Физиология и этология сельскохозяйственных животных
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Пермская государственная сельскохозяйственная академия
имени академика Д.Н. Прянишникова»
Кафедра биологии и физиологии сельскохозяйственных животных
Контрольная работа
«Физиология и этология сельскохозяйственных животных»
Вариант № 22
Пермь 2010
Содержание
Вопрос № 20 (1):
Каковы функции ретикулярной формации ствола мозга? Отметьте её значение в формировании поведения животных, в частности, сна и бодрствования
Вопрос №34 (2):
Опишите строение двигательного анализатора и функции каждого его отдела. Каково значение двигательного анализатора в координации движений?
Вопрос №46 (3):
Что такое стресс? Как протекает адаптационная реакция при стрессе? Какова в ней роль нервной системы и конкретных гормонов? Почему она называется неспецифической? Значение адаптационной реакции при стрессе для здоровья и продуктивности животных. Значение типа ВНД для их стрессоустойчивости
Вопрос №60 (4):
Чем отличаются условные рефлексы от безусловных? Как вырабатываются условные рефлексы первого и второго порядков? Приведите конкретные примеры этих рефлексов у домашних животных (птиц, пушных зверей или пчел)
Вопрос №97 (5):
Опишите важнейшие физико-химические свойства крови (осмотическое и онкотическое давление, рН, буферные системы, щелочной резерв) и их значение для поддержания гомеостаза
Вопрос № 130 (6):
Для чего и какими методами измеряют затраты энергии организмом животных? В чем заключается основной и продуктивный обмен веществ и энергии? Какими образом нервная система и гормоны регулируют образование энергии? Вычислите расход энергии у бычка в положении лежа, если он за один час израсходовал 169 л кислорода и выделил 145 литров углекислого газа
Опыт№10
Список литературы
Вопрос №1
Ретикулярная формация - совокупность нервных структур, расположенных в спинном, продолговатом, среднем мозге и варолиевом мосту и образующих единый функциональный комплекс. Нейроны её имеют короткие и ветвистые отростки, которые, переплетаясь, образуют подобие сети. Нейроны объединяются в ядра. Отростки нейронов ретикулярной формации идут к различным отделам ЦНС и образуют восходящую и нисходящую системы.
Восходящая система образована нейронами и отростками их, связанными с корой больших полушарий; нисходящая система - с мозжечком, красным ядром, мотонейронами спинного мозга, нейронами симпатического отдела вегетативной нервной системы. Ретикулярная формация через симпатическую нервную систему осуществляет облегчающие и тормозящие деятельность влияния на все нервные проводники, рецепторы и все внутренние органы, мышцы. Ретикулярная формация оказывает свое влияние на все нервные центры.
Ретикулярная формация активируется потоками импульсов, поступающими к ней со всех рецепторов организма по неспецифическим путям, с мозжечка, коры больших полушарий, таламуса, лимбической системы, красного и вестибулярного ядер. Получив информацию, она формирует свою программу и передает её на восходящую и нисходящую системы.
По восходящим путям программа поступает к нейронам коры больших полушарий, вызывает и поддерживает некоторое постоянное возбуждение их, т.е. поддерживает тонус коры больших полушарий. Поддержание тонуса коры больших полушарий имеет большую физиологическую значимость, так как только в этом случае кора может осуществлять свою специфическую деятельность - воспринимать информацию и отвечать на неё. Ретикулярная формация обеспечивает состояние бодрствования и сна, участвует в расшифровке поступающей с рецепторов информации путем регуляции потока импульсов.
По нисходящим путям программа передается к нервным центрам, нервным проводникам, рецепторам, органам и обеспечивает повышение или понижение их возбудимости и тем самым оптимальную деятельность. Нисходящие функции ретикулярной формации включают в себя, как правило, облегчающие и тормозящие компоненты, которые осуществляются по реципрокному принципу. Швейцарский физиолог В. Гесс (1929) впервые показал, что в стволе мозга можно найти точки, при раздражении которых у животного наступает сон.
Гесс назвал эти точки центрами сна. Позже Дж. Моруцци и сотрудники (1941) также обнаружили, что, раздражая некоторые участки ретикулярной формации заднего мозга, можно у животных вызвать в коре вместо десинхронизации синхронизацию электрических колебаний и соответственно перевести животное из бодрствующего состояния в пассивное, сонное. Поэтому можно думать, что в составе восходящих путей ретикулярной формации действительно существуют не только активирующие, но и инактивирующие подразделения, последние каким-то образом снижают возбудимость нейронов конечного мозга.
Важная роль в поддержании активности ретикулярной формации, чувствительной к различным циркулирующим в крови химическим веществам, принадлежит гуморальным факторам: катехоламинам, двуокиси углерода, холинэргическим веществам и т. д. Это обеспечивает включение ретикулярной формации в регулирование некоторых вегетативных функций. Кора больших полушарий, испытывающая тонические активирующие влияния со стороны ретикулярной формации, может активно изменять функциональное состояние ретикулярных образований (изменять скорость проведения возбуждения в ней, влиять на функционирование отдельных нейронов), т. е. контролировать, по выражению И. П. Павлова, «слепую силу» подкорки.
Ретикулярная формация получает импульсы из мозжечка, подкорковых ядер, лимбической системы, которые обеспечивают эмоционально-адаптивные поведенческие реакции, мотивационные формы поведения.
У животных подкорковые образования и лимбическая система имеют ведущее значение в выполнении жизненно важных потребностей организма для его выживания в окружающей среде.
Ретикулярной формации принадлежит важная роль в регуляции мышечного тонуса. Регуляция мышечного тонуса проводится по двум видам ретикулоспинальных путей. Быстро проводящий ретикулоспинальный путь регулирует быстрые движения; медленно проводящий ретикулоспинальный путь - медленные тонические движения.
Ретикулярная формация продолговатого мозга принимает участие в возникновении децеребрационной ригидности. При перерезке ствола мозга выше продолговатого мозга понижается активность нейронов, оказывающих тормозящее влияние на мотонейроны спинного мозга, что приводит к резкому повышению тонуса скелетной мускулатуры.
