Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Гематологические показатели и математическое моделирование биоритмов прироста живой массы у овец при действии биостимуляторов

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата ветеринарных наук, Федота, Наталья Викторовна, Ставрополь

СТАВРОПОЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

Гематологические показатели и математическое моделирование биоритмов прироста живой массы у овец при действии биостимуляторов

03.00.13 - физиология человека и животных

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата ветеринарных наук

Научный руководитель -доктор биологических наук, профессор,член-корреспондент ААО Ф.А. Мещеряков

Ставрополь - 1998

АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ФЕДОТА Наталья Викторовна

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.................... —.............................3

1. Обзор литературы.............................................7

}„!. Основные аспекты биоритмологии и математическое

моделирование функциональных систем.......................7

1.2. Тканевые биостимуляторы и их физиологическое действие...... 19

2. Собственные исследования..................................37

2.1. Материалы и методика исследований.............................37

2.2. Биоритмы прироста живой массы и гематологические показатели у овец ......................................... 46

2.3. Получение биостимулятора из мозговой ткани (БСМ)..........53

2.4. Математическое моделирование действия

БСМ на биоритмы прироста живой массы....................73

2.5. Влияние препарата БСМ на динамику гематологических показателей и естественную резистентность .................... 85

3. Обсуждение результатов собственных исследований.......... 104

4. Выводы..................................................... 114

5. Практические предложения................................мб

6. Список литературы...........................................117

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Для повышения продуктивности и естественной резистентности животных необходимы разработка и получение новых биологически активных препаратов и их эффективное использование. Биологические вещества должны отвечать требованиям экологической безопасности, а при их использовании следует учитывать физиологические особенности животных, в частности, биоритмический характер функциональных процессов в живом организме.

Научное обоснование воздействия биологически активных веществ на организм продуктивных животных и разработка практических рекомендаций по способам применения биостимуляторов требует анализа большого количества выходных данных, который возможен только при использовании методов математического моделирования.

Теоретической основой получения биологически активных препаратов явилось учение о биологических стимуляторах, разработанное М.П.Тушновым (1936), В.П. Филатовым (1948), H.H. Крау-зе (1949), И.А. Калашник (1960). Дальнейшее развитие это учение получило в трудах A.B. Дорогова (1952), Ф.А. Мещерякова (1987, 1988) и других.

Ритмичность физиологических и биохимических процессов играет важную роль в регуляции функциональных систем организма (В.И.Федоров, 1946, 1973; Ф.С.Оленин, 1958, 1966; А.П.Костин, 1959, 1979; Ф.А.Мещеряков, 1965, 1983 и др.). Однако влияние биостимуляторов на ритмичность физиологических систем организма и ритмы продуктивных показателей изучено недостаточно.

Перспективным направлением изучения взаимодействия биологически активных веществ с биоритмами функциональных систем являются методы математического моделирования. Теоретические и практические разработки в этом направлении вели К. Питтендрай (1964), Н.З. Басовский и др. (1974), R.L.Baldwin и др. (1977), M.S. Mayzner, T.R. Dolan et al. (1978), П. и В. Мармелис (1981)и другие.

Цель и задачи. Основная цель исследований состоит в изучении динамики гематологических показателей и математическом моделировании биоритмов прироста живой массы овец при действии тканевого биостимулятора из мозговой ткани. В соответствии с этим были поставлены конкретные задачи:

- установить типы биоритмов прироста живой массы овец, изучить их гематологические показатели;

- разработать метод получения биостимулятора из тканей мозга (БСМ), обладающий наибольшей биологической активностью и экологической безопасностью, разработать практические приемы консервации тканей и приготовления биогенных стимуляторов с использованием электролитических растворов серебра;

- изучить влияние БСМ на ритмы прироста живой массы растущих овец разных биоритмических типов, с помощью методов математического моделирования установить оптимальные дозы, кратность и сроки введения БСМ в организм животных;

- определить влияние различных доз биостимулятора на морфологические и биохимические показатели крови, характеризующие естественную резистентность организмов овец различных биоритмических типов.

Научная новизна. Изучено влияние биостимуляторов на биоритмы прироста живой массы овец, разработаны методы получения и практические способы консервирования биостимулятора из тканей мозга, обладающего высокой биологической активностью, с помощью методов математического моделирования определены оптимальные дозы, сроки и кратность введения БСМ, установлены различия в динамике гематологических показателей овец различных биоритмических типов при действии биостимулятора.

