Стимуляция бройлеров оптическим излучением нетепловой интенсивности


подписаться на рассылку анонсов статей:
 
 
поиск по разделу «Статьи»

всего статей: 1513


Стимуляция бройлеров оптическим излучением нетепловой интенсивности



М. Даниловских, доцент кафедры информационных технологий и систем.

Л. Винник, доцент кафедры информационных технологий и систем, Новгородский ГУ им. Я. Мудрого.

По мере сокращения сырьевых и топливных ресурсов, ро­ста численности населения и ухудшения экологической об­становки проблема повышения продуктивности бройлеров приобретает большое значение.

Солнце — основа возникновения и существования жизни на нашей планете, биологические системы в про­цессе своего развития приспособились к этому излуче­нию, и оно стало не только привычным, но и необходи­мым условием жизни. Поэтому всё большую популяр­ность приобретает стимуляция биологических объектов электромагнитным полем оптического диапазона (ЭМП). Подобный вид обработки привлекает высокой техноло­гичностью и экологичностью, к тому же контролируемое в пространстве и времени воздействие более эффектив­но для управления параметрами биологических систем.

Перспективность применения в биорегуляторных целях электромагнитных полей (от СВЧ до ионизирующего диапа­зона) обоснована И.Ф. Бородиным, А.А. Шаховым, Н.Д. Девятковым, В.М. Инюшиным, А.М. Кузиным, Л.Г. Прищепом и их научными школами. Наибольшей экологической без­опасностью и технологичностью обладает излучение в инфракрасной, видимой и ближней ультрафиолетовой обла­сти спектра.

В биологических системах оно выполняет не только энер­гетические, но и важные регуляторные функции, управляя различными процессами, вплоть до экспрессии генов.

В основе световой регуляции лежит резонансное по­глощение электромагнитного излучения составляющими биологической системы. Фундаментальные работы Г. Мо­ра, Т.Й. Кару, Н.Ф. Гамалея, Н.П. Воскресенской позволи­ли установить пути преобразования светового сигнала в химический и его воздействие на метаболизм клетки.

На определённых этапах технологического производства мяса бройлеров на базе оптических источников излучения возможно внедрение новых способов и технологических приёмов, позволяющих сократить применение пестици­дов, химических и гормональных препаратов, повысить продуктивность птицы и экологичность получаемой про­дукции.

Спектр электромагнитных излучений оптического диапазона.

Под оптическим диапазоном в радиофизике рассматри­вают диапазон длин волн от субмиллиметрового до дальне­го ультрафиолетового излучения — 1 мм - 1 нм (Ю.И. Куклев).

Оптическое излучение, обладающее высокой биологиче­ской активностью, во многом определяет жизненно важные процессы живых организмов разного уровня организации. В различных частях спектра оптическое излучение неодина­ково воздействует на биологические объекты. Поэтому его спектр подразделяют на три диапазона: инфракрасное из­лучение (ИК); видимое (ВИ); ультрафиолетовое (УФИ).

Инфракрасное излучение (ИК).

Его принято делить на четыре части: ближнюю зону (λ = 0,76-3 мкм); среднюю (λ = З-6 мкм); дальнюю (λ = 6-15 мкм) и сверхдальнюю (λ = 15-34 мкм).

Видимое излучение (свет).

Спектр видимого из­лучения можно условно разделить на следующие области: красную (770-650 нм); оранжевую (650-585 нм); жёлтую (585-575 нм); зелёную (575-510 нм); голубую (510-480 нм); синюю (480-440 нм); фиолетовую (440-390 нм).

Ультрафиолетовое излучение (УФИ).

Ультрафиоле­товое излучение делится на длинноволновый ультрафио­лет (ДУФ — 400-315 нм); средневолновый (СУФ — 315-280 нм); коротковолновый (КУФ — 280-200 нм); вакуумный (ВУФ — 200-1 нм).

В медицине существует разделение на УФ-А-, УФ-В- и УФ-С-диапазоны: ближнее — с длиной волн от 390 до 320 нм (область А); среднее — от 320 до 280 нм (область В); даль­нее — с длиной волн короче 28-200 нм (область С).

Влияние на биосистему оптического излучения нетепловой интенсивности.

