Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы .7
1.1. Значение мясного скотоводства в России 7
1.2. Особенности герефордской породы крупного рогатого скота 9
1.3. Роль меди в живом организме 13
1.4. Особенности ультрадисперсных порошков металлов (УДПМ) .23
1.5. Взаимосвязь биоэлементов в организме животных 26
Глава 2. Материалы и методы исследований .33
Глава 3. Результаты исследований .41
3.1. Зависимость гомеостаза организма животных при введении в их рацион нанопорошка меди и её соли .41
3.1.1. Морфологические показатели крови бычков .41
3.1.2. Биохимические показатели крови опытных животных
3.1.2.1. Показатели углеводного и жирового обменов .67
3.1.2.2. Показатели ферментативной активности крови 71
3.1.2.3. Показатели минерального обмена
3.1.3. Минеральный состав органов и тканей бычков 98
3.1.4. Микрофлора рубца бычков 108
3.2. Живая масса и среднесуточные приросты бычков герефордской породы. Экономическая эффективность использования нанопорошка меди и меди в виде CuSO4 на предприятии ООО «Кашин Луг» Тверской области, Кашинского района .117
Выводы .121
Предложения производству 122
Список литературы
- Особенности герефордской породы крупного рогатого скота
- Взаимосвязь биоэлементов в организме животных
- Морфологические показатели крови бычков
- Минеральный состав органов и тканей бычков
Особенности герефордской породы крупного рогатого скота
Медь (лат. Cuprum) – химический элемент, побочной подгруппы периодической системы. В давние времена людям были знакомы всего лишь 7 металлов, включая медь. Египтяне были знакомы с этим металлом за 4500 лет до нашей эры. Известно, что медь была найдена намного раньше железа, потому что часто находилась на самой поверхности земной коры и люди очень легко извлекали ей из различных соединений. Медь обладает отличной электропроводностью и является очень важным микроэлементом. С её помощью зелёные растения усваивают азот, она значимый элемент фотосинтеза. Медь имеет атомный номер – 29, атомная масса - 63,546. Температура плавления – 1083 C, температура кипения – 2595 C, плотность – 8,98 г/см3. Медь - это нискоактивный халькофильный элемент, тесным образом связанный серой, селеном и теллуром (вступает с ними в реакцию). Данные химические элементы имеют сульфидноокисную оболочку и раполагаются в нижней части мантии. Медь не подвержена окислению в присутствии кислорода. Не оказывают совершенно никакого влияния на данный элемент кислоты, у которых нет окислительных свойств. А также медь не вступает в связь водородом, азотом [17, 40, 48].
Медь входит в состав более чем в 200 минералов, из которых для промышленности важны лишь 17. Её основным источником являются сульфидные руды. Для производства меди наибольшее значение имеют халькопирит (он же медный колчедан) CuFeS2, халькозин (медный блеск) Cu2S, ковеллин CuS, борнит (пестрая медная руда) Cu5FeS4. Иногда встречается и самородная медь. Распространение меди в земной коре составляет – 4,710-3 % по массе (1015-1016 тонн) это около 0,007 вес. %, а значит её в 600 раз меньше, чем железа [68].
Современное латинское название “купрум” произошло от латинского названия острова Кипр [89]. Запасы меди на дне океанов составляют 5 млрд. тонн [128]. Медь наряду с железом и золотом издавна применялась в качестве платежного средства [127]. Поскольку медь присутствует в почве, соответственно, от её количества зависит степень содержания её в растениях, которые могут быть различны. Разные виды растений содержат различное количество меди, например, много меди у бобовых растений и разнотравья, а злаках намного меньше.
Растениям жизненно необходима медь, потому что она находится в хлоропластах и взаимодействует с процессом фотосинтеза. Принимает непосредственное участие в процессе фотосинтеза, увеличивает устойчивость хлорофилла, обеспечивает усвоение крахмала и азота, активизирует дыхание. Также синтезирует железопрофины, антоциан и хлорофилл. Медь не даёт хлорофиллу сильно повреждаться.
