Конспекты лекций ЛЕКЦИЯ №1 «ВЕТЕРИНАРНАЯ ЭКОЛОГИЯ ЕЕ СОДЕРЖАНИЕ, СВЯЗИ С ДРУГИМИ НАУКАМИ» ПЛАН ЛЕКЦИИ 1.ВВЕДЕНИЕ В ВЕТЕРИНАРНУЮ ЭКОЛОГИЮ 2.ИСТОРИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ ЭКОЛОГИИ И ЕЕ СВЯЗЬ С ДРУГИМИ НАУКАМИ 3. АУТЭКОЛОГИЯ 4. ЭНДОЭКОЛОГИЯ И ПАТОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ 1.ВВЕДЕНИЕ В ВЕТЕРИНАРНУЮ ЭКОЛОГИЮ Определения. Э. Геккель охарактеризовал Экология наука - о взаимоотношениях между животным и средой его обитания. В процессе своего развития экология превратилась в обширную науку — мегаэкологию (панэкологию, глобальную экологию, «большую» экологию). Мегаэкология подразделяется на десятки экологических наук, в том числе на ветеринарную экологию. Ветеринарная экология рассматривает четыре совокупности вопросов: 1) аут- и синэкологию животных; 2) энзоотии (эпизоотии), возникающие вследствие негативных изменений в биогеоценозах; 3) использование методов инженерной экологии в регуляции и оптимизации животноводческих биогеоценозов с целью профилактики заболеваний животных в системе мероприятий по созданию высокопродуктивных здоровых стад; 4) производство экологически чистых продуктов животноводства и решение проблем, связанных с сохранением высокого качества окружающей (человека) природной среды. 1 Ветеринарная экология тесно взаимосвязана со всеми экологическими науками и отраслями знаний о природе и обществе. 2. ИСТОРИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ ЭКОЛОГИИ И ЕЕ СВЯЗЬ С ДРУГИМИ НАУКАМИ В настоящее время сложно установить, кто и когда впервые употребил термин «ветеринарная экология». О ветеринарной экологии заговорили в начале 1970-х годов (академик В. П. Шишков, профессор В. Н. Локтионов, доцент А. Н. Ахмадеев и др.). Истоки ветеринарной экологии, ее развития и использования в практике ветеринарии и животноводства тесно связаны со многими вузами и научно-исследовательскими институтами (НИИ), и в первую очередь с деятельностью Казанской высшей ветеринарной школы (Казанская государственная академия ветеринарной медицины). По современным представлениям ветеринарная экология как наука и как отрасль практической деятельности ветеринарных врачей решает экологические проблемы, связанные с разработкой мер защиты животных от болезней при создании высокопродукивных здоровых стад в целях производства животноводческой продукции высокого качества. В «Определениях» обозначены четыре совокупности проблем, рассматриваемых ветеринарной экологией. Среди них - аут- и синэкология животных. Аутэкология рассматривает влияние факторов окружающей среды, например корма, на рост, развитие, продуктивность и естественную резистентность животных. Синэкология изучает экосистемы (биогеоценозы, геотехсистемы), компонентами которых являются животные. Состояние животных во многом определяется изменениями, происходящими в надорганизменного уровня (биогеоценозах, геотехсистемах). 2 экосистемах Энзоотии — следствие негативных изменений в экосистемах (биогеоценозах, геотехсистемах). Так, к примеру, пастбищные болезни— следствие деградации пастбищ. И наконец, ветеринарная экология рассматривает проблемы, связанные с охраной природы, с улучшением качества природной среды как необходимого условия профилактики заболеваний животных, создания высокопродуктивных животноводства здоровых высокого стад качества. для производства Ветеринарная продукции экология решает ветеринарно-зоотехнические и санитарно-гигиенические проблемы. При решении диагностических и лечебно-профилактических проблем она использует классическую характеристику экологии, данную Э. Геккелем (см. «Определения»). Ветеринарная экология тесно связана с другими науками. Являясь составной частью мегаэкологии (панэкологии), она имеет тесную связь с сельскохозяйственной экологией и медицинской экологией. Сельскохозяйственную экологию можно охарактеризовать как науку о факторах природной среды, об их влиянии на организмы культивируемых растений и животных, об экосистемах (биогеоценозах), преобразованных человеком для производства продуктов растениеводства и животноводства. По характеру научных подходов и отчасти по объектам исследования ветеринарная экология созвучна с медицинской экологией. Эти две науки рассматриваются как «близкие» и «незаменимые» в деле диагностики, лечения и профилактики болезней, общих животным и человеку (зооантропонозов). Ветеринарная экология неразрывно связана с биогеоценотической патологией — наукой о болезнях, возникающих у животных вследствие негативных изменений в биогеоценозах (Н. А. Уразаев, 1975). 3 Рис. 2. Место ветеринарной экологии в ряду других наук Ее содержание охарактеризовано в свете законов экологии Б. Коммонера (А. Ф. Могиленко и др., 1998). Первый закон:все связано со всем. Продуктивные животные — составной компонент сельскохозяйственной экосистемы. Популяция животных (стадо) взаимосвязана с живыми и неживыми компонентами биогеоценоза (БГЦ). Все компоненты БГЦ взаимосвязаны друг с другом и влияют друг на друга. Второй закон: все куда-то должно деваться. При сбалансированности взаимоотношений между стадом и пастбищными растениями загрязнения среды не происходит. Отходы животных в форме фекалий и мочи являются сырьем для производства природой органических удобрений, т. е. элементов минерального питания растений. Если на пастбищном участке пасется слишком много животных, то объем навоза, скопившегося на единице площади, резко возрастает. Очень много навоза накапливается на стойбищах. Природные механизмы утилизации отходов животных оказываются недостаточными. Навоз полностью не минерализуется и превращается в опасный загрязнитель среды. Опасность загрязнения среды отходами животных резко возрастает при их стойловом содержании. В условиях промышленного животноводства утилизация навоза с целью охраны окружающей среды от загрязнений представляет острую экологическую проблему. Третий закон: ничего не дается даром. За все надо платить. Форма оплаты разная. Зооветработники расплачиваются затратами времени, труда, ресурсов. Необходимо платить 4 • за выпас стад в травяных и лесных биогеоценозах, • за поддержание необходимых условий кормления и содержания животных в ферменных БГЦ, за поверхностное и коренное улучшение пастбищ, строительство • летних лагерей, скотных дворов, животноводческих ферм и комплексов, за проведение мероприятий по охране среды от загрязнений • отходами животноводства. Необходимо платить за проведение лечебно-профилактических • мероприятий по защите животных от заболеваемости и гибели, за производство экологически чистой продукции животноводства • (мяса, молока, яиц и др.). Вексель не может быть не оплачен. Его оплата может быть лишь отсрочена. Четвертый закон: природа «знает» лучше. Природа была, есть и будет нашим учителем. Познание ее законов позволит нам действовать природосообразно. При формировании в хозяйстве стад предпочтение следует отдавать видам (породам) животных, наиболее приспособленным к местным климатическим, геохимическим, флористическим и фаунистическим условиям. В пастбищных БГЦ стада должны выедать такой объем массы растений, какой относительно быстро может быть восстановлен. Сельскохозяйственные экосистемы должны быть безотходными. Необходимо разработать геохимические и гигиенические надежные методы использования навоза в качестве удобрений на полях, лугах, пастбищах с целью повышения их урожайности и охраны окружающей среды от загрязнений. Получение достаточного количества кормов высокого качества — необходимое условие эффективного развития животноводства и производства экологически чистой продукции животного происхождения. Ветеринарная ветеринарного экология цикла: сохранила клинической 5 глубокие связи диагностикой и с науками терапией, эпизоотологией и паразитологией, хирургией и акушерством, ве- теринарносанитарной экспертизой и другими дисциплинами. Так же имеет неразрывные связи с циклом наук о природе и обществе. Например при рассмотрении экологических аспектов лучевой болезни она использует научные концепции физики, отравлений животных кислотами и щелочами — химии и т. д. Ветеринарная экология решает проблему производства экологически чистой продукции животноводства, предполагающей разработку мероприятий по охране природы как одного из необходимых условий создания высокопродуктивных здоровых стад. Большое внимание уделяется эколого-ветеринарной и санитарно-гигиенической экспертизе продовольственного сырья и пищевых продуктов животного происхождения. 3. АУТЭКОЛОГИЯ Определения. Под аутэкологией подразумевают раздел экологии, изучающий взаимоотношения организма (вида) и факторов среды его обитания. Средой обитания называют живую и неживую (косную) природу, окружающую организм(ы). Элементы окружающей среды, прямо или косвенно влияющие на организм(ы), носят название экологических факторов (биогеоценотических факторов, факторов биогеоценоза). Понятие экологического фактора — одно из фундаментальных в аутэкологии. Наряду с термином «экологический фактор» в экологии распространены термины «экологическое условие» и «экологический ресурс». Термином «экологический ресурс» обозначают средообразующий компонент природы, который может быть использован организмами в процессе их жизнедеятельности. Так, к примеру, пастбищный травостой — кормовой ресурс для пасущихся животных (стад). В то же время любая пища, может быть рассмотрена в качестве фактора биогеоценоза, так как питательные вещества, содержащиеся в рационе кормления животного, оказывают существенное влияние на его организм. 6 Под «экологическими условиями» подразумевают чаще всего природные явления абиотического характера, например климат. В отличие от ресурсов экологические условия организмами не потребляются и не расходуются. Экологические условия, как правило, неисчерпаемы. В то же время экологические условия нередко называют факторами биогеоценоза (Н. В. Дылис), так как они могут оказывать существенное влияние на организм(ы). Следовательно, терминами «экологический фактор», «экологический ресурс», «экологическое условие» обозначают фактор окружающей среды, прямо или косвенно влияющий на организм. В ветеринарной экологии понятие «экологический фактор» трактуется широко. Оно включает в себя понятия «экологический ресурс» и «экологическое условие». Многообразие экологических факторов вело к необходимости их систематизации, классификации. Классификаций этиологических факторов много. Одна из них, наиболее распространенная, подразделяет экологические факторы на две группы: 1) неживые, абиотические, например воздух, вода; 2) живые, биотические — растения, животные, микроорганизмы. Экологи единодушны в мнении, что подобное подразделение экологических факторов условно. Нередко трудно, а иногда невозможно тот или иной фактор отнести к той или иной группе. В ветеринарной экологии предпочитают пользоваться классификацией, в которой экологические факторы подразделены на пять групп: 1 — физические (свет, тепло, холод, шумы, ионизирующая радиация и др.); 2 — химические (кислоты, щелочи, соли и т. д.); 3 — биотические (растения, животные, микроорганизмы); 7 4 — информационные (воспринимаемые животными оптические, звуковые и иные сигналы, исходящие из окружающей среды); 5 — антропогенные, связанные с воздействием на природу человека. Такое подразделение экологических факторов находится в созвучии с основными концепциями ветеринарной патологии и терапии. Все эти факторы при определенных условиях могут играть роль стрессоров, агентов, вызывающих заболевания животных. Так же факторы могут быть использованы для лечения и профилактики болезней животных. Лечебно-профилактическая работа ветеринарного врача — это особая форма антропогенного фактора 4. ЭНДОЭКОЛОГИЯ И ПАТОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ Эндоэкология изучает взаимоотношения между клетками (органами), и средой организма, между ним и его окружением. Эндоэкология, как и другие экологические дисциплины, тесно связана с биогеоценотической патологией, изучающей болезни животных на уровнях организации организма, суборганизменных и надорганизменных систем. Любой индивид каждого вида животных в той или иной мере отличается от себе подобных и по морфологии, и по физиологии, и по устойчивости или восприимчивости к болезням. И сама болезнь каждого животного протекает по-особенному. Ряд клиницистов утверждают, что в мире болезней ровно столько, сколько больных животных. Поэтому экологический анализ болезней предполагает определение диагноза больного (патогенетический диагноз). Патогенетический диагноз может явиться окончательным — при распознавании спорадических болезней, промежуточным — при диагностике энзоотий (эпизоотий). Общепринятого понятия «организм» не существует. В животноводстве и ветеринарии, в ветеринарной экологии термины «организм», «особь», «индивид», «индивидуум», «бионт» воспринимаются обычно как синонимы. Отдельное млекопитающее или отдельная птица —есть организм. Раньше 8 считалось неоспоримым, что организм — форма организации живого вещества, неделимая единица жизни. Организмы животных являются местом обитания для разнообразной микрофлоры и микрофауны. Под влиянием факторов внешней среды взаимоотношения между макро- и микроорганизмами могут существенно меняться. Нарушение биологического равновесия между макро- и микроорганизмами может стать причиной заболеваний животных. Классическим примером организменного биоценоза и его влияния на жизнедеятельность организма хозяина является микрофлора и микрофауна рубца крупного рогатого скота, овец, жвачных других видов. Микрофлора и микрофауна, обитающие в преджелудках, синтезируют тиамин, рибофлавин, пантотеновую кислоту, пиридоксин, биотин, фолиевую кислоту, цианокобаламин и другие витамины, жизненно необходимые для организма животного. Микрофлора имикрофауна из рубца, сетки и книжки поступают в сычуг и под влиянием желудочного сока перевариваются. Образуется очень ценный в питательном отношении микробиальный белок, участвующий в белковом обмене организма-хозяина. Таким образом, симбионты, обитающие в рубце, играют жизненно важную роль в процессах пищеварения и в обмене веществ жвачных. Без «экологической системы рубца» существование и размножение жвачных животных оказалось бы невозможными. «Работа» биоценоза рубца (как и сообществ других органов макро организма) тесно связана не только с физиологией, но и патологией животных. Патологические сдвиги в сообществе микроорганизмов могут быть обусловлены изменением среды их обитания в рубце вследствие неполноценного кормления животных. Патоценоз(совокупность патогенных факторов в биотопе как единой системе), сформировавшийся в рубце, может стать причиной патологических изменений рубцового пищеварения и обмена веществ в организме животного-хозяина. 9 Так, установлено, что в случаях, когда в рационе кормления животных отмечается избыточное количество растворимых углеводов (крахмала, Сахаров), в преджелудках формируется среда, способствующая бурному размножению молочнокислых бактерий. Молочнокислое брожение сопровождается образованием больших количеств молочной кислоты, смещением рН рубца в кислую сторону. Развивается ацидоз рубца — тяжелое заболевание, характерной чертой которого является отравление организма-хозяина молочной кислотой. При избытке в рационе азотсодержащего белкового корма обильно размножаются протеинолитические, гнилостные алкалофильные микроорганизмы. Потребление ими протеина сопровождается образованием промежуточных и конечных продуктов распада белков, в том числе аммиака. В результате рН рубцового содержимого смещается в щелочную сторону, Развиваетсяалкалоз рубца — тяжелое заболевание, в патогенезе и клинической картине которого преобладают явления отравления аммиаком. Изменение рН рубцового содержимого при ацидозе и алкалозе рубца, других болезнях преджелудков приводит к уменьшению видового состава и численности инфузорий, снижению их двигательной активности и даже гибели. Изучение закономерностей образования «рубцовых» патоценозов расширяет возможности для разработки эффективных методов их регуляции и оптимизации. Уже сейчас разработаны способы «нормализации» микробиоценоза в рубце. Восстановлению биоценотических процессов и оптимизации метаболизма в преджелудках способствует введение в рубец больных животных 1—2 л свежего рубцового содержимого, полученного от здоровых коров. Патоценозы флоры и фауны могут формироваться на коже и в подкожной клетчатке, в лимфатических узлах носоглотки, в легких, печени, почках и других органах и тканях хозяина. Патогены (вирусы, бактерии, 10 простейшие, гельминты и другие сочлены биоценоза) могут поражать головной и спинной мозг, сердце, легкие, печень, все органы и ткани. Изучение организменных биоценозов имеет важное значение в решении проблем ятрогенных болезней (ятрогéния— изменения здоровья пациента к худшему, вызванные неосторожным действием или словом врача). Среди них широко распространены дисбактериоз и кандидамикоз. Эти болезни зарегистрированы в хозяйствах, где широко и бессистемно применяли антибиотики. Хотя грибные заболевания животных, связанные с широким применением антибиотиков, изучены недостаточно, тем не менее ясно, что эта проблема остра и требует своего разрешения. Трансформацией биоценотических связей и изменением биологического равновесия во взаимоотношениях между макро- и микроорганизмами в пользу последних можно объяснить появление атипичных стрептококковых бронхопневмоний и других тяжелых болезней, вызываемых «безобидной» условно патогеннрй микрофлорой. Есть основания считать, что регулирование организменного биоценоза является одним из важных факторов успешного лечения: незаразных болезней, вызываемых условно-патогенной микрофлорой (ларингит, бронхит, бронхопневмония, плеврит, гастроэнтерит, нефрит и др.); инфекционных болезней (рожа свиней, сальмонеллез телят, отечная болезнь поросят и др.); инвазионных болезней (пироплазмоз, чесотка, балантидиоз аскаридоз, диктиокаулез и др.). Применение антимикробных, противоамебных, антигельминтных и иных лечебных препаратов может дать положительный терапевтический эффект только в случае, если патоценоз, сложившийся в организме (паразитоценоз - совокупность паразитов, обитающих в каких либо органах или во всем организме), изменится в благоприятную сторону. 11 Однако следует признать, что изменения биоценотических связей под влиянием лечебных мероприятий изучены недостаточно, и поэтому врачебные воздействия на организмы животных нередко ведут к непредвиденным негативным последствиям. ЛЕКЦИЯ №2 «ПАРАЗИТИЗМ, ПАТОГЕННОСТЬ И ПАРАЗИТАРНЫЕ СИСТЕМЫ» ПЛАН ЛЕКЦИ 1. МЕХАНИЗМ ПЕРЕДАЧИ ВОЗБУДИТЕЛЯ ИНФЕКЦИИ 2. САМОРЕГУЛЯЦИЯ ПАРАЗИТАРНЫХ СИСТЕМ 3. ТИПЫ ПАРАЗИТИЗМА. 4. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПАРАЗИТАРНЫХ СИСТЕМ, 1. МЕХАНИЗМ ПЕРЕДАЧИ ВОЗБУДИТЕЛЯ ИНФЕКЦИИ Механизм передачи возбудителя инфекции — способ перемещения возбудителя инфекционной или паразитарной болезни из зараженного организма в восприимчивый. Включает последовательную смену трех стадий: • среду; • выведение возбудителя из организма источника в окружающую пребывание возбудителя в абиотических или биотических объектах окружающей среды; • внедрение (введение) возбудителя в восприимчивый организм. Существует шесть основных видов механизмов передачи возбудителя инфекции: Воздушно-капельный механизм передачи инфекции — механизм передачи инфекции, при котором возбудители локализуются в слизистой оболочке дыхательных путей, откуда поступают в воздушную среду (прикашле,чиханиии т. п.), пребывают в ней в форме аэрозоля и внедряются в организмчеловекапри вдыхании зараженного воздуха. 