В организме животных присутствует ряд электрических субстанций, которые находятся в состоянии постоянного уравновешивания. Электрохимические процессы влияют на жизнедеятельность тканей и органов, что связано с наличием в них различных солей, ионов-карбонатов (положительной заряжённости) и хлора (отрицательной заряжённости), а также ионов кальция, магния, фосфора и др. Слабые электрические и электромагнитные поля возникают при функционировании сердца, нервной и других систем организма. В связи с этим электрическое состояние воздушной среды, наряду с другими факторами также оказывает определённое воздействие на организм животных. Понятие электрическое состояние воздуха включает ионизацию, электрическое и магнитное поля.

Ионизация воздуха (аэроионизация) – это процесс образования в воздухе электрически заряженных частиц различной природы (аэроионов). В зависимости от ионизирующего фактора различают естественную и искусственную ионизацию воздуха.

Естественная аэроионизация возникает в природе. В атмосфере аэроионы образуются под влиянием излучений солнца, радиоактивных веществ, электрических разрядов во время грозы, при испарении смолистых веществ древесины, сильного разбрызгивания воды в океанах, морях и т.п., Искусственная ионизация воздуха создается специальными установками – аэроионизаторами.

Аэроионы представляют собой мельчайшие положительно или отрицательно заряженные частицы, которые постоянно содержатся в воздухе и обуславливают его электропроводность. Они образуются из атомов и молекул газов, составляющих воздух. Под влиянием ионизирующих факторов из атомов удаляется один или несколько наружных электронов. В результате чего атомы превращаются в положительные ионы. В свою очередь удаленные электроны присоединяются к нейтральной молекуле, заряжая её отрицательно. Принимает электрон чаще всего кислород, поэтому основными отрицательными ионами служат ионы кислорода. Такие ионы недолговечны, существуют от 10 до 30 секунд и называются легкими или быстрыми. Сталкиваясь в воздухе со взвешенными частицами пыли, капельками воды, легкие ионы оседают на них, отдают им свой заряд, образуя тяжелые ионы. Такие ионы менее подвижны и более долговечны.

В результате воссоединения разноименных (по заряду) ионов и сорбции с пылью, водяными парами параллельно с образованием ионов происходит их уничтожение. Поэтому в местности с чистым воздухом в 1 см³ содержится около 1000 легких ионов (в горах до 3000). В городах с загрязнённой атмосферой их число снижается до 400 – 100 в 1 см³ . В закрытых помещениях лёгкие отрицательные ионы поглощаются в процессе дыхания с пылью, микроорганизмами и капельками влаги.

Ещё в 30-х годах прошлого столетия А.Л. Чижевский обратил внимание на гигиеническое значение искусственной аэроионизации воздуха в помещениях для животных и доказал положительное влияние легких отрицательных ионов на организм.

Гигиеническое значение аэроионизации в животноводстве заключается в действии лёгких отрицательных ионов кислорода на нервно-гуморальную регуляцию физиологических функций через слизистые оболочки дыхательных путей и кожу.

В дыхательных путях аэроионы могут повышать или понижать возбудимость легочных интерорецепторов, передавая соответствующие сигналы через центры головного мозга к внутренним органам. Аэроионы, проникая через стенку альвеол в кровь, отдают свои заряды её коллоидам и клеточным элементам. Вследствие этого, при вдыхании отрицательных ионов, заряжённость кровяных коллоидов увеличивается, стимулируя окислительно-восстановительные процессы в организме, а при вдыхании положительных ионов - уменьшается, что способствует снижению тонуса организма.

Отрицательные аэроионы кислорода оказывают тонизирующее действие на организм и улучшают усвояемость питательных веществ корма. Всё это благоприятно сказывается на здоровье и продуктивности животных. Так, например, искусственная ионизация воздуха в профилакториях и телятниках позволяет снизить заболеваемость верхних дыхательных путей, способствует более доброкачественному течению диспепсии и бронхопневмонии у телят, а применение её в коровниках, позволяет увеличить среднесуточные удои на 0,5 – 0,6 литров. Аналогичная тенденция в действии отрицательных ионов наблюдается и на других сельскохозяйственных животных.  

