Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 9
1.1 Микроэлементы и их роль в организме животных 9
1.2 Тяжелые металлы, их распространенность и воздействие на организм
1.3 Токсикология кадмия 18
1.4 Токсикология свинца 22
1.5 Сорбенты и их применение 26
2 Результаты собственных исследований
2.1 Материалы и методы исследований 33
2.2 Адсорбционные свойства сорбентов в отношении микроэлементов в опытах in vitro 36
2.3 Влияние сорбентов на усвоение меди, цинка, железа, марганца и кобальта 38
2.4 Изучение эффективности применения бентонита при контаминации рационов свинцом и кадмием в хроническом опыте на крысах 42
2.4.1 Гистроструктура органов крыс при воздействии тяжелых металлов и применении бентонита 52
2.5 Изучение эффективности бентонита и модибента при контаминации рационов бычков свинцом и Кадмием 58
3 заключение 76
Практические предложения 90
Список использованной литературы
- Токсикология кадмия
- Сорбенты и их применение
- Адсорбционные свойства сорбентов в отношении микроэлементов в опытах in vitro
- Гистроструктура органов крыс при воздействии тяжелых металлов и применении бентонита
Токсикология кадмия
В настоящее время вопросы минерального питания не теряют своей актуальности: отечественными и зарубежными исследователями уделяется большое внимание изучению влияния микроэлементов на процессы пищеварения и обмена веществ у жвачных животных. Микроэлементы относятся к жизненно необходимым минеральным биологически активным веществам (БАВ) потому, что многие из них входят в структуру различных биологических регуляторов обмена веществ. В ряде случаев они являются составной частью молекул ферментов или активируют их функции, некоторые микроэлементы включаются в молекулярные структуры витаминов, гормонов и других биологически активных соединений, находящихся в кормах, в том числе в белковые и небелковые соединения, образовывая так называемые металлоорганические (металлосодержащие) вещества, в частности, металлсодержащие ферменты. Минеральные вещества имеют большое значение для нормальной жизнедеятельности организма, поскольку они являются необходимой основой для построения опорных систем, входят в состав клеток, тканей, органов и жидкостей, участвуют во всех биохимических процессах, протекающих в живом организме на всех его структурных уровнях [43, 134, 181].
Содержание различных микроэлементов и их уровень в растительных кормах животного происхождения определяются наличием их в почве, в воде и даже в воздухе той зоны, где заготовлены корма. Иначе говоря, микроэлементный состав кормов определяется так называемыми биогеохимическими провинциями, зонами, областями, различающимися по содержанию в почве, воде и т.п. химических элементов. В зависимости от зоны заготовки содержание микроэлементов в кормах значительно колеблется. Несмотря на широкие колебания содержания микроэлементов в кормах, их уровень в органах и тканях животных остается довольно постоянным благодаря способности организма в поддержании гомеостаза минеральных веществ. В процессе жизнедеятельности животного минеральные вещества выводятся из организма, и поступление их вместе с кормом и водой предохраняет животных от деминерализации. Для нормального протекания жизненных процессов необходимо поступление в организм животного с кормами определенного количества минеральных веществ и определенное их соотношение между собой и другими веществами (протеинами, углеводами, жирами, витаминами) [24, 120].
В опытах на животных показано, что при сбалансированности рационов по минеральным веществам повышается использование азота и увеличивается синтез белка. Существует и обратная зависимость, когда под действием оптимального обеспечения животных органическими компонентами (белок, жир, углеводы) повышается использование минеральных веществ. Все это свидетельствует о роли минеральных веществ в регуляции обменных процессов, в поддержании нормального физиологического состояния животных и стимулировании их продуктивности. Поэтому дополнять рацион сельскохозяйственных животных минеральными веществами нужно всегда с большой осторожностью [22].
На основании современных данных к группе жизненно необходимых микроэлементов можно отнести марганец, цинк, кобальт, медь, железо, кремний, бром, йод, фтор, мышьяк, селен и молибден.