12 Контактный механизм передачи инфекции — механизм передачи инфекции, при котором возбудители локализуются накожеи ее придатках, на слизистой оболочкеглаз, полостирта,половых органов, на поверхности ран, поступают с них на поверхность различных предметов и при контакте с ними восприимчивого человека (иногда при непосредственном контакте с источником инфекции) внедряются в его организм. Трансмиссивный механизм передачи инфекции (также называемый «гемоконтактным») — механизм передачи инфекции, при котором возбудитель инфекции находится в кровеносной системеилимфе, передается при укусах специфических и неспецифических переносчиков: укусе кровососущего членистоногого (насекомогоиликлеща). Фекально-оральный механизм передачи инфекции — механизм передачи инфекции, при котором локализация возбудителя инфекции преимущественно вкишечнике определяет его выведение из зараженного организма с испражнениями (фекалиями,мочой) илирвотными массами. Проникновение в восприимчивый организм происходит через рот, главным образом при заглатывании загрязненной воды или пищи, после чего он вновь локализуется в пищеварительном тракте нового организма. Вертикальный или Трансплацентарный путь передачи инфекции — при котором возбудитель инфекции передается от матери к плоду во время беременности. 2. САМОРЕГУЛЯЦИЯ ПАРАЗИТАРНЫХ СИСТЕМ П а р а з и т а р н а я с и с т е м а — это система, в основе которой лежит эволюционно выработанное взаимодействие популяций паразита и хозяина. Ее свойства зависят от свойств, составляющих систему элементов (популяций паразита и хозяина) и системообразующих связей — взаимодействия этих элементов. В современной эволюционной биологии принято, что исходным пунктом (элементарной ячейкой) развития всех живых существ является не особь и не вид, а популяция. Взаимодействие популяций в паразитарной системе осуществляется не примитивно, не 13 только как первая фаза паразитизма (питание и размножение в организме хозяина), но и как фаза смены хозяина. Взаимодействие популяций как основа развития всех паразитарных систем представляет собой исходный момент в изучении биологической сущности и эпизоотического процесса. Это обстоятельство диктует необходимость введения новых терминов общебиологического и ветеринарного плана. П о п у л я ц и я — форма существования биологического вида. В и д — группа фенотипически сходных организмов с присущим им всем определенным основным качеством и имеющих взаимосвязанный генофонд. Каждая же особь в отдельности содержит малую часть генофонда. Виды микроорганизмов в основном политипичны. Они состоят из мелких соподчиненных таксономических единиц (подвидов, вариантов, разновидностей, типов, штаммов, форм), для которых нет точных и общепринятых определений. Наиболее существенные критерии разграничения видов микроорганизмов возбудителей инфекционных болезней основаны на экологическом и генетическом подходах. Биологическое понимание популяции как эволюционной и систематической единицы вида предполагает п р и р о д н у ю п о п у л я ц и ю — совокупность особей данного вида, относительно изолированных в своей естественной жизнедеятельности от других совокупностей особей этого вида. Это сообщество, способное к генетическому обмену особей, обитающих в определенной местности. При определении эпизоотического (природного) очага используют территориальные и популяционные подходы. П р и р о д н ы й о ч а г б о л е з н и — это участок территории географического ландшафта, в пределах которого происходит передача возбудителя (по Е. Н. Павловскому). В соответствии с популяционным подходом э п и з о о т и ч е с к и й ( в том числе природный) о ч а г — это популяция возбудителя вместе с поддерживающими ее существование 14 популяциями хозяев. Популяция возбудителя в границах эпизоотического очага всегда дискретна. В каждый данный момент она состоит из отдельных, относительно изолированных компонентов (организменных и вне организменных). Изъятый из определенного участка очага возбудитель не представляет популяцию в целом. Ш т а м м возбудителя — отдельные колонии изолята. К л о н — совокупность особей, которые являются потомством одного микроорганизма. Средой обитания возбудителя может быть организм человека, животного и внешняя среда. Некоторые виды возбудителей поражают многие виды хозяев — п о л и г о с т а л ь н о с т ь . Взаимодействие популяций паразита и хозяина характеризуется основными взаимосвязанными положениями теории саморегуляции паразитарных систем: 1) генотипическая и фенотипическая неоднородность популяций паразита и хозяина по признаку отношения друг к другу; 2) динамическая изменчивость взаимодействующих популяций; 3) самоперестройка популяций как основа фазности развития паразитарных систем; 4) основополагающая и регулирующая роль социальных и при- родных условий. Фенотипическая и генотипическая г е т е р о г е н н о с т ь — универсальное свойство популяций всех живых систем. Среди множества признаков, характеризующих разнообразие популяций паразита и хозяина, приспособительное значение имеют признаки, отражающие отношение паразита к хозяину и хозяина к паразиту: наиболее существенными для паразита являются патогенность, для хозяина — восприимчивость. Пат о г е н н о с т ь обеспечивает паразиту воспроизведение (размножение) как вида. Восприимчивость – видовое свойство специфического хозяина, 15 определяющеее способность стать средой возбудителя – паразита и ответить на его жизнедеятельность патологическими и иммуногенетическими реакциями Резистеннтность и иммунитет – характеристики внутривидовой вариабельности хозяина по степени восприимчивости отдельных индивидуумов к возбудителю. Резистентность – как степень восприимчивости отдельного организма не имевшего до того встречи с возбудителем, из начально носит генотипический характер. Иммунитет – приобретенный признак. Способность организма к иммунитету генотипически детерминирована. 3. ТИПЫ ПАРАЗИТИЗМА. Типы взаимодействия популяций двух видов разнообразны, но по признаку паразитического типа питания все гетеротрофные организмы составляют три группы: сапрофиты, хищники и паразиты. Типы взаимодействия популяций двух видов Конкуренция – популяции подавляют друг друга Нейтрализм – популяции не влияют друг на друга Мутуализм – взаимодействие обоюдно благоприятное Хищничество – особи популяции хищников потребляют членов популяции жертвы Паразитизм - особи популяции паразита эксплуатируют членов популяции хозяев Комменсализм – популяция комменсала А получает выгоду а популяция Б не испытывает влияния Аменсализм– популяция А подавляется а Б не испытывает влияния Паразиты не детерминированы на гибель хозяина вследствие их питания за его счет. Можно судить о степенях паразитизма, начиная с тех, которые причиняют максимальный вред хозяину, и завершая отношениями, при которых оба партнера получают выгоду (мутуализм). Поэтому 16 категоричное определение паразитов как организмов, причиняющих хозяину вред, не отражает всего многообразия паразитарных отношений. Понятие симбиоза — любого сосуществования популяций — предполагает тип взаимодействия популяций, при котором ни один из них не испытывает вредного воздействия. Критерием паразитизма должна служить среда его обитания. Эту проблему можно рассматривать с трех позиций. Во-первых, для партнера средой обитания служит другой организм; это подтверждается феноменом персистенции (постоянно пребывать, оставаться) микроорганизмов в теле животных. Во-вторых, паразитические виды могут длительно сохраняться во внешней среде, в этом случае абиотические и биотические объекты природы служат одной из сред обитания патогенных микроорганизмов. В-третьих, среда обитания некоторых возбудителей — внешняя среда. Паразитизм бывает облигатный, факультативный и случайный. При этом взаимодействие одной популяции микробов с популяцией животных не ограничивается одной гранью отношений — патогенностью или антагонизмом, комменсализмом или мутуализмом. Во времени и пространстве они способны модернизироваться и сочетаться. При анализе паразитизма на популяционном уровне следует учитывать как характер взаимоотношений отдельных особей паразитов с хозяином, так и процессы, происходящие вне организма данного хозяина, которые обеспечивают циркуляцию паразита в популяции хозяина и совершенно необходимы для существования популяции паразита в природе. Эти положения составляют (здесь и в дальнейшем изложении) основу популяционного подхода к классификации и экологическому анализу патогенных паразитов бактериальной природы. Отличие популяционного подхода к экологии паразита от классического анализа взаимоотношений паразита и хозяина на уровне организмов очевидно. Для жизни отдельной особи многих патогенных бактерий выход из организма хозяина во внешнюю среду необязателен и 17 может оказаться для нее гибельным. Однако это условие существования популяций ряда паразитов обеспечивает циркуляцию возбудителя инфекций: переход из одной особи хозяина к другой. Взаимодействия паразитических бактерий с хозяевами происходят на уровне их популяций, которые неоднородны. Популяции хозяина гетерогенны по степени резистентности их представителей, зависящей от различных факторов, не связанных с воздействием паразита, и по степени их иммунитета, вырабатываемого в процессе такого воздействия. Популяции бактерий-паразитов гетерогенны (разнородный) по многим признакам, определяющим степень их вирулентности. Гетерогенность популяций бактерий по определенным признакам может служить видовой характеристикой и быть в значительной степени детерминирована генетически. Для некоторых видов характерны немногие антигенные варианты — серовары (группа микроорганизмов одного вида, объединяемые общей антигенной структурой, определяемой серологическими методами диагностики), тогда как у других их может быть очень много: у сальмонелл обнаружено около 2000 сероваров. Гетерогенность природных популяций бактерий колеблется, но в популяции всегда входят клетки разных клонов. Состав популяций патогенных бактерий в большой степени зависит от уровня восприимчивости популяций хозяев. Последние могут состоять в крайних своих вариантах преимущественно из восприимчивых или преимущественно из иммунных организмов. В первом случае в популяциях бактерий преобладают высоковирулентные эпизоотические варианты, во втором — маловирулентные, резервантные. Высоковирулентные штаммы по сравнению с маловирулентными менее приспособлены к существованию в иммунном организме, что обусловлено разнообразными механизмами. Например, многие структуры и молекулы, выступающие в роли факторов патогенности, вместе с тем служат в качестве мишеней иммунного ответа хозяина. 18 Состав популяций патогенных бактерий меняется в процессе заболевания у отдельной особи и в ходе развития эпизоотии. В начале заболевания преобладают высоковирулентные штаммы. На первых этапах развития иммунитета в организме животного начинает возрастать гетерогенность популяции возбудителя. После выздоровления животного клетки высоковирулентных вариантов возбудителя в организме погибают, но могут сохраниться маловирулентные. На начальных этапах эпизоотии в популяции возбудителя преобладают высоковирулентные — эпизоотические варианты. По мере появления иммунных организмов хозяина возрастает гетерогенность популяции бактерий: начинают преобладать маловирулентные, резервантные клоны, которые и доминируют в межэпизоотический период. Однако постепенно возрастает число восприимчивых животных в популяции хозяина в результате потери иммунитета, перемещений и др. Это приводит к увеличению гетерогенности популяции бактерий; начинают преобладать высоковирулентные варианты и вспыхивает новая эпизоотия. В действительности механизмы взаимодействия намного сложнее. Возникновение эпизоотии определяется разнообразными факторами. В частности, решающее значение может иметь уровень чувствительных организмов в популяции хозяина и степень патогенности паразита. Термин «паразит» собирательный; включает экологически разнородные организмы, степень паразитизма которых определяется соотношением паразитической и непаразитической фаз существования. Под непаразитическим существованием в широком смысле понимается как сапрофитный образ жизни, так и отличные от паразитизма формы симбиотических отношений (нейтрализм, комменсализм, мутуализм), характерные, например для так называемых «условно-патогенных» микроорганизмов. При выпадении одного из признаков паразитизма — тесной связи с организмом хозяина—микроорганизм от облигатного (возбудители болезней, способные расти и размножаться только за счет 19 живой клетки растения-хозяин) паразитизма переходит к иным его формам, а при выпадении другого признака — вредоносности — это уже не паразитизм, а другие формы симбиоза. С учетом популяционно-экологического принципа классификации паразитов выделены три их категории: облигатные, факультативные и случайные. В этом ряду последовательно уменьшается обязательность и монопольное влияние хозяина (теснота связей с ним) и возрастает роль внешней среды в существовании популяции паразита. О б л и г а т н ы е п а р а з и т ы в любых стадиях популяционного цикла связаны только с хозяевами, так что единственной средой их обитания всегда служит какой-то организм. Поэтому при любых путях передачи такие возбудители отличаются наиболее выраженной зависимостью от хозяев. Среди возбудителей инфекционных заболеваний облигатными паразитами являются те же, которые при пассажах от одного организма к другому никогда не попадают во внешнюю среду. Это обеспечивается различными путями передачи возбудителя из одной особи хозяина к другой: у теплокровных — трансмиссивный, половой, трансплацентарный, лактационный, воздушно-капельный, при укусе; у членистоногих — трансфазовый и трансовариальный. Облигатный паразитизм не всегда соответствует трансмиссивному механизму циркуляции возбудителя. Так, при некоторых зоонозах передача возбудителя возможна непосредственно от одной особи хозяина к другой (половым путем, при укусе), минуя внешнюю среду. Возбудители подобных нетрансмиссивных зоонозов должны быть отнесены, следовательно, к облигатным паразитам. Облигатные паразиты имеют одну экологическую фазу — паразитическую. Для них исключено пребывание во внешней среде. Однако взаимоотношения возбудителей с членистоногими (переносчиками инфекции) не всегда антагонистические. Если паразит имеет двух хозяев — 20 теплокровного (носителя) и членистоногого (переносчика), его популяция в любой момент времени представлена двумя частями — гостальной и векторной. Это характерно, например, для лейшманий, трипаносом, боррелий, арбовирусов и др. При иных путях передачи паразита от одного теплокровного хозяина другому популяция возбудителя представлена только гостальной частью. Множественные пути циркуляции возбудителя определяют возможность сочетания этих вариантов. Таким образом, облигатные паразиты связаны только с организмом хозяина и существование их во внешней среде невозможно. Ф а к у л ь т а т и в н ы е п а р а з и т ы помимо организма хозяев могут циркулировать и во внешней среде, поэтому эта категория паразитов неоднородна. Ближе к облигатным паразитам стоят возбудители, в циркуляции которых значительную роль играют членистоногие (чума, туляремия, Куриккетсиоз и др.). Отчичие их от облигатных паразитов состоит в возможности выхода во внешнюю среду и передачи различными нетрансмиссивными путями. Факультативность паразитизма определяется способностью возбудителя в той или иной степени использовать внешнюю среду в стадиях циркуляции или резервации, причем субстраты внешней среды, как правило, играют роль факторов передачи. Популяция возбудителя в разных условиях может состоять либо из трех частей — гостальной, векторной и внеорганизменной, либо из гостальной и любой другой. С л у ч а й н ы е п а р а з и т ы отличаются своеобразными экологическими отношениями. Эту группу составляют возбудители типичных с а п р о н о з о в , для которых окружающая среда (почва, вода и другие субстраты) служит нормальной и наиболее обычной средой обитания, т. е. играет роль резервуара инфекции в природе. Отличительная особенность возбудителей 21 сапронозов как случайных паразитов состоит в обязательности обитания во внешней среде в той же мере, в какой для облигатных и факультативных паразитов обязателен организм хозяина. Следует заметить, что эти микроорганизмы могут обитать только во внешней среде, т. е. они представляют собой свободноживущие формы и в этом случае их нельзя причислить к паразитам. Уделяя главное внимание их существованию во внешней среде, рассмотрена экологическая специфика данных микроорганизмов и связанное с этим их эпизоотологическое своеобразие. 4.ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПАРАЗИТАРНЫХ СИСТЕМ Различают три типа функциональной организации паразитарных систем, каждая из которых отражает определенную категорию паразитизма возбудителей. Замкнутая паразитарная система. Она характерна для облигатных паразитов, общее свойство которых — обязательная связь с организмом хозяина (хозяев) без существования вне организма (во внешней среде). Распределение, структура, численность и свойства популяции возбудителей непосредственно определяются популяциями хозяев. Факторы внешней среды оказывают на популяцию возбудителя косвенное воздействие и проявляют свое действие через популяции хозяев. Таким образом, замкнутая паразитарная система характеризуется циркуляцией возбудителя только в пределах паразитарной системы, да и резервация возбудителя в межэпизоотические (межэпидемические) периоды происходит в организме того или иного хозяина. Структура замкнутой паразитарной системы может быть трех- либо (реже) двучленной. Первая типична для облигатно-трансмиссивных инфекций (инфекционная анемия лошадей, некоторые хламидиозы и риккетсиозы и др.). 22 Вторая характерна для некоторых инфекций с нетрансмиссивной передачей возбудителя непосредственно от особи к особи хозяина: через укус (бешенство), при различных формах «вертикальной» передачи у хозяев. Полузамкнутая система. Она свойственна факультативным паразитам, у которых два типа циркуляции. Один из них связан только с паразитической фазой: возбудитель не выходит из паразитарной системы (трансмиссивная передача), и в этом случае паразитарная система функционирует подобно замкнутой. Другой тип циркуляции сопровождается регулярным выходом возбудителя во внешнюю среду и его передачей новому хозяину нетрансмиссивными путями, что сближает полузамкнутую паразитарную систему с открытой. Таким образом, полузамкнутая паразитарная система сочетает в себе замкнутую схему циркуляции возбудителя внутри паразитарной системы и открытую, предполагающую выход возбудителя из паразитического цикла. Структура полузамкнутой паразитарной системы непостоянна. В одних условиях она может быть двучленной, где возбудитель передается от одного теплокровного хозяина другому нетрансмиссивными путями, в других — трехчленной, включающей как теплокровного, так и членистоногого хозяина возбудителя. Наглядным примером может служить туляремийный микроб, входящий в состав двучленной паразитарной системы — в природных очагах пойменно-болотного типа с обычной передачей водным путем, или трехчленной — в очагах других типов, где циркуляция возбудителя осуществляется с помощью клещей. Открытая паразитарная система. Она свойственна только случайным паразитам, поскольку она имеет обязательную сапрофитную фазу существования и внешняя среда служит естественной средой их обитания. Структура данной системы однотипна: это сложная двучленная система, включающая до нескольких десятков видов возможных хозяев паразита, причем набор хозяев может быть практически любым, а заражение их случайным. 