В ретикулярной формации ствола мозга находится множество нейронов, аксоны которых идут почти ко всем областям головного мозга (кроме неокортекса). В конце 1940-х годах Моруцци и Мэгоуном было обнаружено, что высокочастотное раздражение ретикулярной формации ствола мозга кошек приводит к их мгновенному пробуждению. Повреждение ретикулярной формации вызывает постоянный сон, перерезка же сенсорных трактов такого эффекта не дает.
В 1949 итальянские физиологи Моруцци и Мэгоун, исследуя биоэлектрическую активность мозга, установили, что раздражение ретикулярной формации ствола мозга изменяет медленные синхронные высоковольтные колебания, характерные для сна, на низкоамплитудную высокочастотную активность, характерную для бодрствования. Изменение электрической активности коры мозга сопровождается у животных внешними проявлениями пробуждения.
Ретикулярную формацию стали рассматривать как область головного мозга, участвующую в поддержании сна. Сон наступает, когда ее активность пассивна, либо под действием внешних факторов падает. Активация ретикулярной формации зависит от количества сенсорных импульсов, поступающих в нее, а так же от активности нисходящих волокон между передним мозгом и стволовыми структурами.
Однако позднее было установлено, что:
. Во-первых: ретикулярная формация вызывает не только бодрствование, но и сон, что зависит от места наложения электродов при стимуляции ее электрическим раздражителем.
. Во-вторых: нейронное состояние ретикулярной формации в бодрствующем состоянии и во время сна мало, чем отличается.
. В-третьих: ретикулярная формация является не единственным центром бодрствования: они так же представлены и в медиальном таламусе, и в переднем гипоталамусе.
Ретикулярная формация - это продолговатая структура в стволе мозга. Она представляет собой важный пункт на пути восходящей неспецифической соматосенсорной чувствительности. К ретикулярной формации приходят также пути от всех других афферентных черепных нервов, т.е. практически от всех органов чувств. Дополнительная афферентация поступает от многих других отделов головного мозга - от моторных областей коры и сенсорных областей коры, от таламуса и гипоталамуса.
Имеется также множество эфферентных связей нисходящие к спинному мозгу и восходящие через неспецифические таламические ядра к коре головного мозга, гипоталамусу и лимбической системе.
Большинство нейронов образует синапсы с двумя - тремя афферентами разного происхождения, такая полисенсорная конвергенция характерна для нейронов ретикулярной формации.
Другими их свойствами являются большие рецептивные поля поверхности тела, часто билатеральные, длительный латентный период ответа на периферическую стимуляцию (вследствие мультисинаптического проведения), слабая воспроизводимость реакции.
Функции ретикулярной формации изучены не полностью. Считается, что она участвует в следующих процессах: в регуляция уровня сознания путем воздействия на активность корковых нейронов, например, участие в цикле сон - бодрствование, в придании аффективно-эмоциональной окраски сенсорным стимулам, в том числе болевым сигналам, идущим по переднебоковому канатику, путем проведения афферентной информации к лимбической системе, в вегетативных регулирующих функциях, в том числе во многих жизненно важных рефлексах, при которых должны взаимно координироваться разные афферентные и эфферентные системы, в позных и целенаправленных движениях в качестве важного компонента двигательных центров ствола мозга.
Вопрос №2
Анализатор - это нервный механизм, функция которого состоит в том, чтобы разлагать известную сложность внешнего и внутреннего мира на отдельные элементы, т. е. производить анализ. Вместе с тем благодаря широким связям с другими анализаторами здесь происходит и синтезирование анализаторов друг с другом и с разными деятельностями организма.
В составе каждого анализатора различают 3 отдела:
) периферический, состоящий из рецепторов и специальных образований, способствующих работе рецепторов (например, органы чувств - слуха, зрения и т.д.).
) проводниковый - проводящие пути и подкорковые нервные центры
) корковый - области коры больших полушарий, воспринимающие информацию от соответствующих рецепторов.
Двигательный анализатор - совокупность чувствительных нервных образований, воспринимающих, анализирующих и синтезирующих импульсы, идущие от мышечно-суставного аппарата. Термин введён И. П. Павловым. Двигательный анализатор, как и другие анализаторы, состоит из цепи нервных клеток, начинающейся с рецепторов сухожилий, суставов и др. проприорецепторов и кончающейся группами нервных клеток в коре больших полушарий головного мозга. От проприорецепторов импульсы идут к первым нейронам двигательного анализатора, находящимся в межпозвонковых нервных узлах, далее - в спинной мозг и по его задним столбам - в продолговатый мозг, где расположены вторые нейроны двигательного анализатора. Волокна, выходящие из ядер продолговатого мозга, переходят на противоположную сторону, образуя перекрест, подымаются к зрительным буграм, где расположены третьи нейроны, и достигают коры головного мозга. Помимо этого пути, сигналы от опорно-двигательного аппарата могут достигать коры головного мозга и через ретикулярную формацию и мозжечок. Двигательному анализатору принадлежит ведущая роль в формировании и проявлении движений, он играет существенную роль в высшей нервной деятельности.
Корковый отдел двигательного анализатора расположен главным образом в передней центральной извилине, кпереди от центральной (роландовой) борозды. В этой области находятся нервные клетки, с деятельностью которых связаны все движения организма.
Отростки крупных нервных клеток, находящихся в глубоких слоях коры,
спускаются в продолговатый мозг, где значительная часть их перекрещивается, т.е. переходит на противоположную сторону. После перехода они опускаются по спинному мозгу, где перекрещивается остальная часть. В передних рогах спинного мозга они вступают в контакт с находящимися здесь двигательными нервными клетками. Таким образом, возбуждение, возникшее в коре, доходит до двигательных нейронов передних рогов спинного мозга и затем уже по их волокнам поступает к мышцам. Ввиду того, что в продолговатом, а частично и в спинном мозгу происходит переход (перекрест) двигательных путей на противоположную сторону, возбуждение, возникшее в левом полушарии головного мозга, поступает в правую половину тела, а в левую половину тела поступают импульсы из правого полушария.
