Экологические подходы к созданию продуктов функционального назначения

До настоящего времени деятельность человека не оказывала заметного влияния на сбалансированную в течение длительного времени экологическую среду. Но сейчас в ряде регионов эта гармония нарушена в результате все увеличивающейся антропогенной нагрузки.

Некоторые металлы, прежде всего, свинец, кадмий, ртуть, имеют уникальные токсикологические характеристики и оказывают негативное воздействие на окружающую среду и животные организмы даже в следовых количествах.

Повышение экологической безопасности продукции птицеводства

Мясо птицы, в частности цыплят-бройлеров, является диетическим продуктом питания, оно содержит большое количество белка и в том числе незаменимых аминокислот, незначительное количество жира и жироподобных веществ. Поэтому увеличение его производства и улучшение качества данного продукта является весьма важной задачей современного птицеводства (Бойко и др., 1996).

В состав кормов должны входить все необходимые компоненты, соответствующие потребностям организма птицы, от этого в большей степени зависит эффективность мясного птицеводства. Однако в связи с экологическим кризисом происходит загрязнение не только кормов, которые используются в кормлении птицы, но и самой продукции птицеводства, а это значит, что под угрозу ставится экологическая безопасность населения.

В решении проблемы улучшения качества продукции птицеводства важная роль отводится санитарно-гигиенической оценке содержания в ней нежелательных веществ. Большие количества соединений тяжелых металлов выде ляются в атмосферу и занимают одно из ведущих мест в загрязнении окружающей среды. Являясь высокотоксичными, соединения свинца и кадмия обладают высокой степенью кумулирования в некоторых жизненно важных органах и тканях. Возможные последствия постоянно увеличивающегося поступления ТМ в организм в настоящее время невозможно прогнозировать, так как биологическое действие малых количеств элементов на организм сельскохозяйственных животных и птиц остается неясным.

Известно, что все минеральные вещества, в том числе и токсические, участвуют в биохимических процессах живого организма и в малых количествах необходимы как стимуляторы тех или иных процессов. Поэтому они входят в классификацию минеральных веществ как условно необходимые, так как неизвестна степень их участия в обменных процессах и количество, необходимое организму. При избыточном поступлении ТМ накапливаются во всех органах и тканях в концентрациях, превышающих жизненно необходимые. Поэтому минеральную среду организма важно регулировать с помощью детоксикантов, которые способны связывать ТМ и тем самым уменьшать их токсическое действие.

С целью выявления новых соединений, способных связывать свинец в организме, были проведены исследования на 6 группах птицы. Цыплятам 1-5-й опытных групп вводили 10%-й раствор ацетата свинца per os ежедневно в дозе 1,5 мг на 1 кг живой массы, что соответствует хронической интоксикации организма. Цыплятам 2-5-й опытных групп давали различные детоксиканты. Вторая группа получала препарат «Гумадапт», содержащий гуминовые кислоты, в количестве 50 мг/кг живой массы; 3-5-я группы получали соответственно комбикорм с 1% премикса, включающего различные вещества: глюкозу с ЭДТА, корень пиона, активированный уголь с сульфатом магния.

Нами впервые было решено использовать гуминовый препарат для уменьшения содержания свинца в живом организме (патент на изобретение РФ №2189239).

По снижению содержания свинца в различных группах мышц наиболее эффективной была концентрация «Гума-дапта» 50 мг/кг живой массы. Кроме того, было определено естественное содержание жизненно важных микроэлементов (меди, цинка) в мышцах цыплят всех групп. Так, если в 1-й группе (свинцовая интоксикация) содержание меди было ниже на 47,5 (Р<0,05), а цинка - на 39,4% (Р<0,01), то в группах, получавших «Гумадапт», эти показатели повысились и были близки к контролю. Это показывает отсутствие побочного действия «Гумадапта», препятствующего связыванию ионов необходимых организму металлов. Гуминовые кислоты и их соли довольно специфично связывают свинец в соединения, которые, видимо, легко выводятся из организма почками, что согласуется с литературными данными о специфике взаимодействия свинца с гуминовыми кислотами (Ладонии, Марголина, 1997). Это можно объяснить более высоким значением константы устойчивости гумата свинца по сравнению со значениями этого параметра для меди и цинка (Орлов, 1985; Stevenson, 1976; Stevenson, Filch, 1981). Так как препарат не нарушает баланс микроэлементов в организме, его возможно использовать в профилактических целях в количестве 50 мг/кг живой массы.

Нами были определены и гематологические показатели цыплят-бройлеров всех групп. Кровь, омывая клетки тканей, реагирует на малейшие изменения, происходящие в них. Знание влияния препаратов на динамику форменных элементов крови, в частности ее лейкоцитарную формулу, позволяет точнее отличить физиологические изменения в крови от патологических и тем самым дает возможность детально оценить как состояние цыплят-бройлеров, так и качество получаемой от них продукции (Лебедева, 1998; Шемчук, 1966; Combs et al., 1982; Kaul, 1983; Maxwell, Bischoff, 1992).

Наши данные свидетельствуют об отсутствии достоверной разницы по количеству эритроцитов в крови птиц, самым низким оно было в 1-й группе - на 9,8% ниже, чем в контроле. Эритроциты, как и сывороточный альбумин, обладают огромной связывающей емкостью для липофильных низкомолекулярных соединений (в частности, лекарств); видимо, этим можно объяснить их снижение в группе без детоксиканта, но с повышенным содержанием свинца в корме.

Лейкопения птицы в 1 -й опытной группе может зависеть от угнетающего действия свинца на созревание и выселение лейкоцитов из кроветворных органов, моноцитоз также объясняется истощением защитных функций организма на фоне повышенного содержания свинца. На фоне применения «Гумадапта» все гематологические показатели нормализуются.

Следовательно, включение в рацион «Гумадапта» не вызывало нарушения белкового и минерального обмена, что позволяет рекомендовать его для использования без ущерба для здоровья птицы. Наши данные согласуются с исследованиями русских и зарубежных ученых (Горн, 1970; Лукьянова, 1996; Макензет, 1990; Рождественский, Шаров, 1980; Лотош, 1985; Заярко, 1984; Castellino, Lamann, 1966; Den-bou, 2000).

