CC BY
3
УДК 338.436:636.2.034.003.13 DOI 10.51794/27132064-2021-2-23
ОБОСНОВАНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ВАКУУМНОЙ НАГРУЗКИ НА МОЛОЧНУЮ ЖЕЛЕЗУ НЕТЕЛЕЙ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ИХ К ЛАКТАЦИИ
В.М. Зимняков, доктор экономических наук
Д.Г. Погосян, доктор биологических наук
ФГБОУ ВО Пензенский государственный аграрный университет
E-mail: [email protected]
А.А. Курочкин, доктор технических наук
Д.И. Фролов, кандидат технических наук
ФГБОУ ВПО Пензенский государственный технологический университет Е-mail: [email protected]
Аннотация. Представлены методологический подход к оценке вакуумной нагрузки, оказываемой на молочную железу нетелей в процессе их подготовки к лактации, а также результаты экспериментальных исследований по обоснованию рациональных значений данного параметра. На основе методов электрической импедансной плетизмографии (реоплетизмографического теста) изучена зависимость времени восстановления импеданса вымени нетелей от величины вакуумной нагрузки на молочную железу в процессе ее массажа в различные периоды стельности животных. Установлено, что порог болевой чувствительности зависит от дозы вакуумной нагрузки и срока стельности животного. Выявлено, что практически для всех исследуемых животных граница болевой чувствительности находится в зоне, ограниченной временем восстановления импеданса, равным 20 минутам. Даны рекомендации в части деления подготовки нетелей к лактации на два периода. Первый из них может начинаться за 60 дней и заканчиваться за 30 дней до отела животного. Второй период рекомендуется заканчивать за 7-10 дней до отела. В первом периоде подготовки рабочее давление (вакуум) не должно превышать 20 кПа, во втором - 10 кПа. Время восстановления импеданса тканей вымени животного до первоначального значения (до получения вакуумной нагрузки) может быть одним из тестов для физиологической оценки устройств, работающих на вакуумном принципе.
Ключевые слова: молочная железа, нетели, вакуумная нагрузка, импеданс, массажное устройство.
Введение. Развитие молочной отрасли является одним из приоритетных направлений государственной политики в сфере АПК. Для производства конкурентоспособной молочной продукции недостаточно только высокопроизводительного доильного оборудования. Необходима разработка и освоение современной технологии содержания животных, их кормления, доения и т. д. [3, 8].
Одним из актуальных вопросов при разработке и эксплуатации технических средств для подготовки нетелей к лактации является обоснование рациональной вакуумной нагрузки, оказываемой массажным устройством на молочную железу животного. На первый взгляд указанная проблема может быть решена достаточно просто, если взять за основу технические параметры современных
доильных аппаратов: величину рабочего давления (вакуума), частоту рабочих тактов (пульсаций) и соотношение между тактами (вакуумной нагрузки и разгрузки на молочную железу животного). Очевидно, что с точки зрения унификации оборудования для доения коров и подготовки нетелей к лактации, а также формирования единого стереотипа воздействия на животных, частота пульсаций доильного аппарата и частота рабочих тактов массажного устройства должны быть одинаковыми [2, 4].
Значительно сложнее решается вопрос с рабочим давлением (вакуумом), воздействующим на ткани вымени нетели при ее подготовке к лактации. При этом очевидно, что между этим параметром и длительностью тактов нагрузки (вакуумного воздействия на
ткани вымени) и разгрузки (период восстановления тканей до физиологически приемлемого уровня) существует жесткая связь. Объясняется это тем, что рецепторы молочной железы животного, а значит, и в целом его организм, воспринимают вакуумную нагрузку (с известной долей условности) как произведение величины вакуума на время его воздействия [1, 7].
С другой стороны, действия пониженного давления на молочную железу животного в процессе работы доильного аппарата и массажного устройства неравноценны, так как вакуумному воздействию подвергаются различные по площади участки вымени. К тому же свойства вымени нетелей и коров-первотелок (физиологические, биологические, физико-механические) существенно различаются, и как следствие этого, болевой порог, который будет ограничивать применение тех или иных технических средств, будет различным для каждой технологии (доения или массажа) [4, 9]. В связи с изложенными доводами обоснование интенсивности вакуумной нагрузки на молочную железу нетелей при подготовке их к лактации в различные периоды стельности актуально и требует своего решения.
