Содержание к диссертации
Введение
Гл а в а 1 Литературный обзор 9
1.1. Микроэлементы свинец, кадмий, селен 9
1.2. Кадмий и его токсические свойства 14
1.3. Свинец как токсикант 22
1.4. Селен как возможный детоксикант 2 6
1.5. Обоснование выбора детоксикантов 32
Глава 2 Методика исследования 35
Глава 3 Результаты исследования 44
3.1. Фоновое содержание селена, кадмия и свинца в организме и корме птицы. 4 4
3.2. Выведение тяжелых металлов различными соединениями селена 55
3.3. Определение оптимальной концентрации селенсодержащего препарата 57
3.4. Показатели крови на фоне интоксикации тяжелыми металлами и при использовании селеновых детоксикантов 70
3.4.1. Белок 7 0
3.4.2. Мочевина 75
3.4.3. Глюкоза 7 7
3.4.4. Кальций, фосфор 79
3.4.5. Ферменты. 81
3.4.6. Морфология крови 85
3.5. Производственная проверка 88
Заключение по экспериментальной части 90
Глава 4 Обсуждение 92
Заключение 105
Выводы. 106
Список литературы 108
- Микроэлементы свинец, кадмий, селен
- Фоновое содержание селена, кадмия и свинца в организме и корме птицы.
- Производственная проверка
Введение к работе
Производственная деятельность человека сопровождается глобальным обогащением окружающей среды вредными веществами. Одной из серьезнейших проблем экологии является защита окружающей среды от загрязнения тяжелыми металлами. Возрастающий объем ядовитых отходов наносит вред здоровью человека при прямом контакте или загрязнении пищи и питьевой воды. Миграция токсичных элементов в объектах внешней среды ведет к накоплению их в воде, почве, кормах, организмах животных и - через продукты питания - у человека (Авалиани С.Л. и др., 1997; Алексеев Ю.В., 1987, Тяжелые металлы и радионуклеиды в окружающей среде, 2000, Эйхлер В.,1993). К числу веществ, загрязняющих земную поверхность, относятся такие тяжелые металлы, как свинец и кадмий, которые одновременно являются микроэлементами. По современным представлениям, микроэлементы являются участниками различных биохимических процессов, протекающих в организме, оказывая непосредственное влияние на рост, развитие и жизнеспособность живых существ (Авцын А.П., Жаворонков А.А.,1991, Беренштейн Ф.Я.,1958, Киприянов Н.А., 1997).
Напряженная экологическая ситуация сегодня заставляет исследователей различных областей науки искать новые пути уменьшения вредного воздействия токсикантов на живой организм. Основная опасность токсических элементов, в том числе, свинца и кадмия заключается не в проявлении острого отравления, а постоянной кумуляции их в органах и тканях на протяжении жизни. Живые организмы не имеют достаточного адаптационного механизма при хроническом воздействии токсичных соединений, хотя толерантность к ним, тем не менее, существует (Ершов Ю.А., Плетнева Т.В., 1989), особенно в присутствии некоторых биогенных веществ.
В нашей стране большое место в удовлетворении потребности населения в мясных продуктах занимает птицеводство. Проблема профилактики отравлений птиц токсичными элементами и получение качественной продукции птицеводства продолжает привлекать внимание многих специалистов (Андрушайте Р.Е., 1986; Козлов Д.Ю., 2001). Поиск препаратов, выводящих или уменьшающих вредное влияние токсичных веществ, остается важным и сегодня (Теплякова Т.В. и др., 1998). Научный и практический интерес представляют исследования влияния селен содержащих препаратов на аккумуляцию некоторых тяжелых металлов.
К сожалению, на сегодняшний день в литературе недостаточно информации о роли селен содержащих препаратов как детоксикантов для получения экологически безопасной продукции птицеводства. Влияние селена на остаточные содержания свинца и кадмия в продукции
Ф птицеводства остается пока малоизученным. Исследования в данной области актуальны и перспективны.
Цель исследования - изучить влияние селен содержащих соединений на аккумуляцию тяжелых металлов в организме сельскохозяйственной птицы и экспериментально обосновать оптимальную концентрацию детоксиканта для снижения содержания ионов кадмия и свинца в организме птицы.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи: 1. Изучить фоновое содержание селена, свинца и кадмия в кормах, органах и тканях птиц;
2. Установить влияние органических и неорганических соединений селена на аккумуляцию свинца и
— кадмия в организме птицы;
3. Определить гематологические показатели птицы на фоне интоксикации тяжелыми металлами и на фоне селен - содержащих препаратов;
4. Изучить биохимические показатели крови цыплят-бройлеров при применении селеновых препаратов и без них на фоне интоксикации тяжелыми металлами;
5. Установить оптимальную концентрацию селена для наиболее эффективного уменьшения токсического влияния
кадмия и свинца;
6. Определить динамику влияния селен - содержащих препаратов на уровень содержания свинца и кадмия в организме птицы.
