Содержание к диссертации
Введение
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9
1.1. Проблема загрязнения фтором территории различных регионов Российской Федерации и стран СНГ 9
1.2. Загрязнение почв и растительной продукции фтором в г. Красноярске и его окрестностях 15
1.3. Влияние фтора и его соединений на организм животных и человека 26
1.3.1. Пути поступления фтора в организм животных и человека,
его распределение и выведение из организма 26
1.3.2. Токсические и физиологические дозы фтора 28
1.3.3. Влияние различных доз фтора на органы и системы организма 30
1.4. Биотестирование как метод оценки биологической ценности и степени токсичности различных объектов 41
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 46
2.1. Схема исследований 46
2.2. Методы изучения степени токсичности воды и относительной биологической ценности кормов, овощей и продуктов животного происхождения 50
2.3. Методы изучения влияния фтористого натрия на параметры периферической крови и костного мозга 52
2.4. Методы статистической обработки полученных результатов 54
3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 56
3.1. Результаты определения массового содержания фторидов в различных объектах, пробы которых получены из зон промышленного загрязнения фтором 56
3.2. Результаты биотестирования различных объектов, полученных из зон промышленного загрязнения фтором, различной интенсивности 68
3.2.1. Результаты оценки степени токсичности воды 70
3.2.2. Результаты биотестирования продуктов растительного происхождения 77
3.2.2.1. Результаты биотестирования зелёной травы 77
3.2.2.2. Результаты биотестирования сена 80
3.2.2.3. Результаты биотестирования огурцов 82
3.2.2.4. Результаты биотестирования картофеля 85
3.2.3. Результаты биотестирования продуктов животного происхождения 87
3.2.3.1. Результаты биотестирования молока 87
3.2.3.1. Результаты изучения биологической и пищевой ценности мяса 94
3.3 Динамика изменений параметров периферической крови и костного мозга при острой и хронической интоксикации фторидом натрия 105
3.3.1. Динамика изменений параметров периферической крови при острой и хронической интоксикации фторидом натрия 106
3.3.2. Динамика изменений пролиферативной активности костного мозга при острой и хронической интоксикации фторидом натрия 113
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 122
ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 125
ПРИЛОЖЕНИЯ 128
- Проблема загрязнения фтором территории различных регионов Российской Федерации и стран СНГ
- Методы изучения влияния фтористого натрия на параметры периферической крови и костного мозга
- Результаты биотестирования различных объектов, полученных из зон промышленного загрязнения фтором, различной интенсивности
Введение к работе
Актуальность
Научно-технический прогресс привёл современное человечество к тому, что различные виды загрязнения природной среды в результате деятельности человека приняли во многих государствах угрожающие размеры. Такая ситуация сложилась потому, что законы современной экономики диктуют принципы экономической целесообразности, а пагубное влияние на природу учитывается недостаточно (особенно на территории России).
Экологическая ситуация во многих регионах России признана критической. Одним из таких регионов является Красноярский край, на его территории располагаются крупные предприятия энергетической, химической промышленности, цветной металлургии, атомной энергетики, достаточно развит агропромышленный комплекс. Все эти предприятия, в той или иной степени наносят вред окружающей среде: изменяются природные ландшафты, рельеф, химический состав и другие свойства почв и вод, изменяется климат, что в свою очередь влияет на растительность, животных и человека. Таким образом, можно говорить о том, что практически вся экономическая деятельность человека приводит к нарушению экологического гомеостаза, что в свою очередь приводит к эффекту «бумеранга».
В Красноярском крае эффектом бумеранга можно считать чрезвычайное загрязнение некоторых территорий тяжёлыми металлами и фтором.
На территории края располагаются два гиганта алюминиевой промышленности (основным компонентом выбросов которых является фтор и его соединения) - это Красноярский и Саянский алюминиевый заводы. Кроме этого, начато строительство ещё одного завода по выплавке алюминия в районе города Тайшет.