В коре головного мозга, в пределах двигательной зоны и других органов чувств, возникают очаги возбуждения и торможения, которые обеспечивают выработку условных связей между зонами. Все это создает ощущение работы мышечно-сосудистого аппарата и координацию движений.
Ядро двигательного анализатора, т. е. анализатора проприоцептивных (кинестетических) раздражений, исходящих от костей, суставов, скелетных мышц и их сухожилий, находится в предцентральной извилине и lobulus paracentralis. Здесь замыкаются двигательные условные рефлексы. Клетки ядра двигательного анализатора заложены в средних слоях коры моторной зоны.
У высших животных и человека двигательный анализатор моделирует движение, создает образ движения, которое предстоит совершить, и постоянно сличает реальный полисенсорный поток афферентных импульсов (в т. ч. и от самих мышц) с заранее созданным образом-планом движения.
Необходимо отметить, что все части анализатора действуют как единое целое. Нарушение одной из них вызывает нарушение функции всего анализатора.
Отличительной особенностью двигательного анализатора от других органов чувств являются:
почти полное отсутствие способности к адаптации. Это создает постоянную готовность проприорецепторов к возбуждению и проведению импульсом в центральную нервную систему, которая обеспечивает координацию мышечных движений и соответствующее положение организма животных в пространстве;
автоматическое саморегулирование большинства двигательных функций организма животных;
связь этих движений с другими анализаторами через сложение системы условных рефлексов.
Вопрос №3
Стресс - состояние напряжения, возникающее при деятельности организма в трудных условиях. Стресс определяется как непроизвольная реакция на напрягающие факторы окружающей среды.
Все факторы (стресс-факторы), способные вызвать стресс-реакции у животных, подразделяют на следующие группы:
химические (повышение концентрации в воздухе аммиака, сероводорода, диоксида углерода и других газов; химические вещества, применяемые в животноводстве и растениеводстве);
кормовые (недокорм и перекорм, недостаточное и неполноценное, а также избыточное питание животных, резкая смена характера кормления, использование недоброкачествнных кормов и воды и др.);
транспортные (погрузка и выгрузка, перевозка животных различными типами транспорта);
технологические (взвешивание, отъем от матерей молодняка, скученное содержание, малый фронт кормления и водопоя, грубое обращение, повышенные шумы от работающих механизмов, длительные перегоны, резкая смена режимов содержания и др.);
биологические (возбудители инфекционных и инвазионных заболеваний, прививки);
экспериментальные (фиксация животных в определённых положениях, раздражения электрическим током, введение препаратов и др.);
психические (ранговые - стрессы в процессе борьбы за лидерство в группе животных при беспривязном содержании до установления иерархического порядка и определения лидера в группе).
Степень выраженности стресс-реакции у животных зависит от ряда факторов: возраста, типа нервной деятельности, силы и продолжительности действия стресс-фактора, породы и др.
Г. Селье различает три фазы в развитии адаптационного синдрома: 1) Фазу тревоги, 2) фазу резистентности, 3) фазу истощения.
Фаза тревоги - это кратковременная реакция, возникающая при действии стресс-факторов непродолжительное время. Она характеризуется понижением мышечного тонуса, температуры тела, давления крови, сгущением крови, снижением в ней числа лимфоцитов, эозинофилов и другими изменениями.
Фаза резистентности, или фаза успешного сопротивления организма, развивается при длительном действии стресс-факторов при условии, что организм в состоянии преодолеть их влияние за счет включения защитных механизмов. Иными словами, если фаза тревоги проходит быстро в результате прекращения действия раздражителя, то в фазу резистентности организм приспосабливается к длительно действующему раздражителю, т.е. адаптируется. Эта фаза характеризуется усилением функции надпочечников, увеличением их размеров, повышением устойчивости организма.
Фаза истощения возникает при длительном действии стресс-фактора, когда защитные силы организма (а они не беспредельны) больше не в состоянии противостоять повреждающему влиянию вредоносного агента. Эта фаза характеризуется угнетением деятельности надпочечников, резким снижением устойчивости организма к неблагоприятным воздействиям. В этой фазе процессы распада органических веществ (белков, жиров, углеводов) преобладают над процессами ассимиляции, что приводит к быстрой потере массы тела, снижению устойчивости к различным заболеваниям, увеличению лимфатических узлов, повышению количества эозинофилов и лимфоцитов. Организм животного при длительном воздействии стресс-факторов, исчерпав свои приспособительные возможности, погибает. Эта фаза стресса может характеризоваться как дистресс. При действии чрезвычайно сильного стресс-фактора организм может погибнуть и в первые часы или дни неблагоприятного воздействия в период первой фазы - фазы тревоги, которая длится от 6 ч до 2 сут. Однако чаще состояние стресса проходит две фазы: тревоги и резистентности.
В фазу тревоги у животного снижается мышечный тонус, кровяное давление, температура тела, уменьшаются масса и размеры зобной железы, селезенки, печени, лимфатических желез, количество эозинофилов и лимфоцитов, повышается проницаемость кровеносных сосудов и, как следствие этого, возникают многочисленные кровоизлияния, особенно в желудке, двенадцатиперстной и слепой кишках, переходящие в кровоточащие язвы. Процессы распада в организме в эту фазу преобладают над процессами синтеза и, как следствие этого, создается отрицательный баланс азота, что ведет, в свою очередь, к потере массы тела, снижению продуктивности и сопротивляемости организма. В эту фазу усиливаются потери воды, происходит сгущение крови.
Если организм не погиб в первую фазу, у него развивается вторая фаза - фаза резистентности, или успешного сопротивления. Во вторую фазу в организме происходят изменения, характеризующиеся восстановлением нарушений в деятельности органов и систем, возникших в первую фазу - фазу тревоги. В организме, справившимся с неблагоприятным воздействием стресс-фактора, в эту фазу нормализуется обмен веществ, восстанавливается гомеостаз (относительное постоянство внутренней среды), повышается устойчивость к заболеваниям и др. Процессы ассимиляции преобладают над процессами диссимиляции, а в связи с этим восстанавливается и масса тела, продуктивность животного. Длится вторая фаза от нескольких часов до нескольких недель, и если стресс-фактор перестал действовать, на этой фазе заканчивается развитие стресс-реакции, а если нет, то стресс переходит в третью фазу - фазу истощения, в которой, как правило, происходят необратимые изменения в обмене веществ, структуре ряда органов, приводящие к гибели животного.
