Способ оценки содержания свинца в органах овец и прогнозирования безопасности продукции овцеводства при хроническом поступлении металла с рационом
Владельцы патента RU 2645086:
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии" (ФГБНУ ВНИИРАЭ) (RU)
Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ оценки содержания свинца в органах овец при хроническом поступлении металла с рационом заключается в том, что на основании концентрации металла в периферической крови и коэффициентов перехода свинца из периферической крови в органы определяют уровни накопления металла в тканях печени, почек и селезенки овец, используя формулу КП=Соргана/Скрови, где КП - коэффициент перехода свинца из периферической крови в орган, Соргана - концентрация свинца в органе (мг/кг), Скрови - концентрация свинца в периферической крови (мг/л). 1 пр., 4 табл.
Способ оценки содержания свинца в органах овец и прогнозирования безопасности продукции овцеводства при хроническом поступлении металла с рационом (изобретение) относится к сельскому хозяйству и в условиях ведения овцеводства на территориях, загрязненных соединениями свинца, рекомендуется как для прижизненного определения уровней накопления металла в тканях органов овец (печень, почки, селезенка) и прогнозирования безопасности их продукции, так и для оценки токсической нагрузки на организм, в целом.
В настоящее время при прогнозировании безопасности продукции животноводства используют значения суточной концентрации свинца в разных компонентах рациона и коэффициенты перехода, которые определяют на основе закономерностей перехода металла по трофической цепи рацион (корм) - молоко или рацион (корм) - мясо, например: "К вопросу о миграции тяжелых металлов по цепи корм - корова - молоко", заключающийся в установлении коэффициентов перехода свинца из корма (рациона) в молоко. Коэффициенты перехода рассчитывают по формуле
,
где КП - коэффициент перехода свинца из 1 кг корма (рациона) в 1 л молока;
С(М) - концентрация свинца в молоке, мг/л;
С(К) - концентрация свинца в корме, мг/кг.
На основании коэффициентов перехода свинца из корма (рациона) в молоко определяют предельно допустимую концентрацию металла в кормах лактирующих коров.
,
где ПДК(К) - предельно допустимая концентрация свинца в рационе, мг/кг;
ПДК(М) - предельно допустимая концентрация свинца в молоке, мг/л;
КП - коэффициент перехода свинца из 1 кг корма (рациона) в 1 л молока.
Журнал "Сельскохозяйственная биология", 1997, №2, с. 54-63.
Безопасность продукции животноводства при загрязнении кормов свинцом также оценивают по пределу суточного поступления металла с рационом и рассчитывают по формуле
,
где Ар(ПСП) - предел суточного поступления свинца с рационом, мг;
а (ду) - допустимый уровень содержания свинца в органах и тканях (мг/кг) согласно СанПин 2.3.2.1078-01;
Р - масса животного, кг;
С - характерное для данного вида животных отношение массы органа к массе тела (индекс массы органа);
КН - кратность накопления.
Кратность накопления рассчитывают по формуле:
,
где КП - коэффициент перехода свинца из корма в орган;
Р - масса животного, кг;
С - характерное для данного вида животных отношение массы органа к массе тела (индекс массы органа);
В целом, формула имеет вид
Журнал "Ветеринария, зоотехния и биотехнология", 2014, №3,с. 46-52.
Однако установленные коэффициенты перехода свинца из рациона в молоко (мясо) или из рациона в орган имеют высокую вариабельность, поскольку зависят от физиологических особенностей организма (обмен веществ, живая масса, возраст, пол, беременность, лактация), способа содержания (пастбищный, стойловый), типа почв кормовых угодий, состава (структуры) рациона (количество сырой клетчатки, протеина) и концентрации в нем кальция, цинка, железа, марганца и витамина Д. Вышеперечисленные факторы, которые можно отнести к параметрам неопределенностей, вносят существенные погрешности при расчете коэффициентов перехода свинца из рациона в органы животных и продукты питания, так как не учитывают биологическую доступность металла и интенсивность его всасывания в желудочно-кишечном тракте.