5 Влияние тяжёлых металлов на организм животных и человека изучено
достаточно глубоко и разносторонне, тогда как влияние фтора и других галогенов на организм остаётся недостаточно изученным. Кроме этого не до конца выявлены источники и объём поступления фторидов в организм животных и человека.
Таким образом, изучив проблему влияния эмиссии фторидов в окружающую среду можно прийти к пониманию механизма и степени как прямого, так и опосредованного воздействия фтора на физиологическое состояние организма животных и человека. Выявить источники и объёмы поступления фторидов в организм животных и человека, оценить степень снижения биологической и пищевой ценности тех или иных сельскохозяйственных продуктов и кормов, получаемых на территориях, подверженных промышленному загрязнению фторсодержащими выбросами.
Цель и задачи научных исследований.
Целью данной работы явилось: изучение влияния фтора на физиологическое состояние организма животных, биологическую и питательную ценность продукции животноводства, кормов и воды.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
определить массовое содержание фторидов в почвах, воде, кормах, продуктах растительного и животного происхождения;
оценить биологическую и питательную ценность продукции животноводства, а так же воды и кормов, получаемых из районов неблагополучных по загрязнению фтором и его соединениями;
оценить влияние фтора на физиологическое состояние организма животных на примере динамики изменения основных параметров периферической крови и костного мозга при острой и хронической интоксикации.
Научная новизна.
Научная новизна нашей работы заключается в том, что:
Изучена динамика изменения основных показателей периферической крови и костного мозга (включая изучение изменения пролиферативной активности клеток эритро- и миелоцитарного ростков костного мозга) при острой и хронической интоксикации фторидом натрия.
Изучено количественное содержание фторидов в пробах почвы, воды, кормов, овощей, и молока, полученных из зон находящихся на расстоянии 6, 8, 14, 18, 22, 24 и 40 км от источника загрязнения фтором и его соединениями, которым является АО «КрАЗ».
Изучена степень токсичности воды, биологическая ценность кормов и овощей, полученных из зон загрязнения фтором АО «КрАЗ» различной интенсивности.
Изучена пищевая и биологическая ценность продукции животноводства (мясо и молоко), полученной из зон промышленного загрязнения фтором.
Практическая ценность.
Результаты нашей работы позволят оценить возможный объём поступления фторидов в организм животных и человека и степень снижения биологической ценности продуктов и кормов, получаемых на территориях, загрязняемых фтором, а также научно обосновать правила и параметры ветеринарно-санитарной экспертизы продукции животноводства и растениеводства, полученной на загрязнённых фтором территориях.
Апробация работы.
Материалы работы доложены на:
XI симпозиуме «Гомеостаз и экстремальные состояния организма». 19 -23 мая. Красноярск.
Всероссийской науч.-практич. конференции «Аграрная наука на рубеже веков». 4-6 сентября 2003г. г. Красноярск.
II Всероссийской науч.-практич. конференции «Научно-технический прогресс в животноводстве России - ресурсосберегающие технологии производства экологически безопасной продукции животноводства». ВИЖ Московская область, пос. Дубровицы. 29 сентября - 2 октября.2003г.
5 международной науч.-технич. конференции «Пища. Экология. Человек». Москва 22 - 23 октября 2003г.
4 международной конференции «Актуальные проблемы современной науки». Самара 10-12 сентября 2003г.
Конференции молодых учёных Красноярского научного центра СО РАН 2003 г.
- Заседаниях краевого отделения общества физиологов, г. Красноярск
2002 - 2003 гг.
Положения, выносимые на защиту.
Степень снижения биологической и пищевой ценности продуктов животного и растительного происхождения, получаемых на территориях, расположенных на различном расстоянии от источника промышленного загрязнения фтором.
Обоснование снижения ветеринарно-санитарной оценки продукции животного и растительного происхождения, получаемой на загрязняемых фторидами территориях.
8 3. Характеристика изменений, возникающих в периферической крови
и костном мозге при острой и хронической интоксикации фтором.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, из них: 2 - статьи и 4 - тезисы и материалы конференций.
Объём и структура работы.
Материалы диссертации изложены на 136 страницах машинописного текста и включают в себя: введение, обзор литературы, материалы и методы исследований, результаты исследований, обсуждение результатов исследований, выводы и практические предложения. Материал иллюстрирован 34 таблицами и 19 рисунками. Список использованной литературы содержит 127 источников, из которых 67 иностранных.
Проблема загрязнения фтором территории различных регионов Российской Федерации и стран СНГ
В Государственном докладе Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ «О состоянии природной и окружающей среды Российской Федерации в 1995» г. отмечается, что в 284 городах России средние за год концентрации фторида водорода достигали 4 ПДК (предельно допустимой концентрации). Максимальные же разовые концентрации фторида водорода больше 1 ПДК имеют место в 95% городах, в которых проводятся наблюдения. Наибольший уровень загрязнения фтористым водородом отмечен в Каменск-Уральском, Новокузнецке и Шелихове за счет наличия большого количества предприятий цветной и чёрной металлургии, а также в г. Тольятти с развитой химической промышленностью, в том числе по производству минеральных удобрений, а также, лесной, строительной отрасли и энергетики.
В последние годы особенно остро встаёт проблема импактного (высокого локального) фторидного загрязнения агроэкосистем, непосредственно прилегающих к предприятиям - источникам загрязнения.
Наибольшую опасность в сибирском регионе представляют комбинаты-гиганты по производству алюминия, такие как Красноярский, Саянский, Братский, Иркутский алюминиевые заводы, выбрасывающие в атмосферу не только большое количество фтора, но и натрий. Такой характер выбросов обусловлен технологией получения алюминия, связанной с разрушением кристаллической решётки глинистых минералов (бокситов). На одну тонну произведённого алюминия в атмосферу выбрасывается до 7 кг фтора в форме HF, NaF, пыли. Высокое содержание натрия в выбросах алюминиевого завода связано также и с использованием криолита при плавлении алюминия. Использование технологий дезактивации поллютантов, которые обычно применяются в случае обезвреживания токсикантов, при компактном размещении промышленных отходов не представляется возможным при загрязнении агроэкосистем из-за больших площадей пашни и других видов сельскохозяйственных угодий, высокой стоимости рекультивационных работ и возможных отрицательных экологических последствий.
Таблица 1 - в скобках данные Моршиной Л. И. 1986г.
Наиболее массивному загрязнению подвергаются почвы территорий, непосредственно прилегающих к источнику загрязнения, а по мере удаления от него концентрация фторидов постепенно уменьшается. По данным исследователей из г. Иркутска [1] содержание в почвах водорастворимых фторидов в непосредственной близости от алюминиевого завода превышало ПДК в 6 - 7 раз, на расстоянии в 2 км - в 3 - 3,5 раза и на расстоянии 4-5 км. в 1 - 2 раза. Эти данные согласуются с результатами аналогичной работы проделанной в республике Хакасия в окрестностях Саянского алюминиевого завода [2, 3].
В кормах, выращенных на загрязнённой почве, содержание фтора превышает предельно допустимые концентрации. Согласно литературным данным [1], на незагрязнённых фтором территориях в надземной части растительности содержание фтора не превышает 30 мг/кг, а обычно колеблется в пределах 1-18 мг/кг. Содержание его в зерне ячменя - 0.5 - 5.5, пшеницы 0.4 - 2.0, овса - 0.2 - 3.2, ржи — 1.4 - 3.0, гречихи - 2.0 - 4.0 мг/кг. Однако при высоком уровне загрязнения почв концентрация фторидов в зерне хлебных злаков может возрасти до 14-36 мг/кг. Предельно допустимой концентрацией в кормах считается 30 -40 мг/кг сухой массы [1].
Авторы работ [4, 5] указывают на то, что содержание фтора в зелёных частях растений, растущих в экологически благоприятной зоне, не превышает 10 мкг на 1г сухого вещества. Значительно выше концентрация фтора была в растениях, произрастающих в 5-ти километровой зоне от алюминиевого завода. Например, в сене гороховом содержание фтора составило 300 мкг/г сухого вещества. Наибольшее количество фтора, по данным авторов работы [6], накапливается в вегетативных частях кукурузы, люцерны и, соответственно, в изготовляемых из этих культур силосе и сенаже. В сенаже люцерновом - 350 мкг/г, в силосе кукурузном - 220 мкг/г [6].
Для пищевых продуктов показатель допустимой остаточной концентрации (ДОК) фтора составляет - 2,5 мг/кг готового продукта.
В работе казахстанских исследователей [7] приведены данные о концентрации фторидов в растениях, полученных из зон загрязнения Жамбыл-Каратаукского ТПК, республика Казахстан (Таблица 2). Таблица 2
Содержание фтора в растениях, выращенных вблизи источника загрязнения, мкг/г сухого вещества.
Методы изучения влияния фтористого натрия на параметры периферической крови и костного мозга
Изучение степени токсичности воды, биологической ценности кормов, овощей, молока и мяса проводили с помощью экспресс-метода оценки относительной биологической ценности продуктов и кормов [112].
В данном методе в качестве тест-организма используется инфузория Tet-rahymena pyriformis штамм WH!4. Культивирование инфузорий осуществляли на пептонной питательной среде, для приготовления которой к 100 мл дистиллированной воды добавляют: 2,0 г пептона бактериологического, 0,5 г глюкозы, 0,1 г дрожжевого экстракта, 0,1 г натрия хлорида. рН среды доводят до 7. Пересевы для поддерживания культуры инфузорий проводили через 7 дней.
Для определения биологической ценности продуктов растительного и животного происхождения использовали углеводно-солевую среду (УСД), для её приготовления к 100 мл дистиллированной воды добавляют: 1,5 г глюкозы, 0,1 г дрожжевого экстракта, 0,1 г натрия хлорида. рН среды доводят до 7. Эта же среда использовалась для длительного хранения культуры инфузорий (до 2-3 месяцев).
Для успешного проведения анализа необходимо внести навеску исследуемого объекта в количестве 0,6 мг. по азоту во флакон с двумя миллилитрами среды УСД (на один повтор).
При исследовании мяса соответствующую навеску помещают в ступку и тщательно растирают. Затем туда же добавляют 2 мл среды УСД и гомогенизируют.
При исследовании молока пробы отбирали в стерильные флаконы тёмного стекла и исследовали в течение 3 часов. За 15-20 минут до постановки анализа молоко прогревали на водяной бане при температуре 30 С в течение 10 минут для равномерного распределения жира. Затем молоко вносят в количестве 0,6 мг по азоту во флаконы с двумя миллилитрами среды УСД.
Корма и овощи тщательно измельчали и пропускали через сито (пропускающее частицы размером не более 280 нм.) рН полученной смеси доводят до 7.
Флаконы, содержащие 2 мл среды УСД и соответствующую навеску исследуемого продукта, закрывают пробкой и стерилизуют в кипящей воде в течение 30 минут. После охлаждения до комнатной температуры в каждый флакон пастеровской пипеткой в стерильных условиях вносили по одной капле трёхсуточной культуры инфузорий Tetrahymena pyriformis, выращенной на пептонной среде. Далее флаконы помещали в термостат при температуре 25 С на четверо суток. В течение этого времени для лучшей аэрации среды и взмучивания пищевого субстрата флаконы встряхивали 2-3 раза в день.
Для оценки степени токсичности воды использовали лептонную питательную среду, но готовили её на основе исследуемых образцов воды, в контроле использовали дистиллированную воду. Результаты учитывали через четверо суток.
Каждый исследуемый образец исследовали дважды в трёх повторностях для получения средних показателей.
Основным показателем является относительная биологическая ценность исследуемых образцов, которую определяли путём подсчёта выросших за четверо суток клеток инфузорий (количество биомассы). Подсчёт клеток инфузорий вели в счётной камере Горяева. Для получения среднего результата подсчёт дублировали.
Кроме количества клеток инфузории (количество биомассы тест-организма) нами учитывалось количество инцистированных форм клеток и количество делящихся клеток (динамика прироста биомассы тест-организма). Учёт этих показателей позволяет более точно оценить степень токсичности исследуемых объектов.
Кроме этого нами изучалась биологическая ценность мяса по белково-качественному показателю (БКП), для чего определяли количество оксипро-лина и триптофана (колориметрическим методом).
Изучение влияния фтористого натрия на физиологическое состояние организма осуществляли путём учёта изменений в периферической крови и костном мозге при острой и хронической интоксикации фторидом натрия.
Схема данного эксперимента изображена на рисунке 3. В эксперименте использовали 200 белых беспородных мышей массой 23 - 27 г. Животных разделили на две подопытные и две контрольные группы. Животным первой подопытной группы фтористый натрий вводили подкожно в дозе 45 мг/кг (LD5o для мышей). Таким образом, получали острую интоксикацию фтором. Контролем служили животные, которым вводили изотонический раствор хлорида натрия в том же объёме. Мыши второй подопытной группы свободно потребляли раствор фторида натрия в дистиллированной воде (концентрация 30 мг F/л) в течение 4 месяцев. Количество фтора, поступившего в организм, учитывали путём регулярного измерения объёма выпитого раствора и последующего пересчёта. В результате пересчёта выяснилось, что в среднем поступление фтора в организм составило 0,154 мг фтора (F) на одно животное в сутки. Эта доза соответствует 5 мг FVKr массы тела в сутки. Таким образом, получали хроническую интоксикацию фтором. Контрольные животные потребляли питьевую воду, не содержащую фторидов.
Значения параметров периферической крови оценивали общепринятыми методами, а именно: количество лейкоцитов подсчитывали в камере Го-ряева, количество эритроцитов определяли на фотоэлектроколориметре-нефелометре с помощью калибровочных кривых и пересчётного коэффициента. Содержание ретикулоцитов определяли в мазках крови, при суправи-тальной окраске бриллианткрезиловым синим. Картину костного мозга и периферической крови оценивали в мазках, окрашенных по Паппенгейму.
Изменения показателей периферической крови и костного мозга у животных первой группы учитывали через 2 и 3 часа после введения фторида натрия, а у животных второй - через 1, 2, 3 и 4 месяца после начала потребления ими воды, содержащей повышенное количество фтора.
Кроме этого, проводилась органолептическая оценка повреждения внутренних органов в результате интоксикации (и их фотографирование, см. приложения).
Результаты биотестирования различных объектов, полученных из зон промышленного загрязнения фтором, различной интенсивности
Пробы воды, используемой для водопоя животных, отбирали в населённых пунктах, находящихся на расстоянии: 6 (Кубеково), 8 (Ермолаево), 14 (Худоногово), 18 (Серебряково), 22 (Частоостровское) и 24 км (Татарская) от источника загрязнения.
Комментируя результаты представленные в таблице 19 и на рисунке 4 необходимо сказать, что в качестве контрольных представлены показатели, характеризующие рост и развитие культуры инфузорий на стандартной питательной среде, для приготовления которой использовалась дистиллированная вода.
Значение показателя количества инфузорий было ниже контрольного при исследовании проб воды, полученной на расстоянии 6 (Кубеково), 8 (Ермолаево) и 14 км (Худоногово) от источника загрязнения.
