Содержание к диссертации
Введение
1. Современные представления о биологической роли ЭМ-излучений оптического и свч диапазонов нетепловой интенсивности 19
1.1. Общая характеристика и особенности взаимодействия ЭМ-излучения и биообъекта 19
1.1.1. Спектр электромагнитных излучений 19
1.1.2. Характеристики взаимодействия ЭМ-излучения и биообъекта 24
1.1.3. Собственные ЭМ-излучения в организме 26
1.1.4. Физические эффекты в биообъектах и их значение 30
1.2. Влияние оптического и СВЧ излучения нетепловой интенсивности на организм 39
1.2.1. Биологические эффекты СВЧ-излучения 39
1.2.2. Влияние СВЧ-излучения на физиологические системы организма 43
1.2.3. Информационное действие СВЧ-излучения 49
1.2.4. Фотобиологическое действие оптического излучения 51
1.2.5. Видимое излучение и биоритмы 56
1.2.6. Световая регуляция циркадных ритмов 60
1.2.7. Действие УФ-излучения на организм 66
1.3. Влияние световых излучений на организм сельскохозяйственных животных 70
1.3.1. Основные физиологические системы организма 70
1.3.2. Обмен веществ и энергии 86
1.3.3. Молочная и мясная продуктивность 90
1.3.4. Рост и развитие молодняка 98
2. Материалы и методы исследования 100
2.1. Основные направления и объем исследований 100
2.1.1. Лабораторные исследования 103
2.1.2. Зоотехнические условия проведения научно-хозяйственных опытов 108
2.2. Характеристика источников оптического излучения 118
2.3. Характеристика источников СВЧ-излучения 121
2.4. Характеристика методов исследований 123
2.4.1. Гематологические исследования 123
2.4.2. Биохимические исследования 124
2.4.3. Это логические исследования 131
2.5. Определение корреляционных связей между биохимическими показателями и продуктивностью 137
3. Экспериментальные исследования действия СВЧ-излучения нетепловой интенсивности на биологические объекты 142
3.1. Оценка влияния СВЧ-излучения нетепловой интенсивности на биологические тест-объекты 142
3.1.1. Показатели двигательной активности личинок Chironomus plumosus 142
3.1.2. Влияние СВЧ-излучения на фототаксические реакции Chironomus plumosus 156
3.1.3. Показатели двигательной активности Daphnia magna и Poecilia reticulate 159
3.2. Влияние нетеплового СВЧ-излучения на физиологические показатели и рост телят 161
3.2.1. Морфологические и биохимические показатели 161
3.2.2. Этологические показатели 178
3.2.3. Рост и развитие телят 185
Выводы по третьей главе 187
4. Экспериментальные исследования действия оптического излучения на поведение и продуктивность сельскохозяйственных животных 190
4.1. Влияние светового режима на поведение, молочную продуктивность и воспроизводительную функцию коров 190
4.1.3. Освещенность и продолжительность светового дня 190
4.1.4. Освещенность и спектральный состав излучения 194
4.2. Влияние оптических излучений на откормочные качества молодняка крупного рогатого скота 198
4.3. Влияние светового режима на поведение, рост и сохранность телят 205
4.3.1. Освещенность и продолжительность светового дня 205
4.3.2. Освещенность и спектральный состав излучения 209
4.4. Влияние УФ-облучения на рост и сохранность телят 215
4.4.3. Эритемное облучение 215
4.4.4. Бактерицидное облучение 217
4.5. Влияние комбинированного оптического облучения на рост и сохранность телят 220
4.5.3. Видимое, эритемное, бактерицидное облучение 220
4.5.4. Видимое, эритемное облучение 228
4.5.5. Эритемное, бактерицидное облучение 230
4.5.6. УФ и ИК- облучение 231
4.6. Влияние светового режима на рост и развитие молодняка кур-несушек 236
Выводы по четвертой главе 240
5. Экономическая эффективность применения оптических излучений в технологии содержания крупного рогатого скота 244
5.1. Методика расчета технико-экономических показателей 244
5.2. Применение дополнительного освещения при выращивании телят 247
5.3. Применение ламп ДНаТ при выращивании телят 250
5.4. Комбинированное оптическое облучение молодняка на откорме 252
5.5. Комбинированное оптическое облучение телят 256
5.6. Применение эритемного облучения при выращивании телят 260
5.7. Дополнительное освещение лампами ДРЛ при содержании дойных коров 262
Заключение 264
Общие выводы 273
Практические рекомендации 276
Литература 279
Введение
- Спектр электромагнитных излучений
- Зоотехнические условия проведения научно-хозяйственных опытов
- Показатели двигательной активности личинок Chironomus plumosus
- Влияние оптических излучений на откормочные качества молодняка крупного рогатого скота
Введение к работе
В процессе эволюции природные физические поля стали одним из главных факторов развития живой природы. Под влиянием естественных электромагнитных факторов среды в живом организме формировались тонкие механизмы регуляции обменных процессов и различных физиологических адаптаций. Известно, что электромагнитные (ЭМ) излучения оптического и радиочастотного диапазонов в большей степени проникают через атмосферу Земли и по энергии сравнимы с процессами, протекающими в организме живых существ. Многочисленными исследованиями показано, что ЭМ-излучения оптического и радиодиапазона нетепловой интенсивности обладают значительными биотропными свойствами, а также информативностью, проницаемостью, дальнодействием и оказывают разнообразное влияние на живой организм (Крылов В.А. и др., 1972; Холодов Ю.А., 1978; Буда- говский A.B., 2000).