При стрессах наряду с реакциями, нацеленными на устранение конкретного вредоносного фактора (агрессия, бегство), которые определяются поведением, контролируемым прежде всего корой головного мозга, действует и вегетативная защита, в меньшей степени контролируемая сознанием. Существует несколько форм вегетативных превентивных защитных реакций, которые сводятся к включению следующих защитных механизмов:
1.Экстреторно-эвакуаторной защитной функции, которая проявляется усилением пото, слюно- и мочевыделения, повышением секреции желез желудка и кишечника, усилением перистальтики и антиперистальтики;
2.Гемоциркулирующей функции, которая проявляется учащением и усилением работы сердца, повышением артериального давления и свертываемости крови, увеличением числа тромбоцитов и др.;
.Регенеративной функции, которая характеризуется возрастанием активности ростковых (камбиальных) тканей, увеличением числа эритроцитов и других форменных элементов крови, повышением температуры тела.
При стресс-реакциях возникает триада признаков, а именно: увеличение массы, размеров и повышение активности коры надпочечников; сморщивание или атрофия тимуса и лимфатических узлов; появление язв в ЖКТ. Увеличение надпочечников (коры особенно) можно объяснить повышенной функциональной активностью, необходимой для мобилизации энергетических и защитных резервов организма. Атрофию тимуса и лимфатических узлов, выполняющих важную защитную функцию, и тем более появление кровоизлияний и язв в ЖКТ, объяснить трудно. Уменьшение тимуса и лимфатических узлов обусловлено деструкцией лимфоцитов и замедлением их воспроизводства в результате угнетения метаболических процессов.
При стресс-реакциях происходят глубокие перестройки в организме животного, которые оказывают существенное воздействие на здоровье и могут переходить в заболевания, оканчивающиеся гибелью. Но и в тех случаях, когда стрессы ограничиваются первой и второй фазами, они требуют затрат значительных энергетических и защитных резервов организма, что в итоге не может не сказаться отрицательно на продуктивности сельскохозяйственных животных и качестве получаемой от них продукции, а также затратах на её производство.
Примеров отрицательного влияния стресс-реакции на состояние здоровья и продуктивность животных можно приводить множество. Наиболее распространенные в условиях промышленного животноводства стрессы, отрицательно влияющие на состояние здоровья и продуктивность сельскохозяйственных животных, - гипокинезия и гиподинамия, нарушение технологии машинного доения коров.
У разных животных ВНД имеет свои особенности, которые связаны с особенностями нервных процессов в коре больших полушарий, их силой, уравновешенностью и подвижностью, той или иной совокупностью этих особенностей, т.е. зависят от индивидуальных свойств нервной системы.
И.П. Павлов классифицировал четыре основных типа ВНД, взяв за основу сочетание силы, уравновешенности и подвижности нервных процессов.
. Сильный неуравновешенный, или возбудимый (холерик).
. Сильный уравновешенный подвижный (сангвиник).
. Сильный уравновешенный инертный (флегматик).
. Слабый (меланхолик).
У животных сильного неуравновешенного, или возбудимого, типа сильные процессы возбуждения и торможения с преобладанием возбуждения над торможением. Когда требуется значительное напряжение тормозного процесса, отмечается срыв. Животные этого типа характеризуются агрессивностью.
У животных сильного уравновешенного подвижного типа большая сила процессов возбуждения и торможения, по силе они равны. Смена процесса возбуждения и процесса торможения происходит быстро, и наоборот. Внешне это проявляется в большей подвижности, в быстрых приспособительных реакциях, в выраженных реакциях на новые условия, в большей стабильности физиологических констант, более высокой продуктивности.
Сильный уравновешенный инертный тип характеризуется большой силой процессов возбуждения и торможения, их уравновешенностью, медленной сменой процесса возбуждения на процесс торможения. Внешне это проявляется в спокойном поведении животного, большей стабильности физиологических констант, хорошей продуктивности.
Животные слабого типа характеризуются малой силой процессов возбуждения и торможения, непостоянством степени уравновешенности и подвижности. Внешне это проявляется в трусливости, низкой продуктивности.
Индивидуальная фенотипическая адаптация развивается у животных по определенным закономерностям.
На действие чрезвычайного фактора организм отвечает срочной, но несовершенной адаптационной реакцией непосредственно после начала действия раздражителя.
Долговременная адаптация на основе многократной реализации срочной адаптации возникает постепенно.
Срочная и долговременная адаптация осуществляются при участии нервно-гормональных механизмов целого организма.
Срочная адаптация проявляется стресс-реакцией на нарушение гомеостаза, вызванного действием раздражителя. Действие раздражителя вызывает значительное возбуждение высших вегетативных центров и, как следствие, возбуждение симпатической и гипофизарно-адреналовой систем, возбуждение щитовидной железы и других желез. В крови возрастает концентрация катехоламинов и глюкокортикоидов, тиреодных гормонов. Адреналин, норадреналин, кортизол, кортикостерон, трийодтиронин, тироксин обладают широким диапазоном действия: мобилизуют энергетические и структурные ресурсы организма, учащают и усиливают сокращения сердца; повышают концентрации глюкозы, жирных кислот и аминокислот, кислорода в крови и тканях; суживают сосуды брюшной полости и расширяют сосуды активных мышц; повышают синтез белков-ферментов в печени. Перераспределяются освободившиеся ресурсы. В сердце и скелетных мышцах возникает выраженная активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, в мышечных клетках увеличивается масса митохондрий. Структурные изменения усиливают мощность систем, ответственных за адаптацию. Это и составляет основу перехода от срочной адаптации к долговременной. Увеличение количества информационной РНК приводит к увеличению количества программированных этой РНК рибосом и полисом, в которых интенсивно протекает процесс синтеза клеточных белков. Усиливаются функции клеток систем, ответственных за адаптацию.
