Содержание к диссертации
Введение
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Эпизоотологический мониторинг некробактериоза 11
1.1.1. Эпизоотическая ситуация по некробактериозу в 1990 - 2005 гг 11
1.1.2. Абсцессы печени - форма проявления некробактериоза крупного рогатого скота 15
1.1.2.1. Распространение абсцессов печени и экономический ущерб 15
1.1.2.2. Этиология и патогенез развития абсцессов печени 17
1.1.2.3. Характеристика F. necrophorum, выделенного из абсцессов печени 20
1.1.2.4. Клиническая и лабораторная диагностика абсцессов печени 23
1.1.2.5. Биологические и серологические методы исследования некробактериоза 25
1.2. Прогнозирование эпизоотической ситуации по некробактериозу животных 29
1.2.1. Прогнозирование в эпизоотологии 29
1.2.2. Нейросетевые методы прогнозирования 31
2. СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Материалы и методы 38
2.1.1. Материалы и методы исследования абсцессов печени 38
2.1.2. Материалы и методы постановки реакции агглютинации 39
2.1.3. Материалы и методы использования нейросетевых программ 40
2. 2. Результаты исследований
2.2.1. Поиск критерий для оценки эпизоотической ситуации по некробактериозу 45
2.2.1.1. Распространение абсцессов печени крупного рогатого скота в животноводческих хозяйствах 45
2.2.1.2. Патоморфологическая характеристика абсцессов печени 50
2.1.1.2. Установление роли Fusobacterium necrophorum и другой микрофлоры в этиологии абсцессов печени 51
2.2.2. Определение эпизоотического состояния (по кожной форме некробактериоза) хозяйств на основе выявленных при ВСЭ абсцессов печени 57
2.2.3. Нейросетевое прогнозирование кожной формы некробактериоза на основе инцидентности абсцессов в печени 63
2.2.3.1. Создание нейросети для прогнозирования 63
2.2.3.2. Прогноз кожной формы некробактериоза на основе искусственной нейросети 66
2.2.4. Нейросетевая классификация титра противонекробактериозных антител больных некробактериозом и здоровых животных 68
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 72
4. ВЫВОДЫ 80
5. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ 81
6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 83
7. ПРИЛОЖЕНИЕ 106
- Эпизоотологический мониторинг некробактериоза
- Прогнозирование эпизоотической ситуации по некробактериозу животных
- Материалы и методы
Введение к работе
В недалеком прошлом изучению некробактериоза крупного рогатого скота в Российской Федерации уделяли большое внимание, поскольку болезни дистального отдела конечностей, проявляющиеся гнойно-некротическими процессами, имели достаточно широкое распространение и наносили колоссальный экономический ущерб (В.И. Зайцев, 1953; П.М. Родин, 1954; Н.С. Островский, 1964; СТ. Чабановский, 1974; П.Н. Никоноров с соавт., 1976; П.Н. Баканов, 1976; Д.Н. Бондарько, 1980; И.А. Калашник, 1983; А.А. Самоловов, 1993 и др.). При этом многие исследователи и практические ветеринарные специалисты относили их к неинфекционной природе и классифицировали по анатомо-топографическому признаку. Причину же массового распространения связывали с нарушением санитарно-гигиенических условий содержания, кормления, отсутствием своевременной обработки рогового башмака, травмированием тканей копыт (Н.С. Островский, 1968; В.И. Захаров, 1978; СИ. Братюха, 1979; П.В. Вилимас, 1981; Г.Н. Васин, 1982). Однако А.А. Самолововым (1988) опытным путем была показана этиологическая роль F. necrophorum в патологии пальца крупного рогатого скота и еще раз подтверждено, что данный микроб является специфическим возбудителем некробактериоза.
В настоящее время, по данным государственной ветеринарной отчетности многих областей Российской Федерации, некробактериоз, как инфекционное заболевание не регистрируется. Более того, практически не поступает биоматериала для диагностики болезни в ветеринарные лаборатории. Тем не менее, сообщения разных авторов, а также наши собственные наблюдения, указывают на значительное распространение болезни на территории Сибирского региона, Республики Татарстан, Европейской части страны и в сопредельных независимых государствах (А.А. Самоловов, 1993; Д.А. Хузин, Г.Х Камалов, 1995; СВ. Лопатин, 1998; В.В. Максимович, Э.И. Веремей, 1999; Х.Н. Макаев и др., 2000; В.Н. Кисленко с соавт., 2001; В.А. Молоканов, В.М. Щеглов, М.Т. Байкенов, 2001; В.И. Тетеричев и др., 2001; Т.Е. Какоулин, Л.Н. Головкова, 2002). Безусловно, тенденции роста эпизоотии некробактериоза сейчас не наблюдается, а в общей массе снижения поголовья крупного рогатого скота, уменьшения численности животноводческих хозяйств и изменения кормовой базы по стране данная проблема кажется малозначимой. Но необъективность в оценке эпизоотической ситуации по некробактериозу налицо и можно констатировать тот факт, что в настоящее время отсутствуют малозатратные, как в кадровом, так и финансовом отношении, методы, позволяющие судить о широте и массовости распространения инфекции. И на наш взгляд, существенную помощь в этом могли бы оказать компьютерные экспертные системы.