Целью работы является обоснование интенсивности вакуумной нагрузки на молочную железу нетелей при подготовке их к лактации.
Объекты и методы исследований. Объектом исследований являются показатели, характеризующие интенсивность вакуумной нагрузки на молочную железу нетелей при подготовке их к лактации в различные периоды стельности. Методы исследований позволили уточнить числовые значения этих показателей, объективно характеризующих физиологическую реакцию животных на действие пониженного давления массажного устройства в процессе подготовки нетелей к лактации. Применяемые показатели: относительное изменение импеданса вымени в зависимости от вакуумной нагрузки на его ткани и время восстановления первоначального импеданса после снятия воздействия данного фактора.
Результаты и их обсуждение. Известно, что изменение физиологического статуса тканей молочной железы животных в части периферического кровообращения может быть оценено с помощью реоплетизмогра-фического теста [5, 6]. Методической основой применения этого теста является оценка динамики изменения импеданса (полного сопротивления) отдельных участков вымени животных под действием пониженного давления в переменном электрическом поле ультразвуковой частоты. С помощью методов электрической импедансной плетизмографии можно с достаточной точностью фиксировать различные по глубине нарушения в кровообращении исследуемого биологического объекта - сосков вымени нетелей.
Экспериментальные исследования выполнены с помощью реоплетизмографа, функциональная схема которого представлена на рисунке 1. Основное отличие данного прибора от серийного РПГ-2-02 заключается в возможности регулирования амплитуды и частоты тока, с помощью которого зондируются соски вымени животных. Кроме этого, для исследований на нетелях были изготовлены специальные датчики, конструкция которых позволяла легко фиксировать и снимать их с сосков вымени животных в процессе эксперимента.
N
кГц
4" Н-Я ПЧ1 4
Бл Тита «Аг ок к» 1Я Генера тор 60
ГО
1 !
ат» +
1' эв ь>— 1 1 1
Л-'Ч-ХА/
Рис. 1. Функциональная схема модернизированного реоплетизмографа
В процессе исследований осуществлялась предварительная настройка реоплетизмогра-фа на рациональные форму амплитуды и частоту генератора (40, 60, 80 и 120 кГц), которые обеспечивали получение четких сигналов от электродов для съема фиксируемых
биопотенциалов сосков. В качестве датчика реоплетизмографа использовалось устройство, выполненное в виде рассеченного по диаметру полого цилиндра из оргстекла толщиной 2,5 мм. Половинки цилиндра были соединены склеенной с внешней стороны полоской ткани. На внутренней стороне датчика симметрично по высоте имеются две полоски поролона с закрепленными на них пластинчатыми электродами из посеребренной меди. Датчик удерживался на соске вымени животного с помощью пластинчатой пружины, смыкающей его половинки.
Для обоснования интенсивности вакуумной нагрузки на молочную железу нетелей при подготовке их к лактации были выполнены две серии экспериментов. В первой из них определяли влияние вакуума в массажном колоколе на изменение импеданса тканей вымени животного. Экспериментальная установка для проведения этой части исследований приведена на рисунке 2.
Рис. 2. Экспериментальная установка:
1 - вакуум-насос; 2 - ресивер; 3 - вакуумметр; 4 - вакуум-регулятор; 5 - пульсатор; 6 - устройство для массажа вымени; 7 - реоплетизмограф; 8 - датчики; 9 - записывающая аппаратура
В процессе исследований величина пониженного давления в массажном колоколе в каждом опыте изменялась с интервалом в 5 кПа. Длительность воздействия изучаемого параметра составляла 3 и 5 минут. Импеданс тканей вымени животных замерялся до и после вакуумного воздействия массажного колокола. Исследования проводились при участии пяти
животных на протяжении трех дней с одной повторностью эксперимента. Длительность вакуумного воздействия измерялась с помощью секундомера и в необходимых случаях уточнялась по отметкам ленты записывающего устройства. Полученные данные убедительно свидетельствуют о тесной связи импеданса вымени и величины вакуума как для одного, так и другого времени воздействия этого параметра (таблица 1).