В результате накопления определенных структур в клетках формируется системный структурный след, который и составляет основу длительной адаптации. Этот структурный след на уровне нервной регуляции проявляется в гипертрофии нейронов центров, повышении в них активности дыхательных ферментов, в понижении возбудимости рецепторов и нейронов к действию раздражителя. На уровне эндокринной регуляции структурный след проявляется в гипертрофии коркового и мозгового слоя вещества надпочечников. На уровне исполнительных органов - в гипертрофии, увеличении митохондрий в клетках, гипертрофии клеток. Усиливается мощность систем кровообращения и дыхания, аэробная мощность организма, возрастает использование пирувата в митохондриях, жирных кислот, повышается реактивность на действие гормонов, медиаторов.
Характерной особенностью систем, ответственных за адаптацию, является высокая экономичность функционирования, снижение потребления кислорода и субстратов окисления, меньший распад структур. Адаптация стимулирует синтез АТФ, предотвращает дефицит АТФ и его повреждающее действие.
Роль факторов ограничения стресс реакции играют аденозин, простагландины, являющиеся вазодилятаторами.
Вопрос №4
Безусловные рефлексы - это врожденные, наследственно передающиеся рефлексы. Осуществляются безусловные рефлексы через сформированные рефлекторные дуги. Безусловные рефлексы являются видовыми, т.е. свойственны всем животным данного вида. Они относительно постоянны и возникают в ответ на адекватные раздражения определенных рецепторов. Безусловные рефлексы классифицируются по биологическому значению на пищевые, оборонительные, половые, статокинетические и локомоторные, ориентировочные, поддерживающие гомеостаз и др.; по расположению рецепторов: экстероцептивные (температурные, тактильные, зрительные, слуховые, вкусовые и др.); интероцептивные (сосудистые, сердечные, желудочные, кишечные и др.); проприоцептивные (мышечные, сухожильные и др.); по характеру ответной реакции: двигательные, секреторные и пр.; по месту нахождения центров, через которые осуществляются рефлексы: спинальные, бульбарные, мезэнцефальные, диэнцефальные, кортикальные.
Условные рефлексы - это рефлексы, приобретенные организмом в процессе его индивидуальной жизни. Условные рефлексы осуществляются через вновь сформированные рефлекторные дуги на базе рефлекторных дуг безусловных рефлексов с временной связью в коре больших полушарий между теми или иными сенсорной зоной и корковым представительством нервного центра рефлекторной дуги безусловного рефлекса.
Различают условные рефлексы первого, второго, третьего и т. д. порядка. Если условный стимул (свет) подкрепляется безусловным (пища), образуется условный рефлекс первого порядка. Условный рефлекс второго порядка образуется, если условный стимул (например, свет) подкрепляется не безусловным, а условным раздражителем, на который ранее был образован условный рефлекс. Условные рефлексы второго и более сложного порядка образуются труднее и отличаются меньшей прочностью.
К условным рефлексам второго и более высокого порядка относятся условные рефлексы, вырабатываемые на словесный сигнал (слово представляет здесь сигнал, на который ранее был образован условный рефлекс при подкреплении его безусловным стимулом).
Через рефлекторные дуги осуществляются ответные приспособительные реакции на действие раздражителей, т.е. рефлексы.
Рецепторы воспринимают действие раздражителей, возникает поток импульсов, который передается на афферентное звено и по нему поступает к нейронам нервного центра. Нервный центр воспринимает информацию с афферентного звена, осуществляет её анализ и синтез, определяет биологическую значимость, осуществляет формирование программы действия и в виде потока эфферентных импульсов передает её на эфферентное звено. Эфферентное звено обеспечивает проведение программы действия от нервного центра к рабочему органу. Рабочий орган осуществляет свойственную ему деятельность.
Рефлексы в организме чаще осуществляются с участием желез внутренней секреции, гормонов. Совместная рефлекторно-гормональная регуляция является основной формой регуляции в организме.
Специальное звено обратной афферентации (звено функциональной системы) воспринимает параметры совершенного рабочим органом действия (ответной реакции) и передает эту информацию в нервный центр. Нервный центр воспринимает обратную информацию с рабочего органа о совершенном действии.
Условные рефлексы приобретаются пчелами в течение их жизни и относятся к индивидуальному поведению пчел. Например, молодые пчелы, прежде чем начать полевую работу, каждая порознь и в разное время, готовятся к полету за взятком, делают ориентировочные (ознакомительные) облеты. Окраска ульев в разные цвета способствует приобретению пчелами условного рефлекса на цвет и предупреждает залеты их в чужие ульи. Тот или иной запах цветов растений заставляет пчел вырабатывать условный рефлекс на посещение определенных цветков, так как запах связан с пищей. Точно так же обильное выделение нектара цветками различных растений в разное время дня способствует образованию условного рефлекса на посещение цветков в строго определенные часы.
Способность к образованию условных рефлексов у птиц развита во много раз лучше, чем у пресмыкающихся. Этой способностью люди пользуются при разведении домашних птиц. У кур, например, легко и быстро вырабатываются условные рефлексы: они сбегаются к месту кормления, вечером возвращаются на насесты и т. д.
животное рефлекс мозг двигательный
Вопрос №5
Осмотическое давление - сила, с которой растворитель переходит через полунепроницаемую мембрану из менее в более концентрированный раствор. Осмотическое давление крови вычисляют криоскопическим методом путем определения точки замерзания крови (депрессии), которая для нее равна 0,56 - 0,58 С. Осмотическое давление крови в среднем составляет 7,6 атм. Оно обусловлено растворенными в ней осмотически активными веществами, главным образом неорганическими электролитами, в значительно меньшей степени - белками. Около 60% осмотического давления создается солями натрия (NаСl).
