Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

LAWS OF ACCUMULATION OF HEAVY METALS IN LUNGS OF HEREFORD BULLS IN WEST SIBERIA

Narozhnykh K.N. 1 Konovalova T.V. 1 Korotkevich O.S. 1 Petukhov V.L. 1 Sebezhko O.I. 1
1 Novosibirsk State Agrarian University
Исследованы закономерности аккумуляции Zn, Cu, Pb и Cd в легких у быков герефордской породы в возрасте 17-18 месяцев, выращенных в Западной Сибири. Для анализа были отобраны пробы от 17 животных. Уровень химических элементов в легких определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Установлена избирательность в накоплении тяжелых металлов. Содержание элементов в органе можно изобразить в виде ранжированного ряда: Cd
The laws of accumulation of Zn, Cu, Pb and Cd were investigated in the lungs of 17-18 month old Hereford bulls grown in West Siberia. For analysis samples were taken from 17 animals. The level of chemical elements in the lungs was determined by atomic absorption spectrometry. The study has determined selectivity in the accumulation of heavy metals. Content of the elements in the body can be represented as a range: Cd
zinc.
copper
lead
cadmium
lungs
Hereford bulls
breed

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

± S

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

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.