Птицы в ответ на антропогенные нагрузки реагируют структурными, поведенческими, генетическими и физиологическими изменениями [11], снижаются их репродуктивные показатели, продолжительность жизни, иммунологическая толерантность, возникают нарушения функции центральной нервной системы [10]. Например, избыток селена вызывает выпадение перьев [2], кадмия и хрома - нарушение метаболических процессов [16], ртути - врожденные уродства и слепоту у птенцов [13]. Накопление тяжелых металлов и приравненных к ним токсикантов вызывает изменение биохимических констант и гомеостаза [7; 12], проявляющееся нарушением обмена кальция, анемией [1], нарушением перекисного окисления липидов, повреждением биологических мембран.
Однако в Ивановской области подобных исследований не проводилось, в связи с чем целями настоящего исследования явились изучение накопления птицами-урбофилами тяжелых металлов в тканях и органах и биохимический анализ крови.
Объектом исследования послужил доминирующий вид - серая ворона (Corvus cornix).
Предмет исследования: химическая оценка органов и тканей, биохимический анализ сыворотки крови.
Материалы и методы исследования
Работа проведена в течение 2014-2015 гг. Материалом для определения тяжелых металлов послужили мышечные ткани груди и бедра, печень и маховые перья, взятые из правого крыла птиц. Анализ выполняли на атомно-абсорбционном спектрофотометре Квант-2А в ФГБУ «САС "Ивановская"». Биохимические исследования сыворотки крови проводили в лечебно-профилактическом и лабораторно-диагностическом центре «Ветасс» кафедры акушерства, хирургии и незаразных болезней животных Ивановской ГСХА. Взятие крови проводили из подкрыльцовой вены в вакуумные пробирки для специальных биохимических исследований сыворотки крови с активатором свертывания. Определяли содержание общего белка, альбумина, мочевины, креатинина, глюкозы, триглицеридов (ТГ), холестерола, кальция, фосфора, магния, хлоридов, железа, активность щелочной фосфатазы (ЩФ), аланинаминотрансферазы (АЛТ); аспартатаминотрансферазы (АСТ), гамма-глутамилтрансферазы (ГГТ), α-амилазы на биохимических анализаторах BioChem BA (США) и BA-88A (Китай).
Результаты и их обсуждение
Минеральный состав организма птиц весьма разнообразен, большая часть микроэлементов выполняет жизненно важные функции, принимая участие в обмене веществ и являясь неотъемлемыми компонентами целого ряда ферментов. Кроме того, железо входит в состав гемоглобина, миоглобина и ферритина; медь обладает дезинтоксикационными свойствами; цинк формирует гормон инсулин; марганец участвует в распаде пировиноградной кислоты; кобальт занимает центральное место в составе витамина В12, обладает способностью накапливаться в железах внутренней секреции; кадмий активирует некоторые гормоны и ферменты; никель и свинец концентрируются в перьевом покрове птиц и органах с высокой метаболической активностью [14].
Содержание эссенциальных элементов, таких как железо, цинк и медь, значительно выше, чем всех прочих, что объясняется их функцией в организме. У молодых птиц в перьевом покрове относительно высокая концентрация железа. Как известно, пигменты гемоглобина и меланина в темных перьях, содержащие в своем составе железо, связывают тяжелые металлы, которых достаточно много в загрязненном воздухе городов, и позволяют очищать от них кровь [15]. Возможно, что тяжелые металлы в перьях у птиц выполняют дезодорирующую, акарицидную, инсектицидную и фунгицидную функции.
Концентрация элементов, представляющих определенную опасность для здоровья птиц (свинца, кадмия и никеля), не превышает пороговых значений, и основная масса этих элементов сосредоточена в перьевом покрове птиц, лишь кадмий обладает выраженным тропизмом к тканям печени. Его содержание в печени взрослых птиц превышает аналогичные показатели у молодых ворон в перьях, мышцах бедра и груди соответственно в 2,24; 15,0 и 18,75 раза (табл. 1). У взрослых птиц содержание кадмия в печени выше, чем у молодняка, в 2 раза.
Концентрация никеля у взрослых птиц в мышцах груди и печени превышает показатель у молодых птиц более чем в 2 раза, однако в перьевом покрове молодняка содержание Ni больше в 2,38 раза.