Практическая значимость работы состоит в использовании биостимулятора для повышения уровня продуктивности и естественной резистентности животных. Применение методов математического моделирования при анализе ритмических показателей функциональных систем организма и действия биостимуляторов позволило определить оптимальные дозы и кратность введения препарата без проведения дополнительных исследований.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- изучение ритмических показателей прироста живой массы у овец, определение биоритмических типов животных и их гематологических показателей;

- получение биологически активных тканевых препаратов путем комплексного воздействия охлаждением, облучением ультрафиолетовыми лучами, добавлением растворов ионизированного серебра и сублимационной сушкой, сохранение биологической активности тканевых препаратов при различных способах консервирования;

- математическое моделирование биоритмических показателей при действии бистимуляторов, определение оптимальной дозы и кратности введения препаратов;

- увеличение прироста живой массы, повышение естественной резистентности организма животных разных биоритмических типов при введении препарата БСМ в различных дозах.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены: на международной конференции по ветеринарии в г. Барнауле (1995); на Всероссийской конференции по биотехнологии (г.Ставрополь, 1996); на международной научно-практической конференции по овцеводству и козоводству, посвященной 65-летию ВНИИОК (1997); на II итоговой научной конференции молодых ученых и студентов Ставропольской государственной медицинской академии (1994); на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Ставропольской государственной сельскохозяйственной академии (1993, 1994,1995, 1996, 1997).

Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано пять работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает разделы: обзор литературы, собственные исследования, обсуждение их результатов, выводы и практические предложения, список литературы. Она изложена на 133 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы и 11 рисунков. Список литературы включает 171 наименование, в том числе 30 - иностранных авторов.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Исследование биоритмической природы функционирования всех физиологических систем живого организма является сложной научно-практической задачей, стоящей перед современными исследователями.

Применение современных биологически активных препаратов повышает продуктивные качества животных и уровень их естественной резистентности и в то же время изменяет биоритмы многих функциональных систем организма. Сложный нелинейный характер взаимодействия организма и биостимуляторов обусловил необходимость применения математического анализа и моделирования для установления оптимальных доз и кратности введения препаратов.

1.1. Основные аспекты биоритмологии и математическое моделирование функциональных систем

Биологические ритмы изучает наука биоритмология, которая в последние годы трансформируется в более обширную область знаний - хронобиологию. Хронобиология изучает временные характеристики живого, исследует функцию времени в биологических системах любого уровня организации - от молекулярного до биосферного. Хронобиология является междисциплинарной наукой, интегрирующей через фактор времени все отрасли знаний о живой природе и ее взаимодействии с окружающей неживой средой. Как самостоятельная отрасль естествознания хронобиология была признана в 1960 году на первом Международном симпозиуме по биологическим часам, состоявшемся в г. Колд Спринг Харбо, США.

Ритмичность в живом всеобща и является неотъемлемым свойством жизни. Адаптация организма к постоянно меняющимся

условиям окружающей среды обеспечивается не отдельными органами» а скоординированными во времени и пространстве и соподчиненными между собой специализированными функциональными системами.

В основе хронобиологии лежит анализ временной организации функций организма, оптимизации лечебно-профилактических стимулирующих методов воздействия на организм, изучаются эколого-физиологические механизмы адаптации к новой среде обитания и изыскиваются научно обоснованные средства коррекции нарушений, возникающих при воздействии на организм различных неблагоприятных факторов. При позитивных изменениях в природе продуктивность, воспроизводительная способность животных повышаются. И наоборот, в тех случаях, когда изменения в природных комплексах приобретают негативный характер, рентабельность животноводства снижается (H.A. Уразаев, 1977).

Первые исследования ритмических процессов, различных функций организма и временной организации живых систем были известны с глубокой древности. В. Гуфеланд (1779) наблюдал ритмические процессы в биологии и назвал 24-часовой период «единицей нашей естественной хронологии». Реальный прогресс в исследовании биологических ритмов наметился с 30-х годов XX века. Значительным событием в истории биоритмологии явилось издание в 1952 году советским ученым Н.Я. Пэрна монографии «Ритмы, жизнь и творчество».

Решая актуальные проблемы в биологии и медицине, мы сталкиваемся с тем, что корни некоторых из них уходят в биоритмологию. Исследования проводятся на различных уровнях биологической организации - от индивидуума как основной единицы био-

логического сообщества через популяцию до экосистемы- На «стыке.» смежных научных дисциплин зарождаются новые подходы к изучению различных биологических процессов и возникают новые научные направления.

Биологические ритмы охватывают широкий диапазон периодов - от миллисекунды до нескольких лет. В зависимости от внешних условий A. Sollberger (1969) разделял биологические ритмы на экзогенные и эндогенные. Экзогенные внешне зависят от ритмики геофизических и космических факторов. Если ритмичность биологических процессов осуществляется под действием этих внешних датчиков времени и исчезает без них, то такие ритмы называются пассивными (A. Sollberger, 1969). Эндогенные активные ритмы совершаются при постоянных внешних условиях. Они совпадают по частоте с геофизическими и очень трудно дифференцируются от пассивных эндогенных ритмов (A.M. Эмме, 1967).

Наиболее полно классификация ритмов по частоте дается Н.И. Моисеевой и В.М. Сысуевым (1981). Они выделяют 5 классов биоритмов: первый - ритмы высокой частоты, от долей секунды до 30 минут (осцилляция на молекулярном уровне, ритмы электроэнцефалограммы, сокращение сердца, дыхания, перистальтика кишечника); второй - ритмы средней частоты, от 30 минут до 28 часов, включая ултьтрадианные (до 20 часов) и циркадные (20-28 часов); третий -мезоритмы, инфрадианные (от 28 часов до 6 дней), циркасептильные (около 7 дней); четвертый - макроритмы с периодом от 20 дней до I года; пятый - мегаритмы с периодом более года и десятки лет.