Марганец (Mn) активирует в кормах функции аргиназы, цистиндисульфгидразы, гликозилтрансферазы и др. Активная деятельность лейциноаминопептидазы происходит только в присутствии марганца. Предполагается, что этот микроэлемент принимает участие в процессах окислительного распада питательных веществ кормов при их хранении и в биохимических превращениях жирных кислот, мукополисахаридов и других высокомолекулярных соединений корма. Марганец входит как структурная единица в молекулу фермента – щелочную фосфатазу [181]. Он играет важную роль в образовании соединительной ткани и хрящей. Также он необходим для нормального липидного и холестеринового обмена. Всасывание марганца происходит в начальном отделе кишечника. Поступив в кровяное русло, он накапливается в печени, откуда распределяется между органами и тканями. Большего всего марганца обнаруживают в печени 0,25 – 0,29, поджелудочной железе – 0,175, почках – 0,132 (мг на 100 г свежих органов). Большое количество марганца накапливается в печени эмбриона в последние три месяца его развития, благодаря чему новорожденные безболезненно переносят недостаток марганца в молоке. Мало его в надпочечниках, мышцах, легких. Относительно много марганца в костях [82].
Железо (Fe) входит в состав гемоглобина, трансферинов, миоглобина, ферментов – цитохромов, каталазы, пероксидазы, щелочной фосфатазы, ксантиноксидазы, сукцинатдегидрогеназы и в другие биологически активные вещества [181]. Соединения железа, поступающие с пищей в желудок, под влиянием соляной кислоты переводятся в хлориды, которые могут вступать в соединения с белками пищеварительных соков, образуя альбумины. Всасывание происходит в верхнем отделе тонких кишок. Двухвалентное железо быстрее всасывается, чем трехвалентное. При всасывании образуется белковое соединение железа – ферритин, который является передатчиком железа из кишечника в плазму крови. Поступающее в кровь железо почти полностью связывается с белками плазмы и из крови переходит в различные органы, где накапливается. Главные депо селезенка – 0,08 – 2% по отношению к СВ, печень – 0,03 – 1,2%, костный мозг, сердечная мышца и поджелудочная железа. В организме железо находится в виде неорганических и органических соединений. Последние представляют собой порфириновую группу. Органами обмена железа в организме служат селезенка и печень. Из депо железо поступает в костный мозг, где используется на построение гемоглобина при формировании эритроцитов. Железо выделяется из организма через стенку толстых кишок и далее с калом [82].
Сорбенты и их применение
Для определения сорбционной активности в отношении микроэлементов провели сравнительную оценку следующих сорбентов: бентонит Биклянского месторождения, модибент, токсфин, экофильтрум и микосорб. В основу эксперимента была положена методика, описанная Крюковым В.С. и соавт. (1992). Каждый опыт проводили на пяти параллельных пробах. В инкубируемых растворах одновременно содержались соли микроэлементов в концентрации 2ПДК по металлу. Для приготовления 20 мл маточного раствора взвешивали 235 мг меди, 1244 мг железа, 440 мг цинка, 360 мг марганца, 13 мг кобальта. Для получения основного раствора 5 мл маточного раствора разбавляли дистиллированной водой до 250 мл. В ряд пробирок с содержанием 10 мл основного раствора микроэлементов вносили исследуемый сорбент по 10 мг.
Из данных рисунка 1 видно, что наибольшими сорбционными свойствами в отношении микроэлементов обладают токсфин (26,7%), модибент (25,7%) и микосорб (24,2%).
Модибент, микосорб, бентонит и токсфин адсорбируют медь в пределах – 58,0 - 34,8%. Экофильтрум связывает 22,2% меди. В целом медь адсорбируется интенсивно – в среднем по всем сорбентам связывается 38,3% микроэлемента.
При сочетанной адсорбции ТМ железо связывается микосорбом в количестве 29,8%; модибентом – 26,3%; бентонитом – 16,6%. Токсфин и экофильтрум адсорбируют железо незначительно.
Цинк адсорбируется (по убывающей), %: токсфин – 18,5; модибент – 16,4; бентонит – 10,1; микосорб – 9,0; экофильтрум – 6,3. В среднем по всем сорбентам связывание цинка составляет 12,1%.
Марганец связывается в среднем по всем сорбентам в количестве 10,9%; наиболее активно его адсорбируют токсфин (15,4%) и экофильтрум (15,3%). Наибольшая адсорбция установлена у кобальта – 44,9% в среднем по всем сорбентам. Активно связывают кобальт экофильтрум (67,0%) и токсфин (63,0%). % 1UU "90 - Бентонит При сочетанной адсорбции микроэлементов наиболее активно связываются медь (38,3%) и кобальт (44,9%). Основываясь на результатах исследования сорбционных свойств сорбентов предположили, что наименьшей адсорбционной активностью в отношении микроэлементов обладают экофильтрум и бентонит.
