Люди любят молоко и охотно его пьют. По уровню потребления молоко занимает второе место после воды. В то же время оно не распространено так повсеместно, как вода. Молоко, как таковое, не относится к естественным ресурсам Природы. Наоборот, при добывании этого источника питания человек зависит от молочных желез животных.
Работа молочных желез, секретирующих молоко, является чрезвычайно интересным явлением и имеет гораздо большее значение для человека, чем семь чудес света. Молочные железы высокопродуктивных коров очень хорошо развиты, что явилось результатом многолетней селекционной работы. Благодаря выдаиванию молока с коммерческими целями молочные железы подвергались большому физическому напряжению при минимальной возможности для отдыха или восстановления. Вся молочная промышленность основана на использовании эволюционного развития молочных желез.
О ценности коровы судят по развитию ее молочных желез. Хотя молочные коровы имеют одинаковую величину и экстерьер, они значительно различаются по способности секретировать молоко. Эти различия, как полагают, объясняются частично тем, что молочные коровы различаются по наследственности, обусловливаемой генами, которые регулируют секрецию гормонов, стимулирующих рост молочных желез, секрецию и выведение молока.
Высокопродуктивные коровы имеют гены, дающие возможность эндокринным железам секретировать оптимальные количества гормонов, необходимых для роста молочной железы, секреции молока и его выведения. Количество молока, которое дает корова, определяется в основном ее наследственными качествами, но оно в значительной мере зависит и от факторов внешней среды (например, кормления, техники доения, погоды).
Рост и развитие молочных желез
У коровы четыре молочных железы, которые все вместе называются выменем. Правая и левая половины вымени разделены толстой соединительнотканной перегородкой, а передняя и задняя четверти - тонкой. Молоко из каждой молочной железы может быть выведено только через сосок этой железы. Случается, что рост железы происходит таким образом, что затрудняется удаление молока из четверти, которую в в связи с этим называют слепой. Такая железа подвергается инволюции и скоро перестает функционировать.
Интересно, однако, что у таких трехсосковых коров природа зачастую обеспечивает дополнительное развитие соседних молочных желез и использование в трех функционирующих железах тех предшественников молока и гормонов, которые первоначально использовались в слепой четверти. Таким образом, большинство трехсосковых коров дают молока меньше, чем они давали бы, если бы функционировали все четыре железы, но больше, чем три четверти вымени нормальных коров. Такое же явление может иметь место у животных, у которых одна или более молочных желез прекращают функционирование в связи с маститами.
По структуре молочную железу можно сравнить с гроздью винограда, при этом альвеолы представляют ягоды, а ходы - гребень. Группу альвеол называют дольками. Несколько долек образуют долю.
Доли образуют четверть, и, наконец, четыре четверти составляют вымя коровы. Эти разнообразные формирования вымени связываются и разделяются соединительными тканями и мышцами. Молочные железы снабжены богатой сетью кровеносных сосудов и нервов.
Первоначальное развитие молочных желез происходит в утробный период. Вымя новорожденной телочки состоит из сосков, цистерн соска и железы, а также небольшого количества соединительной и жировой тканей. С ростом теленка вымя увеличивается в размере пропорционально другим частям тела при небольшом увеличении протоков. При наступлении половой зрелости гормон эстроген, который секретируется фолликулами яичника, стимулирует рост и развитие системы протоков с каждым последующим астральным циклом. Эструс означает периодическое половое возбуждение самки.
Половая зрелость характеризуется комплексом внешних проявлений, которые обычно достигают наивысшего предела к началу воспроизведения.
Если эстрогена секретируется мало, это отрицательно влияет на рост молочных желез, и на секрецию пролактина. Если эндокринная система не обеспечит интенсивную секрецию молока большими молочными железами, нет смысла для их роста.