Многолетние исследования, проводимые самыми различными явными математическими алгоритмами, показали, что биологические задачи, имеющие не явный характер, решаются явными методами с точностью и удобством, совершенно не достаточным для широкого практического пользования в конкретных задачах диагностики, прогнозирования и принятия решений. В настоящее время существуют экспертные компьютерные программы с принципиально иными подходами к обработке и интерпретации данных, способные решать задачи, в условия которых входит большое число сложно комбинируемых факторов и не имеющие четких алгоритмов решения. Речь идет о нейроинформационных технологиях, базирующихся на искусственных нейронных сетях.
Наибольший интерес для практического здравоохранения, по мнению Atamanchuk Z.M и др.(1992), представляют нейросетевые системы для диагностики и дифференциальной диагностики заболеваний. При этом для принятия решений используются самые разнообразные данные - анамнез, клинический осмотр, результаты лабораторных тестов и сложных функциональных методов (Kennedy M.J. и др., 1993). Список областей медицины, в которых начали применяться новые технологии, чрезвычайно обширен и продолжает расти.
Одним из наиболее интенсивно развиваемых направлений использования нейросетей, является кардиология. Существуют нейросетевые экспертные системы по диагностике и лечению артериальной гипертонии, инфаркта миокарда, определению стадии коронарного атеросклероза (R. Poli с соавт., 1991; М. Akay, 1992; Е. Bertolucci, и др., 1993; T.F. Yang, В. Devine, P.W. Macfarlane, 1993; M.L. Astion, P. Wilding , 1994; T.F. Yang, B Devine, P.W. Macfarlane, _J_993; W.G. Baxt, 1992, 1994). В области пульмонологии проводились исследования по применению нейронных сетей для дифференциальной диагностики интерстициальных заболеваний легких (N. Asada и др., 1990; G.S. Doig и др., 1993).
Большое внимание в публикуемых работах уделяется нейросетевой диагностике опухолей различных органов и систем (P.S. Maclin и P.S. Dempsey, 1991; M.L. Astion и P. Wilding, 1992; F. Ercal и др., 1994; B.S. Erler и др., 1994; P.S. Maclin, 1994; Д.А. Россиев и E.B. Бутакова, 1994).
Несколько работ посвящены нейросетевой обработке лабораторных анализов и тестов, цитогенетических данных, изучению и диагностике иммунодефицитных состояний (G. Reinbnerger с соавт. 1991; В. Molnar с соавт., 1993; F.T. Vertosick, Т. Rehn, 1993; Д.А. Россиев с соавт., 1993).
Особое место среди нейросетевых экспертных сетей занимают прогностические модели, используемые для прогноза исходов заболеваний (Е.Е. Snyder, G.D. Stormo, 1993; H.R. Doyle et al., 1994; H.B. Burke, 1994; S. Katz et al, 1994; Д.А. Россиев и др., 1995). Э. Шварц, Д. Трис (1992), сообщали об использовании в реанимационном отделении одной из больниц штата Мичиган экспертной системы Аппачи III. Ее цель - прогнозирование исхода заболевания у больных, находящихся в тяжелом состоянии.
В подавляющем числе работ, проводится сравнение неиросетевых методов принятия решений и интерпретации данных с традиционными алгоритмами, однако, по мнению R.E. Neopolitan (1993), нейросети обладают большей скоростью, точностью, гибкостью и информативностью при решении медико-биологических задач.
Таким образом, анализ публикаций о нейронных сетях свидетельствует о распространении и внедрении неиросетевых технологий в медицине и перспективах развития медицинской нейроинформатики. К сожалению, нами не обнаружено ни одной публикации об использованию данных методов в ветеринарии. Кроме того, практически все медицинские приложения нейронных сетей для практического здравоохранения, за редким исключением, созданы зарубежными авторами. Поэтому разработка методов нейросетевого моделирования и анализа информации также является актуальной задачей.
