Введение к работе
Актуальность темы. Установление закономерностей адаптационных возможностей костной системы млекопитающих в условиях измененного внешнего механического поля является одной из актуальных проблем современной медико-биологической науки и сельскохозяйственной практики. В практике скотоводства (разведения крупного рогатого скота и лосей) животные в течение многих поколений оказываются в весьма ограниченных условиях подвижности и проявления других поведенческих реакций (Аврунин А.С., Иоффе И.Д., 2001; Мещеряк М.С., 1964; Мирзоян Э.И., 1961). Созданный искусственно режим содержания качественно отличается от природных условий, вследствие этого не может не сказаться на физиологическом состоянии животных, их физическом развитии, репродуктивных способностях и в конечном итоге на количественных показателях мясо-молочности. Изучаемый вопрос тесно примыкает к проблеме адаптации, в частности, здорового организма к экстремальным условиям внешней среды. Это имеет большое теоретическое и прикладное значение. В настоящее время этот вопрос еще не получил, четкой разработки. Сдерживающим фактором является не только отсутствие общей количественной теории гомеостаза, но и отсутствие информативных критериев оценки и прогнозирования состояния организма в конкретных ситуациях.
Повышенный интерес к исследованию структуры и механического поведения компактной костной ткани, как представителя класса жестких биокомпозитных материалов, вызван двумя обстоятельствами: во-первых, благодаря познанию внутреннего строения и механических свойств костной ткани станет возможным использование полученных результатов для усовершенствования уже существующих, и создания некоторых новых схем армирования конструкционных материалов, в том числе и искусственной костной ткани, реологически соответствующей своему биопрототипу, во-вторых, исследование костной ткани, как адаптивной композитной структуры, способной перестраиваться под воздействием различных факторов, является, несомненно, важным фактором, при разработке методов диагностики ее физического состояния, как в нормальных, так и в экстремальных условиях. Костная ткань способна эффективно работать при различных видах нагружения и перестраивать свою структуру, благодаря особому ее строению. Основное место в этой структуре принадлежит двум составляющим - органической и минеральной компонентам, изучение механических свойств которых важно для объяснения работы костной ткани, как биокомпозита.
Цель и задачи исследования
Изучить морфологические и физико-химические особенности пястной трубчатой кости крупного рогатого скота и лосей, в сравнительном и видовом аспекте.
Для выполнения цели работы были поставлены следующие задачи:
1) Сопоставить анатомические особенности пястной трубчатой кости у крупного рогатого скота и лосей с целью выяснения уровня их адаптивных возможностей.
2) Изучить макроморфометрические характеристики пястной кости лосей и крупного рогатого скота в постнатальном онтогенезе.
3) Установить связь морфологических индексов пястных костей с их прочностными характеристиками в возрастном аспекте.
4) Определить содержание и влияние основного макроэлемента костной ткани – гидроксиапатита кальция на прочностные характеристики пястной кости у крупного рогатого скота и лосей.
5) Выявить направленность качественных и количественных изменений в структурной организации пястной кости в возрастном аспекте у крупного рогатого скота и лосей.
6) Провести сравнительный анализ влияния среды обитания на развитие трубчатых костей, в частности, пястной у крупного рогатого скота и лосей.
Научная новизна
На основании макро - и микроморфологии, биомеханики, химии, многомерной статистики разработаны критерии количественной оценки адаптивных возможностей костной системы животных соответственно для крупного рогатого скота и лосей. Показано, что длительная гипокинезия инициирует замедление темпов остеопластического процесса и внутренней реконструкции кости.
На основании оценки структурных адаптаций скелета у животных разных видов и находящихся в условиях различной биодинамики выявлено, что динамические механические нагрузки являются одним из факторов, определяющих уровень ростовых и реформационных процессов, протекающих в кости.
