CC BY
15
УДК 621.9289
Сколоздра С.В., к.т.н., доцент, Чайковський Б.П., к. т.н., доцент Лье1еський нацюнальний утеерситет еетеринарног медицины та бютехнологт iм. С.З.Гжицького
Б1ОЛОГ1ЧНИЙ ВПЛИВ 1НФРАЧЕРВОНОГО ВИПРОМ1НЮВАННЯ НА С1ЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ ТВАРИН
В статтi показано, що для тдтримки температури тыа теарини на пееному рiенi повинна бути рiеноеага мiж утеоренням теплоти е органiзмi i надходженням ïï ззоет, з одного боку, i розстеанням теплоти е зоеншне середоеище - з iншого - рiеняння теплоеого балансу оргатзму теарини. Приеедена математична модель теплоеого балансу теарин i умоеи для його забезпечення. Показано, що температурний режим при еирощуеант молодняка може бути забезпечений комбтоеаною системою загального i локального обiгрiеу. Вказано, що 1Ч-опромтення на еiдмiну еiд тших засобiе м^цееого обiгрiеу не тыьки оберiгае теарин еiд переохолодження, але i еикликае посилення бiологiчних процесiе у органiзмi, сприяе тдеищенню тонусу i захисних сил оргатзму.
Ключоei слова: оптичне еипромтюеання, тфрачереоне еипромтюеання, теплообмiн теарин, конеекщя поеШря, теплопроеiднiсть, бiологiчна дiя.
Оптичний д1апазон ¡нфрачервоного ( 1Ч)-внпромшювання.
Основну частину оптично1 област спектру займае шфрачервоне (1Ч) випромшювання - спектральний дiапазон, що примикае до крайньо1 довгохвильово1 (червоно].') частини видимого сонячного випромшювання.
За фiзичними способами виявлення i вимiрювання весь дiапазон 1Ч-випромшювання прийнято роздшяти на три области 1Ч-А 0,78-1,4 мкм, 1Ч-В 1,4-3 мкм, 1Ч-С 3 мкм - 1 мм.
Теплообмш тварнн з оточуючим середовищем. Процеси теплоутворення, передачi теплоти в органiзмi тварин i вщдача ïï в зовшшне середовище протшають вщповщно до закону збереження енергп i згщно першому i другому початкам термодинамжи.
Теплота, утворювана при переварюванш i засвоеннi кормiв, в холодну пору року корисно використовуеться для тдтримки to^^toï температури тша.
Одним з основних зовшшшх чинникiв, що впливають на тепловiддачу тварин, е температура навколишнього повiтря. З пониженням температури навколишнього середовища росте потреба оргашзму в збiльшеннi теплопродукцiï для покриття втрат теплоти тшом в зовшшне середовище, i як наслщок, росте потреба в корм1
Тепловщдача з поверхнi тiла тварини залежить не тшьки вiд
© Сколоздра С.В., Чайковський Б.П., 2007
174
температури пов^ря п але i вщ середньо! радiащйноl температури поверхнi огорож, звернених в примщення, р Поеднання цих температур слщ вважати оптимальним для даного виду тварин при 1х найбшьшш продуктивностi. В цьому випадку збер^аеться теплова рiвновага в органiзмi тварини i вiдсутне напруження в його системi терморегуляци. Тепловi умови в примщенш прийнято характеризувати температурою примщення 1пр, яка визначаеться як середня температура пов^ря в примiщеннi, i tр:
П =mtр +(1-ш)и (1)
де т - дослгдний коефщент, р1ений для коргеникге 0,3, свинарниюв 0,42, житлових будгвель 0,5.
Для тдтримки температури тша тварини на певному рiвнi повинна бути рiвновага мiж утворенням теплоти в органiзмi i надходженням И ззовнi, з одного боку, i розсiюванням теплоти в зовшшне середовище - з шшого. Рiвняння теплового балансу органiзму тварини мае вигляд:
Цвн =Цк +Цв+Цвип. +Цт (2)
де Цвн - внутршнш потш теплоти, який виробляеться в органiзмi тварини за рахунок енергп споживаного корму; цк, ,цвип , - потоки теплоти, яка видшяеться оргашзмом в оточуюче середовище конвекцiею, випромiнюванням, випаровуванням, теплопровщшстю (в пiдлогу).
При вирощуванш молодняка сiльськогосподарських тварин виникае необхщшсть застосування разом iз загальним обiгрiвом примiщення засоби мiсцевого обiгрiву, що дозволяють створювати в зонi знаходження молодняка пiдвищений температурний режим. Для цього випадку рiвняння теплового балансу матиме вигляд:
Цвн +Цдод =Цк +Цв + Цвип + ЦТ , (3)
де Цдод. — додатковий потш теплоти, що поступае в оргашзм вщ засобiв мiсцевого обiгрiву.
