Физиологические показатели адаптации коров красной степной породы в условиях некоторых субрегионов юга России

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Специальность 03.03.01 «Физиология»

Физиологические показатели адаптации коров красной степной породы в условиях некоторых субрегионов юга России

Кузьмина Лия Раисовна

Астрахань 2011

Работа выполнена на кафедре «Зоология и ботаника» Астраханского государственного технического университета

Научный руководитель: Доктор биологических наук, профессор Каниева Нурия Абдрахимовна

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук, профессор Лазько Марина Владимировна

Доктор биологических наук, профессор Металлов Геннадий Федорович

Ведущая организация: Дагестанский государственный университет

Защита состоится « 30 » сентября 2011 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.01 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, Астрахань, пл. Шаумяна, 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета.

Автореферат разослан «____» ____________ 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук, доцент Ю.В. Нестеров

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования

Исследование физиологических и биохимических механизмов регуляции и условий повышения интенсивности процессов обмена веществ позволяет с наибольшей эффективностью использовать биологический потенциал организма животных. Любое изменение условий жизни животных прямо и косвенно связано с изменением энергетического баланса. Только изучив все аспекты внешнего воздействия на организм и адаптацию к ним, можно выявить степень функционального состояния животных в определенной среде их обитания (Панин, 2002; Самохин, 2005).

С целью моделирования оптимальных условий содержания и соответственно для реализации федеральной программы увеличения поголовья молочно-мясных пород коров на примере двух областей Южного Федерального округа (Астраханской и Ростовской) были изучены физиологические показатели коров красной степной породы с применением комплекса методов, позволивших получить наиболее полную информацию о функциональном состоянии животных. Красная степная порода относится к основным породам России и по численности занимает четвертое место (около 7% от общей численности скота). Она разводится в 14 субъектах Российской Федерации, отличаясь хорошей приспособленностью к жаркому засушливому климату южных районов страны, проявляя значительную устойчивость к заболеваниям, по сравнению с другими породами.

Для получения здорового поголовья необходимо усилить контроль за качеством кормов и оперативно реагировать на изменения, происходящие в организме животных. Причины возникновения нарушений обмена веществ связаны главным образом, с недостатками в кормлении и технологии содержания животных. В случае выявления отклонений показателей от нормы анализируется влияние различных факторов, в том числе и антропогенных, устранение которых позволит восстановить функции организма до нормы. (Ионов, 1957; Акаевский, 1972; Смирнов, 1981; Турбина, 1982; Казарцев, 1986; Клейменов, 1994; Авдеева, 2000; Бикхардт, 2001; Лебенгарц, 2001; Юдин, 2001; Жуленко, 2002; Ратошный, 2006; Бердникова, 2007; Храмцов, 2007; Белякова, 2008).

На изменение условий жизни, животные реагируют в соответствии с генетически запрограммированными механизмами выживания в стрессовой ситуации (Моисеенко, 2000). Академик С.С. Шварц (1980) утверждает, что любое изменение условий жизни животных прямо и косвенно связано с изменением энергетического баланса. При этом важно знать, какие основные факторы создают комфортное состояние в организме жвачных животных, когда их физиологические процессы находятся в норме или когда имеют отклонения, а также какие условия обитания обеспечат наиболее эффективное, с точки зрения метаболизма, их функционирование. Только изучив все аспекты внешнего воздействия на организм и адаптацию к ним, можно выявить степень функционального состояния животных в определенной среде их обитания (Панин, 2002; Самохин, 1981, 2005).

Однако, в литературных источниках весьма скудно представлены сведения о комплексном изучении состояния сельскохозяйственных животных в динамике по сезонам и в разные годы исследования. Также недостаточно освещены вопросы о физиолого-биохимических, структурных (морфотипы) и физико-химических (ТМ, пестициды) адаптивных изменениях в организме животных, способствующих их выживанию в динамичных условиях среды обитания.

В связи с этим, комплексный подход к изучению морфофункциональных изменений в организме животных на примере крупного рогатого скота в зависимости от среды их обитания имеет важное как теоретическое, так и практическое значение. Он позволяет дать объективную оценку функционального состояния животных в современных условиях отдельных субрегионов юга России.

С этой целью в работе были проведены физиологические исследования

состояния организма коров красной степной породы.

Цель исследований

Изучить динамику основных показателей функционального состояния крупного рогатого скота, в зависимости от биогеохимических условий и сезонных закономерностей Астраханской и Ростовской областей.

Задачи исследований: кров корова физиологический биохимический

Изучит динамику физиологических показателей коров красной степной породы в зависимости от сезонных колебаний и условий их обитания.

Исследовать сезонную динамику биохимического состава сыворотки крови животных двух субрегионов (Астраханской и Ростовской).

Провести анализ особенностей структурных образований в сыворотке крови и гомогенатах биологических жидкостей органов и тканей животных (печень, почки, легкие, мозг и мышцы).

Определить степень накопления кадмия, свинца, ртути и мышьяка в органах и тканях животных в естественных условиях их обитания.

Провести сравнительный анализ содержания металлов (Cd, Pb, Hg, As), пестицидов (ГХЦГ, ДДТ) и радионуклидов (Cs-137, Sr-90) в воде, почве и растениях Астраханской и Ростовской областей.

Научная новизна

Впервые проведено комплексное исследование физиологических показателей крупного рогатого скота из двух субрегионов юга России (Астраханская и Ростовская области) с применением физиологических, биохимических, морфологических, физико-химических и радиологических методов. Определена зависимость изменений морфофизиологических показателей состояния животных от геохимических условий, сезона года в межгодовом аспекте.

Впервые использован метод исследования анизотропных структур сыворотки крови и гомогенатов биологических жидкостей органов (печень, почки, легкие, мозг) и мышц крупного рогатого скота как один из показателей функционального состояния животных. На основе полученных данных установлены изменения функционального состояния печени, почек, легких, мозга и мышц животных. Выявлена зависимость между уровнем содержания химических веществ (ТМ, пестицидов) и радионуклидов в организме животных и уровнем содержания их в окружающей среде (вода, почва, растения).