Растения на последних стадиях своей жизнедеятельности содержат мало меди, но если у растения отрастают новые листья, то содержание данного элемента в нём стабильно. Известно, что во многих растительных кормах содержание меди ничтожно мало и не может полностью обеспечить потребности крупного рогатого скота, поэтому в зимний период времени проявляется дефицит данного элемента.
Отруби, также как и экстракционные шроты содержат больше меди, чем в зерне злаковых культур. Картофель содержит очень малое количество меди, немного выше этот показатель в свекле и в рапсовом и кукурузном шротах. Мелисса отличается от других культур очень высоким содержанием данного микроэлемента. Присутствие в рационе жвачных свекольной ботвы или сухого жома обогащает его медью. Мука животного происхождения может содержать до 6 мг меди на 1 кг, что является неплохим показателем [126]. Исследования, проводимые с почвой, показали наличие меди в ней в среднем 0,002%, причём растворимая медь составляет всего 1% от этого количества. Существуют определённые виды меди, которые содержатся в почвах и в дальнейшем потребляются растительными организмами: – обменная медь; – минералы, которые в разной степени содержат медь; – водорастворимая медь; – металлоорганические соединения в комплексе; – соли меди. При известковании почвы происходят процессы, которые тормозят поступление меди в растительные организмы. Также медь тесно взаимодействует с почвенным гумусом и образует органические соединения труднодоступные для всасывания в растения. Почвы содержат перегнойные кислоты (крионовая, гуминовая, апокриновая), при соединении с которыми медь теряет свою подвижность, и также не усваивается растениями.
Некоторые органические кислоты (лимонная, янтарная, щавелевая) формируют с медью комплексные соединения. Микроорганизмы, находящиеся в почве, позволяют удержать медь.
Общее содержание водорастворимой меди – важный фактор для жизнедеятельности растений в определённой местности. Высокое содержание в почве меди позволяет растениям накопить большое количество данного элемента и даже приобрести устойчивость к высокой концентрации данного элемента [56, 58, 116, 117, 147, 169, 170].
Степень абсорбции, как полагает Strickland G.T., обратно пропорционально зависит от поглощенного количества меди. Доказано, что если в основном рационе жвачных содержится большое количество аскорбиновой кислоты, то данный элемент не всасывается. Причиной этому может являться блокирование связующих участков металлотионеина и увеличение количества волокнистых растительных структур в пищевом рационе.
Взаимосвязь биоэлементов в организме животных
Кровь – это жидкая ткань, которая циркулирует в кровеносной системе человека, а так же позвоночных животных. Она состоит из плазмы и форменных элементов, таких как эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Гемоглобин, который содержится в эритроцитах, обуславливает красный цвет крови. Для крови присуще относительное постоянство химического состава, а так же осмотического давления и активной реакции (pH). Кровь переносит кислород от лёгких к тканям и углекислый газ от тканей к лёгким. Кровь доставляет питательные вещества из системы органов пищеварения к тканям, а продукты обмена к органам выделения. Кровь участвует в регулировании минерального обмена. Защитная функция крови заключается в способности лейкоцитов поглощать микроорганизмы и инородные тела, а так же нахождению в крови антител, антитоксинов и лизинов [28, 39, 193].
Факторы и свойства условий внешней и внутренней среды воздействуют на организм животных в качестве раздражителей, таким образом, определяется естественная реакция организма на эти воздействия и адаптация к этим условиям, соответственно, соблюдение условий внешней среды способствует обеспечению стабильного гомеостаза, от чего зависит здоровье животных [72]. Рисунок 2 – Количество эритроцитов (1012г/л) Анемия или малокровие относится к группам заболеваний, при действии которых в крови уменьшается общее содержание количества эритроцитов, в дальнейшем приводящее к гипоксии. Анемия может быть вызвана нарушением кровообращения, в результате кровотечения, а также усиленным кроверазрушением. В данном случае мы имеем дело с разрушением эритроцитов, причины этому могут быть различны: распад эритроцитов в селезёнке, гемолиз, разрушение структуры мембран и дефекты гемоглобина. Одной из причин данных явлений выступает недостаток меди, так как она находится в тесной связи с гемоглобином, вследствие чего нарушается эритропоэз и уменьшается общая продолжительность жизни эритроцитов [148, 179].