(Захарова Л.Л., Захаров А.С. Оценка безопасности рациона КРС, загрязненного кадмием и свинцом // Ветеринария и кормление. 2008. №4. С. 16-17).
(Ильязов Р.Г., Ахметзянов Ф.К., Зайсанов P.P., Гилемханов М.И. Обеспечение экологической безопасности продукции животноводства в условиях нефтегазового техногенеза республики Татарстан // Проблемы радиологии и агроэкологии: Доклады научно-практической конференции, посвященной 40-летию основания ГНУ ВНИИСХРАЭ Россельхозакадемии. Обнинск, 5-6 сентября 2011 г., 2-е изд., исправленное и дополненное / Под ред. академика Россельхозакадемии P.M. Алексахина. Обнинск: ГНУ ВНИИСХРАЭ Россельхозакадемии. 2012. 310 с.).
(Научные основы устойчивости агросистем к воздействию техногенных факторов / Санжарова Н.И., Гераськин С.А., Спиридонов С.И., Цыгвинцев П.Н., Пименов Е.П., Круглов С.В., Анисимов B.C., Козьмин Г.В., Кочетков И.В., Кобялко В.О., Шубина О.А., Исамов Н.Н., Спирин Е.В., Удалова А.А., Мирзоев Э.Б. - Обнинск: ГНУ ВНИИСХРАЭ, 2013.187 с.)
(Рубченков П.Н., Захарова Л.Л., Жоров Г.А., Обрывин В.Н. Прогнозирование безопасности продукции животноводства при загрязнении кормов радионуклидами и тяжелыми металлами // Ветеринария, зоотехния и биотехнология. 2014. №3. С. 46-52).
(Сироткин А.Н., Исамов Н.Н., Лой В.Н., Соколова Е.А., Сидорова Е.В., Шокель М.О. К вопросу о миграции тяжелых металлов по цепи корм -корова - молоко // Сельскохозяйственная биология. 1997. №2. С. 54-63).
Наиболее близким аналогом к предложенному в качестве изобретения техническому решению является описание метода в патенте "Способ определения содержания свинца в органах крупного рогатого скота", заключающийся в оценке концентрации калия и меди в шерстном покрове животных, при этом, используя уравнения регрессии, содержание свинца в печени и почках определяют по концентрации калия, а в селезенке - по уровню меди.
Патент РФ №2421726, МКИ G01N 33/48, опубл. 06.20.2011 г.
К техническому результату относится то, что на основании данных о концентрации свинца в периферической крови овец и экспериментально установленных коэффициентов перехода металла из периферической крови в органы проводится прижизненная оценка уровней его накопления в тканях печени, почек, селезенки и прогнозируется безопасность продукции овцеводства. Одновременно с этим определяется и токсическая нагрузка на организм, в целом.
Технический результат достигается в результате исследования концентрации свинца в периферической крови овец и использования коэффициентов перехода металла из периферической крови в органы, что позволяет, с одной стороны, оценить уровень его накопления в жизненно важных органах (печень, почки, селезенка) и их соответствие санитарно-гигиеническим требованиям, а с другой, - токсическую нагрузку на организм.
Примеры конкретного выполнения.
Общеизвестно, что токсическое действие свинца на сельскохозяйственных животных определяется его концентрацией в периферической крови. При этом периферическая кровь играет важную роль в транспорте и перераспределении свинца в органы и ткани животных. Циркулируя в замкнутой системе кровообращения, она объединяет работу всех систем организма и характеризует состояние гомеостаза. В частности, для образования 1 л молока через кровеносные сосуды вымени коров проходит примерно 400 л крови, при этом витамины, минеральные и токсичные вещества попадают в клетки молочной железы непосредственно из крови. Использование концентрации свинца в периферической крови для расчета коэффициентов перехода металла в органы и ткани позволит исключить параметры неопределенности, связанные с биологической доступностью и процессом его всасывания в желудочно-кишечном тракте. Необходимо подчеркнуть, что кровь наряду с органами животных и продуктами питания (мясо, молоко) относится к продукции животноводства и регламентируется санитарно-гигиеническими нормативами СанПин 2.3.2.1078-01. Поэтому концентрацию свинца в периферической крови можно использовать не только для определения токсической нагрузки на животных, но и для прижизненной оценки уровней накопления металла в тканях печени, почек, селезенки и прогнозирования безопасности продукции животноводства. В связи с этим научный и практический интерес представляло определение коэффициентов перехода свинца из периферической крови в критические органы животных, в частности овец, которые в течение 90 суток исследования получали с рационом раствор соли металла в разных концентрациях.
Исследования были проведены на 27 овцах романовской породы, живой массой 33,0±1,1 кг, в возрасте 1-1,5 года. Содержание, кормление и уход за животными осуществляли в соответствии с требованиями "Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных" - (Приказ Минздравсоцразвития России от 23.08.2010 г., №708 н).
Овец содержали в условиях вивария Федерального Государственного Бюджетного Научного Учреждения Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных (ФГБНУ ВНИИФБиП) и кормили 2 раза в сутки при свободном доступе к воде. Рацион включал 0,3 кг комбикорма и 2 кг сена разнотравного. Рецепт комбикорма в %: ячмень - 44; пшеница - 41,4; шрот подсолнечный - 11,7; соль поваренная - 1; обесфторенный фосфат - 1; премикс - 1. Состав сена в %: сырое вещество - 87,9; жир - 2,26; клетчатка - 32,6; зола - 4,26; протеин - 8,89.
Животные были разделены на четыре группы: 1 группа (контроль) - 4 головы, 2 группа - 5 голов, 3 и 4 группы по 9 голов. Концентрация нитрата свинца в рационе составляла для животных второй группы - 5 мг/кг, что соответствовало максимально допустимому уровню свинца в кормах (1 МДУ), третьей группы - 25 мг/кг (5 МДУ), четвертой группы - 150 мг/кг (30 МДУ). Нитрат свинца задавали с комбикормом один раз в сутки с учетом количества корма (в среднем 2 кг на голову), поступающего в желудочно-кишечный тракт животного. Для этого 100 г комбикорма смешивали с 50 мл раствора нитрата свинца определенной концентрации. Суточное поступление металла на голову составило 10, 50 и 300 мг соответственно.
Образцы крови брали из яремной вены овец до кормления на 30-е, 60-е и 90-е сутки интоксикации. Органы (печень, почки, селезенка) отбирали после убоя животных: до затравки 1 голова, на 30-е и 60-е сутки по 1 голове из 2 группы и по 3 головы из 3 и 4 групп, на 90-е сутки по 3 головы из каждой группы.
Коэффициенты перехода свинца из периферической крови в органы овец рассчитывали по формуле (1)
,
где Скрови - концентрация свинца в периферической крови, мг/л;
Соргана - концентрация свинца в органе, мг/кг;
КП - коэффициент перехода свинца из периферической крови в орган.
Коэффициенты перехода свинца из периферической крови в печень представлены в таблице 1. Как видно из таблицы 1, значения показателя варьируют, а обнаруженные изменения носят нелинейный характер. Возможно, выявленные закономерности обусловлены периодом полувыведения свинца из периферической крови и органов (20-40 суток), а также интенсивностью накопления металла в печени и его метаболизмом в организме.
Коэффициенты перехода свинца из периферической крови в почки также возрастают в зависимости от концентрации металла в рационе (таблица 2). Необходимо подчеркнуть, что коэффициенты перехода свинца из периферической крови в почки при концентрациях 5 мг/кг корма (1 МДУ) и 25 мг/кг корма (5 МДУ) в течение 90 суток интоксикации варьируют в пределах от 7,5 до 9,4 и от 14.0 до 16,14 соответственно. Максимальные значения показателя (34,13-285,2) регистрировали при концентрации металла в рационе 150 мг/кг корма (30 МДУ). Обнаруженные изменения, вероятно, обусловлены периодом полувыведения свинца из периферической крови и органов, а также интенсивностью накопления металла в почках и его метаболизмом в организме.
Коэффициенты перехода свинца из периферической крови в селезенку варьируют в зависимости от концентрации металла в рационе (таблица 3). Предполагается, что изменения показателя связаны с функциональной и пролиферативной активностью органа.
В целом, учитывая вариабельность коэффициентов перехода свинца из периферической крови в печень, почки и селезенку овец, а также период полувыведения его из периферической крови и органов (20-40 суток) и перехода системы (поступление металла в организм и выведение из организма) в равновесное состояние в поздние сроки интоксикации предлагается использовать значения показателя на 90-е сутки исследования. Следовательно, коэффициенты перехода свинца из периферической крови в печень, почки и селезенку овец при хроническом поступлении в течение 90 суток исследования при концентрации 5 мг/кг корма (1 МДУ) составляют 9,2; 9,4; и 3,7, при 25 мг/кг корма (5 МДУ) - 9,8; 14.1 и 3,8 и при 150 мг/кг корма (30 МДУ) - 14,8; 222,2 и 4,0, соответственно. Очевидно, что при 1 и 5 МДУ коэффициенты перехода свинца из периферической крови в органы сопоставимы, а при 30 МДУ имеют более высокие значения. Поэтому при оценке содержания свинца в органах овец и прогнозировании безопасности продукции овцеводства в экологически неблагополучных регионах необходимо использовать коэффициенты перехода, которые были определены для соответствующих концентраций металла в периферической крови. Сравнительный анализ коэффициентов перехода из периферической крови в органы выявил различия. Максимальные значения показателя регистрировали для почек, а минимальные - для селезенки. Вероятно, это обусловлено, с одной стороны, функциональной и пролиферативной активностью органов, а с другой, - закономерностями распределения и накопления свинца в органах и тканях.
Сравнение концентрации свинца в органах овец с допустимым уровнем согласно СанПиН 2.3.2.1078-01 позволяет прогнозировать безопасность продукции овцеводства. Учитывая закономерности распределения и накопления свинца в органах и тканях овец: почки ≥ печень > селезенка > кровь можно расчетным путем определить его концентрацию в периферической крови, при которой уровень металла в почках и печени не будет превышать санитарно-гигиенические требования СанПиН 2.3.2.1078-01 и, соответственно, в продукции овцеводства.
Безопасность продукции овцеводства рассчитывали по формуле (2)
,
где Соргана(ду) - допустимый уровень содержания свинца в органе (мг/кг) согласно СанПиН 2.3.2.1078-01;
Скрови - концентрация свинца в периферической крови, мг/л;
КП - коэффициент перехода свинца из периферической крови в орган.
Расчеты по прогнозированию безопасности продукции овцеводства на основе концентрации свинца в периферической крови представлены в таблице 4. Как видно из таблицы 4, содержание свинца в периферической крови овец при допустимом уровне (ДУ) количества металла в печени (0,6 мг/кг) составляет 0,065 мг/л, а в почках (1 мг/кг) и селезенке (0,6 мг/кг) - 0,106 мг/л и 0,162 мг/л, соответственно. Следовательно, безопасность продукции овцеводства при хроническом поступлении соединений свинца в организм обеспечивается при концентрации металла в периферической крови 0,065 мг/л, что на порядок ниже ДУ (0,6 мг/л). В целом, полученные данные могут быть использованы при ведении овцеводства в условиях техногенного загрязнения территорий с целью получения продуктов питания (мясо, молоко), соответствующих санитарно-гигиеническим нормативам, а также при нормировании содержания свинца в кормах для овец и проведении экологического мониторинга.
Результаты сведены в таблицы
Способ оценки содержания свинца в органах овец при хроническом поступлении металла с рационом, заключающийся в том, что на основании концентрации металла в периферической крови и коэффициентов перехода свинца из периферической крови в органы определяют уровни накопления металла в тканях печени, почек и селезенки овец, используя формулу КП=Соргана/Скрови, где КП - коэффициент перехода свинца из периферической крови в орган, Соргана - концентрация свинца в органе (мг/кг), Скрови - концентрация свинца в периферической крови (мг/л).
