Известно, что большинство химических элементов, а именно тяжелых металлов, таких как Fe, Zn, Cu, Mn, Pb и Cd поступают в организм животного через пищеварительный тракт вместе с кормом и питьем [1,17, 28, 30, 33]. На втором месте стоит аэробный путь поступления. Легкие  выполняют функции газообмена, а так же устраняют из вдыхаемой смеси инородные частицы и инфекционные агенты определенной дисперсности. В них проходит ряд биохимических реакций, например, активация ангиотензина I, инактивация брадикинина, серотонина и ряда других веществ [1, 3]. Из этого следует, что в легочной ткани содержатся ферменты, в состав которых входят химические элементы. Диффузия углекислого газа с кислородом в легких проходит через аэрогематический барьер. Легкие являются органом, интенсивно снабжающегося кровью, поэтому поступление химических элементов в легочную ткань может осуществляться не только аэробным путем, но и гематологическим.

Железо входит в состав гемоглобина, а так же присутствует в белке цитохрома в форме гема [1, 3]. Медь является составной частью ферментов отвечающих за клеточное дыхание. Марганец играет важную роль в процессе кровотворения. Цинк входит в состав фермента, регулирующего связывание и выделение СО2 [3].

Необходимость изучения химических элементов в свое время отметил В.И. Вернадский. Его труды посвящены не только учению о биосфере, но и о взаимосвязи микромира химических элементов с живыми организмами [2]. За последнее десятилетие количество научных работ, посвященных теме содержания химических элементов в окружающей среде и живых организмах, многократно увеличилось, что дало начало созданию новой научной дисциплины «Медицинской элементологии» и развитию нового научного направления, а в будущем, возможно, и самостоятельной дисциплины - «Элементология сельскохозяйственных животных» [7, 17, 28].

На актуальность данной тематики указывает проявление постоянного научного интереса ученых разных направлений, таких как химия, биология, экология, геология, медицина, ветеринария, зоотехния и др., а так же регулярно проходящие международные конференции как в России, так и за рубежом [30-32, 35, 36, 38].

Цель исследования - изучить закономерности аккумуляции некоторых тяжелых металлов в легких быков черно-пестрой породы.

Материалы и методы

Легочная ткань для исследования взята у 30 бычков черно-пестрой породы в возрасте 18 месяцев. Концентрация  микроэлементов Fe, Zn, Cu, Mn, Pb и Cd в пробах определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС) в сертифицированной лаборатории аналитической геохимии Объединенного института геологии, геофизики и минералогии СО РАН. Исследования проб легочной ткани выполняли на спектрометре серии IRIS Advantage производства Thermo Jarrell Ash.

Материалы работы статистически обработаны с использованием программы Microsoft Excel. Соответствие фактического распределения нормальному было определено с использованием теста Andersena Darling в модификации Kолмогорова-Смирнова.

Результаты и обсуждение

Работа выполнялась в рамках темы «Изучение генофонда и фенофонда пород сельскохозяйственных животных Сибири» [9,10,16,18,19,22,27,29,34].

В легочной ткани выявлено наибольшее содержание Fe (табл. 1). Это, видимо, объясняется тем, что железо входит в состав гемоглобина, а так же присутствует в белке цитохрома в форме гема, который  является компонентом дыхательной цепи. Концентрации меди, цинка и марганца были значительно ниже.

Таблица 1

Содержание тяжелых металлов в легких

Ранжированный ряд по содержанию тяжелых металлов представлен в виде Fe>Zn>Cu>Mn и Pb>Cd. В легких концентрация Cd и  Pb были незначительны. Цинк и медь  входят в состав  сотен ферментов. Соотношение Zn и Cu равно 15,2: 1, что существенно отличалось от такого же  показателя у животных мясных пород (9,9:1) [14]. Наибольшая  фенотипическая изменчивость характерна для Fе и Mn. Индивидуальные различия между животными по аккумуляции тяжелых металлов определяются как влиянием факторов среды, так и наличию наследственной гетерогенности в популяции по устойчивости и восприимчивости к накоплению в организме химических элементов [5, 6].

Существуют  межвидовые и межпородные различия в аккумуляции эссенциальных элементов. Так, например, концентрация железа в легочной ткани свиней скороспелой мясной породы (СМ-1) была выше (291,39±25,89 мг/кг), чем у животных черно-пестрой породы [4].

Изучены корреляции между концентрациями различных химических элементов в легких (табл. 2).

Таблица 2

Корреляции некоторых тяжелых металлов в легких

Наибольшая положительная корреляция присутствует между цинком и медью (r=0,564). Цинк, как и железо, в больших количествах, около 75% [28] содержится в крови (r=0,416). Между концентрацией этих металлов существует средняя положительная корреляция. Положительную связь Zn-Cd (r = 0,43) можно, видимо, рассматривать как один из важнейших механизмов защиты организма на поступления кадмия. Кадмий и медь являются антогонистами, он блокирует способность дуоденального белка к связыванию с медью.

Важным направлением исследований является поиск прижизненных и малоинвазивных маркеров накопления тяжелых металлов в органах и тканях животных разных видов с целью получения экологически безопасной продукции [20-23, 27, 37-38]. Это позволит заранее получать информацию о содержании тяжелых металлов в организме и корректировать их концентрацию путем изменения рациона [11-15, 35, 36]. Нами выявлена связь между концентрацией свинца и кадмия в легких с содержанием цинка и кремния в сыворотке крови (r = 0,57 и 0,51). Уровень свинца в легких коррелирует с концентрацией марганца и натрия в волосе (r = 0,62 и 0,45). Следовательно, уровень некоторых элементов в сыворотке крови и в волосе могут быть прижизненными маркерами накопления ряда тяжелых металлов в легких.

Выводы

В экологически благополучном районе Новосибирской области установлены средние популяционные уровни по аккумуляции Fe, Zn, Cu, Mn, Pb и Cd в легочной ткани животных черно-пестрой породы. Ранжированный ряд по этим элементам имел вид: железо >цинк >медь >магний и свинец >кадмий. Корреляция в легких  обнаружена между концентрациями цинка и меди и цинка и кадмия (соответственно 0,564 и 0,427). Выявлена связь между содержанием Fe и Zn в легких,  и концентрацией Zn и Sr  в сыворотке крови. Полученные данные об аккумуляции тяжелых металлов можно использовать при  оценке интерьера животных, в ветеринарии и экологии.

Рыков А.И., д.с.-х.н., г.н.с., ФГБНУ Сибирский научно-исследовательский и проектно-технологический институт животноводства «СибНИПТиЖ», Новосибирская обл., п.Краснообск-1;

Кончев Н.Н., д.б.н., профессор кафедры ветеринарной генетики и биотехнологии ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет», г.Новосибирск.