7. Изучить рост и развитие птицы на фоне
интоксикации тяжелыми металлами и при использовании селеновых препаратов в качестве детоксиканта.
Научная новизна
Р 1. Впервые дано научное обоснование использования селен содержащих препаратов для снижения концентраций свинца и кадмия в органах и тканях птицы.
2. Проведены сравнительные испытания органического и неорганического соединений селена и выбран наиболее эффективный препарат.
3. Определена оптимальная доза селенита натрия для снижения содержания тяжелых металлов в продукции бройлерного птицеводства -1,5 МДУ/ кг корма. Практическая значимость работы
Доказано, что для получения экологически безопасной продукции птицеводства при свинцово- кадмиевой интоксикации наиболее эффективным соединением селена является селенит натрия. При использовании селенита натрия в количестве 1,5 МДУ наблюдается снижение содержания в организме птицы свинца на 44-74%, кадмия -на 25-60%.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Влияние органических и неорганических соединений селена на аккумуляцию свинца и кадмия в организме птицы;
2. Биохимические и морфологические показатели крови цыплят- бройлеров при применении селеновых препаратов и без них на фоне интоксикации тяжелыми металлами;
3. Научное обоснование использования оптимальной концентрации селена для наиболее эффективного уменьшения токсического влияния кадмия и свинца;
4. Рост и развитие птицы на фоне интоксикации тяжелыми металлами и при использовании селеновых препаратов в качестве детоксиканта.
Апробация работы По теме диссертации опубликовано 10 работ. Материалы диссертации доложены на:
2-й научно-практической конференции факультета ветеринарной медицины НГАУ «Актуальные вопросы ветеринарии» (Новосибирск, 1999);
1-й и 2-й Международных научно-практических конференциях «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семипалатинск, 2000, 2002);
Научной конференции «Современные проблемы ветеринарной диетологии и нутрициологии» (Санкт-Петербург, 2001); Международной научно-практической конференции «Пищевая промышленность на рубеже веков» (Алматы, 2001); 3-й международной научно- практической конференции «Пища. Экология. Качество» (СО РАСХН, ГНУ СибНИПТИП;. Новосибирск, 2003).
Диссертация включает в себя введение, 4 главы, заключени, выводы и список литературы. В составе диссертации 10 рисунков, 21 таблица. Список литературы включает 203 наименования, из них 45 иностранных авторов.
Данная работа выполнена под руководством д.б.н., профессора К.Я. Мотовилова и к.б.н., доцента Т.И. Боковой. Автор выражает им сердечную благодарность за большую помощь по написанию диссертации.
Микроэлементы свинец, кадмий, селен
Свинец, кадмий и селен содержатся в живых организмах в гипермалых количествах и рассматриваются в числе веществ, отнесенных к микроэлементам.
По определению Авцына А. П. «Микроэлементы - это группа химических элементов, которые содержатся в организме человека и животных в очень малых количествах, в пределах 10 3- 10 12%» (1986) . Кроме своего низкого содержания в живых тканях они не имеют других общих черт, так как резко отличаются друг от друга своими физико-химическими свойствами (Miller E.R., 1983). Сегодня хорошо известно учение В.И. Вернадского, который предложил понятие «живое вещество» и обосновал его тесную взаимосвязь со средой обитания. «Автономного организма вне связи с земной корой не существует» (Вернадский В.И.,1940). Ученый подчеркивал возможность непредвиденных и совершенно неожиданных последствий воздействия человека на природу (Вернадский В.И., 1940, 1944, 1954, 1978, 1989) . Последователь идей Вернадского Виноградов А. П. создал учение о биогеохимических провинциях, в котором показал значение химической среды обитания организмов для их жизнеобеспечения (Виноградов А.П., 1952, 1957, I960, 2001).
Все микроэлементы являются составной частью земной коры. Сегодня их распределение значительно нарушено в результате человеческой деятельности, и они широко рассеяны в воздухе, воде, почве, пище. В.В.Ковальский (1974, 1991) говорит о субрегионах биосферы, в которых недостаток или избыток естественных либо техногенных элементов может вызвать ярко выраженную биологическую реакцию организма. Загрязнение окружающей среды токсичными металлами вредно для здоровья человека и влияет на здоровье популяции в целом (Nornberg GF., Goyer RA., Clarkson .TW., 1985).
