Введение к работе
Актуальность проблемы. В связи с ухудшением экологической обстановки в Черном море число дельфинов резко уменьшилось с миллионов до сотен тысяч, а число афалин - до десятков тысяч особей. Ценность каждой особи афалины неизменно возрастает как в коммерческом, так и в природоохранном плане.
Диагностика заболеваний у морских животных затруднена в силу ж водной среды обитания и ряда видовых особенностей. Поэтому задача разработки методик и параметров оценки функционального состояния морских млекопитающих, которые позволили бы производить диагностику на грани здоровья и патологии, приобретает большое практическое значение.
Уже стало общепринятым, что подход к оценке функциональное состояния ценных животных должен базироваться на принципе индивиду альных биологических портретов, которые должны накапливаться и хра ниться в компьютерной базе данных.
С другой сгороны, растет актуальность оценки состояния популяцш диких дельфинов Черного моря и других регионов земного шара. С разви тием средств микроэлектроники и спутниковой связи в руках экофизиоло гов появились совершенно новые современные средства. Одним из очті перспективных методов является установка на диких морских животны: миниатюрных датчиков, спутниковой телеметрии и накопителей данны: (data logger), способных регистрировать и хранить полезную информации объемом до 32 мегабит в течение года. Это могут быть как данные о ско рости и глубине погружений, акустической активности, так и разнообраз ные физиологические параметры. С появлением новых технически средств и методов встает задача определения информативных физиологи ческих параметров, которые нужно регистрировать для получения объсь
тивной картины состояния дикого стада дельфинов. Для этого необходим( оценить:
информативность параметра (т.е. ценность получаемых данных);
достоверность (индивидуальный разброс параметра, зависимость его о' различных факторов);
простоту и надежность регистрации.
Для оценки различных аспектов жизнедеятельности у дельфино] можно зарегистрировать достаточно большое число показателей, каждьіі из которых обладает своими достоинствами и недостатками в применении В качестве приоритетных параметров предлагается использовать в первун очередь сердечный и дыхательный ритмы, в силу их информативности одной стороны, и простоты и неинвазивности их регистрации, с другой Сердечный ритм может регистрироваться с помощью накладных электро дов, а дыхание - с помощью микрофона. Однако, в результате адаптации i водным условиям обитания сердечный и дыхательный ритмы имеют ря, видовых особенностей - прерывистое произвольное дыхание и лабильны) сердечный ритм. Определение видовых особенностей адаптационных ре акций и тех изменений указанных параметров, которые могут служить дл оценки функционального состояния особи и группы животных, являете предметом данного исследования.
Цель и задачи исследований.
Цель работы: исследование особенностей адаптационных реакций черноморских дельфинов афалин по показателям сердечно - сосудистой дыхательной систем, биоэнергетики и моделирование исследуемых функ ций.
Конкретными задачами исследования явились:
-
Выбор показателей сердечно-сосудистой и дыхательной систем, которые могли бы служить в качестве критериев для оценки функционального состояния организма дельфинов.
-
Исследование особенностей адаптационных реакций этих систем и изменения выбранных параметров в связи с особенностями среды обитания.
-
Исследование видовых особенностей и индивидуальной изменчивости выбранных параметров в зависимости от изменения функционального состояния дельфинов.
-
Изучение регуляторных влияний на деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем у дельфинов, моделирование функций этих систем.
-
Определение достоверности оценки энергетики дельфинов по сердечному ритму.
Научная новизна работы.
В результате экспериментального исследования и математического моделирования обоснован выбор параметров деятельности сердечнососудистой и дыхательной систем как наиболее информативных для решений практических задач определения функционального состояния афалин.
Определен размах индивидуальной и групповой изменчивости сердечного и дыхательного ритмов при различных экспериментальных ситуациях. Представлена динамика данных показателей и проведен анализ регуляторных вегетативных влияний при различных адаптационных реакциях.
Впервые проведено исследование степени выраженности стресс - реакции у дельфинов совместно по показателям крови (числу эозинофилов и уровню глюкозы) и сердечного ритма. Сделан прогноз протекания адаптации и выживаемости в зависимости от типа реагирования живигного на стресс.
Статистически обоснована классификация функциональных состояний дельфина - афалины, направление и выраженность системных перестроек при этих состояниях. Определены диапазоны нормальных адаптивных реакций, стресса и болезни по данным изменения параметров сердечно-сосудистой и дыхательной системы у дельфинов - афалин.
Впервые разработана математическая модель регуляции карднорес-пираторных взаимодействий у дельфинов и оценена применимость сердечного ритма в качестве показателя энергозатрат дельфинов. На модели показана роль энергетики дельфинов, как одного из ключевых звеньев при оценке состояния экосистемы Черного моря.
На защиту выносятся следующие основные положения :
-
Для дельфинов характерен высокий видовой тонус n.vagus, обуславливающий высокую вариабельность их сердечного ритма. При реакциях функционального напряжения происходит снижение вариабельности сердечного и дыхательного ритмов в основном за счет снижения парасимпатического влияния.
-
Сильная либо неадекватная реакция на стресс у дельфинов является неблагоприятным прогностическим признаком для дальнейшей адаптации и может быть оценена путем комплексного анализа показателей крові-' и сердечного ритма.
-
Сердечный ритм может являться корректным индикатором энергозатрат дельфинов до определенного уровня физической нагрузки. Используя высшее положение дельфинов в трофической пирамиде Черногс моря и зная их численность и энергопотребление, оказывается вoзмoжны!^ проводить мониторинг состояния экосистемы в целом.
4. Используя параметры сердечного ритма и дыхания дельфинов возможно определить функциональное состояние и уровень напряжения регуляторных систем животного.
Теоретическое и практическое значение работы. Полученные результаты могут представлять интерес для широкого круга специалистов, связанных с содержанием и лечением морских млекопитающих в неволе, а также для биологов и экологов, занимающихся оценкой состояния популяций исчезающих видов морских млекопитающих в дикой природе.
Полученные данные по изменению показателей сердечно-сосудистой и дыхательной систем при реакциях адаптации к изменяющимся условиях окружающей среды у дельфинов Tursiops truncatus могут служить информационной базой для создания экспертных систем (в том числе автомагизированных) оценки состояния особей и популяции этого исчезающего вида, а также для создания на базе спутниковой телеметрии систем экологического мониторинга состояния диких животных.
Апробация работы и публикации результагов исследований.
Диссертация выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Государственного Океанариума Украины. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научной конференции профессорско - преподавательского состава Симферопольского Государственного университета им. М.В. Фрунзе 1996-97 г., на заседаниях научно- технического совета Государственного Океанариума Украины (1996-1997 гг.).
По материалам диссертации опубликовано 8 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 150 страницах, включает 15 таблиц, 49 рисунков. Работа состоит из
введения, обзора литературы, материала и методов исследования, четырех разделов результатов исследований, обсуждения результатов исследований и выводов, списка литературы, включающего 105 источников, в том числе 75 зарубежных.
Декларация о конкретном личном вкладе диссертанта. Вся работа выполнена лично автором диссертации. В работе, наряду с физиологическими данными, зарегистрированными автором, для анализа использовались записи сердечного ритма и данные анализов крови, полученные сотрудниками Океанариума, что указано в соответствующих ссылках и опубликованных в соавторстве печатных трудах.