Через 30 дней нашего исследования отмечено повышение в крови животных количества эритроцитов на 4% и 3% соответственно.
Чрез 60 дней опыта мы наблюдали увеличение в крови животных количества эритроцитов в первой опытной группе, получавшей нанопорошок меди, на 10,3% по сравнению с контрольной группой, в крови животных второй опытной группы, получавшей сернокислую медь, на 6% по сравнению с контролем. Данные показатели не выходят за рамки физиологической нормы (5 43 7,51012г/л), так как эритроциты являются клетками человека и животных, переносящими кислород от лёгких к тканям и двуокись углерода к органам дыхания. Они содержат гемоглобин, чем обусловлен их красный цвет, продуцируются красным костным мозгом [109, 154].
Эритроцитоз может быть вызван хроническими заболеваниями лёгких, врождёнными гемоглобинопатиями, пороком сердца, обезвоживанием организма, но как следствие может быть показателем усиления нормального кроветворения [37, 49]. Однако в наших исследованиях динамика повышения количества эритроцитов является очень хорошим показателем для организма животных опытных групп с превосходством первой опытной группы животных, получавших добавку меди в виде нанопорошка.
Гемоглобин является белком эритроцитов, его главной задачей является перенос молекулярного кислорода от лёгких к тканям в организме животных. Основная функция гемоглобина – это оксигенация или обратимое присоединение кислорода. Уменьшению гемоглобина в крови способствуют анемия и гипергидратация. Достоверно известно, что кислород в крови соединяется с металлами, например, железом, марганцем, а также и медью. Данное соединение является непрочным и вступает в непродолжительную связь с гемоглобином. Медь является основным активатором биосинтеза гемоглобина. Норма содержания гемоглобина в крови составляет 90-120 г/л [5, 30, 109].
Через 30 дней от начала эксперимента мы обнаружили возрастание уровня гемоглобина у бычков первой опытной группы на 8,2% и второй опытной группы на 6,1% относительно контрольной группы.
Через 60 дней в нашем эксперименте мы наблюдали также увеличение количества гемоглобина в крови бычков первой опытной группы на 18,4% по сравнению с контрольной группой, и на 14,3% в крови животных второй опытной группы, что предполагает повышение кроветворных функций организма исследуемых животных, следствием чего является увеличение интенсивности окислительно-восстановительных процессов в организме у бычков под воздействием нанопорошка меди и её соли, с превосходством этих показателей в сторону первой опытной группы. Известно, что кислород соединяется с медью и образует непрочное соединение, которое вступает в непродолжительную связь с гемоглобином. Медь способствует созреванию эритроцитов на начальных этапах, способствует встраиванию железа в структуру гема, поэтому при её недостатке происходит снижение количества эритроцитов, но концентрация в них гемоглобина не изменяется, что подтверждается результатами наших исследований и других учёных – И.И. Акимушкина (1972); В.И. Георгиевского (1979); Л.А. Блюменфельда (1998); Н.С. Мотузко (2008).
Лейкоциты – это бесцветные кровяные клетки человека и животных. Основная их роль заключается в защите организма от болезнетворных агентов, поэтому лейкоциты вырабатывают антитела и поглощают бактерий. Лейкоциты делятся на две основные группы: гранулоциты (зернистые лейкоциты), которые в свою очередь подразделяются на типы – нейтрофилы, базофилы, эозинофилы и агранулоциты (незернистые лейкоциты), которые делятся на типы – моноциты и лимфоциты. Все типы имеют ядро, способны к амебоидному движению и шаровидной формы.