(U В настоящее время известно более 80 элементов, постоянно присутствующих в организме человека и животных. Жизненно необходимыми считаются 2 6, четырнадцать из которых являются микроэлементами. К таким жизненно необходимым микроэлементам относится селен (Беренштейн Ф.Я., 1966; Борисова Л.М., 1969; Дребицкас В. и др.,1986; Benes B.et., 2000).
Биологические функции многих элементов, идентифицированных в организме, еще не выявлены. До сих пор до конца не ясна роль свинца и кадмия в организме. В первую очередь можно говорить об этих элементах, как о кумулятивных ядах (Свинец и здоровье,2000; Смоляр В.И.,1989). Термин «кумуляция» заимствован из фармакологии и обозначает «накопление», причем накопление количества ядов называют «материальной кумуляцией», а накопление вызванных им патологических изменений «функциональной кумуляцией». Функциональная кумуляция часто сопровождается материальной кумуляцией, что абсолютно справедливо для свинца и кадмия (Альберт А.,1989; Лужников Е.А., 1999).
Мы рассматриваем совместное действие токсичных веществ - солей свинца и солей кадмия, так как в литературе почти не встречаются исследования сочетанных воздействий на организм этих элементов. Известно, что медь, цинк и железо являются физиологическими _ антагонистами свинца (Авцын А.П., 1989, 1991; Лойт А.О., Савченков М.Ф.,1996). Другая ситуация складывается при комбинированном воздействии на организм свинца и кадмия (Свинец и здоровье, 2000) . Кадмий, по мнению ряда авторов, усиливает действие свинца и общий токсикологический эффект возрастает, хотя, патогенетические механизмы, лежащие в их основе, различны (Войнар А.И.,1960; Кузубова Л.И. и др., 2000).
Загрязнение этими элементами происходит одновременно, так как источники попадания свинца и кадмия в объекты окружающей среды очень часто одни и те же. При этом природные источники этих металлов почти не играют никакой значительной роли в этом процессе (Сает Ю.Е.,Ревин Б.А., 1990; Смоляр В.И., 1989). Выделение их в атмосферу происходит в основном при сжигании минерального топлива. В золе угля и нефти обнаружены почти все металлы. Не металлическое производство, а именно сжигание угля представляет собой главный источник поступления многих металлов в окружающую среду, считают некоторые авторы (Гадаскина и др.,1988). При сжигании отходов рассеиваются многие миллионы тонн различных металлов, в том числе и свинца с кадмием. Крупные аккумуляторные производства являются источником совместного загрязнения природы этими элементами. До 1% свинца и кадмия содержат фосфорные удобрения, откуда в почву, а, следовательно, и в пищевые продукты попадает определенное количество этих веществ (Ревелль П., Ревелль Ч., 1995; Свинец в окружающей среде, 1987; Кабата Пендиас А., Пендиас Х.,1989). Вместе с тем и пути проникания в организм у свинца и кадмия идентичны. Если некоторые токсичные вещества .. могут попадать в организм только через воздух W (бензапирен) или воздух и воду (нитраты), то пути свинца и кадмия - это воздух, почва, питьевая вода, пища (Габович Р.Д., Припутина Л.С.,1987). Оба металла легко встраиваются в пищевые цепи. Известно, что вдоль автодорог в почве многократно увеличено количество свинца и кадмия, выбросы в атмосферу промпредприятий перегоняются ветром на значительные расстояния и осаждаются осадками, при этом возросшее число кислотных дождей способствует увеличению растворимости солей металлов в воде (Cerna М., 1997; Svensson BG. Et., 1987). Иловые отложения с очистных станций используются для удобрений сельскохозяйственных полей. Из почвы тяжелые металлы легко переходят в растения. Есть предположение, что почвенные организмы способны переводить «нерастворимый в воде» металл в доступную для растений форму (Эйхлер В., 1993). Наличие свинца и кадмия было обнаружено во всех частях растений. Кроме того, Эйхлер указывает, что в некоторых опытах содержание металла в корнях и почве было одинаково.
Для того чтобы продукт был допущен для питания населения он, помимо приемлемых органолептических свойств, питательной ценности и необходимых технологических достоинств, должен быть безопасен в эпидемическом и токсикологическом отношении (Безвредность пищевых продуктов,1987, СанПиН 2.3.2.1078-01). Встраивание тяжелых металлов в пищевые цепи, попадание таких «блюд» на стол к человеку, является большой проблемой сегодняшнего дня.