В период стельности рост системы протоков происходит скорее постоянно, чем периодически. Желтое тело начинает секретировать прогестерон, который стимулирует рост и развитие мелких протоков, и дольково-альвеолярную систему. У первотелок примерно к седьмому месяцу стельности развитие молочной железы уже достаточно для того, чтобы секретировать молоко. Ограниченный рост молочной железы происходит в последние несколько недель стельности. При этом альвеолы начинают секретировать молозиво и в них накапливается лимфа.
Дополнительные (лишние) соски. Многие телки молочных пород (около 25%) имеют более четырех сосков. Дополнительные соски связаны с небольшими железами и расположены обычно позади задних сосков. Их следует удалить хирургическим путем до наступления половой зрелости.
Аспекты кровообращения в связи с секрецией молока
Молочные железы имеют богатое кровоснабжение. О его интенсивности можно судить по тому, что на каждую единицу объема секретируемого молока через вымя протекает, как подсчитано, около 400 единиц объемов крови. Две наружные срамные артерии, каждая из которых омывает одну половину вымени, обеспечивают вымя предшественниками молока и богатой кислородом кровью. Эти артерии достигают сверху центральной части вымени, входя в него через паховый канал. Они разветвляются на две выменных артерии - краниальную, или переднюю, которая снабжает передние четверти, и каудальную, или заднюю, которая снабжает задние четверти, затем они интенсивно разветвляются по молочным железам.
После того как артериальная кровь отдает кислород и питательные вещества, необходимые для тканей вымени, она собирается сложной капиллярно-венозной кровеносной системой и отводится тремя путями: 1) внешними срамными венами (они идут параллельно внешним срамным артериям); 2) подкожными брюшными венами, которые идут вперед от передних четвертей под кожей и входят в грудную полость через отверстие, называемое молочным колодцем, и 3) венами промежности, которые проходят сзади и сверху вымени через тазовый свод.
Венозная кровеносная система двух половин вымени объединяется поперечными соединительными сосудами. При наличии такой разветвленной сосудистой сети отток крови из вымени не зависит от положения, в котором корова лежит.
Исследования, проведенные в штате Миссури, показали, что у нелактирующих (сухостойных) коз через молочную железу проходит только 0,1% всей крови, тогда как через лактирующее вымя проходит 3,7% циркулирующей крови. С каждым сердечным сокращением коровы нагнетается приблизительно 1 л крови. Частота сокращений сердца лактирующих коров составляет примерно от 50 до 60 ударов в минуту, а полный цикл кровообращения составляет приблизительно 50 с. Другие исследователи из штата Миссури показали, что объем крови лактирующих и нелактирующих коров составляет соответственно приблизительно 8,1 и 6,4% от массы тела. Количество плазмы крови у лактирующих коров также выше (4,9% от массы тела), чем у нелактирующих (3,8% от массы тела). Это важно, так как вещества крови, обеспечивающие секрецию молока, находятся в ее плазме.
Лимфатическая система
Лимфатические сосуды вымени несут лимфу вверх и к задней части каждой его половины (однонаправленный поток), где она проходит через лимфатические железы вымени. Лимфа из различных тканей тела в конечном счете: впадает в яремную вену, где она смешивается с кровью. Лимфатическая жидкость удаляет бактерии и в некотором роде служит запасным защитным механизмом. (Лимфа во многих отношениях напоминает плазму крови, хотя она не содержит красных кровяных шариков). Лимфатическая сосудистая система включает лимфатические железы (узлы), которые вырабатывают для лимфы лимфоциты, или белые кровяные шарики. Система особенно напряженно функционирует в течение нескольких дней до и после отела, когда лимфатическая жидкость обычно накапливается в вымени и даже перед ним. Это состояние нагрубания и растяжения вымени называется отеком беременности.
Как образуется молоко?
Различают два важных процесса в секреции молока молочной железой: 1) фильтрация определенных составных частей молока из кровеносного русла и 2) синтез других компонентов молока в процессе клеточного обмена в альвеолах.
В молочной железе не происходит смешивания молока и крови. Вместо этого питательные вещества крови проходят через клеточную стенку, чтобы быть использованными при образовании молока. Мы находим кровь в молоке только тогда, когда молочные железы поражены или подвержены заболеванию.