23 Отличительная особенность открытой паразитарной системы состоит в том, что потенциальный паразит может неопределенно долгий срок обитать вне организма и воздействующие на него факторы среды являются внешними по отношению к паразитарной системе. И только при попадании в организм теплокровного хозяина (более или менее случайного) возбудитель сталкивается с теми факторами, которые действуют в любой другой паразитарной системе. Успех взаимодействия с организмом хозяина для такого паразита обусловлен его адаптивными возможностями, насколько богат и универсален арсенал средств защиты от неблагоприятных условий среды. Открытая паразитарная система свойственна случайным паразитам, поэтому она не всегда может быть четко ограничена от полузамкнутой системы, допускающей временный выход возбудителя во внешнюю среду. Зоонозы. Характеризуются, как правило, гораздо более сложной паразитарной системой как в структурном, так и в функциональном отношениях. Высокая экологическая пластичность возбудителей позволяет им иметь одновременно нескольких хозяев, а также замену одного хозяина другим (эпизоотический вариант). Это характерно даже для облигатных внутриклеточных паразитов, например риккетсий, способных существовать в клетках филогенетически далеких хозяев. Таким образом, типичная черта зоонозов — отсутствие узкой видовой специализации возбудителя к хозяину. Специфичность их взаимоотношений имеет не филогенетическую (историческое развитие организмов), а экологическую природу: обладая экологическим сходством в ряде важных для возбудителя моментов, хозяева разных видов могут принадлежать к определенной жизненной форме животных. Сапронозы. Тип взаимоотношений еще более широких экологических возможностей патогенных микроорганизмов. Возбудители сапронозовобычно имеют широкий круг хозяев, далеких друг от друга как филогенетически, так и экологически, так что в большинстве случаев вообще 24 трудно судить о какой-либо специфичности в выборе хозяина. ЛЕКЦИЯ №3 АДАПТИВНЫЕ РЕАКЦИИ ПАТОГЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ ПЛАН ЛЕКЦИИ 1. АДАПТАЦИЯ ИЛИ АБАПТАЦИЯ И ХЕМОТАКСИС 2. АДГЕЗИЯ 3. МЕХАНИЗМЫ, РЕГУЛИРУЮЩИЕ ГЕТЕРОГЕННОСТЬ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ 4. НЕКУЛЬТИВИРУЕМЫЕ ФОРМЫ ПАТОГЕННЫХ БАКТЕРИЙ 1. АДАПТАЦИЯ ИЛИ АБАПТАЦИЯ И ХЕМОТАКСИС Абаптация — обусловленность признаков организма предшествующими поколениями его вида и их условиями жизни. В теорииестественного отбораконцепция абаптации в некоторой степени конкурирует с утверждением обадаптацииорганизмов, так как последнее неявным образом предполагает наличие некоего замысла или предвидения, что очевидно не могло иметь места в реальности. Адапта́ция— процесс приспособления к изменяющимся условиям внешней среды. П р и с п о с о б л е н н о с т ь — это относительный выпад особей в численность будущих поколений. Согласно определению наибольшей приспособленностью обладают те особи популяции, которые оставляют наибольшее число потомков. Однако понятие это относительное. Естественный отбор благоприятствует особям, наиболее приспособленным из числа существующих, а такой выбор может оказаться весьма ограниченным. Соответствие между организмами и средой нередко проявляется в сходстве строения и образа жизни организмов, обитающих в сходных условиях, но принадлежащих к различным ветвям эволюционного древа. 25 Явления подобного сходства к тому же способствуют опровержению представления о том, будто каждому типу среды обитания соответствует только один вариант «совершенного организма». С течением времени любые условия существования изменяются. Можно выделить три типа изменений среды обитания: циклические, направленные, хаотические. Ц и к л и ч е с к и е и з м е н е н и я связаны с переменой времен года, суточными колебаниями. Н а п р а в л е н н ы е и з м е н е н и я остаются стабильными в течение длительного времени: потепление климата, загрязнение окружающей среды, возрастание излучения. Хао т и ч е с к и е и з м е н е н и я характеризуются аритмией. Патогенные микроорганизмы подвержены всем трем типам изменений, как во внешней среде, так и в организме хозяина. К хаотическому типу изменений можно отнести смену основной среды обитания патогенного микроорганизма. В условиях многократного воздействия тех или иных типов изменения условий существования на последовательные поколения организмов естественный отбор приводит к возникновению ряда особенностей как фенотипических, так и генотипических. Различают два основных механизма, которыми организмы приурочивают свои реакции к изменениям в окружающей их среде: 5) изменение в ответ на изменение внешних условий; 6) реагирование на фактор, сигнализирующий об изменениях внешних условий. Среди наиболее ярких примеров соответствия между организмами и средой мы находим такие, в которых налицо возникновение зависимости организмов одного вида от организмов другого вида, например между некоторыми паразитами и их хозяевами. Если в ходе эволюции между двумя различными видами возникла 26 обоюдная зависимость, то соответствие может быть еще жестче. Например, мутуалистическая связь. Наиболее тесные соответствия между организмами и средой возникли в тех случаях, когда решающим фактором жизнедеятельности организмов одного вида является присутствие организмов другого: в таких обстоятельствах вся среда обитания одного организма может исчерпываться другим (облигатный паразитизм). Хемотаксис— движение подвижных организмов под влиянием одностороннего раздражения хим. веществами. Микроорганизмы развиваются в средах, изменяющихся во времени и в пространстве. В лабораторных культурах изменения главным образом временные, а природные среды характеризуются значительной пространственной гетерогенностью. Бактериальная клетка способна воспринимать изменения многих факторов среды и определенным образом реагировать на эти изменения. У подвижных бактерий функционируют сложные сенсорные системы, определяющие характер и направление их движения. Двигательные реакции в ответ на односторонне действующий стимул называют т а к с и с о м . Те или иные вещества могут вызывать или не вызывать таксис у данной бактерии. В первом случае говорят об эффекторах, среди которых различают аттрактанты и репелленты. А т т р а к т а н ты - это вещества, привлекающие бактерии, Р е п е л л е н т ы — отпугивающие их. Хотя бактерия перемещается в пространстве, сравнение концентрации эффекторов происходит во времени. Бактерии реагируют на градиент их концентрации. 2. АДГЕЗИЯ Бактериальные клетки обладают способностью прилипать к поверхности твердого субстрата, т. е. адгезией. Адгезия имеет важное значение в жизни бактерий; некоторые формы в 27 естественной для них среде могут существовать только в прикрепленном состоянии. Способность к адгезии иногда оказывает решающее значение для успеха в борьбе за существование. Неспецифическая адгезия осуществляется главным образом благодаря взаимодействию разноименно заряженных поверхностей. В результате этого взаимодействия, клетки могут прикрепляться почти к любой поверхности. Бактериальные клетки обычно заряжены отрицательно и хорошо адсорбируются на положительно заряженных частицах. Однако в основном происходит взаимодействие бактерий с одноименно отрицательно заряженными поверхностями почвенных частиц, стекла и др. Поверхность большинства бактерий гидрофильна: они имеют тенденцию оставаться в водной фазе. Однако поверхность некоторых бактерий, наоборот, чрезвычайно гидрофобна, например у микобактерий. Микобактерии имеют тенденцию скапливаться на границе раздела воздух—вода, а в масляно-водной системе быстро переходят в масляную фазу. Некоторые бактерии прикрепляются к поверхности субстрата одним полюсом — более гидрофобным. Процессы адгезии обусловлены составными компонентами поверхности бактериальной клетки. На поверхности многих бактерий расположены молекулы белков, гликопротеинов, гомо- и гетерополисахаридов. Эти соединения могут быть представлены небольшим числом молекул, но могут образовывать и относительно толстые оформленные капсулы: иногда клетки находятся в диффузной слизистой клейкой массе. Соединения, определяющие способность клеток бактерий к адгезии, называюта д г е з и н а м и. В течение нескольких минут после прикрепления бактерии легко могут покинуть поверхность. В этот период обратимой адсорбции связь бактерий с поверхностью определяется преимущественно электростатическими и гидрофобными взаимодействиями. Затем прочность связи клетки с поверхностью, как правило, возрастает, но для этого требуется несколько 28 часов или даже суток. Прочная связь бактерий с поверхностью обычно обеспечивается бактериальными полисахаридами или иногда полипептидами, которые присутствуют на поверхности адсорбирующихся клеток или синтезируются клетками, уже прикрепившимися к субстрату. Прочность связи полимера с поверхностью субстрата повышается со временем благодаря увеличению числа точек контакта. Прикрепившиеся к поверхности клетки бактерии часто невозможно отделить от нее, не разрушив их. Бактерии, использующие в качестве пищи определенный твердый субстрат, обычно только к нему и прикрепляются: целлюлозоразлагающие — к волокнам целлюлозы, амилолитические — к зернам крахмала и др. Считают, что такое прикрепление осуществляется молекулами соответствующих ферментов, связанных, с одной стороны, с клеточной поверхностью, а с другой, — с молекулой субстрата. Например, прикрепление бактерий к поверхности зуба представляет собой первый этап образования зубной бляшки — скопления бактериальных клеток и адсорбированного органического вещества. Бактерии зубных бляшек образуют органические кислоты, растворяющие гидроксиапатит основная минеральная составляющая костей и зубов, в результате чего и развивается кариес. 1. МЕХАНИЗМЫ, РЕГУЛИРУЮЩИЕ ГЕТЕРОГЕННОСТЬ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ Популяции представляют собой элементарные единицы микроэволюции; они способны реагировать на изменения среды перестройкой своего генофонда. Однако популяции бактерий в сравнении с популяциями эукариот имеют существенные особенности. У бактерий широко распространена г о р и з о н т а л ь н а я п е р е д а ч а г е н е т и ч е с к и х д е т е р м и н а н т , при которой некоторые гены могут быть перенесены не только от одних членов популяции данного вида другим, но и представителям разных видов и даже родов. 29 Передача генов у бактерий может происходить путем конъюгации. П р о ц е с с к о н ъ ю г а ц и о н н о г о п е р е н о с а — основной механизм межвидовой передачи генов. О межвидовой передаче генов можно судить по генам, определяющим устойчивость бактерий к лекарственным препаратам, которые обычно сосредоточены в R-плазмидах. О том, что имела место межвидовая передача этих плазмид, свидетельствует высокая степень сходства соответствующих генов у разных бактерий. Так, известно несколько видов Р-лактамаз — ферментов, расщепляющих пенициллины и другие р-лактамные антибиотики. Эти ферменты иногда оказываются совершенно сходными у представителей разных родов бактерий, выделенных к тому же в различных географических районах Земли. Межвидовую передачу генов устойчивости иногда удается зарегистрировать, изучая свойства штаммов, выделяемых из определенных популяции бактерий. Так, в клинических условиях зарегистрирована передача R-фактора от представителейEnterobacteriaceae, у штаммов которых эта плазмида присутствует, к Pseudomonasaeruginosa,штаммы которого ранее никогда ее не имели. В условиях эксперимента ген устойчивости к ампициллину был передан от Е. coliкMycoplasmacapricolumи функционировал в этой бактерии. Плазмиды с генами устойчивости к лекарственным веществам возникли вне связи с применением лекарств: их иногда обнаруживают у бактерий, выделенных задолго до открытия антибиотиков. Предполагают, что источником генов устойчивости могли стать микроорганизмы — продуценты антибиотиков. Действительно, у продуцентов антибиотиков известны соответствующие плазмиды, однако их гены устойчивости и соответствующие гены бактерий — непродуцентов как грамположительных, так и грамотрицательных, обнаруживают мало гомологии. 30 Другая возможность состоит в том, что гены устойчивости могут происходить от бактерий, обитающих в ценозах совместно с продуцентами соответствующих антибиотиков. Д и с с о ц и а ц и я б а к т е р и й — это постоянная и потому легко обнаруживаемая изменчивость внешнего вида колоний, причем одновременно происходит изменение целого ряда других свойств клеток. Изменчивость такого рода имеет большое значение для выживания бактерий, а также представляет большой практический интерес, поскольку при диссоциации происходит изменение степени вирулентности патогенных бактерий, интенсивности синтеза биологически активных соединений соответствующими продуцентами и др. Диссоциации бактерий — это расщепление однородной популяции на варианты, различающиеся морфологическими, физиологическими и биохимическими свойствами, причем у разных видов и даже у разных штаммов одного вида бактерии свойства могут отличаться. Обычно выделяют три основных варианта колоний: различающихся прежде всего морфологией: М (mucoid) — слизистые; S (smooth) — гладкие; R (rough) — шероховатые или складчатые. Могут образовываться колонии промежуточных типов, а также карликовые и др. Диссоциация отличается от случайных мутаций высокой частотой возникновения вариантов и их взаимным переходом. Частота переходов характерна для определенных штаммов, т. е. служит характеристикой штамма и довольно стабильно сохраняется в процессе хранения культуры. Диссоциацию наблюдали, прежде всего, у патогенных бактерий: пневмококков, стафилококков, сальмонелл, дизентерийных бактерий, туберкулезных микобактерий и др. Особое внимание ветеринарных и медицинских микробиологов этот процесс привлекает потому, что с изменением характера колоний связано изменение вирулентности и 31 антигенных свойств микроорганизма. Диссоциация бактерий, постоянно идущая в природных популяциях, создает фенотипическое разнообразие форм на единой генетической основе, что имеет большое приспособительное значение. Выживают и накапливаются варианты, наиболее приспособленные к конкретным условиям окружающей среды. Таким образом, взаимодействие бактерий с окружающей средой осуществляется не только на уровне отдельных клеток, но и на популяционном уровне. При этом реакцией популяции на изменение условий среды может быть изменение их структуры, количественного соотношения клеток различного типа или возникновение качественно новых признаков, т. е.микроэволюция. Необходимо иметь в виду, что бактерии не только обитатели, но и создатели современной биосферы. Они служат экологическим фактором практически для всех живых организмов, с которыми они взаимодействуют как косвенно, через процессы круговорота элементов, так и непосредственно, являясь комменсалами, симбионтами или паразитами. 4. НЕКУЛЬТИВИРУЕМЫЕ ФОРМЫ ПАТОГЕННЫХ БАКТЕРИЙ При переходе во внешнюю среду из организма животного (человека) или при резком изменении условий существования в этой среде патогенные бактерии с помощью различных сенсорных и регуляторных механизмов перестраивают работу своего генетического аппарата, что позволяет им сохранять свою жизнеспособность. Но что происходит, если крайне неблагоприятные условия сохраняются, и индукция стрессовых генов не в состоянии спасти клетку? Считалось, что у грамотрицательных бактерий следующей стадией является гибель клетки, но появилось достаточно экспериментальных данных, отрицающих это утверждение. Оказывается, что следующей «крайней мерой» в реакции 32 грамотрицательных бактерий является переход в состояние спячки, выражающейся во временной потере воспроизводимости. У грамотрицательных бактерий морфологически дифференцированные структурные образования, подобные эндоспорам бацилл, не обнаружены. Однако накоплено достаточно данных, свидетельствующих о способности неспорообразующих бактерий к длительному существованию во внешней среде в виде клеток со значительно сниженной метаболической активностью, не обнаруживаемых традиционными методами культивирования на питательных средах. Подобное состояние покоя с временной потерей воспроизводимости у грамотрицательных бактерий, было предложено называть «некультивируемым», а сами бактерии в таком состоянии — некультиеируемыми формами. Способность к переходу в некультивируемое состояние обнаружена у многих патогенных бактерий. Далее приведены бактерии, способные к переходу в некультивируемое состояние Enterobacteraerogenes, Enterococcusfaecalis, Escherichiacoli, Klebsiellapneumonia, Legionellapneumophilia, Listeriamonocytogenes, Pseudomonaspulida, Salmonellaenteritidis, ЛЕКЦИЯ №4 ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА МАКРО И МИКРООРГАНИЗМЫ ПЛАН ЛЕКЦИИ 1.СВЕТ 2.ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ 3. ТЕМПЕРАТУРА 4. ШУМ 5. ОРГАНИЗМЫ 6. ИНФОРМАЦИЯ 33 .1. СВЕТ Солнечный свет — источник жизни на нашей планете. Свет состоит из лучей разной частоты и длины. Лучи разных физических характеристик влияют на организм неодинаково. С определенными оговорками можно считать, что длинноволновые лучи обладают тепловым действием, коротковолновые — химическим. Солнечная радиация — необходимое условие жизнедеятельности организма животных. Под влиянием света усиливаются рост волос, функции потовых и сальных желез, утолщается роговой слой, уплотняется эпидермис и защитные функции кожи повышаются. В коже происходит трансформация дегидрохолестерина в активный витамин D3, что способствует активизации обмена веществ, особенно витаминного и минерального. Свет — стимулятор половой функции самок и самцов; он влияет на сезонность и продолжительность случного периода. Как дефицит, так и избыток солнечного света негативно влияют на организм. При световой недостаточности нарушаются витаминный и минеральный обмены, развиваются рахит у молодняка, остеодистрофия у взрослых животных. Чрезмерное солнечное облучение может стать причиной снижения продуктивности животных, их заболеваний. Сильный солнечный свет вызывает раздражение сетчатки, сосудистой оболочки глаза, повреждение хрусталика; он может стать причиной воспаления роговицы (кератита) и конъюнктивы (конъюнктивита). В случае антропогенного разрушения озонового экрана, как считают ученые, частота заболеваний глаз резко возрастет. Патогенное действие солнечных лучей зависит от физиологического состояния животного, его масти, условий кормления и т. д. Поражение кожи и расстройство деятельности организма под влиянием солнечной радиации отмечены у животных белой масти после поедания ими клевера (клеверная болезнь), гречихи (гречишная болезнь), проса (просяная болезнь). Чрезмерное солнечное облучение может вызвать тяжелое заболевание — 34 солнечный удар. Энергия света может быть использована и бактериями. Для некоторых бактерий, не способных использовать энергию света, он служит в качестве регулятора определенных процессов обмена. Ф о т о х р о м н о с т ь ю это зависимость образования пигментов некоторыми микроорганизмами от освещенности. Фотохромность свойственна многим актиномицетам и близким к ним организмам, в том числе микобактериям. Фотохромность может контролироваться как хромосомными, так и плазмидными генами. Кроме того, пигменты способны защищать микроорганизмы от действия видимого света. Солнечный свет может оказывать сильный антимикробный эффект. Так, более 99,9 % клеток штаммаEscherichiacoliс нарушенными репарационными механизмами погибают после облучения солнечным светом в течение 3 мин. Ф о т о с е н с и б и л и з а т о р ы — это вещества, в молекуле которых имеется хромофор, поглощающий свет и передающий его энергию другим молекулам, не способным поглощать свет. Через бесцветные клетки свет проходит без последствий для них, но если в такую клетку введен фотосенсибилизатор, она повреждается. Фотосенсибилизаторы содержатся в промышленных стоках, смоге, лекарствах таких как сульфаниламиды, ряд антибиотиков а так же красители. Среди природных веществ фотосенсибилизаторами являются, хлорофилл, порфирины и др. Некоторые фотосенсибилизаторы действуют только в присутствии кислорода — это так называемый фотодинамический эффект. Ультрафиолетовое и ионизирующее излучения. Ионизирующим называют излучение, под воздействием которого происходит ионизация вещества, в том числе живого. «Жизнь в биосфере исходит из двух главных источников энергии — из солнечных излучений и атомной радиоактивной энергии» (В. И. Вернадский). 