Селен, по утверждению ряда авторов (Ковальский В.В., 1952; Авцын А.П. и др., 1986), относится к эссенциальным/ то есть, необходимым, микроэлементам. Организм проходит ряд стадий по мере того, как концентрация «эссенциального вещества» увеличивается от состояния недостаточности до состояния, характеризующегося избыточным содержанием. При «абсолютном дефиците» наступает смерть, с увеличением приема вещества его содержание в организме достигает плато, что сопровождается оптимальным функционированием организма. При дальнейшем же поступлении вещества в организм в избытке появляются признаки токсичности, а затем и проявления «летальной токсичности». То есть «каждый элемент имеет присущий ему диапазон безопасной экспозиции, который поддерживает оптимальные тканевые концентрации и функции; и у каждого микроэлемента имеется свой токсический диапазон, когда безопасная степень его экспозиции превышена» (Авцын А.П. и др., 1991).
Фоновое содержание селена, кадмия и свинца в организме и корме птицы
Одной из задач первой серии экспериментов являлось установление фонового содержания свинца, кадмия и селена в корме, органах и тканях птицы, а также определение уровня аккумуляции свинца и кадмия в организме цыплят.
Комбикорм, используемый в птицеводстве, своим составом полностью обеспечивает потребность бройлеров во всех питательных веществах в различные периоды выращивания. Цыплята контрольной и опытных групп получали равное количество питательных веществ, их рацион отличался лишь добавками тяжелых металлов и селена.
Содержание селена в комбикорме, установленное нами, находилось на уровне (0,010 ± 0,004) мг/кг корма. То есть, группы, получавшие только основной рацион или добавки тяжелых металлов, получали одинаковое количество селена, соответствующее физиологическим нормам. Другими словами, селена, содержащегося в корме, было достаточно, чтобы не развился селено дефицит, но его также не было слишком много для возникновения острых или хронических селенотоксикозов. С другой стороны, при добавлении в рацион солей тяжелых металлов, данного количества селена не хватит для выведения токсичных элементов (Петрухин И.В., 1980).
Максимально допустимый уровень содержания свинца, принятый в комбикормовой промышленности, равен 3-5 мг/кг корма. Для кадмия эта величина равна 0,3 мг/кг корма. Обнаруженное нами количество свинца в корме равнялось
(2,56 ± 0,38), кадмия- (0,22 ± 0,04) мг/кг корма.
На рис.1 показано содержание селена в мышцах и печени цыплят- бройлеров. Обнаруженное количество селена в мышцах в контроле равно . 0,322 мг/ кг, в группе, принимавшей тяжелые металлы, оно уменьшается до 0,261 мг/
кг (Р 0,001)- на 18,9%. Видимо, часть селена
Содержание селена в мышцах и печени цыплят-бройлеров
Группы: 1- контрольная; 2- Тяжелые металлы; 3- Селен органический; 4- Селен неорганический; 5- Тяжелые металлы и селен органический; 6- Тяжелые металлы и селен неорганический взаимодействовала с кадмием и свинцом, что привело к снижению микроэлемента в тканях. В группе, принимавшей селен органический, содержание селена в мышцах достоверно возросло в сравнении с контролем до 0,370 мг/ кг, то есть на 14,9% (Р 0,01). При приеме селенита натрия количество селена увеличилось на 23,0% - до 0,396 мг/кг (Р 0,001). У птиц, принимавших тяжелые металлы и детоксиканты, содержание селена достоверно не отличалось от контрольного значения, как при приеме препарата «Селена Вел», так и при употреблении селенита натрия.
В печени птиц контрольной группы содержание селена составило 0,358 мг/ кг. Употребление кадмия и селена /А достоверно снизило количество селена на 8,7% - до 0,327 мг/ кг (Р 0,05). При приеме препарата «Селена Вел» содержание селена в органе возросло до 0,548 мг/ кг - на 53,1% (Р 0,001), селенит натрия увеличил количество элемента до 0,555 мг/ кг - на 55,0% (Р 0,001). При одновременном употреблении тяжелых металлов и органического селена содержание селена в печени составило 0,475 мг/ кг (Р 0,001)- на 32,7% выше, чем в jgy контроле. В группе, принимавшей токсические элементы и неорганический селен, обнаружено 0,419 мг/ кг селена (Р 0,001) - на 17,0% больше контрольного значения.