Морфологические показатели крови бычков
В таблице 4 и рисунках 2-6 приводятся данные о влиянии нанопорошка меди и меди в виде соли (CuSO4) на морфологические показатели крови животных. В итоге мы можем сделать вывод о том, что наблюдается незначительное увеличение уровня эритроцитов в крови опытных групп исследуемых животных, так же увеличивается количество гемоглобина, что предполагает усиление интенсивности обмена веществ и улучшение кроветворных функций организма исследуемых животных. В организме опытных групп животных по сравнению с контролем создаются все условия для осуществления генетического гомеостаза, вследствие чего получает развитие и клеточный иммунитет, что мы видим из картины эритроцитов опытных групп, в данном случае их уровень ниже уровня контрольной группы. Добавки в виде нанопорошка меди и меди в виде CuSO4 не токсичны для организма животных и не вызывают острых и хронических воспалительных процессов в организме, о чём нам говорит уменьшение уровня оседания эритроцитов и уменьшение количества тромбоцитов.
Показателем процентного соотношения различных видов лейкоцитов в крови животных является лейкоцитарная формула. Показатели лейкоцитарной формулы могут изменяться в связи с инфекционными заболеваниями [150]. Лимфоциты представляют собой разновидность лейкоцитов, группы агранулоцитов, являются основными клетками иммунной системы, обеспечивающими клеточный иммунитет при контактном взаимодействии с клетками-жертвами, а также гуморальный иммунитет при выработке антител. Регулируют деятельность других типов клеток [192].
Факторами, определяющими повышение количества лимфоцитов, являются, в основном, вирусные инфекции. В меньшей степени количество лимфоцитов повышается при туберкулёзе, гиперфункции щитовидной железы (гипертиреоз), а также бруцеллёзе. Лимфолейкоз, являющийся опухолевым заболеванием костного мозга, может привести к более значительному повышению в крови количества лимфоцитов (более 10109/л). При данном заболевании отмечается увеличение селезёнки, печени, лимфатических узлов, слабость, болезненность костей, кровоточивость слизистых оболочек и кровоизлияния.
И, наоборот, уменьшение количества лимфоцитов наблюдается при гибели лимфоцитов, бактериальных инфекциях, например, пневмония и сепсис. Если в крови содержится менее 1000 клеток лимфоцитов в 1 мкл, то это явление имеет название лимфопения [145, 172]. Норма содержания лимфоцитов составляет – 40-65% [109]. Через 30 дней от начала эксперимента отмечается снижение в крови животных опытных групп количества лимфоцитов – в первой опытной группе на 9%, второй – на 14% по сравнению с контролем. Через 2 месяца после начала эксперимента процентное содержание лимфоцитов в крови животных опытной группы (1) и опытной группы (2) изменилось в сторону увеличения по сравнению с контролем на 13% и 15%, что подтверждает усиление иммунитета в организме животных. Рисунок 8 – Количество моноцитов, %
Моноциты (макрофаги), также как и нейтрофилы являются основными типами клеток крови. Основная их функция – это борьба с инфекциями, которая заключается в уничтожении и поглощении различных микроорганизмов. Моноциты превращаются в макрофаги именно тогда, когда покидают кровяное русло и попадают в ткани. Макрофаги могут бороться с инфекциями в тканях, утилизировать мёртвые клетки и имеют ещё некоторый ряд функций, близкий к моноцитам.
Существует такое явление, как моноцитоз (эрлихиоз). При нём количество моноцитов в крови подвергается увеличению. Он может быть относительным и абсолютным. Причиной моноцитоза могут являться инфекционные заболевания – бруцеллёз и токсоплазмоз. Высокое количество моноцитов в периферической крови указывает на тяжело протекающие инфекционные процессы в организме, такие как туберкулёз, подострый эндокардит, сепсис, некоторые формы лейкоза (острый моноцитарный лейкоз), а также может являться признаком злокачественных заболеваний лимфатической системы – лимфогранулематоза, лимфомы [106]. Наряду с тем, что в крови может быть высокое количество моноцитов, соответственно, может проявляться и их уменьшение, и даже отсутствие. Это может быть связано со снижением функции костного мозга при его поражении – это B-12-дефицитная анемия, апластическая анемия и при волосатоклеточном лейкозе [167].
