Природные факторы окружающей среды и реакция организма на их действие
Физиология изучает процессы и функции организма с учетом влияния на них отдельных факторов окружающей среды: лучистой энергии Солнца, ионизирующих излучений, магнитного поля, шума, температуры среды, барометрического давления, диоксида углерода, аммиака, озона, пыли, мочевины, азота и др.
Организм отвечает на действие каждого фактора среды определенной реакцией. Лучистая энергия Солнца. Включает в себя видимую часть спектра—световой поток (0,400...0,760 мкм); ультрафиолетовое излучение (0,185...0,390 мкм); инфракрасное излучение (от 0,770 мкм).
Видимый световой поток оказывает на организм специфическое действие — стимулирует деятельность нервной системы и желез внутренней секреции, повышает силу процессов возбуждения и торможения, концентрацию гормонов в крови, регуляторные влияния их на деятельность периферических исполнительных органов, активирует процессы катаболизма и анаболизма, активизирует рост, продуктивность, репродуктивную функцию.
Такое действие выраженно проявляется летом при пастбищном содержании животных; зимой — при ежедневном пребывании в течение нескольких часов в загоне. Удлинение светового дня зимой до 14..,18 ч (100 лк) в свинарниках способствует раннему наступлению течки, полового возбуждения и охоты, повышенному количеству приплода у свиноматок. Продолжительное пребывание в темноте задерживает рост.
Негативное действие на организм оказывает и длительное световое воздействие: у лошадей и овец вызывает недоношенность, укорочение беременности. Ультрафиолетовое излучение, действуя на организм, вызывает бактерицидный эффект, образование витамина D в коже, способствует нормализации обмена веществ, повышает молочную продуктивность, содержание жира в молоке у лактирующих животных. Механизм влияния на обменные процессы рефлекторно-гормональный.
Инфракрасное излучение создает тепловой эффект и тем самым осуществляет благотворное влияние на все процессы в организме.
Ионизирующее излучение. Возникает в процессе распада ядер радиоактивных элементов. При распаде ядер образуются α-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов (поток ядер гелия).
β -Излучение представляет собой ток электронов или позитронов (поток многоэнергетических электронов); γ-излучение — электромагнитные волны. В природных условиях естественный фон представляет совокупность излучений радиоактивных изотопов урана, радия и других элементов, рассеянных в атмосфере, гидросфере и литосфере.
Ионизирующее излучение — это естественный фактор окружающей среды, поэтому в оптимальных дозах оно отрицательно не влияет на организм животного, а наоборот, стимулирует его. Доза 51,6•10-4мкКл/кг в 1 ч является необходимым фактором поддержания активности систем организма.
Ионизирующее излучение, действуя на организм, вызывает образование веществ с высокой химической активностью, свободных атомов и радикалов — Н, ОН, НО2, Н2О2.
Большие дозы излучения вызывают различные денатурационные изменения — разрыв наименее прочных связей, отрыв радикалов, деполимеризацию, подавление активности ферментных систем. Ионизирующие излучения обладают очень высокой биологической активностью.
Малые дозы ионизирующего излучения вызывают рост и развитие организма животного, большие дозы — ионизацию любых химических соединений биосубстратов, образование активных радикалов и этим индуцируют длительно протекающие реакции в живых тканях. Поэтому результатом биологического действия радиации является, как правило, нарушение нормальных биохимических процессов с последующими функциональными и морфологическими изменениями в клетках и тканях животного.
Механизм действия излучений на животный организм очень сложный и пока до конца не выяснен. Однако результаты многочисленных исследований свидетельствуют о том, что у разных видов излучений он в основном одинаковый, начиная от исходных актов поглощения и переноса энергии излучения через первичные радиационно-химические процессы и кончая патологофизиологическими и патологоморфологическими изменениями в облученном организме. Особенности биологического действия радиации обусловлены следующим: во-первых, у животных отсутствуют специальные анализаторы для восприятия излучения, они не ощущают его действия, и, во-вторых, оно в основном связано с формой передачи энергии клеткам и меньше зависит от ее количества.
В механизме действия можно выделить условно два этапа. Первый этап определяется как первичное (непосредственное) действие излучения на биохимические процессы, функции и структуры органов и тканей. Второй этап — опосредованное действие, которое обусловливается нейрогенными и гуморальными сдвигами, возникающими в организме под влиянием радиации.
Радиочувствительность животных весьма многообразна и определяется параметрами излучения и индивидуальными особенностями. Она зависит от возраста, пола, упитанности и других факторов (вида, условий содержания, кормления, индивидуальных внутривидовых особенностей, климата, сезона года и др.).
Клетки одного и того же органа имеют неодинаковую радио- чувствительность и способность к регенерации. Органы по функционально-биохимическим признакам, определяющим сорбционный показатель тканей, выявляемый при их витальном окрашивании, можно распределить по радиочувствительности в такой последовательности: большие полушария и ствол головного мозга, мозжечок, гипофиз, надпочечники, семенники, тимус, лимфатические узлы, спинной мозг, желудочно-кишечный тракт, печень, селезенка, легкие, почки, сердце, мышцы, кожа и костная ткань.