Уровень свинца в мышечной ткани и перьевом покрове взрослых птиц ниже, чем у молодняка, в то время как в печени взрослых ворон его в 2 раза больше.
Таблица 1
Содержание микроэлементов в органах и тканях серой вороны, мг/кг, M±m
|
Ткань/орган |
Cu |
Zn |
Pb |
Cd |
Ni |
Co |
Mn |
Fe |
|
Взрослые птицы |
||||||||
|
Мышцы груди |
3,45 ±0,03 |
9,75 ±0,23 |
0,025 ±0,002 |
0,008 ±0,001 |
0,45 ±0,06 |
0,008 ±0,001 |
0,17 ±0,03 |
41,20 ±0,71 |
|
Мышцы бедра |
3,45 ±0,07 |
9,75 ±0,31 |
0,10 ±0,02 |
0,010 0,003 |
0,25 ±0,02 |
0,020 ±0,000 |
0,18 ±0,01 |
40,80 ±0,50 |
|
Печень |
4,50 ±0,06 |
25,0 ±0,98 |
0,50 ±0,07 |
0,15 ±0,02 |
0,52 ±0,04 |
0,010 ±0,000 |
0,55 ±0,04 |
171,20 ±3,72 |
|
Перо |
5,62 ±0,05 |
64,85 ±1,05 |
0,915 ±0,015 |
0,067 ±0,002 |
1,49 ±0,14 |
0,063 ±0,004 |
3,605 ±0,725 |
48,60 ±0,64 |
|
Молодняк (слетки) |
||||||||
|
Мышцы груди |
3,73 ±0,26 |
9,75 ±0,54 |
0,35 ±0,03 |
0,008 ±0,001 |
0,21 ±0,01 |
0,003 ±0,000 |
0,22 ±0,02 |
38,80 ±1,1 |
|
Мышцы бедра |
4,25 ±0,31 |
9,75 ±0,21 |
0,35 ±0,01 |
0,010 ±0,000 |
0,35 ±0,02 |
не обнаружено |
0,23 ±0,01 |
40,00 ±0,93 |
|
Печень |
4,70 ±0,44 |
18,00 ±1,06 |
0,25 ±0,03 |
0,075 ±0,007 |
0,24 ±0,00 |
0,015 ±0,001 |
0,53 ±0,04 |
42,20 ±1,08 |
|
Перо |
4,05 ±0,07 |
65,80 ±1,89 |
2,93 ±0,04 |
0,071 ±0,003 |
3,54 ±0,03 |
0,13 ±0,02 |
8,30 ±0,74 |
78,40 ±1,86 |
Таким образом, у взрослых птиц накопление тяжелых металлов происходит главным образом в печени, в то время как у молодых птиц - в мышечных тканях и перьевом покрове. Поступление их в организм птенцов происходит трансовариально, а также в раннем посэмбриогенезе, обусловленном использованием запаса питательных веществ желточного мешка и особенностями рациона.
При анализе биохимических показателей сыворотки крови выявлено, что у взрослых птиц содержание белка больше на 52,16%, чем у молодняка (табл. 2), концентрация альбумина составила 44,34 и 49,44% соответственно у взрослых птиц и молодняка, что является физиологической нормой. Низкий уровень креатинина, глюкозы и триглицеридов у молодых птиц (слетков) может быть связан с процессами становления обмена веществ, недостатком корма, низкой мышечной массой и высокой скоростью роста внутренних органов и костяка, повышенным расходом энергии для поддержания температуры тела [3].
Содержание холестерола в крови у молодняка по сравнению со взрослыми птицами больше на 15,5%; очевидно, его синтез необходим для продукции желчных кислот и построения структур растущего организма.
