Действие физических факторов

 

Материя, единая по природе, существует в двух видах: в форме вещества — совокупности частиц и в форме поля. Поля образова­ны потоками квантов или фотонов, определенных порций элект­ромагнитных колебаний с различной длиной волны. Существова­ние электромагнитных волн в конце XIX в. доказал английский ученый Максвелл.

Электромагнитные излучения подразделяются на ряд диапазо­нов с характерными биологическими свойствами.

Электрические волны. Их длина от 10 м до 1 км. Источниками тока, поражающего организм животных, является природное электричество или сетевой электроток.

Действию природного тока животные могут быть подвержены во время дождя, когда разряды молнии напряжением до 1 млн В вызывают паралич дыхательного и сосудодвигательного центров. На теле пораженного животного остаются последствия в виде ожогов разной степени, вплоть до обугливания.

Патогенное действие сетевого электрического тока животные испытывают при контакте различных частей тела с оголенными электропроводами. Нередки случаи повреждения током через ко­нечности, когда животное наступает на оборванный провод. Жи­вотные (коровы) могут подвергаться действию тока, когда пьют воду из автопоилок, система металлических труб которых из-за неисправности электросети может быть подключена к источнику тока.

Действие сетевого тока зависит от его параметров, путей про­хождения через организм, вида и состояния животного. Установ­лено, что поражающий эффект переменного тока выше, чем по­стоянного, но при напряжении более 450 В постоянный ток ста­новится более опасным. Ток частотой 50 Гц опаснее в сравнитель­ном аспекте, чем частотой 300—600 Гц (рис. 2), а токи ультравысоких частот (1 млн Гц и выше) для жизни не опасны, их используют в физиотерапии.

 

 

Рис. 2. Сравнительная характеристика изменений дыхания (верхние кривые) и уровня артериального давления у собак при действии электрического тока с частотой 400 Гц и 50 Гц (летальный исход)

 

Сопротивление электрическому току зависит как от напряже­ния, так и от свойств тканей, через которые он проходит. Наибо­лее часто у животных электротравма обусловлена контактом токонесущего предмета с покровными тканями. Они обладают наи­большим сопротивлением, но кожа, волосы, копыта могут быть в момент прохождения тока сухими или влажными. Сопротивление сухой кожи составляет 40—100 кОм, влажной—0,8 и 1 кОм, по­этому при равных условиях мокрое животное погибнет от элект­ротравмы быстрее, чем имеющее сухие покровы.

Поражающее действие тока зависит от длительности действия, пути прохождения его по организму. Наиболее опасно поражение током дыхательного и сосудодвигательного центров при прохож­дении через голову, а также через область сердца. В первом случае может наступить смерть от остановки дыхания. Во втором возни­кают спазм коронарных сосудов и фибрилляция сердца. Фибрилляция сердца — некоординированное сокращение кардиомицетов без диастолического наполнения полостей и систолического выб­роса. Она может быть обратимой (у кошек) и необратимой, при­водящей к остановке сердца. Выведение сердца из состояния фибрилляции возможно путем открытого или закрытого массажа, а также с помощью дефибриллятора.

Чувствительность животных разных видов к электротравме неодинакова. Лошади более чувствительны, чем крупный рогатый скот, собаки погибают быстрее при равных условиях, чем кошки. Очень чувствительны к току овцы. Прохождение электрического тока через организм сопровождается общими и местными измене­ниями. Общие реакции сводятся к возбуждению нервных рецеп­торов поперечнополосатых и гладких мышц. После контакта с токонесущим предметом животные как бы подскакивают, подпры­гивают. Если во время приема воды через автопоилку проходит ток, то корову может отбросить на несколько метров. Овцы, на­ступив в дождливую погоду на оборванный электропровод, под­прыгивают чуть ли не на метр от земли. Развитие тонических су­дорог приводит к резкому подъему артериального давления, оста­новке дыхания, непроизвольному мочеиспусканию и дефекации, спазму голосовых связок. Повышен выброс адреналина и норадреналина.

Если электротравма не смертельна, то вслед за перевозбужде­нием следует длительное состояние запредельного торможения. Животное остается в лежачем положении, не реагирует на вне­шние раздражители (звук, свет), у него понижено артериальное давление. Более отдаленные последствия выражаются в тяжелых поражениях нейроэндокринной системы, паренхиматозных орга­нов.