Кiлькiсть теплоти, що утворюеться в органiзмi тварини при переварюваннi i засвоеннi кормiв, залежить вiд маси тварини, кшькост i якостi корму, що з'щаеться нею, м'язово! активност^ продуктивностi тварини, а також температури та шших параметрiв мiкроклiмату тваринницького примщення. 1з збiльшенням маси тварини теплопродукщя його на одиницю маси зменшуеться, а загальна кiлькiсть теплоти, що утворюеться, збшьшуеться.
У практичних розрахунках для визначення кiлькостi теплоти, що вщдаеться твердим тiлом в одиницю часу конвекщею, користуються формулою Ньютона:
Цк акАтв. ^п.тв. tп. ), (4)
де цк — конвективний тепловий потш, Вт; Атв — площа поверхш тiла тварини, м2; tп.те - температура поверхш тша тварини (шерстного покриву), °С; ак - коефщент теплопередачi конвекцiею, Вт/(м2 °С).
Потш теплоти, що видiляеться органiзмом тварини в оточуюче середовище випромшюванням, визначаеться виразом
= ал ^п.тв. р)Ав ф, (5)
175
де ал - коефщент тепловiддачi випромшюванням, Вт/(м2°С); Ав - площа поверхнi тварини, що бере участь в променистому теплообмш з огороджуючими конструкцiями; ф - коефщент опромiненостi.
Поверхневi покриви тварин i внутрiшнi поверхнi будiвельних конструкцш (тваринницьких примiщень) вiдносяться до категорп сiрих тiл, для яких т = 0, а а + р = 1.
Коефiцieнт теплового випромшювання поверхнi тiла тварин (зокрема, велико! рогато! худоби) е = с1/с0 = 0,95. Враховуючи, що для чорних тш с0=5,67 Вт/(м2К4 ), постшна випромiнювання поверхнi тiла крупно! рогато! худоби
С1 =0,95 . 5,67 =5,39 Вт/(м2. К4).
Поглинання i випускання IЧ-випромiнювання тiлом тварин пщкоряеться законам теплового випромiнювання.
Для визначення потоку теплоти ч12 , який передаеться одиницею (1 м2 ) поверхнi тварини огородженням примщення, з точнiстю, достатньою для практичних цшей, можна скористуватися формулою Христиансена:
Ч12
1
1/с + Ав / А0 (1/ с2 -1/с0)
Т Т
(А.)4 - (Т1.)4 10а 100
(6)
постiйна випромiнювання, площа i
де С2, А0, Т2 — вщповщно температура поверхнi огорож.
Коефiцiенти опромшеностей поверхонь стiн фс i покриття фп характеризують частки загального теплового потоку випромшюванням вщ тварин.
Для обл^ поглинаючих властивостей середовища тваринницького примщення в (6) необхщно ввести спещальний коефiцiент Кп, який враховуе також самозатшешсть випромiнювання тварин. На пiдставi розрахункових даних його значення для покритпв складае 0,7, для стш 0,75.
При розрахунку променистого теплообмiну тварин з внутрiшнiми поверхнями захищаючих конструкцiй слiд мати на уваз^ що в теплообмiнi бере участь лише частина площi поверхш тiла тварини. Розрахункова поверхня визначаеться по формулi
Ал =Кл Атв (7)
де Кл — частка поверхш, що бере участь в теплообмшц для корiв i свиней Кл =0,8.
2
тiла тварин,
Загальна площа поверхнi залежностi вiд !х маси Р, кг: для корiв
-0,105Р,
м
2/3 .
знаходиться в наступнш
для свиней
Складова потоку
Чт Чт
Атв. =0,092Рс розраховуеться по
~аТ (^п.тв. (п.п. )АТ,
2/3
виразу
(8)
в
тв
176
де аТ —коефщент тепловiддачi теплопровщшстю, Вт/(м2°С); tп.п -температура поверхнi пiдлоги, °С; АТ —площа поверхнi тша тварини, що бере участь в кондуктивному теплообмiнi, м2.
