Введение 4 ВВЕДЕНИЕ

Введение
4 ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время выход телят в России на 100 коров составляет 72 головы [1], большая
их часть переболевают желудочно - кишечными болезнями [2-6]. В развитых странах
потери телят также высоки (7-10 % полученного приплода), причем более 3/4 падежа
приходится на молозивный период, то есть на первые 10 дней жизни [7-8].
Одной из основных причин заболеваний и падежа новорожденных телят является
несовершенство существующих технологий и технических средств для их искусственного
вскармливания, которые на молочных фермах являются преобладающими. Обусловлено
это тем, что совместное содержание коровы с телёнком ведёт к ухудшению отдачи молока
при доении вследствие частичного восстановления деградировавшего материнского
инстинкта [9, 10].
При сосании коровы телёнком молозиво мелкими (2-3 г за глотание), частыми —
примерно 120 сглатываний в минуту — порциями напрямую по- ступает в сычуг.
Попаданию молозива в преджелудки препятствует рефлекторное смыкание краёв
пищеводного желоба.
Существующая технология искусственного кормления телят предусматривает
индивидуальный отбор молозива при доении в ведро и их кормление из сосковых поилок
с размером отверстия в соске 2-3 мм. При этом молозиво до поступления в профилакторий
для телят переливается из ведра в бидоны-поилки, вследствие чего возможно его
загрязнение, перемешивание с молозивом других коров, переохлаждение. Кроме того, сам
процесс выпаивания при такой технологии не соответствует физиологическим
особенностям новорождённого телёнка из-за увеличения потребления молозива (10 - 20г
за глотание), недостаточного вследствие этого смешивания его со слюной, отсутствия
удовлетворения телёнка в массажных воздействиях на вымя коровы.
В связи с этим, вопрос создания устройств для кормления новорожденных телят,
максимально соответствующих их физиологическим особенностям и потребностям
является актуальным.
5
Гипотеза. Возможность создания оборудования для кормления новорожденных телят с
включением их в технологический процесс как активных биоэнергетических звеньев.
Объект исследования. Процессы, протекающие в устройствах для искусственного
кормления новорожденных телят.
Предмет исследования. Закономерности протекания процессов в устройствах для
кормления новорожденных телят
Научная новизна работы:
1. Функциональная модель замкнутого контура регулирования скорости потребления
молозива теленком.
2. Теоретическое обоснование конструктивных параметров сосковой поилки для
кормления новорожденных телят и устройства для индивидуального отбора молозива
коров с учетом физиологических особенностей теленка и свойств молозива.
Практическая ценность. Обоснованы параметры и режимы работы оборудования для
кормления новорожденных телят максимально соответствующего естественному
процессу. Применение разработанного оборудования позволяет сократить затраты труда
по сравнению с существующей технологией в 3,5 раза, совокупные затраты энергии - в 3
раза.
Реализация результатов исследования. По результатам материалов исследований
разработаны исходные требования на исследуемые устройства. Разработанное
оборудование прошло производственную проверку в СПК колхоз «Зеленая роща»
Убинского района Новосибирской области. Результаты исследований используются также
в учебном процессе Новосибирского и Омского ГАУ.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Функциональная схема кормления новорожденных телят с включением их в
технологический процесс как активных биоэнергетических звеньев.
6
2. Закономерности изменения свойств молозива коров, его объема в полости сосков и
температуры в процессе отбора.
3. Параметры оборудования для кормления новорожденных телят, обеспечивающего его
функционирования в соответствии с физиологическими их особенностями.
Апробация. Отдельные положения работы доложены на заседаниях кафедры
"Механизация животноводства и переработки сельскохозяйственной продукции"
Инженерного института (ИИ) НГАУ (1999-2004гг), ученого совета ИИ НГАУ (1999-2004),
на научно-практических конференции НГАУ (Новосибирск, 11-12 марта 1999г),
международной научно-практической конференции СибНИПТИП (Краснообск, 26-27
февраля 2001), международной научно-практической юбилейной конференции ИИ НГАУ
(2004 г).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано семь печатных работ, в том числе
учебное пособие с грифом УМО и две статьи в рецензируемых журналах. *
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и пяти глав, общих
выводов, библиографического списка из 115 наименований, из них 5 на иностранных
языках и приложений. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста и
включает 15 таблиц, 48 рисунков и 5 приложений.
7 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 Физиологические особенности кормления новорождённых телят
Кормление новорождённых телят в молозивный период является определяющим
фактором их сохранности, последующего развития и продуктивности. Обусловлено это
рядом факторов, зависящих от физиологии новорождённого телёнка [11, 12].
