НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Засєкін Дмитро Адамович

УДК 619:614/.9: 546.3.034(477):615.246.2

Моніторинг важких металів у довкіллі та способи зниження

їх надлишку в організмі тварин

16.00.06 – гігієна тварин та ветеринарна санітарія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора ветеринарних наук

Київ – 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України.

Науковий консультант: доктор біологічних наук, професор Захаренко Микола Олександрович, Національний аграрний університет, директор ННІ тваринництва та водних біоресурсів

Офіційні опоненти:

доктор ветеринарних наук, професор Демчук Михайло Олександрович, Львівська державна академія ветеринарної медицини ім. С.З. Гжицького, завідувач кафедри гігієни тварин

доктор ветеринарних наук, професор Високос Микола Петрович, Дніпропетровський державний аграрний університет, професор кафедри паразитології

доктор ветеринарних наук, професор Гончаренко Володимир Михайлович, Одеський державний аграрний університет, завідувач кафедри зоогігієни і технології виробництва продуктів тваринництва

Провідна установа

Білоцерківський державний аграрний університет, кафедра безпеки життєдіяльності, Міністерства аграрної політики України. м.Біла Церква.

Захист дисертації відбудеться “27” червня 2002 р. о 10 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.12 в Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ – 41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус № 3, ауд. № 65.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ – 41, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус № 4, к. 41

Автореферат розісланий “25” травня 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Коваль О.А.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Зростання антропогенного впливу на екосистеми призвело до забруднення навколишнього середовища токсичними сполуками, в тому числі важкими металами, що поставило перед ветеринарною медициною ряд важливих проблем щодо запобігання розповсюдженню, накопиченню та контролю за вмістом важких металів у ґрунтах, воді, кормах, тканинах сільськогосподарських тварин та продукції тваринництва.

Накопичення важких металів, насамперед Cu, Zn, Pb, Cd, 88Sr та інших, у ґрунтах, воді та кормах сприяє надходженню їх в організм, негативно впливає на фізіологічні функції органів та тканин, клінічний стан тварин , порушує КЛР крові, змінює активність ферментів, інтенсивність ПОЛ, перенесення електронів дихальним ланцюгом мітохондрій, ускладнює перебіг хвороб тварин тощо. Вирішенню наукових та практичних питань, пов’язаних із моніторингом важких металів у довкіллі, накопиченню в кормах, воді, продукції тваринництва, розробці способів їх елімінації із організму, присвячені роботи ряду відомих вчених та практиків (Покаржевський А.Д., 1985;

Алексєєв Ю.В., 1987; Добровольский В.В., 1988; Федоров В.М., 1990; Мельничук Д.О. та ін., 1994, 1995, 2000; Трахтенберг І.М. та ін., 1994; ЯновичД.В. та ін., 1994; Євтушенко М.Ю., 1995; Вяйзенен Г.Н. та ін., 1997; Кравців Р.Й. та ін., 1997; Хмельницький Г.О., 1998; Новожицька Ю.М., 1998; Розпутній О.І., 1999; Захаренко М.О та ін., 2000; Кисіль В.І., 2001; Kapl D. еt ol.,1994; Tahvonch R., 1995; Rounce S.R. et ol., 1997; та ін.). Однак проведені дослідження щодо впливу різних важких металів на організм стосуються, в основному, вивчення механізмів дії окремих елементів на метаболічні процеси в тканинах, розробки способів запобігання їх накопичення та виведення з організму, контролю за вмістом важких металів у молоці, м’ясі, субпродуктах та іншій продукції тваринництва. Практично зовсім не досліджено сумісний вплив важких металів на клінічний стан, метаболічний статус тварин, якість продукції тваринництва в єдиному ланцюзі: грунт-вода-корми-тварина, розповсюдження важких металів у довкіллі та накопичення в організмі тварин різних біогеохімічних провінцій України, що передбачає контроль за вмістом важких металів у ґрунтах, воді та тканинах тварин, вказує на необхідність розробки ефективних способів запобігання негативного пресингу важких металів на організм з метою поліпшення якості молока, м’яса та іншої продукції тваринництва.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є частиною наукових досліджень теми “Вивчити динаміку накопичення важких металів у кормах та тканинах тварин у господарствах центральних областей України”, номер держреєстрації 0193U025335, що виконували співробітники кафедри біохімії і біотехнології та лабораторії клінічної і екологічної біохімії факультету ветеринарної медицини на замовлення Департаменту ветеринарної медицини з головною держветінспекцією Міністерства агропромислового комплексу України протягом 1992-1995 років та теми “Вивчити молекулярні механізми токсичної дії важких металів на обмін речовин в організмі тварин”, номер держреєстрації 0196U013075, що виконували співробітники кафедри гігієни тварин

ім. А.К. Скороходька Національного аграрного університету на замовлення Кабінету Міністрів України впродовж 1996-2000 років.