35 Радиоактивность мира — необходимое условие существования и эволюции организмов, населяющих нашу планету. Источниками естественного фона ионизирующей радиации являются космос, радиоактивные элементы, входящие в состав Земли. Радиоактивны и населяющие биосферу организмы. Естественный фон ионизирующего излучения в разных регионах земного шара неодинаков. В одних регионах он выше среднеземных показателей, в других — ниже. Радиационный фон, сложившийся в разных пунктах земного шара, в значительной мере определил распределение видов в биосфере, оказал влияние на проявление их приспособительных возможностей в условиях естественного отбора. В каждом пункте биосферы сформировались флора и фауна, наилучшим образом приспособленные друг к другу и к той радиационной обстановке, какая сложилась в местах их обитания. Оптимум (доза, действующая на организм благоприятно), минимум (нижняя критическая граница) и максимум (верхний запредельный уровень) применительно к животным. Диапазон колебаний от минимума, оптимума и максимума ионизирующего излучения колеблется в широких пределах. Он во многом зависит от эволюционного прошлого вида, возраста животных, их приспособленности к радиации и других факторов. Нижнего порога к ионизирующей радиации у животных (и у растений) не имеется. Высказывая эту научную концепцию, учитывают, что речь идет не о пороговости реакции организма, а только о беспороговости действия радиации как экологического фактора. Радиационная обстановка изменяется при распаде радиоактивных элементов, их миграции в геологическом и биотическом круговороте, в результате других естественных причин. Но колебания радиационной обстановки подобного рода не идут ни в какое сравнение с ионизирующей радиации, какие возникают вследствие 36 человеческой деятельности. Дефицит ионизирующей радиации, как и ее избыток, влияет на животных негативно. Экологический минимум радиации изучен недостаточно, но есть основания считать, что ее дефицит тормозит рост и развитие животных, служит причиной их заболеваний. Экспериментально установлено, что в атмосфере, лишенной ионов, животные жить не могут, они погибают. Аэроионизация, проводимая в телятниках, благоприятно воздействует на рост и развитие телят, является эффективным средством повышения их устойчивости к заболеваниям. В комплексе с другими методами она с успехом использована при лечении и профилактике бронхопневмоний. Слишком большие дозы ионизирующей радиации могут стать причиной лучевых поражений. Лучевая болезнь животных (и людей) представляет острую экологическую, ветеринарную (и медицинскую) проблему. Энзоотии (эндемии) лучевой болезни зарегистрированы в регионах испытаний атомного оружия (Семипалатинская обл., Алтайский край), при аварии на Чернобыльской атомной электростанции (обширные территории России, Белоруссии и Украины), при взрывах атомных бомб во время Второй мировой войны (Хиросима и Нагасаки в Японии), при загрязнении окружающей среды радиоактивными отходами промышленных производств, физических лабораторий и т. д. Лучевые поражения у домашних животных могут возникать в результате патогенного воздействия на них радиоактивных материалов, использованных при строительстве человеческих жилищ, подобному роду опасности заболевания подвергаются и люди. Ближний у л ь т р а ф и о л е т (УФИ) — излучение с длиной волны 400... 200 нанометр — даже в невысоких дозах нарушает механизмы движения и таксиса. В сублетальных дозах ближний УФИ вызывает замедление роста культур. Скорость деления клеток также несколько снижается. При относительно высоких дозах облучения ближним УФИ 37 наблюдаются мутагенные и летальные эффекты. Нарушение ДНК вызывают не столько само УФИ, сколько различные другие возбужденные светом молекулы. Мутагенное и летальное действие ближнего УФИ в значительной степени зависит от присутствия кислорода. Летальный эффект при облучении ближним УФИ может быть связан с повреждением не только ДНК, но и транспортных систем мембран. Ближнее УФИ может при невысоких дозах облучения вызывать фотопроекцию, т. е. снижать биологический эффект последующего облучения дальним УФИ. С р е д н е е УФИ —это излучение с длиной волны 320... 200 нанометров; д а л ь н е е УФИ — с длиной волны 200... 10 нанометров. Биологические эффекты действия среднего и дальнего УФИ сходны. При облучении солнечным светом гибель бактерий связана в основном с действием УФИ. Считают, что резистентность организма к солнечной энергии, как правило, соответствует его устойчивости к неионизирующему излучению от искусственных источников. Облучения средним и дальним УФИ вызывает высокие мутагенные и летальные исходы. Радиорезистентные организмы—организмы, обитающие в средах с очень высоким уровнем ионизирующего излучения Радиорезистентность различных бактерий варьирует в очень широких пределах и контролируется многими генами. Установлена связь радиоустойчивости бактерий с особенностями их местообитания. Так, микроорганизмы, выделенные из радоновых минеральных источников, оказываются в 3...10 раз более резистентными к радиации, чем организмы тех же видов, выделенные из нерадиоактивной воды. В охладительных системах ядерных реакторов, где средняя доза излучения превышает 10 ФЭР (физический эквивалент рентгена), обитают разные бактерии, в частности представители родаPseudomonas. 38 2. ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ Бактерии относительно мало чувствительны к изменению гидростатического давления. Повышение давления до некоторого предела не сказывается на скорости роста обычных наземных бактерий, но препятствует нормальному росту и делению. Жизнедеятельность некоторых бактерий может быть угнетена уже при 0,9 кПа, но повышение давления до 1,8 кПа даже несколько стимулирует рост Е. coti. Однако при давлении в 4 кПа Е. coliначинает образовывать нитчатые клетки, рост которых замедлен. При давлении в 10 кПа за 48 ч погибает 90 % клеток; через 5...7 сут они полностью погибали. Различные процессы клеточного метаболизма в разной степени чувствительны к повышению давления. 3. ТЕМПЕРАТУРА Температура внешней среды — экологический фактор, существенно влияющий на организм. Температурный оптимум в экологии соответствует пониманию зоны температурного комфорта в зоогигиене. Для разных видов сельскохозяйственных животных, в том числе и птиц, оптимальная температура воздуха колеблется в пределах от 3—5 до 15—20 °С. Температурный оптимум зависит не только от вида животных, но и от ряда других факторов. Зона температурного комфорта зависит от возраста животных, условий их кормления, содержания, закаливания и т. д. Установлено, что для взрослого крупного рогатого скота температурный оптимум составляет 10—15 °С, а для новорожденных телят 18—20 °С. Температурный оптимум (зона безразличия) тем шире, чем больше животные приспособлены к колебаниям температуры внешней среды. Так у животных, разводимых в условиях жаркого климата, 39 температурный оптимум смещается в сторону высоких температур, а смещение его в сторону низких температур отмечается у животных, разводимых в зонах холодного климата. Успешное выращивание животных при низких температурах объясняется применением обильного кормления. Как слишком низкая, так и слишком высокая температура среды на животных влияют негативно. Низкая температура особенно губительна при высокой влажности воздуха. Влажный воздух по сравнению с сухим, обладает большей теплоемкостью, и поэтому при низких температурах он отнимает от тела животных большее количество тепла. При переохлаждении организма животных нарушается обмен веществ, расстраивается деятельность органов, возникают обморожения. Низкие температуры особенно опасны для молодых (новорожденных), больных и переболевших животных. Слишком высокая температуравнешней среды вызывает гипертермию. Она развивается быстрее при сочетании высокой температуры так же с высокой влажностью воздуха. Влажный воздух препятствует испарению влаги с поверхности тела животных и тем самым способствует перегреванию организма. Перегревание организма может стать причиной тяжелой болезни — теплового удара, которому особенно подвержены ожиревшие животные 4. ШУМ Звуки (шумы) — волновые колебания упругой среды (воздуха, воды и др.)- Они могут быть упорядоченными, гармоничными (например, музыка) и беспорядочными (шумы). Звуковой (шумовой) экологический минимум для животных, по видимому, до сих пор не установлен, но не подлежит сомнению, что полная тишина действует на них негативно. Экологическим оптимумом («звуковым комфортом») считают звуковые колебания, возникающие в естественных условиях. К звукам подобного рода относят шум листвы растений, песни птиц, журчание речек и 40 т. д. Судя по литературным данным, экологический оптимум звуковых колебаний колеблется в пределах 20—30 (40) дБ. Звуковым экологическим максимумом являются звуки порядка 80 дБ. Звуки большой интенсивности влияют на животный организм негативно. Под влиянием звуковой травмы изменяется деятельность нервной системы, нарушается обмен веществ, расстраивается деятельность сердца и других органов. У крупного рогатого скота, развивается гипотония преджелудков, электропроводность кожи возрастает в 6—10 раз. Сильный шум— причина шумовой истерии кур. Адаптации организма к воздействию шумов, повидимому, не возникает. Шумовое загрязнение окружающей природной среды —одна из острейших эколого-медицинских и ветеринарных проблем. Внимание ученых и практиков приковано к разработке методов борьбы с шумовыми загрязнениями. Нередко, главным образом в жилых помещениях, используют методы «погашения» шума в самом источнике его возникновения. Так, к примеру, шум работающего вентилятора «погашается» его антагонистом — звуковыми колебаниями той же интенсивности и той же частоты, но с противоположной направленностью звуковой волны. Шум в этих случаях подавляется, и шумящий вентилятор «переходит на шепот». Погашение шума в квартирах имеет определенное профилактическое значение при «шумовых» болезнях домашних и экзотических млекопитающих и птиц. Используют методы шумоизоляции. Генераторы шума изолируют от окружающей среды специальными прокладками — изоляторами, содержащими звукопоглощающие и звукорассеивающие материалы (тестообразную массу, пену и др.). В сельскохозяйственной практике много внимания уделяют соблюдению зоогигиенических противошумных разрывов между источниками шума и местонахождением животных, рациональному 41 размещению объектов животноводства в «звуковом ландшафте» с учетом особенностей рельефа местности, лесонасаждений и т. д. Выраженными свойствами задержания и поглощения шумов обладают растения, особенно лиственные породы деревьев и кустарников. Растения, как это установлено, звуковую энергию превращают в тепловую. Густая живая изгородь способна уменьшить шум, производимый машинами, в 10 раз. 5. ОРГАНИЗМЫ Организмы, прямо или косвенно влияющие на животных, являются экологическим фактором биотического характера. По форме воздействия на животное (популяцию, вид) организмы весьма разнообразны. Одни из них на животных влияют главным образом трофически, другие — топически (изменяя местообитание), третьи — информационно (играют сигнальную роль) и т. д. Организмы, поедаемые животным, являются для него кормом. Однако следует иметь в виду, что поедаемые животным живые организмы — это корм особого рода. По кормовым качествам он отличается от «неживого» корма. Пастбищные растения имеют иные кормовые качества, чем приготовленные из них сено, сенаж, силос, травяная мука. В процессе заготовки, хранения, консервирования, технологической переработки кормовой массы качество корма заметно изменяется по ряду показателей. Один из них, обычно неучитываемый, — асимметричность (хиральность, от «хира» — рука) молекул живого вещества поедаемых растений и животных. Как влияет хиральность молекул живого вещества на качество корма и здоровье животных — вопрос, требующий разрешения. Ядовитые организмы воздействуют на животных ядами. Животные реагируют на яд в зависимости от его дозы. Животное, дикое или домашнее, — среда обитания для микроорганизмов. Разнообразная многовидовая микрофлора и микрофауна влияют на животный организм многообразно, а иногда и весьма своеобразно. 42 Проживая в или на организме животного, микроорганизмы заполняют экологические ниши, т. е. выполняют определенные функции в организменном биоценозе. 6. ИНФОРМАЦИЯ Экологическая информация — это совокупность воспринимаемых организмом сигналов, отражающих картину окружающего мира во всем его многообразии изменений, развития. Сигналы, воспринимаемые животными, многочисленны и разнообразны. Среди них большую биологическую роль играют оптические (свет, цвет, контуры живых и неживых объектов и др.), звуковые (шелест листьев, крики птиц, мычание коров, блеяние овец и др.), химические (запах, вкус и др.). Сигналы других категорий изучены слабо, хотя их биологическое значение, возможно, не менее велико, чем тех, которые перечислены выше. Известно, например, что многие виды перелетных птиц в качестве фактора сигнального характера используют гравитационное поле Земли. Ряду форм экологической информации присуща резко выраженная специфичность воздействия на организм. Средства информации вступают в контакт с рецепторными структурами организма подобно ключу в замке. Такой тип сигнального воздействия отмечен у многих химических веществ, в частности у ряда феромонов. На информацию, поступившую из окружающей среды, животное реагирует по-разному. Его ответная реакция зависит от многих причин, и в первую очередь от содержания информации. Информация может отражать наличие или отсутствие в БГЦ корма, питьевой воды, возникновение опасных для жизни животных ситуаций (появление хищников, наводнение, бури, схождение горных лавин и т. д.). В зависимости от физиологического состояния организма одна и та же по содержанию информация может вызвать у животных не одинаковую, а 43 иногда прямо противоположную реакцию. Реакция животных на информацию во многом зависит от ее количества (интенсивности, дозы). Как дефицит, так и избыток информации на животных влияют негативно. Избыток внутрипопуляционной информации, связанный со скученным содержанием животных, может стать причиной стресса и болезней адаптации. В процессе длительной эволюции организмы приобрели свойства реагировать на сигналы, предвосхищающие события. Экологическая информация может быть с успехом использована в качестве лечебно-профилактического средства. Информация — экологически чистое средство лечения и профилактики болезней, не загрязняющее внутреннюю среду организма и, следовательно, не оказывающее негативного влияния на качество животноводческой продукции. Экологическая информация оказалась эффективной в решении проблем, связанных с охраной природы. Специфичность сигнального действия половых феромонов используют для разработки нехимических методов борьбы с насекомыми — вредителями сельского хозяйства. 44 ЛЕКЦИЯ №5-6 ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА МАКРО И МИКРООРГАНИЗМЫ ПЛАН ЛЕКЦИИ 1. ИНФОРМАЦИЯ 2. АТМОСФЕРА 3. КОРМ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР 4. КАЛЬЦИЙ 5. ФОСФОР 6. ЙОД 7. КОБАЛЬТ 8. МЕДЬ 9. МАРГАНЕЦ 10. ФТОР 11. ПОЛЛЮТАНТЫ, КСЕНОБИОТИКИ 12. ПИТЬЕВАЯ ВОДА 1. ИНФОРМАЦИЯ Экологическая информация — это совокупность воспринимаемых организмом сигналов, отражающих картину окружающего мира во всем его многообразии изменений, развития. Сигналы, воспринимаемые животными, многочисленны и разнообразны. Среди них большую биологическую роль играют оптические (свет, цвет, контуры живых и неживых объектов и др.), звуковые (шелест листьев, крики птиц, мычание коров, блеяние овец и др.), химические (запах, вкус и др.). Сигналы других категорий изучены слабо, хотя их биологическое значение, возможно, не менее велико, чем тех, которые перечислены выше. Известно, например, что многие виды перелетных птиц в качестве фактора сигнального характера используют гравитационное поле Земли. 45 Ряду форм экологической информации присуща резко выраженная специфичность воздействия на организм. Средства информации вступают в контакт с рецепторными структурами организма подобно ключу в замке. Такой тип сигнального воздействия отмечен у многих химических веществ, в частности у ряда феромонов. На информацию, поступившую из окружающей среды, животное реагирует по-разному. Его ответная реакция зависит от многих причин, и в первую очередь от содержания информации. Информация может отражать наличие или отсутствие в БГЦ корма, питьевой воды, возникновение опасных для жизни животных ситуаций (появление хищников, наводнение, бури, схождение горных лавин и т. д.). В зависимости от физиологического состояния организма одна и та же по содержанию информация может вызвать у животных не одинаковую, а иногда прямо противоположную реакцию. Реакция животных на информацию во многом зависит от ее количества (интенсивности, дозы). Как дефицит, так и избыток информации на животных влияют негативно. Избыток внутрипопуляционной информации, связанный со скученным содержанием животных, может стать причиной стресса и болезней адаптации. В процессе эволюции организмы приобрели свойства реагировать на сигналы, предвосхищающие события. Экологическая информация может быть с успехом использована в качестве лечебно-профилактического средства. Информация — экологически чистое средство лечения и профилактики болезней, не загрязняющее внутреннюю среду организма и, следовательно, не оказывающее негативного влияния на качество животноводческой продукции. Экологическая информация оказалась эффективной в решении проблем, связанных с охраной природы. Специфичность сигнального действия половых феромонов используют для разработки нехимических 46 методов борьбы с насекомыми — вредителями сельского хозяйства. 