Цинк, медь, марганец оказывают положительное влияние на рост, развитие и размножение животных и птицы. В нашем опыте по данным микроэлементам на фоне применения гуминового препарата отложение цинка, меди, марганца повысилось, в то время как в 1-й группе цыплят-бройлеров оно было ниже контроля.

Использование гуматов в птицеводстве приводит к повышению живой массы птицы, увеличению сохранности. Вследствие применения «Гумадапта» значительно снижается содержание свинца в органах и тканях цыплят-бройлеров, не нарушая баланса макро- и микроэлементов. Улучшается пе реваримость основных питательных веществ. Многогранные свойства препарата указывают на настоятельную необходимость включения его в реестр детоксикантов с целью получения экологически безопасной продукции птицеводства.

Исходя из наших результатов, можно предложить комплексное использование гуминового препарата и корня пиона для снижения содержания свинца в организме. Гуминовые кислоты являются основной частью экологически адаптированной системы - почвы. Пион (Paeonia апота-la L.), в свою очередь, является частью экологически адаптированной растительной системы.

Научный и практический интерес представляют исследования влияния селенсодержащих препаратов на аккумуляцию некоторых тяжелых металлов.

В Сибири и северо-западных областях страны, в районах с развитым птицеводством, нередки почвы, бедные селеном. Это приводит к тому, что зерно и травяная мука, входящие в комбикорма, не содержат достаточного количества селена, дефицит которого в рационах цыплят приводит к возникновению у них ряда заболеваний. При обогащении кормов селенсодержащими препаратами (в частности, селенитом натрия) достигается хороший лечебно- профилактический эффект (Внутренние ..., 1994; Георгиевский, 1979).

Отсутствие селена в нужном количестве в рационе животных вызывает у последних синдромы заболеваний, подобных проявлению Е-авитаминоза. Полагают, что большинство симптомов Е-авитаминоза обусловлено недостатком в организме животных не только витамина Е, но и селена. Об этом свидетельствует высокий профилактический эффект соединений селена при заболеваниях животных, возникающих при дефиците в питании и организме альфа-токоферола. Связь между витамином Е и селеном в развитии целого ряда заболеваний оказывается очень глубокой потому, что некоторые обменные функции обоих веществ взаимосвязаны (Георгиевский, 1970; Громов и др., 1998).

Исследования, связанные с выяснением механизма действия селена на физиологические процессы у животных, дают основания предполагать, что селен в организме участвует в аэробном окислении, замедляя его интенсивность и этим регулируя скорость течения окислительно- восстановительных реакций в целом. Селен и селеноорганические соединения являются мощными антиокислителями. Селен может непосредственно взаимодействовать с витамином С или же связывать сульфгидрильные группы, которые обычно действуют как стабилизаторы витамина С.

Целый ряд токсических явлений, вызываемых действием кадмия, таких как поражение семенников, почек и печени, токсемия беременности, можно предупредить одновременной дачей селена. С включением в рацион ягнят селена накопление свинца в органах и тканях также значительно снижается, что уменьшает токсикологический эффект этого элемента (Schrauzer, 1987; Uminska, 1990).

Селен, находящийся в крови, восстанавливается до H?Se, который способен вступать в реакцию с металлами, образуя нерастворимые комплексы, понижающие биологическую доступность селена и металла. С одной стороны, образование биологически недоступных соединений селена с металлами может вызвать у животных вторичную недостаточность селена; во- вторых, это взаимодействие лежит в основе снижения токсичности металлов повышенными дозами селена (Диагностика ..., 1966; Benes, 2000).

Известно, что добавление в рацион овец, выпасающихся вблизи автострад, селена положительно влияет на многие показатели роста и развития животных, снижает уровень свинца в тканях и органах, уменьшает патологические изменения органов. Подобный эффект применения селена в виде селенита натрия наблюдался при экспериментальном отравлении бычков солями ртути и свинца. Использование селена вместе с витамином Е в рационе человека уменьшает вредное воздействие многих тяжелых металлов. Известно, что эффективность селена как антиоксиданта выше, чем витамина Е, в 500 раз. Видимо, именно это его свойство позволяет использовать селен в качестве нейтрализатора токсичности многих элементов, хотя некоторые авторы склонны рассматривать селен только как часто встречаемый загрязнитель окружающей среды наряду с другими токсичными элементами. Тем не менее очень много работ посвящено селену как протектору таких веществ, как ртуть, кадмий, свинец, алюминий, мышьяк. Конечно, во всех случаях важна доза применения селена, видимо, именно этот момент внес спорность в вопрос токсичности или, напротив, полезности селена в совместном поступлении его в организм с другими металлами (Ермаков, Ковальский, 1974; Зелепукин, 1968; Кадмий ..., 1997; Bersin, 1967; Browning, 1961 ).

Селен как эссенциальный микроэлемент имеет свою оптимальную концентрацию поступления в организм. Замечено, что многие токсические явления, вызываемые действиями и свинца, и кадмия уменьшаются при одновременном включении в рацион селена (Moxon, Olson, 1974).

Видимо, это объясняется тем, что селен активно соединяется с белками, заменяя в них металлы. Наличие селена в белках сыворотки крови, гемоглобине, некоторых ферментах предотвращает включение в них свинца и кадмия. Кроме того, селен, восстановленный до H2Se, вступает в реакцию с самими металлами и образует труднорастворимые комплексы. Это является основой снижения биологической доступности и, как результат, токсического воздействия металла.

Конечно, при хроническом отравлении свинцом и кадмием образование биологически недоступных соединений селена с металлами может вызвать недостаточность селена. Поэтому важно количество поступающего в организм селена, точно подобранная концентрация.

Мы изучали влияние на организм птицы токсичных элементов - свинца и кадмия - и эссенциального элемента - селена - и совокупное действие этих веществ, взяв за версию мнение о детоксикационных свойствах селена к кадмию и свинцу (Кадмий 1997; Ковальский, 1993; Кузнецов, 1988; Cadmium ..., 1988).