Для изучения этих процессов были проведены значительные исследования. Большую роль в определении предшественников молока сыграли радиоактивные изотопы. При использовании этой методики вещество, которое считалось предшественником молока, метили радиоактивным изотопом и скармливали подопытному животному. Если соединение появлялось в молоке, можно было считать, что оно является его предшественником.
Белок
Белки молока образуются как в результате фильтрации, так и синтеза. Так как казеин, лактальбумин и лактоглобулин молока в крови не содержатся, они должны быть синтезированы из аминокислот крови. В состав этих белков входят приблизительно 94% азота белков коровьего молока. Иммуноглобулины и сывороточные альбумины, вероятно, идентичны в крови и молоке и проникают в молоко в неизмененном виде из крови путем диффузии.
Лактоза
Основным углеводом молока является лактоза, которая состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы галактозы.
На каждую молекулу образуемой лактозы в клетке железы используется две молекулы глюкозы. Одна из молекул глюкозы преобразуется в галактозу. Соединение второй молекулы глюкозы с галактозой катализируется ферментом лактаза-синтетазой. Этот фермент состоит из двух компонентов, одним из которых является а-лактальбумин, белковый компонент молока.
Глюкоза в отличие от лактозы является нормальным компонентом крови. Таким образом лактоза синтезируется в молочной железе. Определения артериально-венозной разницы показывают, что глюкоза захватывается тканями молочной железы (при прохождении через молочную железу артериальная кровь теряет около 25% содержащейся в ней глюкозы). Примерно от 70 до 80% углерода лактозы происходит из глюкозы плазмы крови. Лактоза также образуется из низкомолекулярных цепочных жирных кислот с короткой цепью.
Жир
Примерно 75% молочного жира синтезируется в молочной железе. У жвачных животных уксусная кислота является основным предшественником жирных кислот с длиной углеродной цепи до 16 углеродных атомов, то есть до пальмитиновой кислоты, поэтому коровы, которые получают рационы с высоким содержанием концентратов и низким - грубых кормов, обычно секретируют молоко с низким содержанием жира. (При таком рационе образование уксусной кислоты в рубце понижено). Кроме того, в жаркую погоду коровы обычно также секретируют молоко с низким содержанием жира. Исследования, проведенные в штате Миссури, показали, что образование уксусной кислоты в рубце в жаркую погоду снижается. Олеиновая, стеариновая и более высокомолекулярные жирные кислоты молочного жира происходят непосредственно из глицеридов крови. Глюкоза крови используется для синтеза глицериновой части молекулы молочного жира.
Интересно, что у человека молочный жир содержит более высокие концентрации ненасыщенных жирных кислот, чем молочный жир коров. Позаботилась ли природа о том, чтобы человек потреблял больше ненасыщенных жирных кислот? Ученые Австралии и Министерства сельского хозяйства США добились увеличения уровня ненасыщенных жирных кислот в молоке путем дачи коровам рациона, содержащего обработанную формальдегидом смесь казеина и сафлорового масла. Такая обработка обеспечивает защиту линолевой кислоты сафлорового масла от обычно имеющей место гидрогенизации в рубце. Содержание линолевой кислоты в молоке увеличилось с 3 до 35% от общего количества жирных кислот. На общее количество молока и содержание в нем холестерина обработка влияния не оказала.
Минеральные вещества
Минеральные вещества извлекаются из крови и поступают в молоко путем фильтрации. Молочные железы могут концентрировать определенные минеральные вещества. Например, в молоке содержится по крайней мере в 10 раз больше кальция и фосфора, чем в крови. При маститах может измениться проницаемость клеток, в которых образуется молоко, и некоторые минеральные вещества, например, хлориды, начинают поступать в молоко в концентрациях, превышающих норму.
Витамины
Витамины поступают в молоко непосредственно из крови. Количество витаминов группы В, синтезируемых микроорганизмами рубца, в молоке довольно постоянно, тогда как концентрация в нем жирорастворимых витаминов, особенно витаминов А и D, зависит от их количества в рационе и запасов в теле.
