Загрязнение окружающей среды токсическими веществами представляет большую угрозу для здоровья и жизни человека и животных, влияет на качество и количество производимой продукции [16, 32, 35]. Особое место в ряду токсикантов занимают тяжелые металлы, повышенное содержание которых в окружающей среде ведет к интоксикации живых организмов и снижение их продуктивности [3, 19]. В этих условиях актуальным становится вопрос биомониторинга и биоиндикации окружающей среды и звеньев трофических цепей с целью предотвращения аккумуляции избыточных концентраций тяжелых металлов в организме животных разных видов и человека [10, 18, 29]. Кроме того, для обеспечения высокой продуктивности животных и экологической безопасности получаемой продукции необходимо проводить комплексную оценку интерьера сельскохозяйственных животных по содержанию химических элементов, гематологическим, биохимическим, иммунологическим и другим показателям [9, 17, 21, 26, 34]. До настоящего времени не определены нормы содержания тяжелых металлов в легких и других органах и тканях животных, которые бы учитывали зональность, период онтогенеза и породную принадлежность. Однако, имеются немногочисленные данные по аккумуляции тяжелых металлов в органах и тканях крупного рогатого скота [8, 27, 41, 42, 43], свиней [4, 5, 7, 11, 20] и рыб [36, 44] в Западной Сибири.
Цель исследования - изучение закономерностей содержания, изменчивости и корреляции тяжелых металлов в тканях легких быков герефордской породы.
Материалы и методы исследования
Исследования произведены в биохимической лаборатории Сибирского НИИ животноводства Россельхозакадемии. Были взяты 17 образцов тканей легких, от быков герефордской породы в возрасте 17-18 месяцев, выращенных на экологически безопасной территории Западной Сибири. Все животные на момент убоя были клинически здоровы. Элементный анализ производился на атомно-абсорбционных спектрометрах Shimadzu AA-7000 (Япония) и Perkin Elmer 360 (США). Определение концентрации химических элементов осуществлялось с использованием двух способов атомизации. Атомно-абсорбционный анализ проводился электротермическим методом атомизации на приборе Shimadzu AA-7000, для определения концентрации Cd и Pb. На атомно-абсорбционном спектрометре Perkin Elmer 360 атомизация происходила в пламене (ацетилен/воздух), этим способом определяли содержание Cu и других элементов в тканях легких. Данные по содержанию тяжелых металлов представлены в пересчете на натуральную влажность пробы.
Полученные материалы обработаны методом описательной статистики на персональном компьютере с использованием программы Microsoft Excel.
Результаты исследования и их обсуждение
Установлена значительная разность в накоплении тяжелых металлов в легких (табл. 1).
Таблица 1
Содержание тяжелых металлов в легких герефордского скота, мг/кг
|
Химический элемент |
|
σ |
Сv |
Lim |
Отношение крайних вариант |
|
Zn |
19,95±0,64 |
2,63 |
13,2 |
16,2-26,6 |
1:1,6 |
|
Cu |
2,02±0,17 |
0,69 |
34,3 |
1,16-3,76 |
1:3,2 |
|
Pb |
0,073±0,007 |
0,029 |
39,6 |
0,022-0,126 |
1:5,7 |
|
Cd |
0,0076±0,0008 |
0,003 |
45,5 |
0,0037-0,0140 |
1:3,8 |
± S
Выявлены значительные различия между отдельными животными по способности аккумулировать Pb в легких. Содержание Zn напротив достаточно равномерно распределено у исследуемых животных. Уровень кадмия характеризуется высокой фенотипической изменчивостью, а концентрация цинка - относительно низкой. Распределение химических элементов по содержанию в можно представить в виде возрастающего ранжированного ряда: Cd<Pb и Cu<Zn. У бычков в легких больше всего накапливается цинк, а менее всего - кадмий. Этот результат закономерен, так как цинк является одним из эссенциальных микроэлементов, который распространен в организме животных [30], а кадмий в свою очередь признается ксенобиотиком [1].
Концентрация химических элементов зависит от влияния различных факторов среды и наследственности [15, 38]. В немногочисленных работах показано, что генофонд породы, линий, семейств и генотип производителя влияют на уровень аккумуляции ряда макро- и микроэлементов в органах и тканях животных [25, 46]. Эти данные свидетельствуют о возможности использования методов селекции в регуляции уровня некоторых химических элементов в организме. Для этого должны быть обнаружены маркеры для раннего прижизненного определения тяжелых металлов в органах и тканях животных [23, 24].