Теоретическая значимость

Установленные физиолого-биохимические и адаптивные особенности коров расширяют имеющиеся сведения об их развитии. Полученные данные вносят определенный вклад в понимание механизмов физиологических и биохимических изменений, формирующих компенсаторно-адаптивные возможности организма в условиях техногенного прессинга. Вероятно, это можно принять за физиологическую норму животных обитающих в данной среде, что необходимо для точной и объективной оценки их здоровья. Полученные результаты исследований позволяют расширить представления о функциональном состоянии коров в определенных условиях их обитания для разработки мероприятий по улучшению состояния здоровья поголовья сельскохозяйственных животных.

Практическая значимость

Полученные результаты исследования патологических и адаптивных изменений организма животных могут быть использованы как индикаторы, позволяющие прогнозировать функциональное состояние сельскохозяйственных животных.

Предложенный комплекс морфофизиологических и биохимических методов может применяться для проведения мониторинговых исследований состояния сельскохозяйственных животных.

Для поддержания гомеостаза внутренней среды организма коров, профилактики и предупреждения заболеваний по результатам исследований рекомендовано введение в состав рациона животных кормовых добавок и премиксов, особенно в весенние периоды года.

Результаты исследования могут быть использованы в учебном процессе вузов при изучении курсов и разделов физиологии животных, биологии, экологии, токсикологии и санитарной ветеринарии.

Основные положения, выносимые на защиту.

Выявлены изменения физиологических показателей крови коров красной степной породы в зависимости от сезонных особенностей и условий их обитания.

Определена сезонная динамика биохимического состава сыворотки крови исследуемых животных данной породы в двух субрегионах.

Изучены морфотипы сыворотки крови и гомогенатов органов и тканей коров красной степной породы, установлено наличие структурных изменений, зависящих от факторов воздействия внешней среды, что сопровождается физиолого-биохимическими нарушениями.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы докладывались: на Межд. конф. «Актуальные проблемы современных аграрных технологий» (Астрахань, 2007); на Межд. конф. Российской Академии Естествознания (РАЕ) «Успехи современного естествознания» (Хургада, Египет, 2007); IV Международной научно-практической конференции «Человек и животные» (Астрахань, 2008); на Международной конференции "Биотехнологические процессы продуктов переработки биоресурсов водных и наземных экосистем" (Астрахань, 2008); на Межд. совещании «Геохимия биосферы» (Новороссийск, 2008); на V Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семипалатинск, 2008); на VI-ой Международной биогеохимической школе «Биогеохимия в народном хозяйстве: фундаментальные основы ноосферы технологий» (Астрахань, 2008); на Международной научно-практической конференции «Фундаментальные аспекты биологии в решении актуальных экологических проблем» (Астрахань, 2008); на V-VI Межд. совещании «Геохимия биосферы, посвящ. 20-летию организ. НИИ ЮФУ» (Новороссийск, 2008, 2009); на Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы экологии и сохранения биоразнообразия» (Владикавказ, 2009); на Межд. научно-практ. конф. «Аридное землепользование - способы и технологии интенсификации» (Астрахань, 2009).

Материалы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ (Астрахань 2006-2010 гг.)

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 21 печатная работа, 4 из которых опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа изложена на 128 страницах компьютерного текста. Состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, приложения. Список литературы содержит 222 источников, из них 30 иностранных. Работа иллюстрирована 38 рисунками и 16 таблицами.

Материалы и методы

Работа выполнена на кафедре «Зоология и ботаника» Астраханского Государственного технического университета (АГТУ) в 2006 - 2011 гг. Исследования проводились в соответствии с комплексной программой АГТУ по теме: «Исследование влияния антропогенного воздействия на окружающую среду и разработка мероприятий по его уменьшению», гос. регистрация № 0505.

Обработка материала проводилась на базе кафедры «Зоология и ботаника» АГТУ, лаборатории Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека в Федеральном учреждении здравоохранения Центра гигиены и эпидемиологии в Астраханской области, испытательного центра «Каспрыбтестцентр» и Государственного учреждения Астраханской области «Областная ветеринарная лаборатория» и лаборатории ФГУ «Научно-исследовательского института по изучению лепры Росздрава».

Объектом исследований выбраны коровы красной степной породы (Vaccus rubra stepposus rupes), максимальное поголовье которых разводят в областях исследования. Исследованные животные были в возрасте 2 - 3 лет, средний вес особи составлял 400 ± 20 кг. Объекты исследования наблюдались в двух областях Южного Федерального региона: Астраханская область (Камызякский район, с. Раздор, ЗАО Пемзавод «Юбилейный») и Ростовская область (Зимовниковский район, п. Зимовники, «Племсовхоз им. Ленина»).

Исследовано 120 животных из обеих областей. Пробы отбирали и определены (весна и осень). Исследовали кровь, сыворотку крови, мышцы и органы животных (печень, почки, легкие, мозг).

Для подтверждения интактности исследуемых коров на наличие возбудителей пищевых токсикоинфекций и других бактериальных заболеваний были проведены бактериологические исследования (мышечной ткани, печени, почек, легких и мозга), которые не выявили у животных данных заболеваний.

Для определения степени влияния факторов внешней среды на организм животных, отобраны пробы почвы, воды и растительности, в которых был определен уровень содержания тяжелых металлов, пестицидов и радионуклидов. Отбор проб производили согласно методическим указаниям унифицированных методов исследования биологического материала в ветеринарных лабораториях (МУ, 2003). Исследованы виды растений: полынь (семейство астровых), подорожник (семейство подорожниковых); чабер (семейство яснотковые); тысячелистник (семейство сложноцветных); клевер (семейство бобовые) и др. Всего обработано 1600 проб по каждой из использованных методик.

Забор крови для физиологических и биохимических анализов проводили из яремной вены у живых коров с применением рекомендаций согласно ГОСТ 26929.

Физиологические исследования проводили на автоматизированном гематологическом анализаторе GRANIS-3, предназначенном для количественного анализа клеток крови - эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов, а также определения уровня гемоглобина.