По морфологическим признакам развивающихся пострадиационных изменений органы разделяют на группы: чувствительные к радиации: лимфатические узлы, лимфатические фолликулы желудочно-кишечного тракта, красный костный мозг, вилочковая железа, селезенка, половые железы; резистентные к действию ионизирующего излучения: печень, легкие, почки, мозг, сердце, кости, сухожилия, нервные стволы и др.; первичные морфологические изменения в них возникают при облучении дозой 2,58 • 10-4 Кл/кг и более.
Из-за различной чувствительности органов для организма не безразлично, будет ли облучаться вся поверхность тела равномерно либо его часть или получит общее неравномерное облучение. Общее равномерное облучение вызывает наибольший радиобиологический эффект.
Экранирование при облучении даже небольшого участка повышает устойчивость организма к воздействию. При определенных условиях результат облучения может быть стимулирующим, угнетающим и летальным. Стимулирующее действие ионизирующие излучения оказывают при облучении биологических объектов малыми дозами. Значения малых доз для каждого вида биологических объектов меняются в зависимости от степени радиочувствительности последних и существенно зависят от мощности дозы облучения.
Действие радионуклидов, попадающих внутрь организма, в принципе не отличается от действия внешних источников ионизирующего излучения. Их особенностью является лишь то, что они, включаясь в обмен веществ, могут длительное время оставаться в тканях.
Активность радионуклидов нельзя снизить никакими химическими или физическими средствами. Биологическая эффективность радиоактивных элементов определяется физическими (доза, период полураспада, вид и энергия излучения) свойствами радиоактивных изотопов, видовой и индивидуальной радиочувствительностью животных.
Животные в пищевой цепочке человека служат звеном, уменьшающим радиационную опасность, так как обладают способностью к фильтрации и «захвату» в «ловушку» радиоактивных нуклидов и таким образом несколько снижают поступление последних в организм человека с пищей. Магнитное поле. Магнитное поле обусловлено вихревыми электрическими токами в жидком ядре Земли, токами в ионосфере. Геомагнитное поле Земли постоянно; в связи с возрастанием солнечной активности возникают магнитные бури.
Искусственное магнитное поле создают радио- и телепередатчики, радиолокационные установки, высоковольтные линии и др. Магнитное поле служит пространственно-временной координатой для мигрирующих животных. Геомагнитное поле необходимо для поддержания физико-биохимических свойств тканей, способствует синхронизации процессов жизнедеятельности, стимулирует функции органов путем повышения активности ферментов и нормализации проницаемости клеточных мембран.
Магнитные бури негативно влияют на организм, вызывают повышение тонуса симпатического отдела нервной системы, изменение гормонального статуса и, как следствие, расстройство деятельности органов, подавление активности иммунной системы. Такие же реакции организма вызывают магнитные поля промышленной частоты. Шум. Это один из негативных факторов производственной среды. Источники его — работающие двигатели, компрессоры, насосы, дробилки и др.
Сильные шумы (выше 70 дБ) травмируют нервную систему, слуховые рецепторы, перенапрягают тормозные процессы, вызывают утомление нервной системы и, как следствие, понижение пищевой возбудимости, секреторной деятельности пищеварительных желез, повышение частоты сердечных сокращений, лейкоцитоз, повышение температуры тела, снижение продуктивности: у лактирующих коров снижаются разовые удои. Наибольшая чувствительность слуховой сенсорной системы находится в пределах 1000...3000 Гц, 10...50 дБ.
Оптимальный шумовой фон служит естественным фактором поддержания активности ретикулярной формации и, как следствие, тонуса всех нервных центров. Температура (холод и тепло) среды. Для животных каждого вида и возраста своя оптимальная температура окружающей среды.
Температуры (холод и тепло) среды ниже и выше оптимальных величин, действуя на организм, вызывают три группы реакций:
1) запуск механизмов теплорегуляции;
2) адаптационные изменения функции органов;
3) формирование структурного следа и устойчивые состояние и деятельность органов в условиях низкой и высокой температуры среды.
На действие холода в организме увеличивается теплопродукция и уменьшается теплоотдача. Происходит спазм периферических сосудов, повышается кровоток во внутренних органах и мышцах, увеличиваются сердечный выброс, давление крови. Активируется симпатоадреналовая система, повышается содержание адреналина и норадреналина в плазме крови.
Повышается секреция кортикостероидов, гормонов щитовидной железы, снижается секреция антидиуретического гормона, увеличиваются диурез, выведение натрия. Возрастает теплопродукция в мышцах, во внутренних органах, мобилизация жира из бурой жировой ткани, углеводов.