Научный интерес представляют эмпирические данные, полученные нами, по влиянию селеновых добавок на аккумуляцию токсических веществ в организме птицы. Нами использовались два соединения селена - селенит натрия и Селена Вэл. По мнению ряда авторов, селенит натрия более токсичен, чем органические соединения селена, такие как гидроселеноксантен, Селенафен-5, Селенафен-6, 6-сел енопурин и др. (Мизюкова, Петрунькин, 1967; Михалева, Черняев, 1989; Vendelang, Beilstein, 2000). Тем не менее встречаются утверждения, что в растениях селен, находящийся в органической форме, обладает более токсическим свойством, чем неорганическое его соединение. Объясняется это тем, что селен из натуральных кормов аккумулируется в тканях животных, а из селенитов - нет (Кальницкий, 1985). Селена Вэл является органическим соединением селена, поэтому в своей работе мы выбрали именно его в качестве второго детоксиканта. Селеновые добавки использовались в количестве 1 МДУ селена на 1 кг корма (Бочкарева, 2003).

Содержание свинца и кадмия однозначно снизилось при использовании селеновых добавок, но эффект применения селенита натрия оказался выше. Снижение свинца в разных органах составило от 44,2 до 74,3%, при этом содержание тяжелого металла в мясе соответствовало экологическим нормам для данного продукта. При применении препарата Селена Вэл количество свинца в организме птицы уменьшилось на 26,7-62,8% (патент РФ №2255469).

Снижение содержания кадмия в органах и тканях птицы оказалось менее эффективно, чем свинца, хотя некоторые авторы считают именно кадмий и селен антагонистами в живом организме (Тутельян, Бондарев, 1987; Тутельян и др., 2002; Whanger, 1992). Органический селен снижает аккумуляцию металла в организме птицы на 29,6-54,3, селенит натрия - на 20,2-60,8%. Необходимо отметить, что остаточное количество кадмия во втором случае не всегда было ниже, чем при применении Селена Вэл. В печени и почках содержание металла оказалось выше, но в других органах снижение содержания кадмия эффективнее при использовании селенита натрия. В мышцах остаточное количество металла оказалось сравнимо в обоих случаях.

Механизм антагонистического действия селена и кадмия заключается в изменении распределения металла в растворимых фракциях клеток, где увеличивалось связывание металла высокомолекулярными белками и уменьшалось связывание с металлотионеином. В плазме крови и эритроцитах селенит превращается в селенид (Se2), образуя комплексы Cd-Se'2 и связываясь с высокомолекулярными белками. Кадмий в комплексе с Se 2 биологически неактивен, то же самое можно сказать и о селене (Москалев, 1985; Calabrese, 1980; Filov et al., 1979). А.П. Авцын и др. (1991) утверждают, что по тому же принципу происходит связывание в организме свинца (1991). Образование биологически недоступных соединений селена с металлами может вызвать у животных вторичную недостаточность селена, но это же взаимодействие лежит в основе снижения токсичности металлов повышенными дозами селена.

В своих исследованиях мы не ограничились определением только количества свинца и кадмия в органах и тканях птицы. В качестве уточняющих данных определялись некоторые морфологические и биохимические показатели крови. Кровь в той или иной степени отражает многое из происходящего в организме. Различные вещества обладают биологическим действием на кроветворную систему, тормозя или стимулируя ее деятельность. Исследования крови подтвердили негативное влияние ТМ на организм птицы и положительное воздействие селеновых добавок при одновременном их потреблении с токсичными элементами. Резкое снижение белка крови происходит, в первую очередь, за счет уменьшения количества альбуминов. Известно, что понижение процессов синтеза белка может являться следствием интоксикации от химических веществ, токсикозов, поражения печени, места образования альбумина, фибриногена и части глобулинов; увеличения проницаемости ка-пилярных стенок вследствие токсического их поражения и выхода белка (главным образом альбуминов) в ткани и др. (Ноздрюхина, 1977; Пешков, 1987; Ganter, 1974).

Снижение количества белка крови в группе птиц, подвергшейся токсикации, было максимальным - 30,1% (альбуминов - 52,1%). Некоторые авторы в своих исследованиях получали аналогичные данные. Так, хроническая токсика-ция свинцом и кадмием привела к уменьшению количества белка крови в 1,2 раза, при этом содержание альбуминов уменьшилось в 2,6 - 3,2 раза (Смоляр, 1989). Применение селеновых добавок также снизило концентрацию белка и белковых фракций в сыворотке крови. В отношении этого вопроса в литературе отсутствует согласованность. Некоторые исследователи говорят об увеличении количества общего белка и белковых фракций крови птиц (Трахтенберг и др., 1994; Frances, 1954) при воздействии на них селенсодержащими соединениями. Другие специалисты, напротив, отмечают снижение этих показателей под влиянием селеновых добавок (Уразаев, 1990; Тяжелые ..., 1980; Friberg et al., 1979; Hardiman, Yacoby, 1987).

Совместное использование селеновых добавок и тяжелых металлов смягчило токсикологический эффект, и содержание белка крови у птиц нормализовалось. Применение Селена Вэл частично улучшило эти показатели, а действие селенита натрия показало результаты, достоверно не отличающиеся от контрольных.

Увеличилось содержание в сыворотке крови под воздействием ТМ продукта обмена белков - мочевины, что согласуется с литературными данными (Тютиков, 2000). Наличие мочевины в крови обусловлено процессами дезаминирования азотсодержащих соединений. Концентрация мочевины в крови снижается введением в рацион селеновых препаратов.

Широко известно негативное влияние ТМ на другие биохимические показатели крови. Ухудшение минерального, углеводного и ферментативного обмена отмечают многие исследователи (Устенко, 1982). Нами получены данные, подтверждающие нарушение баланса кальция и фосфора, снижения содержания глюкозы крови и увеличения активности ферментов - ACT, АЛТ и щелочной фосфатазы при хроническом свинцово-кадмиевом токсикозе птиц. Применение селеновых препаратов значительно улучшает эти показатели.