Таблица 1. Зависимость изменения импеданса
Величина пониженного давления (вакуума) в колоколе (х), кПа Время воздействия, мин.
3 (Y3) 5 (У5)
5 0,2 0,9
10 1,3 3,0
15 2,2 4,7
20 3,0 6,8
25 4,1 7,9
30 5,0 -
35 6,2 -
40 7,0 -
При этом зависимости, полученные в рассматриваемых интервалах, могут быть представлены графически (рис. 3) в виде уравнений (1) и (2) соответственно времени воздействия вакуума на молочную железу (продолжительность 3 и 5 минут):
Y =-0,675 + 0,18571-х +1,90476-10
^ х2
Y5 =-1,48 + 0,49314 - х - 0,00457 - х2
(1) (2)
Рис. 3. Зависимость изменения импеданса вымени от величины вакуума
Следует отметить, что для времени воздействия вакуума на молочную железу животного в течение 5 минут увеличение вакуума свыше 25 кПа нецелесообразно, так как возникающая при этом болевая реакция животных заставляет их освобождаться от массажного устройства.
Во второй серии экспериментов были проведены исследования, позволяющие оценить зависимость между дозой вакуумной нагрузки на ткани вымени нетелей и временем восстановления первоначального импеданса тканей вымени. С этой целью была сформирована группа животных в количестве 10 голов, которым с интервалом 15 дней осуществляли массаж вымени и замеры импеданса тканей молочной железы. Эксперимент выполнялся в следующей последовательности. Датчик для измерения импеданса закреплялся на одном из сосков вымени животного, после чего на молочную железу надевалось массажное устройство. В массажный колокол устройства подавался вакуум величиной 25 кПа. Длительность каждого опыта задавалась с интервалом в 0,5 минуты и составляла от 0,5 до 5 минут. По истечении заданного времени устройство снималось, а датчик оставался закрепленным на вымени. Время восстановления импеданса определялось по секундомеру и в отдельных экспериментах расшифровывалось по записи на ленте записывающего устройства.
Для определения порога болевой чувствительности животных при действии на их молочную железу пониженного давления массажное устройство устанавливалось на вымя нетели и снималось при первых признаках болевой реакции, когда животное проявляло явное беспокойство и пыталось сбросить устройство. В этот момент массажное устройство снималось, и определялось время восстановления импеданса молочной железы животного до первоначального значения.
В результате исследований были получены данные, свидетельствующие о закономерных изменениях физиологических свойств молочной железы нетелей в период роста. Эти данные со всей очевидностью свидетель-
ствуют о тесной корреляционной связи времени восстановления импеданса вымени нетелей и величины вакуумной нагрузки на молочную железу в процессе ее массажа независимо от периода стельности животных (таблица 2).
Таблица 2. Зависимость времени восстановления импеданса вымени животных с различным сроком _стельности от дозы вакуумной нагрузки_
Время восстановления импедан-
Доза вакуумной са, мин.
нагрузки, кПа-мин Срок до отела, дней
60 45 30 15
25 х 0,5 = 12,5 2,0 2,5 3,4 4,0
25 х 1,0 = 25 2,3 2,7 3,8 4,7
25 х 1,5 = 37,5 3,1 4,0 4,3 5,5
25 х 2,0 = 50 4,2 4,8 5,8 7,3
25 х 2,5 = 62,5 4,8 5,4 7,1 9,7
25 х 3,0 = 75 5,7 6,3 10,2 13,0
25 х 3,5 = 82,5 6,9 7,7 12,3 15,2
25 х 4,0 = 100 10,0 12,9 14,1 21,3
25 х 4,5 = 112,5 11,4 15,0 18,3 -
25 х 5,0 = 125 15,0 19,1 - -
Анализ полученных данных позволяет сделать весьма важные в практическом плане выводы о том, что порог болевой чувствительности зависит от дозы вакуумной нагрузки и срока стельности животного. При этом, чем меньше времени остается до отела, тем меньшую дозу вакуумной нагрузки может воспринимать животное без болевой реакции. Установлено, что порог болевой чувствительности для большинства животных зависит от сроков стельности и может оцениваться временем восстановления импеданса до первоначального значения после снятия массажного устройства. Для практически всех исследуемых животных граница болевой чувствительности находится в зоне, ограниченной временем восстановления импеданса, равным 20 минутам. Приведенные суждения хорошо иллюстрируются графической интерпретацией табличных данных (рис. 4).