Исход электротравмы во многом зависит от исходного функци­онального состояния центральной нервной системы. Наркотичес­кие препараты, вызывающие торможение активности централь­ной нервной системы, существенно ослабляют действие электри­ческого тока.

Действие электротока обусловлено тремя факторами:

1) сопротивление тканей определяет переход электрической энергии в тепловую, при этом возможны ожоги разной степени;

2) электромеханическое действие тока вызвано прямым пере­ходом электроэнергии в механическую и действием образовав­шихся газов и паров воды;

3) электрохимическое действие тока заключается в электроли­зе, появлении свободных радикалов, перемещении ионов; у анода скапливаются положительно заряженные ионы, что приводит к коагуляционному некрозу клеток, а отрицательные ионы направ­ляются к катоду, создавая щелочную среду с последующим колликвационным некрозом.

Местные проявления электротравмы сводятся к ожогам на мес­те входа и выхода тока. Любопытно свидетельство М. В. Ломоно­сова, на руках которого в июне 1753г. погиб академик Рихман, создатель первого электроизмерительного прибора: «...удар мол­нии пришелся ему в голову, где красно-вишневое пятно видно на лбу, а вышла из него громовая электрическая сила из ног в доски. Нога и пальцы сини, башмак разодран, а не прожжен. Мы стара­лись движение крови в нем возобновить затем, что он был еще тепл, однако голова его повреждена и нет надежды».

В зависимости от возникающей температуры следовые ожоги будут выражены по-разному. При так называемых контактных ожогах они будут сохранять конфигурацию токонесущего предме­та (изгибы провода) и проявляться повреждениями тканей от лег­кого экссудативного воспаления до обугливания и некроза.

Наличие ожогов в месте прохождения тока служит хорошим диагностическим тестом, однако нередко никаких видимых изме­нений у погибших от электротравм животных нет, что представля­ет немалые трудности в установлении причины смерти для судебно-ветеринарной экспертизы.

Радиоволны. Длина от 0,1 до 10 м. Влияние на организм живот­ных не изучено.

Инфракрасные лучи. Длина волн от 760 до 1400 нм (нм — деся­тимиллионная доля сантиметра). Поглощаются тканью. Обладают тепловым и обжигающим эффектом.

Видимый свет. Длина волн от 380 до 760 нм.

Весь оптический диапазон электромагнитного излучения солн­ца и искусственных источников активно воздействует на организм животных. Под действием света осуществляются фотопериодичес­кие процессы. Периодичность освещения на протяжении всей эволюции является наиболее точно воспроизводимым внешним сигналом времени, синхронизатором суточных и годовых ритмов жизнедеятельности, в том числе поведенческих реакций и размно­жения. Благодаря фотопериодической регуляции период половой охоты у лошадей, например, приурочен так, что конец жеребости приходится на благоприятный для потомства сезон года. Помес­тив птиц в специально подобранные условия освещения, можно заставить их нестись в течение целого года или, наоборот, вызвать регрессию половых желез. Изменяя освещенность свинарников, можно повлиять на продуктивность свиней.

Видимый свет не обладает непосредственным альтерирующим действием, он является эффективным регулятором биологических ритмов. Искусственная смена дня и ночи вызывает у животных неврозы.

Лучи лазера. Длина волны рубинового лазера 694,3 нм, гелиево-неонового 632,8 нм. Индуцируются оптическим квантовым гене­ратором, позволяющим получить монохроматические пучки света необычайной интенсивности. Нашли широкое применение в раз­ных областях науки и техники. Изобретение лазера — одно из ве­личайших достижений XX в. Обширный диапазон энергетических и спектральных характеристик лазерного излучения обусловлива­ет большую разницу в его биологическом действии: оно способно стимулировать жизненные процессы и разрушать биологические структуры.

Влияние лазерного излучения на живые объекты складывается из следующих эффектов:

т е р м и ч е с к и й э ф ф е к т. При поглощении лазерного излучения значительная часть энергии переходит в теплоту. В биологических тканях поглощение избирательно, так как разные ткани и жидкости имеют неодинаковые показатели поглощения. Установлено, что под влиянием термического воздействия в пер­вую очередь повреждаются ферменты, прекращаются биохими­ческие процессы, происходит коагуляция белка, клетки гибнут, кровеносные сосуды тромбируются, в зоне фокусированного луча ткани разрушаются, что может быть использовано для проведения хирургических операций;

у д а р н ы й э ф ф е к т. Резкое повышение температуры вы­зывает тепловое расширение, возникает ударная волна, распрост­раняемая в биологических объектах со сверхзвуковой скоростью. Под ее влиянием клетки избирательно могут погибать даже тогда, когда на поверхности кожи животного не заметно ожоговых по­вреждений;

э л е к т р о с т р и к ц и я. Под влиянием энергии лазерного луча происходит ионизация атомов и электроны переходят в сво­бодное состояние. Ионизация нарушает химические связи, изме­няет ход биохимических реакций;

р е з о н а н с н ы й э ф ф е к т. Биомолекула представляет со­бой сложную колебательную систему. Электромагнитные поля световой волны вызывают резонанс, т. е. резкое увеличение амп­литуды колебаний. Это делает возможным использовать лазерное излучение для запрограммированного разрушения отдельных уча­стков биомолекул, например ДНК;

с т и м у л и р у ю щ и й э ф ф е к т. Под воздействием крас­ного света гелиево-неонового лазера возбуждаются нервные ре­цепторы, проводники, клетки, отсюда многогранное воздействие на животный организм. Усиливается энергетический потенциал, активируются защитно-приспособительные, регенеративно-вос­становительные процессы, повышается общая резистентность организма.

В экспериментах и производственных условиях показано повы­шение молочной продуктивности коров, увеличение яйценоскос­ти кур под влиянием лучей лазера. Стимулирующий эффект полу­чен при облучении длительно незаживающих язв — усиливались репаративные процессы, сокращалось время заживления. Уста­новлено положительное влияние облучения биологически актив­ных точек и рефлексогенных зон на различные функции живот­ных, в частности половую. Механизм влияния энергии лазерного излучения на биологические объекты остается пока недостаточно выявленным.

Ультрафиолетовые лучи (УФЛ). Длина волн 200—400 нм. Про­никают только в самые поверхностные слои кожи. Обладают раз­носторонним влиянием на организм животных: вызывают эрите­му кожи, способствуют образованию и отложению меланина в коже, превращают 7-дегидрохолестерин в витамин D₃, подавляют аутоиммунные реакции, оказывают бактерицидный и озонирую­щий эффект.

При избыточном действии на организм УФЛ вызывают фото-сенсибилизирующий эффект, который может проявиться фотохи­мическим ожогом, фотоофтальмией, фотоаллергией. У животных повышенная инсоляция может привести к солнечному удару, раз­витию у лошадей, мелкого и крупного рогатого скота клеверной болезни. Пигментная ксеродермия под влиянием УФЛ может трансформироваться в карциному.

Одна из гипотез объясняет фотоэффект тем, что под действием ультрафиолетового света в эпидермисе происходит фотохимичес­кое разрушение витамина Е, являющегося природным антиоксидантом, защищающим клетки от процессов перекисного окисле­ния ненасыщенных жирных кислот.

Ионизирующие излучения. Рентгеновские лучи имеют длину волны 5 нм, гамма-лучи — 0,1 нм.

Радиоактивность — способность ядер определенных элементов самораспадаться и превращаться в ядра других элементов. Есте­ственные источники ионизирующей радиации — космические лучи, радиоактивные вещества: уран, торий, актиний, ⁴⁰ К; искус­ственные — испытания атомного и водородного оружия, аварии на атомных предприятиях, использование радиоизотопов в про­мышленности, сельском хозяйстве, медицине. Облучение может быть внешним и внутренним (при попадании радиоизотопов с кормом, водой, вдыхаемым воздухом, через кожные покровы), а также комбинированным. Различные виды ионизирующей радиа­ции обладают неодинаковой биологической активностью. Наи­большей проникающей способностью обладают нейтронные по­токи, рентгеновские и гамма-лучи. Альфа- и бета-частицы имеют очень большую плотность ионизации, но малую проникающую способность. Единицей измерения поглощенной дозы является грей (Дж/кг).

Поглощение квантов рентгеновского или гамма-излучения осуществляется атомами. Поэтому поглощение энергии ионизи­рующего излучения осуществляется в основном теми элементами, которых в организме больше. Так как организм животного и чело­века примерно на 80 % состоит из воды, то радиохимические про­цессы приводят к появлению таких свободных радикалов, как Н, ОН, Н ₂О ₂, О ₂, которые в дальнейшем повреждают белки, нуклеи­новые кислоты, другие биомолекулы. Немалое значение имеют и пероксиды жирных кислот — липидные радиотоксины.

Под влиянием свободных радикалов разрушается ультраструк­турная организация организма с нарушениями обменных процес­сов. Из поврежденных лизосом освобождаются ферменты, угнета­ющие клеточное дыхание и фосфорилирование, повреждающие ДНК в ядре клетки. На уровне генома может быть разрыв двух це­почек ДНК или разрыв одной цепочки и повреждение другой. При малых дозах радиации репаративные процессы в одних случа­ях приводят к восстановлению структуры ДНК — хранительницы наследственной информации, в других соматическая клетка трансформируется в злокачественную, а половая — в носителя на­следственных болезней. При больших дозах облучения клетка по­гибает.

В целостном организме клеточные элементы разных органов и тканей неоднозначно реагируют на облучение. Установлено, что чувствительность клеток к радиации прямо пропорциональна их способности к делению и обратно пропорциональна уровню диф­ференциации. Выявлено, что наибольшей чувствительностью об­ладают лимфоидные органы — красный костный мозг, тимус, фабрициева сумка у птиц, лимфатические узлы и фолликулы, го­нады мужские и женские, слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, эпителий кожи, волосяные луковицы. Относительно резистентны к действию ионизирующего излучения следующие по морфологическим признакам органы: почки, легкие, печень, сердце, мозг, нервные стволы, кости, сухожилия и др. Тяжесть по­ражения зависит от вида животного, возраста, пола, упитанности, конституционных особенностей, поглощенной дозы.

О с т р а я л у ч е в а я б о л е з н ь возникает у млекопитаю­щих при поглощенной дозе 1—6 Гр. В зависимости от дозы рас­сматривают четыре степени тяжести, которые характеризуются преобладающими синдромами поражения кишечника (кишечная форма), сосудов (токсемическая форма) и центральной нервной системы (церебральная форма).

Острое течение лучевой болезни протекает в четыре периода:

начальный — первичных реакций на облучение; второй — мнимо­го клинического благополучия; третий — выраженных клиничес­ких признаков; четвертый — восстановления нарушенных функ­ций.

Эти периоды с некоторыми видовыми особенностями просле­живаются у всех сельскохозяйственных животных.

Начальный период первичных реакций на облучение длится у жи­вотных, начиная с первых минут, часов, 2—3 дня. У пострадавших животных меняется функциональная активность нервной систе­мы. Через гипоталамо-гипофизарную связь вовлекаются в ответ­ную реакцию органы внутренней секреции. Усиливается секреция гормонов надпочечников, возникают тахикардия, одышка, снижа­ется аппетит, усиливается перистальтика, появляются понос, иногда рвота. Первоначальное общее возбуждение сменяется деп­рессивным состоянием. При исследовании крови выявляются аб­солютная лимфопения, ретикулоцитоз, снижение фагоцитарной активности нейтрофилов.

Угасание первичной реакции сопряжено с субъективным улуч­шением состояния больных.

Второй период относительного клинического благополучия длится от нескольких дней до 2—3 нед в зависимости от полученной дозы. Он может быть очень коротким и отсутствовать вовсе. Клинически болезнь не проявляется, состояние животных удовлетво­рительное. Гематологические показатели выявляют ингибицию лейкопоэза, лимфопоэза, анемию, тромбоцитопению. У части жи­вотных наблюдают депиляцию, ослабление половой функции.

Третий период характеризуется выраженными клиническими признаками лучевого поражения. Общее состояние угнетенное, температура тела повышается, аппетит подавлен, быстро снижает­ся масса тела. При осмотре у животных обнаруживают массивные кровоизлияния в кожу, слизистые оболочки, особенно желудочно-кишечного тракта, в брюшную и плевральные полости, легкие, сердце, мозг. Развивается отек гортани, носоглотки, легочной тка­ни. Появляются одышка, тахикардия. Катарально-геморрагическое воспаление кишечника сопровождается поносами. Особенно большие изменения наблюдают в системе лейко- и эритропоэза. Красный костный мозг опустошается, число лейкоцитов может упасть до 1 Г/л. Анемия сопровождается мегалобластозом, эритробластозом, пойкилоцитозом, анизоцитозом, появлением других патологических форм эритроцитов. Резко подавлена фагоцитар­ная активность, угнетена функция Т- и В-систем иммунитета. Со­четание повышенной проницаемости слизистых кишечника и респираторных органов с подавлением специфической и неспеци­фической защиты приводит к аутоинфекции, аутоинтоксикации, высокой чувствительности к возбудителям инфекционных заболе­ваний.

Продолжительность третьего периода острой лучевой болезни зависит от величины поглощенной дозы. При тяжелой степени облучения (более 4 Гр) у крупных сельскохозяйственных живот­ных он длится 10—12 сут, заканчиваясь обычно смертью. В от­дельных случаях наблюдают «смерть под лучом», т. е. животные уже во время облучения могут погибнуть от прямого поражающего эффекта ионизирующей радиации жизненно важных центров го­ловного мозга. Видимых патологоанатомических изменений при этом не выявляют.

При легкой форме облучения (1—2 Гр) период выраженных клинических признаков продолжается 1—1,5 мес, постепенно пе­реходя в период восстановления.

Четвертый период характеризуется восстановлением нарушен­ных функций. Постепенно восстанавливается аппетит, улучшает­ся пищеварение. Некротизированные клетки слизистых оболочек замещаются. Угасают признаки аутоинтоксикации, температура тела приходит в норму. Постепенно нормализуется гемопоэз, вос­станавливаются показатели крови. Начинается рост волос.

Период восстановления в зависимости от поглощенной дозы может продолжаться от 3 до 9 мес, однако полного восстановле­ния нормальной жизнедеятельности не наступает. У животных обоего пола не восстанавливается репродуктивная способность. Клиническое выздоровление не исключает повышенной предрасположенности к заболеваниям инфекционной и неинфекционной этиологии, снижена продолжительность жизни.

Х р о н и ч е с к а я л у ч е в а я б о л е з н ь может быть следствием острой лучевой болезни, но чаще бывает в результате действия на организм животных небольших доз внешнего или внутреннего облучения.

Раннее проявление хронической лучевой болезни характерно маловыраженными клиническими признаками, незначительными функциональными расстройствами. Их выраженность определя­ется интенсивностью и суммарной поглощенной дозой, функцией критического органа, где депонированы радиоактивные нуклиды.

Различают три степени хронической лучевой болезни: легкую, среднюю и тяжелую.

При легкой степени преобладают функциональные нарушения нервнорефлекторной природы, выявляются умеренная лейкопе­ния, тромбоцитопения. Для болезни средней тяжести характерна отчетливая функциональная недостаточность системы крови, им­мунной, сердечно-сосудистой, пищеварительной, других систем и органов. В красном костном мозге — гипоплазия, в периферичес­кой крови — лейкопения, в лимфе — тромбоцитопения. Тяжелая степень хронической лучевой болезни проявляется атрофическими и деструктивными процессами в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта, в лимфоидных и других органах. Нарушено кровообращение, повышена проницаемость гистогематических барьеров. Развивается геморрагический синдром. Болезнь ослож­няется инфекционно-септическими процессами.

К числу отдаленных последствий перенесенной острой или хро­нической лучевой болезни относят осложнения бластоматозного или неопухолевого характера. К последствиям радиоактивного пораже­ния бластоматозного происхождения относят развитие опухолей, преимущественно в критических органах, где были инкорпорирова­ны альфа- и бета-излучатели. Следствием хронического воздействия радиоактивных излучений может быть и заболевание животных лей­козами. К последствиям облучения неопухолевого происхождения относят снижение хозяйственной полноценности животных в связи с повышенной заболеваемостью, понижением продуктивности, бес­плодием, сокращением продолжительности жизни.