Мета та завдання досліджень. Вивчити розповсюдження важких металів (Cu, Zn, Pb, Cd, 88Sr) у ґрунтах, воді та кормах ряду територіальних зон України, встановити шляхи їх надходження та накопичення в тканинах сільськогосподарських тварин, дослідити сумісний вплив важких металів на клінічний стан та метаболічний статус організму тварин. Розробити ефективні способи зниження вмісту важких металів у тканинах великої рогатої худоби з метою покращення якості молока та яловичини, що виробляються у сільськогосподарських підприємствах, розташованих на територіях, що забруднені важкими металами.

Для досягнення мети поставлено такі завдання:

1.

2.

3.

4.

енвет-1) сорбентів на вміст Cu, Zn, Pb, Cd, 88Sr у крові, печінці, нирках, селезінці, легенях, серці, м’язах, функціональний стан органів та показники білкового, вуглеводного, ліпідного і мінерального обмінів в організмі лабораторних тварин.

5.

6.

7.

Об’єкт дослідження: ґрунт, вода, корми, лабораторні тварини, лактуючі корови, новонароджені телята, продукція тваринництва.

Предмет дослідження: важкі метали (Cu, Zn, Pb, Cd, 88Sr) у довкіллі та тканинах тварин, клінічні, гігієнічні, токсикологічні, фізіологічні та біохімічні показники, тканини лабораторних тварин та лактуючих корів, природні та штучно синтезовані сорбенти.

При виконанні роботи використовувались клінічні, зоогігієнічні, зоотехнічні, біохімічні, аналітичні, спектрофотометричні, біометричні та інші сучасні методи досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше теоретично обґрунтовано та експериментально доведено, що в основі механізму сумісної дії важких металів – Cu, Zn, Pb, Cd, 88Sr – лежить їх здатність проявляти кумулятивну дію, негативно впливати на клінічний стан тварин, функції органів та тканин, змінювати реакцію біологічних рідин в організмі, проявляти гальмівний вплив на ферментні системи, білоксинтезуючу функцію печінки, змінювати рівень та співвідношення білків, вільних замінних і незамінних амінокислот у тканинах.

Вперше встановлено надлишок важких металів у ґрунтах, воді, кормах, тканинах сільськогосподарських тварин та продукції тваринництва у різних біогеохімічних зонах України (центральна і південно-східна).

Експериментально доведено, що вміст Cu, Zn, Pb, Cd, 88Sr у тканинах лактуючих корів залежить від віку, структури раціону та типу годівлі тварин а також від вмісту та співвідношення важких металів у кормах та воді.

Вперше вказано на залежність рівня важких металів у тканинах новонароджених телят від їх вмісту в тканинах корів.

На лабораторних тваринах створено експериментальну модель, що дає можливість досліджувати вплив солей важких металів на клінічний статус, показники функціонального стану органів і тканин та обмін речовин, їх токсикокінетику, токсикодинаміку, етіологію та патогенез захворювань, що виникають в організмі тварин.

На основі проведених досліджень вказано на здатність природних та синтетичних сорбентів, таких як cапоніт, хумоліт, палігорскіт, полісорб-М, фітосорбент та енвет-1, ефективно елімінувати надлишок Cu, Zn, Pb, Cd та 88Sr з крові, тканин печінки, нирок, селезінки, легень, серця, та м’язів лабораторних тварин та лактуючих корів.

Теоретично обґрунтовано та експериментально встановлено оптимальні дози введення сорбентів хумоліту та сапоніту в раціони з метою зниження рівня важких металів у молоці та тканинах лактуючих корів.

Дослідження вмісту важких металів (Cu, Zn, 88Sr, Pb, Cd) у природному ланцюзі грунт – вода – корми – тканини тварин – продукція тваринництва, проведених у різних природнокліматичних зонах, свідчать про погіршення екологічного стану значних територій центральних та північних областей України, вимагають постійного моніторингу вмісту важких металів у продукції тваринництва та вказують на необхідність розробки державної програми із зниження техногенного пресингу останніх на довкілля.

Наукова новизна проведених досліджень захищена 3 патентами України.

Практичне значення одержаних результатів. Завдяки широкоплановим дослідженням виявлено підвищені рівні Cu, Zn, 88Sr, Pb, Cd у ґрунтах, воді та кормових культурах, які досить часто перевищують МДР, встановлені для цих токсичних сполук, що свідчить про забруднення важкими металами значних територій центральної та північно-східної зон України і вказує на необхідність проведення постійного санітарно-гігієнічного контролю за їх вмістом у молоці та яловичині, які виробляють на цих територіях, розробки цілеспрямованих профілактичних заходів щодо попередження забруднення важкими металами продукції тваринництва.

Ветеринарно-санітарна експертиза продуктів забою тварин та сировини, а також розробка профілактичних заходів та лікувальних засобів, пов’язаних із негативним впливом важких металів на печінку, нирки, легені, серце та інші органи у тварин, що вирощені та експлуатуються на територіях, забруднених важкими металами, повинна обов’язково включати дані з накопичення Cu, Zn, Pb, Cd та 88Sr в органах та тканинах тварин.

Показано, що сумісна дія важких металів Cu, Zn, Pb, Cd та 88Sr пов’язана з їх значним накопиченням у печінці, нирках, серці, легенях і суттєвим впливом на клінічний стан, показники метаболічного статусу, якість молока, яловичини та субпродуктів, що є необхідною умовою для розробки санітарно-гігієнічних норм при оцінці якості продукції тваринництва.