Принимая во внимание безопасную для животных величину вакуумной нагрузки и длительность массажа (4-5 минут), рекомендуем подготовку нетелей к лактации условно разделить на два периода.
Рис. 4. Зависимость времени восстановления импеданса вымени животных с различным сроком стельности от дозы вакуумной нагрузки
должно примерно соответствовать времени восстановления импеданса, равного 20 минутам.
2. Принимая во внимание безопасную для животных величину вакуумной нагрузки и длительность массажа (4-5 минут), можно рекомендовать условно разделить подготовку нетелей к лактации на два периода. Первый из них может начинаться за 60 дней и заканчиваться за 30 дней до отела животного. Второй период рекомендуется заканчивать за 7-10 дней до отела. 3. В первом периоде подготовки рабочее давление (вакуум) не должно превышать 20 кПа, а во втором - 10 кПа.
Первый из них может начинаться за 60 дней и заканчиваться за 30 дней до отела животного. Второй период рекомендуется заканчивать за 7-10 дней до отела.
С учетом технологического допуска, учитывающего погрешности приборов, регистрирующих и регулирующих вакуум, ошибки операторов при выполнении технологического процесса с учетом коэффициента, равного двум, можно рекомендовать в первом периоде подготовки нетелей к лактации рабочее давление (вакуум), не превышающее 20 кПа, а во втором - 10 кПа). Таким образом, время восстановления импеданса тканей вымени животного до первоначального значения (до получения вакуумной нагрузки) может быть одним из тестов для физиологической оценки устройств, работающих на вакуумном принципе, что согласуется с более ранними работами авторов [1, 6].
Выводы.
1. С учетом трудно контролируемых факторов и индивидуальной реакции молочной железы животных на пониженное давление, для каждого периода подготовки нетелей к лактации необходимо ограничивать значение вакуумной нагрузки за каждый сеанс массажа. Численное значение этого параметра
Литература:
1. А. с. 1329695. Способ подготовки нетелей к лактации / Курочкин А.А. и др. Заяв. 09.12.85, Бюл. № 30.
2. Зимняков В.М., Курочкин А.А. Влияние временных параметров подготовки нетелей к лактации на формирование рефлекса молокоотдачи у коров-первотелок // Техника и технологии в животноводстве. 2021. № 1 (41). С. 42-45.
3. Иванов Ю.А. Научное обеспечение модернизации объектов по производству продукции животноводства // Вестник ВНИИМЖ. 2018. № 2(30). С. 4-12.
4. Курочкин А.А. Повышение эффективности подготовки нетелей к лактации за счет совершенствования процессов и средств механизации: автореф. дис. д. т. н. СПб., 1993. 320 с.
5. Курочкин А.А. Анализ оценочных показателей реакции коров на отдельные составляющие машинных технологий // Инновационная техника и технология. 2017. № 4. С. 5-9.
6. Пат. 2150192 РФ. Способ определения устойчивости коров-первотелок к воздействию вакуума доильного аппарата / С.К. Долбилов и др. Заяв. 13.04.99; Опубл. 10.06.00, Бюл. № 16.
7. Проничев Н.П. Исследование влияний вакуумных режимов и конструктивных параметров исполнительных механизмов доильных аппаратов на процесс машинного доения: автореф. дис. к. т. н. М., 1978. 22 с.