Эпизоотологический мониторинг некробактериоза
Во многих странах мира проблема болезней конечностей, после маститов и бесплодия, по важности занимает третье место среди болезней молочного скота (R.D. Politec, J. Distl, 1986). Экономический ущерб, наносимый молочному скотоводству, огромен и складывается из прямых затрат на обработку копыт, ножные дезинфицирующие ванны и ветеринарные мероприятия. Косвенные убытки включают снижение молочной продуктивности, долголетия, воспроизводительных качеств у быков-производителей и коров, качества мяса. Уменьшается и ликвидационная стоимость животных (В.Л. Петухов и др., 1997). Кроме того, состояние копыт является одним из критериев пригодности животных к содержанию на комплексах (Г. Фукс, 1978).
До сих пор не существует общепринятой классификации и номенклатуры болезней конечностей. У крупного рогатого скота эти болезни характеризуются преимущественным поражением дистального отдела конечностей и проявляются хромотой. Между тем, в связи с хромотой описывают такие нозологические формы, как пододерматит, язва подошвы, болезнь белой линии, межпальцевый дермит, межпальцевая флегмона и др. Номенклатура этих болезней основана на классификации по анатомо-топографическому признаку и свойственна хирургической точки зрения. В связи с этим А.А. Самоловов (1993) отмечал: "Все эти диагнозы вошли в литературу и практику, когда еще широко была развита оперативная хирургия, и было мало знаний об инфекционной патологии, в частности, о некробактериозе и его возбудителе. Хирурги, как правило, не занимаются бактериологической работой, и в тоже время роль F. necrophorum еще не была основательно признана". Таким образом, болезни конечностей можно рассматривать, как некробактериозные поражения, у которых в основу проявления клинических признаков положен процесс образования некротической язвы.
Сообразно с этим, исследователи, при оценке болезней конечностей, отталкиваются от собственного понимания проблемы и сообщают о ней под обобщающими диагнозами, основанными на характере патологического процесса или анатомо-топографическом строении пальца, и редко классифицируют как некробактериоз.
По сообщению А.А. Самоловова (1993), широкое распространение и высокую заболеваемость некробактериозом на территории Новосибирской области отмечали в первой половине 70-х гг. Некробактериоз регистрировали практически во всех районах области, а в неблагополучных пунктах в среднем насчитывали 120-190 больных. 1981-1990 годы характеризовались стабилизацией и затуханием эпизоотии некробактериоза. Во все периоды заболеваемость крупного рогатого скота некробактериозом имела выраженную сезонность и возрастала в период стойлового содержания. Доля животных, заболевших в стойловый период, достигала 76,0-89,3%. Болели преимущественно нетели, уровень заболеваемости среди этой возрастной группы был достоверно выше по сравнению с коровами и молодняком до 12-месячного возраста.
В. Л. Петуховым с соавт. (1997) проанализирована заболеваемость дистального отдела конечностей у 1419 коров черно-пестрой породы Новосибирской области, из которых выявлено больных 11,0%. Согласно исследованиям СВ. Лопатина (1998), некробактериоз крупного рогатого скота в Новосибирской области регистрировали в 42,6% хозяйств. В 57,7% случаев заболеваемость составляла до 1%, а более 6% отмечена в 10,4% хозяйств.
По сообщению Д.А. Хузина, Г.Х Камалова (1995), некробактериоз крупного рогатого скота распространен в большинстве регионов Российской Федерации. Так в Татарстане в 19 районах насчитывается 68 неблагополучных хозяйств, в
Республике Марий Эл - 42, в Ульяновской области - 53 хозяйства. В ряде пунктов болезнь протекает остро с охватом 40-50% поголовья скота, поражением молодняка, откормочного скота, свиней (Д.А. Хузин, 1999).
Анализ эпизоотической ситуации по некробактериозу крупного рогатого скота в 175 неблагополучных хозяйствах Республики Татарстан, республик Марий Эл, Чувашии, Башкортостана, Ульяновской, Самарской, Кировской, Тульской областей свидетельствует, что к заболеванию некробактериозом наиболее восприимчивы первотелки и высокоудойные коровы в течение 10-15 дней до отела и после него (Х.Н. Макаев и др., 2000).
По данным В.В. Максимовича, Э.И. Веремей (1999), по причине некробактериоза в неблагополучном стаде приходится выбраковывать до 40% коров. В.Н. Кисленко с соавт. (2001) сообщает, что одной из немаловажных причин выбраковки дойных коров является некробактериоз, так как периодически поражает до 30% животных молочного стада.