В результате изучения структурных особенностей пястных костей крупного рогатого скота и лосей на микро уровне было выявлено, что преобладание биостатики ведет к формированию кости малоприспособленной к выдерживанию нагрузок (крупный рогатый скот), которые достаточно легко выдерживает кость, находящаяся в более длительном состоянии биодинамики (лось), степень преобладания которой формирует отличную картину микроархитектоники костной ткани. У этого животного впервые определены физико-химические и гистологические особенности трубчатой кости лосей разного возраста.
Теоретическая и практическая ценность работы
Установлено, что у лосей, отдельно взятые морфометрические показатели меняются (варьируют), но соотношения между ними остаются постоянными на всем периоде постнатального онтогенеза. Этот принцип является одним из свойств костного гомеостаза.
Подтверждены положения о высокой мобильности костной системы, что служит теоретическим обоснованием практически значимому выводу о принципиальной возможности усиления адаптивных свойств разводимых животных путем целенаправленного воздействия на скелет.
Разработано в процессе изучения свойств и особенностей пястных костей у крупного рогатого скота и лосей ряд модификаций к общепринятым методикам по проведению исследований на пястных трубчатых костях в условиях лаборатории.
-
Получены статические и динамические критерии для интегральной оценки состояния костного гомеостаза.
-
Экспериментально получено фактическое подтверждение, которые подтверждают принцип качественного преобладания биодинамики над биостатикой.
-
На основе сугубо анатомических различий подтвержденных макроморфометрически, при помощи микроморфологии найдена адаптационная особенность микроструктур кости прямо пропорционально реагировать на изменение биомеханических условий.
Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования физиологического состояния опорно-двигательного аппарата животных, рационализации режимов содержания в промышленном животноводстве с целью повышения его экономической эффективности. Найденная сравнительная (крупный рогатый скот, лось) адаптационная особенность микроструктур кости, подтвержденная при помощи микроморфологии архитектоники костной ткани, учитывающая особенности структурной организации и адаптивного ремоделирования кости при действии биодинамического и статического факторов, является существенным вкладом в морфологию опорно-двигательного аппарата животных. Они представляют интерес для общей физиологии скелета, для теории и практики, для спортивной медицины и физиологии труда.
Положения, выносимые на защиту
-
Инвариантные отношения между морфологическими показателями в костной системе отражают пространственно-структурную организацию кости и являются общебиологической закономерностью морфогенеза.
-
Биомеханическая нагрузка на кость и ее динамика распределения в постнатальном онтогенезе определяет характер морфогенетических процессов формирования скелета.
-
Большой объем биодинамических и биостатических стимулов в процессе жизнедеятельности животных из природных популяций определяет более высокий уровень физиологических перестроек их костей по сравнению с особями содержащихся при привязной системе.
Внедрение результатов исследований
Основные положения и результаты исследований используются в учебном процессе Омского, Оренбургского Ставропольского, государственных аграрных университетов, Брянском государственном университете имени академика И.Г. Петровского, Рязанском государственном аграрном университете имени Костычева, Ивановской государственной сельскохозяйственной академии, Чувашской государственной сельскохозяйственной академии, Вятской государственной сельскохозяйственной академии, Ярославской государственной сельскохозяйственной академии, Витебской государственной академии ветеринарной медицины, Санкт-Петербургской академии ветеринарной медицины, Уральской государственной академии ветеринарной медицины.
Апробация результатов научных исследований. Отдельные результаты проводимых исследований были доложены, обсуждены и одобрены на 60-й и 61-й международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы АПК» (Кострома, 2009 и 2010).
Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ, из них 2 - в рецензируемом издании, рекомендованном ВАК России.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 131 странице компьютерного текста и включает разделы: общая характеристика работы, обзор литературы, собственные исследования, обсуждение результатов исследования, выводы, практические предложения, список литературы. Список использованной литературы включает 160 источников, в том числе 55 - зарубежных. Работа иллюстрирована 16 таблицами, 41 рисунками (фотографиями, микрофотографиями, диаграммами).