В данном эксперименте изучали суточный баланс меди, цинка, железа, марганца и кобальта в организме крыс при включении в рационы бентонита, модибента, токсфина, экофильтрума и микосорба.
Балансовый опыт проводили по общепринятой методике в соответствии с Методическими указаниями по определению токсических свойств препаратов, применяемых в ветеринарии и животноводстве (1988). Учетный период опытов составил 3-е суток. Были сформированы 6 групп животных средней живой массой 100,0 г., по 10 особей в каждой. В ходе опытов крысы получали полнорационный комбикорм в соответствии с действующими нормами кормления. Крысы получали сорбенты в дозе 1% от массы комбикорма: 1 группа - бентонит; 2 группа – модибент; 3 группа – токсфин; 4 группа – экофильтрум; 5 группа – микосорб. Крысы 6-й группы (контрольной) получали комбикорм без включения сорбента.
В ходе опыта вели учет потребленного корма, остатков корма и экскрементов крыс. В средних пробах определяли содержание меди, цинка, железа, марганца и кобальта методом атомно-абсорбционной спектрометрии на AAC Perkin Elmer Analyst 200. На основе результатов исследования рассчитывали баланс изучаемых микроэлементов в организме животных. В первом балансовом опыте крысы получали комбикорм с содержанием микроэлементов в соответствии с нормами кормления. Во втором балансовом опыте комбикорм содержал повышенное количество железа, цинка, меди, кобальта и пониженное количество марганца.
Результаты балансовых опытов на крысах (таблицы 2, 3) показывают, что уровень усвоения микроэлементов в организме животных контрольной группы находится в прямой зависимости от их концентрации в корме. Исключением является марганец – с понижением концентрации в корме усвоение микроэлемента незначительно повышается.
Введение в рацион сорбентов в целом снижает усвоение микроэлементов. Так, при содержании железа 59 мг/кг корма усвоение снижает модибент (на 4,5%) и экофильтрум (на 5,1%). Усвоение цинка при его концентрации в корме 24,48 мг/кг бентонит снижает на 8,9%; модибент на 3,4%; токсфин на 20,7%; экофильтрум – на 19,1%; микосорб – на 21,6%.
Адсорбционные свойства сорбентов в отношении микроэлементов в опытах in vitro
При сочетанном отравлении животных свинцом и кадмием и применении бентонита изменения в содержании общего белка и его фракций были схожи с 2 группой. Так, количество общего белка понизилось на 2,4%, альбуминов - на 8,8%, -глобулинов - на 13,3%, а количество -глобулинов повысилось на 53,3% по сравнению с контрольными показателями.
В группах бычков, в рацион которых входил модибент (2 группа) и бентонит (5 группа), наблюдалось незначительное повышение общего белка, альбуминов и -глобулинов и понижение -глобулинов.
Таким образом, результаты исследований показали, что применение модибента и бентонита в рационах откармливаемых бычков в дозе 1% от сухого вещества рациона способствует нормализации обмена веществ.
Результаты исследований естественной резистентности бычков представлены в таблицах 17 и 18. При сочетанном отравлении животных кадмием и свинцом наблюдалось заметное угнетение показателей фагоцитоза. Так, фагоцитарная активность (ФА) понижалась на 34,2%, фагоцитарный индекс (ФИ) - на 29,4%, фагоцитарное число (ФЧ) - на 57,5%, фагоцитарная емкость (ФЕ) - на 26,7%, а активность лизоцима (ЛАСК) была ниже контрольных показателей на 31,3%.
Включение в рацион модибента и бентонита при отравлении ТМ оказывало положительное влияние на иммунобиологические показатели. Так, ФА в 3 группе понизилась всего на 13,6%, а в 6-ой - на 12,9%, ФЕ 3 группы повысилась на 13,1% и 6 группы - на 12,2%. ФИ, ФЧ, ЛАСК колебались на уровне исходных данных.
У животных, получавших модибент и бентонит без затравки ТМ, показатели фагоцитоза имели тенденцию к повышению. Так, в 2 и 5 группах бычков ФА, ФИ, ФЧ и ЛАСК повысились на 19,0 и 21,3%; 26,7 и 30,1%; 39,2 и 32,9%; 51,7 и 48,6%; 20,9 и 21,0% соответственно.
