CC BY
29
Особенности суточных вариационных рядов в системе морфометрических, биофизических и биохимических показателей скелета коров в период производства молока
Е.Ю. Клюквина, к.б.н., Оренбургский ГАУ
В современном представлении костная система — зеркало жизнедеятельности организма. Особую роль скелет играет у молочных коров, являясь не только опорным органом, но и самым значительным резервом минералов и важнейшим органом минерального обмена веществ.
Оценка его состояния, особенно у клинически здоровых животных, — одна из актуальных проблем ветеринарии. Трудность объективной оценки заключается не только в проблемах подхода, но и в многочисленности костей и разнообразии их форм.
Решение многочисленных и трудно поддающихся исправлению проблем скелета возможно на основе системного подхода, когда оценка состояния объекта осуществляется не по отдельным показателям, а на основе систем, формируемых самим организмом (системы более высокого порядка), исходя из влияния окружающей среды, с учётом его здоровья, пола, возраста, физиологического состояния и т.д.
В последние годы системные методы исследования широко используются в самых различных сферах научной и практической деятельности.
При этом особое значение в их создании имеют показатели организма. Для расширения возможности системного подхода и сравнения показателей различного характера необходимы новые методы. К ним можно отнести и использование суточных ритмов как наиболее информативного временного фактора, играющего ведущую роль в функциональной деятельности не только отдельных костей, но и скелета в целом [1].
Доказано, что наиболее ранним проявлением влияния неблагоприятных факторов является изменение биологических ритмов, и в первую очередь суточных [2, 3], их ультрадианных составляющих [4] в той или иной системе организма человека и животного. Не надо забывать, что обследование животных, лечебные и профилактические мероприятия проводятся специалистами на протяжении суток.
Сочетание системного подхода к оценке показателей скелета и суточного ритма исследования позволит установить новые закономерности функционирования костной системы молочных коров, а значит, более целенаправленно управлять и корректировать его состояние.
Из всех технологических периодов молочных коров наиболее интересным является период одно-
временной беременности и лактации (105—305 дни после отёла). В это время деятельность скелета животных направлена одновременно на поддержание угасающей лактации на фоне усиления роли развивающегося плода.
Ранее нами показано, что для оценки состояния различных объектов живой и неживой природы удобно использовать число расщеплений суточных вариационных рядов показателей [5].
Цель работы — на основе суточного ритма и системного подхода определить особенности суточных вариационных рядов морфометрических, биофизических и биохимических показателей скелета беременных лактирующих коров.
Материал и методика. Эксперименты проводили в АОЗТ «Овощевод» г. Оренбурга на клинически здоровых коровах в течение первой половины беременности. Опытная группа животных включала десять беременных коров чёрно-пёстрой породы с удоем не менее 8—10 кг в сут.
Ультразвуковую остеометрию выполняли в области тела 5-го хвостового позвонка, середины ребра и пястной кости по методике А.А. Самотаева (1993). Морфометрические измерения костей проводили по методике Г.Г. Автандилова (1990), измеряли такие параметры, как длина, ширина, толщина, окружность тела позвонка; длина, толщина, ширина, окружность пясти. Определяли содержание общего кальция, общего магния, неорганического фосфора и щелочной фосфатазы в сыворотке крови животных. Исследование осуществляли 12 раз в сут. с интервалом 2 час. на протяжении трёх — шести сут. в течение 6 мес.
Суточные вариационные ряды морфометри-ческих, биофизических и биохимических показателей строили на основании 6 мес. беременности коров. Подсчёт числа расщеплений вариационных рядов показателей костной системы выполняли визуально, после их построения.
Анализ числа расщеплений вариационных рядов показателей скелета проводили с помощью алгоритма, разработанного А.А. Самотаевым [6], с использованием пакетов программ «Олимп-эксперт» и Statistica.
Предварительные результаты свидетельствуют о присутствии в жизни коров периода беременности и лактации на протяжении суток двух временных периодов. Первый включает период с 5.00 до 19.00, когда животное преимущественно выделяет из скелета вещества; с 19.00 до 5.00, когда костная система молочных коров, наоборот, их восполняет.
