановительных процессах. В организме животных железосодержащие биомолекулы выполняют четыре основных функции[8]:

-транспорт и депонирование кислорода;

-транспорт электронов;

-формирование активных центров окислительно-восстановительных ферментов;

-транспорт и депонирование железа.

Железо входит в состав гемоглобина. Атом железа в гемоглобине способен связывать кислород, образуя оксигемоглобин. Эти превращения происходят в легких. К гемоглобину очень близок миоглобин, который является важным белком мышц. Он отличается от гемоглобина меньшей способностью к связыванию кислорода. В гемоглобине и миоглобине содержится до 75% железа от всего количества в организме животных[4].

Известен ряд и других железосодержащих соединений. Так, в молоке обнаружен красный белок, содержащий Fe2+, в ядрах всех клеток обнаружен аскорбинат железа, тесно связанный с ДНК. В плазме крови содержится λ-глобулин, в состав которого входит Fe3+(трансферрин). На его долю приходится 25% от белка плазмы. В качестве белка, депонирующего железо, функционирует ферритин, состоящий из бесцветного апаферритина, который способен присоединить тысячи атомов железа. Ферритин сконцентрирован в печени и содержит до 23% железа. Железо входит в состав каталазы, которая является важнейшим участником процесса кроветворения, а также составной частью белка цитохрома и цитохромоксидазы. Этот фермент является последним в цепи тканевого дыхания и переноса электрона к кислороду. В организме животных железо постоянно совершает кругооборот. При физиологическом распаде эритроцитов 90 % железа остаются в организме и используются для построения новых, а теряемые 10% железа пополняются за счет корма. Это способствует временной независимости животного организма от поступления железа извне. Железо поступает в организм животного в трехвалентной форме, в виде неустойчивых комплексов с белками, углеводами, органическими кислотами и подвергается в ЖКТ восстановлению в двухвалентную форму, а в кишечнике снова окисляется до Fe3+и связывается с апоферритином. Часть всосавшегося железа поступает в кровь, связывается с ß-глобулином, превращаясь в транспортную форму—трансферрин, и вновь откладывается в запас в печени в виде ферритина и гемосидерина. [4]

Образование гемоглобина в организме идет непрерывно, в течение всей жизни и содержание в крови животных поддерживается на уровне 10–15 г/100 мл, поэтому железо в рационе должно присутствовать постоянно[2]. Существующие литературные данные по нормам потребления железа значительно расходятся. По предположению ряда исследователей, потребность крупного рогатого скота в железе удовлетворяется при содержании 50 мг/кг сухого рациона.  Данные о необходимом уровне содержания железа в рационе телят также разноречивы и колеблются от 40 до 150 мг/кг, что определяется доступностью железа из различных кормов. Нет единого мнения по нормам потребления железа для свиней[3]. Ряд  зарубежных исследователей разработал нормы потребления железа разными видами животных и птицы по возрастным группам,  из которой следует, что молочные коровы удовлетворяют потребность в железе при содержании 40 мг/кг сухого вещества; телятам на откорме необходим рацион с содержанием железа до 80 мг/кг сухого вещества. Овцам и курам всех возрастных групп достаточно 40–50 мг железа в кг сухого рациона. Наиболее требовательны к железу молодые поросята-сосунки, которым необходим рацион с содержанием не менее 100 мг железа в кг сухого вещества.

Дефицит железа у животных и птицы наблюдается очень редко. Истинный недостаток железа возможен только у поросят. Причиной этого является ограниченность запасов железа в организме и низкое его содержание в материнском молоке. Другие виды животных и птицы значительно лучше обеспечены железом за счет запасов материнского организма (или яйца), что исключает проявление болезней недостаточности. Однако в отдельных случаях из-за низкой усвояемости железа из растительных кормов, которая составляет около 3–4%, может встречаться его дефицит у жвачных животных. Биологическая доступность железа в растениях снижается из-за присутствия в них фитиновой кислоты. У птицы симптомы недостаточности железа проявляются при содержании в корме 15 мг/кг.

