Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 9
1.1 Биологические особенности перепелов 9
1.2. Скелетная мускулатура птицы 13
1.3. Роль спутниковых клеток во время постэмбрионального роста мышцы 18
1.4. Методы оценки продуктивности птицы 20
Глава 2. Собственные исследования 23
2.1. Материал и методы исследования 23
2.2. Морфологические методы исследования 24
2.3. Методы статистической обработки результатов 26
Глава 3. Результаты собственных исследований и их обсуждение 27
3.1 Анатомические и макроморфометрические показатели скелетных мышц у перепелов на 5-ые сутки постэмбрионального онтогенеза 27
3.2 Анатомические особенности и макроморфометрические показатели скелетных мышц у перепелов на 21-ые сутки постэмбрионального онтогенеза 31
3.3 Анатомические особенности и макроморфометрические показатели скелетных мышц у перепелов на 32-ые сутки постэмбрионального онтогенеза 33
3.4 Анализ анатомического строения и макроморфометрических показателей скелетных мышц у перепелов на 42-ые сутки постэмбрионального онтогенеза 35
3.5. Микроморфологические и микроморфометрические показатели скелетных мышц у перепелов на 5-ые сутки постэмбрионального онтогенеза 39
3.6. Микроморфологические и микроморфометрические показатели скелетных мышц у перепелов на 21-ые сутки постэмбрионального онтогенеза 48
3.7. Микроморфологическая картина и микроморфометрические показатели у перепелов на 32-ые сутки постэмбрионального онтогенеза 56
3.8 Анализ микроскопического строения и микроморфометрических показателей у перепелов на 42-ые сутки постэмбрионального онтогенеза 64
3.9 Ультраструктурные особенности скелетной мускулатуры перепелов на 21-ые сутки постэмбрионального развития 71
3.10 Ультраструктурные особенности скелетной мускулатуры перепелов на 42-ые сутки постэмбрионального развития 78
3.11. Обсуждение результатов исследования 84
4. Заключение 91
5. Рекомендации по использованию результатов исследования 93
6. Сведения о практическом использовании результатов 94
Список литературы 95
Приложения 106
- Скелетная мускулатура птицы
- Анализ анатомического строения и макроморфометрических показателей скелетных мышц у перепелов на 42-ые сутки постэмбрионального онтогенеза
- Микроморфологическая картина и микроморфометрические показатели у перепелов на 32-ые сутки постэмбрионального онтогенеза
- Обсуждение результатов исследования
Скелетная мускулатура птицы
Большинство исследователей: M. Furbringer (1902), Климов А. Ф. (1927), Акаевский А.И. (1989) изучали расположение, закрепление и топографию мышц по анатомическим областям с целью возможного оказания помощи при заболеваниях. Глаголев П. А. (1959), Ипполитова В.И. (1960), Чернышева Т.В. (1974) представили данные о внутренней структуре мышц с точки зрения физиологических процессов в организме. В их исследованиях выявлено 5 типов мышц, различающихся внутренней структурной организацией с учетом гистологических особенностей и химического состава.
Известно, что у птиц хорошо развита мускулатура крыльев и тазовых конечностей, но плохо развита мускулатура туловища [46]. По данным Селянского В.М. (1986), общая масса мышц относительно тушки составляет у кур 42-45%, уток – 40-43%, индеек -52-54%; у мясных пород кур больше, чем у яйценоских (касательно перепелов достоверные данные отсутствуют). При этом наиболее развиты грудные мышцы, они прикреплены к грудине и достигают 15-20% массы всего тела, что обусловлено приспособлением к полету [33, 42, 43]. По данным некоторых исследований [3], установлено, что у птиц относительная масса мышц периферического отдела скелета с возрастом уменьшается, а осевого отдела, наоборот - увеличивается. Так, у кур породы корниш абсолютная масса мышц осевого отдела к 28-дневному возрасту, по сравнению с однодневными цыплятами, возрастает в 45,97 раза, периферического отдела скелета – в 39,45 раза. За весь постэмбриональный период общая масса мышц увеличивается в 207,75 и 141,65 раза [61].
Также особого внимания заслуживают работы таких ученых как: V.J. Berge, G.E. Hudson, К.М. Holf, P.J. Lanzillotti, P.J. Trivette, 1970. Их исследования направленны на изучение особенностей области крыла у 20 видов куриных, акцентируя внимание на морфологию мышц.