Фундаментальные работы в области исследований биологической роли ЭМ-излучений принадлежат отечественным и зарубежным ученым Вавилову С.И., 1950; Пресману A.C., 1968; Плеханову Г.Ф., 1973; Холодову Ю.А., 1978; Исмаилову Э.Ш., 1987; Давыдову Б.И. и др., 1984; Владимирову Ю.А., 1991; Девяткову Н.Д. и др., 1991; Орлову Б.Н., 1999, 2003; Adey W.R., 1993; Schwan, 1972; Popp F.А., 1993 и другим.
Исследователи полагают, что все диапазоны естественного электромагнитного спектра сыграли ту или иную роль в эволюции организмов и что это как-то отразилось на процессах их жизнедеятельности. Наибольший интерес вызывают ЭМ-излучения оптического и радиочастотного диапазонов, поскольку именно эти излучения в большей степени проникают через атмосферу Земли и оказывают разнообразное влияние на живой организм. По энергетике такие излучения относятся к сверхслабым, однако именно сверхслабые излучения родственны электрическим процессам, протекающим в организме живых существ (Пресман A.C., 1974; Акоев И.Г., 1986; Исмаилов Э.Ш. и др, 1987; Афромеев В.И. и др. 1996; Мовчан Л.Н. и др., 1998 и др).
Анализ опубликованных экспериментальных и клинических данных позволяет констатировать, что под влиянием нетепловых ЭМ-излучений радиочастотного диапазона в организме животных и человека возникают выраженные изменения в сфере углеводного, энергетического, белкового, азотистого, нуклеинового и электролитного обменов, а также обнаруживаются сдвиги в системах регуляции метаболических процессов — нервной и гуморальной (Акоев И.Г.и др., 1986; Бецкий О. В., Голант М. Б., Девятков Н. Д., 1988; Попов В.Г. и др., 1983; Давыдов Б.И. и др., 1984; Маринов Б.С. и др. 1997; Темурьянц H.A. и др., 1993 и др.).
Очевидно, что живые организмы в большей степени адаптировались к естественному электромагнитному фону Земли, в частности, к оптическому диапазону излучений. В процессе эволюции у них сформировались различные по организации механизмы восприятия света. У высокоорганизованных животных и человека оптическое излучение вызывает комплекс зрительных, нейро-гуморальных, поведенческих, психофизических и других реакций, в целом определяющих направление и характер приспособительных реакций организма. По мнению исследователей, видимое излучение оказывает информационное и энергетическое действие, синхронизирует систему биоритмов организма и согласует ее параметры с изменениями окружающей среды, обеспечивая физиологическую адаптацию.
Свет является необходимым условием для успешного осуществления целенаправленного поведения, на основе формирования в организме доминирующих мотиваций и потребностей (Archoff А., 1981; Савойский А.Г., Бай- матов В.Н. и др. 2004; Судаков К.В., 1984; Батуев A.C., 1983; Чурмасов A.B., Орлов Б.Н., 1999). Поскольку имеется многообразие возможных воздействий света, исследователи ставят задачи более широкого использования света, например, для эффективной стимуляции циркадной системы человека и животных в целях достижения положительного эффекта (снятие депрессивных состояний, повышение иммунитета, повышение продуктивности и др.) (Леонидов A.B., 2006; Stevens R.G., 2005; Я. Шанда, 2006).
Под воздействием светового режима полнее раскрываются функциональные возможности организма, и реализуется генетический потенциал сельскохозяйственных животных. В зависимости от уровня и продолжительности освещенности изменяются обмен веществ и окислительно- восстановительные процессы в тканях, стимулируется или наоборот угнетается функция желез эндокринной системы, повышается или снижается резистентность, продуктивность животных, усиливается или замедляется рост и развитие молодняка (Кожевникова Н.Ф., Алферова JI.K., 1987; Богатов А.И., 1988; Юрков В.М., 1999; Н. Кансволь, 2006).