Наши данные свидетельствуют об изменении морфологических показателей крови под влиянием ТМ. На 11,3% снизилось содержание гемоглобина, количество эритроцитов - на 13,5, лейкоцитов - на 38,8%. Эритроциты, как и альбумин, обладают связывающей емкостью для липофильных низкомолекулярных соединений (Фидельман, 1974), видимо, этим и можно объяснить их снижение в крови птиц, подвергшихся токсикации. На фоне применения селеновых препаратов все показатели нормализовались.

Содержание показателей крови стабилизируется селеновыми препаратами, но лучшие результаты показало применение неорганического соединения селена - селенита натрия. Мы объясняем это тем, что биологическая доступность селена зависит от химической формы, в которой он находится. Многие известные органические соединения селена обладают меньшей биологической эффективностью, чем селенит натрия. Его биологическая доступность составляет 74%, что значительно выше, чем у многих дру гих соединений селена (Флоринский, Седова, 1992). При балансировании рационов сельскохозяйственной птицы по минеральным веществам необходимо учитывать не только содержание селена, но и его биологическую доступность, которая зависит от химических свойств соединения и некоторых других факторов. Следует помнить, что в кормах растительного протсхождения доступность селена составляет 60-70%, а в кормах животного происхождения (которые обязательно присутствуют в рационе птицы) - от 8,5 до 25%.

Таким образом, в данной серии экспериментов установлено, что при хроническом оральном поступлении солей ТМ в организм птицы происходит многократное увеличение аккумуляции металлов органами и тканями, особенно печенью, почками и пером. При этом ухудшаются сохранность птиц и прирост живой массы. Происходит также изменение показателей крови. Селеновые препараты в дозе 1,0 МДУ селена на 1 кг корма уменьшают аккумуляцию свинца и кадмия, нормализуют частично или полностью гематологические показатели, положительно влияют на сохранность птиц и прирост живой массы. Полученные результаты согласуются со многими литературными данными (Хэммонд, Фолкс, 1993; Хмельницкий, 1987; Landrigan, 1995; Wilberg, 1980).

Пробиотики - препараты микробного происхождения, проявляющие свои позитивные свойства на организм через регуляцию кишечной микрофлоры. Основная роль пробиотиков - создание временного искусственного микробиоценоза, создающего оптимальные условия для активации собственного иммунитета микроорганизмов (Калмыкова, 2001).

В большинстве случаев миграция металлов и неметаллов в природной среде связана с их окислительно-восстановительными превращениями, что обусловливает изменение уровней их растворимости. Большая роль в окислительно-восстановительных превращениях неорганических ионов принадлежит микроорганизмам, и по мере усиливающего ся загрязнения биосферы металлами, последние, благодаря микроорганизмам, начинают вовлекаться в глобальные биохимические циклы. Поэтому познание роли микроорганизмов в окислительно-восстановительных трансформациях, осуществляемых бактериями, важно для управления этими процессами. Значительная часть трансформаций неорганических ионов осуществляется гетеротрофными бактериями, для которых эти реакции не являются энергодающими (Сотникова, 1987; Степанов, 1998).

В последние годы появился ряд сообщений, расширяющих наши представления о процессах окисления и восстановления неорганических ионов гетеротрофными бактериями. Стало очевидным, что способность гетеротрофных бактерий к окислению или восстановлению неорганических ионов не является строго специфичной и ограниченной в пределах одного вида или штамма, и ряд гетеротрофных бактерий в зависимости от условий среды могут трансформировать тот или иной неорганический ион. Это свидетельствует о широте приспособительных реакций таких бактерий и позволяет им выживать в условиях исчерпания одного акцептора электронов, заменяя его на альтернативный. Следует отметить, что вопрос о полифункциональности бактерий в трансформации элементов с переменной валентностью изучен слабо (Гертман, 2002; Мосина, 1999).

Анализ литературных данных показал, что информации по данному вопросу недостаточно, все сведения разрозненны и не дают цельного представления о возможности использования бактерий как способа снижения содержания ТМ в организме животных.

Работы таких авторов, как Г.И. Новик, Н.И. Астапович, А.А. Самарцев, Н.Е. Рябая (2000), устанавливают факт продукции клетками бифидобактерий гликокаликса - комплекса экстрацеллюлярных полисахаридов и гликопротеинов, выполняющих функцию защиты популяции от небла гоприятных экзо- и эндогенных факторов, способствующих агрегации клеток в микро- и популяционные колонии.

М. Pazirandeh, S. Bang (1999) предлагают свой подход к связыванию ТМ с помощью генетически модифицированных клеток бактерий. Метод предполагает бактериальный синтез внутриклеточных пептидов, способных связывать ТМ, с последующей иммобилизацией на твердой подложке убитых клеток. Иммобилизованные клетки удаляли свыше 95% Cd и Hg и в несколько меньшей степени РЬ и Си из растворов, содержащих эти ТМ.

V.I. Kefala, К. A. Matis (1999) изучали возможность удаления высокотоксичного металла кадмия из водных растворов, в том числе сточных вод, с помощью микроорганизмов, а именно живой и неживой биомассы бактерий Actinomy-cetes штаммов АК61 и JL322. При использовании оптимальных условий (pH, температура и т.д.) достигалось более чем 95%-е удаление кадмия в одну стадию и одновременно.

Казахскими учеными С.А. Абдрашитовой (2002) и С.А. Айткельдиевой обнаружено влияние загрязнения илов и прибрежных почв реки Нуры ртутными соединениями на биоразнообразие микроорганизмов. В местах загрязнения существенно уменьшается как их количество, так и видовое разнообразие бактерий, грибов и актиномицетов. Это, в свою очередь, влияет на плодородие почв и процессы гуму-сообразования.

Witter Ernst, Gong Ping (2000) провели долгосрочный эксперимент на полях орошения в Брауншвейге, Германия. Исследовали изменения в почвенных микробных сообществах (ПМС), их строение и развитие устойчивости к ТМ как следствие обработки в прошлом участков почвы осадками сточных вод, содержавших и не содержавших ТМ. Применявшиеся в прошлом осадки и содержащиеся в них ТМ влияли на дыхание клеток в ПМС, стимулируемое добавлением 15 различных С-содержащих субстратов. Интенсив ность дыхания у ПМС, подвергшихся обработке осадками, загрязненными ТМ, повышалась. Подобный подход позволяет выявить и наиболее токсичный ТМ среди содержащихся в стоках. В проведенных опытах в ряду Cd, Си, Ni и Zn им был Zn.