Виробничі випробування показали, що природні сорбенти cапоніт та хумоліт, які застосовували лактуючим коровам в дозі 0,5 г/кг маси тіла протягом 30 діб для елімінації важких металів, знижують рівень Pb та Cd у тканинах до значень ГДК при стабілізації показників клінічного стану та метаболічного статусу організму тварин.

Одержаний експериментальний матеріал щодо вмісту та міграції важких металів у ґрунтах, воді, кормах та організмі тварин слід використовувати при вивченні екології, токсикології, фармакології, терапії, ветеринарної санітарії та гігієни тварин студентами факультетів ветеринарної медицини та зооінженерних факультетів аграрних навчальних закладів України.

На основі проведених досліджень виробництву запропоновано 3 методичні розробки, що затверджені державним Департаментом ветеринарної медицини МінАПК України, в тому числі: “Методичні рекомендації щодо вмісту деяких хімічних елементів у кормах та кормових добавках для сільськогосподарських тварин”, (реєстраційний № 15-14/124 від 7 травня 1998 р.), “Максимально допустимий рівень (МДР) вмісту деяких хімічних елементів у кормах та кормових добавках для сільськогосподарських тварин”, (реєстраційний

№ 15-14/155 від 8 серпня 2000 р.) та “Науково-практичні рекомендації по застосуванню природних адсорбентів у тваринництві в регіонах України з високим рівнем важких металів у довкіллі”, (реєстраційний № 15-14/6 від

31 січня 2001 р.).

Особистий внесок здобувача. В дисертаційній роботі особисто дисертантом обґрунтовано напрямок досліджень, розроблено робочі програми, підібрано методики досліджень, проведено експерименти, проаналізовано і узагальнено одержані результати, підготовлено до друку матеріали, проведено їх апробацію, формулювання висновків і пропозицій виробництву. Із спільних з іншими співробітниками експериментальних досліджень і публікацій дисертант використав, за згодою зі співавторами, лише свою частку результатів.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися на секції ветеринарної медицини науково-технічної ради Мінагропрому України (1992-1995 рр.), на VI та VII Українських біохімічних з’їздах (м. Київ, 1992, 1997 р.), на міжнародних конференціях: “Конкурентоспособное производство продукции животноводства в республике Беларусь” (м. Жодино, 1998), “Діагностика, профілактика та лікування хвороб продуктивних тварин”, присвяченій 80-річчю факультету ветеринарної медицини НАУ (м. Київ, 2000), “Проблеми виробництва екологічно чистої сільськогосподарської продукції на межі 3-го тисячоліття” (м. Житомир, 2000), “Сучасні проблеми екології та гігієни виробництва продукції тваринництва” (м. Вінниця, 2000), “Аграрна наука і практика на рубежі тисячоліть: досягнення, проблеми і задачі”, присвячені 150-річчю Харківського зооветеринарного інституту

(м. Харків, 2001), на міжнародній конференції присвяченій 25-річному ювілею факультету ветеринарної медицини Дніпропетровського державного аграрного університету (м. Дніпропетровськ, 2001), ESVCN Conference European Society of Veterinary and Comparative Nutrition (Munchen, Germany, 1997), The 2-nd Parnas conference (Gdansk, Polska, 1998), на республіканській науково-практичній конференції “Проблеми неінфекційної патології у ветеринарній медицині” (м. Біла Церква, 1995), на науковій конференції, присвяченій

75-річчю з дня народження члена-кореспондента НАН, АМН України, професора, доктора мед. наук Ю.С. Кагана “Актуальні проблеми токсикології” (м. Київ, 1999), на ІІ Всеукраїнській конференції “Проблеми ветеринарної патології тварин в сучасних умовах” (м. Київ, 2001), на науково-практичній конференції Тверського сільськогосподарського інституту (м.Твер, Росія, 2001), на наукових конференціях професорсько-викладацького складу, наукових співробітників та аспірантів Національного аграрного університету (1992-2001).

Публікації результатів досліджень. Основні положення і результати досліджень опубліковані у 56 наукових працях, у тому числі в 22 статтях (11- у наукових журналах, 11 - у збірниках наукових праць), 28 - у збірниках матеріалів з’їздів, конференцій, 3 методичних рекомендаціях та 3 патентах України.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається із вступу, огляду літератури, загальної методики та основних методів досліджень, результатів досліджень та їх обговорення, узагальнення результатів досліджень, висновків та пропозицій виробництву, списку використаної літератури, додатків. Робота викладена на 354 сторінках комп’ютерного тексту, містить

44 таблиці, 27 рисунків, 12 додатків. Список літератури включає

680 найменувань, з них - 175 зарубіжних авторів.

Загальна методика і основні методи досліджень

Дослідження за темою дисертаційної роботи проведені протягом 1991-2001 років (рис. 1). Для досягнення поставленої мети проведено 9 наукових та науково-господарських дослідів в умовах клінік та віваріїв факультету ветеринарної медицини Національного аграрного університету та Інституту екогігієни і токсикології ім. Л.І. Медведя, а також у 14 сільськогосподарських підприємствах (господарствах) з 6 областей України: Київської, Житомирської, Чернігівської, Кіровоградської, Черкаської, Полтавської.

