Суточные изменения системы показателей скелета в период поглощения компонентов костной тканью у беременных лактирующих коров Текст научной статьи по специальности «Ветеринарные науки»

Суточные изменения системы показателей скелета в период поглощения компонентов костной тканью у беременных лактирующих коров

Е.Ю. Клюквина, к.биол.н., Оренбургский ГАУ

Актуальность. В жизни молочных коров скелет и составляющие его кости играют особую роль. Он является не только опорныш органом, но и самыш значительным резервом минералов и оаж-нейшим органом минерального обмена веществ. В современном представлении костная система т зеркало жизнедеятельнвсти организма.

Решвение проблем изучения скелета возможно на основе системного подхода, когда оценка состояния объвкта осуществляется еее по отдельным показателям, а на основе систем показателей, формируемые самим организмом (системыг более высокого порядка) исходя из влияния окружаю -щей среды с учетом его здоровья, пола, возраста, физиологического состояния и т.д. [1, 2].

В последние годы, ситвемныео матоды исследования широкт используются в самых различ-тых сферах научной и првктической деятельности. При атом особое значение в их создании имеюа покааотели организма. Для расширения возможности системного подхода и сравнения показателей различного характера необходимых новые подходы.

Временной аспект, и в первую очередь суточный ритм, является ведущим в жизни жиаотны-х, поскольку наиВолее значительныге изменения вы1ражены1 в течение суток [3, 4]. Наиболее ран -нам проявлением влияния неблагоприятный факторов является изменение биологичетких ритмов, и в первую очередь оугочных, их ультра-дианных составляющих [5, 6], в той или иной ги-стеме организма человека и животного. Не нгдо забывать, что исследование животных, лечебные и профилактические мероприятия прогодятся специалистами на протяжении суток.

Сочетание системного п одхода к опенке показателей скелета и суточного ритма исследования позволит, на наш взгляд,, установить новые закономерности функционирования костной системы1 молочных коров , а значит, более целенаправленно управлять и ксрректировать еег состояние.

Из всехеехнологических периодов молочных коров период одновременной беременности и лактации является наиболее интересным . В это время деятельносты скелета животных направлена одновременно на поддержание угастющей лактации на фоне усиления роли развивающегося плода. Сложность изучения данного пери-

ода, многообразие факторов, участвующих в данном процессе, привело нас к неординарному подходу.

Для оценки состояния различных объектов живой и неживой природы нами предлагается использовать число расщеплений суточных вариационных рядов показателей [1]. Можно предполагать, что чем больше число расщеплений вариационного ряда показателя, тем более он востребован в объекте. Данное решение, представляя частный случай матричного анализа, обладает высокой диагностической информативностью в отношении системы костей скелета коров. В отличие от других оценочных методов матрица количества расщеплений суточных показателей позволяет связывать структурно время и разные характеристики объекта.

Цель работы т на основе суточных исследований и системного подхода определить структурно-функциональные особенности морфометрических, биофизических и биохимических показателей костей скелета коров периода беременности и лактации, в период поглощения костной тканью компонентов.

Материал и методика. Эксперименты проводились в АОЗТ «Овощевод» г. Оренбурга на клинически здоровых коровах в течение первой половины беременности. Опытная группа животных включала десять коров черно-пестрой породы периода беременности и удоем не менее 8т10 кг в сутки.

Ультразвуковую остеометрию выполняли в области тела 5-го хвостового позвонка, середины ребра и пястной кости по методике Самота-ева А.А. (1994) [7]. Морфометрические измерения костей проводили по методике Г.Г. Автандилова (1990) [8] у следующих параметров: длина, ширина, толщина, окружность тела позвонка; длина, толщина, ширина, окружность пясти. Определяли содержание общего кальция, общего магния, неорганического фосфора и щелочной фосфатазы в сыворотке крови. Исследование осуществляли 12 раз в сутки с интервалом 2 ч на протяжении 3т6 суток в течение 6 месяцев.

Суточные вариационные ряды морфометрических, биофизических и биохимических показателей строили на основании шести месяцев беременности коров, что дало шесть точек. Подсчет числа расщеплений вариационных рядов показателей костной системы выполняли визуально, после их построения.

Анализ числа расщеплений вариационных рядов показателей скелета проводили с помощью алгоритма, разработанного А.А. Самотае-вым [1], с использованием пакетов программ Олимп-эксперт и Statistica.

Согласно ему, любой организм можно представить в виде совокупности трех структур: тка-

ни пищеварительного тракта, выполняющие поставку питательных веществ и удаление отработанных продуктов; «структуры межуточного обмена», осуществляющие переработку питательных веществ и разложение токсических, вредных продуктов обмена, удаляющихся, в первую очередь, через почки; структуры внутренних органов, поглощающих питательные вещества, выделяющие отработанные, а в ряде случаев и необходимые вещества (гормоны, клетки крови и т.д.) для всего организма. Совместная деятельность перечисленных структур в виде их потенциала определяет в конечном итоге уровень показателей организма [1].

Предварительные результаты свидетельствует о присутствии в жизни коров периода беременности лактации на протяжении суток двух временных периодов. Первый включает период с 5 утра до 19 часов вечера, когда животных, преимущественно выделяет из скелета вещества; с 19 часов до 5 утра, когда костная система молочных коров, наоборот, их восполняет. В данной статье анализируется второй период.

Результаты исследований. При использовании числа расщеплений вариационных рядов оказалось, что организм животных из 15 морфометрических, ультразвуковых и биохимических компонентов образует трехэшелонную пирамиду, в первом эшелоне присутствует четыре подсистемы (рис. 1).

Образование и существование системы показателей объекта происходит благодаря ряду закономерностей. Важнейшей из них является придание всем без исключения элементам, системой более высокого уровня, в данном случае организмом, системообразующих или системоразрушающих свойств. Это явление можно сравнить с присутствием катионов и анионов в растворах.

Реализуется свойство в виде недостатка у системообразующих т вещественных, энергетических и информационных связей, наоборот, их избытка т для системоразрушающих у каждого из элементов. Причем для одного и того же показателя объекта эти свойства могут изменяться во времени, пространстве и присутствии других элементов не только по силе, но и по направлению, поскольку при этом меняются потоки вещественных, энергетических и информационных связей.

Наделение элементов системообразующими или системоразрушающими свойствами системой более высокого уровня вызвано исходя из «внутреннего содержания» каждого из признаков организма, определяемого его особенностями и структурными взаимоотношениями с остальными показателями в пространстве рассматриваемого объекта.

Обнаружение системообразующих и системоразрушающих элементов производят на

Рис. 1 - Синергетические взаимоотношения элементов активизации и итога деятельности подсистем в период преимущественного поглощения компонентов костной тканью у беременных лактирующих коров (с 19 до 5 часов)

1. Системообразующие и системоразрушающие элементы в первом эшелоне системы костей скелета беременных лактирующих коров (с 19 до 5 часов)

-0,0078

-1,9363

-1,4925

-0,4017

-0,5436

-3,251і

-2,3452

сумма и место, занимаемое показателем в структуре эшелона костной системы беременных лактирующих коров

основании закономерности, согласно которой отрицательные корреляционные связи укрепляют (голод, недомогание и т.д.), а положительные — разрушают сформированную большую систему показателей организма.

При этом чем больше недостает внутреннего потенциала (энергии, вещества и информации) показателю, тем большие системообразующие свойства он проявляет, и наоборот. Избыток внутреннего потенциала (энергии, вещества и информации) придает большую свободу для показателя, большую «уверенность» в возможности самостоятельного существования, обретению им независимости, а в конечном итоге к системо-разрушению, и наоборот, недостаток вещественных, энергетических и информационных связей заставляет показатель проявлять большую зави-

симость от других элементов в пространстве большой системы.

В первом эшелоне костной системы среди 15 показателей обнаруживается восемь системообразующих элементов, что составляет 53,3% от общего числа, табл. 1.

Максимальными свойствами обладает т «фосфор сыворотки крови» (-3,251), минимальными — «толщина пясти» (-0,007). Индекс различия составил 464,4 раза.

Системоразрушающими свойствами обладают семь характеристик, 46,7%. Минимальные свойства присущи показателю «скорость ультразвука в пясти» (0,046), максимальные — «щелочная фосфатаза сыворотки крови» (1,498). Индекс различия составил 32,6 раза. Индекс системообразования эшелона был значительным

*

и составил 2,28, свидетельствуя о высокой устойчивости системы и ее закрытости к воздействиям окружающей среды.

Таким образом, костная система коров на первом эшелоне с 19 до 5 часов утра проявляет значительное стремление к системообразованию, что вызвано, в первую очередь, затратами энергии на процессы преобразования, в виде сдвига фосфора в крови животных, изменением содержания щелочной фосфатазы, лабильного фосфата кальция опорных костей.

В первом эшелоне скелета структурами организма животных организуются четыре подсистемы и в первой из них присутствует четыре элемента. Элементом активизации выступает скорость ультразвука по длине тела позвонка, итогом является фосфор сыворотки крови.

= 1,59—0,90 . Хп—0,70 . Х8+0,45 . Х12 (1),

где Ylз — фосфор сыворотки крови;

Хц — скорость ультразвука в теле позвонка;

Х8 — обхват тела позвонка;

Х12 — кальций сыворотки крови.

^ = 50,1, р-1еуе1 = 0,10)

В наилучшей модели все коэффициенты регрессии были сохранены, не изменился порядок их воздействия на заключительный элемент подсистемы.

В подсистеме второго порядка присутствует три элемента. Элементом активизации выступает магний сыворотки крови, ее итогом является ширина пясти.

Фактическая модель функционирования подсистемы для заключительного элемента имеет следующий вид:

Y1 = 0,81+0,81 . Х14—0,35 . Х3 (2),

где Y1 — ширина пясти;

Х14 — магний сыворотки крови;

Х3 — ширина тела позвонка.

^ = 0,39, р-1еуе1 = 0,72)

Наилучшую модель, в связи с несовершенством заключительного элемента подсистемы, построить не удалось.

В подсистеме третьего порядка присутствует три элемента. Элементом активизации выступает толщина пясти, ее итогом является обхват пясти.

Фактическая модель функционирования подсистемы для заключительного элемента имеет следующий вид:

Y4 = 0,815+0,452 . Х2—0,355 . Х9 (3),

где Y4 — обхват пясти;

Х2 — толщина пясти;

Х9 — скорость ультразвука в пясти.

^ = 0,39, р-1еуе1 = 0,72)

Наилучшую модель, в связи с несовершенством заключительного элемента подсистемы, построить не удалось.

В подсистеме четвертого порядка присутствует пять элементов. активизация обусловлена изменением ширины тела позвонка, итогом является толщина тела позвонка.

При отсутствии фактической модели, из наилучшей в связи с несовершенством была удалена щелочная фосфатаза сыворотки крови, после чего она приобрела следующий вид:

Y6 = 1,027—1,131 . Х10—0,746 . Х7+0,221 . Х5 (4),

где Y6 — толщина тела позвонка;

Х10 — скорость ультразвука в середине ребра;

Х7 — длина тела позвонка;

Х5 — ширина позвонка.

^ = 9,91, р-1еуе1 = 0,23)

В целом, согласно критерию Фишера, модели деятельности подсистемы, направленные на увеличение реакции, при воздействии факторов окружающей среды неадекватны и не могут быть использованы для каких-либо целей.

Образование вышестоящего уровня (эшелона) осуществляется на основании эффекта «черного ящика», когда элементы активизации и итог деятельности подсистем нижнего уровня поднимаются структурно выше и из них организуется новый эшелон, анализ которого производится в аналогичном порядке.

В структуре второго эшелона системы присутствует четыре системообразующих показателя — 50,0%. Максимальными свойствами обладает характеристика «ширина тела позвонка» (-2,724), минимальными — «скорость ультразвука в теле позвонка» (-0,577). Индекс различия между ними составил 4,72 раза.

Системоразрушающими свойствами обладают четыре характеристики — 50,0%. Минимальные свойства присущи показателю «ширина пясти» (0,515), максимальные — «магний сыворотки крови» (1,210). Индекс различия составил 2,34 раза.

Системообразующий индекс свидетельствует о значительной устойчивости эшелона и его слабой готовности к переменам — 1,44.

Таким образом, костная система коров на втором эшелоне с 19 до 5 часов проявляет значительное стремление к системообразова-нию, что вызвано характеристиками тела позвонка.

Во втором эшелоне структуры организма коров формируют две подсистемы, через которые животными реализуются основные проблемы.

В подсистеме первого порядка присутствует три элемента. Элементом активизации выступает скорость ультразвука в теле позвонка, ее итогом является ширина позвонка.

Фактическая модель функционирования подсистемы для заключительного элемента имеет следующий вид:

Y5 = 1,27+0,545 . Хп—0,545 . X! (5),

где Y5 — ширина тела позвонка;

Х11 — скорость ультразвука в теле позвонка;

Х1 — ширина пясти.

^ = 2,52, р-1еуе1 = 0,28)

В наилучшей модели ввиду несовершенства был удален показатель «скорость ультразвука в теле позвонка». Однако, согласно критерию Фишера, модель сохранила свою неадекватность ^ = 4,42, р-^е1 = 0,13) и не может быть использована для каких-либо целей.

В подсистеме второго порядка присутствует пять элементов, ее активизация вызвана изменением обхвата пясти, итогом является сдвиг толщины тела позвонка.

При отсутствии фактической модели, из наилучшей в связи с несовершенством была удалена «толщина пясти», после чего она приобрела следующий вид:

Y6 = 1,08+0,63 . Х14—0,85 . Х13—0,30 . Х4 (6),

где Y6 — толщина тела позвонка;

Х14 — общий магний в сыворотке крови;

Х13 — фосфор в сыворотке крови;

Х4 — обхват пясти.

^ = 22,3, р-1еуе1 = 0,15)

В структуре третьего эшелона системы присутствует два системообразующих показателя — 50,0%. Минимальные свойства присущи показателю обхвата пясти (-1,720), максимальные — ширина тела позвонка (-0,369). Индекс различия составил 4,66 раза.

Системоразрушающими свойствами обладают две характеристики — 50,0%. Минимальные свойства присущи показателю «толщина тела позвонка» (0,107), максимальные — «скорость ультразвука в теле позвонка» (0,353). Индекс различия составил 3,3 раза.

Системообразующий индекс свидетельствует о высокой устойчивости эшелона и его неготовности к переменам — 4,54.

Таким образом, костная система коров на третьем эшелоне с 19 до 5 часов утра проявляет высокое стремление к системообразованию, что вызвано обхватом пясти и шириной тела позвонка.

На третьем эшелоне структуры организма коров формируют управляющую подсистему, где присутствует четыре элемента. Элементом активизации выступает ширина тела позвонка, ее итогом — обхват пясти.

Фактическая модель функционирования подсистемы для заключительного элемента имеет следующий вид:

Y4 = 1,59—0,48 . Х5—0,51 . Х6—0,35 . Хи (7),

где Y4 — обхват пясти;

Х5 — ширина тела позвонка;

Х6 — толщина тела позвонка;

Х11 — скорость ультразвука в теле позвонка.

^ = 0,58, р-1еуе1 = 0,72)

В наилучшей модели ввиду несовершенства были удалены ширина и толщина тела позвонка. Однако, согласно критерию Фишера, модель сохранила свою неадекватность ^ = 2,60, р-^е1 = 0,21) и не может быть использована для каких-либо целей.

Оценка синергетических взаимоотношений эшелонов системы костей скелета, подсистем в эшелонах, элементов активизации и итогов их функционирования у беременных лактирующих, в период с 19 часов вечера до 5 утра, когда костная ткань преимущественно поглощает компоненты, позволяет выделить следующие особенности:

• структуры животного формируют 15 показателей в большую систему, в виде трехэшелонной пирамиды;

• третий эшелон пирамиды не контролирует элемент активизации первой (скорость ультразвука в теле позвонка) и итог деятельности (толщина позвонка) второй подсистемы нижележащего уровня, что вызывает дополнительные затраты энергии на их запуск и последующее функционирование;

• активизация подсистем скелета в порядке роста иерархической важности осуществляется следующими элементами: активность аморфного фосфата в теле позвонка ^ магний в сыворотке крови ^ толщина пясти ^ ширина позвонка ^ активность аморфного фосфата в теле позвонка ^ обхват пясти ^ ширина позвонка;

• ширина тела позвонка, являясь ведущим запускающим элементом костной системы, позволяет организму коров периода беременности и лактации в ночное время контролировать восстановление костей скелета, противостоять неблагоприятным факторам окружающей среды;

• итогами деятельности подсистем скелета, а значит проблемой организма в порядке роста иерархической важности являются: фосфор сыворотки крови ^ ширина пясти ^ обхват пясти ^ толщина позвонка ^ ширина позвонка ^ толщина позвонка ^ обхват пясти;

• обхват пясти является наиболее важным компонентом для успешной деятельности костей скелета коров в период поглощения ими веществ, идущих для восстановления костной ткани и другие нужды организма;

• в связи с несовершенством из наилучших моделей были удалены в первом эшелоне: ширина пясти ^ обхват пясти ^ щелочная фосфатаза сыворотки крови, во втором: скорость ультразвука в теле позвонка ^ толщина пясти, в третьем: ширина и толщина позвонка. К наиболее несовершенным элементам костной системы у коров, в период поглощения костной тканью

веществ следует отнести морфометрические характеристики опорных костей;

• на верхнем (командном) эшелоне костной системы коров остаются морфометрические характеристики тела позвонка и пясти, свидетельствуя о том, что костная ткань животных в период с 19 часов вечера до 5 утра преимущественно восстанавливается, в первую очередь, обхват пясти.

Научные и практические работники должны принять во внимание следующие аспекты в деятельности скелета клинически здоровых коров периода лактации, беременности:

• наиболее полная и всеобъемлющая оценка скелета возможна только на основе системного подхода, с учетом суточных ритмов в деятельности костной системы;

• костная ткань животных с 19 часов вечера до 5 утра подвергается преимущественному вос-тановлению, в первую очередь трубчатые кости;

• оценку состояния скелета в период поглощения компонентов осуществлять на основе характеристик: ширина позвонка —> обхват пясти;

• учитывать, что скелет животных с 19 часов вечера до 5 утра осуществляет поглощение компонентов преимущественно в опорных костях, а во-вторых — иерархичность исследования проблемных характеристик функционирования скелета коров.

Литература

1. Самотаев, А.А. Алгоритм анализа больших систем показателей объектов природного и неприродного характера / А.А. Самотаев // Информатика и системы управления, 2008. - № 2(16). - С, 41-43.

2. Славин, М.Б. Методы системного анализа в медицинских исследованиях / М.Б. Славин. М.: Медицина, 1989. — 352 с.

3. Оранский, И.Е. Природные и лечебные факторы и биологические ритмы / И.Е. Оранский. — М.: Медицина, 1988. - 284 с.

4. Степанова, С-.И. Биоритмологические аспекты проблемы адаптации / С.И. Степанова. — М.: Наука, 1986. — 241 с.

5. Самотаев, А.А. Суточные изменения скорости ультразвука в костях стельных и лактирующих коров / А.А. Самотаев, Е.Ю. Клюквина // Ветеринария, 2000. — № 3. — С. 24-26.

6. Сорокин, А.А. Ультрадианные составляющие при изучении суточного ритма / А.А Сорокин. Фрунзе, 1981. — 262 с.

7. Самотаев, А.А. Ультразвуковая остеометрия у коров: методические рекомендации / А.А. Самотаев. Оренбург, ИАГУ, 1994. - 62 с.

8. Медицинская морфометрия. Руководство / Г.Г. Автандилов. - М.: Медицина, 1990. - 384 с.