2. АТМОСФЕРА Жизнедеятельность животных неразрывно связана с обменом газами между ними и окружающей воздушной средой. Потребление атмосферного воздуха и выделение организмом «отработанных» газов осуществляется системами (аппаратами) внешнего и внутреннего (тканевого) дыхания. Системы внешнего и внутреннего дыхания выполняют не только дыхательную функцию. Они являются системами питания организма и выделения из него продуктов обмена. Многие газообразные вещества через дыхательные пути попадают в легкие, а оттуда через стенки легочных капилляров проникают в кровь. По легочной вене они следуют в левый отдел сердца, из него — в артериальную систему большого круга кровообращения. Минуя желудочнокишечный тракт и печень, средства питания, например взвешенные в воздухе частицы йода, влияют на обмен веществ и на жизнедеятельность организма. Система выдыхания выполняет выделительную функцию. Некоторые продукты обмена, например кетоновые тела, выделяются из организма через систему внутреннего и внешнего дыхания. Объем выдыхаемого (и вдыхаемого) воздуха (экологический оптимум) колеблется в зависимости от видовых и возрастных особенностей животных, их физиологического состояния и той экологической обстановки, в какой они находятся. Уклонение дыхательной функции за пределы экологического оптимума на животных влияет негативно. Недостаточное поступление атмосферного воздуха в организм животного (экологический минимум, нижний критический порог) отмечается при затруднении или полном прекращении передвижения струи воздуха по воздухоносным путям. Дыхательная функция нарушается или полностью прекращается вследствие отека гортани, спазма бронхов или обтурации просвета дыхательных трубок системы внешнего дыхания. Затруднение дыхания сопровождается недостаточным насыщением 47 крови кислородом (гипоксемия) и задержкой в организме углекислоты (гиперкапния). При прекращении дыхания наступает асфиксия с летальным исходом. Смерть наступает почти мгновенно, через 5—10 мин. Верхний критический предел, связанный с избыточным поступлением атмосферного воздуха в организм животных, не привлек внимания ветврачей-экологов. Исследований, связанные с изучением влияния на организм животных загрязненного воздуха. Зоогигиенисты подробно изучили патогенное влияние на животный организм сероводорода и аммиака, загрязняющих воздушную среду животноводческих помещений. Установлено, что эти вредные газы вызывают риниты, ларингиты, бронхиты и пневмонии. Респираторные и другие болезни животных возникают при загрязнении атмосферы пылью, дымом, газообразными отходами промышленных производств. 3. КОРМ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР Корм — объект исследования многих наук, в том числе экологии. Корм представляет собой фактор биогеоценоза, оказывающий влияние на популяции животных, на особи, их органы, ткани, клетки и субклеточные структуры. Экологическое изучение питания животных в известной мере базируется на данных кормопроизводства и кормления, так как корм — базовый объект исследования этих наук. Экология и кормление много внимания уделяют повышению эффективности биоконверсии — переводу органической массы растений в зоомассу (мясо, молоко, яйца, шерсть и др.). Область понимания биоконверсии и ее применения в животноводстве, следует расширить, так как в живую массу животных переводятся корма не только растительного, но и животного происхождения. Органическая животная масса используется не только для кормления хищников (например, некоторых видов пушных зверей), но и растительноядных млекопитающих и птиц. 48 Так, для кормления животных используют рыбий жир, мясокостную муку, отходы мясомолочной промышленности, другие материалы животного происхождения. Использование отходов производства в качестве вторичных кормовых ресурсов имеет не только эколого-природоохранное значение, но и играет определенную экономическую роль, если, разумеется, такой корм с физиологической, зоогигиенической и экологической точек зрения является биологически полноценным. Наряду с термином «корм» широко применяется термин «кормовой рацион». Понятия, обозначаемые этими терминами, не идентичны, но имеют много общего. Их общность состоит в том, что и корм, и кормовой рацион — объекты кормления животных. Животноводы составляют кормовые рационы, балансируя их по энергии, белкам, жирам, углеводам, витаминам и другим компонентам питания животных. Кормовой рацион — комплексный экологический фактор. Рацион кормления состоит из разнообразных веществ, каждый из которых обладает более или менее выраженными специфическими свойствами и потому являет собой самостоятельный экологический фактор. Кормовые факторы рациона влияют на организм животных не изолированно друг от друга, а в совокупности, сочетанно, в определенной взаимосвязи. Установлено, что корма существенно влияют на животных, их продуктивность, воспроизводительную способность, устойчивость или, наоборот, восприимчивость к заболеваниям. От особенностей кормов и кормления животных во многом зависит качество животноводческой продукции. Нормы кормления зависят от вида животных, их возраста, продуктивности, физиологического состояния, особенностей экологической обстановки в местах обитания и т. д. Недостаточное или, наоборот, избыточное потребление корма на животных влияет негативно. Недокорм (экологический минимум) приводит к снижению 49 упитанности и продуктивности животных. Развивается алиментарная дистрофия. В зависимости от степени потери живой массы течение алиментарной дистрофии условно подразделяют на три стадии. При первой стадии живая масса животного уменьшается на 15—20%, при второй —на 20—30%, при третьей —еще больше. Клиническая картина алиментарной дистрофии характеризуется нарушением роста волоса (шерсти), появлением алопеций, снижением эластичности кожи, бледностью видимых слизистых оболочек, развитием гипопластической анемии. В третьей стадии болезни животное утрачивает способность передвигаться и погибает. При витаминном голодании развиваются гиповитаминозы. Особенно часто регистрируют гиповитаминоз А, характерные признаки которого — ослабление зрения (гемералопия), сухость глаз (ксерофтальмия), их поражение (кератомаляция). Недостаток в рационе кормления аскорбиновой кислоты (витамина С) обусловливает развитие скорбута (цинги), токоферола (витамина Е) — дистрофии мышц, тиамина (витамина В1) — нервных расстройств, цианкобаламина (витамина В12) — анемии. Дефицит филлохинона и других форм витамина К может стать причиной возникновения геморрагического диатеза у пушных зверей и птиц. При недостаточном поступлении в организм макро- и микроэлементов возникают гипомакро- и микроэлементозы. При перекорме животных (экологическом максимуме) развивается ожирение. Оно характеризуется избыточным отложением жира в подкожной клетчатке, в других тканях организма. У ожиревших животных понижаются процессы окисления, печень подвергается жировой дистрофии. Развивается миокардоз, расстраивается кровообращение. Клиническая картина ожирения проявляется округлостью форм тела, 50 малоподвижностью животного, ослаблением тонов сердца и везикулярного дыхания. При избытке в рационе витаминов возникают гипервитаминозы, макрои микроэлементов — гиперэлементозы. При перекорме, как и недокорме, у животных развивается алиментарное бесплодие. Острую эколого-ветеринарную проблему представляют заболевания, обусловленные скармливанием животным неполноценных, испорченных, заплесневелых кормов. К ним можно отнести микозы, микотоксикозы, гастриты, гастроэнтериты, колики, сопровождающиеся синдромом болей в животе. 4. КАЛЬЦИЙ Среди элементов минерального питания животных кальцию отводят ведущее место. Он составляет приблизительно 1,5 % массы тела, т. е. больше, чем любой другой элемент минерального питания. Основная масса кальция (99 %) сосредоточена в депо — в костях и зубах. Экологический оптимум потребностей организма в кальции в известной мере совпадает с нормой его содержания в рационе кормления животного. Нормальные показатели кормового кальция не являются строго фиксированными; они колеблются в зависимости от вида и возраста животных, их физиологического состояния, от состава рациона, наличия или отсутствия в нем элементов-синергистов и антагонистов, других причин. Кальций поступает в организм животных с кормом и водой. В растениях он связан с белками и анионами органических кислот. Богаты кальцием бобовые травы, подсолнечник, меньше содержится его в злаковых травах, кукурузе. Больше кальция в вегетативной части растений, чем в генеративной. В желудке и кишечнике всасывается до 50 % кальция. Кальций, всасывающийся из кишечника в кровь, по воротной вене поступает в печень, 51 а затем в общий кровоток и распределяется по тканям и органам. Между кровью, органами, скелетом постоянно происходит обмен кальцием. В большей мере в нем участвует костная ткань. В костной системе как депо минеральных веществ содержатся быстро обмениваемый лабильный и медленно обмениваемый кальций. Лабильного кальция больше в хвостовых позвонках, ребрах, грудной кости, костях таза и черепа, меньше — в трубчатых костях, выполняющих опорную роль. При колебаниях уровня кальция в крови так называемый поверхностно-лабильный временный скелетный кальций, который адсорбируется в костях, быстро переходит из костной ткани в кровь или из крови в костную ткань. Кальций используется у лактирующих животных для образования молока, у птиц в период яйцекладки для формирования скорлупы яиц. Специальной регуляторной системой содержание ионизированного кальция в крови поддерживается на относительно постоянном уровне. Поддержание ионного равновесия осуществляется за счет кальция, поступающего с кормом, всасывающегося в кишечнике, за счет кальция, освобождающегося при диссоциации из кальциево-протеиновых комплексов сыворотки, поступления его из фонда скелета. Кальций постоянно выводится из организма в основном через желудок и кишечник. Экскреция его осуществляется почками с мочой, но она ограниченна. Кальций, профильтровавшийся в клубочках нефронов, почти на 99 % реабсорбируется в извитых канальцах, выделяется в небольших количествах в неионизированных фильтрующихся комплексах. При длительном недостатке содержания кальция в рационе у животных развивается гипокальциемия, резервы кальция в костной системе постепенно истощаются. Кости подвергаются дистрофии. У молодняка развивается рахит, у взрослых животных — алиментарная ахаликозная остеодистрофия. 52 Длительный избыток кальция в рационе ведет к развитию гиперкальциемии. Кислотно-щелочное равновесие смещается в щелочную сторону. У животных развивается алиментарная алкалозная остеодистрофия. 5. ФОСФОР Фосфор поступает в организм животных с кормом и водой. В растениях он содержится главным образом в виде органических соединений — солей фитиновой кислоты, фосфолипидов, нуклеиновых кислот. Богаты им концентрированные корма (зерно и др.). Экологический оптимум фосфора зависит от видовых и возрастных особенностей животных, физиологического состояния организма и ряда других факторов. Всасывается фосфор преимущественно в тощем и толстом кишечнике. Труднорастворимые фосфорно-кальциевые соли частично всасываются после их реакции с жирными кислотами. Всосавшиеся в кишечнике неорганические фосфаты с кровью поступают в печень, а затем разносятся по всему организму, задерживаются тканями, включаются в различные структуры и процессы. Фосфор быстро включается в АТФ и креатинфосфат, фосфопротеины, углеводные фосфаты, фосфолипиды, структуры нуклеиновых кислот, определяющих биосинтез белка, иммунные тела. У жвачных животных фосфор используется в процессах воспроизводства и развития микрофлоры рубца. Фосфорная кислота входит в состав витамина В1. Между депо минеральных веществ — скелетом, кровью и тканями осуществляется обмен фосфора, интенсивность которого зависит от скорости обновления и размеров включения его в различные процессы. Как дефицит (экологический минимум), так и избыток фосфора в рационе (экологический максимум) приводят к нарушению фосфорного обмена, негативно влияя на рост и развитие животных. Дефицит фосфорных соединений в рационе животных приводит к снижению уровня фосфора в крови. 53 Гипофосфатемия развивается через более или менее продолжительный промежуток времени — после исчерпания запасов легко обмениваемого фосфора в костной системе. Уменьшение фосфора в костной ткани ведет к деминерализации скелета. Развивается алиментарная афосфорозная остеодистрофия. При избыточном поступлении фосфора в организм развивается гиперфосфатемия. Увеличение ионов фосфора в крови ведет к изменению ионного равновесия и развитию ацидоза. Нарушается фосфорно-кальциевый обмен, поражаются кости, расстраивается деятельность органов, тканей, клеток. Развивается алиментарная ацидозная остеодистрофия. Алиментарные остеодистрофии любой этиопатогенетической формы, ацидозной или алкалозной, афосфорозной или ахаликозной, сопровождаются однотипной клинической картиной. Характерными синдромами всех форм остеодистрофии являются размягчение костей (остеомаляция), их хрупкость и ломкость (остеопороз), рассасывание последних хвостовых позвонков (остеолиз). 6. ЙОД Поступая с кормом в пищеварительный аппарат, органический йод восстанавливается до йодидов и в таком виде всасывается в основном в тонком кишечнике. При большом содержании в рационе кальция, магния, железа, стронция всасывание йода уменьшается. Всосавшийся йод с кровью разносится по организму, задерживается тканями, избыток депонируется в липидах. Основная часть его (до 60 %) поглощается щитовидной железой и используется для синтеза гормонов. Йодсодержащие гормоны щитовидной железы стимулируют синтез и повышают активность многих ферментов и таким образом участвуют в регуляции обмена веществ, физиологических процессов и функций. Йод участвует в развитии и дифференцировке тканей. Он усиливает 54 поглощение кислорода тканями и увеличивает коэффициент его использования. Активизирует теплопродукцию, синтез белков в клетках. Стимулирует трофические и иммунные процессы, эритропоэз, лейкопоэз, секреторную деятельность пищеварительных и молочных желез, синтез молочного жира, деятельность половых органов, развитие плода. Обновление йода в тканях и органах происходит очень быстро, период его полувыведения 1,7—9 дней. Йод выводится главным образом почками с мочой, пищеварительными железами со слюной, желчью, калом, у лактирующих животных — молочными железами с молоком. При йодной недостаточности уменьшается концентрация этого элемента в крови и тканях, нарушается функция щитовидной железы. Железа увеличивается. Зобная болезнь характеризуется нарушением обмена веществ, снижением упитанности и продуктивности животных. Избыток йода в рационе животных в обычных условиях маловероятен. У животных не отмечается нарушений процессов жизнедеятельности при повышении содержания йода в 50—100 раз. При дозах выше оптимальных в 300 раз и более у животных повышается концентрация йода в крови, понижается продуктивность, появляется кашель, нарушаются обменные процессы. 7. КОБАЛЬТ Кобальт поступает в организм с кормами и минеральными добавками в виде минеральных солей и витамина В12. Всасывается он преимущественно в тонком кишечнике из растворимых солей в виде ионов. Всосавшийся кобальт поступает в печень, где в значительных количествах задерживается. Остальная часть кобальта включается в общий кровоток и разносится по тканям, органам. Кобальт выводится из организма через желудочно-кишечный канал в основном печенью с желчью, а также почками с мочой, у лактирующих животных с молоком. 55 Как дефицит, так и избыток кобальта в рационе ведут к нарушению обмена веществ и заболеванию животных. При недостаточном поступлении в организм кобальта возникает гипокобальтоз. Болезнь характеризуется снижением упитанности и продуктивности животных, развитием гипопластической анемии. При избыточном поступлении кобальта в организм возникает гиперкобальтоз. Болезнь характеризуется появлением эритроцитоза. У животных расстраиваются функции пищеварения и дыхания, нарушается обмен веществ. 8. МЕДЬ Медь поступает в организм с кормом и водой, освобождается в желудке и кишечнике, часть ее всасывается, преимущественно в тонком кишечнике. В слизистой оболочке тонкого кишечника имеется белок металлотионеин, который образует комплекс с медью и обеспечивает ее всасывание в кровь. Всасывание меди снижается при избытке в рационе молибдена и сульфата. Нормальным считается соотношение меди и молибдена 10:1, содержание сульфата — 0,1—0,2 % на 1 кг сухого вещества. На использование организмом меди влияют цинк, свинец, марганец, серебро, кадмий, кальций. Всосавшаяся медь фиксируется в печени, поступает в общий кровоток, задерживается спинным мозгом, костями, селезенкой, почками, сердечной мышцей, поджелудочной железой и другими органами. После всасывания медь транспортируется кровью в виде комплексных соединений с аминокислотами и альбуминами. В плазме основная часть меди находится в виде церулоплазмина. Медьсодержащие ферменты играют важную роль в окислительновосстановительных процессах, катализируют отдельные этапы тканевого дыхания, участвуют в процессах, обеспечивающих усвоение молекулярного 56 азота. Особенно выражено участие меди в поддержании оптимального уровня и согласованности обменных процессов в нервной системе, органах зрения и слуха, в процессах сокращения скелетных мышц, биосинтезе фосфолипидов, поддержании активности остеобластов, образовании эластичной ткани сосудов (коллагена и эластина), пигмента кожи и волос. Выделение меди из организма осуществляется через пищеварительный аппарат, больше — с желчью, калом, в небольших количествах — с мочой. При дефиците меди в рационе у животных развивается гипокупроз. Заболевание характеризуется нарушением обмена веществ, развитием анемии. У молодняка, особенно у ягнят, поражается головной мозг и развивается атаксия – нарушениекоординации движений. При избыточном поступлении в организм меди возникает гиперкупроз. У животных развиваются гастроэнтерит, дистрофия печени, гемолитическая анемия. 9 МАРГАНЕЦ В организм животных марганец поступает в основном с кормами, освобождается в желудке и всасывается главным образом в тонком кишечнике. Всосавшийся марганец частично задерживается печенью, поступает в общий кровоток, откуда извлекается тканями, органами, в большей степени костями, поджелудочной железой, почками, мозгом, сердечной мышцей, селезенкой, скелетными мышцами. Много марганца в шерсти, щетине, пере. В процессе жизнедеятельности происходит перераспределение элемента между органами. При уменьшении концентрации его в крови он поступает в кровяное русло из органов, служащих депо. Большое количество марганца содержится в митохондриях клеток, особенно печени. Он участвует в тканевом дыхании. Стимулирует кроветворение, эритропоэз, образование гемоглобина, положительно влияет на рост животных, поддерживает нормальное 57 состояние структур половых органов, воспроизводительную функцию, лактацию. Выводится из организма в большей мере через пищеварительный тракт с секретами, калом, в меньшей мере почками с мочой, у лактирующих животных с молоком. При недостатке марганца в рационе снижается концентрация его в крови и тканях. У животных задерживаются рост и развитие, нарушается функция половой системы. У свиней возникает резорбция плодов. Появляются дефекты костеобразования. У быков производителей отмечены симптомы системного поражения конечностей, хромота, поза сидячей собаки, у птиц —явления перозиса - скользящий сустав или сухожилие, сгибание конечности в голеностопном суставе. При избыточном поступлении марганца в организм повышается его концентрация в крови и тканях. Развивается гипогемоглобинемия, поражаются кости. При избытке марганца, как и при его недостатке, появляются признаки так называемого марганцевого рахита. 