Осмотическое давление определяет распределение воды между тканями и клетками. Функции клеток организма могут осуществляться лишь при относительной стабильности осмотического давления. Если эритроциты поместить в солевой раствор, имеющий осмотическое давление, одинаковое с кровью, они не изменяют свой объем. Такой раствор называют изотоническим, или физиологическим. Это может быть 0,85% раствор хлористого натрия. В растворе, осмотическое давление которого выше осмотического давления крови, эритроциты сморщиваются, так как вода выходит из них в раствор. В растворе с более низким осмотическим давлением, чем давление крови, эритроциты набухают в результате перехода воды из раствора в клетку. Растворы с более высоким осмотическим давлением, чем давление крови, называются гипертоническими, а имеющие более низкое давление - гипотоническими.
Онкотическое давление - часть осмотического давления, создаваемого белками плазмы. Оно равно 0,03 - 0,04 атм, или 25 - 30 мм рт.ст. Онкотическое давление в основном обусловлено альбуминами. Вследствие малых размеров и высокой гидрофильности они обладают выраженной способностью притягивать к себе воду, за счет чего она удерживается в сосудистом русле. При снижении онкотического давления крови происходит выход воды из сосудов в интерстициальное пространство, что приводит к отеку тканей. При повышенном давлении начинается обезвоживание тканей.
Кислотно-основное (щелочное) равновесие крови (рН)- активная реакция крови обусловлена соотношением водородных и гидроксильных ионов. Для определения активной реакции крови используют водородный показатель рН - концентрацию водородных ионов, которая выражается отрицательным десятичным логарифмом молярной концентрации ионов водорода. В норме рН - 7,36 (реакция слабоосновная); артериальной крови - 7,4; венозной - 7,35. При различных физиологических состояниях рН крови может изменяться от 7,3 до 7,5. Активная реакция крови является жесткой константой, обеспечивающей ферментативную деятельность. Крайние пределы рН крови, совместимые с жизнью, равны 7,0 - 7,8. Сдвиг реакции в кислую сторону называется ацидозом, который обусловливается увеличением в крови водородных ионов. Сдвиг реакции крови в щелочную сторону называется алкалозом. Это связано с увеличением концентрации гидроксильных ионов ОН и уменьшением концентрации водородных ионов.
В организме животного всегда имеются условия для сдвига активной реакции крови в сторону ацидоза или алкалоза, которые могут привести к изменению рН крови. В клетках тканей постоянно образуются кислые продукты. Накоплению кислых соединений способствует потребление белковой пищи. Напротив, при усиленном потреблении растительной пищи в кровь поступают основания. Поддержание постоянства рН крови является важной физиологической задачей и обеспечивается буферными системами крови. К буферным системам крови относятся гемоглобиновая, карбонатная, фосфатная и белковая.
Буферные системы нейтрализуют значительную часть поступающих в кровь кислот и щелочей, тем самым препятствуя сдвигу активной реакции крови. В организме в процессе метаболизма в большей степени образуется кислых продуктов. Поэтому запасы щелочных веществ в крови во много раз превышают запасы кислых, их рассматривают как щелочной резерв крови.
Гемоглобиновая буферная система на 75% обеспечивает буферную емкость крови. Оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем восстановленный гемоглобин. Оксигемоглобин обычно бывает в виде калиевой соли. В капиллярах тканей в кровь поступает большое количество кислых продуктов распада. Одновременно в тканевых капиллярах при диссоциации оксигемоглобина происходит отдача кислорода и появление большого количества щелочно-реагирующих солей гемоглобина, последние взаимодействуют с кислыми продуктами распада, например угольной кислотой. В результате образуются бикарбонаты и восстановленный гемоглобин. В легочных капиллярах гемоглобин, отдавая ионы водорода, присоединяет кислород и становится сильной кислотой, которая связывает ионы калия. Ионы водорода используются для образования угольной кислоты, в дальнейшем выделяющейся из легких в виде Н2О и СО2.
Карбонатная буферная система по своей мощности занимает второе место. Она представлена угольной кислотой (Н2СО3) и бикарбонатом натрия или калия (NaНСО3, КНСО3) в пропорции 1/20. Если в кровь поступает кислота, более сильная, чем угольная, то в реакцию вступает, например, бикарбонат натрия. Образуются нейтральная соль и слабодиссоциированная угольная кислота. Угольная кислота под действием карбоангидразы эритроцитов распадается на Н2О и СО2, последний выделяется легкими в окружающую среду. Если в кровь поступает основание, то в реакцию вступает угольная кислота, образуя гидрокарбонат натрия и воду. Избыток бикарбоната натрия удаляется через почки. Бикарбонатный буфер широко используется для коррекции нарушений кислотно-основного состояния организма.
Фосфатная буферная система состоит из натрия дигидрофосфата (NаН2РО4) и натрия гидрофосфата (Nа2НРО4). Первое соединение обладает свойствами слабой кислоты и взаимодействует с поступившими в кровь щелочными продуктами. Второе соединение имеет свойства слабой щелочи и вступает в реакцию с более сильными кислотами.
Белковая буферная система осуществляет роль нейтрализации кислот и щелочей благодаря амфотерным свойствам: в кислой среде белки плазмы ведут себя как основания, в основной - как кислоты.
Буферные системы имеются и в тканях, что способствует поддержанию рН тканей на относительно постоянном уровне. Главными буферами тканей являются белки и фосфаты.
Поддержание рН осуществляется также с помощью легких и почек. Через легкие удаляется избыток углекислоты. Почки при ацидозе выделяют больше кислого одноосновного фосфата натрия, а при алкалозе - больше щелочных солей: двухосновного фосфата натрия и бикарбоната натрия.
Щелочной резерв - это показатель функциональных возможностей буферной системы крови; представляет собой количество двуокиси углерода (в мл), которое может быть связано 100 мл плазмы крови, предварительно приведенной в равновесие с газовой средой, в которой парциальное давление двуокиси углерода составляет 40 мм ртутного столба. Это запас щелочных веществ в крови, который во много раз превышает запас кислых.
Перечисленные факторы являются неотъемлемым условием поддержания постоянства внутренней среды организма, или гомеостаза. Сбой в поддержании рН крови может привести к коматозному состоянию, или даже смерти. Сбой в поддержании осмотического давления ведет к уменьшению или увеличению эритроцитов в крови, что в одном из случаев ведет к образованию тромбов, разрывам мелких сосудов и пр. Сбой в поддержании онкотического давления ведет к отеку или обезвоживанию тканей, затруднению обмена веществ, асфиксии вследствие разбухания слизистых оболочек и т.д. Щелочной резерв крови поддерживает постоянное нормальное соотношение кислых и щелочных веществ в крови (при поступлении в кровь избытка кислых веществ щелочной резерв предохраняет организм от различных патологических состояний, вызванных сдвигом в кислую сторону.
Вопрос №6
Обмен веществ и энергии - совокупность химических и физических превращений веществ, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность во взаимосвязи с внешней средой. Обмен веществ и энергии отличает живой организм от мертвого. Сущность заключается в поступлении веществ в организм, их усвоении, использовании и выделении продуктов обмена. Одновременно происходит превращение одних видов энергии в другие (потенциальная энергия химических связей, механическая, тепловая, электрическая). Ассимиляция - усвоение питательных веществ корма, превращение их в собственные белки, жиры и углеводы организма, накопление энергии. Диссимиляция - распад сложных веществ организма, освобождение энергии, образование конечных продуктов метаболизма.
Обмен веществ и энергии включает три этапа:
превращение веществ в пищеварительном тракте, всасывание в кровь и лимфу;
выделение конечных продуктов обмена.
Различают общий, основной и промежуточный обмен. Общий обмен - обмен между организмом и средой в обычных условиях жизни. Общий обмен зависит от вида животных, породы, возраста, пола, массы тела, физиологического состояния (беременность, лактация), продуктивности, а также от внешних факторов - климатических условий, метеорологических факторов, кормления, содержания и др. Основной обмен - минимальный уровень обмена, необходимый для поддержания жизненно важных функций организма. Определяют при следующих условиях: комфортная температура помещения (сбалансированы теплопродукция и теплоотдача), состояние физиологического покоя, натощак. Млекопитающие самых разных размеров - от мыши (масса тела 20 г) до человека (70 кг) и борова (130 кг) - обладают примерно одинаковым основным обменом, если рассчитывать его на единицу площади поверхности тела. Причина сходства значений состоит в том, что тепло рассеивается в окружающую среду каждым квадратным сантиметром поверхности тела, следовательно, для сохранения температуры тела на постоянном уровне образование энергии должно соответствовать площади поверхности тела животного. Площадь поверхности тела пропорциональна квадрату его линейных размеров, масса - кубу линейных размеров, поэтому, чем больше тело животного, тем выше у него соотношение «масса/поверхность». Это означает, что каждый грамм массы тела мелкого теплокровного должен вырабатывать значительно больше энергии, чем такая же масса в организме крупного животного. Величина основного обмена зависит, прежде всего, от площади поверхности тела, которую легко можно определить по специальным номограммам или формулам. Для этого достаточно знать массу тела и его длину (рост). Кроме площади поверхности тела основной обмен зависит от пола и возраста.
Принципиально важно, что в обычных условиях существования величина основного обмена не может быть уменьшена. Снижение основного обмена происходит только при длительном голодании. Усиление же метаболизма могут вызвать многочисленные факторы. Самым сильным из них является специфическое динамическое действие пищи, прием смешанной пищи увеличивает основной обмен примерно на 5-20%, белковой - больше.
Промежуточный обмен - это превращение веществ после всасывания из пищеварительного канала; происходит в клетках и тканях.
Общие принципы регуляции обмена веществ и энергии и значение регуляции - приспособить уровень обмена веществ и энергии к потребностям организма. Регуляция обменных процессов происходит на трех уровнях:
1)клеточном - автоматическая регуляция на уровне клетки;
2)гуморальном - главным образом при помощи гормонов. Гормоны влияют на синтез и активность ферментов, проницаемость мембран;
)нервном - нервная система воздействует на обменные процессы (трофическое влияние) в тканях, на деятельность эндокринных органов, на поступление крови в органы и ткани. Центр всех видов обмена - в гипоталамусе.
Регуляция обмена энергии тесно связана с регуляцией обмена веществ. Участвуют кора больших полушарий, гипоталамус, вегетативная нервная система, из желез внутренней секреции - гипофиз, щитовидная и поджелудочная железы, надпочечники, половые железы.
Интенсивность обмена можно определить по разности между энергетической ценностью всей потребленной пищи и энергетической ценностью всей потребленной пищи и энергетической ценностью всех экскретов (балансовые опыты). Другой способ оценки обмена веществ и энергии основан на определении общей теплопродукции организма; учитывается всё использованное «топливо», и практически определения параметров обменных процессов проводят, помещая организм в калориметр.
Приход энергии рассчитывают по энергетической ценности питательных веществ корма. Расход энергии определяют по количеству освобожденной из организма теплоты. Разработаны два метода определения расхода энергии: прямая и непрямая калориметрия. Прямая калориметрия - измерение количества теплоты, выделяемой организмом с поверхности тела в калориметрических камерах или с помощью инфракрасных датчиков. Методы достаточно точные, но сложные в техническом отношении. Непрямая калориметрия - расчет теплопродукции по дыхательному коэффициенту (ДК): ДК= СО2/О2 (отношение объема выделенного СО2 к объему потребленного О2). Газообмен у мелких животных определяют в респирационных камерах, у крупных - путем сбора воздуха, выдыхаемого ими через респираторы в воздухонепроницаемых мешках. При этом определяют объем воздуха, выдыхаемого за определенное время, и содержание в нем О2 и СО2. Вычисляют ДК. Значения ДК зависят от того, какие вещества во время исследования окислялись в организме. При окислении одних и тех же веществ в организме потребляется определенное количество кислорода, выделяется определенное количество диоксида углерода и освобождается определенное количество энергии (теплота).
У человека и высших животных существуют два механизма регуляции обмена веществ и энергии, которые отличаются тем, что связывают между собой метаболизм, совершающийся в разных тканях и органах, и таким образом направляют и приспосабливают его для выполнения функций, присущих не отдельным клеткам, а всему организму в целом. Одним из таких механизмов управляет эндокринная система. Гормоны, вырабатываемые железами внутренней секреции, служат химическими медиаторами, стимулирующими или подавляющими определенные метаболические процессы в других тканях или органах. Например, когда поджелудочная железа начинает вырабатывать меньше инсулина, в клетки поступает меньше глюкозы, что влечет за собой ряд вторичных метаболических эффектов, в частности уменьшение биосинтеза жирных кислот из глюкозы и усиление образования кетоновых тел в печени. Противоположное инсулину действие оказывает соматотропный гормон (гормон роста).
Вторым уровнем регуляции, характерным для человека и высших животных, является нервная регуляция, представляющая собой самый высший уровень регуляции, наиболее совершенную ее форму. Нервная система, в частности ее центральные отделы, выполняет в организме высшие интегративные функции. Получая сигналы из окружающей среды и от внутренних органов, ЦНС преобразует их в нервные импульсы и направляет их к тем органам, изменение скорости метаболизма в которых необходимо в данный момент для выполнения определенной функции. Чаще всего свою регулирующую роль нервная система осуществляет через железы внутренней секреции, усиливая или подавляя поступление гормонов в кровь. Хорошо известно влияние эмоций на метаболизм, например предстартовое повышение показателей обмена веществ и энергии у лошадей и др. Во всех случаях регулирующее действие нервной системы на обмен веществ и энергии весьма целесообразно и всегда направлено на наиболее эффективное приспособление организма к изменившимся условиям.
Затраты организмом животного энергии измеряют для того, чтобы в соответствии с его продуктивностью и физической активностью подобрать необходимый рацион питания. Это важно для того, чтобы у животного не развилось различных патологий, например ожирения, дистрофии мышц и пр. пагубных состояний.
Расход энергии у бычка в положении лежа, если он за один час израсходовал 169 л кислорода и выделил 145 литров углекислого газа, равен
ДК= 145/169 = 0,85 (питание смешанное)
КЭК (калорический эквивалент кислорода) = 4,86
VO2/мин (объем потребленного за одну минуту кислорода)= 169/60=2,9
Теплопродукция за одну минуту = КЭК*VO2/мин= 4,86*2,9=14,094
Опыт №10. Определение частоты дыхания
Частоту дыхания определяют: а) по движению ребер грудной клетки; б) по движению стенок живота; в) по движению крыльев носа; г) по выдыхаемому воздуху (хорошо видно в холодную погоду; д) по ощущению струи выдыхаемого воздуха (тыльная сторона ладони подносится к ноздрям животного). Подсчитайте частоту дыхательных движений в 1 минуту у 2-3 животных утром, днем и вечером, у нетелей и лактирующих коров, у молодых и взрослых животных. Вдох и выдох принимают за одно движение. Зарегистрируйте температуру воздуха. Объясните зависимость частоты дыхания от указанных факторов
Исследуемые животные: лошади (Шалунья, 12 лет, Призрак, 15 лет, Маклер, 8 лет)
Время сутокМаклерПризракШалунья08:0012 д.дв/мин +17ºС9 д.дв/мин +17ºС10 д.дв/мин +17ºС14:0016 д.дв/мин +20ºС12 д.дв/мин + 20ºС13 д.дв/мин +20ºС21:0011 д.дв/мин +18ºС8 д.дв/мин +18ºС8 д.дв/мин + 18ºС
Наблюдается учащение дыхательных движений (время - 14:00) в связи с предшествующей обследованию физической нагрузкой лошадей, длящейся 40-50 мин (лошади обследовались не сразу после нагрузки, поэтому частота дыхания снижена в сравнении с частотой дыхания «в работе»). Призрак и Шалунья более тренированные лошади, поэтому в сравнении с Маклером дышат глубже, но реже, объем их легких выше. Обследование утром показало, что наиболее часто дышит Маклер. Это связано со скоростью обмена веществ животного, у Маклера она наиболее высока, к тому же Маклер - пугливый конь (это вызвано плохим состоянием правого глаза, конь плохо видит то, что находится справа), и довольно нервно реагирует на все происходящее вокруг него, он не чувствует себя в безопасности нигде. Также количество дыхательных движений зависит от перехода животных из состояния сна в состояние бодрствования (в сравнении с вечерними показателями утренние выше), при котором организм активизируется и, соответственно, нуждается в большем количестве кислорода. Вечером количество дыхательных движений ниже, чем утром и днем. Это связано с тем, что организмы лошадей привыкли к соответствующему режиму дня, и в это время суток лошади обычно отдыхают, дремля в положении стоя, что вызывает снижение количества дыхательных движений.
Повышение количества дыхательных движений днем также вызвано повышением температуры воздуха.
Также известно, что частота дыхательных движений зависит от возраста животного. У молодых животных частота дыхательных движений выше, чем у взрослых.
Количество дыхательных движений во время интенсивной физической нагрузки возрастает в 5-7 раз. Количество крови, проходящей через сердце - примерно 150 литров.
Тип дыхания Маклера - грудо-брюшной, чередование фаз вдоха/выдоха нормальное, подъем боков симметричный.
Тип дыхания Шалуньи - грудной, чередование фаз вдоха/выдоха нормальное, подъем боков симметричный.
Тип дыхания Призрака - грудо-брюшной, чередование фаз вдоха/выдоха нормальное, подъем боков симметричный.
Список литературы
- Основы физиологии и этологии животных/ Лысов В.Ф., Максимов В.И. - М.: КолосС, 2004. - 248 с.
Зоотехническая физиология/ СкопичевВ.Г., Максимюк Н.Н., Шумилов Б.В. - М.: КолосС, 2008. - 360 с.
<http://www.ngmu.ru/kafedri/normalnoi-fiziologii/umr/recom_uchebniki/Nozdrachev/ch11.htm>
<http://bse.sci-lib.com/article096691.html>
<http://www.dressirovkadog.ru/index.php?dn=info&pa=dvig_anal>
<http://www.scorcher.ru/neuro/stress/stress2.php>