Определение общего белка в сыворотке крови осуществляли рефрактометрическим методом; определение глюкозы в безбелковом фильтрате крови - по цветной реакции; определение общего кальция в сыворотке крови - комплексометрическим методом по Уилкинсону; определение общего количества кетоновых тел в безбелковом фильтрате крови - йодометрическим методом; определение неорганического фосфора в безбелковом фильтрате крови - с использованием ванадат-молибдатного реактива; щелочной резерв в безбелковом фильтрате крови - диффузионным методом; определение каротина в сыворотке крови - фотометрическим методом (МУ унифицированных методов исследования крови в ветеринарных лабораториях, 1981).

Анализ структур сыворотки крови и гомогенатов органов и тканей животных проводили по методике Шабалина (Шабалин, Шатохина, 2001; Каниева, Аюпова, 2005). Наблюдаемые текстуры оценивали в соответствии с методическими рекомендациями МЗ РФ № 96/165 «Формообразование кристаллических структур биологических жидкостей при различных видах патологии» (Шабалин, Шатохина, 1997), согласно которым выделяли:

> базисные морфотипы (Б) - текстуры компенсированного гомеостаза (состояние нормы): нитевидные («миелиновые бороздки») и шаровидные;

> вторичные морфотипы (В) - текстуры адаптационного гомеостаза: веерные, полиморфные, дендритные, игольчатые, спутанно-волокнистые конгломераты;

> атипичные морфотипы (А) - текстуры декомпенсированного гомеостаза, имеющие дефектность формы, отличающиеся от монохромных вторичных и базисных форм цветовой гаммой;

> состояние аморфизации - изотропные структуры, характеризующие выраженные нарушения механизмов гомеостаза.

Выявление образованных анизотропных (способных к двулучепрелом- лению) и изотропных структур (аморфных) в поляризованном свете осуществляли с использованием стереомикроскопа фирмы «Leica - MZ 12,5», оснащенного насадкой и телевизионной камерой «Picxera».

Сбор проб для проведения физико-химических исследований осуществляли по рекомендациям ГОСТ 26929-94. Измерения массовых концентраций Cd, Pb в органах и тканях животных проводили методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторе ТА-2 в комплекте с IBM-совместимым компьютером по МУ 08 - 47/092, МУ 1992, по ГОСТ 17.4.1.02-03 и МУ 2003; в почве и воде - по ГОСТ 28168-89 и по Сборнику методических указаний, 2003. Содержание общей ртути определяли методом беспламенной атомной абсорбции в почвах и в органах и тканях животных согласно ГОСТ 26927-86, ГОСТ Р 51.301 - 99 и МУ 1999. Определение растворенных форм ртути в пресных и поверхностных водах проводили методом восстановления ионов ртути в растворе пробы до атомов, согласно СанПиН 2.3.2.1078-01, ГН 2.6.1.054-96, Методических указаний, 2003. Измерения концентраций мышьяка в почве, воде и растительности проводили методом инверсионной вольтамперометрии, исследование в органах и тканях животных - по ГОСТ 26930-86, МУК 4.1.1508-03.

Определение ГХЦГ (гексахлорциклогексан) и ДДТ (дихлорфенилтрихлорэтан) проводили методом газожидкостной хроматографии на аппарате «Кристалл - 2000» согласно ГОСТ Р 51209-98 для проб воды, ГОСТ 28168-89, МУ 52.18.180-89 - для проб почвы и растений, для образцов органов и тканей животных - по ГОСТ 30349 - 96 и МУ 4120-86.

Приготовление счетных образцов и измерение активности стронция-90 осуществляли с использованием бета-спектрометра и цезия-137 - сцинтилляционного и полупроводникового гамма-спектрометра с блоками детектирования в свинцовой защите на аппарате РСУ-01 «Сигнал-М». Анализ биологического материала проводили методом термического концентрирования согласно ГН 2.6.1.670-97, ГН 2.6.1.054-96 и МУК 2.6.1.1194-03.

Бактериологические исследования осуществляли по рекомендациям ГОСТ 26929-94, согласно ГОСТ 21237-75.

Материалы исследований обработаны статистически (Лакин, 1973) с использованием компьютерной программы «Microsoft Excel». Достоверность различий сравниваемых показателей оценивали по t - критерию Стьюдента.

2. Результаты собственных исследований и их обсуждение

Для получения репрезентативных результатов были изучены регионы с различными климатическими особенностями, кормовой базой и условиями содержания животных. А также изучены сопредельные среды (почва, вода и растительность), имеющие отношение к цепи питания животных в исследуемых областях.

1. Распределение металлов в природных компонентах экосистем

Дана комплексная оценка содержания тяжелых металлов и мышьяка в биогеохимической системе почва - вода - растительность. Результаты наших исследований показали, что содержание кадмия, свинца, ртути и мышьяка образцах почвы, воды, растительности не превышает предельно-допустимую концентрацию.

Для почв (аллювиально-луговых), отобранных в обеих областях, убывающий ряд элементов выглядел следующим образом: Pb>Cd>Hg>As. Оставаясь в пределах нормативных значений, общее накопление металлов по годам исследования в почвах (Р < 0,001) Астраханской области возросло на 1,13%, тогда как по Ростовской (Р <0,05) отмечено снижение уровня содержания этих металлов на 1,06.

В пробах воды реки Табола (Астраханская область) металлы распределились следующим образом: Pb>Cd>As>Hg, в воде реки Куберле (Ростовской область) - Cd>Pb>As>Hg. Выявлено снижение общего содержания металлов воде р. Табола на 23% и увеличение таковых в воде р. Куберле на 21% за весь исследуемый период.

Значения концентраций элементов в пробах растительности находились в пределах нормы, однако их значения по Астраханской области превышали таковые по Ростовской области на 30%(Р<0,05).

Таким образом, распределение элементов в сопредельных средах по возрастающей их концентрации следующее: вода > растения > почва.