10. ФТОР Фтор поступает в организм животных с кормом и питьевой водой. Он освобождается и всасывается в кишечнике, поступает в кровь, к тканям и органам. Снижают усвоение этого элемента кальций, магний, алюминий, цинк, йод. Фтор является остеотропным элементом. Большая часть его задерживается в зубах и костях, включается в их структуры. Фтор стимулирует репаративные процессы при переломах костей. Отличается чрезвычайно высокой реакционной способностью и образует соединения со всеми элементами, в том числе с азотом. Высокая реакционная способность обусловливает его высокую биологическую активность. Добавление атома фтора в молекулы различных биологически активных соединений повышает их активность. Фтор стимулирует обменные процессы, реакции иммунитета. 58 Недостаточное поступление фтора в организм — один из этиологических факторов кариеса зубов. При поступлении в организм слишком больших количеств этого микроэлемента у животных развивается флюороз — тяжелое заболевание, характеризующееся нарушением обмена веществ и поражением зубов. 11. ПОЛЛЮТАНТЫ. КСЕНОБИОТИКИ Термины «поллютант» и «загрязнитель» считают синонимами, когда речь идет о бытовых, промышленных или сельскохозяйственных загрязнениях среды природными химическими веществами. Химические вещества, чуждые природе, названы ксенобиотиками (от имени Ксения — чужая). Ксенобиотиками чаще всего являются искусственно созданные вещества, например пестициды. Поллютанты и ксенобиотики многочисленны и разнообразны. Загрязняя среду, поллютанты и ксенобиотики могут поступать в организм с кормом, водой и вдыхаемым воздухом. С загрязненной поверхности тела многие из них могут всасываться в организм через кожу и слизистые оболочки. К разряду «типичных» поллютантов можно отнести никель, при загрязнении среды которым у животных возникает никелевый токсикоз. С эколого-физиологических позиций никель изучен недостаточно. До сих пор еще не установлен диапазон толерантности животных к воздействию этого элемента на их организм. Установлено, что избыточное поступление никеля в организм животных приводит к поражению желудочно-кишечного тракта, печени, сердца, кровеносных сосудов, головного мозга, сетчатки глаз. Поражаются кожа, конечности. Некротические процессы усиливаются под влиянием алкалоидов спорыньи. Широко распространенный поллютант — свинец. Основным источником загрязнения среды свинцом является автотранспорт. Под влиянием выхлопных газов автомобилей вдоль 59 шоссейных дорог формируются характерные лентообразные техногенные свинцовые геохимические аномалии. Полоса биогеохимической зоны может достигать значительной ширины—100м и более от края дороги. Свинец накапливается в почвах и в большей мере — в произрастающих на них растениях. Растения — концентраторы свинца. Их использование в качестве корма приводит к возникновению свинцового отравления. Свинец, попавший в организм, накапливается в костях, печени, почках, в других органах и тканях. У животных нарушается обмен веществ, развиваются дистрофические процессы в паренхиматозных органах. Нервные клетки головного мозга подвергаются вакуолизации. Характерный признак отравления свинцом — «свинцовая кайма» на слизистой оболочке десен, преимущественно на границе с зубами. У животных, пораженных токсикозом, отмечают снижение упитанности и продуктивности, появляются признаки расстройств пищеварения, дистрофии печени и сердца. У лошадей возникает синдром свистящего удушья. «Классическим» ксенобиотиком можно считать всемирно известный ДДТ, синтезированный в 1873 г. Его инсектицидные свойства открыты в 1937 г. Начиная с 1940 г. развернулось промышленное производство препарата и его беспрецедентное распространение по всему миру. Использовали ДДТ необычайно широко. Его применяли для уничтожения насекомых — вредителей сельского хозяйства, для борьбы с переносчиками и возбудителями болезней животных и людей и даже в быту — против домовых мух, вшей, постельных клопов и т. д. Широкое использование ДДТ в разных сферах народного хозяйства и жизни общества сделало этот препарат постоянным и непременным компонентом бытовых, сельскохозяйственных и даже «медицинских» и «ветеринарных» загрязнений природной среды. Оптимистический взгляд на ДДТ сменился пессимистическим. Оказалось, что ДДТ обладает кумулятивными свойствами, он накапливается 60 в жировой ткани, центральной нервной системе, печени, других органах. Оказывает гонадотоксическое, эмбриотоксическое, аллергенное, бластомогенное, тератогенное и мутагенное действия. Отрицательное экологическое свойство ДДТ — его устойчивость в окружающей среде; препарат очень медленно разлагается и обезвреживается. Из 1,5 млн тонн использованного в мире ДДТ за период с 1940 по 1970 г. приблизительно лишь треть обезвредилась. Остальное количество препарата и его вредных метаболитов продолжает мигрировать по биосфере. Большинство организмов, а может быть все, в той или иной степени заражены ДДТ или его метаболитами. ДДТ относится к хлорорганическим соединениями (ХОС), которых сейчас много. В Ветеринарной токсикологии их описано 14. Но к ксенобиотикам относятся не только ХОС, но и сотни других соединений. Проблема поллютантов и ксенобиотиков — одна из острейших и сложнейших в экологии, ветеринарии и медицине. 12 ПИТЬЕВАЯ ВОДА Животным необходима не только газообразная влага, но и жидкая питьевая вода. Выпитая животными вода влияет на процессы пищеварения и обмена веществ. Вода во многом определяет рост, развитие, продуктивность и естественную резистентность животных. Норма потребления воды (экологический оптимум) для сельскохозяйственных животных в значительной мере колеблется в зависимости от их видовых, возрастных, половых особенностей, температуры окружающей среды и ряда других факторов. Поэтому границы экологического минимума и экологического максимума в потреблении питьевой воды животными не являются строго фиксированными, они могут смещаться в ту или иную сторону. При недостаточном поступлении воды в организм развивается эксикоз (гипогидрия, дегидратация, отрицательный водный баланс). Эксикоз выражается общей слабостью, жаждой, сухостью видимых 61 слизистых оболочек и кожи. Из-за дефицита слюны глотание нарушается. Развивается олигурия - уменьшение количества отделяемой почкамимочи. Глаза западают в орбиты. Из-за сгущения крови наблюдается эритроцитоз. Нарушается водно-солевой обмен, расстраивается деятельность органов кровообращения, дыхания, пищеварения. Животное, лишенное воды, погибает через 4—8 сут. Прием слишком большого количества воды отмечается при сухой жаркой погоде, поедании животными «солений», нарушении водно-солевого обмена в организме, диабете, у беговых лошадей — при резко выраженном потении. В подобного рода случаях у животных отмечают признаки жажды, иногда полиурии (увеличения количества мочи). Острую эколого-ветеринарную проблему представляет ухудшение качества питьевой воды вследствие ее загрязнений отходами производств, пестицидами и др. Загрязнители подразделяются на минеральные и органические. В первом случае вода загрязняется песком, глиной, солями, кислотами, щелочами, другими минеральными веществами. Сточные воды, содержащие растительные волокна, жиры, отходы кожевенной, целлюлознобумажной промышленности, сахарных, пивоваренных, консервных заводов, животноводческих ферм и комплексов, становятся причиной органических загрязнений водоемов. В загрязненной питьевой воде нередко обнаруживают тяжелые металлы, радионуклиды, синтетические моющие средства, гербициды, другие ксенобиотики. Потребление загрязненной питьевой воды — одна из частых причин гастритов, энтеритов, гепатозов, токсикозов. Охрана питьевой воды от загрязнений — составная часть мероприятий по профилактике энзоотий. 62 ЛЕКЦИЯ №7 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ ПАТОГЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ ПЛАН ЛЕКЦИИ 1. ВОЗБУДИТЕЛЬ ЛЕПТОСПИРОЗА 2. ВОЗБУДИТЕЛЬ ТУЛЯРЕМИИ 3. ВОЗБУДИТЕЛЬ ЛИСТЕРИОЗА 4. ВОЗБУДИТЕЛИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННОГО ОТЕКА 5. ВОЗБУДИТЕЛЬ СИНЕГНОЙНОЙ ИНФЕКЦИИ 6. ВОЗБУДИТЕЛЬ СИБИРСКОЙ ЯЗВЫ 7. МИКОБАКТЕРИИ ТУБЕРКУЛЕЗА 1. ВОЗБУДИТЕЛЬ ЛЕПТОСПИРОЗА Возбудитель лептоспироза —Leptospirainterrogans—патогенные бактерии, сапрофитное существование которых целенаправленно изучалось в естественных условиях природного очага в ходе многолетних полевых экспериментов. Лабораторные опыты показали, что сроки существования лептоспир в почве или воде сравнительно небольшие и отличаются у лептоспир разных серогрупп. Быстрое уменьшение численности лептоспир в почве, а также неопределенно длительное обнаружение в ней патогенных форм указывает на их избирательную гибель из исходной части популяции возбудителя, а не гибелью в почве. Наиболее многочисленная часть выводящихся из организма лептоспир быстро погибает в почве, что приводит к резкому падению их концентрации в первые сутки. 63 Другая, несравненно меньшая по численности часть лептоспир, переходит к сапрофитному существованию в почве. Они регулярно обнаруживаются в почве как через несколько суток, так и через несколько месяцев после попадания в почву. Ничтожно малое число лептоспир из внеорганизменной части популяций внедряется в здоровых животных, обеспечивая тем самым процесс циркуляции возбудителя и пополняя гостальную часть его. Гостальная специфичность - привязанность к тому или иному виду хозяина. Таким образом, почва как среда обитания лептоспир выполняет важную селективную функцию при обоих способах существования популяции возбудителя — циркуляции и резервации. Особенности гостальной части. Средой обитания патогенных лептоспир служат также органы и ткани животных восприимчивых видов. Почки, точнее почечные клубочки и канальцы, а для некоторых целиком мочеполовой тракт, оказались биологической нишей, в которой в процессе эволюции патогенные лептоспиры нашли необходимые условия для размножения, длительного сохранения и выделения во внешнюю среду. Значимость животных того или иного вида для сохранения лептоспир оценивают по частоте лептоспироносительства у особей данного вида. Чем чаще и чем продолжительнее лептоспироносительство после перенесенного острого или хронического инфекционного процесса, тем большая вероятность считать вид животных резервуаром лептоспир. Носители лептоспир зарегистрированы у представителей 9 из 18 отрядов класса Mammalia, однако наиболее часто поражаются животные семейств, родов и видов из отрядов грызуны, насекомоядные, хищные, сумчатые. Основные хозяева лептоспир, как правило, виды, занимающие обширные территории и многочисленные по составу. Установлена приуроченность большинства сероваров лептоспир к определенным видам животных. Серотип(серовар) — группамикроорганизмоводноговида, объединяемых 64 общейантигеннойструктурой, определяемойсерологическими методамидиагностики. Вместе с тем между лептоспирами и их хозяевами устанавливается биологическое равновесие, не сопровождающееся видимым болезнетворным влиянием паразита на хозяина. Инфекция, вызываемая у крыс и мышей,не имеет внешних проявлений. Паразитирование лептоспир, несмотря на выраженную адаптацию, не безразлично для организма хозяина: у грызунов-лептоспироносителей множественные кровоизлияния в легких и почках, интерстициальный нефрит и дегенеративные изменения почечной паренхимы, слабость и потеря активности. Критериями, на основании которых животных из отрядов грызунов, насекомоядных, хищных и сумчатых считают основными хозяевами определенных сероваров патогенных лептоспир, служат в первую очередь их устойчивая численность, высокая зараженность, способность обеспечить непрерывную циркуляцию возбудителя в очаге, обширный ареал, условная патогенность, длительное носительство возбудителя. Инфекционный процесс у сельскохозяйственных животных характеризуется сглаженностью отношений между паразитом и хозяином. Проникновение возбудителя в организм сопровождается болезнью только у немногих особей; у большинства же отмечается бактериемия, образование специфических антител и лептоспироурия. Продолжительность лептоспироурии составляет месяцы и даже годы. Ареал и численность сельскохозяйственных животных постоянно увеличиваются за счет осваиваемых территорий. Численность их более чем достаточна для поддержания непрерывного эпизоотического процесса. Пути естественного заражения. Внутривидовое перезаражение животных, т. е. свиней от свиней, крупного рогатого скота от крупного рогатого скота, происходит в тех случаях, когда эпизоотический процесс вызывают лептоспиры, основными хозяевами которых служат 65 сельскохозяйственные животные. Так, например, лептоспиры серовараHardjoпаразитируют на крупном рогатом скоте, и заражение здоровых животных происходит только от крупного рогатого скота. Источник лептоспир сероваровTarassovi, Pomonaво всех случаях — сами сельскохозяйственные животные, поскольку другие источники этих возбудителей на территории РФ не известны. Если сельскохозяйственные животные — дополнительные хозяева, то заражение обычно происходит от основных хозяев: полевок, серых крыс, насекомоядных, собак и др. Случаи межвидового заражения, например, свиней от крупного рогатого скота, а крупного рогатого скота, ягнят и лошадей от свиней также многократно описаны в литературе. Заражение крупного рогатого скота в пастбищный период наблюдали многие исследователи. Крупный рогатый скот от свиней или свиньи от крупного рогатого скота в большинстве случаев заражаются при использовании для поения или купания общих водоемов со стоячей водой (пруды, болотца, лужи). Территориальное разделение свиноводческих ферм от ферм крупного рогатого скота, прекращение доступа животных к открытым водоемам практически делает невозможным перезаражение животных этих двух видов. От собак сельскохозяйственные животные заражаются через инфицированную воду. Собаки, как и пушные звери, могут заражаться при поедании продуктов убоя больных животных. 2. ВОЗБУДИТЕЛЬ ТУЛЯРЕМИИ Возбудитель туляремии —Francisellatularensis— обладает значительной устойчивостью во внешней среде, особенно при низких температурах. Проведено достаточное количество исследований о выживаемости возбудителя туляремии в воде открытых водоемов, при различных лабораторных условиях, в зернофураже, трупах погибших животных и др. Выживаемость туляремийного возбудителя в почве менее изучена. 66 Тем не менее во влажной почве при 23...29 °С возбудитель может сохраняться 2,5 мес, при 4 °С — до 4 мес, в подсохшей почве — 7...10 сут; в инфицированном иле при —7 °С—до 3 мес. Установлено, что природные очаги туляремии приурочены к почвам несколько иного состава, чем при лептоспирозах, а именно к дерновым, глинисто-песчаным и супесчаным с сильно-, средне- и слабокислой реакцией, содержание азота, фосфора и калия —низкое либо очень низкое. 3. ВОЗБУДИТЕЛЬ ЛИСТЕРИОЗА Возбудитель листериоза —Listeriamonocytogenes— растет в широком диапазоне температур, однако его подвижность, хорошо выраженная при 20 °С, утрачивается при 37 °С. Наиболее длительное сохранение и активное размножение листерий в воде происходит при 4 °С. Увеличение жизнеспособности листерий с понижением температуры от 37 до 4 °С отмечено и в других экспериментах. Концентрация листерий в речной и прудовой воде при 5 °С возрастала за 1...2 нед в 500...900 раз; при 18...20 °С за 7...12 сут концентрация микробов возрастала в сотни и тысячи раз. Размножение стимулируют также и органические вещества. Листерии широко распространены в сточных водах, речной, озерной воде, иле, они преобладают над сальмонеллами как по численности, так и по жизнеспособности. В сточных водах наибольшая концентрация листерий в осадке. Сроки выживания листерий в почве составляют 6... 12 мес. Доказаны их высокие темпы размножения: при 18...20 °С за 6 сут их концентрация возросла в 1500...3000 раз. Наиболее интенсивное размножение листерий в почве происходит в весенний и осенний периоды, что связано с низкими температурами и высокой влажностью. Темпы размножения зависят кроме температуры от гумусового состава 67 почв, содержания азота, влажности, величины рН. Концентрация листерий во внешней среде повышается весной и осенью, зимой стабилизируется, а летом снижается. Листерии являются психрофильными микробами, имеющими две среды обитания (организм хозяина и внешняя среда), а листериоз следует отнести к сапронозным инфекциям. 4. ВОЗБУДИТЕЛИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННОГО ОТЕКА Один из возбудителей злокачественного отека — Clostridiumperfringens.При экспериментальном внесении сохранялся в почве 3 года (срок наблюдения) с периодическими колебаниями численности. С весны до осени отмечено размножение микроба. Жизнедеятельность возбудителей газовой гангрены возможна лишь в условиях почвенного биоценоза, тогда как в стерильной почве они быстро отмирают, что объясняется какими-то симбиотическими отношениями. Подобное свойство отмечено и у столбнячного микроба, который при обитании в почве образует «неразделимый симбиотический комплекс с другими микроорганизмами». Многочисленные факты заставляют придавать исключительно важное значение почве как среде обитания клостридий. У почвенных штаммов столбнячного микроба преобладают функции, присущие микробамсапрофитам, над функциями, характерными для паразитов (Т. И. Сергеева). Несоответствие наибольшей биологической активности и патогенности у клостридий указывает на то, что патогенность — нередко случайное, второстепенное свойство, которое может и не проявляться (М. И. Тарков). Многие исследователи считают, что патогенные клостридии — почвенные микроорганизмы. Альтернативная позиция состоит в том, что единственной средой обитания патогенных клостридий, где они могут жить и размножаться, служит кишечник травоядных животных. Относительная роль животных и почвы меняется в разных ландшафтных зонах; с севера на юг по мере улучшения почвенно68 климатических условий уменьшается роль животных и возрастает роль почвы, как резервуара столбнячного микроба. 5. ВОЗБУДИТЕЛЬ СИНЕГНОЙНОЙ ИНФЕКЦИИ Возбудитель синегнойной инфекции —Pseudomonasaeruginosa— обычный обитатель водоемов, различных растительных субстратов. Патогенные свойства синегнойной палочки проявляются в отношении множества разнообразных организмов — теплокровных животных, членистоногих, растений. Синегнойная палочка может существовать в воде, несколько снижая численность при полном отсутствии углеродсодержащих органических соединений, а после минимального добавления питательных веществ быстро восстанавливает численность и ферментативную активность. Синегнойная палочка стала частым возбудителем внутрибольничных инфекций в силу особенностей экологии — нетребовательности к органическим веществам, широкому диапазону устойчивости к различным факторам внешней среды, в том числе и к дезинфектантам. Физиологические свойства и огромный метаболический потенциал синегнойной палочки хорошо согласуются с причислением этой псевдомонады к свободноживущим видам микроорганизмов. Синегнойной палочке присущи две формы существования: подвижная и фиксированная (биопленки — микроколонии, окруженной полисахаридным матриксом). Эти формы роста взаимно дополняют друг друга, что существенно для выживания. Подвижная фаза обеспечивает движение, необходимое для колонизации новой среды обитания, а фаза в виде микроколонии осуществляет защиту от бактериофагов, поверхностноактивных веществ и фагоцитирующих простейших, имеющихся в большом количестве в окружающей среде. 6. ВОЗБУДИТЕЛЬ СИБИРСКОЙ ЯЗВЫ Возбудитель сибирской язвы — патогенный анаэробBacillusanthracis. Сибирская язва — сапроноз. Возбудитель болезни, попадая в почву, 69 способен совершать цикл: вегетативная клетка — спора — вегетативная клетка. Также способен существовать в сапрофитной фазе, что позволяет ему не зависеть от обитания в восприимчивом животном. Микроб приспособился к жизни вне организма, где на него постоянно оказывают влияние различные природные факторы. Основное место его обитания — почва. Различные типы почв характеризуются определенными значениями рН, содержанием макро- и микроэлементов, гумуса, фильтрационной способностью и другими физико-химическими показателями, создающими благоприятные или неблагоприятные условия для жизнедеятельности. Кроме почвы наBacillusanthracisоказывают влияние климатические факторы (количество выпавших осадков, температура воздуха и почвы). При определенных достаточно высоких температурах, способствующих процессу вегетации, происходит повышение контаминирования почвы, следовательно, при создании оптимальных условий это приводит к распространению болезни. Почва — основной резервуар возбудителя болезни. В эпизоотологии сибиреязвенной инфекции почва играет важную роль, так как обеспечивает нормальный цикл передачи возбудителя от больного животного к здоровому. Длительность существования возбудителя сибирской язвы во внешней среде неопределенно велика. К примеру, в лабораторных опытах микроб сохранял жизнеспособность в воде на протяжении трех лет (срок наблюдения), а при низких температурах (4 °С) — до 11 лет. Наиболее интенсивное размножение с увеличением численности популяции происходит в сентябре—октябре, тогда как в апреле—июне численность микроба в почве сокращается. Прорастание спор, деление вегетативных клеток и спорообразование происходят в почве и при низкой температуре (8... 12 °С). 70 Вирулентные штаммы сибиреязвенного микроба выделяли из почвы скотомогильников 30...50-летней давности, что подтвердило резервуарную роль почвы для возбудителя. Вегетация микроба в почве происходит при температуре не ниже 8...12°С, достаточной влажности, нейтральной или слабощелочной реакции, а также при определенном аминокислотном и микроэлементном составе. В жизненном цикле В. anthracisразличают две стадии. П а р а з и т а р н а я с т а д и я характеризуется обычным кратковременным пребыванием возбудителя в организме восприимчивого животного 2...5 сут (у свиней более продолжительная — от 1 до нескольких месяцев). С а п р о ф и т н а я с т а д и я — это длительное пребывание В. anthracisво внешней среде (в основном в почве). В осенних образцах почвы наибольшее содержание сибиреязвенно подобных бацилл, чем в зимних и летних: преобладают виды В. cereus, В. subtillis.В пробах почв, собранных осенью, больше антибиотических веществ, задерживающих рост возбудителя сибирской язвы, чем взятых летом и зимой. На жизнедеятельность возбудителя в почве также оказывает определенное влияние ее химический состав. Для физиологически полноценных процессов метаболизма помимо достаточного содержания в почве основного питательного субстрата — гумуса — необходимы определенные органические соединения, избыток или недостаток которых отрицательно влияет на В. anthracis. Наибольшее количество сибиреязвенных пунктов расположено в регионе с черноземными почвами; их активность напрямую связана с содержанием в почве микроэлементов, в частности фосфора и калия и определенных штаммов актиномицетов. Наиболее активные очаги сибирской язвы соответствуют участкам с минимальным содержанием К20 (от 0...3 мг на 100 г почвы): более высокие концентрации К20 отрицательно действуют 71 на В. anthracis. Кроме того, для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов необходимо оптимальное значение рН, различное для каждого микроба и находящееся в довольно узких пределах. На кислых почвах при рН ниже 5,5 очаги сибирской язвы отсутствуют. Сезонность проявления сибирской язвы. Отмечено, что в дождливое холодное лето сибирская язва развивается спородически, а в годы с жарким летом эпизоотически. Установлена сезонность в возникновении сибирской язвы. Характер сезонности обусловлен особенностями преобладающих в различных странах факторов передачи инфекции. Основной период заболеваемости приходится на январь—март в Дании и Германии, на февраль—март в Швейцарии и Аргентине, на июнь— сентябрь — в Греции, Иордании и Сирии, на июнь—август в России, Венгрии, на октябрь—декабрь в Бельгии, Великобритании, Нидерландах, Австралии. Учитывая, что в Австралии и Аргентине февраль и декабрь летние месяцы, становится очевидным, что для большинства из перечисленных стран характерны сезонные подъемы заболеваемости в теплое время года. В связи с тем, что в это время скот находится на пастбищах, в основном заболеваемость в указанных странах связана с почвенными очагами. Максимальная заболеваемость скота сибирской язвой в летнее время определяется тем что при засухе, характеризующейся обилием пыли, животное вместе с частицами почвы заглатывает большое количество спор. В жаркое и засушливое лето, когда трава на пастбищах выгорает, скот нередко перегоняют на высыхающие болота, в овраги, на заброшенные скотомогильники и прочие места, куда прежде выбрасывались трупы сибиреязвенных животных. Сухие стебли растений и корневища, поедаемые в период пастбищной 72 бескормицы, повреждая слизистые оболочки рта и пищевода, способствуют попаданию и развитию инфекции в организме животного. Лёт слепней и других членистоногих, участвующих в распространении инфекции среди животных, также определяет формирование летней сезонности сибирской язвы. В странах, где наблюдается зимняя сезонность сибирской язвы (Дания, Германия, Швейцария, Бельгия, Нидерланды, Великобритания), большинство заболеваний вызывается спорами В. anthracis,завозимыми с импортируемыми кормами. Дальнейшее развитие эпизоотии связано уже с сибиреязвенными трупами, причем роль насекомых в этом случае становится преобладающей в заражении животных. Микробный фактор — не решающий в развитии и течении массовой инфекции: характер течения и широта распространения эпизоотий зависят главным образом от внешней среды. Для почвенных инфекций, в том числе и сибирской язвы, важным являтся состояние почвы, ее температура, влажность, наличие в ней органических веществ, рН среды, уровень грунтовых вод. Все эти моменты при благоприятных их сочетаниях для патогенных микробов содействуют сохранению последних и даже их размножению. Влияние осадков на проявление сибирской язвы Число случаев сибирской язвы обратно пропорционально сумме выпадающих осадков. Недостаток атмосферных осадков приводит к понижению уровня грунтовых вод, обнажению верхних слоев заболоченной почвы, где сохраняются и размножаются сибиреязвенные микробы. Уменьшение количества осадков и последующая засуха способствуют заболеваемости сибирской язвой потому, что в этих условиях пастбищная бескормица ослабляет организм животных, а отсутствие травы и низкорослые стебли увеличивают степень контакта скота с инфицированной почвой. К тому же начинается активный лёт слепней, а значит, возрастает 73 число случаев передачи ими возбудителя сибиреязвенной инфекции животным. Анализ показал, что болезнь выявлялась, лишь когда количество осадков ниже 170 мм в месяц. Следовательно, обильные осадки выступают как фактор, препятствующий возникновению сибирской язвы. Географическое распространение сибирской язвы. Сибирская язва встречается на всех материках и практически во всех странах мира как среди животных, так и среди людей. Ограниченные территории земного шара (крайний север Американского континента и некоторые островные территории) свободны от болезни. 7. МИКОБАКТЕРИИ ТУБЕРКУЛЕЗА Микобактерии туберкулеза —Mycobacteriumbovis, М. avium. Больные туберкулезом животные и птицы обсеменяют, прежде всего, почву территории ферм и пастбищ, подстилку в помещениях. Признана роль почвы, обсемененной микобактериями туберкулеза, в заражении здоровых животных. Пастбище — также может быть при определенных обстоятельствах местом заражения здоровых животных. В Новой Зеландии за период с 1992 по 1995 г. в областях, энзоотичных по туберкулезу крупного рогатого скота, обследовали хорьков. В 19,1 % случаев у них обнаружена генерализованная форма туберкулеза. Они отловлены на пастбищах, где выпасали больной туберкулезом крупный рогатый скот. Туберкулез выявляли также у диких кошек и горностаев. Следовательно, на территориях пастбищ крупного рогатого скота дикие животные вовлекаются в эпизоотический процесс туберкулеза и служат источником инфекции. Установлено, что естественно инфицированный и больной туберкулезом крупный рогатый скот может выделять в течение суток до 37 млн микробных тел микобактерий туберкулеза. В 1 г экскрементов коровы содержится около 2 тыс. микобактерий туберкулеза (колебания составляют от 40 до 4400 микробных тел в 1 г фецес). 74 Атипичные микобактерии обнаруживают в почве, в том числе на территориях благополучных по туберкулезу крупного рогатого скота, в организме диких птиц, не реагирующих на туберкулин животных и в животноводческих помещениях. В естественных условиях на пастбище, обсемененном фекалиями больных туберкулезом животных, Mycobacteriumbovisвыживают 2 года и сохраняют вирулентность до года. Из естественно и искусственно обсемененной почвы Mycobacteriumbovisвыносится произрастающими на ней растениями. На пастбищах, обсемененных возбудителем туберкулеза, происходит заражение крупного рогатого скота. В глубокой несменяемой подстилке птичника возбудитель туберкулеза птичьего типа сохраняет жизнеспособность 10 лет (срок наблюдения): по мере переживания в популяции происходит потеря вирулентности большинства культур микобактерий. При длительном переживании в почвах и глубокой несменяемой подстилке происходят изменения морфологических, культуральных, биохимических свойств микобактерий, сопровождающиеся их полиморфизмом, и снижением вирулентности. 75 ЛЕКЦИЯ №8 ЭКОЛОГО-ВЕТЕРИНАРНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЙ ЖИВОТНОВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ ПЛАН ЛЕКЦИИ 1. ТЕРМИН «ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ ПРОДУКТ» В УСЛОВИЯХ СТАНОВЛЕНИЯ РЫНОЧНОЙ ЭКОНОМИКИ 2. САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОДОВОЛЬСТВЕННОГО СЫРЬЯ И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ЖИВОТНОВОДСТВА 3. СНИЖЕНИЕ КАЧЕСТВА ЖИВОТНОВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ ВСЛЕДСТВИЕ НАРУШЕНИЯ БИОГЕОХИМИЧЕСКОЙ ТРОФИЧЕСКОЙ ЦЕПИ 4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ И ЕГО РОЛЬ В УЛУЧШЕНИИ КАЧЕСТВА ЖИВОТНОВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ 1. ТЕРМИН «ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ ПРОДУКТ» В УСЛОВИЯХ СТАНОВЛЕНИЯ РЫНОЧНОЙ ЭКОНОМИКИ Оценка эффективности животноводства по уровню произведенного мяса, молока, яиц, шерсти и другой животноводческой продукции не утратила своего значения, но в настоящее время является явно недостаточной. Наряду с объемом производимой продукции возникла необходимость определения ее качества, безвредности, «экологической чистоты». В России пока нет государственного стандарта на экологически чистую продукцию животноводства (и растениеводства), но разработан ряд показателей, объективно отражающих ее безвредность и качество. Доброкачественность животноводческой продукции, особенно продуктов питания для людей, — один из основополагающих факторов в 76 системе мероприятий по сохранению и укреплению здоровья населения. Второе не менее важное условие развития животноводства: производство животноводческой продукции не должно сопровождаться ухудшением качества окружающей (человека) среды. Экологическая чистота произведенной животноводческой продукции и высокое качество окружающей (человека) природной среды — два требования, без реализации которых устойчивого развития общества достигнуть невозможно. Экологически чистый продукт - выращенный без применения химических удобрений или инсектицидов. Используются только натуральные удобрения, например (навоз, костяная мука и морские водоросли). Считается, что органические удобрения гораздо лучше для структуры почвы, чем химические или неорганические удобрения, а растения, выращенные с использованием этих удобрений, не содержат вредных химикатов. Органические продукты(такжебиопродукты)— продукция«органического» сельского хозяйстваипищевой промышленности, изготовленная без использования (либо с меньшим использованием) синтетическихпестицидов, регуляторов роста, синтетических искусственных минеральных пищевых добавок, удобрений, а также без использования генетически модифицированных продуктов (ГМО). Например, в сельском хозяйстве на полях не используют минеральные быстрорастворимые удобрения, а для борьбы с вредителями используют натуральные пестициды. Вживотноводствеособое внимание уделяется кормам (без консервантов, стимуляторов роста, возбудителей аппетита) и бесстрессовым условиям содержания и транспортировки, гормонов роста и превентивное —антибиотиков. 77 запрещено использование В переработке и производстве запрещенорафинирование,минерализацияи снижают питательные свойства готовой другие продукта, а продукции приемы, также — которые добавление искусственныхароматизаторов, красителей (кроме тех, что определены в соответствующих стандартах) Не существует свидетельств того, что между органической пищей и пищей, произведённой традиционными методами, существует разница в питательной ценности, как и свидетельств благотворного влияния органической пищи на здоровье Урожайностьорганического земледелияв целом нижеинтенсивного, переход на производство органических продуктов не рекомендуется для развивающихся стран,а продолжение роста населения требует отказа от идеологии органического сельского хозяйства и использования более прагматичных методов. Рыночная экономика способствовала широкому распространению многочисленных терминов рекламного характера: «продукт экологически чистый», «свежий», «выращенный без применения пестицидов» и т. д. Особенно много пишут и говорят об экологической чистоте продуктов питания (мяса, молока, яиц и др.). Пищевые и иные продукты животноводства, предназначенные для распродажи, рекламируются чаще всего как экологически чистые. Модный теперь термин «экологически чистый продукт» привлекает и подкупает покупателя своей благозвучностью и современностью. Производство высококачественной, экологически чистой, безвредной продукции животноводства — одно из необходимых условий обеспечения надежной экологической безопасности населения нашей страны. Должны быть приняты законы, запрещающие коммерсантам называть товары экологически чистыми без достаточных на то оснований, так как знаком «экологически чистый продукт» могут прикрываться и 78 маскироваться сомнительная чистота товара, его недоброкачественность и даже вредность. Вольное обращение с терминологией рекламного характера недопустимо и весьма опасно. Оно может обернуться экологической катастрофой — заболеваемостью и смертностью людей. Эндемии, обусловленные потреблением недоброкачественных продуктов питаний зарегистрированы во многих странах мира. Так, к примеру, в Российской Федерации и странах СНГ зарегистрированы случаи массовых отравлений людей при потреблении ими загрязненных пестицидами пищевых продуктов. Термин «экологически чистая» употребляют в рекламе и той животноводческой продукции, которая используется в качестве сырья для валяльно-войлочных кожевенных заводов (шерсть, кожи) и других промышленных предприятий. Назрела острая необходимость наведения порядка и строгого соблюдения экологической дисциплины на рынке сбыта продукции. Реклама должна объективно отражать истинные качества продуктов животноводства. Наименование и характеристика пищевого продукта должны отвечать требованиям ГОСТ Р 51074— принятого и введенного в действие постановлением Госстандарта России № 225 от 17 июля 1997 г. 2. САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОДОВОЛЬСТВЕННОГО СЫРЬЯ И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ЖИВОТНОВОДСТВА Экологическая и санитарно-гигиеническая оценка продовольственной продукции проводится с учетом Федеральных санитарных правил, норм и гигиенических нормативов (СанПиН 2.3.2.560—96 - Санитарные правила и нормы), разработанных учеными научно-исследовательских учреждений разного профиля, работниками министерств и ведомств Российской Федерации и стран СНГ — Белоруссии, Украины, Казахстана и Киргизии. СанПиН 2.3.2.560—96 на территории Российской Федерации введены в 79 действие постановление Госкомсанэпиднадзора России № 27 от 24 октября 1996 г.Являясь официальным, документ характеризуется точностью формулировок, строгостью изложения цифрового материала. В нем описаны установленные законом или ограниченные правилами и стандартами нормируемые параметры, четко сформулированы термины, понятия. Под продовольственным сырьем в нем подразумевают объекты живой и косной природы, используемые для производства пищевых продуктов. Продукты, потребляемые в пищу в натуральном или переработанном виде, называются пищевыми. Термин «пищевой продукт» следует отличать от термина «пищевая продукция». В Федеральных санитарных правилах, нормах и гигиенических нормативах термином «пищевая продукция» обозначают продовольственное сырье, пищевые продукты и их ингредиенты, этиловый спирт и алкогольную продукцию (см.: Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов. — М., 1997. — С. 9). Часть продукции рассматривается одновременно и как продовольственное сырье, и как пищевой продукт. Так, молоко, используемое для приготовления сливочного масла и других молочных продуктов, — продовольственное сырье. То же молоко, потребляемое в пищу, — пищевой продукт. Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы — это научно обоснованный и законодательно утвержденный правовой документ. Для эксперта-гигиениста-эколога он является инструментом, позволяющим сделать обоснованное заключение о доброкачественности или недоброкачественности продовольственного сырья и пищевых продуктов. Заключение о качестве продовольственного сырья и пищевых продуктов основывается на результатах их экспертизы с применением законодательно утвержденных методов исследований. При исследовании продовольственной сельскохозяйственной 80 продукции используют органолептические, физико-химические, радиологические, микологические, микробиологические, паразитологические методы. Органолептические показатели — общий вид, цвет, запах, вкус и консистенция исследуемого материала — должны находиться в соответствии с признаками, характерными для данного вида пищевой продукции, ее специфических свойств. Продовольственное сырье и пищевые продукты не должны иметь посторонних запахов, привкусов и включений. Содержание потенциально опасных химических соединений, радионуклидов и биологических объектов, обнаруженных с помощью специальных исследований, не должно превышать допустимых уровней в заданной массе (объеме) исследуемого материала. Например, содержание кадмия в мясе и в полуфабрикатах не должно превышать 0,05 мг/кг, ртути — не более 0,03 мг/кг. При экспертизе пищевой продукции много внимания уделяется определению остаточного количества агрохимикатов, минеральных удобрений, пестицидов и т. д. В продовольственном сырье и пищевых продуктах растениеводства определяют соли азотной и азотистой кислот, в мясе — метаболиты нитратов. При экспертизе продовольственного сырья и пищевых продуктов определяют остаточные количества ДДТ, других пестицидов как глобальных загрязнителей. Так, в мясе содержание ДДТ и его метаболитов не должно превышать 0,1 мг/кг, в молоке — 0,05 мг/кг. Большое экологическое и санитарно-гигиеническое значение имеет оценка продовольственного сырья и пищевых продуктов на содержание в них радионуклидов, особенно долгоживущих (цезия-137 и стронция-90). В мясе и других продуктах животного происхождения регламентируется содержание стимуляторов и фармакологических препаратов, используемых в животноводстве и ветеринарии. Продукты убоя исследуют на наличие в них остаточных количеств примененных в хозяйстве 81 антибиотиков — группы тетрациклина, гризина, бацитрацина. В молоке и молочных продуктах определяют содержание пенициллина, стрептомицина, левомицетина, тетрациклина. Продовольственное сырье и пищевые продукты животного происхождения, предназначенные для детского питания, должны быть свободны от бензопирена — опасного тератогена– химически загрязняющее вещество, при воздействии которого наорганизмв период беременности возникают пороки развития и (или) отклонения в постнатальном развитии у потомства. и мутагена - химические и физические факторы, вызывающие наследственные изменения —мутации. Проводят паразитологические исследования. Не допускается наличие в мясе и мясных продуктах личинок трихинелл и финн (цистицерков). Большое санитарно-гигиеническое и экологическое значение приобрели микробиологические исследования по обнаружению в пищевой продукции условно-патогенных (кишечная палочка и др.), патогенных (сальмонеллы и др.) микроорганимов, особенно тех, которые вызывают болезни, общие животным и человеку (зооантропонозы). О пищевой ценности продовольственной продукции судят по содержанию в ней белков, жиров, углеводов, витаминов, макромикроэлементов. Санитарно-гигиеническая оценка качества продовольственного сырья и пищевых продуктов животноводства — одно из основных условий в системе мероприятий по сохранению здоровья людей. Экологический союз России, созданный в нашей стране товарам с экологическими достоинствами будет присуждать знак «Белый лотос». Товарный знак будут иметь не только высококачественные пищевые продукты, но и другие экологически чистые товары. 82 3. СНИЖЕНИЕ КАЧЕСТВА ЖИВОТНОВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ ВСЛЕДСТВИЕ НАРУШЕНИЯ БИОГЕОХИМИЧЕСКОЙ ТРОФИЧЕСКОЙ ЦЕПИ Значительное ухудшение качества животноводческой продукции отмечается при загрязнении биогеохимической пищевой цепи почва, вода, воздух —растения —животные. Трофическая цепи чаще всего загрязняется отходами промышленных предприятиагрохимикатами, применяемыми в сельском хозяйстве, стоками животноводческих ферм и комплексов. Токсиканты, загрязняющие окружающую природную среду, попадают в организм животных через дыхательные пути с загрязненным воздухом, через пищеварительный тракт с водой и кормом, через кожу и наружные слизистые оболочки. Они всасываются в кровь и накапливаются в тканях организма. Распределение веществ-токсикантов в организме животных, как правило, неравномерно, оно зависит от физико-химических свойств загрязнителей и других факторов. Так, ДДТ, как это установлено, концентрируется главным образом в жировой ткани, свинец — в печени и почках, кадмий — в почках, радиоактивный йод — в щитовидной железе, стронций — в костях. Многие химические соединения, мигрирующие по пищевой цепи, преобразуются, превращаются в новые формы. Некоторые из них обезвреживаются, другие, наоборот, становятся более вредоносными. Концентрация стойких химических веществ (например, ДДТ) и долгоживущих радионуклидов (стронций) увеличивается в конечных звеньях пищевой цепи, в том числе в организмах людей. Под влиянием поллютантов и ксенобиотиков, содержащихся в организмах животных, качество животноводческой продукции снижается. Пищевые продукты животного происхождения нередко становятся 83 вредными и патогенными для людей. На функционирование биогеохимической пищевой цепи и на качество продуктов животноводства определенное влияние оказывают климатические (микроклиматические), гидрологические, биоценотические, антропогенные факторы. При неблагоприятных погодно-климатических условиях (во время засух, проливных дождей и наводнений), при массовых заболеваниях растений качество корма снижается. Ухудшение условий кормления приводит к снижению продуктивности животных и качества продукции животноводства. 4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ И ЕГО РОЛЬ В УЛУЧШЕНИИ КАЧЕСТВА ЖИВОТНОВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ Успешное развитие животноводства, улучшение качества животноводческой продукции может быть осуществлено путем проведения мероприятий, разработанных на основе результатов объективной экологической оценки аграрного ландшафта, входящих в него пастбищных и ферменных БГЦ и других экосистем. Экологическая оценка природных комплексов и их компонентов осуществляется с помощью мониторинга. Термин «мониторинг» происходит от латинского слова «монитор», что означает наблюдающий, предостерегающий. В экологическую литературу он был введен в 1971г. в связи с подготовкой к Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (1972). Термин получил широкое распространение в экологии, науке об охране природы. Под мониторингом понимают систему наблюдения и контроля за состоянием природных комплексов, их эволюционными и антропогенными изменениями. Мониторинги классифицируют по объектам контроля, по методам исследования и другим признакам. Различают глобальный, региональный, базовый (фоновый), импактный (в особо опасных зонах и местах), авиационный (осуществляемый с 84 помощью самолетов и вертолетов), космический (с применением космических средств наблюдения), экологический (экосистемный), санитарно- токсический и другие мониторинги. Для оценки сельскохозяйственных экосистем и процессов, связанных с производством продуктов растениеводства и животноводства, чаще всего применяют экологический и санитарно-токсический мониторинги. Под экологическим мониторингом понимают систему наблюдения и контроля за состоянием экосистем (биогеоценозов). Степень антропогенного изменения исследуемых экосистем определяют путем их сопоставления с природными аналогами (заповедными территориями) или специальными стационарами — опытными участками (БГЦ). О состоянии природных биосферных заповедников можно судить по данным глобального (биосферного) мониторинга. Поэтому результаты собственных исследований аграрного ландшафта должны быть проанализированы в свете экологической информации о глобальном мониторинге. При санитарно-токсическом мониторинге оценивают изменения качества природной среды. Характерными признаками «болезни» агроландшафта - считают его загрязнение вредными веществами, шумами, патогенными микроорганизмами. Эрозия почв, ее засоление, заболачивание, деградация пастбищ, вспышки массовых заболеваний растений, животных (и людей) — важные признаки этой «болезни». Оздоровление нарушенных экосистем — одно из необходимых условий оптимизации геохимических пищевых цепей в решении проблем производства безопасных и высококачественных продуктов животноводства и растениеводства. 85 ЛЕКЦИЯ №9 ОХРАНА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОТХОДАМИ ПРОИЗВОДСТВА И АГРОХИМИКАТАМИ ПЛАН ЛЕКЦИИ 1. ОХРАНА АГРОСФЕРЫ 2. БЕЗОТХОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 1. ОХРАНА АГРОСФЕРЫ Охрана сельскохозяйственных экосистем от загрязнений отходами производства и агрохимикатами— одно из важнейших условий производства экологически чистой продукции животноводства Охрана агросферы от загрязнений проводится на разных уровнях ее организации: • на ландшафтном, • биогеоценотическом, • организменном. Природоохранные санитарно-гигиенические мероприятия, проводимые на ландшафтном уровне, предполагают охрану от загрязнения аграрного ландшафта, на биогеоценотическом — биогеоценозов, на организменном — защиту внутренней среды животного организма. С точки зрения эндоэкологии большой интерес представляет охрана от загрязнений внутренней среды организма животных. Охране внутренней среды организма от загрязнений много внимания уделяют ветеринарные патологи, токсикологи, фармакологи и терапевты, специалисты других профилей. Опасность лекарственного загрязнения организма животных и получаемой от них животноводческой продукции не возникает при использовании в ветеринарной практике фототерапии, электротерапии, гидротерапии, механотерапии, аутогемотерапии, диетотерапии с включением в диетический рацион больных животных моркови, других витаминных 86 растений, выращенных без применения агрохимикатов. Экологически чистым является метод лечения и профилактики болезней животных, в основе которого лежит использование экологической информации (оптических, звуковых, химических и иных сигналов). Термин «эколого-информационное лечение и профилактика болезней» новый. Но он отражает многовековые традиции его умелого и эффективного использования в животноводстве и ветеринарии, одну из неотъемлемых форм многообразной работы умудренных опытом пастухов (чабанов). В ветеринарной практике используется метод «очистки» преджелудков крупного рогатого скота от металлических инородных тел (кусочки проволоки и др.). Очистку организма животных от инородных тел нельзя считать одним из способов защиты биогеохимической трофической цепи от загрязнений. Инородные тела обычно не попадают в организм консументов второго порядка. Патогенному воздействию инородных тел не подвергается и человек — потребитель говядины. Цель «магнитного» зондирования крупного рогатого скота — профилактика травматического ретикулита и перикардита. Защита животных от заболеваний травматическим ретикулитом и перикардитом вносит определенный вклад в систему мероприятий по производству говядины и молока высокого качества. Следовательно, защита животных от заболеваний имеет важное санитарно-гигиеническое и экологическое значение в решении проблем, связанных с производством животноводческой продукции высокого качества. Ландшафтный уровень токсиколого-гигиенических мер по охране природной среды от загрязнений заключается главным образом в осуществлении системы мероприятий, направленных: 1) на совершенствование сооружений по очистке отходов производств; 2) разработку и внедрение в народное хозяйство безотходных технологий; 87 3) ограничение использования агрохимикатов. В производстве высококачественных продуктов животноводства большое значение имеет охрана аграрных ландшафтов от загрязнений газообразными, жидкими и твердыми отходами промышленных и сельскохозяйственных производств. Методы очистки, применяемые в очистных устройствах (сооружениях), различны. Выбор способов охраны природы от загрязнений зависит от особенностей загрязнителя, типа производства (предприятия) и от тех экологических условий, какие сложились в аграрном ландшафте и его окружении. При очистке сточных вод используют методы : С помощью метода механической очистки из стоков удаляют механические примеси. Грубодисперсные частицы улавливаются решетками и ситами, нефть — нефтеловушками, масла — маслоуловителями. Механическая очистка позволяет удалить из стоков до 60—95 % примесей. Метод физико-химической очистки состоит в удалении загрязнителей с помощью химических реагентов, вступающих с ними в реакцию и способствующих их выпадению в осадок. В качестве адсорбентов используют глины, торф, активированный уголь. Очистка стоков от нерастворимых загрязняющих веществ с помощью физико-химического метода достигает 95%. Биологический метод очистки стоков основан на минерализации органических веществ-загрязнителей микроорганизмами-редуцентами. В разложении органики участвуют бактерии, простейшие, клещи, личинки мух, черви и другие организмы, составляющие биогеоценоз очистных сооружений. Биологической очистке подвергают стоки животноводческих комплексов. Очистка стоков достаточно эффективна (90—95 %). Однако начальная концентрация органических веществ даже в очищенных сточных водах превышает допустимый уровень и не отвечает санитарно-гигиеническим 88 требованиям для сброса их в открытые водоемы. Защита вод от загрязнений осуществляется с использованием естественных процессов самоочищения в биологических прудах. В них, достигается высокое качество очистки при простых и дешевых способах эксплуатации. Недостаток биологических прудов — сезонность их «работы». В зимний период процессы самоочищения затухают и пруды служат лишь в качестве промежуточных накопителей сточных вод. Поэтому «работу» биологических прудов целесообразно сочетать с использованием полей орошения. На пастбищах, орошаемых стоками, выпас животных допускается только после токсиколого-гигиенических исследований травостоя и мест водопоя, что имеет важное значение в производстве безопасной высококачественной продукции животноводства. Острую проблему представляет охрана среды от газообразных выбросов промышленных предприятий и транспортных средств (автомобилей и пр.). Природоохранная работа ведется в направлении замены старых малоэффективных систем очистки новыми, более эффективными. В охране аграрных ландшафтов от загрязнений большую роль играет внедрение в народное хозяйство безотходных технологий. Любые жидкие, твердые или газообразные отходы — это химические соединения, которые в той или иной форме могут быть использованы человеком. 2. БЕЗОТХОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Термин «безотходная технология» был употреблен в 1975 г. в 19-м томе Большой советской энциклопедии. Идея о безотходной технологии получила признание не только в нашей стране, но и во всем мире. Обобщая материалы, накопленные к тому времени, ученые пришли к выводу, что безотходная технология развивается в четырех основных направлениях (Б. Н. Ласкорин, А. П. Цыганков и др.): 1) создание бессточных производств путем внедрения в техноло- гический процесс замкнутых водооборотных циклов; 89 2) разработка систем переработки отходов, рассматриваемых в качестве вторичного сырья (вторичных ресурсов); 3) создание принципиально новых технологий, позволяющих резко уменьшить или почти полностью исключить образование отходов; 4) формирование территориально-промышленных комплексов, имеющих замкнутую структуру потоков сырья и отходов. Отходы одного производства являются вторичным сырьем для другого и т. д. Выбор той или иной формы безотходной технологии определяется спецификой работы предприятия, природными особенностями региона, экономической целесообразностью перестройки существующих или создания новых технологических систем (подсистем). Безотходные технологии внедряются в мясомолочную промышленность. Так, на Изобильненском мясокомбинате Ставропольского края функционирует безотходная технология боенского производства (БП). Отходы БП — это вторичные ресурсы для, производства продуктов растениеводства и животноводства в сопредельных хозяйствах. Каныга (содержимое желудочно-кишечного тракта) — эффективное органическое удобрение при выращивании кормовых растений (зеленой массы). Из остатков разделки туш (костей и др.) на мясокомбинате готовят мясокостную муку как составной компонент комбикорма, производимого на комбикормовом заводе. Комбикорм и зеленая масса, выращенные на удобренном каныгой поле, — продукты питания животных. Откормленный скот направляется для убоя на БП мясокомбината, и геохимический цикл БП —объекты кормопроизводства и животноводства — БП повторяется. Но это еще не все. Технический жир — отход производства мясокостной муки — компонент производимого здесь мыла, которое используется в санитарно-гигиенических целях в быту, прачечных, больнице и на самом мясокомбинате. 90 Безотходные технологии широко распространены в народном хозяйстве многих стран мира. Они должны найти применение при изготовлении лечебно-профилактических препаратов, предназначенных для ветеринарии и животноводства (медицины и фитопатологии). Экологические проблемы технологии заготовки лекарственного сырья, его хранения, использования для приготовления лечебных препаратов и пищевых добавок, предназначенных для медицины. Например безотходной технологии переработки поджелудочной железы при производстве инсулина. Имеются материалы об успешном использовании отходов фенольного производства в качестве дезинфицирующего средства при дезинфекции животноводческих комплексов. Установлено, что отходы фенола обладают выраженными антибактериальными, противовирусными и дезинфекционными свойствами. Они могут быть использованы против возбудителей ящура, рожи, паратифов, листериоза, туберкулеза сельскохозяйственных животных. Препарат апробирован при дезинфекции животноводческих комплексов Марийской и Татарской республик. Авторы считают, что ими решены одновременно две проблемы: 1) найден экологичный путь утилизации отходов фенольного производства; 2) изыскано дешевое дезинфекционное средство для обеззараживания животноводческих помещений, охраны животных от заражения ящуром, бруцеллезом, туберкулезом и другими заразными болезнями. Вопросы, связанные с безотходной технологией производства лекарственных препаратов и кормовых добавок для животных, были проанализированы нами и отражены в ряде публикаций. Строго говоря, все безотходные технологии, какими бы совершенными они ни были, не являются полностью безотходными. Побочные, хоть и небольшие, производственные отходы всегда имеют место. Согласно экологическому закону развития природной системы за счет 91 окружающей среды создание абсолютно безотходных технологий невозможно. Научная концепция о безотходной технологии новая. Но практически она использовалась в сельском хозяйстве в глубокой древности. Многовековой эмпирический опыт свидетельствовал о целесообразности использования в качестве удобрения полей отходов животноводства — навоза. Утилизируясь в почве, навоз не зловонит и, главное, поддерживает почвенное плодородие, способствуя повышению урожайности сельскохозяйственных культур и кормовых трав. Кормовая база, прочность которой состоит в обеспечении животных разнообразными добротными кормами, — основа производства продукции животноводства высокого качества. В производстве экологически чистой продукции животноводства большое значение приобрела охрана среды от загрязнений пестицидами. Необходимость ограничения использования пестицидов в растениеводстве, животноводстве, ветеринарии и медицине очевидна. Химические средства борьбы с вредителями сельского хозяйства, переносчиками и возбудителями болезней растений, животных и людей заменяются другими, главным образом биологическими. Так, разработан и успешно применяется биологический метод борьбы с кровососущими комарами — переносчиками многих болезней животных и человека. Для борьбы с комарами они использовали бактериальный препарат — энтобактерин, который, как показали исследования, обладает ларвицидным действием. Личинок комаров с помощью энтобактерина уничтожали в водоемах Поволжья и других зон страны. Производство экологически чистой продукции животноводства требует согласованной работы специалистов разных профилей, объединенных экологической идеей. 92