Вода
Наибольшую часть молока составляет вода (в среднем 87% от массы). Вода фильтруется из крови и, конечно, содержание ее в молока варьирует в зависимости от содержания в нем сухих веществ.
Как молоко выводится (экскретируется)?
Секреция молока включает его синтез в течение интервалов между доениями. Секретирующие клетки по мере синтезирования молока удлиняются. После наполнения молоком клетки разрываются и изливают свое содержимое в просвет альвеол, вызывая расширение или раздувание альвеол. Постепенно молочные железы наполняются молоком, подобно тому как губка наполняется водой. По мере того как молоко продолжает секретироваться, оно медленно стекает по протокам и заполняет всю их систему и цистерны железы и сосков. Коровы имеют хорошо развитые цистерны и систему протоков, в которых могут сохраняться большие количества молока. Эта система поддерживается эластичными тканевыми элементами вымени, которые позволяют ему значительно увеличиваться и растягиваться в течение интервала между доениями и спадаться после удаления молока. Хотя эта часть вымени вмещает значительные количества молока, еще большая часть всего молока находится при доении в меньших емкостных пространствах - капиллярных ходах, просветах и альвеолах и в эпителиальных секретирующих клетках.
После доения секреция молока происходит быстро. Если молоко секретируется и не выводится, происходит постепенный подъем внутривыменного давления. Это способствует снижению дальнейшей секреции молока и его выделению. Исследования показали, что каждый час после доения секреция молока составляет приблизительно от 90 до 95% количества его в предыдущий час. У высокопродуктивных коров секреция молока полностью приостанавливается через 18-24 ч после доения, если молоко не выводится.
Исследованиями, проведенными в нашей стране, установлено, что секреция молока в интервалах между дойками, протекает практически равномерно до заполнения емкости вымени на 80-90%, а затем в связи с резким возрастанием внутривыменного давления быстро снижается.
В том случае, когда внутриальвеолярное давление достигает величины от 30 до 40 мм рт. ст. (близкой к давлению в капиллярах или 1/4 кровяного давления), секреция молока значительно снижается, если только не прекращается полностью, и начинается реабсорбция, которая становится возможной потому, что увеличивающееся давление молока на капилляры крови уменьшает ток крови через вымя, а также делает более трудным разрыв секретирующих клеток и удаление содержащегося в них молока в просветы альвеол. Увеличение внутривыменного давления изменяет также способ выведения молока из клетки. С увеличением обратного давления от накапливающегося в просветах альвеол молока эпителиальные клетки становятся неспособными разрываться. В результате этого молоко выводится из секретирующих клеток только через полупроницаемую клеточную мембрану.
Молочный жир представляет собой суспендированную эмульсию в молочной сыворотке и не может диффундировать из клетки. Поэтому жир накапливается в секретирующих клетках, а выводится молоко с низким содержанием жира. Таким образом, молоко, секретируемое при низком внутривыменном давлении, содержит сравнительно больше жира, но с увеличением интервалов между доениями жирность молока снижается. Это объясняет факт снижения общего содержания жира в молоке с увеличением интервалов между доениями.
Если корову доить сначала с 10- и затем с 14-часовыми интервалами, можно сделать наблюдение, что за 14 ч будет получено большее общее количество молока и жира; однако если разделить это большее общее количество на 14, то полученное среднечасовое количество молока так же, как и процент жира, будет меньшим, чем количества их, полученные за час при 10-часовом периоде между доениями. Очевидно, доение с более короткими интервалами, ведущее к более частому снижению давления в вымени, позволяет коровам секретировать молоко с большей скоростью и, следовательно, давать более высокую суточную продукцию. Более того, теперь ясно, почему последние порции молока, извлекаемые при доении (последние струйки), содержат больше жира. Клетки, богатые молочным жиром, освобождаются от накопленных ими жировых шариков к концу доения, когда внутривыменное давление значительно снижается.