2. Содержание пестицидов в природных компонентах экосистем

Уровни содержания исследуемых пестицидов в сопредельных средах находились ниже пределов норматива. Содержание гексахлорциклогексана в почвах Астраханской области выше таковых по Ростовской на 9% (Р<0,05), однако содержание дихлорфенилтрихлорэтана имело превышение в 1,3 раза по Ростовской области (Р<0,05).

Отмечено, что значения по ГХЦГ в воде р. Табола имели превышение в 2 раза, относительно таковых по воде р. Куберле, с обратным соотношением по содержанию ДДТ (Р<0,01).

В образцах растительности Астраханской области содержание ГХЦГ в 2 раза выше таковых по Ростовской зоне (Р<0,05), где и отмечено увеличение значений по ДДТ на 16% (от 0,026 до 0,31 мкг/кг).

Таким образом, возрастающий ряд по накоплению пестицидов в сопредельных средах можно представить следующим образом: вода > почва > растения.

3. Активность радионуклидов в природных компонентах экосистем

Активность исследуемых радионуклидов в почвах обеих областей находилась значительно ниже пределов 1 класса опасности (? 370 Бк /кг). Однако, в пробах почв из Ростовской области активность цезия-137 более чем в 6, стронция-90 в 2 раза превышали значения таковых показателей по Астраханской области (Р<0,05). Общая (суммарная) активность изотопов радия-226, тория-232 и калия-40 в пробах почв Ростовской области в 7 раз превышала таковые значения по Астраханской области (Р<0,05).

Оставаясь в пределах нормы, уровни активности цезия-137 в воде р. Табола в 2,5 раза превышали уровни этого показателя из реки Куберле ( Р<0,05) и зафиксирована повышенная активность стронция-90 относительно ДУ в воде р. Куберле за весь период исследования.

Активность радионуклидов в пастбищной растительности за период исследования оставалась в пределах норматива, но показатели стронция-90 в 2,5 раза выше активности цезия -137 в образцах обоих субрегионов. Убывающий ряд по суммарной активности исследуемых изотопов для проб из Астраханской области выглядит следующим образом: растения > почва> вода, а для Ростовской - почва >растения >вода.

Таким образом, содержание тяжелых металлов, пестицидов и радионуклидов ( в почве, воде и растениях пастбищ) не превышала нормативных данных, но даже такие незначительные показатели в цепи питания животных, могут оказать некоторое воздействие на накопление их в организме и возможность внесения изменений в функциональное состояние животных.

4. Физиологические показатели животных

В результате анализа крови выявлено, что содержание гемоглобина в крови животных находилось в пределах нормы. Определена сезонная динамика колебаний уровня гемоглобина в пробах крови животных из Астраханской области, со понижением показателей в весенние месяцы (Р<0,001). Для 40% животных из Ростовской области в осенние периоды и весной 2007г. определено увеличение содержания гемоглобина за счет высоких показателей его уровня в крови единичных особей от 13,3 гр/% до 14,9 гр/% (при норме 9,9-12,9 гр/%) (Р<0,01). Симптомы анемии были отмечены у 15% животных из Ростовской области за весь исследуемый период.

Признаки анемии у животных имели сезонные колебания, что особенно проявлялось весной. Количество гемоглобина в крови исследуемых коров снижалось, что объяснялось не только нехваткой некоторых веществ в рационе их питания, кормления некачественными или кислыми кормами, но и ограничением в подвижности животных. Все это явилось следствием естественного снижения иммунного статуса животных в стойловый период.

Выявлено заметное снижение количества эритроцитов от 3,87 до 4,89 млн./мм3 (при норме 5,0 до 7,5 млн./мм3), характерное для проб крови из обеих областей исследования.

Эритропения у 99% животных отмечена как по сезонам, так и за весь исследуемый период в обоих субрегионах (Р<0,05), однако, прослеживались и сезонные колебания количества эритроцитов: показатели в весенние периоды становились более низкими. Показатели количества кровяных пластинок у животных из обеих областей были значительно ниже физиологической нормы. Тромбоцитопения отмечена практически во всех пробах крови животных, независимо от сезона и их места обитания. В сезонной динамике минимальное количество тромбоцитов приходилось на весенние периоды 2007 - 2008 гг. по Астраханской области (162,6 и 176,8 тыс./мм3 соответственно) (рис.1). Данный показатель в крови животных из Ростовской области имел тенденцию к повышению от 164,4 до 263,6 тыс./мм3, оставаясь в среднем значительно ниже границ нормы (260-700 тыс./мм3; Р<0,05).

Анализируя полученные данные о количестве клеток белой крови за 2006 по 2008 гг., следует отметить увеличение общего числа лейкоцитов в крови всех исследуемых животных от 9,08 до 14,18 тыс./мм3 (при норме 4,5 - 9 тыс./мм3 для коров 2 летнего возраста; Р<0,05) (рис. 2). Наиболее приближенные к норме значения общего количества лейкоцитов отмечены только в пробах, полученных у животных в весенние месяцы 2007 года по Астраханской области, где среднее значение за этот период составило 9,08 тыс./мм3. Увеличение количества лейкоцитов в крови животных в 1,1 - 1,6 раза, по сравнению с верхней границей нормы, может быть связано со снижением инсоляции и может расцениваться как ответная компенсаторная физиологическая реакция организма коров на внешние факторы среды их обитания.

Рис. 1 Количество тромбоцитов в крови животных

Рис. 2 Уровень лейкоцитов в крови животных

У 60% исследованных проб из Ростовской области показатели количества моноцитов (при норме 0,1-0,85 тыс./мм3) осенью 2007 года (1,04 тыс./мм3) были выше нормы на 0,2 тыс./мм3, что свидетельствовало о мобилизации защитных сил организма данных животных. Определен повышенный уровень лимфоцитов (при норме 1,8-5,8 тыс./мм3) осенью 2007 (7,8 тыс./мм3) и весной 2008 года (6,38 тыс./мм3) в образцах из Ростовской области, а также осенью 2007 (6,92 тыс./мм3) и весной 2008 года (5,9 тыс./мм3) - по Астраханской области. Общее число гранулоцитов также превышало пределы норматива (2,25-3,35 тыс./мм3) от 4,6 до 5,74 тыс./мм3, в основном, за счет повышенного количества эозинофилов.