Вместе с тем, исследователи отмечают, что проблема применения оптического и СВЧ-излучения в АПК в целях достижения положительного биологического эффекта изучена недостаточно и результаты этих исследований не могут быть фундаментальной основой для разработки комплексной системы обеспечения условий и профилактики содержания животных, достижения высокой продуктивности в промышленных условиях. Одним из важных аспектов проблемы является рациональное использование энергетических ресурсов в сельскохозяйственном производстве, разработка и применение ресурсосберегающих технологий освещения и облучения животных с использованием энергии оптического и низкоинтенсивного СВЧ-излучения.
Целью работы стало: проведение комплексного исследования влияния ЭМ-излучений оптического и СВЧ-диапазона нетепловой интенсивности на состояние физиологических, биохимических, этологических показателей крупного рогатого скота, молочную и мясную продуктивность, рост и развитие молодняка животных и птицы, репродуктивные показатели и сохранность поголовья, разработка рекомендаций для их эффективного применения в условиях промышленного животноводства и птицеводства.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
Провести сравнительную оценку влияния режимов оптического излучения на физиологические и хозяйственно-полезные показатели крупного рогатого скота различных возрастных групп на фоне сезонных изменений естественного освещения.
Установить эффективность применения режимов комбинированного оптического излучения в технологии выращивания и откорма крупного рогатого скота по совокупности физиологических показателей, мясной продуктивности, сохранности животных на фоне различных уровней освещения.
Определение физиологических критериев эффективности биологического действия маломощных (70 - 125 Вт) газоразрядных ламп ДРЛ и ДНаТ, комбинированных УФ-облучателей рециркуляторов для животноводства.
Изучение влияния СВЧ-излучения нетепловой интенсивности (10" —
10 Вт/м") на поведенческие реакции модельных биологических объектов. Определение биологически активных режимов СВЧ-излучения в различных интервалах частот по показателям группового и индивидуального поведения биообъектов.
5. Изучение влияния СВЧ-излучения нетепловой интенсивности (10~8-
] О О
10 Вт/м), а также комбинации УФ и СВЧ-излучений на биохимические, этологические показатели, рост и развитие телят.
6. Проведение этологической оценки действия режимов ЭМ-излучений оптического и СВЧ-диапазонов на молодняк крупного рогатого скота с определением показателей поведения для оценки физиологического состояния животных и прогноза продуктивности.
7. Изучение влияния светового режима на рост и развитие молодняка кур- несушек в различные фазы выращивания. Оценка регуляторного влияния светового периода на прирост живой массы цыплят.
Научная новизна: Впервые проведена оценка влияния СВЧ-излучений нетепловой интенсивности на организм сельскохозяйственных животных. Установлены биологически активные дозы низкоинтенсивного СВЧ- облучения, положительно влияющие на физиологическое состояние, рост и развитие телят.
Показано положительное влияние светового режима на рост и развитие молодняка крупного рогатого скота, динамику мясной и молочной продуктивности на фоне сезонных изменений естественного освещения. Проведена оценка биологической эффективности применения газоразрядных ламп малой мощности типов ДРЛ и ДНаТ в технологии выращивания и содержания крупного рогатого скота.
Изучены закономерности поведенческих реакции крупного рогатого скота при различных режимах оптического и СВЧ-облучения. В частности показано, что искусственное освещение влияет на суточный режим поведения телят, увеличивая их двигательную и кормовую активность в светлый период суток. Установлены поведенческие показатели, имеющие прогностическое значение в связи с продуктивностью и сохранностью молодняка животных.
Выявлены особенности поведения молодняка крупного рогатого скота при использовании различных уровней освещения маломощными разрядными лампами ДРЛ и ДНаТ. Проведена оценка биологической эффективности комбинированных УФ-облучателей рециркуляторов и различных режимов УФ-облучения молодняка животных.
Изучена динамика роста и развития молодняка кур-несушек кросса «ИСА браун» при различной продолжительности светового периода. Установлена возможность коррекции прироста живой массы птицы в период выращивания изменением продолжительности светового периода.
Проведено комплексное исследование влияния комбинированных режимов облучения в оптическом и СВЧ-диапазонах на биохимические, этологи- ческие и продуктивные показатели крупного рогатого скота. Определены режимы комбинированного оптического и СВЧ-облучения, повышающие мясную продуктивность и сохранность молодняка крупного рогатого скота.
Теоретическая и практическая значимость работы: Экспериментальные данные, полученные с использованием биологических объектов разного уровня организации и комплекса физиологических, биохимических, этологи- ческих, зоотехнических методов, позволили определить закономерности влияния ЭМ-излучений радиочастотного и оптического диапазонов на организм сельскохозяйственных животных и птицы. Установленные изменения физиологических, поведенческих, хозяйственно-полезных показателей позволяют объяснить биологические эффекты оптических и СВЧ-излучений нетепловой интенсивности и дать обоснованные рекомендации по их использованию в животноводстве и птицеводстве. Результаты применения режимов оптического и СВЧ-облучения нетепловой интенсивности в технологии содержания крупного рогатого скота могут быть использованы при разработке приемов и методов управления поведением и продуктивностью сельскохозяйственных животных на основе уточненных представлений о регуляции ритмической активности животного, этологических показателей, стимуляции обменных процессов, повышения сохранности поголовья.