Одним из факторов полноценного роста и развития новорожденных телят является
подготовка коров к отёлу, поскольку условия их содержания и кормление в последний
период стельности, во время интенсивного роста плода, оказывают большое влияние на
его развитие [11].
После отёла у народившегося телёнка обрабатывают пуповину, корове при этом дают
возможность облизать телёнка. При облизывании телёнка корова заглатывает
околоплодную жидкость с находящимися в ней веществами, которые необходимы ей в
первые часы после отёла. Установлено [6], что после облизывания телята быстрее встают
на ноги. Облизанный теленок встает на ноги и сосет корову через 30 ... 40 мин после
рождения, а необлизанный - через 3 ... 7 ч. В производственных условиях первый раз
телёнка кормят спустя 1-2 часа после рождения, с появлением рефлекса сосания, когда он
сам встаёт и проявляет признаки беспокойства и поиска матери.
После того, как проведут необходимые профилактические меры, телёнка помещают в
индивидуальную клетку в профилактории, корову переводят из родильного бокса в
стойло, а бокс подготавливают к следующему отёлу.
Одним из фактором, влияющим на здоровье теленка в первые дни жизни, является
своевременное выпаивание ему молозива матери. Но прежде чем говорить о молозиве, как
о жизненно необходимом корме для но8 ворождённого телёнка, рассмотрим процесс его образования и выделения в
вымени коровы.
Образование молозива является одним из основопологающих факторов, так как вещества,
содержащиеся в нём, являются жизненно важными для телёнка после рождении,
поскольку многие из них не передаются плоду через плаценту матери.
Большой вклад в исследование вопросов функционального взаимодействии коровы с
теленком и разработку на этой основе устройств для доения коровы и кормления
новорожденных телят внесли известные ученые: В.Ф. Королев, И.Н. Краснов, Л.П.
Карташов, Э.П. Кокорина, Д.Д. Мартюгин, И.И. Грачев, М.Л. Пейнович, С.А. Соловьев,
В.Ф Ужик, А.А. Корнейко, А.И. Скляров, С.А. Булавин, И.И Клименок, А.Е. Кузьмин, З.В.
Макаровская, Г.А. Ноздрин, Н.А. Петухов, В.П. Ожигов, С.Н. Алей-ник, Г.С. Альсеитов,
А.В. Гольденфанг, В.Г. Ермохин и др. [13-34].
Образование молока - черезвычайно сложный и до конца еще не изученный процесс.
Рассмотрим строение вымени (рис. 1). Снаружи оно покрыто тонкой эластичной кожей.
Правая и левая половины вымени отделены друг от друга эластичной перегородкой,
которая одновременно служит поддерживающей связкой. Все четыре доли (четверти)
вымени изолированы друг от друга. Вымя имеет разветвленную систему кровеносных
сосудов и большое количество нервных окончаний. Молочная железа коров, состоящая из
четырех долей, имеет большое число мелких желез — альвеол, вырабатывающих молоко
из веществ, которые поступают в них вместе с кровью. Молочные протоки 8 связывают
альвеолы с молочной цистерной 5 и соском 9, на конце которого имеется запирающая
мышца-сфинктер 6. В процессе молокообразования молоко скапливается в альвеолах; при
этом избыточное давление внутри вымени повышается до 4 кПа. Из них по протокам
молоко поступает в полость цистерны не самотеком, а выжимается особыми мышцами
звездчатой формы, окружающими альвеолы и протоки.
В результате постоянно протекающего процесса молокообразования молоко
накапливается в вымени животного, причем основная его масса (до 80—90 %) находится в
альвеолах — мельчайших пузырьках, внутренняя поверхность которых выстлана слоем
секреторных клеток [35-37]. Поэтому молоко, находящееся в вымени, можно разделить на
две основные части - цистернальную (находящуюся в молочной цистерне) и
альвеолярную (находящуюся в верхней части вымени). Эти части различаются не только
по величине, но и по составу молока или молозива. Так, например, при средней жирности
молока (3,7 - 3,8) % жирность цистернального молока может составлять 0,7 %, а
альвеолярного - около 4,8 %. Даже при самом тщательном выдаивании в вымени все
равно остается часть молока, жирность которого составляет около 12 %.
Рис. 1 Строение вымени коровы: 1 - артерия, 2 - вена, 3 - альвеола, 4 - соединительная
ткань, 5 - молочная цистерна, 6 - сфинктер,
7 - нервы, 8 — молочные протоки, 9 - сосок.