Для обеспечения организма животных «естественными» аэроионами рекомендуется проветривать помещения, использовать моцион на свежем воздухе, пастбищное содержание и т.п. Особенно это важно при содержании молодняка, маточного поголовья и производителей. Но в ряде случаев (для больных, истощенных, беременных, новорожденных животных) это бывает затруднительным. В таких случаях можно применять искусственную аэроионизацию.

Аэроионизацию животноводческих помещений чаще проводят с помощью коронно-разрядных ионизаторов типа электроэффлювиальных люстр Чижевского (рис. 6), антенного ионизатора системы НИЛ, аэроионизаторов ЛВИ, АФ-2 и АФ-3, радиоизотопных иони-заторов и др.

Коронирующим электродом в люстре Чижевского служит металлическое кольцо диаметром около 1 метра, на которое в форме полусферы натянуты нихромовые проволоки с остриями. Люстра ионизирует воздух электрическим зарядом, который как бы «стекает» с изолированных от земли металлических остриёв, соединённых с положительным или отрицательным полюсом источника высокого напряжения. Для измерения концентрации аэроионов используются специальные приборы – счётчики ионов ИТ-6914, СИ-1, САИТГУ-66 и др. 

Начинать применение искусственной ионизации воздуха следует при постепенном увеличении концентрации ионов и длительности процедур. Сначала в течение 5-10 минут, затем в зависимости от общего состояния животного, учитывая поведение, аппетит, продуктивность и изменение состава крови, продолжительность увеличивают. Рекомендуемые дозы и режимы искусственной аэроионизации помещений сельскохозяйственных животных представлены в табл. 1.                 

Таблица 1

Концентрации легких отрицательных ионов и режимы ионизации воздуха в помещениях для сельскохозяйственных животных (тыс./см³)

Помимо прямого влияния, искусственная аэроионизация оказывает и косвенное положительное воздействие на организм животных, путём улучшения микроклимата помещений. Под влиянием аэроионов происходит осаждение пыли, микроорганизмов, уменьшается влажность и содержание вредных газов. Пылевая, микробная и аммиачная загрязнённость воздуха при этом снижется в свинарниках в 1,5 – 2 раза, а в птичниках – в 4 раза. Это связано с процессом зарядки и перезарядки как твердых, так и жидких аэрозолей воздуха, их движением вдоль силовых линий электрического поля и оседанием вместе с микроорганизмами на пол, стены, потолок здания и технологическое оборудование.

Электрическое поле образуется в результате взаимодействия отрица­тельного заряда Земли и положительного заряда воздуха. У поверхности Земли градиент электрического потенциала составляет около 120-130 В/м, причём это значение периодически изменяется. Его величи­на зависит от сезона года, высоты над уровнем моря, состояния погоды, климата. Максимум градиента отмечают в декабре-феврале, минимум – в мае-июне Особенно сильно, до 500 В/м и более, напряжённость электрического поля возрастает при туманах и сильном загрязнении атмосферы, а во время грозы её значение может достигать 1 млн. В/м.

 Тело животных является относительно хорошим проводником электричества. Электрический потенциал его поверхности уравнивается с потенциалом Земли и поэтому, разница в напряжённости не оказывает существенного влияния на организм. В закрытых железобетонных помещениях и в транспорте электрическое поле отсутствует. Влияние электрического поля на организм изучено ещё недостаточно. В эксперименте с животными функциональные нарушения вегетативной нервной системы обнаружены лишь при напряжённости электрического поля (в конденсаторе), равной 150-200 В/см.

Магнитное поле Земли образуется под влиянием Солнца. Оно имеет меридианное направление, чуть смещенное от оси север-юг.

Быстрые изме­нения магнитного поля (магнитные бури) возникают в связи с увеличенным притоком заряженных частиц с поверхности Солнца в период повышения его активности.

Солнечная активность оказывает влияние на биосферу нашей планеты. Из-за сильных геомагнитных бурь нарушается радио- и телефонная связь, появляются атмосферные бури, тайфуны, смерчи; возможны землетрясения; изменяются скорости течения некоторых химических реакций, а также размножения микроорганизмов и их вирулентность; нарушаются физиологические функции растений и животных. Установлено, что во время магнитных бурь усиливаются процессы торможения в центральной нервной системе, возрастает частота обострений заболеваний и снижается работоспо­собность.

