Пчелиный яд. Свойства, получение, применение.

В.Н. Крылов.   Нижегоpодский унивеpситет

Пчелиный яд. Свойства, получение, применение. Научно-справочное издание. Издательство Нижегородского университета. Н.Новгород, 1995.-224 с.ББК Е691.894.73Ар К85

Ядоприёмники.   Отбор яда у пчёл.  Анализ яда.   Правила техники безопасности. 

Осложнения ядотерапии и их устранение.

Получение пчелиного яда на пасеках. Электpостимулятоpы

В настоящее время существует большое количество разнообразных конструкций электрических стимуляторов пчелоужаления. Однако все они в принципе сходны и удовлетворяют основным условиям промышленного получения пчелиного яда: наличию возможности одновременного отбора яда у большого количества пчел при сохранении их живыми. Анализ выпускающихся сегодня разнообразных конструкций таких электростимуляторов позволяет сделать вывод, что все они однотипны и так или иначе повторяют схему серии НИИХ (НИИ химии при университете), опубликованную нами около 20 лет назад (Солодухо с соавт., 1977, 1978) и в дальнейшем усовершенствованную (Ошевенский с соавт., 1985). Отличие же всех разнообразных приборов сегодня заключается в основном, в сервисе аппарата: предусматриваются автоматические или ручные режимы управления формой, частотой, амплитудой выходного сигнала, его временем работы, включения и выключения; световая и звуковая индикация работы и т.д. Соответственно, усложнение сервиса ничего принципиально нового, кроме уменьшения надежности, в принцип работы не вносит. В связи с этим, на наш взгляд, дальнейшая оптимизация электрического стимулятора для пчел может быть достигнута за счет упрощения, удешевления и унификации элементной базы, позволяющей собрать такой прибор самостоятельно. В качестве примера такой оптимизированной схемы электростимулятора, разработанного и апробированного нами на пасеках, ниже мы приводим схему прибора, позволяющего обрабатывать небольшую приусадебную пасеку в 5-15 пчелосемей. На рисунке приведена схема, апробированная в лаборатории и на пасеках, выполненная на недефицитных элементах, выпускающихся промышленностью. Основным элементом схемы является задающий генератор электрического сигнала, выполненный по схеме мультивибратора на микросхемах (элементы D1.3, D1.4, R3, С2). Генератор вырабатывает сигнал прямоугольной формы частотой 1000 Гц±200 Гц при скважности 2. Элементы R3, С2 являются времязадающими и определяют конкретную частоту генерации. Для формирования пакетов (пачек) импульсов и пауз между ними задающий генератор управляется вторым генератором, выполненным по той же схеме (элементы D1.1, D1.2, VD1, R1, R2, С1). Этот генератор вырабатывает импульсы длительностью 0,5-1 с. с частотой следования 0,5-0,3 Гц. Регулировка длительности пачки импульсов осуществляется резистором R1, регулировка пауз между пачками — резистором R2. Сформированный на генераторах сигнал усиливается на транзисторах VT1, VТ2, VТЗ, VТ4 с высоким КПД. Для согласования усилителя мощности с электродами ядоприемников на его выход подключен автотрансформатор Т1 (Ш 16х16; I-50 витков ПЭВ-2, d 0,44; II — 300 витков), повышающий выходное напряжение до требующихся 25-35 В. Дополнительные элементы R4, VD2, П1, обеспечивают световой и звуковой контроль работы устройства. Испытания показали, что в режиме паузы потребляемый ток составляет 1 мА, при максимальной нагрузке — 150 мА, ток короткого замыкания — 300 мА, нагрузочная способность без потери мощности — 1000 Ом. Питание прибора осуществляется аккумулятором (12 В), или любым стабилизированным источником постоянного тока указанного напряжения.

Принципиальная схема электростимулятора «ЖАЛО» для получения пчелиного яда

R1 1,5 мОм МЛТ 0.125    R2 2,0 мОм —   RЗ 62 кОм —   R4 5,1 кОм —  R5 53 кОм —       С1 0,47 мкФ КМ-5

С2 10 нФ    СЗ 50мкФ         К50-6 VТ1 —      КТ315       VТ2 — КТ361   VТЗ — КТ 814    VТ4 — КТ 815

D1 К 561ЛА7   П1 ЗП-3      VD1 — КД521    VD2 — КД212    VDЗ — АЛ307

Трансформатор Ш16х16 I — 50 витков ПЭВ-2 d 0,44 II — 300 витков

Как видно из приведенного описания и схемы, принцип действия такого оптимизированного электростимулятора для получения пчелиного яда, так же, как и всех известных сегодня разновидностей, заключается в выработке импульсного электрического сигнала определенной частоты, причем импульсы сгруппированы в пачки, между которыми имеются паузы молчания. Соответственно, можно варьировать все указанные параметры — величину и форму импульсов, их частоту, длительность пачек и пауз между ними — в широких пределах. Каких? В приведенном стимуляторе «Жало» эти параметры подобраны и зафиксированы. В других приборах они могут регулироваться как самим оператором, так и автоматически. Почему мы считаем выбранные уровни параметров оптимальными? Во-первых, потому, что в течение двух десятков лет нами и другими исследователями производился опытный подбор указанных параметров раздражения, который оценивался, с одной стороны, по количеству получаемого яда, а с другой — по щадящему воздействию на пчелу. Во-вторых, что нами было сделано сравнительно недавно, получены теоретические подтверждения оптимальности выбранных характеристик раздражения. Подобранные опытным путем, они оказались соответствующими физиологическим характеристикам пчелы. Рассмотрим это более детально. Прежде всего, необходимо принять к сведению, что организм пчелы в анатомическом, биохимическом и функциональном (поведенческом) аспектах не отличается от других организмов. Поэтому все физиологические законы, присущие живому организму, распространяются и на пчелу. Так же, как и другие животные, пчела имеет центральную и периферическую нервную системы, мышцы, которыми эти системы управляют. Управляющие команды нервной системы регулируются в свою очередь сигналами, приходящими по чувствительным нервным путям от рецепторов, находящихся повсеместно —внутри и на поверхности организма. В связи с этим управляющие команды будут приводить к действию, адекватному изменению условий внешней или внутренней среды, направленному на поддержание или обретение «комфортного» состояния организма.

Рассмотрим пример. Если несильно каким-либо предметом надавить на тело пчелы, она будет поднимать лапки, крылья. Если давление усилить — пчела попытается улететь. Наконец, сильное надавливание приведет к высовыванию жала и попытке ужалить. Все эти реакции — инстинктивные сложные рефлексы, вроде того, когда после удара молоточком терапевта по коленному сухожилию у человека отдергивается голень. Из примера следует, что данные рефлексы и соответствующие реакции градуальны и зависят от силы раздражающего действия, то есть пчела будет жалить только при достижении определенной, пороговой силы раздражителя.

Кроме того, для более четкого ответного рефлекса важна и природа самого раздражителя. Выше мы уже отмечали, что при получении яда наиболее эффективным оказалось не механическое или химическое, а электрическое раздражение, поскольку и нервы и мышцы (возбудимые ткани) функционируют благодаря биоэлектрическим процессам, протекающим в них. При этом активность носит импульсный характер! Если эти импульсы нервных волокон усилить и подать на экран осциллографа, то можно увидеть весь спектр этой активности — от полного молчания, до низко амплитудной фоновой (дежурной) активности и высоко амплитудных импульсов, сформированных в пачки при возбуждении нерва.

В связи с вышерассмотренным становится понятным, почему не получил распространения в качестве раздражителя постоянный ток, изучавшийся ранее. Установлено, что постоянный ток, т.е. ток, величина и направление которого постоянны (например, от аккумулятора), будет вызывать ответ возбудимых тканей только в момент включения и выключения. Кроме того, проходя по тканям, он вызывает их разогрев, различные электрохимические процессы (перенос заряда), соответственно, разрушение тканей. В экспериментальных условиях показано, что при получении пчелиного яда с помощью постоянного тока наблюдается большая гибель пчел: у погибших пчел отмечаются характерные позы — челюстями они сжимают проволочные электроды ядоприемников, крылья расправлены в стороны, хоботки расправлены. Это регистрировалось, когда постоянный ток достигал значительной величины — при малой же (до 20 В) он был неэффективен, ужаления не происходят.

Логично предположить, что более адекватной будет раздражение, наносимое в режиме импульсов, причем частота этих импульсов также должна соответствовать физиологической частоте. Установлено, что нервная цепочка насекомых обладает фоновой биоэлектрической активностью, т.е. некоторым постоянным фоном низко амплитудных потенциалов (импульсов), имеющим частоту 500-700 импульсов в секунду (Верещагин, Лапицкий, 1982 и др.). Более того, такая фоновая активность наиболее выражена в грудных и последнем брюшном ганглии насекомых, где сосредоточены локомоторные центры, обслуживающие половые органы, и, следовательно, жалящий аппарат пчел. Из этих данных следует, что оптимальная частота электрических импульсов раздражения пчел должна лежать в интервале 500-1000 Гц. Опытным путем мы показали, что наиболее эффективна частота в 1000±200 Гц.

При возбуждении фоновая активность усиливается, появляются пачки высоко амплитудных импульсов, что в конечном итоге приведет к ответу иннервируемой ткани или органа. Эти законы хорошо изучены у человека и животных, они же характерны и для пчел. Переход ткани или органа из состояния физиологического покоя в состояние физиологической активности под влиянием раздражителя произойдет, если последний будет иметь некоторую минимальную пороговую силу-порог раздражения. Стимулы, сила которых ниже пороговой, не вызывает реакции организма.

Порог раздражения находится в зависимости от длительности стимула и крутизны его нарастания. Чем медленнее нарастает величина электрического раздражителя, тем выше становится порог, при котором возникает реакция на раздражение (явление аккомодации). Наоборот, мгновенно нарастающий стимул вызовет реакцию ткани при меньшей величине. Поэтому наиболее эффективными оказались электростимуляторы, у которых передний фронт (крутизна) импульса наиболее короток — генераторы прямоугольных импульсов. Длительность такого прямоугольного стимула (импульса) обычно составляет 0,5-1 мс, что также соответствует длительности биоэлектрических импульсов возбудимых тканей животных — у насекомых она не превышает 4 мс.

Выше мы указывали, что при возбуждении импульсная активность нервных волокон становится залповой — появляются пачки высоко амплитудных импульсов. Это свойство — одиночные и залповые импульсы, — становится особенно важным, когда объект раздражения — мышцы. Дело в том, что при одиночном стимуле даже большой силы мышца отвечает одиночным сокращением. Однако, если на мышцу подать пачку импульсов определенной частоты, то мышца отвечает суммированным, слитным сокращением, гораздо большим по величине, чем одиночное сокращение. Только благодаря таким титаническим сокращениям и происходит целенаправленное локомоторное действие мышечного аппарата организма — поднимается или опускается конечность, удерживается в необходимой позе часть тела и т.д. Соответственно, более полно и мощно сократятся мышцы, опорожняющие ядовитый резервуар пчелы при ужаливании. Такое титаническое сокращение произойдет, если частота следования импульсов в пачках составляет не менее 500 Гц.

С другой стороны, для более полного выброса яда из мышечного резервуара, мышцы его стенок должны работать в режиме насоса — периодическом сокращении и ослаблении. Соответственно, должны быть предусмотрены интервалы молчания (паузы) между пачками импульсов. Пауза между пакетами импульсов должна быть не менее времени полного расслабления мышечных структур —только в этом случае мышцы избавятся от остаточной посттетанической контрактуры и сократятся более мощно при следующих стимулах. В соответствии с расчетными данными и экспериментальными результатами длительность пачек стимулов и пауз между ними примерно одинакова и составляет 0,5-1 с. Именно такая продолжительность достаточна для того, чтобы вызвать полноценное титаническое сокращение и последующее полное расслабление мышц жалящего аппарата пчел.

В соответствии с выбранной оптимальной длительностью отдельных стимулов, оказалась оптимизированной и амплитудная, пороговая характеристика их. При вышеуказанных параметрах длительности и формы импульсов оптимальная амплитуда их составила 25-35 В. Эта величина оказалась вполне достаточной для полного опорожнения ядовитого резервуара пчел. Вместе с тем при указанных режимах стимуляции существует достаточный диапазон амплитуды, не наносящий ущерба жизни пчел: лишь при достижении величины в 80 В возникает паралич конечностей, сопровождающийся гибелью пчел на электродах.

В условиях пасеки нами было подтверждено, что повышение амплитуды импульсного тока выше 35 В не приводило к дальнейшему увеличению ядоотдачи. Не было также выявлено отличия между действием импульсов однополярной или биполярной направленности. Одинаковый выход продукта как по количеству, так и по качеству был показан при стимуляции прямоугольными импульсами и монополярного и биполярного направления.

Исследования по оптимизации раздражения пчел при отборе яда привели нас к тому, что, кроме учета физиологических особенностей возбудимых тканей насекомых, необходимо учитывать и обще поведенческие реакции организма, как условно-рефлекторные, так и инстинктивные. Дело в том, что выявленные выше амплитудные, частотные и временные характеристики электростимуляторов имеют ритмический (периодический) характер, т.е. имеют повторяемость эффективных значений раздражающего тока, временных интервалов пакетов и пауз раздражающих импульсов. Такая ритмичность приводит к появлению у пчел эффекта привыкания к раздражителю, следствием чего является снижение эффективного значения тока в цепи электродов ядоприемника во времени (пчелы уходят с ядоприемников). Экспериментально нами было показано, что такое привыкание появляется на 40-60 минутах работы электростимуляторов.

Таким образом, при работе стандартного электростимулятора уже на 40 минуте, в результате привыкания и ухода пчел с электродов, в 2 раза снижается производительность ядоотбора.