Бшлопчна д1я шфрачервоного випромшювання на молодняк сiльськогосподарських тварин. Основна частина територп нашо! краши характеризуеться холодним осiнньо-зимовим перюдом, який тривае п'ять -шють мiсяцiв i вважаеться найважчим для утримання сшьськогосподарських тварин. Особливо необхщно тепло в цей перiод молодняку, у якого в першi дш життя механiзми терморегуляцп недосконалi. Так, у курчати, що тшьки що вилупилося, температура тiла дае коливання при зм^ температури повiтря всього на 0,03°С а при зниженш до 14—15°С рiзко падае. З вiком стiйкiсть до коливань навколишньо! температури пiдвищуеться, i до двох тижнiв температура тша курчат досягае постшного рiвня, характерного для дорослого птаха.
Низька температура i висока волопсть повiтря в примщенш несприятливо вiдображаються на зростанш i розвитку молодняка, приводять до порушення обмiну речовин, виникнення простудних захворювань, розладу травлення i нав^ь загибелi.
Необхiдний температурний режим при вирощуванш молодняка може бути забезпечений комбшованою системою загального i локального обiгрiву, яка дозволяе створювати тдвищену температуру тiльки в невеликiй обмеженш зонi знаходження молодняка в перший перюд вирощування.
Для мiсцевого обiгрiву використовують рiзнi нагрiвальнi установки, пщлоги, що обiгрiваються, килимки, панелi тощо. Широке застосування в практицi сшьського господарства одержав IЧ-обiгрiв молодняка, який володiе благотворною бiологiчною дiею на оргашзм тварин.
При падiннi променистого потоку на поверхню тша тварини частина випромшювання вщбиваеться, iнше поглинаеться в шкiрi або пiдшкiрних тканинах. Стутнь проникнення IЧ-випромiнювання через шюру залежить вiд И стану (вологоси, густини шерстного або пухо- тр'яного покриву, пiгментацil).
Органами чуття, яю одержують роздратування при поглинаннi 1Ч-випромiнювання, служать тепловi рецептори (приймач^, розташованi в шкiрi. 1х реакщя на це роздратування викликае вщчуття теплоти. Дiя випромiнювання грунтуеться як на його поглинанш водою i кров'ю, так i на поглинанш молекулами живо! тканини.
1снуе значна залежшсть поглинання IЧ-випромiнювання шкiрою i пiдшкiрними тканинами вiд довжини хвиль Найбiльше вiдбивання (близько 30%) спостер^аеться у видимiй, особливо червонiй обласп (400—780 нм). У обласи 1Ч-А коефiцiент вiдбивання складае близько 20%, 1Ч-В - 10% i в областi 1Ч-С — 5—6%, тобто майже вся довгохвильова частина 1Ч-випромшювання (94—95%) проникае в шюру i пщшмрну тканину.
Видиме випромiнювання майже повнiстю поглинаеться шк1рою, тодi як короткохвильове випромiнювання в значнш мiрi проникае в пiдшкiрну тканину.
177
Довгохвильове IЧ-випромiнювання(бiльше 2 мкм) звичайно поглинасться поверхневими шарами (епщермком). Вважаеться, що для IЧ-випромiнювання з довжиною хвилi бiльше 5 мкм шюра повнiстю непрозора.
Поглинута у шкiрi енергiя IЧ-випромiнювання перетворюеться в теплоту, викликаючи нагрiв тканин; посилюеться рух кровi в пщсоскових шарах шкiри, вiдбуваеться переповнення кровоносних судин кров'ю, збiльшуеться обмiн мiж кров'ю i тканинами.
Поглинання ГЧ-випромшювання шкiрним покривом —складний бюлопчний процес, в якому приймае участь весь оргашзм тварини з його терморегулятор-апаратом. Проникаючи в шкiру i пiдшкiрнi тканини, викликае загальну реакщю органiзму, яка виникае рефлекторно. Гнфрачервоне випромiнювання дiе на шкiру, на нервову систему, а через не! i на внутршш органи. Слщ помiтити, що опромiнювання прискорюе видшення токсинiв, i шкiра, немов справжня ендокринна залоза, дiе краще в цих умовах. Утворення шгменив, регенеращя уражених клiтинок епiдермiсу, виконуючих функщю самозахисту, всi цi процеси стимулюються ГЧ-опромiненням. Унаслiдок неоднаково! глибини проникнення мехашзм дп довгохвильового (з довжиною хвилi бiльше 1500 нм) i короткохвильового (750—1500 нм) випромшювання рiзний. Довгохвильове ГЧ-випромшювання поглинаеться поверхневими шарами шкiри i викликае нагрiв. В пiдшкiрному шарi розташованi вiльнi нервовi закiнчення, що передають вщчуття теплоти г сигнал роздратування в центральну нервову систему. Шмра за допомогою нервово! системи, що знаходиться в тканинах, яка викликае вщчуття теплоти i нервовi рефлекси, при необхщност може використовувати засоби терморегулювання, що е у розпорядженш оргашзму.
У частинi епщермюу, що знаходиться пiд роговим шаром, заюнчуються безмякотнi волокна, що передають вщчуття болю. Больове вщчуття, яке викликаеться тепловою дiею, наступае для шири людини приблизно при 43,50С. Отже, допустима опромшешсть обмежуеться цим критерiем.
Короткохвильове випромшювання проникае крiзь область, в якш виникае больове вщчуття, в глибшi шари тканин; енерпя випромiнювання вже достатня щоб викликати хiмiчну дiю. Разом з тепловими рецепторами в цьому випадку ГЧ-випромшювання впливае на закшчення вегетативних нервових сплетень, а також на кровоносш судини. Досягаючи глибоко лежачих шарiв, проникаюче ГЧ-випромшювання через реакцп кровi i нервово! системи впливае на функцп залоз i загальний обмiн речовин; таким чином посилюеться реакщя загального захисту органiзму, створюеться бар'ер на шляху проникнення холоду в оргашзм тварини, попереджуючи його переохолодження.
Все це дае можливкть приписати короткохвильовому 1Ч-випром1нюванню спецнфнчну б1олог1чну д1ю.
Нервовi i гуморальнi впливи при оптимальних режимах ГЧ-випромшювання нормалiзують тонус вегетативно! нервово! системи, позитивно позначаються на стану, розвитку, приростах, а також на збереженш молодняка тварин i птищ.
178
При переривистому режимi роботи IЧ-випромiнювачiв позмшна дiя високих i низьких температур на тварин тддае !х судинну систему своерщному тренуванню, вiдбуваeться гартування органiзму. Таким чином, 1Ч-опромшення на вiдмiну вщ шши\ засоб1в мкцевого об1гр1ву не тшьки обер1гас тварин вiд переохолодження, але i викликас посилення бшлоНчнн\ процесiв у органiзмi, сприяс пiдвищенню тонусу i захисних сил оргашзму, Специфiчнiсть дп дозволяе також використовувати 1Ч-опромшення з лiкувальною метою. У основi терапевтично! Aii короткохвильового випромшювання лежить здатшсть викликати активну пперемш (теплову еритему), що покращуе живлення тканин, прискорюе розсмоктування патологiчних продуктсв. Цим пояснюеться широке використання 1Ч-випромшювання для лiкування рiзних запальних процеав. У пiдгострих хронiчних стадiях запалення при ди IЧ-випромiнювання в гiперемiрованiй областi концентруеться велика кiлькiсть ферментних елемешпв кровi, що веде до збшьшення утворення продуктiв окислення i пiдвищення обмiну в тканинах. Завдяки цим же обставинам посилюеться живлення пошкоджених тканин, регенерацiя клiтин, в результат швидшае загоення ран, язв тощо. 1нфрачервоне опромiнювання пiдсилюе випаровування вологи, цим пояснюеться його висушуюча дiя, що широко використовуеться при л^ванш мокнучо! екземи, дерматитiв, ошмв тощо.
Пiд впливом IЧ-опромiнення в органiзмi тварини вiдбуваеться активацiя кровотворних органiв i спостерiгаються збiльшення в кров числа еритроцитсв i лейкоцитсв, змiсту гемоглобiну, змiну в зшсп бiлкових фракцiй кровi, пiдвищуеться рiвень iмунобiологiчноl реактивност органiзму до рiзних захворювань.
Л1тература
2. П.Д.Бакшеев. Штучне опромiнення тварин. - К.: Урожай, 1980.-79 с. 2. Голосов И.М. Применение лучистой энергии в животноводстве и ветеринарии.- Л.:Лениздат, 1971.-179 с.
Summary Skolosdra S.V., ^ikovsky B.P. Lviv National Unyversytety of Veterinary Medicine and Veterynary
Affer S.Z. Ghytsky BIOLOGICAL INFLUENCE OF INFRA-RED RADIATION ON AGRICULTURAL ANIMALS It is shown in the article, that for support of temperature of body of animal there must be an equilibrium between formation of warmth in an organism and receipt of her from outside at certain level, from one side, and dispersion of warmth in an external environment - with other is equalization of thermal balance of organism of animal. Resulted mathematical model of thermal balance of animals and condition for his providing. It is shown that a temperature condition at growing of sapling can be provided with the combined system of the general and local heating. It is indicated, that 1Ч- to the rays to the rays unlike other facilities of the local heating not only guards animals from supercooling but also causes strengthening of biological processes in an organism, is instrumental in the increase of tone and protective forces of organism.
Стаття надшшла до редакцИ 19.02.2008
179