Результаты исследований. В период с 5.00 до 19.00 организм животных из 15 морфометри-ческих, ультразвуковых и биохимических компонентов образует трёхэшелонную пирамиду, включающую семь подсистем, что составляет 63,6% теоретического уровня реализации (рис. 1).
Пирамидальная система, как известно, наиболее устойчивая конструкция. Её труднее всего разрушить [7]. По горизонтали пирамиды представлены подсистемы, а по вертикали — их эшелоны. В подсистемах эшелонов номерами обозначены наиболее важные показатели: в левом верхнем углу — элементы активизации, величины которых необходимо изменять, чтобы запустить подсистему; в правом нижнем углу — итог деятельности подсистемы. При
П о д с и с т е м ы
Рис. 1 - Синергетические взаимоотношения элементов активизации и итога деятельности подсистем в период интенсивного выделения компонентов костной системой беременных лактирующих коров (с 5.00 до 19.00)
этом, чем выше уровень подсистем в пирамиде, тем выше их значимость и важность образующих их элементов в деятельности анализируемого объекта. А стрелки показывают направление управления подсистемами [8].
Образование и существование системы показателей объекта происходит благодаря ряду закономерностей. Важнейшей из них является придание всем без исключения элементам системой более высокого уровня, в данном случае организмом, системообразующих или системоразрушающих свойств. Это явление можно сравнить с присутствием катионов и анионов в растворах.
Реализуется свойство в виде недостатка у системообразующих — вещественных, энергетических и информационных связей и, наоборот, их избытка — для системоразрушающих у каждого из элементов. Причём для одного и того же показателя объекта эти свойства могут изменяться во времени, пространстве и присутствии других элементов не только по силе, но и по направлению, поскольку при этом меняются потоки вещественных, энергетических и информационных связей.
Наделение элементов системообразующими или системоразрушающими свойствами системой более высокого уровня вызвано исходя из внутреннего содержания каждого из признаков организма, определяемого его особенностями и структурными взаимоотношениями с остальными показателями в пространстве рассматриваемого объекта.
Обнаружение системообразующих и системо-разрушающих элементов производят на основании закономерности, согласно которой отрицательные корреляционные связи укрепляют (голод, недомогание и т.д.), а положительные — разрушают сформированную большую систему показателей организма.
При этом, чем больше недостаёт внутреннего потенциала (энергии, вещества и информации)
показателю, тем большие системообразующие свойства он проявляет, и наоборот. Избыток внутреннего потенциала (энергии, вещества и информации) придаёт большую свободу для показателя, большую уверенность в возможности самостоятельного существования, обретении им независимости, а в конечном итоге ведёт к си-стеморазрушению, и наоборот, недостаток вещественных, энергетических и информационных связей заставляет показатель проявлять большую зависимость от других элементов в пространстве большой системы.
При объяснении полученных результатов выдвинута гипотеза, согласно которой эшелоны в пирамиде отражают круг ведущих проблем реализации ресурсного потенциала организма животных для: отдельных костей ^ систем костей ^ скелета. При наличии меньшего числа выделяемых структур обозначение шло сверху вниз, т.е. с эшелона скелета. Контроль и управление эшелона системы скелета в виде передачи или лишения ресурсов осуществляется структурами организма животного: внешняя о обменная о внутренняя.
В эшелоне кости среди 15 показателей обнаруживается восемь системообразующих элементов, что составляет 53,3% от общего числа (табл.). Максимальными свойствами обладает длина тела 5-го хвостового позвонка (-2,054), минимальными — толщина тела 5-го хвостового позвонка (-0,720).
Системоразрушающими свойствами обладают семь характеристик, 46,7%. Минимальные свойства имеет показатель обхват пясти (0,130), максимальные — магний сыворотки крови (2,375). Индекс системообразования эшелона был значительным и составил 2,65, свидетельствуя о высокой устойчивости системы и её закрытости к воздействиям окружающей среды.
