Почему копыто лошади ведёт себя неодинаково в сухую и мокрую погоду: что говорят учёные

От автора

Я регулярно читаю англоязычные научные публикации по биомеханике копыта. Это помогает мне лучше понимать, с чем я работаю каждый день, и точнее объяснять владельцам лошадей, что происходит с их животными. Сегодня хочу поделиться с вами пересказом двух важных статей, которые я нашёл на PubMed.

Это не популярные статьи из конного журнала. Это серьёзные научные работы — одна классическая, 1987 года, с почти 270 цитированиями, другая современная, 2021 года. Обе они отвечают на простой, казалось бы, вопрос: почему копыто — это не просто кусок рога, а сложный живой материал, чьи свойства меняются в зависимости от условий.

Я перескажу их понятным языком — без формул, без жаргона, но с сохранением всей сути. Если вы дочитаете до конца, вы будете понимать своё копыто лучше, чем 90% владельцев лошадей.

Статья №1. Классическая: Бертрам и Гозлайн, 1987

Полное название

«Functional design of horse hoof keratin: the modulation of mechanical properties through hydration effects»

По-русски: «Функциональная организация кератина копыта лошади: модуляция механических свойств через эффекты увлажнения».

Авторы: Дж. Э. А. Бертрам (J. E. A. Bertram) и Дж. М. Гозлайн (J. M. Gosline).
Журнал: Journal of Experimental Biology, 1987, том 130, выпуск 1, страницы 121–136.
Цитирований: 270 — это очень много. За почти 40 лет на эту работу ссылаются почти во всех серьёзных исследованиях по биомеханике копыта.

Что вообще изучали

Учёных интересовало простое наблюдение: копыто лошади сделано из кератина — того же материала, что волосы, ногти, шерсть, рога носорога. Но копыто почему-то ведёт себя не так, как все остальные кератины. Оно как будто «умное» — само подстраивается под условия, в которых работает.

Бертрам и Гозлайн решили проверить: действительно ли механические свойства копытного кератина зависят от того, насколько он увлажнён? И если да — насколько сильно?

Как делали эксперимент

Учёные брали свежие копыта лошадей, вырезали из копытной стенки стандартные образцы и доводили их до четырёх разных уровней увлажнения: от полностью насыщенного водой (как после долгого стояния в мокрой грязи) до полностью сухого (как после недели на сухой подстилке в жару).

Затем каждый образец испытывали на растяжение — то есть тянули его в специальной машине до разрыва и смотрели:

• Модуль Юнга — показатель жёсткости материала, насколько он сопротивляется деформации;
• Прочность при разрыве — какое усилие нужно, чтобы порвать образец;
• Вязкость разрушения — насколько материал сопротивляется распространению трещины, то есть насколько он «трещиностойкий».

Вязкость разрушения определяли методом, который называется J-интеграл Райса. Это сложный математический метод из механики разрушения — он позволяет правильно описывать материалы, которые ведут себя нелинейно, не как сталь или стекло. Бертрам и Гозлайн до этого специально адаптировали этот метод для кератина копытной стенки.

Главный результат

И тут учёные увидели нечто неожиданное.

Это значит: сухой рог копытной стенки примерно в 36 раз жёстче, чем мокрый. Для сравнения — у других твёрдых кератинов млекопитающих (волосы, ногти, рог носорога) эта разница составляет 2–4 раза, не больше. Копытный кератин — рекордсмен по чувствительности к увлажнению.

Что это означает простыми словами

Представьте, что у вас дома есть губка для мытья посуды. Когда она мокрая — она мягкая, податливая, легко сжимается. Когда высыхает — становится жёсткой, грубой, и если её сильно согнуть — может и треснуть.

С копытом лошади происходит примерно то же самое, только в гораздо более тонкой и сложной форме:

• Когда копыто увлажнено (мокрый грунт, росистое утреннее пастбище, дождь) — роговая стенка становится более мягкой и податливой. Это хорошо для амортизации: при приземлении лошади на грунт копыто слегка деформируется, поглощает удар, и нагрузка на суставы и копытную кость снижается. Лошадь идёт мягко.
• Когда копыто сухое (сухой грунт, конюшня с сухой подстилкой в жару) — роговая стенка становится жёсткой. Это хорошо для передачи усилия: когда лошадь отталкивается от земли, жёсткое копыто работает как упругая пружина, не «проваливается», а эффективно толкает корпус вперёд. Лошадь двигается энергично.