В результате анализа крови животных из исследуемых субрегионов были выявлены следующие особенности их состояния: высокий уровень содержания гемоглобина в эритроцитах, при некотором снижении их общего количества и незначительная тромбоцитопения, что можно считать компенсаторными физиологическими реакциями организма коров.

5. Биохимические показатели сыворотки крови

Результаты анализа сыворотки крови показали, что уровень общего белка за весь период исследования соответствовал физиологическим потребностям организма животных и соответствовал норме. Исключением явилось уменьшение значения данного показателя в организме животных из Астраханской области в осенний период 2006г. до 4,66 мг/% (Р<0,001) и увеличение его весной 2007г. до 9,06 мг/% (Р<0,01), относительно нормы - 7,2-8,6 мг/%. Отмечено также увеличение данного показателя в 2 раза за исследуемый период в пробах пробках сыворотки крови животных из Астраханской области. Показатели общего белка в пробах из Ростовской области находились в пределах нормы, отмечены лишь их сезонные колебания.

Уровень глюкозы в крови животных невысок, но стабилен и удерживается в пределах 40-60 мг/%. По результатам исследований определено некоторое снижение уровня глюкозы в сыворотке крови коров обеих областей относительно среднего значения нормы, что указывало на функциональную гипогликемию (рис.3).

При этом средние показатели уровня глюкозы в крови животных из Астраханской области за весь период исследования были ниже нормативных значений на 8%, что составило 32, 8 мг/%, кроме того, у отдельных особей были зафиксированы показатели ниже минимальных значений нормы 9,5 и 12,9 мг/% - соответственно (Р<0,001), что указывало на недостаточно сбалансированное кормление животных. Однако, в осенние периоды (на естественном вскармливании), уровень глюкозы увеличивался в 4-6 раз по сравнению с весенними месяцами (стойловый период), что подтверждается сильной отрицательной корреляцией между уровнем глюкозы и кетоновыми телами (r = -0,87 - для Астраханской обл. и r = -0,98 - для Ростовской обл.; Р<0,05).

Показатели уровня глюкозы у животных из Ростовской области находились в пределах нормы, но их динамика указывала на тенденцию их снижения.

Рис. 3 Уровень глюкозы в крови животных

Рис. 4 Количество кетоновых тел в крови животных

По-видимому, нарушение углеводного обмена, наблюдаемого в исследованиях, было обусловлено нерациональным кормлением животных особенно в весенние периоды.

В результате исследований выявлен недостаток содержания общего кальция в организме коров из Астраханской области в осенние периоды 2006-2007гг., который составил 8,7 и 9,24 мг/% соответственно (при норме 10-12,5мг/%; Р<0,05), хотя в весенние периоды отмечали достаточное его количество (рис. 15, табл.9 прил.). Средние показатели общего кальция в сыворотке крови животных за весь исследуемый период были заметно ниже нормы (9,97 мг/%), что указывало на признаки дефицита витамина Д, что согласуется со снижением инсоляции в данный период, высокой отрицательной корреляции между содержанием общего кальция и количеством тромбоцитов (r =-0,85) (Р<0,05) и литературными данными (Громыко,2005).

Показатели содержания неорганического фосфора также находились за пределами нижней границы нормы - 4,47мг/% осенью 2007года (при норме 4,5-6,0мг/%; Р<0,05). В весенние периоды отмечали достаточное количество общего кальция, и даже небольшое превышение уровня фосфора - 6,4 мг/%.

В пробах сыворотки крови животных из Ростовской области отмечались нормативные показатели содержания кальция - от 10,67 до 12,28 мг/%, но имелся значительный дефицит фосфора, что было особенно это заметно осенью 2006г. (2,5 мг/%) и в весенние периоды 2007 и 2008гг. (3,34 и 4,21 мг/% - соответственно; Р<0,05). Полученные данные свидетельствуют о низкой степени обеспеченности соединениями фосфора организма коров Ростовской области, что подтверждается сильной положительной корреляцией между содержанием общего кальция и количеством тромбоцитов (r =0,84) (Р<0,05) и слабой положительной между содержанием фосфора и уровнем общего белка (r =0,59) (Р<0,05).

Показатели резервной щелочности сыворотки крови находились в пределах норматива, однако, исключением явились значения весеннего сбора проб 2007г.: у 80% животных из Ростовской области обнаружены колебания показателей от 33,1 до 43,9 об.%СО2, при норме 46-66 об.%СО2, у этих животных кислотно-щелочное равновесие было сдвинуто в сторону ацидоза (Р<0,05). Причиной таких отклонений могло послужить вскармливание животных недоброкачественными кислыми кормами, а также кормов с недостатком сахаров и минеральных веществ.

В сыворотке крови животных из Астраханской области в весенние периоды 2007 (100%) и 2008 годов (60%) наблюдалось увеличение количества кетоновых тел от 7 до 9 мг/%, которое превышало верхнюю границу норматива (1-6 мг/%; рис.4). Определено высокое содержание количества кетоновых тел и их увеличение в пробах сыворотки крови животных из Ростовской области за весь период исследования. Такие значения показателя увеличения количества кетоновых тел в крови животных характерны при нарушении углеводного обмена, недостатке в рационе питания сена и корнеплодов, дефиците микроэлементов.

Выявлена сезонная динамика колебаний уровня содержания каротина в сыворотке крови животных из обеих областей исследования. Определено минимальное количество каротина в весенний период 2008г. у животных из Астраханской области, где дефицит его составил от 0,18 до 0,26 мг/%, при норме 0,4-1,0 мг/%. Среднее количество каротина в крови животных из Астраханской области почти в 2 раза выше аналогичных показателей по Ростовской области. Основной причиной дефицита витамина А в крови животных может являться длительный недостаток или полное отсутствие каротина в кормах (Громыко, 2005). Определена сильная положительная корреляция в крови животных из Астраханской области между содержанием каротина и количеством тромбоцитов в крови (r =0,89) (Р<0,05).

Таким образом, результатами исследований выявлены характерные особенности физиолого-биохимического состояния организма коров красной степной породы. У животных из Астраханской области в сыворотке крови выявили пониженное содержание глюкозы, каротина в весенние месяцы, при нормативном их содержании в осенние периоды исследования, а также недостаток кальция и общего белка в осенние периоды. Для животных из Ростовской области отмечено пониженное содержание каротина в период с весны 2007 года по весну 2008 года и низкое содержание неорганического фосфора за весь период исследований.

Установлено, что степень изменчивости обменных процессов (белкового, углеводного, минерального и энергетического) в организме животных зависит от сезона года и от содержания самих животных в определенных условиях, с учетом конкретной современной экологической ситуации каждого субрегиона. Восстановление обменных процессов в организме животных зависит, от возможностей сбалансированного рациона их кормления. В связи с этим необходимо добавлять каротинсодержащие и легкоусвояемые углеводистые корма (свеклу, морковь, тыкву, травяную массу, турнепс и т.д.), витаминные подкормки или премиксы в ежедневные рационы питания коров.

6. Особенности биологических жидкостей органов и тканей животных

Изучение системной организации биологических жидкостей позволяют оценивать физиологическое состояние организма, устанавливать ассоциативные связи особенностей кристаллизации биожидкостей при изменениях условий обитания. Использование кристаллизационных проб в качестве индикаторов состояния позволяет фиксировать изменения структуры биожидкостей для определения на молекулярном уровне патогенного действия факторов окружающей среды. Результаты исследований показали, что для анализа структурных образований биологических жидкостей наиболее информативным явился метод поляризационной микроскопии. Морфологический анализ органов и тканей животных позволил установить, наряду с базисными формами (Б - норма), возникновение вторичных форм и появление атипичных кристаллов. Известно, что появление атипичных текстур в биожидкостях органов и тканей является одним из признаков преждевременного угнетения и старения организма и свидетельствует о выраженном нарушении механизмов гомеостаза - морфотипы неустойчивого гомеостаза (А). Наличие вторичных форм кристаллов указывает на процесс адаптации организма к изменившимся условиям существования - морфотипы адаптационного гомеостаза (В).

Установлено, что морфологическая картина сыворотки крови образцов органов и тканей животных из Астраханской области (рис.5 - а, б, в, г, д, е) представлена в основном веерными монохромными структурами (В-80% - текстуры адаптационного гомеостаза, А-20% - текстуры декомпенсированного гомеостаза) на фоне гомогенатов мышц, где более 80% структур имели яркую цветность (А-80%, В-20%).

Выявлены нитевидные структуры гомогенатов почек животных при отсутствии цветности (Б-65%, В-30%, А-5%) на фоне полиморфности гомогенатов печени, где 70 % всех структур имели цветность (В-35%, А-65%). Однотипность нитевидных образований гомогенатов легких животных (Б-5%, В-85%, А-10%) на фоне ярких структур гомогенатов мозга, где присутствовали яркие включения (В-70%, А-30%). Все указывало на нарушения функционального состояния определенных органов и влиянию внешних факторов окружающей среды на организм в целом.

Резюмируя вышесказанное, следует отметить, что образцы проб гомогенатов, полученных от животных Астраханской области, выявили особенности структурообразования в виде мономорфных лентовидных текстур в печени, почках, легких и мозге. Показано, что биологические жидкости мышц, печени и мозга животных Астраханской области наиболее чувствительны к сложившимся условиям обитания, что проявилось в значительных отклонениях от базисных и вторичных форм структурообразования, чем в сыворотке крови, гомогенатов тканей почек и легких.

Отмечено присутствие лентовидных структур в образцах каждого из исследуемых органов и тканей, кроме сыворотки крови.

Рис. 5 Морфотипы сыворотки крови и гомогенатов биологических жидкостей органов и тканей животных из Астраханской области

Установлено, что морфологическая картина сыворотки крови проб органов и тканей животных Ростовской области также представлена веерными монохромными структурами, но более сложной конфигурации (Б -50%, В-40%, А-10%; рис.6 - а, б, в, г, д, е).

Для гомогенатов мышц животных характерны игольчатые и дендритные структуры при отсутствии яркой цветности (В-60%, А-40%) на фоне однотипной полиморфной картины гомогенатов печени и почек животных с отдельными яркими образованиями (конгломератами), цветность которых составила 80% (В-20%, А-80%) и 60% (В-40%, А-60%) - соответственно.

Гомогенаты легких животных характеризовались полиморфизмом, практически отсутствовала цветность (Б-10%, В-70%, А-30%) на фоне ярких оттенков включений и самих структур гомогенатов мозга (В-60%, А-40%).

Отмечено, что образцы биологических жидкостей печени, почек и мозга животных из Ростовской области подвердили нарушения функций этих органов, вызванных внешними воздействиями среды их обитания. Это проявилось в значительно выраженном отклонении исследуемых образцов от базисных и вторичных форм структурообразования. Характерной особенностью гомогенатов почти всех органов и тканей животных Ростовской области определены полиморфные структуры (сферолиты и конгломераты), являющихся показателями степени ответной реакции и адаптации организма.

Резюмируя вышеизложенное, можно заключить, что все изменения, происходящие на молекулярном уровне в организме животных обеих областей, несут информацию о происходящих в их организме физиологических процессах и их нарушениях. Пониженный уровень глюкозы, каротина, кальция и низкое содержание эритроцитов и тромбоцитов в крови коров, при повышенном количестве лейкоцитов и кетоновых тел, свидетельствуют о нарушениях обменных процессов в организме животных Астраханской области. Наличие эритро- и тромбопении и увеличение уровня кетоновых тел, изменения в морфотипах органов и тканей животных, является подтверждением физиологического нарушения организма животных.



Рис.6 Морфотипы сыворотки крови и гомогенатов биологических жидкостей органов и тканей животных из Ростовской области

При наличии отклонений физиолого-биохимических показателей крови животных Ростовской области, пониженное содержание эритроцитов при повышенном количестве лейкоцитов расценивается как ответная адаптивная реакция организма животных. Несмотря на то, что выявлено повышенное содержание кетоновых тел и пониженное содержание каротина в крови коров, но по наличию проанализированных образцов биожидкостей и гомогенатов органов и тканей животных выявлено небольшое количество структур неустойчивого гомеостаза, что расценивалось как способность органов к восстановлению и адаптации организма в целом к условиям их обитания.