Gadow Y. и Selenka Е. (1891) описали форму и топографию мышц области таза, бедра и голени, а также их отличительные особенности. Авторы обнаружили отсутствие некоторых мышц у птиц различных отрядов.
Данные эмбриологии свидетельствуют, что в конце первых суток инкубации из мезодермы образуются сомиты, а из каждого сомита развиваются зачатки осевого скелета (склеротом), скелетных мышц (миотом) и основы кожи и подкожного слоя (дерматом). К четвертому дню инкубации формирование куриного эмбриона заканчивается.
Органы аппарата движения, развиваются из мезодермы и находятся между собой в тесной морфофункциональной взаимозависимости [56, 84].
Mizuno T., Hikami Y. (1971) указывают, что постэмбриональный рост скелетных мышц происходит за счет роста отдельных мышечных волокон, которые образовались в эмбриональный период. После рождения цыпленка новые волокна не образуются. Большинство авторов считают, что рост мышечных волокон совершается вследствие увеличения диаметра волокна путем образования новых миофибрилл и удлинения волокна за счет увеличения количества новых саркомеров [113, 116].
Установлено, что нарастание общей мышечной массы тушки зависит от количества образованных в эмбриональном периоде мышечных волокон и от степени их гипертрофии в постэмбриональном [106].
Н.Г. Карлова (1958), В.М. Селянский (1986) проводили исследования на яичных породах кур. Ими установлено, что у цыплят в суточном возрасте диаметр мышечного волокна в мышцах составляет 8,5-8,9 мкм, в 120-дневном возрасте - 46-57 мкм, а по заключению Литвера Г.М. (1956) у кур мясо-яичных пород мышечные волокна толще, чем у кур яичных пород.
Таким образом, можно заключить, что у птиц разных видов и направления продуктивности, пола и возраста гистоструктура мышечной ткани имеет свои особенности, при этом диаметр мышечных волокон различен.
Скелетная мускулатура образована поперечнополосатой мышечной тканью, состоящей из пучков мышечных волокон, которые в свою очередь содержат в себе тончайшие миофибриллы – структурно-функциональные единицы мышц. Скелетные мышцы участвуют в процессах дыхания, локомоции животных, накоплении энергии и т. д.
Вопросы гистогенеза мышечных волокон освещены в работе A. Rovberson, A. Vegetti, (2006 г.). Авторами постулируется трехфазное образование мышечных волокон. Первая фаза – формирование миотома из парааксиальной мезодермы эмбриона. Вторая фаза – пролиферация мышечных волокон послойным добавлением новых быстрых и медленных клеток из зон роста (стратифицированный рост). Третья фаза миогенеза – «мозаичный рост» - пополнение мышечного компонента непосредственно внутри миотома. Постэмбриональное увеличение мышечной массы происходит с помощью двух различных механизмов, включающих гипертрофию и гиперплазию. Увеличение диаметра мышечных волокон (гипертрофия) достигается за счет поглощения ядер дополнительных миобластов, для поддержания относительно постоянного соотношения ядер в цитоплазме.
Гиперплазией является увеличение числа мышечных волокон.
Современная модель гистогенеза предполагает, что в процессе гипертрофического роста, источниками ядер мышечных волокон являются стволовые мышечные клетки (сателлитные клетки), находящиеся на внутренней поверхности волокна базальной пластинки. Увеличение числа ядер способствует увеличению синтеза белка.
По структуре мышечные волокна представляют синтиций – клетку цилиндрической формы с большим количеством ядер [51].
Выделяют два основных типа мышечных волокон красные и белые, отличающиеся по диаметру, кровоснабжению, количеству миоглобина и белков. Так, в красных мышечных волокнах преобладает аэробный путь синтеза макроэргических соединений, они имеют небольшой диаметр, обильно васкуляризованы, содержат хорошо развитую саркоплазму, в которой находится большое количество миоглобина и липидов. Наличие миоглобина придает волокну красно-бурый цвет. Они получают энергию за счет использования жирных кислот как субстрата для окислительного фосфорилирования [31]. Данные волокна сокращаются достаточно медленно, но, в связи с этим способны на долгую работу, что делает их значительно менее утомляемыми.
В белых волокнах преобладает анаэробный гликолиз, они имеют больший диаметр, хуже снабжаются кровью, содержат мало миоглобина, отсутствие которого придает волокну буровато-серый цвет. Источником энергии в белых волокнах служит гликоген, который в большом количестве содержится в саркоплазме. Эти волокна сокращаются быстро, но не способны к длительной активности, поэтому относятся к быстро утомляемым. Помимо красных и белых волокон, в мышцах имеются промежуточные волокна, занимающие среднее положение между описанными типами. Они отличаются умеренным содержанием липидов и ферментов цикла Кребса, в связи со смешанным окислительно-гликолитическим типом обмена. В мышцах птиц содержатся все три разновидности волокон обоих типов, но в разных соотношениях [24, 104, 110].
Свойства мышц и интенсивность их роста зависят от пола, породы, вида, возраста, условий содержания птицы [21, 44, 84] Так, диаметр мышечных волокон с возрастом становится больше, а интенсивность роста в длину замедляется [24, 67, 69]. Мышечные волокна у птиц, по сравнению с млекопитающими, тоньше и содержат меньшее количество соединительной ткани между ними. У кур яичного направления продуктивности мышцы плотнее, чем у мясных [29]. Мышцы самок более нежные, содержат больше красных и тонких волокон по сравнению с самцами, волокна в пучках расположены рыхло, лучше развита соединительная ткань. У мясных пород, по сравнению с яичными, отмечается большая скорость роста красных мышц бедра, а также больший диаметр как красных, так и белых волокон.
Выявлено, что режим инкубации влияет на рост и развитие куриного эмбриона, а также на строение, рост и пропорции грудных мышц, мышц тазовой конечности и их костей [54]. В зависимости от возраста, вида и характера кормления птицы изменяется ее масса [59, 60]. У птиц мясных пород масса мышц больше, чем у птиц яичных пород.
Анализ анатомического строения и макроморфометрических показателей скелетных мышц у перепелов на 42-ые сутки постэмбрионального онтогенеза
На 42-ые сутки постэмбрионального онтогенеза нами выявлены достоверные изменения в морфогенезе скелетной мускулатуры. Так, поверхностная грудная мышца у птиц каждой из исследованных нами пород, характеризуется интенсивным ростом, достигая значения массы, в среднем 14,01 г. Ее относительный прирост, также, изменяется. Он составил на данном сроке развития 34,14% у перепелов породы фараон, 43,37% у маньчжурского золотистого и 45,61% у японского перепела.
Методика определения длины прямой головки четырехглавой мышцы бедра у маньчжурского перепела мясо-яичного направления продуктивности Вышеперечисленное, может свидетельствовать об активации на данном сроке наблюдений (32-42-ые сутки) интенсивного компенсаторного роста мышцы (рисунок 8), в связи с окончанием внутриклеточной дифференцировки.
Вместе с тем, ширина и длина исследуемой мышцы возрастают не столь значительно, что косвенно может указывать на усиление ее функциональных возможностей для обеспечения биомеханики полета. Так,
Прямая головка четырехглавой мышцы бедра по всем показателям также увеличивается (рисунок 6). На данном этапе постэмбрионального онтогенеза обращают на себя внимание наиболее значительные относительно других сроков исследований, структурные изменения.
Длина мышцы у всех пород увеличивается в среднем на 0,41 см и является максимальной у породы мясного направления продуктивности. Ее анатомический поперечник практически не изменяется. Наиболее значимые изменения, как и в поверхностной грудной мышце, нами выявлены в приросте массы, при этом наибольшими они были у породы мясного (фараон) направления продуктивности, составив 1,89±0,17 г к 234,87±7,98 г живой массы птицы (таблица 7).
Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что в период с 32-ых по 42-ые сутки постэмбрионального развития происходит интенсивный рост мышц по всем параметрам, который сочетается со снижением процесса внутриклеточной активности. Наиболее яркие изменения выявлены в росте как общей массы тела птиц, так и отдельных мышечных каркасов. Все это может свидетельствовать о компенсации роста мышцы на высшем уровне структурной организации и перераспределении энергетической активности миосимпластов, что подтверждается данными световой и электронной микроскопии.
Кроме этого, из полученных данных видно, что птицы мясного направления продуктивности превосходят перепелов яичного и мясо-яичного направлений по всем изученным параметрам. Это свидетельствует о очень интенсивном метаболизме, протекающем в скелетной мускулатуре, а, следовательно, и накоплении продуктов распада, неизбежно сказывающихся, на наш взгляд, на качественных показателях получаемой продукции.
Микроморфологическая картина и микроморфометрические показатели у перепелов на 32-ые сутки постэмбрионального онтогенеза
На данном сроке развития у птиц всех трех исследованных пород, начинают проявляться признаки полового диморфизма, поэтому дальнейший анализ мы проводили с учетом их половой принадлежности.
Изучив микроскопическое строение поверхностной грудной мышцы у маньчжурского перепела на 32-ые сутки постэмбрионального развития, нами получены следующие результаты.
Пучки мышечных волокон в исследуемых мышцах хорошо оформлены, их толщина, по сравнению с ранее исследуемыми сроками увеличивается. Существенно утолщается перимизий, составляя на данном этапе 21,8±2,27 мкм у самок и 19,6±3,28 мкм у самцов. В то же время уменьшается толщина эндомизия (2,02±1,01 мкм). Нельзя исключить, что этот факт связан с уплотнением отдельных волокон в пучках. Вместе с тем, площадь мышечной ткани, по сравнению с 21-ми сутками развития, значительных изменений не претерпевает. Четырехглавая мышца бедра у исследуемых нами птиц, характеризуется интенсивным ростом и развитием. Пучки мышечных волокон в ней уплотняются и утолщаются. Аналогичная картина выявлена и в отдельных мышечных волокнах. Достоверно возрастает толщина перимизия при одновременном уменьшении этого показателя у эндомизия.
Ярко выражена поперечная исчерченность мышечных волокон.
Обе мышцы хорошо васкуляризированы и иннервированы.
На 32-ые сутки постэмбрионального развития у перепелов яичного (японский перепел) направления продуктивности, в поверхностной грудной мышце выявлены хорошо оформленные продольно ориентированные пучки мышечных волокон, при этом, на поперечном срезе обнаружены отдельные миофибриллы. Толщина пучков составила в среднем 172±6,13 мкм у самок и 161±4,41 мкм у самцов.
Продолжающийся рост мышцы сопровождался увеличением толщины перимизия (23,8±2,22 мкм у самок и 21,6±2,21 у самцов), при одновременном уменьшении этого параметра у эндомизия. Это привело к уплотнению волокон в пучках, их толщина составила 11,8±1,67 и 10,6±1,23мкм у самок и самцов, соответственно.
При изучении цитоморфологических особенностей обращает на себя внимание присутствие в саркоплазме базофильных ядер. В мышечных волокнах хорошо визуализируется поперечная исчерченность. Мышца хорошо васкуляризована и инервирована у птиц обеих пород.
Четырехглавая мышца бедра у птиц породы Японский перепел на данном этапе исследования характеризуется плотно упакованными в пучки мышечными волокнами, с ярко выраженной поперечной исчерченностью на продольном срезе мышцы, причем самки по показателям толщины волокон (13,2±1,32 мкм) опережают самцов (12,7±1,45).
Площадь мышечной ткани, по сравнению с предыдущим сроком исследования, практически не изменилась, однако обнаружено дальнейшее увеличение толщины перимизия (24,1±3,21 мкм у самок и 22,1±2,14 мкм у самцов). В четырехглавой мышце, как и в поверхностной грудной, в данный период постэмбрионального онтогенеза уменьшается толщина эндомизия, что может быть обусловлено дальнейшим ростом и развитием скелетной мускулатуры.
При анализе карио-цитоплазматического отношения установлено, что ядра в мышечных клетках четырехглавой мышцы бедра в основном содержат гетерохроматин, что отражает их неактивное состояние. К 32-ым суткам четырехглавая мышца бедра достигает наилучшего, по сравнению с ранее изученными периодами, развития.
У птиц мясного (фараон) направления продуктивности в поверхностной грудной мышце, на 32-ые сутки постэмбрионального развития, хорошо визуализируется поперечная исчерченность мышечных волокон, которые, как и их пучки, становятся более оформлеными. Их извилистый ход исчезает, или наблюдается, достаточно редко, являясь при этом очень локальным.
Существенные изменения претерпевает соединительнотканный каркас миосимпластов. Перимизий на данном сроке исследований незначительно утолщается, составив 18,68±1,16 мкм. Толщина эндомизия, напротив, уменьшается, что может соответствовать активной дифференцировке внутриклеточных элементов и более компактному расположению мышечных волокон в пучках, возможно, за счет увеличения их количества.
Обсуждение результатов исследования
Как известно, рост и развитие, как проявления онтогенеза, сопровождаются возрастными морфофункциональными преобразованиями на всем его протяжении [27,31].
Установление закономерностей роста скелетной мышечной ткани у сельскохозяйственной птицы, которая определяет ее продуктивные качества, а также может являться прогностическим критерием для определения пола птицы, до наступления продуктивного возраста, является одной из актуальных задач не только биологии развития, но и современного птицеводства.
Значительная часть исследований по онтогенезу животных посвящена анализу количественных показателей роста [13,24,80]. Что касается его качественных характеристик, то здесь нами обнаружены единичные сообщения, характеризующиеся отсутствием систематичности, фрагментарностью и, порой, противоречивостью.
На основании сравнительных анатомических, гистологических и морфометрических исследований нами установлены общие закономерности и особенности миогенеза у перепелов различного направления продуктивности в постэмбриональном онтогенезе. Показано, что ростовые процессы в скелетных мышцах протекают очень закономерно. Интенсивный рост мышц на ранних этапах развития (5 ые - 21-ые сутки) сменяется активизацией внутриклеточной дифференциации и замедлением ростовых процессов (21-ые - 32-ые сутки), далее (к моменту наступления продуктивного возраста, 42-ые сутки) происходит компенсаторный рост мышц, завершающий их структурное формирование. Так, все вышеизложеное может свидетельствовать о стабилизации, к 42-ым суткам постэмбрионального онтогенеза, ростовых процессов скелетной мускулатуры перепелов, независимо от направления продуктивности, что выражается в их морфометрических показателях. Вместе с тем птица мясного направления продуктивности (Фараон) опережает представителей яичного и мясо-яичного направления по темпам роста, структурного формирования и зрелости мышечных волокон, что подтверждается микроскопически, а также на ульстраструктурном уровне.
Отмечено, что усиление дифференциации структур миосимпластов сопровождается снижением интенсивности ростовых процессов независимо от породной принадлежности перепелов. Особенно ярко эта зависимость проявляется в возрасте 42-ых суток птицы, и в большей степени затрагивает поверхностную грудную мышцу.
Вместе с тем, следует подчеркнуть влияние биомеханической нагрузки, как одного из факторов, определяющих темпы структурного оформления скелетных мышц, что согласуется с данными литературы (Борхунова Е.Н., Кондратов Г.В.).
Так, четырехглавая мышца бедра, как основной участник стато локомоторного акта, по всем микроморфометрическим показателям превосходит поверхностную грудную мышцу, филогенетически адаптированную к осуществлению полета, но утратившую эту функцию в связи с доместикацией. Все это проявляется в особенностях миосимпласта на ультрамикроскопическом уровне структурной организации, где наиболее яркие отличия выявлены нами в развитии энергетического аппарата клетки, подверженному, на 42-ые сутки постэмбрионального развития, интенсивному аутолизу.
Закономерностей в возрастной динамике толщины соединительнотканного остова мышц (эндо- и перимизия) нами не обнаружено.
Существенных гистогенетических отличий в постэмбриональном гистогенезе скелетных мышц у перепелов различного направления продуктивности не выявлено, что свидетельствует о генетической обусловленности хода миогенеза у изучаемой птицы.
Вместе с тем, на поздних этапах онтогенеза выявлены особенности, обусловленные породной принадлежностью. Достоверные морфологические отличия между перепелами мясного и яичного направления продуктивности проявляются макроморфологически.
Сравнительная оценка микроморфологической организации скелетных мышц на разных сроках постэмбрионального онтогенеза показала ее сходство у перепелов мясного и яичного направления продуктивности. Достоверные отличия нами выявлены по показателям структурной организации мышечной ткани.
На основании полученных данных нами разработан методологический подход к оценке морфофункционального статуса скелетной мускулатуры у перепелов различного направления продуктивности (таблица 20)