Через 1 месяц в крови животных мы наблюдали снижение количества моноцитов в крови бычков первой опытной группы и второй в среднем на 50% по сравнению с контролем. Через 2 месяца в наших исследованиях отмечалось уменьшение количества моноцитов в крови бычков всех опытных групп. Это уменьшение составило в среднем 47,8% по сравнению с контролем, но находилось в пределах физиологической нормы, которая составляет 2-7%. При патологиях различного рода в периферической крови начинает действовать самая многочисленная популяция лейкоцитов, именуемая нейтрофилами [191]. Основная функция нейтрофилов – это фагоцитоз, исходя из этого, достоверно доказано, что нейтрофилы осуществляют начальную линию защиты от аллергенов различной природы. Они выполняют бактерицидную и детоксикационную функцию. Главным медиатором аллергической реакции немедленного типа является гистамин, поэтому нейтрофилы дезактивируют его действие. Они выделяют в очаг воспаления специальные вещества, которые вовлекают базофилы и тучные клетки, являющиеся мишенями аллергического процесса, в воспалительную реакцию. От функциональной активности нейтрофилов зависит само течение и исход воспалительного процесса. Нейтрофилы относятся к клеткам-эффекторам поздней фазы аллергического воспаления. Можно сделать вывод, о том, что пути реализации и сам функциональный потенциал нейтрофилов имеет огромное значении в развитии аллергических заболеваний [106, 119].
Минеральный состав органов и тканей бычков
Как известно, объём внеклеточной жидкости имеет прямую зависимость от общего содержания натрия в крови и сопровождающих его анионов в этой области. Изменение содержания натрия всегда сопровождается параллельным изменением объёма жидкости, данные изменения требуются для поддержания постоянства её осмоляльности. В здоровом организме осмоляльность внеклеточной жидкости постоянна и составляет около 285 мОсм/кг H2O.
Почки играют основополагающую роль в регуляции ионного состава и объёма жидкостей. При любом изменении объёма биологических жидкостей происходит соответствующий ответ регулирующих систем почек. Известно, что при увеличении объёма возрастает и экскреция натрия и воды, и, соответственно, наоборот, уменьшение объёма приводит к понижению экскреции натрия. Такое условие срывается при патологических процессах. Например, если превалирует экскреция натрия, то отмечается снижение содержания натрия во внеклеточной жидкости и уменьшение объёма внеклеточной жидкости. Или, если задержка натрия преобладает над его экскрецией, в связи с этим объём внеклеточной жидкости сильно увеличивается и появляются отёки [43]. Такое состояния, как гипонатриемия означает снижение концентрации натрия в сыворотке крови ниже 135 мэкв/л. Формированию гипонатриемии способствует потеря натрия, которая наблюдается при поносе, рвоте, также перераспределение жидкости в другое пространство, вследствие перитонита, ожогов, панкреатита и рабдомиолиза. Потеря натрия почками происходит и при лечении диуретиками, при развитии осмотического диуреза, то есть заболеваниях, сопровождающихся накоплением осмотически активных веществ в крови таких, как глюкоза или мочевина, и даже при применении осмотических диуретиков (маннит). Заболевания почек, например, обструкция мочевых путей, интерстициальный нефрит, медуллярный кистоз, оказывают влияние на развитие гипонатриемии. Особое значение в этом вопросе лежит и на гиперволемии с выраженным отёчным синдромом, что выражается в сердечной недостаточности, нефротическом синдроме, почечной недостаточности и циррозе печени.
Гипонатриемия указывает на понижение общего содержания натрия в организме, однако в некоторых случаях и при некоторых состояниях уменьшение концентрации натрия в плазме сопутствует его нормальному или даже увеличенному общему содержанию. Это говорит о том, что различные причины активизируют разную интенсивность потери натрия и воды. Поэтому от соотношения интенсивности потери натрия и воды развивается гиповолемическая, эуволемическая и гиперволемическая гипонатриемия [21].
Потеря натрия превалирует над потерей воды при гиповолемической гипонатриемии, но здесь имеет место существенное понижение общего количества содержания воды, поэтому развивается гипоосмоляльность плазмы. Такого рода нарушение гомеостаза больше всего наблюдается при использовании диуретиков. В отдельных случаях гиповолемия, которая вызвана, допустим, снижением внутри сосудистого объёма или перераспределением жидкости в другое пространство, может привести к стимуляции высвобождения АДГ и способствовать приостановке жидкости.