Таблица 2
Биохимические показатели сыворотки кровисерой вороны, M±m
|
Изучаемый показатель |
Единицы измерения |
Взрослые птицы |
Молодняк |
|
Общий белок |
г/л |
56,23±4,43 |
26,90±0,54 |
|
Альбумин |
г/л |
24,93±3,31 |
13,30±0,27 |
|
Креатинин |
мкМоль/л |
62,41±1,36 |
63,90±0,70 |
|
Мочевина |
мМоль/л |
1,36±0,26 |
1,51±0,18 |
|
Глюкоза |
мМоль/л |
23,77±6,01 |
14,80±0,32 |
|
Холестерол |
мМоль/л |
2,86±0,31 |
3,37±0,42 |
|
Триглицериды |
мМоль/л |
1,01±0,15 |
0,67±0,26 |
|
АЛТ |
Ед/л |
86,87±2,16 |
208,50±7,94 |
|
АСТ |
Ед/л |
317,60±66,30 |
345,90±54,81 |
|
Щелочная фосфатаза |
Ед/л |
215,57±16,43 |
1999,00±32,09 |
|
α-амилаза |
Ед/л |
1060,70±138,30 |
2714,80±151,92 |
|
ГГТ |
Ед/л |
0,70±0,05 |
0,21±0,01 |
|
Кальций |
мМоль/л |
1,84±0,08 |
2,70±0,12 |
|
Фосфор |
мМоль/л |
1,36±0,27 |
1,98±0,20 |
|
Хлориды |
мМоль/л |
186,00±2,07 |
177,20±1,13 |
|
Магний |
мМоль/л |
1,56±0,03 |
1,27±0,02 |
|
Железо |
мМоль/л |
18,72±0,09 |
15,66±0,44 |
Более высокая энзиматическая активность у молодняка птиц является показателем становления физиологических процессов в организме и зависит от особенностей потребляемого корма [3]. Активность щелочной фосфатазы, концентрация кальция и фосфора в крови служат показателями интенсивного роста костяка у молодых птиц. Кальций активизирует распад липидов, возможно, поэтому его уровень в крови птенцов выше на 46,74%, а количество триглицеридов меньше (на 33,66%), чем у взрослых птиц. В то же время содержание магния у взрослых птиц больше, чем у молодняка, на 18,59%, при более низком уровне кальция и может быть следствием того, что магний вытесняет кальций из обмена минеральных и белковых соединений. В содержании хлоридов у взрослых птиц и молодняка не выявлено достоверных отличий. В составе плазмы хлориды играют важную роль в поддержании осмотического давления и необходимы для синтеза соляной кислоты стенками желудка, что особо важно для всеядных птиц-урбофилов. Содержание железа в крови у взрослых ворон больше, чем у молодняка, на 16,35%, также его больше в тканях печени и мышц.
Таким образом, для молодняка птиц характерно становление физиологических процессов, сопровождающееся относительно низким содержанием белка, углеводов, триглицеридов и высокой энзиматической активностью.
Выводы:
- Содержание тяжелых металлов в тканях и органах серой вороны ниже фоновых показателей для Ивановской области, предельно допустимых концентраций и норм, установленныхСанПиН 2.3.2.560-96.
- Максимальная концентрация кобальта - 0,13 мг/кг - установлена в перьевом покрове молодых птиц при его отсутствии в мышцах бедра.
- Наименьшее содержание свинца выявлено в грудных мышцах взрослых серых ворон - 0,025 мг/кг, максимальное - 2,93мг/кг в перьевом покрове молодняка.
- Выраженным тропизмом к тканям печени обладают кадмий и железо, достигая у взрослых птиц уровня 0,075 и 171,20 мг/кг соответственно.
- Наиболее высокая концентрация меди, цинка, свинца, никеля, марганца выявлена в перьевом покрове, через который происходит освобождение организма птиц от токсикантов.
- Содержание в крови серых ворон общего белка и его фракций, глюкозы, креатинина, триглицеридов, хлорид-ионов, магния и железа увеличивается, а содержание мочевины, холестерола, кальция и фосфора снижается с возрастом птиц.
- Активность ферментов выше у молодых птиц в связи с интенсивными процессами роста и развития.
- Широкий диапазон изучаемых показателей свидетельствует о гетерогенности популяции.
- На процессы обмена веществ и накопления тяжелых металлов в тканях и органах оказывают влияние качество потребляемого корма и местообитание птиц.
Рецензенты:
Пономарев А.П., д.б.н., профессор, профессор кафедры биологии и экологии Владимирского государственного университета им. А.Г. и Н.Г. Столыпиных, г. Владимир;
Рахимов И.И., д.б.н., профессор, профессор кафедры биоэкологи, гигиены и общественного здоровья Казанского федерального университета МОиН РФ, г. Казань.