О.Д. Бекасова, В.В. Никандров (2000) установили, что цианобактерии могут быстро и в больших количествах аккумулировать ионы ТМ. Эффективность их накопления зависит от вида и физиологического состояния клеток, концентрации металла в среде и физико- химических характеристик воды.

В связи с этой проблемой во всем мире ведется очень много разнообразных исследований (Заки Шафика, 1975; Лаптий, 2001; Субботин, 1996; Субботин, Сидоров, 1998; Abdull, Chmielinska, 1989). Мы решили провести исследования в этом направлении, только на живом организме, и решить две проблемы производства экологически безопасной продукции. Первая — это снижение интоксикации ТМ организма птицы, а вторая — уменьшение отрицательных последствий влияния антибиотиков.

Проанализировав доступную нам литературу, мы пришли к выводу, что вопрос о влиянии пробиотиков на аккумуляцию тяжелых металлов в организме животных не изучен. Нет данных, нет единой системы, которая позволила бы понять механизмы взаимодействия пробиотиков и тяжелых металлов.

В результате проведенных исследований было установлено, что сохранность поголовья птицы в группах, получавших ОР+МКД и ОР+МКД+ТМ, составляет 90%, что превышает контрольную группу на 13,4%, и приближена к стандарту по сохранности для этого кросса, а группы, получавшие ЭМ- препарат (ОР+ЭМ и ОР+ЭМ+ТМ), находятся в одном соотношении с контрольной группой, т.е. 76,6%. Группа, получавшая повышенную дозу тяжелых металлов, была ниже по показателю сохранности на 4,3% по сравнению с контрольной. Из вышеизложенного следует, что молочнокислая добавка повышает сохранность цыплят-бройлеров.

Проанализировав зоотехнические данные, мы установили, что пробиотик Кюссейн ЭМ-Агро-Обь положительно влияет на интенсивность роста живой массы. Происходит рост живой массы птицы по сравнению с контрольной группой на 4,4-7,5%.

Молочно-кислая добавка оказывает положительное действие на динамику роста живой массы. Рост живой массы птицы происходит на 5,1-10,7% интенсивнее, чем в контрольной группе.

В группе, получавшей тяжелые металлы, также происходит повышение живой массы по сравнению с контрольной группой на 15-е сутки на 2,5% с последующим ее снижением на 5% на 30-е и 40-е сутки. Это связано с тем, что стало происходить накопление тяжелых металлов в органах и тканях цыплят-бройлеров.

Повышение живой массы до 10,7% по сравнению с контрольной группой происходит и в группе, получавшей ОР+ЭМ+ТМ, на 15-е сутки с последующим снижением до 9,5% на 30-е сутки и до 9% на момент забоя. Это связано с тем, что в организме цыплят-бройлеров наблюдается кумулятивный эффект и повышенный обмен веществ, способствующий не только выведению тяжелых металлов из органов и тканей птицы, но и приросту живой массы на 4,5% по сравнению с группой, получавшей ОР+ЭМ.

На 15-е сутки происходит повышение живой массы птицы в группе, получавшей ОР+МКД+ТМ, на 8,3% по сравнению с контрольной группой. В последующие взвешивания наблюдается снижение динамики роста живой массы цыплят-бройлеров до 7,9% на 35-е сутки и до 5,9% на 40-е сутки по сравнению с контрольной группой.

Пробиотические препараты способствуют снижению аккумуляции ТМ в организме птицы. Эффективные микроорганизмы снижают содержание кадмия на 63,70-68,3, свинца - на 63,8-81,7%.

Молочно-кислая добавка снижает содержание кадмия на 64,8-68,8, свинца - на 59,5-70,6%.

Включение пробиотиков в рацион птицы способствует снижению интоксикации тяжелыми металлами и оказывает положительное влияние на интенсивность роста, сохранность цыплят и экологическую чистоту выпускаемой продукции (патент РФ № 2306700).

Желательно использовать пробиотики в течение всего срока выращивания птицы, так как это повышает иммунитет и способствует восстановлению организма после приема курса антибиотиков.

В современных условиях производства, при интенсивных темпах роста мышечной массы цыплят-бройлеров, могут возникать отклонения в развитии костей, чаще всего нарушения проявляются искривлением грудной кости и утолщением суставов ног. В целях формирования крепкого костяка для современных кроссов птицы используют премиксы с повышенным содержанием некоторых витаминов, в частности витамина D.

Витамины как биологически активные вещества влияют на усвоение макро- и микроэлементов в организме животных и человека. Однако недостаток или избыток витаминов может привести к серьезным нарушениям минерального обмена.

Такие элементы, как свинец, кадмий, медь, цинк, являются естественной частью природы, они входят в состав горных пород, почв, водоемов, содержатся в растениях и организмах животных. Но техногенное воздействие включает кругооборот таких количеств этих элементов, которые в значительной степени превышают их природные величины. Таким образом, человек подвергается воздействию токсических концентраций этих элементов через пищевые цепи «почва - растение - животное - продукт питания».

Одновременное воздействие нескольких тяжелых металлов, поступающих в организм из объектов окружающей среды с пищевыми продуктами, оказывает комбинированное воздействие на организм животного. При этом может наблюдаться как суммирование эффектов, так и их потенцирование (Гильденскиольд и др., 1992).

Большинство авторов склонны считать свинец и кадмий исключительно вредными веществами (Свинец ..., 2000; Тяжелые ..., 2000) и только некоторые из них полагают, что тяжелые металлы необходимы в организме (Смоляр, 1989). Безусловно, эти элементы участвуют в биохимических процессах живого организма (Химические ..., 1979; Vallee, Ulmer, 1972).