В таблице б показаны данные Фонового распределения свинца в организме птицы. Содержание свинца не превышает 0,500 мг/кг, больше всего его обнаружено в пере 0,437 мг/кг, далее: кости (0,243 мг/кг) сердце (0,227 мг/кг) почки (0,217 мг/кг) печень (0,185 мг/кг) ткани фг желудка (0,134 мг/кг) мясо (0,124 мг/кг). Важно отметить, что в группах, получавших селеновые добавки без тяжелых металлов, распределение свинца по органам было аналогичным: перо кости сердце почки печень ткани желудка мясо. При этом концентрация свинца в органах бройлеров из второй и третьей опытных групп достоверно отличалась в меньшую сторону от содержания металла в тех же органах птицы контрольной группы.
Производственная проверка
Содержание гемоглобина в крови птиц в первом эксперименте стабильно во всех группах, кроме первой опытной. Несмотря на некоторые колебания в концентрации гемоглобина, различия достоверны лишь в случае токсикации птиц - уменьшение показателя на 11,3%(табл. 19).
При подборе оптимальной концентрации детоксиканта во втором эксперименте данные всех групп, получавших селен, не отличались достоверно от контроля (табл.20). Группы: К-контрольная; опытные: 1- тяжелые металлы; 2- органическое соединение селена; 3- неорганический селен; 4- ТМ и органическое соединение селена; 5- ТМ и неорганический селен. уменьшают количество эритроцитов. Использование селена неорганического как детоксиканта показало лучшие результаты, чем органическое соединение, но в обоих случаях данные достоверно не отличались от контроля.
При использовании селенита натрия содержание эритроцитов нормализовалось при концентрациях детоксиканта 1,0; 1,5; 2,0 МДУ селена/ кг корма. Концентрация селена 0,5 МДУ не увеличило содержание эритроцитов. Данные группы, получавшей это количество селена, достоверно отличались от контроля на 13,5% и оказались равны показателям первой опытной группы (получавшей токсины). Группы: 1-контрольная; опытные: 2- тяжелые металлы; 3- ТМ и 0,5 МДУ селена; 4- ТМ и 1,0 МДУ селена; 5- ТМ и 1,5 МДУ селена; б- ТМ и 2,0 МДУ селена Содержание лейкоцитов в первой опытной группе уменьшилось на 38,8%. Добавка к основному рациону селена, как органического, так и неорганического, не дает достоверных изменений данного показателя. Препарат «Селена Вел» увеличивает содержание лейкоцитов на 30,0%, но отличие от контроля составляет 20,4%. При использовании детоксиканта- селенита натрия - содержание лейкоцитов не отличается от контроля.
При применении различных концентраций селенита натрия для выведения тяжелых металлов добавка в корм 1,0 и 1,5 МДУ селена/кг показывает данные, достоверно не отличающиеся от контрольных. Применение детоксиканта в концентрации 0,5 МДУ восстанавливает содержание
Ф лейкоцитов на 17,2%, но разница с контролем составляет 23,9%. При использовании 2,0 МДУ селена увеличение количества лейкоцитов равно 17,6%, отличие от контроля Применение селенита натрия эффективнее для нормализации биохимических и общих показателей крови птиц. Концентрации селена 1,5 и 1,0 МДУ/кг корма в большинстве случаев показали лучшие результаты. Существуют экономические показатели оценки эффективности откорма бройлеров, которые очень важны на производстве. По результатам производственной проверки была рассчитана экономическая эффективность применения селенита натрия в случае загрязнения кормов тяжелыми металлами при выращивании бройлеров. Результаты представлены в таблице 21.
Результаты опытной группы, потреблявшей тяжелые металлы, по всем показателям отставали от контроля: по валовому приросту на 206,8 кг или 35,8% за счет снижения сохранности и среднесуточного прироста; по живой массе на голову 165,7 г. или 8,4%, по выходу мяса на 195,3 кг. Во второй опытной группе, получавшей селенит натрия одновременно с тяжелыми металлами, результаты незначительно отличались от контрольных. При несколько меньшей сохранности живая масса выше, чем в контрольной группе.
Исходя из того, что себестоимость продукции во второй опытной группе была ниже на 5 9,3%, чем в первой и практически не отличалась от контрольной, то прибыль возросла. В связи с увеличением прибыли и снижением себестоимости увеличился такой важный показатель, как рентабельность. Таким образом, использование при выращивании бройлеров селенита натрия оказало положительный эффект на мясную продуктивность при откорме, сохранность поголовья, снижения затрат, что в конечном итоге способствовало повышению эффективности и рентабельности при производстве мяса бройлеров.