Об’єктом досліджень були середні зразки води для напування тварин (дослід 1), насіння кормових культур (дослід 2), ґрунти (дослід 3), кормові культури (дослід 4), в яких вивчали вміст важких металів: Cu, Zn, Pb, Cd та 88Sr. Всього досліджено: 16 зразків води, 80 зразків ґрунту, 157 зразків кормів із 14 сільськогосподарських підприємств 6 областей України.

Досліди 5-6 проведено на 62 коровах-аналогах чорно-рябої породи 2-3- та 5-6-ї лактації середньою живою масою 450-500 кг. У п’ятому досліді вивчали вміст та кумуляцію важких металів у молоці, крові, м’язах і внутрішніх органах корів з господарств центральних та північних областей України, що розташовані в різних екологічних зонах. Шостий дослід проведено з метою вивчення шляхів надходження важких металів в організм новонароджених

(рис. 1. Схема досліджень)

телят та впливу надлишку важких металів у тканинах на клінічні показники та метаболічний статус організму корів залежно від віку та фізіологічного стану.

У корів вивчали показники клінічного стану (температуру тіла, частоту серцевих скорочень та частоту дихання) до вранішньої годівлі. Досліджували вміст Cu, Zn, Pb, Cd та 88Sr у крові, молозиві, плаценті корів та крові новонароджених телят у віці 3-5 діб. У гострому досліді у корів відбирали тканини печінки, нирок, легень, селезінки, серця та найдовшого м’яза спини для контролю вмісту важких металів.

У 7-му досліді, який проведено на 86 щурах лінії Вістар, вивчали кумуляцію важких металів (Cu, Zn, Pb, Cd та 88Sr) внутрішніми органами та тканинами. В цьому ж досліді вивчали вплив гострого токсикозу, створеного за рахунок введення тваринам розчинів солей Cu, Zn, Pb, Cd та 88Sr, на клінічний стан та метаболічний статус організму тварин.

Водні розчини суміші сірчанокислих солей Cu, Zn, Cd, азотнокислого Pb та хлористого Sr вводили per os у дозі 5, 5, 3, 3 та 1 мг/кг маси тіла тварини відповідно у перерахунку на метал, один раз на добу, за допомогою металевого зонду протягом двох тижнів.

У 8-му досліді, проведеному на 186 щурах, вивчали ефективність дії ряду найбільш поширених сорбентів, що мають цеолітову та аеросилову основу, – цеоліту, хумоліту, палігорскіту, сапоніту, полісорбу-М, фітосорбенту,

енвету-1 – та їх здатність запобігати накопиченню і виводити важкі метали із токсикованого сумішшю солей організму лабораторних тварин.

З цією метою сформовано 9 груп щурів-аналогів лінії Вістар. Тваринам інтактної групи солі важких металів не застосовували, тваринам контрольної та семи дослідних груп вводили водні розчини солей важких металів у дозах та за схемою, як описано в досліді 7.

На 15-ту добу отруєння важкими металами щурам дослідних груп почали згодовувати сорбенти: 1 група – цеоліт; 2 – cапоніт; 3 – хумоліт; 4 – палігорскіт; 5 – полісорб-М; 6- фітосорбент; 7 – енвет-1. Сорбенти згодовували дослідним тваринам разом з кормом, згідно з чинними настановами, в дозі по 0,5 г/кг маси тіла за добу, протягом 20 діб. Поряд із зміною концентрації досліджуваних важких металів (Cu, Zn, Pb, Cd, 88Sr) вивчали вплив сорбентів на показники обміну речовин в організмі та час елімінації того чи іншого елемента із тканин щурів (кров, печінка, нирки, серце, селезінка, легені, найдовший м’яз спини).

Дев’ятий дослід проведено з метою зниження негативного впливу важких металів на організм лактуючих корів, зменшення вмісту важких металів у тканинах та продукції, профілактики токсикозу тварин важкими металами.

З цією метою в НДГ “Великоснітинське” Київської області сформовано за принципом аналогів 3 групи лактуючих корів : контрольну та дві дослідні по 50 голів у кожній віком 4-5 років, живою масою 390-450 кг, середній удій за попередню лактацію становив 3400-4000 кг молока. Тваринам першої дослідної групи до основного раціону згодовували разом з концентрованими кормами сапонітове борошно, а коровам другої дослідної групи – хумоліт у дозі 0,5 г/кг маси тіла за добу протягом 30 діб. На 10, 20 та 30 добу застосування сорбентів у корів усіх груп відбирали зразки молока та крові, а в кінці (на 30 добу) в гострому досліді (3 голови з кожної групи) відбирали зразки печінки, нирок, серця, легень, селезінки та найдовшого м’яза спини для визначення впливу вищевказаних сорбентів на рівень досліджуваних важких металів у тканинах.

З метою вивчення можливості виникнення повторного негативного впливу важких металів на організм корів через контаміновані корми і воду у тварин вказаних груп відбирали зразки крові та молока на 60, 120 та 180 добу після закінчення згодовування сорбентів.

Середні зразки води, ґрунтів, насіння, кормів та тканин тварин для досліджень відбирали за загальноприйнятими методами. Важкі метали Cu, Zn, Pb, Cd та 88Sr, а також макроелементи K+, Na+, Ca2+ та Mg2+ визначали методом атомної абсорбції за W.Y. Price (1972). Показники клінічного стану контролювали за загальноприйнятими в клінічній практиці методами. Визначення показників кислотно-лужної рівноваги крові проводили за допомогою мікроаналізаторів газів крові Blood Gas Analizer “Gorning 178” (Англія) та “Rodelkis” (Угорщина). Концентрацію амінокислот у біологічних зразках визначали методом іонообмінної хроматографії за

Т.Д. Козаченко (1975). Гематологічні показники – кількість еритроцитів, лейкоцитів, концентрацію гемоглобіну, гематокріт, середній об’єм еритроцита, концентрацію гемоглобіну в одному еритроциті та 100 мл еритроцитів - за допомогою лічильника формених елементів крові – Культер –М-400 (Франція). Визначення метаболітів білкового (білок плазми, сечовина, альбуміни, креатинін), вуглеводного (глюкоза, амілаза, ЛДГ), ліпідного (загальні ліпіди, тригліцериди, фосфоліпіди, холестерин) обмінів та активність ферментів АлАТ, АсАТ, ЛФ, КФК, ГГТ проводили за загальноприйнятими методами, а також використовували біохімічний аналізатор STAT FAX 1904 Plus (Австрія). Одержані результати оброблено статистично (Кокунин В.А., 1978).

Результати досліджень

1. Джерела надходження та накопичення важких металів в органах і тканинах тварин

Проведеними дослідженнями вперше встановлено значне накопичення важких металів у ґрунтах, воді, кормах та продукції тваринництва, що тісно корелює з екологічним станом ряду господарств центральних та північних областей України. Показано, що основними шляхами надходження важких металів в організм тварин є вода та корми, а основне джерело їх накопичення – ґрунти.

Так, вміст основних токсичних елементів, а саме: Cu, Zn, Pb, Cd та 88Sr у воді, яку використовують для напування тварин у господарствах центральних та північних областей України, досить часто не відповідає санітарно-гігієнічним вимогам. Показано, що рівень Cu у 80% досліджуваних зразків води перевищує ГДК у 1,5-13,5 разів, вміст Zn - у 2 - 18 разів, Pb - у 1,2-4,5 раза, Cd – на 53%. Однак із досліджених 16 зразків води, відібраних із свердловин

12 господарств різних областей України, лише в НДГ “Великоснітинське” Фастівського району Київської області вміст 88Sr майже в два рази перевищував ГДК. У решті зразків води рівень цього токсиканту був невисоким і коливався в допустимих межах, на рівні 0,2-2,0 мг/л.

Проведені дослідження узгоджуються із висновками інших авторів про те, що одним із шляхів надходження Cu, Zn, Pb, Cd та 88Sr в організм тварин є вода і вказують на необхідність проведення постійного ветеринарно-санітарного нагляду за джерелами водопостачання тваринницьких об’єктів у зонах екологічного контролю.

Показано, що концентрація Cu у досліджуваних зразках ґрунтів перевищувала МДР у 83% випадків. Встановлений дослідженнями понижений рівень Zn у 90% зразків ґрунтів (у межах 5 мг/кг) значно нижче від кларкових показників, вказує на те, що господарства, які розташовані у центральній зоні України, де проводили зазначені дослідження, відносяться до біогеохімічних провінцій цинкової недостатності і узгоджуються із дослідженнями

М.О Судакова. та ін.(1977). Зареєстровано також коливання рухомих форм Pb у ґрунтах з різних господарств у межах 3,9-10,4 мг/кг. Максимальний рівень Pb виявлено у ґрунтах південної зони центрального регіону України (Новоукраїнський район Кіровоградської області) та у ґрунтах ряду господарств Черкаської області, що у 2-2,5 раза вище від встановлених показників рухомих форм цього токсиканту іншими авторами (в середньому

4,5 мг/кг).

Важливим з гігієнічної точки зору є той факт, що у досліджуваних зразках ґрунтів різних господарств встановлено високу концентрацію рухомих форм Cd. Так, у 80% зразків ґрунту показано, що вміст Cd перевищував МДР у 1,5-3,0 раза. Встановлено значне накопичення Cd в орному шарі ґрунтів, що характерно для господарств усіх 6 областей і вимагає постійного контролю за рівнем цього елемента в кормах та продукції тваринництва.

Зразки ґрунту з полів як центральних, так і північних областей України містять надлишкові концентрації рухомого стронцію, хоча в нормативних документах не вказано допустимий вміст цього токсиканту в ґрунтах. Показано, що ґрунти, на яких вирощувалися кормові культури, є головною ланкою в ланцюзі, за яким важкі метали надходять у корми, а з останніми - в організм тварин. Надходження важких металів в організм тварин з кормами найбільш небезпечне, оскільки вони перебувають в останніх у вигляді сполук з білками, амінокислотами, органічними кислотами та іншими біологічно активними речовинами, які відносно легко проникають через природні бар’єри - слизові оболонки шлунка та кишечнику – і накопичуються в органах-мішенях, проявляючи токсичну дію в організмі.

Встановлено, що у досліджених зразках насіння бобових культур з господарств Житомирської та Чернігівської областей, вміст Cu перевищував МДР на 10-75%, а Кіровоградської та Черкаської областей - на 44 та 230% відповідно. Вміст Zn у зеленій масі кормових культур з цих господарств перевищував допустимі значення у 2-2,5 раза. До основних накопичувачів Zn належать такі кормові культури: злакові та бобові трави, ячмінь, пшениця, кукурудза, еспарцет, люцерна та горох. Вміст Cd перевищував МДР у 2-4 рази лише у насінні буряка кормового, а Pb – у 2-30 разів у насінні як злакових, так і бобових культур.

Таким чином, показано, що кормові культури, які вирощені на ґрунтах з підвищеним вмістом важких металів, здатні їх активно всмоктувати, кумулювати і бути основним джерелом надходження важких металів в організм тварин.

Виявлено підвищений рівень Pb у крові корів із господарств екологічно різних зон України, вміст якого коливався в межах 0,2-3,2 мг/л. У цьому разі, у 64% досліджених зразків крові він становив майже 3 мг/л, що збігається із суттєвим забрудненням кормів та води даним токсикантом у цих господарствах. Вміст Cu, Zn, Cd, та 88Sr у крові дослідних тварин також тісно корелював з їх концентрацією у воді та кормах, що вказує на основні джерела надходження важких металів в організм.

Показано, що рівень Cd у молоці корів з господарств, розташованих у різних екологічних зонах центральних та північних областей України, перевищував ГДК у 2-16 разів. Дослідженнями також встановлено високий (у 2-10 разів вище межі ГДК) рівень Pb у м’язовій тканині корів майже з усіх господарств, тоді як різких коливань вмісту Cu, Zn, Cd, та 88Sr в паренхіматозних органах тварин не виявлено. Встановлене значне накопичення Cd та Pb у крові та молоці корів тісно корелює з надлишком цих токсикантів у кормах та воді.

Одержані результати свідчать про значне забруднення ґрунтів, води та кормів у господарствах центральних та північних областей України і вказують на необхідність проведення постійного контролю за вмістом Cd, Pb та 88Sr у молоці корів та яловичині, які виробляються у цих зонах.

2. Вплив гострого отруєння тварин солями важких металів на показники обміну речовин

З’ясовано, що сумісна дія важких металів на організм за умов гострого отруєння має ряд суттєвих особливостей та відмінностей від отруєння тварин окремими елементами. Так, встановлено, що рівень Cu в тканинах серця, легень, печінки та селезінки після введення тваринам солей важких металів не змінювався, тоді як вміст Zn достовірно зростав у всіх досліджуваних тканинах, у тому числі в печінці – у 2,8 раза та селезінці у 2,3 раза порівняно з контролем (табл. 1).

Рівень Cd у м’язовій тканині зріс у 1,8 раза, в крові – у 14,6, у селезінці – у 19,4, у нирках – у 21,9, у серці – у 22, у легенях – у 25,8, а в печінці –

у 365 разів, що свідчить про велику кумулятивну здатність цього токсиканта.

Таблиця 1

Вміст важких металів у тканинах щурів до та після введення важких металів, мг/кг сирої тканини, n=8-10

Тканина | Досліджуваний елемент

Cu | Zn | Cd | Pb | 88Sr

до | після | до | після | до | після | до | після | до | після

Кров | 1,0±

0,02 | 1,46±

0,11* | 4,6±

0,31 | 6,0±

0,44* | 0,02±

0,001 | 0,22±

0,04* | 0,40±

0,03 | 0,27±

0,03* | 0,12±

0,03 | 0,30±

0,02*

Печінка | 4,0±

0,27 | 3,20±

0,34 | 13,8±

0,77 | 38,0±

1,17* | 0,07±0,002 | 25,6±

2,08* | 0,35±

0,02 | 1,10±

0,17* | 0,06±

0,01 | 0,21±

0,016*

Селезінка | 1,3±

0,15 | 1,25±

0,05 | 9,1±

1,0 | 21,0±

0,94* | 0,05±

0,001 | 0,97±

0,07* | 0,50±

0,02 | 0,40±

0,02 | 0,08±

0,005 | 0,46±

0,021*

Серце | 4,1±

0,05 | 3,60±

0,39 | 11,2±

0,33 | 16,3±

0,76* | 0,05±

0,005 | 1,10±

0,05* | 0,40±

0,015 | 0,30±

0,06 | 0,11±

0,02 | 0,37±

0,012*

Легені | 1,4±

0,03 | 1,34±

0,09 | 9,3±

0,08 | 16,0±

0,04* | 0,02±

0,002 | 0.62±

0,033* | 0,20±

0,03 | 0,60±

0,05* | 0,08±

0,002 | 0,30±

0,03*

М’язи | 0,6±

0,01 | 0,95±

0,04* | 8,1±

0,07 | 14,7±

0,19* | 0,02±

0,001 | 0,36±

0,03* | 0,20±

0,015 | 0,67±

0,11* | 0,10±

0,01 | 0,29±

0,005*

Нирки | 4,6±

0,14 | 5,9±

0,61* | 13,6±

1,08 | 23,0±

1,36* | 0,63±

0,05 | 13,8±

0,94* | 0,25±

0,01 | 1,90±

0,39* | 0,12±

0,025 | 0,32±

0,011*

*- р ? 0,05 порівняно з показниками до отруєння.