Признаком дефицита железа у всех животных является анемия, возникающая вследствие недостатка синтеза гемоглобина. Симптомы анемии: исхудание, задержка роста, извращение аппетита, нарушение волосяного покрова[5].Высокие дозы железа для животных токсичны, особенно, если их использовали в виде сернокислой соли. Опыт на овцах показал, что применение 0,5 г хлорного железа на 1 кг живого веса вызывает хроническое отравление и ведет к смерти животного. У откормочного крупного рогатого скота при применении сернокислого железа в дозе 400 мг на 1 кг корма наблюдалось снижение привеса, а при повышении дозы до 3200 мг/кг животные начинали худеть, а также ухудшалось усвоение фосфора, меди и уменьшалось отложение витамина А.

Заключение

Все или почти все элементы, встречающиеся в земной коре, находятся в растительных или животных организмах. Недостаточное или избыточное содержание минеральных веществ в почве или воде неизбежно влияет на содержание их в растениях, растительных кормах, а через них и в тканях животных (почва и вода – растения – корма и продукты питания растительного происхождения – организм животных и человека).

Натрий имеет большое значение в питании сельскохозяйственных животных. При его недостатке возникают гипо- и гипернатриемии. А так же могут возникать отравления поваренной солью, что опасно для жизни животных. Натрий содержится в растениях и комах, а так же в органах и тканях, почве. Играет важную роль в обмене веществ. Ионы натрия непрерывно обмениваются между клетками и внеклеточной средой. Натрий должен постоянно находится в организме животного. Необходимо следить за потребность и нормой поступления натрия в организме животных. При нормальном поступлении натрия можно предотвратить многие заболевания и повысить уровень продуктивности животных и птиц.

Железо участвует в образовании гемоглобина в крови, в синтезе гормонов щитовидной железы, в защите организма от бактерий. Оно необходимо для образования иммунных защитных клеток, требуется для "работы" витаминов группы В.
Железо входит в состав более чем 70 различных ферментов, в том числе дыхательных, обеспечивающих процессы дыхания в клетках и тканях, и участвующих в обезвреживании чужеродных веществ, поступающих в организм человека.

Для нормальной жизнедеятельности организма необходимы минеральные соли и оптимальные соотношения между ними. При нарушении минерального обмена возникают отеки, слабость, тяжелые формы анемии, судороги.

Список литературы

1. Виды переноса веществ через мембрану [электронный ресурс] // Справочник химика 21. Химия и химическая технология. – С. 54. Электрон. данные. URL: http://chem21.info/i nfo/1567215/ (Дата исп.: 23.04.20)

2. Георгиевский В. И., Анненков Б. Н., Самохин В. Т. Минеральное питание животных. М. : Колос, 1979.459 с

3. Дмитроченко А.П. Потребность сельскохозяйственных животных в микроэлементах и ее определение//Микроэлементы в животноводстве: сб-к. М.,1962.

4. Косолапов В. М., Чуйков В. А., Худякова Х. К., Косолапова В. Г. Минеральные элементы в кормах иметоды их анализа: моно-графия. —Москва : ООО «Угрешская типография», 2019. —272с.

5. Олль Ю. К. Минеральное питание животных в различных природно-хозяйственных условиях. Л. : Колос,1967. 207 с.

6. Полянская И.С. Нутрициологическая химия s-элементов. – М-во сельского хоз-ва РФ. – Вологда. – 2011. – 139 с.

7. Спиричев В.В., Шатнюк А.Н., Поздняковский В.М. Обогащение пищевых продуктов витаминами и минералами. Наука и технология. – Новосибирск: Сиб. унив. изд-во – 2004.– 548 с.

8. Хенниг А. Минеральные вещества, витамины, биостимуляторы вкормлении сельскохозяйственных животных/Пер.на рус. яз. М. : Колос,1976. 558 с.

9. Хохрин С.Н. Кормление сельскохозяйственных животных. - М.: КолосС, 2007.- 692с

10.   Экспертиза кормов и кормовых добавок : К. Я. Мотовилов, А. П. Булатов, В.М. Поздняковский , Н.Н. Лянцева- 2-е издание., испр. И доп.- Новосибирск: Сиб.унив. изд-во,2007.- 336с