Имеются данные о том, что плотные электрические поля, которые образуются под высоковольтными линиями электропередач с напряжением 400 кВ, негативно влияют на половые циклы, продуктивность и поведение коров. Считается также, что электрические поля с шестиметровой, десятисантиметровой и одномиллиметровой длинами волн вызывают изменения нейрогуморальной реакции у животных.

Радиоактивный фон

Радиоактивный фон - ионизирующее излучение от природных (естественных) источников космического и земного происхождения, а также искусственных радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека.

Радиоактивные явления, происходящие в природе, называются естественной радиоактивностью; аналогичные процессы, протекающие в искусственно полученных веществах (через соответствующие ядерные реакции) – искусственной радиоактивностью.  

Радиоактивность атмосферы обусловлена присутствием радиоактивных газов и аэрозолей, попадающих в неё в результате процессов происходящих в природе и деятельности человека. Радиоактивность вод – присутствием радионуклидов в природных источниках, поступающих из атмосферы, вымываемых из почв и горных пород. Естественная радиоактивность почвы характеризуется содержанием в ней природных радиоактивных элементов. Она зависит в основном от почвообразующих пород.

Естественный (природный) радиационный фон на территории Республики Беларусь колеблется в пределах 10 – 20 мкР/ч. Увеличение его наблюдается при работе электростанций, применении источников ионизирующих излучений в науке, медицине и на производстве, в процессе добычи полезных ископаемых и других техногенных факторах.

Ядерные взрывы способствовали загрязнению поверхности планеты искусственными долго живущими радиоактивными изотопами. Мощное загрязнение радионуклидами произошло во время аварии на Чернобыльской атомной электростанции. В Могилевской и Гомельской областях обнаружены пятна радиоактивности, достигающие 146 Ки/км² по цезию и 10 Ки/м² по стронцию. Радионуклидному загрязнению подвергнуто около 23% территории Беларуси. Из-за высокой плотности загрязнения 256,7 тыс. га сельхозугодий исключены из оборота. На нераспаханных землях радионуклиды находятся в верхнем слое почв, а на пахотных и пойменных проникли на глубину до 20 см. Это ведет к формированию геохимических аномалий. Глубина проникновения радионуклидов в почвы к 2016 году прогнозируется в пределах 8 - 22 см для ¹³⁷Cs и 15-27 см для ⁹⁰Sr.

Радионуклиды участвуют во внешнем облучении организма человека и животных, а в случае поступления с пищей обуславливают и внутреннее облучение. Данные о негативном влиянии относительно низких доз радиации на живые организмы противоречивы. Повышенные дозы ионизирующих излучений обладают сильным биологическим действием и способны вызывать у всех млекопитающих и птиц однотипную патологию – радиационные поражения. Характер развития и тяжесть течения этой патологии зависит от вида лучевого воздействия, дозы облучения, её мощности, кратности облучения, радиочувствительности и радиопоражаемости, а также других показателей.

Газовый состав воздуха

Земля окружена газообразной оболочкой – атмосферой, состоящей из трех основных слоев:

- Тропосферы (нижнего слоя), в ней находится 79% общей массы атмосферы. Верхняя её граница на экваторе находится на уровне 16 – 18 км, на полюсах 7 – 10 км;

- Стратосферы (среднего слоя), которая составляет 20% всей массы атмосферы и простирается до высоты 80 км;

- Ионосферы (внешней оболочки) – 0,5% от всей массы атмосферы. Верхняя граница атмосферы проходит на высоте 2 – 3 тысячи километров. Плотность воздуха, т.е. количество молекул, содержащихся в единице объема, по мере подъема вверх постепенно уменьшается, падает весовая концентрация газов и их парциальное давление. Поэтому считают, что из-за недостатка кислорода на высоте 20 км, и выше жизнь невозможна. Вследствие непрерывных воздушных течений, в нижних слоях атмосферы газовый состав остаётся практически постоянным.