Ранее нами были выявлены средние уровни аккумуляции тяжелых металлов в печени, мышцах, селезенке и семенниках бычков герефордской породы [12]. Показано, что уровень концентрации свинца в легких бычков герефордской породы был почти в 2 раза выше, чем в мышцах (0,038 мг/кг) и семенниках (0,032 мг/кг), а по отношению к печени (0,147 мг/кг) и селезенке (0,137 мг/кг) - в 2 раза ниже (P<0,001) [39]. Концентрация кадмия в мышцах, семенниках и селезенке сравнима с уровнем кадмия в легких, а значения кадмия в печени почти в 6 раз выше (P<0,001) [13]. Содержание цинка в семенниках (15,07 мг/кг) и селезенке (21,68 мг/кг) аналогично его уровню в легких [14]. Уровень меди в селезенке и мышцах был почти в 2 раза выше (P<0,001), чем в легких [2].
Существуют межпородные различия в степени аккумуляции тяжелых металлов в органах животных. Например, уровень свинца в легких крупного рогатого скота был примерно в 10 раз ниже (P<0,001), чем у свиней [6].
Таблица 2
Корреляции между содержанием химических элементов в легких крупного рогатого скота
|
Коррелируемые элементы |
r |
Коррелируемые элементы |
R |
|
Cd - Pb |
0,52* |
K - Cd |
0,60* |
|
Cd - Zn |
0,67** |
K - Zn |
0,52* |
*Р<0,05; **P<0,01
В легких животных выявлен ряд положительных корреляций между химическими элементами (табл. 2). Cвязь кадмия с цинком и калием указывает на взаимозависимость этих элементов в обмене веществ. Токсикодинамика кадмия связана с нарушения обмена цинка, недостаточное содержание которого может способствовать увеличению негативного действия кадмия даже при низких Cd экспозициях [33]. Эксперименты на крысах, которые получали рационы с повышенными концентрациями цинка и подвергались хроническому воздействию кадмия, показали снижение ломкости костей, что указывает на защитное действие цинка на костную ткань [31]. Можно предположить, что с увеличением поступления кадмия в организме происходит повышение концентрации эссенциальных элементов Zn и K, как защитная реакция на поступление токсиканта и, возможно, поэтому цинк и калий имеют положительную взаимосвязь между собой.
Положительная ассоциация кадмия и свинца может указывать о их синергийном негативном эффекте. Так, при одновременном введении в рацион крыс с питьевой водой ацетата свинца (300 мг/л) и хлорида кадмия (50 мг/л) в течение 8 недель, отмечен эффект токсического синергизма. Это выражалось в усилении перекисного окисления, в результате чего наблюдались повреждения в митохондриях коркового слоя почек [45]. Результаты последующих экспериментов, так же свидетельствуют о синергическом влиянии на перекисное окисление, в результате этого зафиксировано ускорение апоптоза клеток проксимальных канальцев и ингибирование Na+-, K+-, Ca2+-АТФазы [46].
Выводы
1. Установлены ориентировочные среднепопуляционные значения некоторых элементов в легких крупного рогатого скота герефордской породы, которые можно применять для оценки интерьера животных и оценки влияния экологических факторов.
2. Выявлены различные степени аккумуляции тяжелых металлов в легких животных, что обусловлено влиянием средовых и наследственных факторов. В этом органе в наибольшей степени аккумулируются цинк, а в меньшей - кадмий
3. Обнаруженная относительно высокая фенотипическая вариабельность уровней Cd, Pb и Cu может объясняться действием различных факторов среды и наследственности на процессы их депонирования в легких. В пределах одного органа установлены различные по величине положительные корреляции между парами элементов: Cd и Pb, K и Zn.
Рецензенты:Клименок И.И., д.с.-х.н., профессор, заместитель директора по науке, Сибирский научно- исследовательский институт животноводства СО Россельхозакадемии, г. Новосибирск.
Дементьев В.Н. д.с.-х.н., профессор кафедры ветеринарной генетики и биотехнологии, Новосибирского государственного аграрного университета, г. Новосибирск.