Согласно исследованиям В.А. Молоканова, В.М. Щеглова, М.Т. Байкенова (2001), в последние 10-15 лет на фермах и комплексах зоны Южного Урала (Челябинская, Курганская области Российской Федерации, Кустанайская область Республики Казахстан), поражения копытец регистрируются у 20-50% животных.
В Новомосковском районе Тульской области из 13 хозяйств в восьми подтверждено неблагополучие по некробактериозу крупного рогатого скота (В.И. Тетеричев и др., 2001). В Московской области в некоторых хозяйствах заболеваемость некробактериозом среди крупного рогатого скота достигает 100% (В. Горин, 2005).
Прогнозирование эпизоотической ситуации по некробактериозу животных
Для рационального планирования эффективных противоэпизоотических мероприятий необходимо научное предвидение будущего. Прогноз -вероятностное суждение о будущем на основе специального научного исследования, прогнозирование это разработка прогноза - форма конкретизации научного предвидения, прогностика - в широком значении -теория и практика прогнозирования, в узком - наука о прогнозах и способах их разработки прогнозов (И.А. Бакулов, 1979).
Различают поисковое (изыскательское, исследовательское) и нормативное прогнозирование. Цель первого - получить предсказание состояния объекта исследования в будущем при наблюдаемых тенденциях, если они не будут изменены. Цель второго - предсказание путей достижения желаемого состояния на основе заранее заданных критериев, целей, норм. Г.М. Добров (1969) классифицировал прогнозы на исследовательский, программный (нормативный) и организационный, называя их также этапами прогнозирования.
Особое место уделяется эпизоотологическому прогнозированию. В представлении И.А. Бакулова (1979), это особая система обобщения и обработки данных, позволяющая на основе суммы сведений об эпизоотологических особенностях конкретной инфекционной болезни, изучения ее истории, оценки роли природно-географических и экономических условий дать научное предсказание о динамике эпизоотического процесса, о возникновении, развитии и угасании эпизоотии. Таким образом, задача эпизоотологического прогноза - установить возможности возникновения инфекционных болезней, расширения или сужения ареала болезни, предвидеть степень (интенсивность) развития эпизоотического процесса, определить сроки отдельных заражений и проявлений, в том числе возможности заноса болезни извне.
Исследования в области эпизоотологического прогнозирования начали проводиться во второй половине XX столетия. Это стало возможным благодаря двум важнейшим обстоятельствам: успехам эпизоотологии, иммунологии, инфекционной патологии и привлечению математических методов ЭВМ к решению эпизоотических задач. М.Г. Таршис, В.М. Константинов (1975) сообщали о разработке экстраполяционных моделей прогноза масштабов иммунизации против сибирской язвы и эмфизематозного карбункула и потребности в биопрепаратах против этих болезней. Используя факторные модели, авторы разработали вариант потенциального ареала болезни Ньюкасла для большой территории. М.Г. Таршис и В.Е. Гудим (1973) исследовали структуру ареала эмфизематозного карбункула методом информационного анализа. Применение этого метода позволило выявить ведущие факторы, а также их сочетания, определяющие интенсивность проявления болезни. По мнению авторов, это позволило оптимизировать планирование мероприятий, в том числе иммунизацию.
В работе С. Stellman, G. Beranger (1974) анализируется бешенство диких животных во Франции в период 1968 - 1972 гг., с использованием для этих целей биоматематической модели, позволяющей исследовать гетерогенные популяции (с участием различных зоологических видов) и эпизоотии на открытых пространствах, т.е. распространяющиеся, невзирая на географические границы. Авторам удалось установить годовой ритм бешенства - периодичность - увеличение числа случаев бешенства один раз в три года, связав это с развитием популяции лисиц и ее восстановлением. Прогнозированием бешенства также занимались В.А. Ведерников и В.А. Седов (1976). П.А. Величкин (1975) изучал прогнозирование гельминтозов. Метод прогнозирования аскаридозов, разработанный им, позволил более четко представлять их эпизоотологию и в комплексе с другими мероприятиями разрабатывать рациональную профилактику.
И в настоящее время прогнозирование проводится математическим моделированием. К. А. Густокашин (2001) оценивал эпизоотическую обстановку в Алтайском крае общепринятыми методами и на их основе предлагал прогноз и специфическую профилактику инфекций. В.Ф. Бордюг (2003) предложена компьютерная программа, способная просчитывать основные показатели напряженности эпизоотического процесса туберкулеза по 60 показателям. В.В. Жеглов и Ю.А. Шумилин (2005), на основе дифференциальных уравнений, предложили прогнозировать развитие эпизоотического процесса сальмонеллеза при клеточном содержании бобров.