Настоящие исследования выполнялись в рамках договоров о научном сотрудничестве и хоздоговорных работ с ВНИСИ, МГАУ (г. Москва), Мордовским ГУ (г. Саранск), хозяйствами Нижегородской и Московской областей. Результаты исследований включены в ГНТП «Человек и свет» № госрегистрации 018600532066.
Полученные данные позволили разработать рекомендации по применению световых режимов для всего цикла выращивания и откорма молодняка крупного рогатого скота в промышленных условиях содержания. Применяемые режимы оптических излучений в технологии выращивания и откорма молодняка крупного рогатого скота, содержании коров позволили обеспечить, годовой экономический эффект от 258,6 до 1716,8 рублей на одну голову скота.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований были внедрены на фермах и комплексах в хозяйствах ГУП «Толмачево», учхоз «Новинки», СПК «Нижегородец», птицефабрика «Сеймовская», к-з «им. Куйбышева» Нижегородской области, ГПЗ «Ачкасово» Воскресенского района Московской области. Способ комбинированного облучения сельскохозяйственных животных и способ повышения продуктивности сельскохозяйственных животных защищены патентами РФ.
Материалы диссертации отражены в учебном пособии и монографии (Чурмасов A.B., Казаков A.B. «Влияние регулируемого оптического излучения различных диапазонов на поведение и продуктивность крупного рогатого скота» /Учебное пособие НГСХА. - Н.Новгород. - 1995. - 45 с; Орлов Б.Н., Казаков A.B. «Биологические основы действия электромагнитных излучений на организм» /Под ред. проф., д.б.н. Орлова Б.Н. - Н.Новгород: Нижегородская ГСХА. - 2009. — 241 с). Материалы исследований используются при подготовке лекций, практических занятий и семинаров в курсах соответствующих дисциплин для студентов зооветеринарных специальностей.
На различных этапах совместной работы в исследованиях принимали участие Жуков В.А., Калинина A.B., Химина Г.А., Кукушкина Д.М., Чурмасов A.B., Овчукова С.А., Ленькин A.A.. Выражаю им глубокую благодарность.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Влияние светового режима на физиологические показатели и функциональное состояние организма крупного рогатого скота, рост и развитие молодняка, динамику мясной и молочной продуктивности, воспроизводительную функцию и сохранность поголовья на фоне сезонных изменений естественной освещенности.
Динамика показателей и форм поведения телят, характеризующих физиологическое и функциональное состояние организма при различных режимах оптического и СВЧ-облучения.
Применение комбинированного оптического облучения молодняка крупного рогатого скота и оценка эффективности его влияния на организм по совокупности убойных показателей, прироста живой массы и сохранности.
Качественные и количественные показатели физиологического состояния телят, динамика их роста и сохранность при использовании излучения маломощных газоразрядных ламп ДРЛ и ДНаТ, комбинированных УФ- облучателей рециркуляторов.
Влияние СВЧ-излучения малой интенсивности на показатели индивидуального и группового поведения некоторых модельных биообъектов (Chi- ronomus plumosus, Daphnia magna, Poecilia reticulate), изменения их двигательной активности и фототаксических реакций.
Оценка влияния СВЧ-излучения низкой интенсивности, комбинированного УФ и СВЧ-излучения на изменения биохимических, этологических показателей, рост и развитие телят.
Влияние светового периода на динамику роста и развития молодняка кур несушек в период выращивания. Возможность коррекции прироста живой массы птицы световым периодом.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на: VI областной научно-практической школе-семинаре (Ростов, 1990); Всесоюзной научной конференции «Системно-экологические основы развития сельского хозяйства и науки» (Н.Новгород, 1991); Региональных научно-практических конференциях Нижегородской НСХА (Н.Новгород, 1996, 1997, 1999, 2001, 2007); Международной научно- практической конференции «Электромагнитные излучения в биологии (БИО- ЭМИ-2000)» (Калуга, 2000); XVII съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Казань, 2001); Международной научно-практической конференции Мордовского ГУ (Саранск, 2004); Межвузовской научной конференции НГТУ «Новое в науке XXI века» (Н. Новгород, 2005, 2008); Всероссийской научной конференции, посвященной 75-летию со дня открытия ЧГСХА (Чебоксары 2006); Всероссийской научной конференции ГУ НИИСХ (Киров, 2008); VI Сибирском физиологическом съезде (Барнаул, 2008); Международной научно-практической конференции МГАУ (Москва, 2008); Российской светотехнической интернет-конференции (2009); 62-й областной научной конференции ННГУ «Биологические системы: организация поведение, развитие» (Н.Новгород, 2009); Всероссийской научно-практической конференции Мичуринского ГАУ (Мичуринск, 2009).