В наших исследованиях мы рассматривали влияние токсичных элементов - свинца и кадмия - на организм птицы, а также совокупное действие на организм птицы этих элементов на фоне применения повышенной дозы витамина D?.

Обоснованием наших исследований мы считаем наличие в корме ионов свинца и кадмия в количестве 2,56±0,38 и 0,22±0,04 мг/кг корма соотвественно.

Необходимо отметить, что корма были получены в районах Новосибирской области, и присутствие в них ионов тяжелых металлов может свидетельствовать о наличии источников загрязнения тяжелыми металлами, вследствие чего содержание токсических элементов в корме может возрастать.

В наших исследованиях мы получили данные, позволяющие судить о неблагоприятном влиянии свинца и кадмия на организм птицы.

В бедренных и в грудных мышцах свинец был обнаружен в следовых количествах. Наибольшее его количество содержалось во внутренних органах: в печени - 0,161±0,012 мг/ кг, в почках - 0,112±0,017, в сердце - 0,044±0,006, в грудных костях - 0,006±0,003, в трубчатых костях - 0,003±0,001 мг/кг.

Потребление птицей рациона с повышенным содержанием витамина D3 привело к тому, что значительно возросла концентрация свинца в мышцах птицы: в грудных - до 0,110±0,028, в бедренных - до 0,202±0,027 мг/кг. В остальных органах и тканях зависимость распределения свинца была такой же, как и у птицы контрольной группы: печень - 0,198±0,067мг/ кг, почки - 0,115±0,047, сердце - 0,052±0,01, грудные кости -0,032±0,075, трубчатые кости - 0,004±0,001 мг/кг.

Следует отметить, что в грудных костях концентрация свинца также увеличилась в 5 раз по сравнению с контрольной группой. Низкое содержание свинца в костной ткани противоречит мнению большинства авторов о том, что кости являются основным депо накопления свинца (Ершов, Плетнева, 1989; Кузубова, 1990; Бокова, 2000). Возможно, это связано с тем, что концентрация свинца в корме не была настолько высокой, чтобы вызвать механизмы аккумуляции свинца в костях и замещения им кальция. Но можно сделать вывод о том, что присутствие витамина D, способствовало увеличению концентрации свинца в костной ткани.

Введение в рацион цыплят-бройлеров 1,5 МДУ свинца привело к значительному увеличению концентрации элемента во всех органах и тканях по сравнению с этими показателями контрольной группы. Максимальное увеличение концентрации свинца было отмечено в мышечной ткани в следующей последовательности: грудные, бедренные мышцы, сердце.

Более высокое содержание свинца в грудных мышцах может быть связано с тем, что в них выше содержание белка, так как они состоят из относительно крупных мышечных волокон с высоким содержанием миофибрилл, и интенсивность кровообращения в них ниже, чем в бедренных мышцах. Высокая интенсивность кровообращения в бедренных мышцах, по-видимому, приводит к низкому содержанию токсиканта.

Присутствие в рационе 1,5 МДУ свинца привело к отложению его в костной ткани. По сравнению с контрольной группой концентрация свинца возросла в 28 раз в грудных костях и в 42 раза - в трубчатых.

В ходе исследований было установлено, что витамин D3 способствовал усилению аккумуляции свинца в организме птицы. Данные об аккумуляции свинца в органах и тканях цыплят-бройлеров под действием витамина D3 представлены на рис. 6.

Содержание свинца в органах и тканях цыплят-бройлеров под действием витамина D

Рис. 6 Содержание свинца в органах и тканях цыплят-бройлеров под действием витамина D3.

Здесь и на рис. 7-9:

1 - бедреные мышцы; 2 — грудные мышцы; 3 - трубчатые кости; 4 - грудные кости; 5 — печень; 6 — почки; 7 — сердце

У цыплят-бройлеров, получавших 1,5 МДУ свинца на фоне рациона с повышенным содержанием витамина D3, максимальная концентрация свинца была обнаружена в грудных мышцах - 1,49±0,31 мг/кг, затем по величине на копления свинца следовали трубчатые кости - 0,671 ±0,042 и почки - 0,430±0,101 мг/кг.

Полученные результаты согласуются с мнением многих авторов, которые считают именно эти органы основными депо накопления свинца (Войнар, 1960; Авцын и др., 1991; Трахтенберг и др., 1994; Бокова, 2000; Бочкарева, 2003).

Витамин D3 в организме, прежде всего, поступает в печень и там окисляется по 25-углероду. Полученный 25-оксикальциферол током крови транспортируется в почки, где происходит вторичное окисление по первому углеродному атому с образованием 1,25-диоксикальциферола. Этот метаболит запускает механизм синтеза специфического кальцийсвязывающего белка, который обладает высоким сродством к кальцию. Можно предположить, что при повышении концентрации свинца в кишечнике этот элемент распространяется по организму с помощью системы, эволюционно предназначенной для переноса кальция. Благодаря этому и происходит усиление свинцового токсикоза (Грачева, 2009).

Потребление птицей рациона с повышенным содержанием витамина D3 привело в увеличению содержания кадмия в мышечной и костной тканях. Наибольшим увеличение концентрации было в бедренных мышцах - до 0,024±0,001 мг/кг. Во внутренних органах кадмия не обнаружено.

У цыплят, получавших с кормом 1,5 МДУ кадмия, данный элемент был обнаружен во всех органах и тканях. Максимальное его количество содержалось в печени -0,555±0,09 мг/кг, затем по мере убывания концентрации следуют бедренные мышцы - 0,353±0,068, почки - 0,158±0,031, сердце - 0,118±0,013, грудные мышцы - 0,061 ±0,004 мг/кг. В трубчатых и грудных костях концентрация кадмия оказалась самой низкой и была практически одинаковой - 0,042±0,005 и 0,044±0,001 мг/кг.