Вміст Pb у нирках тварин дослідної групи збільшився у 7,6 раза, в м’язах – у 3,4, легенях та печінці – у 3 рази порівняно з аналогічними показниками до введення суміші солей важких металів. Рівень 88Sr достовірно збільшився у крові, нирках та м’язах – у 2,5 раза, в печінці, серці та легенях – у 3,5 раза, а в селезінці – у 5,7 раза порівняно з інтактними щурами.

Одержані результати можна розглядати як біологічну модель, що створена експериментально на щурах і дає можливість досліджувати вплив важких металів на клінічні показники та метаболічні процеси, які характеризують функціональний стан окремих органів і тканин.

2.1 Вплив важких металів на стан кислотно-лужної рівноваги крові та активність ферментів

Важливим показником фізіологічного стану організму тварин є кислотно-лужна рівновага крові та інших біологічних рідин.

Встановлено, що показник рН крові щурів при введенні суміші солей важких металів змістився у кислий бік на 0,06 одиниці за рахунок зниження насиченості крові СО2 (на 20%), рівня НСО3- (на 13%) та загальної вуглекислоти – на 16%, що відповідає стану субкомпенсованого метаболічного ацидозу (табл. 2).

Таблиця 2

Показники кислотно-лужної рівноваги крові щурів

до та після введення важких металів, ммоль/л, М±m, n=5-8

Показник | До введення | Після введення

рН | 7,39±0,05 | 7,33±0,04*

р СО2, мм. рт. ст. | 35,5±1,98 | 29,1±1,3*

р О2, мм. рт. ст. | 74,4±4,2 | 71,4±4,5

НСО3- | 19,3±1,2 | 15,4±1,1*

СО2 total | 18,3±0,8 | 16,8±0,9*

ВЕ– | 6,9±0,9– | 9,9±1,4*

*– р<0,05 порівняно з показниками до отруєння.

Зростання рівня важких металів у тканинах щурів викликало зниження активності АлАТ у крові майже у 7 разів, АсАТ – у 3 рази, амілази у 100 разів, креатинфосфокінази – у 195 разів, лактатдегідрогенази у 15 разів, гама-глутамілтранспептидази – у 3 рази відносно аналогічних значень у щурів контрольної групи через 1 добу, що вказує на суттєві зміни функціонального стану печінки, підшлункової залози, м’язів, трансмембранних процесів і пов’язано із порушенням метаболічного статусу організму.

У наступні 3 доби активність АлАТ, АсАТ, амілази, КФК, ЛДГ, ГГТ підвищувалась порівняно з аналогічними показниками у тварин через 1 добу після їх інтоксикації важкими металами, однак, значень, що характерні для тварин з контрольної групи, не досягла (табл. 3). В той же час, у даних умовах експерименту, активність лужної фосфатази в тканинах зростала, що свідчить про посилений розпад фосфорорганічних сполук і порушення фосфорно-кальцієвого обміну в тканинах.

Різке зниження активності більшості ферментів, що досліджували на першу добу після отруєння тварин, ймовірно є наслідком токсичного впливу як окремо взятого елемента, так і їх сумісної дії в організмі.

Таблиця 3

Активність ферментів у крові щурів до та після введення важких металів, М±m, n=4-6, ммоль/л

Показник | Контроль | Дослід

через 1 добу | через 3 доби

АлАТ | 55,6±1,7 | 8,3±1,0* | 62,5±1,3**

АсАТ | 147,1±3,4 | 46,2±2,6* | 104,0±1,9*,**

Амілаза | 2705,0±12,1 | 27,2±1,7* | 1056,8±11,0*,**

ЛФ | 213,0±2,7 | 236,6±1,4 | 479,0±7,2*,**

КФК | 5262,2±14,7 | 26,9±2,1* | 3079,1±13,4*,**

ЛДГ | 1183,4±9,3 | 76,6±1,7* | 232,1±1,7*,**

ГГТ | 4,7±0,7 | 1,5±0,2* | 2,1±0,4*,**

* - р ? 0,05 порівняно з контролем;

** - р ? 0,05 порівняно з даними через 1 добу.

Зростання активності ферментів у крові щурів протягом наступних двох діб може бути пов’язане з активацією компенсаторних механізмів та реакцією метаболічних систем у відповідь на введення токсичних елементів.

2.2 Вплив важких металів на показники обміну білків, вуглеводів, ліпідів та вміст макроелементів

Показано, що рівень загального білка плазми крові при введенні щурам солей важких металів знизився майже в 2 рази, альбумінів – на 34%, що свідчить про порушення білоксинтезуючої функції печінки в результаті зниження активності відповідних ферментних систем (табл. 4).