Кроме того, Н.И. Моисеева и В.М. Сысуев (1981) предложили разделять биоритмы по уровню организации биосистем и принадлежности к определенному классу явлений, основываясь на выделенных А.Д. Слонимом (1979) уровнях гомеостатических механизмов.

С точки зрения взаимодействия организма и среды выделяют два типа колебательных процессов: адаптивные ритмы (АДСвоним, 1971) или биоритмы (Ф. Браун, 1977), то есть колебания с периодами, близкими к основным геофизическим циклам, роль которых заключается в адаптации организма к периодическим изменениям внешней среды; физиологические и рабочие ритмы, то есть колебания, отражающие деятельность физиологических систем организма.

При попытке классифицировать биологические ритмы появляется необходимость в более строгих определениях, зависящих от выбранных критериев.

Ритмы можно подразделить: 1) по их собственным характеристикам, таким как период, 2.) по биологической системе (пример: популяция), в которой наблюдается ритм, 3) по роду процесса, порождающего ритм, или 4) по функции, которую ритм выполняет (Ю. Ашофф, 1984; H.H. Лебедев, 1987).

Большинство исследователей считает, что механизм временной организации находится на уровне клетки (Э. Бюннинг, 1961; Ф. Хал-берг, 1964; К. Питтендрай, 1964; Г .Д. Губин и др., 1980). Это объясняется существованием внутриклеточных часовых механизмов.

Однако, проведенные экспериментальные операции на животных (ослепление, голодание, удаление мозга) наглядно доказывают, что если они и могут повлиять на тот или иной биоритм, то только либо сдвигом фазы, либо изменением амплитуды ритма, но не уничтожают его (Р.П. Ольянская, 1949; H.A. Zander, 1954; Ф.А.Мещеряков, 1979;). Все это свидетельствует о локализации механизма суточных ритмов на различных уровнях организации живых систем.

В качестве самоподдерживающей системы, обладающей механизмом циркадной организации, может быть как клетка, так и целостный организм (К. Питтендрай, 1964; A.M. Эмме, 1967).

и

Физиология циркадных систем охватывает необычайное разнообразие явлений. Очевидно, что процесс понимания устройства какой-либо циркадной системы предполагает выяснение конкретных нейроэндокринных механизмов у данного вида (Ю. Ашофф, 1984). Экспериментально это подтверждается опытами по повреждению супрахиазменных ядер гипоталамуса у млекопитающих, что приводит к утрате нормальных циркадных ритмов (Н. Kawaneura, S. Inoye, 1978; В. Rusak, I. Zucker, 1979).

Внимание столь широкого круга специалистов к данной теме объясняется, во-первых, жизненной потребностью в создании универсальной методологии, заинтересованностью в ней многих отраслей знаний. Во-вторых, широта и масштабность самой проблемы требует всестороннего подхода с пониманием основных философских начал пространственно-временной организации материи.

По мнению Г .Д. Губина (1980), смысл ритмичности в живом заключается, по-видимому, в том, что основанные на принципах саморегуляции биологические процессы, чередуя через примерно равные промежутки времени состояния работы и расслабления, расходования и накопления энергии, функционируют более оптимально и более экономно, имеют больший адаптационный диапазон при взаимодействии со средой обитания по сравнению с системами стационарного функционирования в неизменном режиме. Таким образом, феномен ритмичности определяет такие качества биологических процессов, как оптимальная реализация с минимальной затратой энергии и способность к адаптации в окружающей среде (Ф. Браун, 1977).

Клеточные циклы формируют циклы организменные. Взаимодействие между организмами определяют популяционные циклы.

которые, в свою очередь, формируют циклы биоценозов. Продолжительность циклов на клеточном и организменном уровнях имеют генетическую детерминацию, закодирована она в молекулах ДНК и реализуется в процессе индивидуального развития организма (Т.Д. Губин, 1980).

В настоящее время делаются попытки обобщить накопленный в области хронобиологии материал и выдвигается теория циклов (Ю.Н. Соколов, 1992), которая рассматривает функциональную систему как основу цикличности организма, позволяющую регулировать обменные процессы в зависимости от влияния факторов внешней среды.

М.М. Богословский (1995) подразделяет циклические процессы в природе на два вида: сопровождающиеся относительно малыми и качественными изменениями, происходящими в процессе прохождения цикла, и сопровождающиеся относительно быстрыми такими изменениями. Первые происходят в неживой природе, вторые - в живой. Другое подразделение циклических процессов - оказывающие влияние на другие формы материи и не оказывающие такого влияния. К первым принадлежат циклические процессы, происходящие в макромире, то есть в космосе. Вторые - в микромире, при движении электронов вокруг ядер своих атомов. Помимо циркад-ных ритмов, имеющих большую или меньшую зависимость от внешних датчиков времени, в живых организмах можно выделить и чисто эндогенные ритмы. К