Совместное воздействие витамина и кадмия привело к перераспределению кадмия в организме птицы. Наибольшее его количество было обнаружено в печени и грудных мышцах. В бедренных мышцах его концентрация, напротив, оказалась самой низкой, всего 0,001±0,ООО 1мг/кг. Несмотря на то, что в печени содержание кадмия оказалось самым высоким - 0,336±0,046 мг/кг, это значение на 39,5% ниже, чем у цыплят, подвергавшихся интоксикации кадмием. Такое же явление наблюдается и для всех остальных внутренних органов: в почках содержание кадмия снизилось на 51,2%, в сердце - на 39 , в трубчатых костях - на 62, в грудных костях - на 61,3%. Самое значительное снижение концентрации кадмия было отмечено в бедренных мышцах - 99%. И только в грудных мышцах произошло увеличение концентрации кадмия на 65,7% (рис.7).

Органы и ткани

Рис. 7. Содержание кадмия в органах и тканях цыплят-бройлеров под действием витамина D}

Полученные данные подтверждают мнение других авторов о том, что основным местом отложения кадмия в 192

организме являются печень и почки и именно эти органы в первую очередь подвергаются токсическому воздействию кадмия. В этих органах до 80% кадмия связано с металло-тионеинами (Тутельян, 1983; Альберт, 1971; Авцын и др., 1991; Козлов, 2001).

На основании полученных результатов можно сделать вывод о детоксицирующем действии витамина D3 в отношении кадмия. Повышение уровня кадмия в грудных мышцах можно объяснить тем, что под действием витамина D3 кадмий выводится из внутренних органов и в больших количествах находится в кровотоке, поэтому его концентрация повышается в тех мышцах, где обмен веществ идет наиболее интенсивно.

Совместное воздействие свинца и кадмия в дозах 1,5 МДУ привело к существенному увеличению концентрации свинца во всех органах, за исключением бедренных мышц и сердца, где этот показатель снизился на 55 и 27% соответственно по сравнению с группой цыплят, получавших только свинец. В остальных органах концентрация свинца увеличилась на 50 -74,8%.

Распределение кадмия в организме цыплят этой группы также изменилось по сравнению с птицей, получавшей только кадмий.

В мышечной ткани содержание кадмия снизилось практически на 99, в печени - на 50%, а в почках и сердце, наоборот, увеличилось на 27 и 41% соответственно. В трубчатых костях этот показатель практически не изменился, в грудных также увеличился на 15,4%.

Воздействие токсикантов на фоне рациона с повышенным содержанием витамина D3 привело к снижению концентрации свинца в мышечной ткани, печени, почках и трубчатых костях. Максимальный уровень снижения зафиксирован в бедренных мышцах - 63%. В остальных органах этот показатель составил от 41 до 57,6 % (рис. 8).

Содержание свинца в органах и тканях цыплят-бройлеров при совместном воздействии токсикантов и витамина D

Рис. 8 Содержание свинца в органах и тканях цыплят-бройлеров при совместном воздействии токсикантов и витамина D3

В сердце и грудных костях концентрация свинца, наоборот, возросла на 20 и 31,8%.

Влияние витамина при одновременной интоксикации свинцом и кадмием выражается в повышении концентрации кадмия в мышечной ткани на 97 и 99% при одновременном снижении концентрации свинца в этих органах.

Во внутренних органах и трубчатых костях концентрация кадмия снизилась от 15,6 до 56,7 %, в грудных костях этот показатель увеличился на 10 % (рис. 9).

Уменьшение токсического действия свинца кадмием различными авторами объясняется по-разному. По мнению одних, детоксикация связана со способностью кадмия инду-

Содержание кадмия в органах и тканях цыплят-бройлеров при совместном воздействии токсикантов и витамина D

Рис. 9. Содержание кадмия в органах и тканях цыплят-бройлеров при совместном воздействии токсикантов и витамина D3

цировать синтез металлотионеина, который связывает избыток свинца, чем способствует его детоксикации (Гадаскина, 1988; Воробьева, 1997). Но было установлено, что в малых количествах кадмий приводит к нарушению гидроксилирования витамина D, снижает активность 1,25-дигидрохоле-кальциферола, приводит к дефициту активной формы данного витамина (Barton et al., 1980), следовательно, процессы транспорта кальция и свинца нарушаются.

В то же время биологической функцией металлотио-неинов является их участие в гомеостазе необходимых элементов - меди и цинка. Поэтому кадмий, взаимодействуя с металлотионеином, может нарушать гомеостаз биогенных цинка и меди.

При избытке в организме кадмия происходит обеднение организма медью. Влияние кадмия проявляется на уровне ферментативных процессов. В связи с близостью строения атомов кадмия и цинка и сходством образуемых ими тетраэдрических комплексов кадмий способен замещать цинк в хелатах этого металла.

На основании полученных результатов можно сказать, 195

что действие повышенной дозы витамина D3 привело к снижению содержания меди в мышечной ткани цыплят-бройлеров, а в печени этот показатель, наоборот, стал выше на 27%.

Подобная картина наблюдалась и у птицы, подвергавшейся одновременному воздействию витамина и свинца. По сравнению с контрольной группой содержание меди в мышечной ткани снизилось на 71,4 и 42 %.

По содержанию цинка в грудных мышцах цыплята всех опытных групп не имели достоверных отличий от контрольной.

Для остальных органов и тканей было характерно значительное превышение показателей контрольной группы. Максимальным содержание цинка было в бедренных мышцах цыплят, получавших 1,5 МДУ кадмия на фоне рациона с повышенным содержанием витамина D.

Можно предположить, что присутствие в рационе тяжелых металлов стимулирует выработку металлотионе-инов. Так как медь и цинк устанавливают более прочные связи с этими белками, это привело к усилению накопления цинка в организме птицы.

С точки зрения обеспечения безопасности пищевых продуктов и соблюдения требований СанПиН 2.3.2.1078-2001 полученные результаты свидетельствуют о том, что введение в рацион цыплят-бройлеров тяжелых металлов и повышенной дозы витамина D3 приводит к аккумуляции токсикантов в органах и тканях птицы в количествах, превышающих допустимые уровни.

Предельно допустимый уровень содержания токсичных элементов в мясе птицы в соответствии с санитарными правилами составляет: свинца - 0,5 мг/кг, кадмия - 0,05, в субпродуктах - 0,6 и 0,3 мг/кг соответственно.