То есть копыто лошади — это не просто «защитный чехол» на ноге. Это адаптивный материал, который сам подстраивается под условия среды: в мягких условиях становится амортизатором, в жёстких — опорной пружиной.

Второе важное открытие: трещиностойкость

Но это ещё не всё. Бертрам и Гозлайн измерили не только жёсткость, но и трещиностойкость — то есть способность материала сопротивляться распространению трещин.

И оказалось, что зависимость трещиностойкости от увлажнения немонотонная. Это значит:

• В предельно сухом состоянии копыто жёсткое, но хрупкое — трещина в нём распространяется легко.
• В предельно влажном состоянии копыто мягкое и тоже не очень трещиностойкое — оно как бы «текучее», поддаётся.
• А вот при промежуточных уровнях увлажнения (типичных для естественных условий — не пересушенное, не переувлажнённое) — трещиностойкость максимальная. Копыто лучше всего сопротивляется трещинам именно в «рабочем» диапазоне влажности.

Зачем это нужно лошади в природе

В дикой природе лошадь живёт в степи или прерии. Копыто постоянно находится в переменных условиях: утром роса и влажная трава, днём сухой грунт, после дождя — мокрая земля, в засуху — сухая пыль. Способность кератина модулировать свойства в зависимости от увлажнения позволяет копыту сохранять работоспособность во всём этом диапазоне условий — без потери прочности, без хрупкого разрушения, без избыточного размягчения.

Это не дефект материала. Это его функциональная организация — то есть именно то, что и должно быть у копыта, которое миллионы лет эволюционировало под переменные условия среды.

Как это соотносится с тем, что вижу я на расчистке

Когда я приезжаю на конюшню и осматриваю копыта, я часто интуитивно понимаю, «какое оно» — мягкое, жёсткое, пересушенное, переувлажнённое. Бертрам и Гозлайн в 1987 году объяснили, почему моя интуиция работает — это объективное свойство материала, измеренное количественно.

• Если копыто пересушено — оно становится жёстким, при расчистке может давать заломы, склонно к трещинам по краям стенки.
• Если переувлажнено — становится мягким, «расползается» под нагрузкой, плохо держит форму, может деформироваться.
• Если в нормальном рабочем состоянии — хорошо обрабатывается, держит баланс, не даёт трещин.

Поэтому в моей работе важно понимать условия содержания лошади — какой грунт, какая подстилка, какая влажность в конюшне. Это не просто «бытовой» вопрос. Это прямое влияние на механику копыта.

---

Статья №2. Современная: Шаххосрави и соавторы, 2021

Полное название

«Linear elastic and hyperelastic studies of equine hoof mechanical response at different hydration levels»

По-русски: «Линейно-упругие и гиперупругие исследования механического отклика копыта лошади при разных уровнях увлажнения».

Авторы: Наим Акбари Шаххосрави, Сохейл Гохари, Хелен М. С. Дэвис, Амин Комейли, Реза Какаванд.
Год: 2021.
Цитирований: 11 (статья молодая, но активно цитируется в современной литературе по биомеханике копыта).

Что изучали

Эта статья — продолжение темы, начатой Бертрамом и Гозлайном, но на новом уровне. Если в 1987 году ограничивались лабораторными испытаниями образцов, то в 2021-м у учёных уже была возможность моделировать копыто на компьютере методом конечных элементов (МКЭ).

Суть метода: берут трёхмерную модель копыта, разбивают её на тысячи маленьких элементов, задают каждому элементу свойства материала и нагрузку — и компьютер считает, какие напряжения и деформации возникают в каждой точке копыта при опоре лошади на грунт.

Это очень мощный инструмент. Можно, например, проверить, как изменится распределение нагрузки, если изменить угол расчистки на 2 градуса — без необходимости искать живую лошадь и делать ей это на самом деле.

В чём была проблема

Большинство исследователей до 2021 года при компьютерном моделировании копыта использовали простейшую линейно-упругую модель материала. Это значит, что они принимали: копыто ведёт себя как пружина — нагрузка выросла в 2 раза, деформация тоже в 2 раза. Прямая пропорциональность. Просто и удобно для расчётов.

Но мы уже знаем из работы Бертрама и Гозлайна, что копыто так себя не ведёт. Оно нелинейное — особенно при больших деформациях. И вдобавок сильно зависит от влажности.

Шаххосрави и соавторы решили проверить: насколько сильно ошибаются прежние исследователи, если используют линейно-упругую модель? И какие модели будут описывать поведение копыта правильно?

Что сделали

Авторы построили трёхмерную конечно-элементную модель копыта лошади и сравнили четыре модели материала:

1. Линейно-упругая модель — классическая, простая, использовалась в большинстве прежних работ.
2. Модель Муни–Ривлина — гиперупругая модель, обычно применяется для резиноподобных материалов.
3. Неогуковская модель — упрощённая гиперупругая модель, хорошо работает для мягких почти несжимаемых материалов.
4. Модель Марлоу — обобщённая гиперупругая модель, которая строится прямо по экспериментальной кривой растяжения.

Гиперупругие модели — это модели, которые описывают нелинейное поведение материала. Они сложнее в расчёте, но гораздо точнее передают реальное поведение материалов, подобных кератину копыта.

Каждую модель испытывали при нескольких уровнях увлажнения рога. И смотрели, какая из них лучше совпадает с экспериментальными данными, полученными на реальных образцах копытной стенки.

Что нашли

Результаты оказались довольно однозначными.

1. Линейно-упругая модель работает только при малых деформациях — до 2–3%.

В этом узком диапазоне она даёт приемлемый результат. Но при больших деформациях — а именно они возникают в копыте при опоре лошади — она существенно завышает расчётные напряжения. Это значит, что если вы моделируете копыто с линейно-упругой моделью, компьютер покажет вам напряжения, которых в реальности нет. Вы можете сделать неверные выводы о том, где копыто «перегружено».

2. Из трёх гиперупругих моделей лучшей оказалась модель Марлоу.

Она наиболее точно воспроизводит экспериментальную кривую «напряжение–деформация» во всём исследованном диапазоне. Это связано с тем, что модель Марлоу строится прямо по экспериментальным данным, без попытки подогнать их под заранее заданную формулу.

3. Модель Муни–Ривлина работает удовлетворительно в средней части диапазона деформаций

Но теряет точность на малых и больших деформациях. То есть для типичных нагрузок она ещё сойдёт, для крайних случаев — нет.

4. Неогуковская модель оказалась наименее точной

Для кератина копытной стенки. Она применима только для качественной оценки.

5. Уровень увлажнения рога значительно влияет на расчётные поля напряжений.

При увеличении влажности жёсткость материала падает, и распределение напряжений в стенке и подошве становится более равномерным. При высыхании — напряжения концентрируются локально, особенно в зонах изгиба стенки.

Что это значит простыми словами

Подавляющее большинство компьютерных расчётов по биомеханике копыта, сделанных до 2021 года, могут содержать существенную погрешность, особенно для нагрузок, близких к физиологическим.

Это не означает, что эти работы бесполезны. Но это означает, что выводы из них нужно интерпретировать осторожно. Особенно если на их основе делают практические рекомендации — например, по углу расчистки, по форме подковы, по толщине стенки.

Для серьёзных задач — разработки ортопедических подков, оценки риска перегрузок копытной кости, планирования реконструктивной расчистки при сложных случаях — нужно использовать гиперупругие модели, в первую очередь модель Марлоу. И обязательно учитывать влажность рога.

Практическое значение для меня как триммера

Эта работа важна не только для инженеров, проектирующих подковы. Она важна и для меня, для моей ежедневной работы. Вот почему:

Я работаю с материалом, чьи свойства меняются в зависимости от условий. Это не просто «рог как рог». Один и тот же копыт в жаркий августовский день и в дождливый октябрьский — два разных материала. Сухой и жёсткий, мягкий и податливый. Я это чувствую руками, когда беру нож или рашпиль.

Расчётные модели в статьях, которые я читаю, могут ошибаться. Когда я вижу в какой-нибудь статье «мы показали, что при такой-то форме подковы напряжение в копытной кости возрастает на 15%», я теперь понимаю — это может быть правдой, а может быть артефактом линейно-упругой модели. Нужно смотреть, какую модель использовали авторы.

Влажность рога — реальный фактор, с которым я работаю. Если ко мне приехала лошадь с пересушенными копытами (например, после засушливого лета на сухом paddock'е) — я знаю, что рог будет жёстким, хрупким, склонным к трещинам. Работать буду особенно осторожно, посоветую владельцу увлажняющие процедуры (мазь, влагозащитные повязки). Если наоборот, переувлажнённое (долгое стояние в мокрой грязи) — рог будет мягким, «расползающимся», копыто хуже держит форму. Здесь нужен другой подход — возможно, более частая расчистка, защита от дальнейшего переувлажнения.

---

Что эти две статьи вместе говорят о копыте

Если объединить выводы обеих статей, получается следующая картина.

Копыто лошади — это не пассивный «роговый чехол». Это активный, адаптивный материал, чьи механические свойства модулируются содержанием влаги в кератине.

Эта адаптивность — не дефект, а эволюционное решение. Копыто лошади миллионы лет формировалось под переменные условия среды — влажные утренние росы, сухие дневные грунты, дождливые периоды, засушливые периоды. Свойство рога менять жёсткость в 36 раз в зависимости от увлажнения — это именно то, что позволяет копыту работать во всём этом диапазоне условий без потери функции.

Линейно-упругая модель — это грубое приближение. Она удобна для расчётов, но не отражает реальное поведение копыта. Серьёзные работы по биомеханике должны использовать гиперупругие модели, в первую очередь модель Марлоу.

Увлажнение рога — критический фактор, который нельзя игнорировать. Ни в лабораторных исследованиях, ни в практике расчистки и ковки. Состояние копыта (сухое/влажное) напрямую влияет на его механическое поведение, на риск трещин, на распределение нагрузки.

---

Что это значит для владельца лошади

Теперь самое главное — что из всего этого следует для вас, если у вас есть лошадь.

1. Влажность в конюшне — не «бытовой» вопрос, а фактор здоровья копыта

Слишком сухой воздух в конюшне (особенно в отопительный сезон) пересушивает рог. Копыто становится жёстким и хрупким. Появляются микротрещины, заломы, расколы по краям стенки.

Слишком влажная подстилка (мокрая солома, мокрые опилки, длительное стояние в грязи) переувлажняет рог. Копыто становится мягким, «расползается», теряет форму, становится уязвимым к деформации.

Идеально — умеренная влажность подстилки и воздуха. Если в конюшне очень сухо — можно увлажнять воздух, применять копытные мази. Если очень влажно — чаще менять подстилку, обеспечить сухое место для стояния.

2. Состояние грунта на paddock'е и на работе влияет на копыто

Лошадь, которая постоянно работает на сухом песке или твёрдом грунте, будет иметь более сухое и жёсткое копыто. Лошадь, которая работает на влажном грунте или траве, — более увлажнённое и мягкое.

Это не плохо и не хорошо. Это разные условия, к которым нужно адаптировать уход. Сухой режим — больше внимания к увлажнению и защите от трещин. Влажный — к защите от деформации и контролю формы.

3. Время расчистки имеет значение

Если копыто пересушено — перед расчисткой можно увлажнить (например, поставить лошадь на влажную подстилку на несколько часов). Рог станет мягче, податливее, меньше риск заломов.

Если переувлажнено — наоборот, лучше дать ему подсохнуть. Мягкий рог хуже держит форму сразу после расчистки.

4. Копыта жеребят и молодых лошадей особенно чувствительны

У жеребят рог тоньше и содержит больше влаги. Соответственно, он мягче, податливее, легче поддаётся деформации. Это и хорошо (легче корректировать постановку конечностей), и плохо (легче испортить). Поэтому работа с жеребятами требует особой аккуратности и понимания механики.

