CC BY
116
УДК 612.44/45:612.014.4
О. А. Абатчикова, Н. Я. Костеша
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ АДАПТАЦИИ ПРИ ХОЛОДНОМ МЕТОДЕ ВЫРАЩИВАНИЯ ТЕЛЯТ
Излагаются результаты исследования воздействия умеренно низких температур при холодном методе выращивания телят, что стимулирует кроветворную функцию молодняка крупного рогатого скота, что проявляется в повышении уровня эритроцитов и гемоглобина, а также в увеличении фосфора в сыворотке крови для усиления энергетических процессов и процесса терморегуляции. Повышение уровня кортизола в крови к 15м суткам исследования указывает на развитие процессов адаптации, в результате чего мобилизуются обменные процессы, направленные на поддержание гомеостаза организма, о чем свидетельствует пониженный уровень трийодтиронина.
Ключевые слова: адаптация, стресс, неорганический фосфор, кортизол, резистентность, лейкоцитоз, трийодтиронин, тироксин, лейкоциты, терморегуляция.
Адаптация животных к экстремальным условиям осуществляется путем изменения функций органов и систем организма, требующих мобилизации метаболических процессов. Возникающие противоречия между организмом и воздействующими на него неблагоприятными факторами требуют глубокого изучения механизмов их взаимодействия [1]. Следовательно, широкие адаптивные возможности организма и следует брать за исходную основу дальнейших исследований и разработок рекомендаций для практического внедрения в производство с учетом максимального использования законов онтогенеза, естественной жизнестойкости организма и более полного раскрытия его генетического потенциала. Показатели крови, как одной из физиологических систем, являются интеграционным индикатором функционирования всего организма. Выполняя разнообразные функции, они могут характеризовать уровень адаптации животных к конкретным условиям внешней среды.
Экспериментальный подход к изучению физиологии сельскохозяйственных животных в раннем онтогенезе остается основным методом познания приспособительных особенностей организма. Знания особенностей физиологии сельскохозяйственных животных в раннем онтогенезе весьма скудны и часто приобретают эмпирический характер [2].
Целью наших исследований являлось изучение физиологических механизмов адаптации при воздействии на организм телят умеренно низких температур при холодном методе содержания.
Исследования были проведены на базе ЗАО «Овощевод», где содержится 1.2 тыс. голов черно-пестрого скота. В хозяйстве с 2001 г. применяется холодный метод выращивания телят.
Для исследования физиологических механизмов адаптации при холодном методе выращивания телят были сформированы 2 группы по 25 голов: контрольная и опытная, по принципу пар-аналогов, с учетом клинико-физиологического состояния, возраста и живой массы. Телята контрольной и опытной групп с момента рождения до 5-го дня находились в инди-
видуальных клетках профилактория при температуре воздуха 10-12 °С. Телят опытной группы на 5-е сутки переводили в помещение облегченного типа с температурой воздуха в зимнее время минус 5 °С, где они содержались в индивидуальных клетках. Контрольная группа находилась в помещении с температурой воздуха от 12 до 15 °С. Кормление телят контрольной и опытной групп во время исследования было идентичным.
У телят из каждой группы на 1-, 7-, 15-, 20- и 30-е сутки определяли показатели клинического состояния: температуры тела, пульса, дыхания, общего состояния; морфологии крови - эритроциты, гемоглобин, лейкоциты. О характере развития адаптационных изменений судили по реакции коры надпочечников (содержание кортизола), щитовидной железы - содержание трий-одтиронина (Т3) и тироксина (Т4), по уровню фосфора в сыворотке крови. Уровень резистентности определяли по методу Л. X. Г аркави (2006) - представленный как соотношение в лейкограмме лимфоцитов и сегментоядерных нейтрофилов [3].
