CC BY
33
Структурно-функциональная организация системы минерального обмена в костях скелета коров периода беременности и лактации после вечернего доения
Е.Ю. Клюквина, к.б.н, Оренбургский ГАУ
Кость представляет собой динамичную, та-хитрофную живую ткань с высокой чувствительностью к различным регуляторным, контролирующим механизмам, а также к экзогенным и эндогенным влияниям. Скелет является не только опорным органом, но и самым значительным резервом минералов и важнейшим органом минерального обмена веществ. Доказано: он лучше, чем другие системы организма, отражает его состояние.
Актуальность. К настоящему времени накопился ряд проблем, рассмотрение и учёт которых позволит не только повысить информативность диагностических мероприятий при оценке костной системы, но и раскрыть новые аспекты в механизме её деятельности.
Особое значение в минеральном обмене костной системы имеет суточный ритм и его ульт-радианные составляющие [1, 2], являющиеся наиболее ранним проявлением влияния неблаго-
приятных факторов [3] и последующего развития заболевания в той или иной системе организма человека и животного [4]. Присутствие суточного ритма ставит необходимость его учёта в обмене костной ткани.
Несмотря на обширность литературы по минеральному обмену костной ткани, в большинстве работ изучение деятельности скелета и его отдельных элементов проводилось в отрыве от понятия цельности, то есть его системности и связи с организмом. Кроме того, не учитывался тот факт, что в процессе перестройки костной ткани участие в минеральном обмене принимает не только скелет, но и все структуры организма животных, причём состояние последних зачастую является определяющим.
Сочетание системного подхода [5] к оценке показателей скелета и ультрадианных периодов различных составляющих суточного ритма исследования позволит, на наш взгляд, установить новые закономерности функционирования костной системы молочных коров, а значит, более
целенаправленно управлять и корректировать его состояние.
Исследование выполнялось на протяжении суточного периода жизни животных. В данной статье приводится информация только о периоде с 1900 по 2100 час.
Цель работы — определить структурно-функциональные особенности системы минерального обмена, морфометрических, биофизических и биохимических показателей костей скелета коров периода беременности и лактации после вечернего доения (1900—2 1 00 час).
Материал и методика. Эксперименты проводились в АОЗТ «Овощевод» г. Оренбурга на клинически здоровых коровах первой половины беременности. Опытная группа включала десять коров чёрно-пёстрой породы удоем не менее 8—10 кг в сутки.
Ультразвуковую остеометрию выполняли в области тела 5-го хвостового позвонка, середины ребра и пястной кости по методике А.А. Са-мотаева [6]. Морфометрические измерения костей проводили по методике Г.Г. Автандилова [7] следующим параметрам: длине, ширине, толщине, окружности тела позвонка; длине, толщине, ширине, окружности пясти. Параллельно в крови животных определяли содержание общего кальция, общего магния, неорганического фосфора и щелочной фосфатазы. Исследование осуществляли 12 раз в сутки с интервалом 2 часа на протяжении 3—6 суток в течение 6 месяцев.
Результаты исследований. После вечернего доения в костной системе процесс выделения сменяется процессом поглощения минеральных компонентов [1]. При этом из 11 морфометрических и биофизических характеристик костей организуется одноуровневая система, содержащая одну подсистему (рис. 1).
В костной системе на первом эшелоне среди 11 показателей с дефицитом ресурсов (вещественные, энергетические и информационные) обнаруживается один системообразующий элемент — длина тела позвонка (—2,681), что составляет 9,1% от общего числа показателей.
Системообразующими свойствами (с избытком вещественных, энергетических и информационных ресурсов) обладают 10 характеристик (90,9%). Наиболее значительными свойствами обладает длина пясти, минимальными — толщина позвонка. Индекс различия между ними — 4,04 раза.
Описанная ситуация свидетельствует, что после вечерней дойки большая часть оцениваемых показателей костной системы обладает избытком вещественных, энергетических и информационных ресурсов. В итоге это и стало причиной организации единственной подсистемы, где присутствует четыре элемента. Её активизация наступает вследствие тенденции к увеличению длины тела позвонка, итогом функционирования является рост ширины пясти.