Прогнозирование заболеваемости конечностей рассматривалось лишь В.А. Молокановым с соавт. (2001), они предлагали ее оценивать на основе РНГА к белку кератину в сыворотке крови.
Материалы и методы
Работа выполнена в лаборатории некробактериоза сельскохозяйственных животных ГНУ Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока СО РАСХН, а также в хозяйствах и на мясокомбинатах Новосибирской области в 1999-2005 гг.
Особенности проявления патологии внутренних органов в виде абсцессов печени и кожной формы некробактериоза изучали по данным ветеринарной отчетности на мясокомбинатах, собственных эпизоотологических обследований неблагополучных пунктов, а также анкетного опроса ветеринарных служб хозяйств. Полученные результаты группировали и подвергали статистической обработке с вычислением среднего арифметического (М), ошибки среднего арифметического (т), стандартного отклонения (а), коэффициента вариации (Cv) и коэффициента корреляции, используя программу Microsoft Excel. Достоверность различий данных рассчитывали с использованием t-критерия Стьюдента.
Материалом для изучения распространения патологии печени служил крупный рогатый скот, поставляемый на убой на ОАО "Новосибирский мясоконсервный комбинат" и ЗАО «Черепановский мясокомбинат», и результаты послеубойной экспертизы органов.
Под инцидентностью абсцессов печени понимали показатель, определяющий отношение числа животных, у которых при ветеринарно-санитарной экспертизе обнаружены абсцессы печени к общему числу исследованных животных, выраженное в процентах.
При наличии абсцессов печени отбирали биоматериал для лабораторного исследования, которое проводили, руководствуясь «Методическими указаниями по лабораторной диагностике некробактериоза», утвержденными Главным управлением ветеринарии Госагропрома СССР, 1987 г. При отборе проб отмечали органолептическое и патоморфологическое состояние органа. Из пораженной печени, на границе со здоровой тканью вырезали кусочки, нумеровали и делали мазки отпечатки. Лабораторное исследование биологического материала включало окрашивание мазков-отпечатков по Граму, микроскопирование, культивирование и биопробу. Из отобранного биоматериала готовили суспензию на МПБ, делали посев на среду Китта-Тароцци, инкубировали при 37-38 С в течение 5 суток. Одновременно с посевом проводили биопробу на белых мышах. Для этого мышей заражали суспензией исходного материала подкожно в области крестца в дозе 1,0 мл, наблюдение за зараженными животными вели в течение 10 суток. Всего при постановке биопробы, использовали 108 лабораторных мышей (виварий ГНУ ИЭВС и ДВ).
Диагноз считали установленным в случае выделения из биологического материала культуры со свойствами, характерными для возбудителя некробактериоза, и развития некротического очага у белых мышей в месте введения суспензии исходного материала или культуры с последующим обнаружением в мазках из этого очага типичных микроорганизмов.
Эпизоотологическое обследование хозяйств проводили по методическим рекомендациям "Методы эпизоотологических исследований", разработанным СИ. Джупиной с соавт. (1991).
Материалом для постановки реакции агглютинации послужила сыворотка крови от здоровых и больных кожной формой некробактериоза животных из разных хозяйств Новосибирской области. Реакцию агглютинации ставили по методическим рекомендациям «Приготовление антигена из Fusobacterium necrophorum и постановка реакции агглютинации для определения титра агглютининов при иммунизации крупного рогатого скота» подготовленным СВ. Лопатиным, А.А. Самолововым, Т.М. Магеровой и др., и утвержденным на заседании подсекции «Инфекционная патология животных в регионе Сибири и Дальнего Востока» отделения ветеринарной медицины Россельхозакадемии 15 января 2004 года (Приложение). Метод приготовления антигена полностью описан в одном из разделов предлагаемых рекомендаций. Модифицирующей особенностью предложенного метода является предварительное накопление бактериальной массы на специфической среде АКСБ и приготовление 10 млрд. взвеси микробных клеток на фосфатном буфере. В основе технологии постановки РА лежит классический пробирочный метод. Предложенное нами модифицирование, обусловлено рядом свойств возбудителя некробактериоза, и заключается в употреблении в качестве электролита, способствующего выпадению агглютината - фосфатного буфера, а также использование антигена в концентрации 10 млрд. микробных клеток в 1 мл.
Учет реакции проводили невооруженным глазом (визуально). Предварительно штативы с пробирками выдерживали в течение 15-18 часов в термостате, и 2-3 часа при комнатной температуре. Результаты РА оценивали в крестах. Показатели агглютинации в пробирках на четыре, три и два креста характеризовали, как положительная реакция.