Процессы взаимодействия ЭМ-излучений с живыми ор­ганизмами довольно сложны, до сих пор не получили тео­ретического обоснования. При анализе взаимодействия ЭМИ с биологической системой различают излучения, ионизирующие и неионизирующие, тепловой и нетепло­вой интенсивности, стохастические и когерентные, экзоген­ные и эндогенные.

В общем случае взаимодействие электромагнитных полей с биологическим объектом определяется (А.С. Пресман, О.В. Бецкий и др.);

- параметрами излучения (частотой и длиной волны, ко­герентностью колебания, монохроматичностью и поляри­зацией волны);

- физическими и биологическими свойствами биологи­ческого объекта как среды распространения ЭМП (диэлек­трической проницаемостью, электрической проводимостью, длиной электромагнитной волны в тканях, глуби­ной проникновения, рассеяния, отражения и др.);

- собственной биоэлектрической активностью орган тканей.

К информационному виду воздействия ЭМП на биологический объект относится тот случай, когда излучение низкой интенсивности не вызывает нагрева ткани, то это носит нетепловой, биоинформационный характер внутреннего излучения, но произведённый эффект оказывается значимым. Пресман А.С., изучавший эти процессы, писал: «...Характер реакций организмов на электромагнитные поля зависит не от величины электромагнитной энергии, поглощаемой в тканях, а от модуляционно-временных параметров электромагнитных полей, от того, на кие именно системы организма осуществлялось воздействие... Более того, величина той или иной реакции только не пропорциональна интенсивности воздействующих электромагнитных полей, но, наоборот, в ряде случаев уменьшалась по мере возрастания интенсивности, некоторые реакции не возникали при высоких интенсивностях».

Поданным исследований, верхней границей нетепловой интенсивности ЭМИ при облучении биологических тканей считается плотность потока мощности порядка 10 мВт/см.

При нетепловом действии ЭМ-излучения с определённой вероятностью могут изменяться характер и скорость передачи информации внутри организма, процесс формирования условных рефлексов, количество ключевых ферментов энергетического обмена и др.

Фотобиологическое действие полихроматического оптического излучения. Оптическое излучение оказывает разнообразное влияние на все функции живого организма в виде зрительного, теплового и химического воздействий. Фотобиологическое действие — основная форма преобразования энергии при оптическом облучении биологических объектов, при этом различают несколько основных видов биологического действия ЭМ-излучения оптического диапазона.

Фотобиологические процессы и их стадии.

По­глощение фотонов света веществом — необходимое условие преобразования оптического излучения. Фото­биологические процессы, начинающиеся с поглощения кванта света биологически важной молекулой, как пра­вило, заканчиваются физиологической реакцией на уровне организма. К таким процессам относятся:

- фотосинтез — синтез органических молекул за счёт энергии солнечного света;

- фототаксис — движение организмов, например бак­терий, к свету или от света;

- зрение — превращение световой энергии в энергию нервного импульса в сетчатке глаза или в аналогичных фо­торецепторах;

- действие ультрафиолетовых лучей (бактерицид­ное действие на микроорганизмы, мутагенное, канцеро­генное, образование витамина D из провитаминов, эритемное действие на кожу, терапевтические эффекты);

- действие инфракрасных лучей (тепловое, эритемное, терапевтические эффекты, ожоги и др.);

- люминесценция— испускание молекулами части по­глощённой энергии в виде кванта света (свечение некото­рых бактерий и др.),

В механизме фотобиологического действия ЭМИ оптиче­ского диапазона указанных выше фотобиологических про­цессов определяющим является поглощение энергии све­товых квантов атомами и молекулами биологических тка­ней (закон Гротгуса-Дрейпера), в результате которого обра­зуются электронно-возбуждённые состояния молекул с пе­реносом энергии кванта (внутренний фотоэффект), про­исходит электролитическая диссоциация и ионизация био­логических молекул. Характер первичных фотобиологиче­ских реакций определяется энергией квантов оптического излучения.

В инфракрасной области энергии фотонов (1,6-2,4) ∙ 10-19 Дж достаточно только для увеличения энергии колебатель­ных процессов биологических молекул. Видимое излучение, энергия фотонов которого составляет (3,2-6,4) ∙ 10-19 Дж, способно вызвать их электронное возбуждение и фотолитическую диссоциацию. Кванты ультрафиолетового излучения с энергией (6,4-9,6) ∙ 1019 Дж вызывают ионизацию молекул и разрушение водородных связей.

На следующем этапе энергия оптического излучения трансформируется в тепло или образуются первичные фо­топродукты, выступающие пусковым механизмом фотобиологических процессов.

Первый тип энергетических превращений присущ в боль­шей степени инфракрасному излучению, второй — ультра­фиолетовому. Анализ природы происходящих процессов позволяет утверждать, что специфичность наблюдаемых эффектов различных участков оптического излучения за­висит от длины волны.

Термодинамическое действие когерентного оп­тического излучения. При воздействии НИЛИ возможен локальный нагрев акцепторов на десятки градусов                  (Т.Й. Кару). Хотя процесс длится очень короткий промежуток — ме­нее 10-12 с —, этого вполне достаточно для весьма значи­тельных термодинамических изменений как в группе хро­мофоров непосредственно, так и в окружающих областях, что приводит к существенным изменениям свойств моле­кул и является пусковым моментом индуцированной ла­зерным излучением реакции. В качестве акцептора может выступать любой внутриклеточный компонент, имеющий полосу поглощения для данной длины волны, в том числе и вода. То есть начальным пусковым моментом биологиче­ского действия НИЛИ является не фотобиологическая ре­акция как таковая, а локальный нагрев и проявление тер­модинамического эффекта.

При незначительных локальных возмущениях, недоста­точных для перевода молекулы в новое конформационное состояние, может сравнительно сильно измениться геомет­рия, конфигурация молекул. Структуру молекулы как бы «ведёт», чему способствует возможность поворотов вокруг одинарных связей главной цепи. Это свойство макромоле­кул значительно влияет на их функционирование. Для эф­фективного преобразования энергии достаточно возбуж­дать такие степени свободы системы, которые медленно обмениваются энергией с тепловыми степенями свободы (Б. Гудвин).

Функционирование большинства внутриклеточных ком­понентов тесно связано не только с характером их кон­формаций, но, главное, с их конформационной подвиж­ностью, зависящей от присутствия воды. Вследствие гидро­фобных взаимодействий вода существует не только в виде объёмной фазы свободного растворителя «цитозоля», но также в виде связанной воды «цитогеля», состояние кото­рой зависит от природы и мест локализации белковых групп, с которыми она взаимодействует. Время жизни слабосвязанных молекул воды в такой гидратной оболочке молекул невелико  (t ~ 1012÷10-11 с), но около центра оно намного больше (t ~ 10-6 с). В целом около поверхности белка может удерживаться устойчиво несколько слоев во­ды. Небольшие изменения в количестве и состоянии отно­сительно небольшой фракции молекул воды, образующих гидратный слой макромолекулы, приводит к резким изме­нениям термодинамических и релаксационных парамет­ров всего раствора в целом (Л. Гейльбрун, А.Б. Рубин).

Эффект достигается при воздействии именно лазерным излучением и наиболее важным является такое его свой­ство, как монохроматичность. Если ширина спектральной линии будет значительна (более 30 нм), то есть соизмерима с полосой поглощения макромолекулы, то такое излучение вызовет колебание всех энергетических уровней и про­изойдет лишь слабый — на доли градусов — нагрев всей молекулы. Тогда как спектр с минимальной шириной, ха­рактерный для лазерного излучения (менее 3 нм), вызовет эффект локального нагрева уже на десятки градусов. В этом случае вся энергия лазера будет выделяться на не­большом локальном участке макромолекулы, способствуя термодинамическим изменениям, достаточным для запус­ка дальнейшего физиологического отклика.

Следствием фотоиндуцированного «поведения» макро­молекул является, с одной стороны, изменение структуры воды, с другой — высвобождение ионов кальция из кальциевого депо. При этом увеличивается концентрация Са2+ в цитозоле (Н.Ф. Гамалея, Н.К. Смольянинова и др., П.И. Тол­стых и др.).

Увеличение концентрации Са2+ в цитозоле является ос­новным механизмом, запускающим лазерно-индуцирован­ные процессы, и замечено, что все физиологические изме­нения, происходящие вследствие этого на самых различ­ных уровнях, — кальцийзависимые (С.В. Москвин).

Собственные ЭМ-излучения в организме. Эволюция биосистем происходила под действием внешних (экзоген­ных) и внутренних (эндогенных) ЭМП. Живые организмы, состоящие из множества клеток, молекул, атомов, заря­женных частиц, сами являются источниками ЭМ-колебаний в широком диапазоне частот — от ультравысоких до инфранизких. Эти колебания могут иметь случайный и пе­риодический характер (О.В. Бецкий).

В оптическом диапазоне в организме регистрируется активное собственное излучение различных длин волн. В ИК-диапазоне поверхность тела человека, его органы и тка­ни излучают тепловой поток с максимумом излучения при длине волны 9,6 мкм, при этом с 1 см2 кожного покрова человека излучается около 40 Вт энергии (М.М. Мирошников). УФ-излучение тканей и клеток организма лежит в области длин волн 190-340 нм, его источником служат бел­ки, полипептиды и углеводы, оно полностью отсутствует у жиров (А.И. Журавлёв). Сверхслабое свечение в видимой области спектра (360-800 нм) свойственно всем тканям жи­вотных и характеризуется тем, что энергию для свечения клеток поставляет процесс свободнорадикального окисле­ния тканевых липидов.

Применение ЭМ-излучений оптического диапазона в птицеводстве.

Освещение играет важную роль при выращивании пти­цы всех направлений и позволяет управлять процессами её физиологического развития, обеспечивать более комфортные условия содержания и добиваться существенно­го роста практически всех показателей продуктивности поголовья. Правильно организованная система совместно с правильно спроектированной программой освещения позволяет влиять на возраст полового созревания, обес­печить оптимальный режим развития птицы, увеличить яйценоскость, длительность периода яйцекладки, размер яиц и их массу, прочность скорлупы, оплодотворённость, снизить бой яиц. Кроме того, увеличить выживаемость молодняка, уменьшить затраты кормов и улучшить их ус­вояемость, снизить травматизм птицы и затраты электро­энергии в 1,5-3,0 раза.

Основные параметры освещения, влияющие на жизне­деятельность птицы — это освещённость, спектр излучения осветителей, длительность светового дня и её изменение.

Установлено, что ритмы дневной активности и ночного покоя у кур регулируются эпифизом путём выделения фермента, отвечающего за превращение серотонина в мелатонин, при повышении уровня которого в крови птица садится на насест, засыпает и температура тела у неё пони­жается. Эксперименты показали, что эпифиз чувствителен к свету, однако эта чувствительность неодинакова в разные периоды суток.

Предполагают, что длительность суток измеряется с по­мощью эндогенного ритма, который состоит из двух полуциклов: светочувствительного и темночувствительного. Световая стимуляция происходит только тогда, когда про­должительность светового дня распространяется на тем­ночувствительную часть эндогенного ритма. По послед­ним данным, светочувствительная фаза для кур наступает спустя 11 ч после первого включения «рассвета» и про­должается 5 ч, несмотря на то, что этот период может прерываться короткими периодами темноты (А.Ш. Кавтарашвили).

Предынкубационная и инкубационная обработка яиц.

Одной из причин высокой себестоимости продукции птицеводства является диспаритет цен на продукцию и кор­ма для птицы. Недостаточное питание, как правило, ведёт к снижению резистентности организма, следовательно, к по­вышению затрат труда и средств на единицу продукции. В связи с этим разработка технологий, не требующих значи­тельных затрат, но повышающих продуктивность птицы, яв­ляется целесообразной (Б.Ф. Бессарабов). В этих целях можно успешно применять ЭМ-излучение оптического диа­пазона (Н.В. Михайлов, И.Л. Якименко и др.). Для воздей­ствия энергией данного диапазона яйцо птицы является од­ной из тех биологических сред, где световое воздействие вызывает значительные сдвиги, как в эмбриональный, так и в постэмбриональный период развития (В.В. Пак и др., В.В. Коновалов).

Опубликованные в литературе экспериментальные дан­ные свидетельствуют об эффективности применения ЭМ-излучения как в период перед закладкой на инкуба­цию, так и в процессе инкубации яиц. Так, наибольшее внимание привлекают работы сотрудников Московской академии ветеринарной медицины и биотехнологии, про ведённые под руководством профессора Б.Ф. Бессарабова. При обработке яиц перед инкубацией He-Ne лазером в экс­позициях 5, 10 и 15 мин было обнаружено лучшее развитие сосудистого поля зародыша, большее количество пар сомитов, наименьшая масса аллантоиса. Вывод цыплят от числа оплодотворённых яиц увеличился на 2-3%, а от чис­ла заложенных — на 3-4 процента.

Ранняя стимуляция эмбриогенеза гелий-неоновым ла­зерным излучением отражается и на результатах вывода. В опытных группах вывод молодняка от числа заложенных яиц повысился на 3-4%, отход цыплят снизился в 1,8 раза. Подопытные цыплята отличались в 30-дневном возрасте лучшим развитием, большей живой массой, при этом со­хранность поголовья была выше на 4,95%, чем в контроле (Е.Б. Петров).

В работе М.Н. Мамукаева показана комплексная обработ­ка яиц мясных кур как перед закладкой на инкубацию, так и в процессе инкубации квазимонохроматическим и ла­зерным облучением. Воздействие на яйца красным светом лампы ДНЕСГ-500 с экспозицией 5 мин, а затем He-Ne ла­зером ЛГН-104 с экспозицией 3 мин и излучением ультра­фиолетовой лампой ДРТ-400 с экспозицией 3 мин приво­дит к повышению эмбриональной и постэмбриональной жизнеспособности, выводу молодняка птицы на   1,5-7,1%, что положительно коррелируется с показателями есте­ственной резистентности.

Постнатальная стимуляция суточных цыплят. В настоящее время разработка методов повышения про­дуктивных качеств птицы на ранних этапах жизни, раскры­тие её биоресурсного потенциала по-прежнему остаются в зоне внимания и имеют большое практическое значение. Ранний постэмбриональный период является периодом становления пищеварительной (переход с липидного пита­ния на углеводный), иммунной, гормональной систем и направленности метаболических процессов в организме. Поэтому важно именно в суточном возрасте стимулировать организм цыплят с целью улучшения обмена веществ, по­вышения жизненного тонуса, уменьшения или ликвидации стрессовых механизмов, снижению смертности и улучше­нию однородности поголовья по массе.

В литературе освещены экспериментальные данные об эффективности применения биостимуляции суточных цыплят-бройлеров. Так, в работе В.В. Головей по магнитолазерному воздействию использовались специально отобран­ные угнетённые, с низкой живой массой (36-37 г) цыплята. Их облучение с экспозицией 1 и 3 мин показало ускорение роста живой массы до 2400-2500 г, в то время как в конт­роле этот же показатель составил лишь 1500 г (Р < 0,001). Таким образом, магнитолазерное воздействие при выра­щивании и откорме слабых цыплят-бройлеров способству­ет повышению сохранности поголовья и интенсивности ро­ста живой массы.

Исследования М.Г. Даниловских и Л.И. Винник проводи­ли на суточных цыплятах по воздействию низкоинтенсив­ного сканирующего лазерного (НИСЛИ) и квазимонохроматического излучений светодиодов красного диапазона (СДИ), модулированного пространственным модулятором (ПМ) с различными биологическими веществами (в течение первых часов жизни). Анализ показателей роста цыплят в двух экспериментах выявил (в опыте и контроле) различия по живой массе.

Так, в случае применения НИСЛИ через ПМ (с чаванпраш) максимальное значение увеличения первоначальной живой массы получено при экспозиции 120 с и дозе D = 1,7 мДж/см2, мясные цыплята опытной группы (ПМ с чаванпраш) на день убоя превышали массу контрольной группы на 26,93%, тог­да как без ПМ — на 20,51 процента. В целом увеличение пер­воначальной живой массы цыплят-бройлеров происходило в 35,12-42,11 раза соответственно.

В эксперименте со СДИ красного диапазона (без ПМ) при экспозиции 15 с мясные цыплята опытной группы увеличили свою первоначальную массу в 33,48 раза, тогда как в конт­роле лишь в 30,79 раза. Максимальные значения данного по­казателя получены в случае применения ПМ с компонентами муки семян крапивы, мелиссы и плодов рябины красной при экспозиции СДИК 15 с, и составили 34,66, 34,71 и 35,04 раза соответственно. В целом повышение первоначальной живой массы цыплят-бройлеров от 28,50 до 35,04 раза.

Заключение.

Таким образом, регуляторное воздействие ЭМ-излучений оптического диапазона во многом опреде­ляет функциональное состояние организма и его физиоло­гической адаптации. Значительный экспериментальный и теоретический материал, накопленный к настоящему вре­мени, свидетельствует о том, что в биологических тканях под влиянием ЭМ-излучений реализуются многие извест­ные физике эффекты, связанные с поляризацией, прямой и отрицательной проводимостью биологических структур, генерацией собственных ЭМ-колебаний, пьезоэффектами, фотопроводимостью и др. На клеточном уровне, кроме дипольной, наблюдаются мембранная, ионная, полевая (не химическая) и другие теории взаимодействия ЭМП с кле­точными структурами.

Наряду с энергетическим действием ЭМИ многие иссле­дователи рассматривают в основе организации биосистем информационные взаимодействия, которые сформировались в процессе эволюции. Биологический организм пред­ставляет собой сложную систему, состоящую из многих ор­ганов и подсистем, которые в течение жизни согласованно работают при изменениях внутренних и внешних условий, адекватно реагируя на них. Поэтому функционирование биосистемы возможно лишь при наличии развитых информационно-управляемых систем.

Циркуляция огромного потока информации в процессе функционирования биосистемы возможна при использовании сигналов. Они должны обладать малой мощностью, так как затраты энергии на их формирование должны быть совместимы с энергетическими возможностями биосисте­мы, которые используются в основном для обеспечения ра­боты организма. По оценкам учёных, мощность сигналов составляет 1-10 мВт/см2, является нетепловой, то есть биоинформационной интенсивности.

Информационная основа, заложенная в защитном механизме биосистемы, не реагирует на многие сигналы, при­сутствующие в окружающей его природе, так как реакция на эти сигналы могла бы возбуждать и нарушать нормаль­ное функционирование внутренней информационной си­стемы.

Подтверждением информационной природы воздей­ствия является получение практически одинакового ин­формационного эффекта при облучении различных уча­стков тела, удалённых как друг от друга, так и от органа, на который оказывается воздействие. Это свидетельствует о том, что речь идёт о действии на единую информационно­управляемую систему организма. Биологические эффекты, обусловленные этими взаимодействиями, зависят уже не от величины энергии, вносимой в ту или иную систему, а от её информационного содержания (модуляционно-времен­ных параметров амплитуды, частоты, длительности, поля­ризации, плотности, мощности и т.д.) и состояния самой биологической системы. Вместе с тем, определив соответ­ствующие параметры режима облучения, можно целена­правленно воздействовать на отдельные органы и системы биообъекта.

Таким образом, рассмотрение взаимодействия стохасти­ческого, когерентного и квазимонохроматического ЭМ-из­лучения с биологической системой на всех уровнях организации как фотобиологического и термодинамического процесса, показывает значимость различных внешних электромагнитных полей, в первую очередь оптического диапазона в регулировании процессов жизнедеятельности биосистемы.

При производстве цыплят-бройлеров биостимуляцию не­обходимо проводить на разных этапах производства: перед инкубацией яиц, суточных цыплят, а в процессе роста до убоя досвечивать светодиодными светильниками со специ­ально подобранным спектром и модулированными соот­ветствующими частотами. В этом случае можно получить больший прирост массы и отказаться от применения хими­ческих стимуляторов

Источник: журнал «Птицеводство» №10, 2013 г.







 

администрация сайта: ООО «Фаулер»
ждем ваших писем: deneb@webpticeprom.ru

 
птицеводство
Webpticeprom птицеводство
  1. Главная
  2. Статьи про птицеводство
  3. Управление производством
  4. › Стимуляция бройлеров оптическим излучением нетепловой интенсивности
 
Управление производством
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
на сайте страниц: 13049