8. Техническое оснащение «умной фермы» по производству конкурентоспособного молока / Н.М. Морозов и др. // Вестник ВНИИМЖ. 2018. № 2. С. 22-26.
9. Ужик О.В. Разработка и теоретическое обоснование технологий и технических средств для молочного скотоводства: дис. д. т. н. Белгород, 2014. 388 с.
Literatura:
1. A. s. 1329695. Sposob podgotovki netelej k laktacii / Kurochkin A.A. i dr. Zayav. 09.12.85, Byul. № 30.
2. Zimnyakov V.M., Kurochkin A.A. Vliyanie vremennyh parametrov podgotovki netelej k laktacii na formirovanie refleksa molokootdachi u korov-pervotelok // Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve. 2021. № 1 (41). S. 42-45.
3. Ivanov YU.A. Nauchnoe obespechenie modernizacii ob"ektov po proizvodstvu produkcii zhivotnovodstva // Vestnik VNIIMZH. 2018. № 2(30). S. 4-12.
4. Kurochkin A.A. Povyshenie effektivnosti podgotovki netelej k laktacii za schet sovershenstvovaniya processov i sredstv mekhanizacii: avtoref. dis. d. t. n. SPb., 1993. 320 s.
5. Kurochkin A.A. Analiz ocenochnyh pokazatelej reakcii korov na otdel'nye sostavlyayushchie mashinnyh techno-
logij // Innovacionnaya tekhnika i tekhnologiya. 2017. № 4. S. 5-9.
6. Pat. 2150192 RF. Sposob opredeleniya ustojchivosti korov-pervotelok k vozdejstviyu vakuuma doil'nogo ap-parata / S.K. Dolbilov i dr. Zayav. 13.04.99; Opubl. 10.06.00, Byul. № 16.
7. Pronichev N.P. Issledovanie vliyanij vakuumnyh rezhi-mov i konstruktivnyh parametrov ispolnitel'nyh mekhan-izmov doil'nyh apparatov na process mashinnogo doeni-ya: avtoref. dis. k. t. n. M., 1978. 22 s.
8. Tekhnicheskoe osnashchenie «umnoj fermy» po proizvodstvu konkurentosposobnogo moloka / N.M. Morozov i dr. // Vestnik VNIIMZH. 2018. № 2. S. 22-26.
9. Uzhik O.V. Razrabotka i teoreticheskoe obosnovanie tekhnologij i tekhnicheskih sredstv dlya molochnogo sko-tovodstva: dis. d. t. n. Belgorod, 2014. 388 s.
JUSTIFICATION OF THE VACUUM LOAD ON HEIFERS' MAMMARY GLAND INTENSITY
AT THEIR LACTATION PREPARING V.M. Zimnyakov, doctor of economic sciences D.G. Poghosyan, doctor of biological sciences FGBOU VO Penza state agrarian university A.A. Kurochkin, doctor of technical sciences D.I. Frolov, candidate of technical sciences FGBOU VO Penza state technological university
Abstract. The article presents a methodological approach to the vacuum's load assessment exerting on the heifers mammary gland at the lactation preparing process, as well as this parameter's rational values experimental studies results justifying. Based on the electrical impedance plethysmography (rheopletismography test) methods, heifers udder impedance restoration time value dependence from the mammary gland's vacuum load during its massage at animals' pregnancy different periods was studied. It was found that the pain sensitivity's threshold depends on the dose of the vacuum load and animal pregnancy term. It was also found that for almost all studied animals the pain sensitivity's limit is in the zone limited by the impedance recovery time such as 20 minutes. Recommendations of heifers' lactation preparation terms into two periods dividing are given. The first of them can start in 60 days and i end in 30 days before animal calving. The second period is recommended in 7-10 days before calving to end. In the first preparation period, the working pressure (vacuum) shouldn't exceed 20 kPa, in the second -10 kPa. The animal udder tissues impedance restore time till original value (before vacuum load receiving) it can be one of the tests for physiological evaluation of vacuum principle operating devices. Keywords: mammary gland, heifers, vacuum load, impedance, massage device.