Исследования, проведенные в университете штата Миссури и ряде опытных станций, показали, что в среднем каждая передняя четверть вымени секретирует примерно 20% всего молока, а каждая задняя четверть дает около 30%. Правая и левая половины вымени дают каждая в среднем приблизительно 50%.
Одним из наиболее удивительных и величайших чудес природы является способность молочных желез секретировать молоко. Так как молоко предназначено для выкармливания новорожденного, молочные железы подчиняются механизмам, созданным Природой, которые стимулируют рост и развитие их во время стельности и затем вызывают секрецию молока после отела. Мы отмечаем гормональную регуляцию и приуроченность этих важных механизмов по времени.
Рост клеток, которые секретируют молоко, стимулируется в течение повторяющихся периодов эструса, стельности и начала лактации.
Величина и строение молочных желез являются основополагающими в способности коров давать молоко человеку. Количество клеток (величина молочной железы) определяется в основном гормонами эстрогеном и прогестероном, которые стимулируют рост молочной железы. Разумеется, наследственность влияет на секрецию этих гормонов.
Кроме различий в уходе и содержании, имеются генетические факторы, влияющие на уровень молочной продуктивности. Возможно, наиболее важными в этом отношении являются величина и строение молочных желез. Величина молочных желез определяется суммой входящих в них тканей (то есть соединительной, жировой и секреторной). Строение зависит от количества секреторной ткани по отношению к соединительной и жировой тканям. В железе наилучшего морфологического состава на долю секреторной (железистой) ткани приходится большая ее часть. Кроме того, она имеет сильные мышцы и связки. У молодой коровы может быть старое отвислое вымя.
Молоко начинает секретироваться наиболее интенсивно сразу же после его выведения. В течение интервала между доениями молоко секретируется миллионами мельчайших эпителиальных клеток, которые выстилают каждую альвеолу - основную секреторную единицу молочной железы. По мере того как каждая клетка производит определенный объем молока, она выделяет его в просвет альвеолы, где молоко накапливается и обусловливает растяжение альвеол. Накопление молока в молочных железах можно наблюдать по увеличению объема вымени и, как показано экспериментально, по наблюдению за постепенным увеличением внутривыменного давления. По мере повышения внутривыменного давления секреция молока замедляется и в конечном итоге прекращается. Вот почему высокопродуктивные коровы будут давать больше молока за сутки, если давление в вымени будет снижено за счет более частого доения.
При хорошем кормлении и содержании у коровы с большим высококачественным выменем гормональная система, которая управляет секрецией молока, обычно работает нормально, однако «отдача» для животновода имеет место только в том случае, когда молоко выдаивается полностью. При нарушении времени доения снижается количество получаемого молока. Неполное выдаивание в каждую дойку снижает молочную продуктивность и, следовательно, устойчивость лактации. Секреция молока снижается в этом случае быстрее.
Скотоводы уже давно знают, что одни коровы запускаются быстрее, чем другие, что отражается показателем, который мы называем устойчивостью лактации. Он представляет собой линейное уменьшение продукции молока от пика до окончания лактации. Устойчивость лактации обычно снижается с возрастом коров. Большинство высокопродуктивных коров имеют большую устойчивость лактации.
Мы отметили благоприятное влияние быстрого выдаивания и высокого уровня молокоотдачи как на эффективность затрат труда, так и на количество молочной продукции. Перерыв в доении на 6-8 недель между лактациями обычно ведет к увеличению молочной продуктивности в последующую лактацию.
Увеличение содержания в молоке высокомолекулярных ненасыщенных жирных кислот при помощи скармливания лактирующим коровам богатых ненасыщенными высокомолекулярными жирными кислотами масел, заключенных в обработанную формальдегидом протеиновую оболочку, может быть использовано в обеспечении потребностей человека в питательных веществах. При потреблении молока, обогащенного таким способом, увеличивается количество богатых ненасыщенными высокомолекулярными жирными кислотами жиров, если исследования подтвердят целесообразность этого метода.