Системообразующие и системоразрушающие элементы в первом эшелоне системы костей скелета беременных лактирующих коров (с 5.00 до 19.00)
Показатель X -* -^корреляции
Ширина пясти -1,3506
Толщина пясти 0,80813
Длина пясти -1,6964
Обхват пясти 0,1309
Ширина тела 5-го хвостового позвонка 0,77112
Толщина тела 5-го хвостового позвонка -0,7208
Длина тела 5-го хвостового позвонка -2,0541
Обхват тела 5-го хвостового позвонка 0,654й
Скорость ультразвука в пясти -1,8352
Скорость ультразвука в середине ребра -1,2867
Скорость ультразвука в теле 5-го хвостового позвонка -1,8283
Общий кальций сыворотки крови 0,27310
Неорганический фосфор сыворотки крови -1,3585
Общий магний сыворотки крови 1,13015
Щелочная фосфатаза сыворотки крови 0,81714
Индекс системообразования (^системообразующие 1 ^системоразрушающие) 2,65
Примечание: * — сумма и место, занимаемое показателем в структуре эшелона костной системы беременных лактирующих коров
Оценка синергетических взаимоотношений эшелонов системы костей скелета, подсистем в эшелонах, элементов активизации и итогов их функционирования у беременных лактирующих коров в период с 5.00 до 19.00, когда костная ткань, преимущественно выделяет вещества, позволяет определить следующие особенности:
♦ структуры животного формируют 15 показателей в большую систему, в виде трёхэшелонной пирамиды, составляя 63,6% теоретического уровня;
♦ эшелон управления пирамиды скелет плохо контролирует нижележащий уровень (системы костей), который в свою очередь недостаточно эффективно управляет эшелоном кости;
♦ толщина позвонка, являясь ведущим запускающим элементом костной системы, позволяет организму коров периода одновременной беременности и лактации в дневное время контролировать образование молока и развитие плода, противостоять неблагоприятным факторам окружающей среды;
♦ итогами деятельности подсистем скелета, а значит, проблемой организма животных в порядке роста иерархической важности являются: обхват позвонка ^ толщина пясти ^ щелочная фосфа-таза ^ активность аморфного фосфата в ребре ^ щелочная фосфатаза ^ толщина пясти ^ магний;
♦ магний сыворотки крови является наиболее важным компонентом для успешной деятельности костей скелета коров в период выделения ими веществ, идущих для образования молока, развития плода и других нужд организма;
♦ в связи с недостатком ресурсов из наилучших моделей были удалены в эшелоне кости толщина
позвонка и обхват пясти ^ магний и фосфор, в эшелоне системы костей — толщина позвонка ^ магний, активность аморфного фосфата в ребре и длина позвонка, в эшелоне скелет — толщина позвонка. К наиболее несовершенным элементам костной системы у коров в период выделения веществ следует отнести толщину позвонка;
♦ в связи с недостатком вещественных, энергетических и информационных связей в структуре эшелона скелет показатель толщины пясти оказался вне управляющей подсистемы;
♦ в эшелоне скелет у коров элементами являются компоненты крови, свидетельствуя о том, что костная ткань животных в период с 5.00 до 19.00 преимущественно разрушается по толщине костей для восполнения организма компонентами, в первую очередь магнием, чему способствует щелочная фосфатаза.
В период с 19.00 до 5.00 организм животных из 15 морфометрических, ультразвуковых и биохимических компонентов образует трёхэшелонную пирамиду, включающую семь подсистем, составляя 63,6% теоретического уровня (рис. 2).
В эшелоне кости среди 15 показателей обнаруживается восемь системообразующих элементов, что составляет 53,3% от общего числа. Максимальными свойствами обладал фосфор (-3,251), минимальными — толщина пясти (-0,007).
Системоразрушающими свойствами обладали семь характеристик — 46,7% общего числа. Минимальные свойства отмечены у показателя скорость ультразвука в пясти (0,046), максимальные — у щелочной фосфатазы сыворотки крови (1,498). Индекс системообразования эшелона был
Рис. 2 - Синергетические взаимоотношения элементов активизации и итога деятельности подсистем в период преимущественного поглощения компонентов костной тканью у беременных лактирующих коров (с 19.00 до 5.00)
значительным и составил 2,28, свидетельствуя о высокой устойчивости системы и её закрытости к воздействиям окружающей среды.
Оказалось, после смены деятельности костной системы с выделения на поглощение компонентов часть элементов вместо системообразующих стали системоразрушающими: ширина и длина пясти, скорость ультразвука в пясти и позвонке. Смена ориентации элементов сопровождается всегда снижением нагрузки на них (рис. 3, 4).
Такие элементы, как толщина и обхват пясти, ширина позвонка и магний, вместо системоразру-шающих становятся системообразующими. Смена ориентации элементов преимущественно сопровождается ростом на них нагрузки.
Толщина, длина и обхват позвонка, скорость ультразвука в ребре, кальций, фосфор и щелочная фосфатаза в своей ориентации остаются неизменными. При этом у морфометрических параметров нагрузка снижается, а для биофизической
-3,500- шири на пясти толщ ина пясти длина пясти обхв ат пясти шири на позво нка толщ ина позво нка длина позво нка обхв ат позво нка УЗИ в пясти УЗИ в ребре УЗИ в позво нке Са Р Мд Щ. ф.
■ в ыделение -1,350 0,808 -1,696 0,130 0,771 -0,720 -2,054 0,654 -1,835 -1,286 -1,828 0,273 -1,358 1,130 0,817
□ поглощение 0,749 -0,007 1,309 -1,936 -1,492 -0,401 -0,543 0,382 0,046 -1,603 0,740 0,345 -3,251 -2,345 1,498
Рис. 3 - Смена ориентации и нагрузки на элементы первого эшелона костной системы коров после изменения деятельности скелета
позвонок
Узи костей
кровь
■ выделение 3,98 4,20 4,95 3,58
□ поглощение 4,00 2,82 2,39 7,44
Рис. 4 - Уровень нагрузки на элементы первого эшелона костной системы коров после смены ориентации в деятельности скелета
характеристики и компонентов крови, наоборот, возрастает.
Хорошо видно, что после смены ориентации с выделения на поглощение нагрузка с морфо-метрических характеристик позвонка (снижение в 1,5 раза) и биофизических показателей костей (падение в 2,1 раза) перемещается на компоненты крови животных (возрастает в 2,1 раза).
Заключение. Научные и практические работники должны принять во внимание следующие аспекты в деятельности скелета клинически здоровых коров периода лактации, беременности:
♦ наиболее полная и всеобъемлющая оценка скелета возможна только на основе системного подхода, с учётом суточных ритмов в деятельности костной системы;
♦ скелет животных с 5.00 до 19.00 подвергается преимущественному разрушению, усиленно выделяя в кровь свои компоненты;
♦ состояние скелета в период выделения компонентов следует оценивать на основе характеристик: толщина позвонка ^ щелочная фосфатаза ^ магний сыворотки крови;
♦ необходимо учитывать, что скелет животных с 5.00 до 19.00 выделяет компоненты преимущественно по толщине костей, а также — иерархичность исследования проблемных характеристик функционирования скелета коров;
♦ костная ткань животных с 19.00 до 5.00 подвергается преимущественному востановлению, в первую очередь — трубчатых костей;
♦ состояние скелета в период поглощения компонентов надо оценивать на основе характеристик: ширина позвонка ^ обхват пясти;
♦ следует учитывать, что скелет животных с 19.00 до 5.00 осуществляет поглощение компонентов преимущественно в опорных костях и иерархичность исследования проблемных характеристик функционирования скелета коров.
Литература
1. Славин М.Б. Методы системного анализа в медицинских исследованиях. М.: Медицина, 1989.
2. Самотаев А.А., Клюквина Е.Ю. Суточные изменения системы показателей скелета в период выделения компонентов костной тканью у беременных лактирующих коров // Ветеринария. 2010. № 2.
3. Степанова С.И. Биоритмологические аспекты проблемы адаптации. М.: Наука, 1986.
4. Сорокин А.А. Ультрадианные составляющие при изучении суточного ритма. Фрунзе, 1981.
5. Клюквина Е.Ю. Об использовании числа расщеплений вариационных рядов в оценке показателей костной системы // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2009. № 2 (22). С. 274-278.
6. Самотаев А.А. Алгоритм анализа больших систем показателей объектов природного и неприродного характера // Информатика и системы управления. 2008. № 2 (16). С. 41-43.
7. Макаров В.Л. Социальный кластеризм. Российский вызов. М.: Бизнес Атлас, 2010. 272 с.
8. Гизатуллин Х.Н., Самотаев А.А., Дорошенко Ю.А. Структурные взаимоотношения в социально-экономической системе Челябинской области // Экономика региона. 2009. № 4. С. 60-70.