Атмосферный воздух является физической смесью газов. Его основной состав примерно следующий: азот – 78,09%, кислород – 20,95%, углекислый газ – 0,03%, инертные газы (аргон, неон, криптон, кселон и др.) – 0,93%. Кроме перечисленных газов в воздухе всегда содержится водяные пары, количество которых, в зависимости от температуры, колеблется от 0,01 до 4 %. В отдельных зонах атмосферы обнаруживаются примеси природного происхождения, такие как аммиак, сероводород, окислы азота, метан и др.

Воздух загрязняется промышленными выбросами (газ, пар, пыль), содержащими различные вредные вещества, и, в частности, такие канцерогены, как 3,4 бензопирен - продукт сгорания горючего в двигателях. Особую тревогу вызывает загрязнение атмосферного воздуха радионуклидами, в частности Стронцием – 90 и Цезием – 137. Выведение этих вредных веществ из организма (костей) практически не происходит.

В отличие от атмосферного воздуха, воздух закрытых животноводческих помещений может значительно отличаться большим содержанием углекислого газа, водяных паров и меньшей концентрацией кислорода. Это зависит от вида и качества строительных материалов, ограждающих конструкций, технологического оборудования (канализации, вентиляции), способов содержания, возраста и вида животных, кубатуры на одну голову и многих других факторов. Кроме того, при содержании животных в воздухе помещений всегда содержатся вредные газы, такие как аммиак, сероводород, клоачные газы и др. Большое влияние на качественный состав воздуха помещений оказывает выдыхаемый животными воздух. Он близок к максимальному насыщению водяными парами и по сравнению с атмосферным воздухом содержит примерно в 100 раз больше углекислого газа и на 25 % меньше кислорода. Травоядные животные, кроме того, выделяют ещё метан и водород.

Продолжительное пребывание животных в помещениях с высокой концентрацией аммиака, сероводорода, углекислого газа и других вредных газов оказывает токсическое действие на организм, у животных ослабевает естественная резистентность организма, снижается продуктивность, а в ряде случаев возникают серьёзные заболевания.

Гигиеническое значение газов. Для общей оценки влияния воздуха помещения на организм животных целесообразно рассмотреть гигиеническое значение входящих в его состав отдельных компонентов (газов).

Кислород (О₂) – бесцветный газ, без запаха. Он имеет исключительно важное значение для животных: поддерживает в организме дыхание и непосредственно участвует в обменных процессах. Соединяясь с гемоглобином эритроцитов, разносится с кровью по всему организму ко всем тканям и клеткам, обеспечивая нормальное течение окислительно-восстановительных процессов. Количество потребляемого животными кислорода зависит от интенсивности обмена веществ, температуры окружающей среды, мышечной работы, объема и состава корма, состояния органов дыхания, сердечно – сосудистой системы и ряда других факторов. В среднем потребность в кислороде за 1 час у лошади составляет в покое – 253 см³/кг живой массы, при работе – 1780; у коровы – 328; у овцы – 343; у свиньи – 392; у курицы – 980 см³/кг живой массы.

При недостатке кислорода в организме происходит накопление недоокисленных токсических продуктов. При этом снижение его в воздухе до 17 % вначале вызывают явления компенсаторного характера: учащение дыхания и увеличение его глубины, учащение пульса, мобилизация эритроцитов из депо, снижение окислительных процессов. Они исчезают при своевременном доступе кислорода. В обратном случае обмен веществ нарушается и состояние организма ухудшается. Особенно чувствительна к гипоксии центральная нервная система. Уменьшение концентрации кислорода в воздухе более чем на 7 – 8% приводит к летальному исходу.

В обычных условиях сельскохозяйственные животные не испытывают недостаток в кислороде, содержание его в животноводческих помещениях снижается не более чем на 0,4 – 1 %. Возникать недостаточность кислорода может лишь в исключительных случаях, например, при скученном содержании, недостаточной вентиляции помещений с газовым обогревом и т.д.