Фактическая модель функционирования подсистемы для заключительного элемента имеет следующий вид:
^ = 1,33-0,05.Х7 + 0,02.Х8 + 0,17\Х4, (1)
где Yl — ширина пясти, см;
Х7 — длина позвонка, см;
Х8 — обхват позвонка, см;
Х4 — обхват пясти, см.
В целом, согласно критерию Фишера, модель деятельности подсистемы, направленной на увеличение ширины пясти, адекватна ^ = 5,43, р-^е1 = 0,01). Но поскольку часть коэффициентов регрессии не значима, её можно использовать только для принятия некоторых решений.
В наилучшей модели, ввиду несовершенства ресурсов, были удалены длина и обхват тела позвонка. После этого она стала более адекватной ^ = 15,3, р-^е1 = 0,0006), а коэффициент регрессии обхвата пясти значимым. В связи с этим уравнение можно использовать не только для принятия ряда решений, но и для прогнозирования.
Смена процесса выделения на поглощение компонентов в костях скелета коров рассматриваемого временного периода требует поступления из структур организма (тканей пищеварительного тракта, межуточных структур, тканей внутренних органов) дополнительных ресурсов. Это придает ряду рассматриваемых характеристик системы «самостоятельность» в виде излишка ресурсов и приводит к недостатку системообразующих элементов, невозможности организации подсистем. После вечерней дойки излишними ресурсами стали обладать толщина и ширина позвонка, скорость ультразвука в пясти и ее длина.
Показатели толщина пясти, скорость ультразвука в ребре и теле позвонка, ввиду нехватки их снабжения ресурсами структурами организма, оказались вне подсистем. В связи с этим дальнейшее их рассмотрение проводили без оценки вклада структур (табл. 1).
Длина позвонка Толщина позвонка, УЗИ в пясти, УЗИ в ребре и в позвонке,
Ширина пясти ширина позвонка и длина пясти толщина пясти вне структуры
не имеют системообразующих поглощения
Рис. 1 - Синергетические взаимоотношения элементов активизации и итога деятельности подсистем морфометрических и биофизических характеристик скелета коров
Толщина позвонка у коров после вечернего доения составила 3,99±0,12 см, коэффициент вариабельности был средним — 15,3%. Скорость ультразвука в пясти равна 2974,5±34,0 м/с, коэффициент вариабельности был слабым — 5,9%. Ширина позвонка была 4,1±0,08 см, вариабельность показателя средняя — 10,1%. Длина пясти коров в 19 час. составила 19,7±0,35 см, коэффициент вариабельности был слабым — 9,2%.
Скорость ультразвука в ребре составила 2620,5±60,0 м/с, коэффициент вариабельности был средним — 11,9%. Скорость ультразвука в теле позвонка оказалась равной 2195,3±28,3 м/с, коэффициент вариабельности был слабым — 6,7%. Толщина пясти была 6,1±0,05 см, коэффициент вариабельности показателя оказался слабым — 4,5%.
1. Характеристики костей скелета, временно исключенных из системы морфометрических и биофизических показателей скелета коров
Показатель Х±ц V, %
Избыток ресурсов
Толщина позвонка, см Скорость ультразвука в пясти, м/с Ширина позвонка, см Длина пясти, см 3,99±0,12 2974,5±34,0 4,13±0,08 19,7±0,35 15,3 5,9 10,1 9,2
Дефицит ресурсов
Скорость ультразвука в ребре, м/с Скорость ультразвука в теле позвонка, м/с Толщина пясти, см 2620,5±60,0 2195,3±28,3 6,130±0,05 11,9 6,7 4,5
При рассмотрении компонентов крови установлено, что они участвуют в процессе их поглощения скелетом, в связи с чем организм животных организует их в систему. Суммы взаимодействия возрастают согласно схеме: щелочная фосфатаза (0,612) > фосфор (1,554) > магний (1,544) > кальций (1,835). Как видно, элементом активизации подсистемы явилось существенное увеличение в крови концентрации щелочной фосфатазы, её итогом стал спад концентрации кальция.
Анализ отдельных элементов показал, что концентрация щелочной фосфатазы в крови коров составила 1,16±0,069 мккат/л, что объясняется выделением её компонентов структурами межуточного обмена, их поглощением во внутренние органы, перемещением веществ из тканей пищеварительного тракта в количестве: 0,13± 0,008; -1,13±0,067; 2,15±0,128, или 11,2; -97,4 и 185,3% уровня показателя, при среднем коэффициенте вариабельности показателя — 16,8%.
Содержание фосфора в крови коров составило 1,09±0,074 ммоль/л, что объясняется выделением веществ тканями пищеварительного трак-
та, компонентов межуточных структур, их поглощением во внутренние органы в количестве: 1,04±0,071; 0,21±0,014 и -0,17±0,011, или 95,4; 19,3 и -15,7% уровня показателя, при средней вариабельности показателя — 19,3%.
Величина магния в крови коров после вечернего доения составила 1,29±0,086 ммоль/л, что объясняется поглощением во внутренние органы компонентов и веществ, выделяемых структурами межуточного обмена и тканями пищеварительного тракта, в количестве: -1,01±0,067; 0,40±0,026 и 1,91±0,126, или -78,3; 31,0 и 148,1% уровня показателя, при средней вариабельности показателя — 18,7%.
Содержание кальция в крови коров составило 3,03±0,294 ммоль/л, что объясняется поглощением во внутренние органы компонентов и веществ, выделяемых структурами межуточного обмена и тканями пищеварительного тракта, в количестве: -2,88±0,279; 0,38±0,037 и 5,53± 0,536, или -95,0; 12,5 и 182,5% уровня показателя, при значительной вариабельности показателя - 27,4%.
Фактическая модель функционирования подсистемы компонентов крови после вечерней дойки для заключительного элемента имеет следующий вид:
= 8,457-1,316 Х15 - 3,65.Х13 + 0,44.Х14, (2) где Yl2 — кальций, ммоль/л;
Х15 — щелочная фосфатаза. ммоль/л;
Х13 — фосфор, ммоль/л;
Х14 — магний, ммоль/л.
Модель деятельности подсистемы, направленная на увеличение кальция в крови животных, адекватна ^ = 18,0, р-^е1 = 0,01), согласно критерию Фишера. Но поскольку часть коэффициентов регрессии не значима, её можно использовать только для принятия некоторых решений, но не для прогнозирования.
При создании наилучшей модели, ввиду несовершенства, был удален магний, после чего она стала более адекватной ^ = 33,6, р-^е1 = 0,001), сохранившиеся коэффициенты регрессии — значимы. В связи с этим её можно использовать не только для принятия решений, но и для прогнозирования.
Заключение. Предлагаемый подход позволил установить ряд новых интересных аспектов в механизме деятельности скелета животных периода беременности и лактации. После вечерней дойки у коров структурами организма костная система переориентируется с выделения органических и минеральных компонентов на их поглощение.
При этом ряд элементов костной системы, наделяясь избытком ресурсов (вещественных, энергетических и информационных) от структур организма животных, получают и большую «свободу».
Это ведет к дефициту системообразующих элементов (из числа определяемых), к недостатку организации подсистем. Часть элементов костной системы, в связи с конкуренцией за ресурсы (недостаток кормления, содержания, плохая адаптации и другие), испытывает дефицит в их получении и не включается в подсистемы, требующие дополнительных затрат при их организации.
Учёт описанной информации несомненно поможет взглянуть по-новому на проблему патологии костной ткани у коров, а также выйти на новый уровень в диагностике нарушений минерального обмена у животных, управляя им с
помощью математических моделей в строго определённое время суток.
Литература
1. Сорокин А.А. Ультрадианные составляющие при изучении суточного ритма. Фрунзе, 1981. 262 с.
2. Степанова С.И. Биоритмологические аспекты проблемы адаптации. М.: Наука, 1986. 241 с.
3. Оранский И.Е. Природные и лечебные факторы и биологические ритмы. М.: Медицина, 1988. 284 с.
4. Самотаев А.А., Клюквина Е.Ю. Суточные изменения скорости ультразвука в костях стельных и лактирующих коров // Ветеринария. 2000. № 3.
5. Славин М.Б. Методы системного анализа в медицинских исследованиях. М.: Медицина, 1989. 352 с.
6. Самотаев А.А. Ультразвуковая остеометрия у коров: методические рекомендации. Оренбург: ИАГУ, 1994. 62 с.
7. Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия: руководство. М.: Медицина, 1990. 384 с.