Примечание: - РП0,05 При отравлении животных ТМ количество Т-лимфоцитов снижалось на 22,3%, а количество В-лимфоцитов - на 13,7% по сравнению с контрольными показателями. При включении в рацион животных модибента и бентонита на фоне затравки ТМ наблюдалось схожее в обеих группах понижение количества Т-лимфоцитов на 8,7-5,4% и В-лимфоцитов - на 0,6%.
В группах (2 и 5), где животным вместе с ОР задавали сорбенты наблюдалось идентичное повышение количества Т- и В-лимфоцитов на 15,5-16,7% и 18,9-21,6% соответственно.
В период эксперимента клинических признаков отравления у бычков опытных групп не было установлено. Потребление воды и корма не изменилось.
За время опыта бычки первой группы имели среднесуточный прирост живой массы 860 г; второй группы - 880 г, третьей группы - 830 г, четвертой группы - 650 г, пятой группы - 880 г, шестой группы - 800 г. Контаминация рациона 2ПДК кадмия и свинца вызвала снижение продуктивности бычков 4-ой группы на 24,4% по сравнению с контрольными показателями. Применение модибента на фоне 2 ПДК кадмия и свинца способствовало снижению продуктивности бычков 3-ей группы всего на 3,5%, а бентонита способствовало понижению продуктивности бычков 6-ой группы лишь на 7,0% по сравнению с контролем. Продуктивность бычков 2-ой и 5-ой групп повысилась на 2,3%.
Из данных таблицы 18 видно, что общий прирост живой массы бычков повышался при введении в рацион сорбентов, так при применении модибента и бентонита заметно повышение прироста живой массы на 6 кг (на 2,3%) по сравнению с бычками контрольной группы.
Денежная выручка за вычетом дополнительных затрат составила 31522,5 руб. при использовании модибента и 31575 руб. при использовании бентонита и дополнительная выручка составила 562,5 руб. и 615,0 руб. соответственно по сравнению с контрольной группой животных (табл. 19). При использовании сорбентов животным, получавшим загрязненный ТМ корм, дополнительная выручка составила 6322,5 руб. (при использовании модибента) и 5295 руб. (при использовании бентонита) по сравнению с 4-ой группой.
Таким образом, по результатам наших данных при скармливании бычкам с ОР 1% модибента и бентонита экономическая эффективность на 1 рубль затрат составила 3,6 руб. и 5,9 руб. соответственно по сравнению с контрольной группой животных.
При использовании сорбентов в группе, где животным задавали загрязненный ТМ корм, экономическая эффективность на 1 рубль дополнительных затрат составила 40,1 руб. при введении в рацион модибента и 50,4 руб. - при включении бентонита по сравнению с группой животных, получавших затравленный корм без применения сорбентов.
На основании полученных результатов можно сделать вывод, что применение высокодисперсного модибента и бентонита в рационах откармливаемых бычков в дозе 1% от сухого вещества рациона позволяет сохранить продуктивность животных с получением дополнительной прибыли.
Гистроструктура органов крыс при воздействии тяжелых металлов и применении бентонита
Действие энтеросорбентов демонстрирует, с одной стороны, отсутствие прямого фармакологического действия, а с другой стороны, создает условия для максимально быстрого выздоровления. Сорбенты обеспечивают направленную трансформацию структурных компонентов внутренней среды организма, ведущую к определенным функциональным преобразованиям и, в конечном итоге, к восстановлению общей реактивности организма, в том числе и в экстремальных условиях.
Наши исследования позволяют сделать определенные выводы об эффективности высокодисперсных минеральных сорбентов. Высокая эффективность бентонита и модибента в отношении ТМ установлена в опытах на белых крысах и откармливаемых бычках, и оптимальной дозой его является введение в рацион из расчета 1% к сухому веществу корма. Их применение в дозе 1% от СВ рациона позволило существенно снизить количество ТМ в печени и уменьшить их негативное влияние на организм. Модификация бентонита цинком усиливает его сорбирующие свойства, что и было подтверждено в производственном опыте на откармливаемых бычках на фоне избытка в рационах свинца и кадмия. Известно, что связывание ТМ происходит довольно быстро при любом способе их введения в организм [28, 213]. При этом процесс продолжается по пути миграции металлов из менее прочных соединений к соединениям, связывание с которыми осуществляется наиболее прочно.