5. Подкова меняет механику копыта

Когда на копыто надевают подкову, распределение напряжений в стенке меняется. Это не «нейтральная» операция. Подкова снимает часть нагрузки с подошвы и стрелки, но концентрирует её на стенке в местах гвоздей. И это особенно важно учитывать, когда мы обсуждаем гиперупругое поведение стенки — она реагирует на это нелинейно.

Если подкова подобрана неверно, напряжения в стенке могут превысить то, что рог способен выдержать без микроповреждений. Особенно в условиях пересушенного (хрупкого) рога.

6. Зачем вообще всё это знать

Я считаю, что владелец лошади, который понимает, почему копыто ведёт себя так, а не иначе, принимает лучшие решения. Он не паникует, когда видит трещину, а знает, откуда она взялась. Он не выбирает «модную» подкову, а выбирает то, что подходит его лошади с учётом её условий содержания. Он задаёт мне, как специалисту, правильные вопросы — не «а почему так дорого?», а «а что вы думаете о влажности в нашей конюшне?».

---

Что почитать дополнительно

Если вас заинтересовала тема и вы хотите прочитать первоисточники (на английском), вот ссылки:

• Bertram J.E.A., Gosline J.M. Functional design of horse hoof keratin: the modulation of mechanical properties through hydration effects. — Journal of Experimental Biology, 1987, 130(1):121–136. — PubMed
• Shahkhosravi N.A., Gohari S., Davies H.M.S., Komeili A., Kakavand R. Linear elastic and hyperelastic studies of equine hoof mechanical response at different hydration levels. — 2021. — PubMed

Если английский язык для вас сложен — это нормально. Я буду продолжать публиковать пересказы таких статей понятным языком. Подписывайтесь на обновления сайта, чтобы не пропустить.

---

Несколько слов в заключение

Когда я только начинал работать с копытами, я думал, что это ремесло. Бери нож, подравнивай стенку, балансируй — и всё. Но чем дольше я работаю, тем яснее понимаю: копыто — это сложная биомеханическая структура, и каждый мой разрез, каждый угол, который я формирую, имеет значение не только «на глаз», но и на уровне механики материала.

Статьи, которые я пересказал сегодня — это не академическое изящество. Это конкретные знания, которые помогают мне работать лучше. И мне хочется, чтобы эти знания были доступны и вам, владельцам лошадей — потому что вы принимаете решения о содержании, тренировках, ковке, и от этих решений зависит здоровье ваших животных.

Если у вас есть вопросы по материалу статьи — пишите мне в Telegram или WhatsApp. Я с удовольствием отвечу. И если у вас есть конкретная ситуация с вашей лошадью — мы разберём её вместе.

Альберт, триммер-копытчик, г. Москва, hooftrimmer.ru

---

Краткая справка о терминах

Термин в статье	Что это значит научно
Кератин копыта	Белок, из которого состоит рог копытной стенки
Модуль Юнга	Показатель жёсткости материала — насколько он сопротивляется деформации
Вязкость разрушения	Способность материала сопротивляться распространению трещины
Линейно-упругая модель	Простая модель, в которой деформация прямо пропорциональна нагрузке
Гиперупругая модель	Модель, описывающая нелинейное поведение материала (как резина)
Метод конечных элементов (МКЭ)	Численный метод расчёта напряжений и деформаций в сложных конструкциях
J-интеграл Райса	Энергетический критерий механики разрушения для нелинейных материалов

---

Использованные источники

1. Bertram J.E.A., Gosline J.M. Functional design of horse hoof keratin: the modulation of mechanical properties through hydration effects. J. Exp. Biol. 1987;130(1):121–136. (PubMed, цитирований: 270)
2. Shahkhosravi N.A., Gohari S., Davies H.M.S., Komeili A., Kakavand R. Linear elastic and hyperelastic studies of equine hoof mechanical response at different hydration levels. 2021. (PubMed, цитирований: 11)
3. Lazarus B.S. и соавт. Equine hoof wall: Structure, properties, and bioinspired design. Science. 2022. (использовано для проверки численного значения «36-fold increase»)