Таблиця 4

Показники обміну білків, ліпідів, вуглеводів та вміст мікроелементів у крові щурів при введенні важких металів, М±m, n=8-10, ммоль/л

Показник | Контроль | Дослід

Загальний білок (плазма), г/л | 72,0±1,6 | 38,4±1,25*

Альбуміни, г/л | 47,0±1,1 | 35,1±1,44*

Сечовина | 6,8±0,7 | 11,7±1,63*

Креатинін, мг/% | 0,6±0,01 | 0,5±0,01

Глюкоза | 3,5±0,11 | 6,8±0,49*

Загальні ліпіди | 1,08±0,17 | 3,8±0,65*

Тригліцериди, мг/% | 57,4±2,1 | 14,7±1,05*

Фосфоліпіди | 1,2±0,1 | 76,5±2,07*

Холестерин, мг/% | 65,7±2,9 | 46,1±2,00*

Калій | 5,2±0,2 | 4,6±0,12

Натрій | 124,5±2,1 | 123,1±3,11

Кальцій | 1,22±0,01 | 0,91±0,01*

* - р ? 0,05 порівняно з контролем.

Рівень креатиніну в крові щурів не змінювався, що свідчить про відсутність глибоких змін у м’язовій тканині. Зростання концентрації сечовини в 2 рази в крові дослідних тварин, порівняно з контролем, вказує на стимуляцію уреогенезу в печінці і є, очевидно, наслідком посиленого катаболізму білків печінки, що узгоджується із вмістом сечовини у печінці, нирках та інших тканинах (табл. 5).

Вміст глюкози в крові щурів дослідної групи у 2 рази вищий ніж у тварин з контрольної групи, що вказує на розвиток гіперглікемії та свідчить про зниження ана- та аеробних процесів у печінці та м’язах під впливом важких металів. Це наслідок зростання розщеплення глікогену з метою синтезу глюкози та інших сполук, які беруть участь в утворенні та функціонуванні компенсаторних захисних механізмів під час дії важких металів в організмі.

Таблиця 5

Вміст глюкози, загальних ліпідів та сечовини в тканинах щурів,

М±m, n=4-6, ммоль/кг сирої тканини

Тканина | Показник

Глюкоза | Загальні ліпіди, г/л | Сечовина

до введення | після введення | до введення | після введення | до введення | після введення

Печінка | 9,2±0,87 | 8,5±2,2 | 0,30±0,01 | 2,63±0,7* | 5,13±0,45 | 9,55±1,6*

Селезінка | 0,8±0,06 | 2,8±0,2* | 0,41±0,07 | 2,68±0,4* | 3,03±0,11 | 7,27±0,9*

Серце | 2,0±0,1 | 2,7±0,08* | 1,29±0,2 | 2,54±0,4* | 3,81±0,37 | 8,46±1,9*

Легені | 3,2±0,3 | 3,0±0,3 | 1,14±0,05 | 2,68±0,4* | 3,86±0,1 | 6,3±1,9*

М’язи | 4,4±0,16 | 6,6±0,9* | 0,99±0,04 | 1,94±0,5* | 3,53±0,22 | 5,4±1,4*

Нирки | 2,7±0,2 | 5,5±1,8* | 1,21±0,1 | 2,25±0,6* | 15,10±1,8 | 9,79±2,1*

*- р ? 0,05 порівняно з показниками до отруєння.

Так, концентрація глюкози в тканинах селезінки, серця, нирок та м’язів у тварин дослідної групи достовірно збільшилась, порівняно з інтактними тваринами на 350%, 28, 204 та 50% відповідно, тоді як у тканині печінки та легень її рівень залишався майже незмінним (табл. 5).

Вміст загальних ліпідів у тварин дослідної групи достовірно зріс у печінці у 9 раз, селезінці – у 6,5 раза, у серці, легенях, нирках та м’язах – у 2 рази відносно аналогічних показників у здорових тварин.

З’ясовано, що у печінці рівень сечовини збільшився на 86%, у селезінці – у 2,4 раза, в серці – у 2,2 раза, у легенях – в 1,6 раза, у м’язах – на 53%. Винятком є нирки, концентрація сечовини в яких, навпаки, знизилась на 54% порівняно з контролем.

Отже, встановлені значні зміни показників метаболічного статусу свідчать про порушення функціонального стану органів та тканин у токсикованих тварин, що підтверджує негативний вплив важких металів на організм.

3. Вплив сорбентів на вміст важких металів у тканинах

Введення щурам per os розчинів солей важких металів свідчить, що рівень таких елементів, як Cu, Zn, Pb, Cd та 88Sr, у крові збільшився у 10; 4; 14; 1,5 та 3,7 рази відповідно, порівняно з аналогічними показниками в інтактних тварин. Однак застосування сорбентів впродовж перших 10 діб поряд з продовженням згодовування тваринам суміші солей важких металів сприяло тому, що вміст Cu у крові щурів вірогідно збільшився на 50% при використанні цеоліту, тоді як при згодовуванні сапоніту, полісорбу, фітосорбенту та енвет-1 він зменшився в середньому в 5 разів, а хумоліту та палігорскіту – в