Для транспорта биогенных металлов в организме имеется ряд взаимодополняющих друг друга транспортных систем, из которых выделяется система металлотионеинов, как наиболее эффективная в отношении тяжелых металлов. При металлодефицитных состояниях металлотионеины способствуют снижению эффекта дисбаланса металлов и улучшению продуктивности животных [161, 214].
Результаты наших исследований на бычках свидетельствуют, что применение в рационах бентонита и модибента хоть и снижает концентрацию микроэлементов в печени, но и обеспечивает высокую продуктивность животных. Этот эффект достигается, несомненно, за счет функционирования системы металлотионеинов.
Изученные сорбенты оказывают положительное влияние на клинические, гематологические, биохимические показатели, иммунный статус, энергию роста и продуктивность откармливаемых бычков. Указанное влияние объясняется их высокими сорбционными свойствами, способствующими обезвреживанию токсинов в желудочно-кишечном тракте, нормализации обмена веществ и улучшению функции пищеварения. В результате чего повышается сопротивляемость организма к различным заболеваниям, сохранность и продуктивность животных.
Проведенными нами клиническими, токсикологическими, биохимическими, иммунологическими, гистологическими исследованиями установлено, что бентонит Биклянского месторождения и модибент являются малоопасными сорбентами, обладающим выраженными сорбционными свойствами в отношении ТМ.
Обобщая и анализируя наши данные, полученные в ходе исследований, можно рекомендовать применение бентонита и модибента в качестве энтеросорбентов, но при этом необходимо повышать в премиксах содержание меди, цинка, железа, марганца и кобальта.
Таким образом, на основании результатов проведенных исследований можно сделать следующие выводы: 1. В исследованиях in vitro установлено, что при адсорбции микроэлементов сорбентами наиболее активно связываются медь (38,3%) и кобальт (44,9%). Средняя величина адсорбции микроэлементов наиболее высокая у токсфина (26,7%), модибента (25,7%) и микосорба (24,2%).
2. Результаты балансовых опытов на крысах показывают, что в отношении железа наибольшую сорбционную способность проявляют токсфин и экофильтрум. Цинк активно адсорбируют токсфин, микосорб и экофильтрум. Наиболее активно адсорбируют кобальт бентонит, экофильтрум и микосорб. Адсорбция меди и марганца сорбентами в пищеварительном тракте животных незначительна.
3. Применение крысам в течение 30 дней высокодисперсного бентонита из расчета 1% от сухого вещества рациона, при скармливании корма, контаминированного свинцом и кадмием в дозе 2 ПДК, снижает содержание тяжелых металлов в печени, отдаляет сроки проявления клинических признаков отравления, способствует повышению иммунобиологической реактивности организма, обеспечивает развитие крыс, сопоставимое с биологическим контролем.
4. При использовании бентонита с основным рационом в течение 30 дней у крыс, отравленных тяжелыми металлами, отмечаются менее выраженные патоморфологические и гистологические изменения в печени и почках, обнаруживаемые в результате воздействия тяжелых металлов по сравнению с затравленных группой животных без применения сорбента.
5. Применение высокодисперсного бентонита и модибента в количестве 1% от сухого вещества рациона, контаминированного свинцом и кадмием в дозе 2 ПДК, обеспечивает адсорбцию тяжелых металлов в желудочно-кишечном тракте откармливаемых бычков, снижая количество свинца и кадмия на 65,5 и 70,4%, по сравнению с затравленной группой бычков без применения сорбентов.
6. Ежедневное применение высокодисперсного бентонита и модибента в количестве 1% от сухого вещества в контаминированных свинцом и кадмием в дозе 2 ПДК рационах откармливаемых бычков, способствует нормализации обмена веществ, морфологических и биохимических показателей, а также повышению факторов неспецифической резистентности и продуктивности. 7. Применение с основным рационом модибента и бентонита повышает прирост живой массы животных на 2,3% по сравнению с контрольной группой животных. Использование модибента и бентонита животным, получавшим загрязненный тяжелыми металлами корм, способствует получению более высокого прироста живой массы - на 21,7% и 26,1% соответственно по сравнению с группой животных не получавших контаминированный корм без применения сорбентов.