Внутренний механизм молокоотдачи сводится к следующему (рис 2).
8 стенках сосков имеются чувствительные нервные окончания. При их раздражении
соответствующие импульсы поступают в головной мозг, который выделяет вещества,
действующие на гипофиз. Гипофиз реагирует на
10 это выделением гормона окситоцина. С током крови окситоцин поступает
в вымя и вызывает сокращение миоэпителиальных клеток, покрывающих альвеолы. В
результате альвеолы сжимаются и молоко, находящееся в них, выдавливается в молочные
протоки и далее в молочную цистерну, а из нее - в сосковую полость. При этом
избыточное давление в вымени быстро возрастает до 5 кПа.
Рис. 2. Схематическое изображение рефлекторной регуляции молокоотдачи у коров: / воздействие на вымя , восприятие информации; //- нервный путь от вымени; ///-нервный
путь к вымени; IV-путь к вымени по кровеносному руслу; 1 - молочная железа; 2 надпочечники; 3 - спинной мозг; 4 - гипофиз
Сжатию альвеол предшествует расслабление мышц молочных протоков и ходов, которые
как бы готовятся принять молоко, поступающее из альвеол. Оно вызвано нервными
импульсами, поступившими из головного мозга, причиной которого также является
раздражение нервных окончаний в сосках.
Окситоцин достигает вымени через (25 - 50) с после выделения из гипофиза. Необходимая
для молокоотдачи концентрация окситоцина в крови сохраняется (5 - 7) мин, так как он
постепенно разрушается, после чего мышечные волокна расслабляются, наступает спад, а
затем и полное пре11
кращение молокоотдачи. Важно иметь в виду, что внешние раздражения могут, как
стимулировать, так и тормозить молокоотдачу.
Другим не мене важным фактором, влияющим на процесс молоко-выделения, является
своеобразное воздействие телёнка на вымя коровы, при котором телёнок извлекает
молозиво из соска создавая давление в ротовой полости и оказывает массирующее
воздействие на вымя соска. В работе Литмана Г.Е., Петухова Н.А. [29, 38] представлены
результаты исследований по изучению закономерностей изменения давления на
основание, среднюю часть и кончик соска, разрежение под соском.
Анализ графиков (рис. 3) показывает, что в начале цикла теленок интенсивно создает
вакуум. Через 0,35 Гот начала цикла разрежение достигает максимального значения. К
этому моменту теленок начинает оказывать давление на сосок. После достижения
максимума вакуум постепенно убывает, давление же в это время интенсивно растет.
Первоначально сжатие соска начинается с основания и средней части его, а затем
распространяется на кончик, Максимум давления приходится на основание, среднюю
часть и кончик соска соответственно через 0,59Т, 0,607" и 0,657" от начала цикла.
Снижение давления происходит в том же порядке. Таким образом, по соску проходит
волна давления, которое теленок производит языком. Момент достижения
положительного давления наступает на 0,25 Г позже наступления максимума вакуума.
Действие вакуума и давления оканчивается одновременно, после чего наступает "отдых",
который длится около 0,1 Т и характеризуется величиной вакуума, сохраняемого во рту
теленка, около 0,008 МПа (0,08 кгс/см2). Таким образом, вакуум воздействует на сосок в
течение всего цикла, изменяясь от 0,008 до 0,03 МПа (0,08—0,305 кгс/см2) за 0,35Г и
затем от 0,03 до 0,008 МПа за 0,607! Давление на сосок на среднюю его часть и основание
длится в течение 0,677 (67% цикла) и на конец соска 0,607" (60 %), давление же на сосок
продолжается соответственно 0,437", 0,407" и 0,347.
Проводимые исследования закономерностей воздействия телёнка на сосок коровы в
основном связаны с разработкой доильных аппаратов для
12
извлечения молока. Обратной же задаче — выпаиванию молозива новорожденным
телятам — практически не уделялось внимания, хотя она не менее сложна, чем доение.
Обусловлено это тем, что процесс сосания коровы теленком как единый физиологический
акт, помимо процессов в полости его рта, включает и массажные воздействия на вымя,
которые практически оставались вне поля зрения исследователей.
0,1МПа
1 6 ? li 1
/Ар
Г" ч. г ; / Г
г*
1680,3 0,2 0,1
0,2
0,2
\
' J0A Щ. У/ i |
0,3 -Рв-0,1МПа
Рис. 3 Кривые воздействия теленка на вымя: слева - осцило-грамма акта сосания; справа функция оценок математических ожиданий процессов акта сосания теленка; 1 -давление
на основание соска; 2 - давление на среднюю часть соска; 3 - давление на кончик соска; 4 разрежение под соском; 5 - расход молока из соска; 6 - нулевая линия для давления и
разрежения; 7 - нулевая линия для расхода; Т - цикл (период).
По данным исследований В.П. Ожигова [39] закономерности массажных воздействий на
вымя коровы имеют значительное влияние на процесс молоковыделения, так как они
взаимосвязаны с процессами, происходящими в ротовой полости телёнка.
Изучение закономерностей массажных воздействий теленка на вымя коровы при сосании,
особенно их количественная сторона, очевидны,
13
поскольку без них невозможна разработка устройств для выпаивания молозива
новорожденным телятам, обеспечивающих полноценную имитацию естественного
процесса сосания. Знание этих закономерностей необходимо и при разработке доильных
аппаратов и устройств для массажа вымени перед доением и в его процессе.
Установлено, что в процессе сосания теленок совершает непрерывные массажные
воздействия на вымя, выражающиеся как в оттягивании его вниз и подталкивании вверх,
так и в воздействиях на него влево -вправо. Эти воздействия имеют случайный
нестационарный характер с закономерными тенденциями развития в пределах
повторяющихся циклов с периодами, равными 0,5 и 2,5 с. Массажные воздействия, имея
общие закономерности их изменения в пределах циклов независимо от способа
выпаивания, различаются количественно (рис 4). Анализ графиков показывает, что в
пределах цикла с периодом Т практически синхронно с волной механического
воздействия на сосок происходит изменение величины усилия массажных воздействий на
вымя в вертикальном направлении и влево-вправо. В частности, при кормлении теленка из
бидона-поилки, со стандартной соской (см. рис. 4 а), величина усилия по оттягиванию
вымени вниз в течение примерно 0,5 с увеличивается и достигает максимального значения
— 16 Н. В период сглатывания молозива теленок "приотпускает" вымя, снижая усилие его
оттягивания вниз до 9 Н. Во время последующих трех циклов изменение усилия теленка
на вымя в вертикальном направлении имеет тот же характер. Но на пятом цикле, то есть
через 2,5 с, теленок во время сглатывания молозива подталкивает вымя вверх с усилием,
равным 9 Н. Далее процесс повторяется. Таким образом, исследованиями установлено,
что теленок в процессе сосания воздействует на сосок и непрерывно массирует вымя,
воздействуя на него как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Усилия
массажных воздействий закономерно изменяются в пределах циклов с периодами 0,5 и 2,5
с. Причем во время циклов с периодом 0,5 с теленок оттягивает вымя вниз с макси-
14 мальным усилием во время засасывания молозива, приотпуская его во
время сглатывания. С периодом равным 2,5 с теленок подталкивает вымя вверх.
Синхронно с воздействиями на вымя в вертикальном направлении теленок воздействует
на него в горизонтальной плоскости.
-10
-20
F.H-+50
-50
•100
1/
21i
{/ t
VV
б
Рис. 4 Закономерности массажных воздействий на вымя коровы при сосании из бидона
поилки через стандартную соску (а), с попущенной через соску трубкой (б): 1 - массажные
воздействия вверх ("+") - вниз ("-"); 2 - массажные воздействия влево ("+") - вправо ("-")
Важно отметить, что величина массажных воздействий существенным образом зависит от
трудностей извлечения молозива, из чего можно сделать вывод, что при сосании
тугодоиких коров теленок воздействует на вымя с большими усилиями.
15
Помимо физических факторов, влияющих на процесс кормления новорождённого телёнка,
важную роль играют и биологические факторы, протекающие в организме телёнка и
коровы.
В первые часы жизни у новорожденных телят, как уже упоминалось, выявлен иммунный
дефицит периода новорождённости, обусловленный тем, что глобулины и иммунные тела
не передаются плоду непосредственно через плаценту [40]. Естественным путём их
передачи новорождённым животным является только молозиво матери.
Кроме обеспечения новорождённого телёнка защитными антителами молозиво
обеспечивает плавный переход от внутриутробного питания плода веществами,
поступающими с кровью матери, к его существованию во внешней среде [41].
Источником антител, обеспечивающих иммунитет к различным инфекционным
заболеваниям, является молозиво — единственный продукт питания новорожденных
телят. Эти антитела, относящиеся к иммуноглобулинам различных классов (IgG, IgM и
IgA), адсорбируются в тонком кишечнике и затем попадают в кровеносное русло теленка,
обеспечивая его пассивный иммунитет до того момента, когда организм животного
окажется в состоянии синтезировать собственные иммунные белки (обычно через 2-3
недели после рождения).
Иммуноглобулины класса IgM включают гемагглютинирующие, агглютинирующие и
опсонизирующие антитела, которые наиболее эффективны против грамотрицательных
бактерий [40, 42].
Защитное действие иммуноглобулинов класса А является местным — оно в большей
степени распространяется на слизистые оболочки, предохраняя организм новорожденных
телят от кишечных и респираторных инфекций.
Отмечена также взаимосвязь между низким содержанием иммуноглобулинов в сыворотке
крови и заболеваемостью, а также смертностью новорожденных телят. При этом гамма- и
гипогаммаглобулинемию рас16
сматривают как основной патогенетический фактор ряда заболеваний этих животных [4345].
После получения молозива матери в крови у телят повышается количество лейкоцитов за
счёт лимфоцитов, а в сыворотке крови возрастает уровень иммуноглобулинов. Уровень
общего белка в крови новорождённого телёнка до первого кормления молозивом матери
составляет 4,19-4,86г% [46]. При последующей выпойке молозива его уровень
повышается до 7,41 г%. На шестой день жизни у всех телят, получавших молозиво
матери, глобулиновые фракции, независимо от кратности выпойки, находятся в пределах
5,06-5,54 г%. Уровень гаммаглобулинов составляет в крови телят на вторые сутки жизни
при двухкратной выпойке 2,29 г%, при трёх кратной 2,77 г%.
Одним из важных физиологических особенностей новорождённых телят является высокая
проницаемость их кишечного гистогематического барьера, способного в первые 24-36
часов жизни пропускать в неизменном виде иммунные глобулины и витамины [47].
Одним из факторов, обеспечивающего эффективность всасывания белка в кишечнике
новорождённого животного являются ингибиторы про-теолитических ферментов,
содержащиеся в молозиве. Эти ингибиторы обнаружены в молозиве крупного рогатого
скота, свиньи, человека [48].
На улучшение всасывания иммуноглобулинов в желудочно-кишечном тракте у телят
влияют гормоны коры надпочечников и щитовидной железы. Абсорбция
иммуноглобулинов стимулируется также рядом присутствующих в молозиве веществ,
которые играют роль катализатора [49].
В одном из исследований приведены значения количества и функциональные
характеристики различных изотопов иммуноглобулина помесных телок (чёрно-пёстрая х
голштинская порода) со дня их рождения с целью выявления и коррекции
иммунобиологического статуса (рис. 5) [50].
17
30 IS'
I 10' 5
0.
2„... ..-•¦"•••.. ..'•''
|'еут 5w 15'сут Тпёс Змёс бмёс Гмёс и'мес 17мес Возраст
Рис. 5 Концентрация белковых фракций в сыворотке крови помесных тёлок (чёрнопёстраяхголштинская породы) в зависимости от возраста: 1 — альбумин, 2 - а-глобулин, 3
- Р-глобулин, 4 - у-глобулин.
Из графика видно, что уровень белковых фракций в крови телят повышается в первые
сутки. Так как телята во время исследований получали молозиво матери, то можно
предположить о связи его повышения с высокой концентрацией белковых фракций в
молозиве коров.
Кроме того, процесс пищеварения у новорождённого телёнка имеет свой отличительный
характер по отношению к взрослому животному. В период новорождённости при
потреблении молозива происходит рефлекторное смыкание валикообразных краёв
пищеводного желоба, по которому оно, минуя рубец и сетку, по дну книжки поступает в
сычуг и далее в тонкую кишку. Слизистая пищеводного желоба у новорождённого
телёнка состоит из мельчайших ворсинок, что в значительной степени увеличивает
площадь усвоения пищи [51]. Так как ёмкость пищеводного желоба очень мала, молозиво
может поступать в сычуг только мелкими, частыми порциями - (2-3) гр за глотание. Если
не соблюдать этого условия кормления, даже получение полноценного материнского
молозива матери может не спасти телёнка от заболеваний и гибели.
Другим не менее важным фактором, благоприятным для телёнка, является обильное
выделение слюны во время сосания. Молозиво при естественном подсосе или
потреблении его из соски обильно смешивается со слюной [48-49], содержащей фермент
липазы. Этот фермент действует
Список литературы