Во многих эпизодах гипонатриемия не приводит к различным клиническим симптомам. Осмотический градиент гематоэнцефалического барьера изменяется при снижении осмоляльности плазмы. В этом случае появляется усиленное движение воды к мозгу, всё это способствует гипергидрации клеток мозгу и развитию мозговой симптоматики. Тошнота и общая слабость могут возникать при концентрации натрия в плазме крови ниже 125 мэкв/л, а при концентрации ниже 110 мэкв/л может сформироваться коматозное состояние [25].
Гиперволемическая гипонатриемия получается развитие при сердечной недостаточности и при заболеваниях, которые сопровождаются снижением «эффективного» объёма крови, отёками и повышением общего содержания натрия. Отмечается увеличение секреции АДГ, которая способствует удержанию воды и развитию отёков, несмотря на значимое увеличение содержания воды.
При умеренном характере гиперволемии задержка воды происходит избирательно, а общее содержание натрия не подвержено увеличению. В такой ситуации может развиться эуволемическая гипонатриемия. Что может способствовать снижению экскреции воды, вследствие эктопической стимуляции АДГ. Данная гипонатриемия отмечается при инфекционных болезнях лёгких, туберкулёзе, злокачественных опухолях, патологии ЦНС, раке лёгкого и определяется, как синдром неадекватной секреции АДГ [164].
Относительно гипонатриемии существует и гипернатриемия. Это, наоборот, увеличение концентрации натрия в плазме свыше 145 мэкв/л. Причинами такого расстройства выступают: потеря воды желудочно-кишечным трактом, например при рвоте и поносе, потеря воды кожей при ожогах, а так же потеря воды почками при использовании петлевых диуретиков, осмотическом и постобструктивном диурезе. Ещё сюда можно отнести избыток минералокортикоидов и введение препаратов натрия с лечебной целью при ацидозе или искусственном питании.
Гипернатриемия указывает на повышение общего содержания натрия в организме, однако, в некоторых случаях она отмечается и при понижении общего уровня натрия.
Гипернатриемия отражает гиперосмоляльность внеклеточной жидкости, поскольку концентрация натрия, главным образом определяет её осмоляльность. Если во внеклеточной жидкости накапливаются мочевина или глюкоза, то появляется гипертоничность внеклеточной жидкости или гиперосмоляльность. Известно, что глюкоза причисляется к неэффективным осмолям, но в условиях дефицита инсулина меняется проницаемость клеточных мембран, что совместно со значительной концентрацией глюкозы в крови приводит к гиперосмоляльности или гипертоничности плазмы. Это приводит к тяжелейшим расстройствам, например, как гиперосмоляльная кома [19].
При введении большого количества изотонического раствора натрия хлорида или солей натрия может возникнуть гиперволемическая гипернатриемия. Она характеризуется повышением внеклеточного объёма, вследствие потери внеклеточной жидкости, поэтому образуется клеточная дегидратация. Проявлением этого выступает жажда, раздражительность, чувствительность, расстройство функций ЦНС, лихорадка.
Гиперволемическая гипернатриемия обычно связана с большой потерей воды почками, либо желудочно-кишечным трактом. При этом жидкость переносится из самих клеток во внеклеточное пространство, соответственно, появляется клеточная дегидратация.
Эуволемическая гипернатриемия обнаруживается при неких расстройствах, которые приводят к потере воды. В данном случае теряется только лишь часть воды, поэтому сам объём внеклеточной жидкости значительно не изменяется. Такое состояние отмечается при потере води почками или кожей (повышенное потоотделение, лихорадка) [8,73].
Проведённый анализ крови исследуемых животных через 1 месяц показал незначительное снижение уровня натрия в опытных группах по сравнению с контролем. В первой опытной группе содержание натрия было ниже на 1,4%, а во второй на 0,7%.
В анализе крови исследуемых животных через 2 месяца отмечаются несущественные повышения уровня натрия относительно контрольной группы: в первой опытной на 0,7%, во второй опытной на 2,1%. Текущие показатели находятся в переделах физиологической нормы.