Таким образом, определены различные формы структур по кристаллизации органических соединений, растворенных в гомогенатах органов и тканей животных, выявлена зависимость их структурирования от физиологического состояния организма животных в определенных условиях их существования.

Исследование содержания тяжелых металлов, пестицидов и радионуклидов проведены для подтверждения возможного влияния внешних факторов на функциональное состояние животных и способности организма к адаптации, а также для сравнения их содержания в организме с полученными данными поляризационной микроскопии.

7. Уровни содержания кадмия, свинца, ртути и мышьяка в организме коров

Проведенные исследования содержания уровней тяжелых металлов в организме коров из обеих областей показали, что все полученные результаты находились в пределах допустимых нормативов ГОСТ, однако, отмечены сезонные колебания их содержания.

Распределение ТМ в организме животных из Астраханской области выглядели следующим образом: печень>почки>мышцы>мозг>легкие; из Ростовской области: печень>почки>мышцы>легкие>мозг.

Установлено, что наибольшая концентрация исследуемых тяжелых металлов (свинец, кадмий, мышьяк) выявлены в печени и почках животных обеих областей. Повышенное содержание исследуемых металлов в пробах этих органов, связано с их функциональными особенностями.

Определена сильная отрицательная корреляция между количеством лимфоцитов и тромбоцитов в крови и содержанием ТМ в органах и тканях животных для Астраханской области (r =-0,68 и -0,91 соответственно). Однако для образцов из Ростовской области определена сильная положительная корреляция по этим же параметрам (r=0,59 и 0,78 - соответственно). Что свидетельствует об угнетении функции кроветворения, как патологический процесс, за счет воздействия химических веществ на организм коров из Астраханской области. Тогда как у животных из Ростовской области определено проявление стимулирующей реакции в виде повышения активности кроветворения - в увеличении количества лимфоцитов и тромбоцитов.

Таким образом, содержание ТМ в органах и тканях коррелирует со структурными показателями биологических жидкостей животных исследуемых областей.. Морфологическая картина печени и почек животных имела цветность и наличие крупных включений, что характерно для органов с неустойчивым и адаптационным гомеостазом, все это подтвердило влияние исследуемых экзотоксикантов на данные органы.

8. Уровни содержания пестицидов в организме животных.

Уровни содержания хлорорганических пестицидов ГХЦГ и ДДТ в организме коров из двух исследуемых областей оказались ниже границы нормы; следует подчеркнуть, что была выявлена неоднозначность распределения этих веществ в органах животных.

Уровни содержания ГХЦГ в пробах органов и тканей, животных из Астраханской области по возрастанию их концентраций: были представлены следующим образом почки>легкие>мозг> мышцы>печень, по накоплению ДДТ - почки> мышцы> мозг >легкие >печень.

Накопление пестицидов в печени животных, возможно с поступлением их через цепи питания. Следует отметить коррелляцию с морфотипами биологической жидкости данного органа, где определены текстуры адаптационного, но неустойчивого гомеостаза.

Для образцов из Ростовской области по возрастанию концентрации ГХЦГ в органах и тканях животных цепочка выглядит следующим образом: печень>почки>мозг > мышцы > легкие, по содержанию ДДТ - почки>мозг>печень>мышцы>легкие.

Установлено, что относительно более высокие показатели содержания исследуемых пестицидов в легких животных из Ростовской области связаны с возможностью воздушного (атмосферного) их поступления.

Суммарные показатели по содержанию ГХЦГ и ДДТ в образцах из Ростовской области превышали таковые по Астраханской зоне на 0,025 мкг/кг и 0,472 мкг/кг - соответственно.

Таким образом, содержание ГХЦГ и ДДТ в организме животных из двух исследуемых областей находились ниже границы норматива, но имели особенности распределения их концентраций во всех органах и тканях коров красной степной породы.

Определена сильная положительная корреляция между ГХЦГ и количеством лейкоцитов, лимфоцитов и тромбоцитов в крови животных из Астраханской области (r=0,84, 0,94 и 0,79 соответственно; Р<0,05). Для образцов из Ростовской области определена сильная отрицательная корреляция между ГХЦГ и лимфоцитами (r=-0,82) (Р<0,05). Органические производные оказывают обратное воздействие в сравнении с тяжелыми металлами, чем выше содержание пестицидов, даже в пределах нормы, тем выше адаптивная реакция организма, что выявлено в повышении интенсивности кроветворения у животных из Астраханской области с противоположной реакцией у коров из Ростовской области.

9. Активность радионуклидов в органах и тканях животных

Установлено, что показатели активности радионуклидов были значительно ниже допустимого уровня, но в этих пределах отмечено повышение активности исследуемых изотопов в образцах обеих областей за исследуемый период. Так, пробы органов и тканей животных из Астраханской области по средним значениям за 2006 - 2007 гг. имели показатели для цезия 4,2 Бк/кг (при норме 160 Бк/кг), для стронция - 3,95 Бк/кг (при норме 50 Бк/кг). Для проб из Ростовской области значения составили - 3,85 и 2,1 Бк/кг - соответственно.

Отмечено, что показатели активности цезия в органах и тканях астраханских животных на 0,35 Бк/кг и значения активности стронция на 1,85 Бк/кг, выше таковых значений относительно ростовских животных. Суммарные значения по активности исследуемых изотопов в организме животных обеих областей имели положительную динамику, что свидетельствует об изменения их активности в окружающей среде.

Таким образом, основываясь на полученных данных можно отметить, что активность радионуклидов в пробах органов и тканей из Ростовской области не высока, но была выявлена во всех исследуемых органах животных.