Наиболее низкое значение показателя количества клеток инфузорий было зарегистрировано в пробах воды, полученных на расстоянии 14 км от ИЗ (Худоногово). Колинество инфузорий составило 2,1х 10 /мм", что соответствует 52,6 % от значения этого показателя в контроле. При биотестировании воды пробы, которой получены на расстоянии 6 (Кубеково) и 8 км (Ермолае-во) от ИЗ количество тетрахимен составило 2,29 х10 /мм (57,4 % от контро-ля) и 2,18x10 /мм (54,6 % от контроля) соответственно. При биотестировании проб воды из д. Серебряково (18 км от ИЗ) количество тетрахимен соста-вило 3,75х 107мм , что соответствует 94 % от контроля. Значение показателя количества клеток Tetrahymena pyriformis полученное при исследовании проб воды из Частоостровского (22 км от ИЗ) и Татарской (24 км от ИЗ) составило 4,155 и 4,86 х102/мм3 или 104,1 и 121,8 % от контроля соответственно. Таким образом, максимальное значение этого показателя регистрировалось при исследовании проб воды полученной из д. Татарская.
Высокие значения показателя количества инцистированных (округлых и неподвижных) форм клеток инфузории Tetrahymena pyriformis регистрировались при биотестировании проб воды, полученных из д. Кубеково (6 км от ИЗ), Ермолаево (8 км от ИЗ), Худоногово (14 км от ИЗ) и Серебряково (18 км от ИЗ). Количество инцистированных форм инфузорий составляло, соответственно: 0,73; 0,68; 0,76 и 0,71 102/мм\ что соответствует 202,8; 188,9; 211,1 и 197,2 % от контроля. Пробы воды, полученные из д. Татарская (24 км от
ИЗ) характеризовались не столь значительным увеличением значения показателя количества инцистированных форм инфузорий по сравнению с контро-лем: 0,51x10 /мм , что соответствует 141,7 % от контроля. А самое низкое значение данного показателя - 0,24x10 /мм (66,7 % от контроля) - регистрировалось при исследовании проб воды, полученных на расстоянии 22 км от ИЗ (Частоостровское), максимальное количество инцистированных (округлых и неподвижных) форм инфузорий регистрировали при исследовании проб воды, полученных из д. Худоногово (14 км от ИЗ).
Значение показателя количества клеток инфузорий, находящихся на разных стадиях деления, было наиболее высоким в пробах воды, полученных из д. Серебряково (0,13x10/мм, что соответствует 185,7 % от контроля). В пробах воды, полученных из д. Татарская и Худоногово, значение этого показателя лишь незначительно превышало значение, полученное в контроле и составляло 0,09x102/мм3 (128,6 % от контроля) и 0,08хЮ2/мм3 (114,3 % от контроля) соответственно. Пробы воды, полученные на расстоянии 6, 8 и 22 км от ИЗ (Кубеково, Ермолаево и Частоостровское), характеризовались пониженным, по сравнению с контролем, количеством делящихся тетрахимен. Так, в пробах воды из Кубеково (6 км от ИЗ) количество делящихся форм со-ставляло 0,06x10 /мм , что соответствует 85,7 % от контроля. В пробах воды из Частоостровского (22 км от ИЗ) количество делящихся форм составляло 0,05х102/мм\ что соответствует 71,4 % от контроля. А самое низкое число делящихся тетрахимен регистрировалось при исследовании проб воды, полу-ченных из Ермолаево (8 км от ИЗ) - 0,03x10 /мм , что соответствует 42,9 % от контроля (см. таб. 19 и рис. 4).
В результате анализа полученных данных можно заключить, что наименьшей токсичностью, по совокупности значений учитываемых показателей, обладали образцы воды, полученные из водоёмов, находящихся на расстоянии 24 км (Татарская) и 22 км (Частоостровское) от источника загрязнения фтором. Низкой биологической ценностью обладали образцы воды из р. Енисей полученные на расстоянии 6 км (Кубеково), 8 км (Ермолаево) и 17 км
(Худоногово). Средними показателями биологической ценности обладали образцы воды, полученные из водоёма, находящегося па расстоянии 18 км от источника загрязнения фтором (Серебря ково).
Графически результаты биотестирования воды, используемой для водопоя животным, изображены на рисунке 4 (все результаты выражены в процентах от значений аналогичных показателей контроля).