При клиническом обследовании было установлено, что у телят опытной группы частота дыхательных движений в минуту была меньше относительно контроля на протяжении всего времени исследования в
1.5-1.7 раза и составляла 28-31 дв./мин. При этом дыхание было глубоким и ритмичным. Частота пульса у телят опытной группы также замедлялась и находилась в пределах 83-86 уд./мин, при 100±5 уд./мин у телят контрольной группы. Ректальная температура у телят опытной и контрольной групп за период исследований существенных различий не имела и регистрировалась в пределах 38.7-39.1 °С. Из полученных данных следует, что у телят опытной группы, несмотря на более редкое дыхание и меньший минутный объем его, глубина дыхания была больше и коэффициент использования кислорода был выше, что свидетельствует о лучшем развитии дыхательной системы. По данным Ведяева (1992), холодовое воздействие вызывает сужение сосудов кожи, снижение кожного кровотока, теплопроводности кожи [4].
Подсчитано, что максимальное сужение кожных сосудов может повышать теплоизоляцию организма в 4 раза. Процессы физической терморегуляции - снижение частоты дыхания и замедление частоты пульса -обеспечивали температурное постоянство у телят опытной группы.
В поведенческих реакциях и реакциях на внешние раздражители отличий не было.
Живая масса - это один из важнейших показателей состояния организма животного. Из полученных данных (табл. 1) следует, что при воздействии низких температур при холодном методе выращивания в
Таблица 1
Весовые показатели телят при холодном методе выращивания
Группа Возраст, сут
1 7 15 20 30
Живая масса, кг
Контрольная 36.4±0.21 39.5±0.28 43.5±0.28 45.8±0.32 49.0±0.28
Опытная 36.2±0.8* 41.0±0.48* 47.9±0.44* 52.8±0.4* 58.9±0.44*
Примечание: * - достоверные различия относительно контрольной группы (Р<0.05).
организме телят преобладают анаболические процессы, обеспечивающие прирост живой массы.
Кровь, как внутренняя среда организма, выполняет многочисленные функции, регулируя тем самым обмен веществ. Кровь доставляет к клеткам питательные вещества и кислород, удаляет продукты обмена, участвует в гормональной регуляции и осуществляет защитные реакции, поддерживает равновесие электролитов в организме. Морфологические показатели крови позволяют использовать их для оценки состояния обменных процессов в организме животных. Наиболее важным морфологическим показателем крови является количество эритроцитов. Основная функция эритроцитов - транспорт кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким.
Эритроциты переносят также адсорбированные на их поверхности питательные и биологически активные вещества, участвуют в регуляции кислотно-щелочного равновесия и водно-солевого обмена в организме. Они принимают участие в нормализации состояния иммунной системы, а также в регуляции свертывания крови [2].
Сложный механизм окислительно-восстановительных процессов в организме телят находится в прямой связи с функцией эритроцитов. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что содержание эритроцитов у телят опытной группы на протяжении всего периода исследования было выше относительно контроля, соответственно динамика содержания гемоглобина повторяла динамику эритроцитов (табл. 2).
Т аблица 2
Морфологический состав крови телят при холодном методе выращивания
Группа Возраст, сут
1 7 15 20 30
Эритроциты, 1012/л
Контрольная 7.3±0.28 7.4±0.42 7.08±2.3 6.5±0.19 5.6±0.18
Опытная 7.7±0.47 7.55±0.26 7.57±0.29 7.52±0.09* 7.0±0.25*
Гемоглобин, г/л
Контрольная 109.5±0.48 113.4±0.67 108.2±0.5 98.1±0.17 93.3±0.14
Опытная 126.1±0.75 109.7±0.39 109.4±0.42 107.4±0.39* 107.5±0.35*
Лейкоциты, 109/л
Контрольная 19.4±2.1 26.8±4.37 23.4±1.94 34.9±6.09 23.0±1.57
Опытная 19.7±3.5 19.05±3.93 12.43±1.84* 15.5±3.7* 14.3±2.39*
Примечание: * - достоверные различия относительно контрольной группы (Р<0.05).
Лейкоциты крови в организме выполняют в основном защитную функцию, фагоцитирование бактерий и инородных тел. В наших исследованиях (табл. 2) у телят обоих групп отмечался лейкоцитоз, однако у телят контрольной группы он был выше, это, вероятно, связано с тем, что с 7 сут и на протяжении всего периода исследования у отдельных телят контрольной группы, в отличие от опытной, наблюдалась
диарея (продолжительность от 2 до 5 дней), и ее клинические признаки четко совпадали с лейкоцитозом.
Лейкоцитарная система организма чутко реагирует на любые изменения, происходящие в организме под воздействием внешних факторов. Эти реакции связаны с перестройкой работы органов гемопоэза. В результате может осуществляться усиленная выработка как всех, так и отдельных групп лейкоцитов или
перераспределение их содержания в крови животно- ный профиль, эозинофилы в это время встречаются
го [5]. крайне редко, к месячному возрасту в лейкограмме
Как отмечают Симонян и Хисамутдинов (1995), превалируют лимфоциты [6]. Полученные нами дан-
кровь телят сразу после рождения имеет нейтрофиль- ные (табл. 3) имеют такую же тенденцию, но в лей-
Т аблица 3
Лейкограмма телят при холодном методе выращивания, %
Группа Сутки
1-е 7-е 15-е 20-е 30-е
Эозинофилы, %
Контрольная 0.2±0.13 0 0 0 0
Опытная 0.16±0.13 0.16±0.13 0 0.16±0.13 0.16±0.13
Палочкоядерные нейтрофилы, %
Контрольная 17.4±2.32 15.6±1.94 9.8±3.15 4.8±1.23 7.0±1.23
Опытная 12.3±1.78 7.5±1.36* 4.7±1.23 7.3±2.32 8.2±1.78
Сегментоядерные нейтрофилы, %
Контрольная 45.5±5.2 39.6±3.69 34.0±3.28 32.0±5.75 35.3±2.46
Опытная 54.7±4.79 45.7±2.32 18.2±3.28* 18.0±1.5* 22.2±3.15*
Лимфоциты, %
Контрольная 30.6±4.52 36.4±2.73 48.5±6.4 57.3±5.47 50.8±3.69
Опытная 25.7±2.88 38.0±3.01 66.2±2.46* 64.3±7.39 57.5±5.34
Моноциты, %
Контрольная 5.8±1.50 8.4±0.68 6.5±0.95 6.0±0.68 7.0±1.09
Опытная 7.2±1.36 8.7±1.64 11.0±1.09* 10.5±1.64* 11.0±1.09
Примечание: * - достоверные различия относительно контрольной группы (Р<0.05).
кограмме телят опытной группы количество лимфоцитов выше относительно контроля к 15-м суткам на 36.5 % (Р<0.05), на 20-е сутки - 12.2 %, на 30-е -13.2 %. Динамика количества моноцитов соответствует динамике лимфоцитов. Увеличение числа лимфоцитов и моноцитов способствует повышению реакций специфического иммунитета и может свидетельствовать о повышении клеточных факторов иммунитета. Глюкокортикоиды относят к гормонам, повышающим жизнестойкость и способным противодействовать развитию патологии, синтезируются они в пучковой зоне коры надпочечников. К ним относятся кортизол и кортикостерон, причем кортизола в 10 раз больше. В крови крупного рогатого скота они составляют 99 % всех глюкокортикоидов. Данные гормоны усиливают мобилизацию жира в депо и его использование в процессах энергетического обмена, также играют большую роль в защите организма от неблагоприятных факторов внешней среды. При их недостатке снижается устойчивость организма к неблагоприятным условиям. При травмах, кровопотерях, некоторых инфекционных заболеваниях, а также стрессовых состояниях выделение глюкокортикоидов увеличивается [7]. Основная роль глюкокортикоидов, выделяемых в кровь при стрессе, состоит в приспособлении организма к меняющимся условиям внешней среды и регуляции обменных процессов.
Как свидетельствуют полученные данные (табл. 4), воздействие низких температур вызывает повышение количества кортизола в крови телят у опытной группы по сравнению с контрольной. Так, на 15-е сутки исследования его содержание в опытной группе выше на 46.1 % (Р<0.05), на 20-е сутки - 44.6 % (Р<0.05), на 30-е - 46.8 % (Р<0.05). Повышение в крови концентрации кортизола у телят опытной группы является ответной реакцией организма на стрессовое воздействие. Умеренный гиперкортицизм у телят опытной группы мобилизует энергетические ресурсы и регулирует реакции адаптации организма к изменениям условий существования, способствующие формированию и поддержанию защитных сил организма на высоком уровне. Эти выводы подтверждаются полученными данными по определению уровня резистентности организма телят, для чего нами был использован довольно простой метод ее оценки, предложенный Л. X. Г аркави (2006) - представленный как соотношение в лейкограмме лимфоцитов и сегментоядерных нейтрофилов, меняющееся при стрессе. Метод основан на том, что в первой кратковременной фазе стресса организм мобилизует защитные механизмы для противодействия отрицательным факторам среды. На этой стадии снижается реактивность, в крови увеличивается количество нейтрофилов и уменьшается - лимфоцитов. Если защитные силы организ-
ма справляются с воздействием стресс-фактора, то за мобилизацией наступает адаптация. На стадии адаптации (резистентности) соотношение между типами кровяных клеток нормализуется и соответствует физиологическим показателям. Одновременно восстанавливается иммунологическая реактивность [3].
Поскольку «белая кровь» является своеобразным гормональным зеркалом состояния организма, то такой подход позволяет использовать лейкоцитарную формулу не только для объективной оценки воздействия на организм всего комплекса различных факторов внешней среды, но и для определения состояния, в каком находится в данный момент его сопротивляемость воздействию факторов внешней среды. Более того, применение этого метода должно позволить в дальнейшем использовать лейкоцитарную формулу в целях фактического управления сопротивляемостью организма путем целенаправленного перевода при помощи дозированныгс нагрузок из состояния менее благоприятной для него реакции в более благоприятную.
Применение холодного метода выращивания телят опытной группы (рис. 1) формирует повышенный уровень резистентности организма к 15-м суткам относительно телят контрольной группы, и он остается достоверно выше на 20-е и 30-е сутки исследования. Полученные данные свидетельствуют о развитии неспецифической резистентности и иммунологической реактивности организма при развитии адаптации к низким температурам при холодном методе выращивания телят.
Высокий уровень исследуемыгс гормонов в первые сутки после рождения у телят контрольной и опытной групп объясняем тем, что перестройка организма на новый ритм функционирования сопровождается напряжением эндокринных механизмов регуляции, и это соответствует высокому уровню исследуемых гормонов в крови телят, в данном случае кортизола, трийодтиронина, тироксина. В связи с высокой интенсивностью постнатальной дифференцировки тканей в 5-7-дневном возрасте происходит активное поглощение гормонов, и их уровень в крови снижается [8].
Гормоны щитовидной железы регулируют процессы развития, созревания, специализации и обновле-
Примечание: * - достоверные различия относительно контрольной группы (Р<0.05).
Рис. 1. Состояние резистентности при холодном и традиционном методах выращивания телят, коэффициент
ния почти всех тканей организма, обеспечивают нор-малыный энергетический обмен (увеличивают количество митохондрий, стимулируют образование энергии и тепла, повышают потребносты тканей в кислороде). Щитовидная железа оказывает влияние на образование более ста различные ферментов, участвует в обмене углеводов, жиров и витаминов, регуляции водно-солевого равновесия, влияет на обмен калы-ция и магния, воздействует на иммунную систему, стимулируя защитные силы организма [9].
Наиболышее биологическое значение имеет трий-одтиронин, который активнее тироксина в 4-5 раз. В течение длителыного времени считалосы, что тироксин и трийодтиронин в равной степени принимают участие в обмене веществ. Однако было показано [7], что на периферии тироксин конвертируется в трийод-тиронин и биологическое действие тиреоидныгс гормонов более чем на 90-92 % осуществляется за счет трийодтиронина. Таким образом, основная ролы тироксина в организме заключается в том, что он является своего рода источником или, правилынее, прогормоном трийодтиронина. Период полураспада тироксина в плазме составляет около 7 дней, трийодти-ронина около 1 дня.
Уровены трийодтиронина у телят опытной группы на 7-й и 15-й дни опыта ниже контролыной группы (табл. 4), что объясняется высокой интенсивностью обменных процессов и усилением теплопродукции под воздействием низких температур. Для покрытия потребности в трийодтиронине усиливается выгсод в сыворотку крови тироксина, о чем свидетелыствует его достоверное повышение на 7-е сутки исследования на 55 % у телят опытной группы относителыно конт-ролыной.
По мере формирования адаптации к низким температурам (20-й дены опыта) у телят опытной группы уровены трийодтиронина и тироксина приближается к уровню телят контролыной группы.
Болышое клиническое значение для определения функционалыного состояния организма имеет определение неорганического фосфора в сыворотке крови.
В крови фосфор находится в неорганической и органической формах. Уровены содержания неорганического фосфора в сыворотке крови служит одним из критериев оценки минералыного обмена. Кроме того, уровены содержания фосфора зависит от функционалыного состояния щитовидной железы [10].
Главная функция фосфора связана с ростом и поддержанием целостности костной ткани и зубов. Около 80-85 % фосфора содержится в составе скелета. Также фосфор находится в мягких тканях, где он участвует в анаболических и катаболических процессах, что видно из роли фосфата в образовании высокоэнергетических соединений. Фосфор входит в состав фосфолипидов, которые играют важную ролы в образовании клеточных мембран и регуляции их проницаемости; служит предшественником в синтезе генети-
Т аблица 4
Уровень гормонов в крови телят при холодном методе выращивания
Группа Возраст, сут
1 7 15 20 30
Кортизол, нмолъ/л
Контрольная 204.94±16.01 113.1±33.2 31.4±2.63 14.9±0.49 21.22±2.72
Опытная 263.0±43.3 106.7±15.5 58.6±6.5* 26.9±0.75* 39.9±6.2*
Трийодтиронин (Т3), нмолъ/л
Контрольная 7.08±1.01 2.98±0.63 2.6±0.34 1.85±0.13 1.96±0.08
Опытная 5.3±0.83 2.38±0.15 2.4±0.17 1.9±0.06 1.8±0.06
Тироксин (Т4), нмолъ/л
Контрольная 353.24±46.8 155.78±12.2 236.7±11.43 155.9±21.56 128.0±9.7
Опытная 317.5±31.79 241.27±30.98* 166.4±33.97 160.2±6.47 139.8±7.56
Примечание: * - достоверные различия относительно контрольной группы (Р<0.05).
чески важных соединений, в частности ДНК; участвует в создании буферной емкости жидкостей и клеток тела; является составной частью кодегидраз, осуществляющих процессы тканевого дыхания; необходим для почечной экскреции; играет важную роль в обмене и транспорте жиров, белков и углеводов; необходим для нормального усвоения кальция и входит в состав всех тканей организма [11].
В физиологических условиях количество фосфора в крови поддерживается на постоянном уровне.
На протяжении всего исследования наблюдалось умеренное повышение уровня неорганического фосфора в сыворотке крови у телят опытной группы (табл. 5). На 15-е сутки его уровень был достоверно выше у телят опытной группы на 26 %, что свидетельствует об усилении энергетических процессов и процесса терморегуляции при воздействии низких
Уровень фосфора в крови телят при
температур при холодном методе выращивания. К 30-м суткам исследования уровень неорганического фосфора в сыворотке крови телят обоих групп имеет одинаковые показатели, что свидетельствует об адаптации к низким температурам телят опытной группы.
Результаты проведенных исследований свидетельствуют о следующем: содержание телят при холодном методе стимулирует кроветворную функцию, что проявляется в повышении уровня эритроцитов и гемоглобина, мобилизует выработку гормонов коры надпочечников и щитовидной железы и выход фосфора в сыворотку крови для усиления энергетических процессов и процесса терморегуляции.
Весь вышеперечисленный комплекс показателей является физиологическим механизмом адаптации при холодном методе выращивания телят.
Таблица 5
холодном методе выращивания, молъ/л
Группа Возраст, сут
1 7 15 20 30
Контрольная 1.53±1.57 1.69±0.21 2.04±0.25 2.6±0.09 2.7±0.19
Опытная 1.89±0.32 2.0±0.24 2.57±0.07* 2.7±0.7 2.7±0.13
Примечание: * - достоверные различия относительно контрольной группы (Р<0.05).
Список литературы
1. Горяйнова И. А. Физиологические особенности тромбоцитарного гемостаза у новорожденных телят в норме и при функциональных нарушениях пищеварения: автореф. дис. ... докт. биол. наук. М., 2008. 26 с.
2. Лысов В. Ф., Максимов В. И. Основы физиологии и этологии животных. М.: КолосС, 2004. 248 с.
3. Гаркави Л. X. Активационная терапия. Антистрессовые реакции активации и тренировки и их использование для оздоровления, профилактики и лечения. Ростов н/Д.: РГУ, 2006. 256 с.
4. Ведяев Ф. П. Стресс и организм // Вестн. РАМН. 1992. № 5. С. 17-20.
5. Василисин В. В., Соколов В. В., Голубцов А. В. и др. Физиолого-биохимические показатели крови коров красно-пестрой породы и коров симментальской породы австрийской селекции // Вестн. Воронеж. гос. аграр. ун-та. 2009. № 1 (20). С. 58-63
6. Симонян Г. А., Хисмамутдинов Ф. Ф. Ветеринарная гематология. М.: Колос, 1995. 255 с.
7. Балаболкин М. И. Эндокринология. М.: Универсум паблишинг, 1998. 416 с.
8. Максимов В. И. Гормональный статус органов животных в постнатальном онтогенезе: автореф. дис. ... докт. биол. наук., Казань,
1999. 26 с.
9. Бабский Е. Б., Зубков А. А., Косицкий Г. Н., Ходоров Р. И. Физиология человека. М.: Медицина, 1972. 654 с.
10. Черниговский В. Н. и др. Физиология системы крови. Л.: Наука, 1968. 280 с.
11. Микулец Ю. П. Биохимические и физиологические аспекты взаимодействия витаминов и биоэлементов. М., 2002. 192 с.
Абатчикова О. А., аспирант.
Томский сельскохозяйственный институт - филиал Новосибирского государственного аграрного университета.
Ул. Карла Маркса, 19, г. Томск, Томская область, Россия, 634009.
E-mail: [email protected]
Костеша Н. Я., доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой морфологии, физиологии и биохимии животных. Томский сельскохозяйственный институт - филиал Новосибирского государственного аграрного университета.
Ул. Карла Маркса, 19, г. Томск, Томская область, Россия, 634009.
E-mail:[email protected]
Материал поступил в редакцию 17.02.2010
O. A. Abatchikova, N. Ja. Kostesha PHYSIOLOGICAL MECHANISMS OF ADAPTATION AT THE COLD METHOD OF CULTIVATION CALVES
It is established, that the influence of moderate low temperatures on using a cold method of calves cultivation stimulates haematopoiesis of young cows that is shown in rising the level of erythrocytes and hemoglobin, and also in increase in phosphorus in whey of blood for strengthening power processes and thermoregulation process. The increase of the level of cortisol in blood by the 15-th day of the research specifies the development processes of adaptation, as a result the exchange processes directed to the maintenance of organism are mobilized and this fast is proved by the lowered level of triiodyronine.
Key words: adaptation, stress, inorganic phosphorus, cortisol, resistency, leukocytosis, triiodthyronine, thyroxine, leukocytes, thermoregulation.
Abatchikova O. A.
Tomsk Agricultural Institute - a Branch of Novosibirsk State Agrarian University.
Ul. Karl Marx, 19, Tomsk, Tomskaya oblast, Russia, 643009.
E-mail: [email protected]
Kostesha N. Ja.
Tomsk Agricultural Institute - a Branch of Novosibirsk State Agrarian University.
Ul. Karl Marx, 19, Tomsk, Tomskaya oblast, Russia, 643009.
E-mail:[email protected]