Озон (О₃) образуется в воздухе при электрических разрядах, воздействии ультрафиолетовых лучей, выделении смолистых веществ и испарении больших масс воды. Поэтому высокие концентрации озона отмечают после грозы, в хвойных лесах, у берегов морей, на большой высоте и т.д.. Озоновый слой атмосферы (в несколько сантиметров) защищает живые организмы Земли от губительного действия ультрафиолетовых лучей. Следует учитывать, что озон может образовываться и во время «смога» мегаполисов и промышленных центров. Установлено, что сернистый ангидрит, двуокись азота и альдегиды (от сгорания топлива) могут поглощать ультрафиолетовые лучи и в активированном состоянии реагировать с молекулярным кислородом, образуя озон. В атмосферном воздухе его концентрация обычно составляет около 0,000001 %. В животноводческих помещениях поглощающий озон практически не регистрируется. Содержание озона в воздухе 0,001 мг/л животные переносят без вреда. А вот при 0,018 мг/л и более – он раздражает слизистые оболочки и вызывает отек легких. 

Азот ( N ) – бесцветный газ, без запаха. Большинство авторов определяют значение азота как разбавителя других газов, входящих в состав воздуха, и в частности кислорода (в чистом кислороде жизнь невозможна). При этом он играет не только механическую роль, что подтверждают результаты исследований, в которых азот воздуха заменяли инертным газам – аргоном. В таких условиях куриные эмбрионы погибали на 9-й день, а цыплята – через 18 часов. При высоком парциальном давлении азот оказывает наркотическое действие и может нарушать нервно-мышечную координацию. При быстром переходе от высокого к низкому давлению (быстрое всплывание из глубины, набор высоты и т.д.) избыток азота выделяется из крови и тканей в виде пузырьков газа, что может явиться причиной газовой эмболии, обуславливающей кессонную болезнь и инфаркты органов.

Углекислый газ (СО₂) – не имеет цвета и запаха, кислого вкуса. Содержание его в атмосферном воздухе в среднем 0,03 – 0,04 %. Образуется при процессах горения, дыхании человека и животных, ночном дыхании растений. Удаляется из атмосферы – вымыванием дождями, поглощением водой открытых водоемов и хлорофильными растениями. Если бы не растения, то через 100 лет содержание углекислого газа увеличилось бы в атмосфере до 1 %, что привело бы к глобальному потеплению нашей планеты и, как следствие, к экологической катастрофе.

Основным источником углекислого газа в животноводческих помещениях являются сами животные. Так, например, за 1 час корова живой массой 600 кг выделяет до 200 литров углекислого газа, а свиноматка живой массой 150 кг – 90 литров. Физиологическое значение углекислого газа заключается в том, что он раздражает у млекопитающих дыхательный центр. Увеличение концентрации его во вдыхаемом воздухе до 4 – 5% приводит к повышению артериального давления, сердцебиениям и возбуждённому состоянию, а до 8-10% - быстрой потери сознания и смерти. 

Учитывая то, что углекислый газ накапливается в воздухе параллельно с загрязнением его другими газами, пылью, микроорганизмами и прочими выделениями, он является косвенным показателем качества воздушной среды, который используется при расчётах потребности животных в вентиляции. Максимальное значение углекислого газа в воздухе помещений для содержания сельскохозяйственных животных допускается в пределах 0,2 – 0,25%.

Кроме перечисленных газов, которые являются постоянными компонентами атмосферы, в воздухе закрытых животноводческих помещений могут накапливаться и ядовитые, так называемые вредные газы, такие как аммиак, углекислый газ, сероводород и др.

Аммиак ( N Н₃) – бесцветный газ с резким специфическим запахом. В животноводческих помещениях образуется в результате разложения органических веществ, содержащих азот (моча, кал, и др.). Повышенное его содержание характерно для микроклимата помещений с низким санитарным состоянием при неудовлетворительно работающей канализации и вентиляции. Наиболее высокая концентрация аммиака регистрируется в нижней, так называемой «рабочей зоне» помещения, где непосредственно находятся животные и обслуживающий персонал. При высокой влажности и низкой температуре аммиак адсорбируется ограждающими конструкциями здания и подстилкой, а при повышении температуры происходит обратное его выделение в воздух. Аммиак оказывает вредное влияние на организм. Легко растворяясь в воде, образует щелочь, которая раздражает слизистые оболочки, открывая «ворота инфекции», нарушает электроэффлювиальную функцию мерцательного эпителия. При взаимодействии с гемоглобином образует щелочной гематин, что приводит к гипоксии. В высоких концентрациях аммиак может вызывать гемолиз эритроцитов. Возбуждает центральную нервную систему, что сопровождается спазмом трахеальной и бронхиальной мускулатуры, отеком легких и параличом дыхательного центра. Выпотевание его в закрытые полости приводит к плевритам, перитонитам, артритам и др. Агрессивная аммиачная среда способствует быстрому разрушению строительных материалов и технологического оборудования. Во влажном воздухе он окисляется до азотной кислоты, которая превращает кальций штукатурки в азотистый кальций или «стенную селитру», разрушающую стены. Содержание аммиака в воздухе животноводческих помещений допускается не более 20 мг/м³ (0,02 мг/л).