Определена очень сильная корреляционная связь между степенью активности цезия в пробах органов животных из Астраханской области и количеством лейкоцитов, лимфоцитов и тромбоцитов (r=0,95, 0,99 и 0,91 - соответственно; Р<0,05), при отрицательной корреляции по тем же параметрам для животных из Ростовской области. Однако, для последних, характерна сильная отрицательная связь между активностью стронция и количеством лейкоцитов (r = 0,68) (Р<0,05), а также средняя положительная коррелятивная связь между стронцием и количеством тромбоцитов (r = 0,58) (Р<0,05).

Выводы

Высокий уровень гемоглобина может свидетельствовать о повышенной резистентности к условиям окружающей среды, особенно у животных из Ростовской области. Исследования показали снижение числа эритроцитов относительно нормы на 5,5%, выявлено развитие лейкоцитоза от 11 % до 13,5% от нижней границы нормы, у коров из обеих областей, как по сезонам, так и за весь период исследования.

Анализ сыворотки крови выявил снижение уровня глюкозы до 75% в весенний период и возрастание количества кетоновых тел до 20% в осенний период у животных Астраханской области. В обоих регионах у коров отмечено снижение каротина до 60% в весенние периоды.

В осенние периоды выявлен низкий уровень неорганического фосфора в сыворотке крови животных из Ростовской области (2,5 - 4,21мг/%) и общего кальция (8,7-9,24 мг/%) в образцах из Астраханской области относительно весенних, что рассматривается как нарушение минерального обмена.

Установлена специфичность морфологической картины гомогенатов органов и тканей коров Астраханской области (нитевидные, дендритные и лентовидные структур), свидетельствующих об отклонениях от базисных форм структурообразования. Для образцов из Ростовской области характерны анизотропные монохромные текстуры, указывающие на компенсаторные и адаптационные способности исследуемых животных.

Степень накопления исследуемых химических элементов и радионуклидов в органах и тканях коров в пределах нормы, при этом наибольшее накопление ГХЦГ и ДДТ определено в печени животных из Астраханской и в легких - у животных из Ростовской области.

Выявлено наличие химических элементов в эколого-трофических системах в пределах ГОСТ, однако определено превышение активности стронция относительно ДУ в воде р. Куберле Ростовской области на 0,49 - 0,7 Бк/кг за весь период исследования.

Результаты физиолого-биохимических, физико-химических, радиологических и морфологических исследований выявили более высокую адаптивность коров к условиям среды в Ростовской области. Это выражалось в высоком уровне гемоглобина, нормативных показателях каротина в крови животных и подтвердилось результатами морфологических исследований.

Практические рекомендации

Рекомендовано вскармливание животных более качественными кормами, использование подкормок и премиксов для восстановления естественной резистентности организма к условиям их обитания. В частности увеличить внесение в рацион питания, особенно в зимне-весенние периоды стойлового содержания коров различных корнеплодов, легко усвояемых углеводов и микроэлементов.

Предложенный комплекс (физиолого-биохимических, структурных, физико-химических и радиологических) методов может быть применен при проведении мониторинговых исследований. Он позволит прогнозировать изменение физиологического состояния сельскохозяйственных животных под влиянием меняющихся параметров окружающей среды. Выявленные отклонения в обмене веществ исследованных животных могут быть использованы как индикаторы определения пределов физиологической резистентности организма животных в их естественных условиях обитания с целью проведения профилактических мероприятий.

Выявленные структурные особенности в биожидкостях органов и тканей коров красной степной породы могут быть использованы в ветеринарных лабораториях, как быстрый и не трудоемкий метод определения физиологического состояния исследуемых животных.

Материалы диссертационной работы могут использоваться в процессе преподавания соответствующих разделов физиологии, биохимии, экологии, биологии и токсикологии животных, а также служить в качестве методической основы для последующих исследований в этой области.

Список печатных работ, опубликованных по теме диссертации

*Кузьмина, Л.Р. Влияние факторов внешней среды на экосистемы некоторых южных областей России [Текст] / Л.Р. Кузьмина//науч. журнал «Вестник» Астраханского гос. техн. универ. - №3(38) май-июнь 2007. - С.43-47 (принято к печати 19.12.2006г.)

Кузьмина, Л.Р. Действие факторов окружающей среды на морфоструктурные особенности органов и тканей коров красной степной породы [Текст] / Л.Р. Кузьмина, Н.А. Каниева // науч. журнал «Вестник» Астраханского гос. техн. универ. - №4(39) июль-август 2007. - С.117-120.

Кузьмина, Л.Р. Оценка состояния структурных образований биологических жидкостей органов и тканей сельскохозяйственных животных [Текст] / Л.Р. Кузьмина, Н.А. Каниева // Актуальные проблемы современных аграрных технологий: Матер. конф. АГУ. - Астрахань. - 2007. - С.204-206.

Кузьмина, Л.Р. Сравнительная характеристика Sr90 и Cs137 в некоторых водоемах южного региона России [Текст] / Л.Р. Кузьмина, Н.А. Каниева // Экология и рациональное природопользование: Матер. межд. конф. Хургада (Египет). - Изд-во РАЭ «Успехи современного естествознания» - №2. - 2007. -С.87-88.

Кузьмина, Л.Р. Некоторые показатели качества экологической безопасности сельскохозяйственной продукции [Текст] / Л.Р. Кузьмина, Н.А. Каниева//Человек и животные: матер. IV межд. научно-практич. конф. АГУ.-Астрахань.15-16 мая 2008. - С.53-55.

Кузьмина, Л.Р. Миграция и аккумуляция тяжелых металлов и радионуклидов в естественных экосистемах [Текст] / Л.Р. Кузьмина, Н.А. Каниева //Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде: Матер. V Межд. научно-практич. конф. 16-18 октября 2008г. - Семипалатинск. - Изд-во СГПИ. - С. 167-172.

Кузьмина, Л.Р. Тест-оценка действия окружающей среды по морфоструктурному анализу биологических жидкостей органов и тканей [Текст] / Л.Р. Кузьмина, Н.А. Каниева // Биотехнологические процессы продуктов переработки биоресурсов водных и наземных экосистем: Матер. межд. конф. АГТУ. - Астрахань. - 2008. - С.198-200.

...