Увеличиваются свободное окисление жирных кислот, насыщенность крови кислородом, концентрация глюкозы. Изменяется поведение животного. Долговременная адаптация связана с системным изменением метаболизма, структуры и функции — формированием структурного следа: понижаются чувствительность к холоду рецепторов, активность реагирующих на холод нейронов стволовых отделов мозга, увеличиваются мощность и гибкость центральных механизмов терморегуляции — катехоламины обеспечивают разобщение дыхания и фосфорилирования, быстрое увеличение образования теплоты.
Увеличивается мощность митохондрий на единицу массы тела. Повышается масса надпочечников и щитовидной железы. Гипертрофируется система энергообеспечения и транспорта кислорода. Увеличиваются толщина кожи, число волос на единицу площади кожи, длина волос.
Реакции на действие высокой температуры среды проявляются расширением сосудов кожи, увеличением частоты сердечных сокращений, уменьшением кровотока в отдельных органах, снижением двигательной активности, повышением теплопродукции и теплоотдачи путем испарения, а позже снижением теплопродукции, активацией синтеза нуклеиновых кислот и белков в отдельных органах, связанных с обеспечением теплоотдачи,—потовых и слюнных железах, повышением их функциональных возможностей, уменьшением потребления кислорода, уменьшением содержания РНК и белка в отдельных органах, снижением метаболизма.
Вначале возрастает активность симпатической иннервации, надпочечников и щитовидной железы, позже активность их уменьшается, развивается гиперфункция щитовидной железы и надпочечников. Адаптационные изменения функций органов до устойчивой адаптации выражаются снижением секреторной деятельности пищеварительных желез, активности ферментов, всасывательной деятельности кишечника. Барометрическое давление.
Понижение барометрического давления вызывает увеличение количества эритроцитов и гемоглобина в крови, усиление частоты и глубины дыхания, подъем pH до 7,8, повышение активности тканевых ферментов. Воздушная среда. В воздухе кроме кислорода (20,97 %), диоксида углерода (0,03 %), азота (79 %) содержатся другие газы, а также взвешенные посторонние частицы: избыток диоксида углерода (СO2), оксид углерода (СО), аммиак (NH3), пыль и др.
Загрязненность воздуха и ее влияние на организм зависят от мест нахождения животного (город, пригород, село и др.). Загрязнение атмосферы диоксидом углерода вызывает у животных учащение дыхания, связанное с повышением возбудимости дыхательного центра, увеличение числа сердечных сокращений. Токсическое действие проявляется в беспокойстве, возбуждении, дрожи, а позже в сонливости.
Загрязнение атмосферы оксидом углерода ведет к проявлению у животных признаков кислородного голодания. При содержании в воздухе 0,1 % СО эти признаки проявляются через 30...60 мин. Оксид углерода, соединяясь с гемоглобином, образует карбоксигемоглобин. В таком состоянии гемоглобин не может служить переносчиком кислорода, снижается кислородная емкость крови, нарушаются процессы окисления, деятельность нервной системы. Загрязнение атмосферы аммиаком, повышение концентрации аммиака в воздухе животноводческого помещения выше 0,026 %, вызывает раздражение слизистых оболочек дыхательных путей.
Попадая в кровь, аммиак вызывает превращение гемоглобина в гематин. Аммиак вначале возбуждает центральную нервную систему, а затем подавляет ее активность, может вызвать парезы и параличи, понижает резистентность организма; в результате негативного воздействия снижается продуктивность: Озон в природных концентрациях обладает стимулирующим действием на организм. Повышает устойчивость к холоду, действию токсических веществ, содержание гемоглобина, фагоцитарную активность лейкоцитов. Допустимая доза — 0,1 мг/м3; в больших концентрациях вызывает отек легких.
Пыль с примесью неорганических веществ, газо- и парообразные вещества в воздухе вызывают раздражение слизистых оболочек дыхательных путей, повышение секреторной активности эпителия слизистой, чиханье, кашель, понижение барьерной роли слизистой оболочки и даже отек легких.
При длительном воздействии нарушается сопротивляемость животного, в крови увеличивается число лейкоцитов, снижается продуктивность. Мочевина и повышенное содержание нитратов в кормовых культурах вызывают сдвиг pH содержимого рубца у жвачных в щелочную сторону, увеличивают концентрацию свободного аммиака.
Нитраты могут переходить в нитриты; нитриты более чем в 10 раз токсичнее нитратов. Нитраты и нитриты блокируют геминовые железосодержащие дыхательные ферменты, переводя двухвалентное железо в трехвалентное (в гемоглобине крови, миоглобине мышц). Ферментные системы теряют способность транспортировать кислород. В крови образуется метгемоглобин, возникает гипоксия. Нарушается функция центральной нервной системы, угнетается сосудодвигательный центр.
Источник. Физиология и этология животных. Под редакцией доктора биологических наук, профессора В. И. Максимова. Учебное издание.
AOF | 23.12.2020 16:02:52