Угарный газ (СО) – монооксид углерода – газ без цвета и запаха, образуется при неполном сгорании топлива (угля, дров, нефтепродуктов и др.). В воздухе животноводческих помещений окись углерода обнаруживается при работе транспорта и использовании некоторых отопительных агрегатов. Его токсическое действие обусловлено вытеснением кислорода из гемоглобина и образованием карбоксигемоглобина. В результате чего снабжение тканей кислородом нарушается, снижаются окислительные процессы и накапливаются недоокисленные продукты обмена. Клинически отравление характеризуется нервными симптомами, учащенным дыханием, рвотой, судорогами и коматозным состоянием. Через 5-10 минут после вдыхания окиси углерода в концентрациях 0,4-0,5 мг/литр животные погибают. Предельно допустимое содержание угарного газа в воздухе животноводческих помещениях составляет 2 мг/м³ (0,002 мг/л). 

Метан (СН₄) — удушающий газ, горит едва замет­ным пламенем; в смеси с воздухом воспламеняется со взрывом. В высоких концентрациях, из-за прекращения доступа кислорода, он способен вызвать остановку дыхания. В атмосферном воздухе содержание его незначительно (0,0002 %). Повышенное содержание метана отмечается в помещениях для содержания скота, где может накапливаться в смотровых колодцах и канализационных каналах.

Сероводород (Н₂ S ) – бесцветный газ со специфическим запахом. Образуется при гниении серосодержащих белковых веществ (навоза, корма и др.). Токсическое действие сероводорода состоит в том, что он, соединяясь с тканевыми щелочами, образует сульфид натрия или калия, которые вызывают восполнение слизистых оболочек, образуя “ворота инфекции”. При попадании в кровь сульфидные соединения гидролизуются с образованием сероводорода, который отрицательно действует на нервную систему и вызывает общее отравление организма. Кроме того, сероводород связывает железо гемоглобина, переводя его в сернистое железо. В результате наступает кислородное голодание и снижение окислительных процессов в организме.

Сероводород очень токсичен. Концентрация его 0,01% (15 мг/м³) и выше представляет опасность для здоровья человека и животных, вызывает конъюнктивиты, катары верхних дыхательных путей и нарушения сердечной деятельности. Превышение его в воздухе более чем 20 -50 мг/м³ приводит к общему отравлению организма, отёку лёгких и летальному исходу. Это необходимо учитывать при проведении инструктажа по технике безопасности при организации работ по ремонту и обслуживанию жижесборников, навозных каналов и выгребных ям. Содержание сероводорода в воздухе животноводческих помещений допускается не более 5 - 10 мг/м³ (0,005-0,01 мг/л).

Кроме перечисленных, известен и ряд других вредных для здоровья газообразных соединений (нитрозные, клоачные газы и т. д.), однако концентрации их в воздухе животноводческих помещений, как правило, незначительны. Следует отметить, что из сельскохозяйственных животных наиболее чувствительна к воздействию вредных газов птица.

Основными причинами накопления вредных газов в воздухе помещений являются: скученное содержание животных, неполадки систем навозоудаления, плохая вентиляция, недостаточное количество подстилки, низкая санитарная культура и др. Поэтому мероприятия по борьбе с ними необходимо проводить комплексно и постоянно, с учетом плотности размещения животных и потенциальных источников их образования. Они должны включать меры по повышению санитарно-гигиенической культуры ферм и комплексов, использование рациональных систем вентиляции и канализации, своевременную замену подстилки. Хороший эффект даёт применение адсорбентов, таких как, например, сфагновый торф, известь и вермикулит, а также специальных добавок к подстилке («Мистроль», «Энвистим», «Дезосанвигор» и др.).