В ходе проведенных исследований было установлено, что в грудных мышцах птицы, подвергавшейся интоксикации свинцом, содержание данного элемента превышает до пустимый уровень на 6%, при повышенной дозе витамина D3 этот показатель также был выше в 2,9 раза.

При совместном воздействии свинца и кадмия в грудных мышцах концентрация свинца была в 2 раза выше предельно допустимого уровня, в печени данный показатель был выше в 1,4 раза.

При интоксикации кадмием его содержание также превышало допустимый уровень в мышечной ткани и печени от 1,2 до 7 раз.

В качестве уточняющих данных определялись некоторые морфологические и биохимические показатели крови. Кровь в той или иной степени отражает процессы, происходящие в организме. Различные вещества обладают биологическим действием на кроветворную систему, тормозя или стимулируя ее.

В наших исследованиях достоверных отличий по содержанию гемоглобина в крови птиц не выявлено, хотя отмечается тенденция к снижению данного показателя у цыплят, подвергавшихся воздействию тяжелых металлов, что согласуется с предыдущими исследованиями (Бокова, 2002; Бочкарева, 2003).

В группах, где цыплята получали с кормом токсиканты, концентрация эритроцитов в крови была ниже, чем у птицы контрольной группы.

То же можно сказать и о содержании лейкоцитов в крови птицы. Токсическое действие тяжелых металлов вызывает лейкопению, при этом изменяется и лейкоцитарная формула крови.

Исследования морфологии крови цыплят-бройлеров показали усиление эритропоэза у птицы, получавшей свинец и свинец совместно с витамином D3

У птицы, получавшей кадмий и кадмий на фоне повышенной дозы витамина D3, была резко выражена регенерация всех клеток крови.

Преобладание в крови птицы, получавшей одновременно оба тяжелых металла и токсиканты совместно с витамином D3, клеток предшественников и незрелых форм лимфоцитов свидетельствует о мощной стимуляции лимфоцитоза.

Наличие больших лимфоцитов с псевдоподиями у птицы контрольной группы и получавшей свинец совместно с витамином свидетельствует о стимуляции Т- и В-иммунокомпетентных клеток.

Наблюдается тенденция к снижению количества общего белка в крови птиц, получавших в рационе по 1,5 МДУ тяжелых металлов, но при одновременном потреблении токсикантов значение этого показателя достоверно увеличивается - на 55,6%.

Прослеживается тенденция к увеличению содержания общего белка в сыворотке крови цыплят-бройлеров, потреблявших рацион с повышенным содержанием витамина D3.

Следует отметить, что в группах, получавших 1,5 МДУ кадмия и кадмий одновременно с витамином, содержание общего белка было самым низким.

Отмечено высокое содержание мочевины в группах, получавших тяжелые металлы на фоне повышенной дозы витамина D3, и в группах, подвергавшихся одновременному воздействию тяжелыми металлами и витамином. Данный показатель может свидетельствовать о воздействии тяжелых металлов как на печень, так и на почки, поскольку печень участвует в дезаминировании белков, и в ней образуются мочевая кислота и мочевина, которые затем удаляются из организма, повышение концентрации продуктов распада говорит о нарушении работы этих органов.

Известно, что при интоксикации кадмием поражаются проксимальные отделы почечных канальцев, в результате чего имеет место потеря минеральных элементов костной ткани (Тутельян, 1983; Авцын и др., 1991).

Установлено негативное влияние тяжелых металлов и на другие биохимические показатели крови. Многими исследователями отмечается ухудшение минерального, углеводного и ферментативного обмена (Бондарчук, 1997; Бочкарева, 2003).

Нами были получены данные о нарушении баланса кальция и фосфора, повышении активности щелочной фосфатазы.

Значительное увеличение активности щелочной фосфатазы было отмечено в группе, получавшей 1,5 МДУ свинца с кормом. Совместное влияние свинца и кадмия привело к снижению активности щелочной фосфатазы.

Повышенное содержание витамина D3 в рационе при свинцовой интоксикации также снижало активность щелочной фосфатазы.

В ходе проведенных исследований мы получили данные, позволяющие судить о неблагоприятном влиянии тяжелых металлов на организм птицы.

При одинаковой живой массе в начале эксперимента к концу периода выращивания опытные цыплята имели достоверные отличия по данному показателю.

На основании полученных данных можно сделать вывод о незначительном стимулирующем эффекте тяжелых металлов, которые они оказывают в концентрации 1,5 МДУ.

У цыплят, получавших тяжелые металлы на протяжении всего периода выращивания, наблюдалась тенденция к превосходству над цыплятами контрольной группы по живой массе, в возрасте 28 дней и 35 дней они имели достоверные отличия по данному показателю. При забое их живая масса на 4,2 и 6% превышала данный показатель цыплят контрольной группы.

Самой низкой оказалась живая масса цыплят, получавших свинец и витамин D3, что свидетельствует об усилении токсического действия данного элемента.

В группах, получавших кадмий, воздействие витамина не оказало влияния на живую массу птицы.

Максимальный среднесуточный прирост также был отмечен в группах, потреблявших кадмий. Минимальный среднесуточный прирост был в группе, потреблявшей одновременно свинец и витамин.

Показатель сохранности поголовья среди опытных групп самым высоким был в группе, получавшей кадмий, -95,8%, что на 2,2% ниже, чем в контрольной.

В группах, потреблявших свинец и одновременно оба тяжелых металла, показатель сохранности был одинаковым - 87,5%. Повышенное содержание витамина в рационе птицы, получавшей 1,5 МДУ свинца, привело к снижению сохранности птицы до 75%, так же как и в группе, получавшей одновременно свинец и кадмий.

Таким образом, необходимость введения детоксикантов в технологию получения продукции птицеводства обусловлена фоном ксенобиотиков, так как сегодня трудно найти корма и воду, в которых бы отсутствовали антропогенные загрязнители. При формировании рациона птицы необходимо учитывать, как компоненты корма влияют на аккумуляцию токсикантов, поскольку при определенных условиях может происходить усиление аккумуляции тяжелых металлов в продукции птицеводства.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >