CC BY
45
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2012, № 2
УДК [636.52/.58+636.028]:574.24:591.4
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СТАТУС И МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ
СОСТОЯНИЕ РЕПРОДУКТИВНЫХ ОРГАНОВ У КУР И МЛЕКОПИТАЮЩИХ ПОД ВЛИЯНИЕМ КАДМИЕВОЙ НАГРУЗКИ*
С.А. МИРОШНИКОВ, С.В. ЛЕБЕДЕВ, А.И. ВИШНЯКОВ
На курах-несушках кросса Хайсекс-браун и лабораторных крысах в условиях экспериментально-биологической клиники (виварий) изучали влияние токсичных доз кадмия на метаболизм химических элементов (Mg, Са, Se, Zn, Ag, I, K, P, Sr, As, A], Pb) в тканях желудочнокишечного тракта, сердца, легких, печени, почек, селезенки, половых органов, в костной и нервной ткани, во внутреннем жире, а также на морфофункциональное состояние репродуктивных органов. Введение кадмия в рацион приводило к нарушению обмена химических элементов как в организме в целом, так и в репродуктивной системе, что сопровождалось уменьшением содержания селена и снижением функциональной активности органов репродукции.
Ключевые слова: крысы, куры, минеральный обмен, кадмий, токсичность, репродуктивная система.
Keywords: rats, hens, mineral exchange, cadmium, toxicity, reproductive system.
Защита окружающей среды от загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) — одна из актуальных проблем экологии. Возрастающий объем ядовитых отходов наносит вред здоровью человека при прямом контакте или загрязнении пищи и питьевой воды. Миграция токсических элементов ведет к их накоплению в воде, почве, кормах, организме животных и человека (1). В результате экологического неблагополучия окружающей среды увеличивается заболеваемость и падеж сельскохозяйственных и диких животных, снижается их продуктивность. Систематическое воздействие токсических веществ вызывает патологические изменения в организме, приводит к нарушению обмена веществ, иммунологического статуса, функций нейрогуморальных систем, структуры органов и тканей и т.д. (2, 3).
Кадмий считается одним из наиболее токсичных тяжелых металлов, в России согласно действующим санитарным правилам и нормам (Сан-ПиН) он отнесен к высокоопасным веществам (2-й класс опасности). Смертельная доза кадмия для человека составляет 150 мг/кг (4), сообщается о выявлении Cd в тканях у дикой птицы (5), токсическая концентрация CdS04 для цыплят — 40 ppm (6).
Целью нашей работы было изучение влияния токсичных доз кадмия на метаболизм химических элементов в организме у кур-несушек и млекопитающих, а также на морфофункциональное состояние их репродуктивных органов.
Методика. Исследования проводили в условиях экспериментальнобиологической клиники (виварий). В I опыте использовали 20 самок крыс линии Wistar в возрасте 4 нед. Методом пар-аналогов были сформированы две группы животных (п = 10). Контрольная группа содержалась на полноценном сбалансированном комбикорме, разработанном на основании приказа МЗ СССР № 1179 от 10.10.1983 «Об утверждении нормативов затрат кормов для лабораторных животных». Животным из опытной группы в корм вводили CdSO4 в дозе 3 мг* гол-1 • сут-1. Во II опыте из 60 курочек кросса Хайсекс-браун в возрасте 8 нед по принципу пар-аналогов сформировали две группы (п = 30). С 14-недельного возраста в течение 3 нед птица из опытной группы получала в дополнение к основному рациону
* Работа выполнена при финансовой поддержке проекта АВЦП по программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)», рег. № 2.2.3.1/13273.
сернокислый кадмий в дозе 40 мг/кг корма. Кормление и содержание птицы осуществлялось в соответствии с принятыми рекомендациями (7). После окончания учетного периода птица из опытной группы была переведена на основной рацион.
Крыс и птицу взвешивали каждую неделю. Убой птицы в начале и в конце эксперимента (по 3 гол. из каждой группы) и крыс проводили под эфирным рауш-наркозом (8) с последующим формированием средних проб мышечной ткани, кожи, внутренних органов (ткани желудочно-кишечного тракта, сердца, легких, печени, почек, селезенки, половых органов), костной и нервной ткани, внутреннего жира. Исследования на животных проводились в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (приложение к приказу Министерства здравоохранения СССР от 12.08.1977 № 755).
Элементный состав биосубстратов изучали с применением атомноэмиссионной и масс-спектрометрии (АЭС-ИСП и МС-ИСП) в испытательной лаборатории АНО «Центр биотической медицины» (г. Москва). Озоление биосубстратов проводили с использованием микроволновой системы разложения MD-2000 (США). Содержание элементов в полученной золе оценивали на масс-спектрометре Elan 9000 («Perkin Elmer», США) и атомно-эмиссионном спектрометре Optima 2000 V («Perkin Elmer», США).
На основании анализа корма и тушек (куры-несушки и крысы) рассчитывали скорость накопления (S) химических элементов в организме по формуле: S = (Эк - Эн) • [0,5(Мк + Мн) • W0’75]-1 • Кс-1, где Эк и Эн — содержание химического элемента в тушках в конце и в начале эксперимента, мг/гол.; Мк и Мн — живая масса в конце и начале эксперимента, кг; Кс — продолжительность эксперимента, сут; W0’75 — коэффициент перевода в обменную массу.
Статистическую обработку осуществляли с использованием программ Microsoft Exсel и Statistica 6.0. При нормальном распределении, когда в сравниваемых группах разница между средней арифметической (М) и медианой (Ме) была менее 10 %, оценку статистической значимости различий между группами проводили с помощью ^-критерия Стьюдента, если же сравниваемые показатели имели распределение, отличающееся от нормального, то сравнение выполняли с помощью U-теста Манна-Уитни — непараметрического аналога ^-критерия Стьюдента.
Результаты. В I опыте в конце учетного периода крысы из контрольной группы превосходили по живой массе животных из опытной группы на 15,4 % (р < 0,01). Совокупная масса скелетной мускулатуры в опытной группе снизилась на 16,9 (р < 0,01), кожи — на 23,7 (р < 0,05), костей — на 12,9 % (р < 0,01) по сравнению контрольной.
При добавлении токсичной дозы кадмия в рацион происходило достоверное выведение из организма Mg и Са (рис.). Количество Se снизилось на 52,8 % (р < 0,01), I — на 21,6 % (р < 0,05), Zn — на 12,3 % (р < 0,05) и Ag — на 50,0 % (р < 0,01); соответствующая величина S равнялась -0,0000140; -0,0000580; -0,0005500 и 0,0000001 г • (кг • W0’75)-1 • сут-1. Вместе с тем зафиксировали снижение пула токсичных элементов: Al — на 41,3 % (р < 0,01), Pb — на 33,4 % (р < 0,01) и Sr — на 24,3 % (р < 0,01) относительно контрольной группы; S составила соответственно -0,0001200; 0,0000017 и -0,0005600 г - (кг-W0’75)-1 • сут-1.
Макроэлементы — наиболее пластичные при токсической нагрузке на организм. В наших опытах с добавлением к рациону кадмия содержание Са было на 26,7 %, K — на 22,6 % (р < 0,05) и Mg — на 23,7 % меньше по сравнению с контролем при значениях S -0,0248000; 0,0425900 и 0,0010000 г • (кг • W0,75)-1 • сут-1.
Изменения в минеральном обмене можно представить в виде соотношения, где над и под чертой располагаются элементы, содержание которых соответственно увеличилось и уменьшилось:
1, 8в, 2п, Ag, 8г, К, Mg -I
Скорость (Б) накопления (выведения) химических элементов у крыс, получавших в составе рациона токсичную дозу кадмия.
Значения слева направо
-0,0248000
-0,0005500
0,0000001
0,0000040
0,0000170
-0,0010000
-0,0001200
0,0000017
0,0000140
0,0000310
0,0001020; 0,0002300
-0,0005600
-0,0000580
0,0000020
0,0000160
0,0000710
0,0012000;
0,0425900; 0,0440000; 0,0700000.
Гистологическое исследование органов репродукции показало, что у крыс при добавлении кадмия к рациону происходило торможение процесса овуляции и на месте фолликулов развивались кистоподобные полости.
Во II опыте поедаемость корма птицей из контрольной группы в среднем за учетный период составила 29 554 г/гол., что на 0,4 % больше, чем в опытной группе. Вместе с тем повышение переваримости органического вещества корма в опытной группе достигало 4,8, жира — 11,4, углеводов — 6,0 % относительно контроля.
Известно, что при недостатке химических элементов снижается коэффициент полезного действия (КПД) корма, ухудшаются воспроизводительные функции, здоровье и продуктивность животных (9). Ситуация усугубляется при минимизации поступления в организм микро- и макроэлементов, что нарушает физиологические функции не только отдельных органов, но и организма в целом.
На фоне введения в рацион солей кадмия общий пул токсичных элементов составил 0,0642000 ммоль/г, что на 8,3 % меньше по сравнению с начальным периодом (14 нед). Отмечали достоверное увеличение количества А1 и Сё в тканях репродуктивной системы птицы из опытной группы (34,1 %) относительно контрольной (24,7 %) (р < 0,05).
Содержание условно эссенциальных элементов в репродуктивных органах у курочек из опытной группы по сравнению с 14-недельным возрастом уменьшилось с 0,26 до 0,18 ммоль/г. В опытной группе отмечалось более высокое (на 53,0 %, р < 0,05) количество мышьяка, чем в контроле. Содержание эссенциальных элементов увеличивалось до 2,02 ммоль/г, что на 55,0 % больше, чем в контрольной группе.
У кур из опытной группы из эссенциальных элементов наибольшим содержанием в репродуктивных органах характеризовались железо и цинк (показатели превышали аналогичные у контрольных особей соответственно на 63,1 и 45,0 %; р < 0,05) при снижении количества Сг и Бе (соответственно на 33,8 и 55,5 %; р < 0,05).
При кадмиевой нагрузке на организм птицы в период активного роста органов воспроизводства увеличилось количество К, Mg и Р — соответственно на 46,4; 36,1 и 35,3 % (р < 0,05).
Соотношение Са:Р в контрольной группе в 14-недельном возрасте составило 1:14, в возрасте 16 нед уменьшилось до 1:9. При введении Сё в рацион оно равнялось 1:26. Эти данные косвенно подтверждают существо-
вание антагонистических взаимодействий между кадмием и кальцием.
Непродолжительное скармливание повышенных доз кадмия сопровождалось достоверным различием в содержании химических элементов у птицы из опытной группы по сравнению с контрольной:
Al, Cd, As, P, Fe t Sr, Se -I
Эти изменения свидетельствуют не только о нарушении стромаль-но-фолликулярных ауто- и паракринных связей, но и о дисфункции центрального звена регуляции, что может быть связано с воздействием кадмия непосредственно на гипоталамус и гипофиз (10).
Таким образом, введение токсичных доз кадмия в рацион кур-несушек и крыс приводило к нарушению обмена химических элементов как в организме в целом, так и в отдельных системах, что сопровождалось уменьшением содержания многих эссенцильных элементов (Mg, Са, Se, I и Zn) и снижением функциональной активности органов репродукции.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Э й х л е р В. Яды в нашей пище. М., 1993: 54-55.
2. Т о п у р и я Г.М., Ж у к о в А.П. Содержание тяжелых металлов в объектах агроэко-
системы восточного Оренбуржья. Мат. Сибирской межд. науч.-практ. конф. «Актуальные вопросы ветеринарной медицины». Оренбург, 2004, ч. 2: 242-245.
3. О с и н ц е в а Л.А., М о т о в и л о в К.Я., К о р к и н а В.И. Накопление тяжелых металлов в продуктах пчеловодства. С.-х. биол., 2010, 2: 88-90.
4. В о л к о в а Н.А., К а р п л ю к И.А. Изучение мутагенной активности кадмия при пероральном поступлении. Вопросы питания, 1990, 3: 74-76.
5. Е с ь к о в Е.К., К и р ь я к у л о в В.М. Содержание тяжелых металлов в тканях уток, оседло зимующих в Московской области. С.-х. биол., 2008, 6: 115-118.
6. H i l l C.H., H i l l F.W. Influence of high levels of minerals on the susceptibility of chicks
to Salmonella gallinarum. J. Nutr., 1974, 80: 227-230.
7. Ф и с и н и н В.И., И м а н г у л о в Ш.А., Е г о р о в И.А. и др. Нормирование
кормления сельскохозяйственной птицы по доступным аминокислотам: метод. реком. Сергиев Посад, 2000.
8. И м а н г у л о в Ш.А., Е г о р о в И.А., О к о л е л о в а Т.М. и др. Методика проведения научных и производственных исследований по кормлению сельскохозяйственной птицы: рекомендации. Сергиев Посад, 2004.
9. A n k e M., G r u n M., P a r t s c h e f e l d M. The essentiality of arsenic for animals. In: Trace substances in environmental health /D.D. Hemphill (ed.). Columbia, MO, 1976, v. 10: 403-409.
10. M i l l e r R.H., B e l l i n g e r D. Metalls. In: Occuhat. Environ. Reprod. Hazards. Baltimore, 1993: 233-252.
ГБОУ ВПО Оренбургский государственный университет,
460018 г. Оренбург, просп. Победы, 13, e-mail: ferupin@mail.ru
ELEMENT STATUS AND MORPHOFUNCTIONAL STATE OF REPRODUCTIVE ORGANS IN HENS AND MAMMALS UNDER THE INFLUENCE OF CADMIUM LOAD
S.A. Miroshnikov, S.V. Lebedev, A.I. Vishnyakov
S u m m a r y
On laboratorial rats and hens of the Highsex Brown the authors studied the influence of cadmium toxic doses on metabolism of chemical elements (Mg, Са, Se, Zn, Ag, I, K, P, Sr, As, Al, Pb) and morphofunctional state of reproductive organs. The addition of cadmium to ration leads to the disturbance in metabolism of chemical elements both in whole organism and in reproductive system, that accompanied by the reduction of selenium content and the decrease of functional activity of reproduction organs.
Поступила в редакцию 12 мая 2010 года