Публикации результатов исследований. Основные результаты исследований по материалам диссертации опубликованы в 41 научной работе, одной монографии, имеются 2 заявки на изобретения. В рецензируемых изданиях рекомендованных ВАК РФ опубликовано 15 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 335 страницах компьютерного текста и состоит из введения, обзора литературы, характеристики материалов и методов исследования, четырех глав результатов собственных исследований с выводами по каждой главе, общих выводов и заключения. Диссертационная работа включает 17 графиков и диаграмм, 12 схем, 53 таблицы. Список литературы включает 415 наименований, в том числе 98 иностранных авторов.
Спектр электромагнитных излучений
Реализация результатов исследований. Результаты исследований были внедрены на фермах и комплексах в хозяйствах ГУП «Толмачево», учхоз «Новинки», СПК «Нижегородец», птицефабрика «Сеймовская», к-з «им. Куйбышева» Нижегородской области, ГПЗ «Ачкасово» Воскресенского района Московской области. Способ комбинированного облучения сельскохозяйственных животных и способ повышения продуктивности сельскохозяйственных животных защищены патентами РФ.
Материалы диссертации отражены в учебном пособии и монографии (Чурмасов A.B., Казаков A.B. «Влияние регулируемого оптического излучения различных диапазонов на поведение и продуктивность крупного рогатого скота» /Учебное пособие НГСХА. - Н.Новгород. - 1995. - 45 с; Орлов Б.Н., Казаков A.B. «Биологические основы действия электромагнитных излучений на организм» /Под ред. проф., д.б.н. Орлова Б.Н. - Н.Новгород: Нижегородская ГСХА. - 2009. — 241 с). Материалы исследований используются при подготовке лекций, практических занятий и семинаров в курсах соответствующих дисциплин для студентов зооветеринарных специальностей.
На различных этапах совместной работы в исследованиях принимали участие Жуков В.А., Калинина A.B., Химина Г.А., Кукушкина Д.М., Чурмасов A.B., Овчукова С.А., Ленькин A.A.. Выражаю им глубокую благодарность. Основные положения диссертации, выносимые на защиту: 1. Влияние светового режима на физиологические показатели и функциональное состояние организма крупного рогатого скота, рост и развитие молодняка, динамику мясной и молочной продуктивности, воспроизводительную функцию и сохранность поголовья на фоне сезонных изменений естественной освещенности. 2. Динамика показателей и форм поведения телят, характеризующих физиологическое и функциональное состояние организма при различных режимах оптического и СВЧ-облучения. 3. Применение комбинированного оптического облучения молодняка крупного рогатого скота и оценка эффективности его влияния на организм по совокупности убойных показателей, прироста живой массы и сохранности. 4. Качественные и количественные показатели физиологического состояния телят, динамика их роста и сохранность при использовании излучения маломощных газоразрядных ламп ДРЛ и ДНаТ, комбинированных УФ- облучателей рециркуляторов. 5. Влияние СВЧ-излучения малой интенсивности на показатели индивидуального и группового поведения некоторых модельных биообъектов (Chi- ronomus plumosus, Daphnia magna, Poecilia reticulate), изменения их двигательной активности и фототаксических реакций. 6. Оценка влияния СВЧ-излучения низкой интенсивности, комбинированного УФ и СВЧ-излучения на изменения биохимических, этологических показателей, рост и развитие телят. 7. Влияние светового периода на динамику роста и развития молодняка кур несушек в период выращивания. Возможность коррекции прироста живой массы птицы световым периодом. Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на: VI областной научно-практической школе-семинаре (Ростов, 1990); Всесоюзной научной конференции «Системно-экологические основы развития сельского хозяйства и науки» (Н.Новгород, 1991); Региональных научно-практических конференциях Нижегородской НСХА (Н.Новгород, 1996, 1997, 1999, 2001, 2007); Международной научно- практической конференции «Электромагнитные излучения в биологии (БИО- ЭМИ-2000)» (Калуга, 2000); XVII съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Казань, 2001); Международной научно-практической конференции Мордовского ГУ (Саранск, 2004); Межвузовской научной конференции НГТУ «Новое в науке XXI века» (Н. Новгород, 2005, 2008); Всероссийской научной конференции, посвященной 75-летию со дня открытия ЧГСХА (Чебоксары 2006); Всероссийской научной конференции ГУ НИИСХ (Киров, 2008); VI Сибирском физиологическом съезде (Барнаул, 2008); Международной научно-практической конференции МГАУ (Москва, 2008); Российской светотехнической интернет-конференции (2009); 62-й областной научной конференции ННГУ «Биологические системы: организация поведение, развитие» (Н.Новгород, 2009); Всероссийской научно-практической конференции Мичуринского ГАУ (Мичуринск, 2009). Публикации результатов исследований. Основные результаты исследований по материалам диссертации опубликованы в 41 научной работе, одной монографии, имеются 2 заявки на изобретения. В рецензируемых изданиях рекомендованных ВАК РФ опубликовано 15 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 335 страницах компьютерного текста и состоит из введения, обзора литературы, характеристики материалов и методов исследования, четырех глав результатов собственных исследований с выводами по каждой главе, общих выводов и заключения. Диссертационная работа включает 17 графиков и диаграмм, 12 схем, 53 таблицы. Список литературы включает 415 наименований, в том числе 98 иностранных авторов.
Зоотехнические условия проведения научно-хозяйственных опытов
Физический смысл дисперсии е -1е ясно виден при рассмотрении предельного случая, когда частота поля стремится к бесконечности. При этом в поляризационных процессах никаких изменений произойти не может под действием быстро-переменных полей, и величина диэлектрической проницаемости е стремится к единице. Качественные зависимости и ь ", иллюстрирующие их взаимное изменение от частоты в различных интервалах электромагнитного спектра, представлены на рис. 4.
Существуют различные виды поляризации, которые проявляются на различных участках электромагнитного диапазона частот. При этом тепловые потери в диэлектрике, характеризуемые мнимой составляющей имеют максимальные значения на определенных резонансных частотах а р. Различают электронную, атомную, дипольную поляризации и другие виды (упру- горелаксационная, спонтанная, остаточная и т, д.).
По мнению английского физика Г. Фрёлиха, биологические системы могут иметь дипольные (поляризационные) колебания в диапазоне частот 102 — 103 ГГц (Х = 3 — 0,3 мм). В результате взаимодействия дипольных колебаний и их связи с упругими колебаниями за счет нелинейных эффектов может произойти переход системы в метастабильное состояние. Внешняя энергия трансформируется в энергию одного вида колебаний. Возникает «гигантский диполь», который представляет собой частный случай когерентного состояния биосистемы. Энергия внешнего воздействия может переходить в энергию полярных молекул, связанную с вращательными степенями свободы.
Эффект выпрямления (вентильная проводимость). При электрическом токе прямой полярности проводимость образца на один или несколько порядков превышает проводимость при токе обратной полярности, т.е. происходит пропускание тока практически в одном направлении (Гутман Ф., Лай- онис JL, 1970). Эффект обнаружен на пленках рибосом кишечной палочки Escherichia coli, тутового шелкопряда, на мембране аксона, нервного и мышечного волокон и, по-видимому, характерен для всех биологических мембран (Коль К., 1960; Moore J.W., 1968; Ходоров Б.И., 1975). Электропроводность крови при прохождении тока в направлении кровотока больше, чем электропроводность в обратном направлении. Эффект используется для объяснения механизма действия электромагнитных волн различных диапазонов на биообъекты (Пресман А. С., 1965; Schwan Н. Р., 1971).
Явление отрицательной проводимости характерно для структур, обладающих вольт-амперной характеристикой, содержащей участок с отрицательной дифференциальной проводимостью. Структуры с такой характеристикой способны к преобразованию энергии источника питания постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний. Такие биополимеры, как желатин, яичный альбумин, гемоглобин и плазма крови человека в 10 - 30% растворах на депонированной воде имеют N-образную вольт-амперную характеристику. Образцы биополимеров в виде пленок толщиной 8—10 мкм способны к генерации электрических колебаний в диапазоне частот 0,5 — 910 Гц (Юрьев В. П., Преснов Е. А., 1977). Отрицательная проводимость обнаруживается у сухих и набухших зерен пшеницы в биологических и искусственных мембранах (Григорьев П. А., Ерминкин JI. Я., 1970; Хведелидзе М.А. и др., 1973).
Пьезоэлектрический эффект (пьезоэффект) - появление электрических зарядов противоположных знаков на гранях кристалла при его механической деформации. Одно из принципиальных закономерностей построения и существования живого — наличие жидкокристаллической структуры, свойственной только органическому миру и биообъектам. Структуру жидких кристаллов имеют все мембраны клетки (Колотилов H.H., 1977). Так, миелиновая мультимембрана нервных волокон имеет смектическую жидкокристалличк- скую структуру со свойством сегнето- и пьезоэлектрика. Пьезоэлектриками являются ориентированные пленки ДНК (Fukada Е., Ando Y., 1972), холестерин, мочевина, лактоза, нуклеопротеиды, кости человека, сухожилия, колла- геновые структуры и др. (Гутман Ф., Лайонс Л., 1970; Williams W. S., Breger L., 1975).
Обратный пьезоэффект - изменение линейных размеров кристаллов под действием электрического поля. Наличием пьезоэлектрического эффекта объясняют процессы роста и эрозии костей, механизмы атеросклероза, транспортные процессы переноса питательных веществ и кислорода к клеткам (Бэссет А., 1967; Гутман Ф., Лайонс Л., 1970).
Эффект Зеебека - возникновение ЭДС в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников (полупроводников) с различными температурами в местах контакта. Эффект наблюдается на препаратах гемоглобина, глицина, меланина (Гутман Ф., Лайонс Л., 1970), мышцах, нервах (Эрнст Е., 1975), листьях яблони, кукурузы и др. Для возникновения термо-ЭДС Зеебека необходима разность температур не менее 10 С. Значения термо-ЭДС для биологических тканей лежат в диапазоне 0,5 — 15 мВ-К"1. Считается, что в общих чертах механизмы функционирования терморецепторов биообъектов аналогичны эффекту Зеебека, наличием его можно объяснить также механизмы термовоздействия на биообъекты (Зязев Ю. А., Розеншток Ю. Л., Чудновский Л. Ф., 1966).
Показатели двигательной активности личинок Chironomus plumosus
Некоторые авторы отмечали, что свертываемость крови при воздействии СВЧ-излучения ускоряется (Владимирский Б.М. и др., 1975), в других исследованиях при более высоких интенсивностях наблюдали, что СВЧ-облучение, угнетало свертывающую способность крови (Гончар Н.М. и др., 1982; Русяев В.Ф. и др., 1975). В отдельных исследованиях отмечалось снижение активности холинестеразы в сыворотке крови и в органах, повышение уровня натрия в крови, заметное изменение проницаемости мембран эритроцитов для калия и натрия. Некоторые исследователи наблюдали, что СВЧ-облучение существенно не влияет на содержание в крови нуклеиновых кислот. При действии СВЧ-излучения отмечали лейкопению, тенденцию к лейкозу, снижение альбумин- глобулинового коэффициента, повышение гамма-глобулинов, изменение уровня гликогена и активности щелочной фосфотазы в нейтрофилах (Гончар Н.М. и др., 1982; Осипов Ю.А., 1965; Исмаилов Э.Ш., 1971; Микушина Т.В. и др., 1971; Давыдов Б.И. и др., 1984).
Иммунная и ферментативные системы. В ряде работ было показано, что СВЧ-облучение активно влияет на иммунную систему организма. При определенных интенсивностях СВЧ-облучения замечено, что иммунологическая перестройка организма выражалась в стимуляции либо истощении им- мунокомпетентных клеток. При СВЧ-облучении отмечалось увеличение содержания антител, повышение лимфобластических клеток в селезенке и лимфоидной ткани. В других опытах наблюдалась повышенная реакция лимфоцитов на облучение in vitro, уменьшение фагоцитарной активности, утяжеление течения воспалительного процесса (Филимонов P.M., и др., 1998; Железнова Е.Б. и др., 1998; Белоножко Н.Г., 1982; Лазарович В.Г. и др., 1982).
Исследованиями теоретически обосновано и практически было показано влияние СВЧ-излучения на ферментативные системы организма и кинетику химических реакций. В частности, наблюдалось повышение активности ферментов дегидрогеназ, увеличение скорости поглощения кислорода митохондриями и снижение содержания гликогена под влиянием СВЧ-излучения низкой интенсивности. С увеличением интенсивности и длительности СВЧ- облучения наблюдается неравномерное повышение активности окислительно-восстановительных ферментов, более выраженное снижение содержания гликогена, нуклеиновых кислот, нарушение строения органелл, перераспределение активности ферментов. Высказано предположение, что СВЧ- излучение непосредственно оказывает действие на обменные процессы посредством влияния на энергетические процессы, происходящие в клеточных структурах, например, окислительное фосфорилирование в митохондриях (Маринов Б.С. и др. 1997; Алъбер С.Л. 1974; Белокриницкий B.C., 1982).
В исследованиях (Минин Б.А, 1974; Зубкова С.М., 1971; Веников В.А., 1984; Давыдов Б.И. и др., 1984) отмечалось, что люди, работающие с различными генераторами радиоволн, испытывали при их работе головную боль, ослабление памяти, потерю аппетита, быструю утомляемость, изменение электроэнцефалограммы. Явления исчезали при прекращении работы с генераторами и возникали при возобновлении работы. При хроническом СВЧ- облучении низких интенсивностей наблюдается головокружение, потемнение в глазах, шум в голове, обмороки, повышение количества заболеваний периферической нервной системы.
В любой биологической системе, независимо от ее сложности, можно выделить ритмические изменения состояния, согласованные с периодическими изменениями внешних экологических факторов, таких как световой режим, температура, давление, влажность воздуха, электромагнитное излучение Солнца и др. Проявления ритмов присущи всем уровням организации живой материи - от молекулярных до популяционных, при этом закономерные изменения физических факторов вызывали в эволюции видов самые разнообразные адаптации. Биоритмы посредством нервно-гормональной регуляции охватывают большой круг изменений, протекающих в организме, что отражается на изменении белкового, жирового, углеводного, водно-солевого и других видов обмена (Тыщенко В.П.,1977, Еськов Е.К., 1998; Чурмасов A.B., Орлов Б.Н.,1999; Мурсалиев A.M., 2000; Бродский В.Я., 2002).
Влияние оптических излучений на откормочные качества молодняка крупного рогатого скота
В зависимости от дозы излучения и характеристик облучаемого объекта различают различные виды биологического действия УФ-излучения: лечебное, терапевтическое, эритемное, бактерицидное, канцерогенное, витамино- образующее, мутагенное и др. (Чурмасов A.B., Орлов Б.Н., 1999).
В естественных условиях солнечная радиация и ультрафиолетовое излучение оказывают влияние, в первую очередь, на кожу. Этим объясняется тот факт, что подавляющее число исследований действия ультрафиолетового излучения связано с реакцией кожи. Особенности развития и течение ультрафиолетовой эритемы при действии ультрафиолетового излучения показаны в исследованиях Г. С. Варшавера и Г. М. Франка (1939), Мей- ера А., Зейтца Э (1952), Самойлова К.А. (1977) и других.
Характерной особенностью развития эритемы является зависимость от многих параметров (уровень облученности, длина волны, состояние кожных покровов). При средних уровнях облучения кривая эритемной эффективности имеет два максимума 254 и 297 им. При уменьшении облученности увеличивается влияние коротковолнового излучения, и максимум образования эритемы приходится на длину волны 254 нм, при этом образуется «короткая», быстропроходящая эритема с малым латентным периодом. Другой особенностью формирования эритемы является проявление эффекта реактивации, т.е. торможения процесса под влиянием длинноволнового излучения. Так, при дополнительном освещении развитие эритемы тормозится и, наоборот, усиливается при облучении в затемненных условиях.
В настоящее время считается, что не существует «стандартного» спектра эритемного действия и рассматриваются составляющие эритемы, соответствующие трем участкам УФ-диапазона и определяющие общую реакцию кожи на облучение. УФА-эритема проявляется сразу после облучения и вызывает воспалительную реакцию в дерме, но не в эпидермисе. УФВ-эритеме всегда предшествует латентный период, длительность которого обратно пропорциональна дозе облучения и не превышает 8—10 часов. Наиболее яркое покраснение кожи после УФВ-облучения приходится также на 8 - 10 часов. С увеличением сроков наблюдения за эритемой ее эффективность увеличивается в сторону максимума в УФВ- области (рис. 9).
Установлено, что УФИ хорошо проникает через волосяной и перьевой покров животных и птицы. Так, у коров черно-пестрой породы УФИ в пределах спектра 220-400 нм достигает кожи до 45%, у телят - от 11 до 16% и у свиней- от 19 до 57% .
Анализ литературных данных о механизмах действия ультрафиолетового излучения показывает, что биологические процессы, возникающие под действием ультрафиолетовых лучей, определяются комплексом фотохимических, гуморальных и нервно-рефлекторных реакций, основным из которых является фотоэлектрический эффект. Гуморальный механизм связан с денатурацией и коагуляцией белков, в результате чего образуются физиологически активные компоненты (гистамин, биогенные амины, ацетилхолин). Под их действием гуморальный эффект дополняется нервно-рефлекторным, влияющим на изменение тонуса кровеносных сосудов, работу кроветворных органов и др. (Г.М.Франк, 1939; И.М.Беляков, 1983, В.М.Бакайкин и др., 1985). Обнаружены эффекты УФ-излучения на клеточном уровне, в частности, влияние на ДНК (Стадлер Л. Дж., 1942; Мирзоев Э.Б. и др. 2008).
Было установлено также, что более длинноволновая часть УФ- излучения способствует образованию физиологически активных веществ, а более коротковолновое излучение оказывает в основном раздражающее влияние на нервную систему. Г. М. Франк установил, что длинноволновая компонента УФ-излучения ограничивает действие коротковолнового излучения, обозначив так называемый эффект реактивации.
Ультрафиолет играет важную роль в обеспечении организма витамином 03, регулирующим процесс фосфорно-кальциевого обмена. Этот витамин образуется под действием У ФИ из 7-дегидрохолестерина, содержащегося в выделениях кожных сальных желез, а затем всасывается кожей. Дефицит витамина Оз вызывает рахит и кариес. Спектр антирахитного действия для синтеза витамина Оз имеет максимум с длиной волны 280 нм. Необходимая для компенсации дефицита Б3 доза УФИ составляет 60 минимальных эритемных доз в год на открытые участки тела.
В оптимальных дозах УФ-излучение как один из компонентов солнечной радиации стимулирует функции кроветворной, иммунной, эндокринной систем, активизирует обмен веществ, повышает устойчивость животных к заболеваниям, способствует росту, развитию и сохранности молодняка (Пастухова Л.А., 1984; Кожевникова Н.Ф., Алферова Л.К.,1987; Симонова Н.П., 1997; Мирзоев Э.Б. и др. 2008).
