Использование растительных детоксикантов в условиях моделирования антропогенного загрязнения тяжелыми металлами Текст научной статьи по специальности «Животноводство и молочное дело»

7. Любимова Е.Л. Растительный покров. Зона травяных лесов и островной лесостепи // Средняя Сибирь.

- М.: Наука, 1964. - С. 249-263.

8. Черепнин Л.М. Растительность Красноярского края // Природные условия Красноярского края. - М.: АН СССР, 1961. - С. 160-187.

---------♦'-----------

УДК 631.95:615.322:636.028 М.А. Ледовских

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ ДЕТОКСИКАНТОВ В УСЛОВИЯХ МОДЕЛИРОВАНИЯ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Установлено, что использование растительных детоксикантов - корневищ бадана толстолистного, корней лопуха большого, листьев крапивы двудомной и мать-и-мачехи - в условиях моделирования антропогенного загрязнения тяжелыми металлами оказывает положительное влияние на организм животных.

Ключевые слова: аккумуляция, антиоксидантная активность, детоксикант, кадмий, свинец, спиртовые экстракты, лекарственные растения.

M.A. Ledovskikh THE VEGETATIVE DETOXICANT USE IN THE CONDITIONS OF ANTHROPOGENIC HEAVY METAL POLLUTION MODELLING

It is determined that the use of vegetative detoxicants leather bergenia (Bergenia crasslifolia) rhizomes, great bur (Actium lappa) roots, great nettle (Urtica dioca) and coltsfoot (Tussilago farfara) leaves - in the conditions of anthropogenic heavy metal pollution modeling have positive influence on the animal organism.

Key words: accumulation, antioxidant activity, detoxicant, cadmium, lead, alcohol extracts, medicinal plants.

Введение. Основная часть тяжелых металлов попадает в организм человека через продукты животного и растительного происхождения. Свинец и кадмий, попадая в круговорот природы, двигаясь по трофической цепи, в итоге оказываются в составе пищевых ингредиентов [1, 2].

Тяжелые металлы проявляют токсический эффект в растворенном состоянии, переходя в ионные формы. Причиной того, что живые организмы не выработали в ходе эволюции механизмов их детоксикации, достаточно эффективных для противодействия современному уровню антропогенного загрязнения окружающей среды, является малая растворимость основных минералов свинца и кадмия [3].

Определенную перспективу в качестве детоксикантов имеют препараты, которые обладают сорбционными, ионообменными и биологически активными свойствами. Они способствуют эвакуации металлов через ЖКТ, повышают иммунологическую сопротивляемость и биологическую защиту [4].

Цель работы. Изучение использования растительных детоксикантов (на примере лекарственных трав Новосибирской области: корневищ бадана толстолистного - Bergenia crasslifolia L., корней лопуха большого - Arctium Lappa L., листьев крапивы двудомной - Urtica dioca L., листьев мать-и-мачехи - Tussilago farfara L.) на организме крыс линии Wistar в условиях моделирования антропогенного загрязнения тяжелыми металлами (Pb, Cd).

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

1. Изучить антиоксидантную активность лекарственных трав.

2. Исследовать некоторые физиологические показатели крыс линии Wistar, их адаптации к воздействию тяжелых металлов при использовании антиоксидантов растительного сырья в качестве комплексных детоксикантов.

3. Определить фоновое содержание свинца и кадмия в органах и тканях лабораторных животных, а также уровня аккумуляции и распределения по органам и тканям тяжелых металлов в организме крыс при повышенной концентрации их в корме и применении спиртовых экстрактов лекарственных трав.

Методика исследований. Корневища бадана толстолистного, корни лопуха большого, листья крапивы двудомной и мать-и-мачехи наиболее распространены в Новосибирской области, имеют выраженные химические составы с наилучшими терапевтическими и антиоксидантными свойствами.

Антиоксидантную активность образцов определяли используя метод катодной вольтамперометрии. Методика эксперимента заключалась в съемке вольтоамперограмм катодного восстановления кислорода с помощью анализатора АОА «Антиоксидант» (ООО «НПП Полиант», г. Томск).

Приготовление и исследование экстрактов лекарственных растений проводилось на кафедре химии Новосибирского государственного аграрного университета. Время извлечения биологически активных веществ лекарственных растений в концентрации этанола 40% составило 72 часа с гидромодулем 1:20. Аликвота исследуемого образца составила 0,5 мл. Делали 3 параллельных определения из каждого образца и рассчитывали средний коэффициент антиоксидантной активности. Антиоксидантная активность исследуемых образцов оценивалась по кинетическому критерию антиоксидантной активности К (мкмоль/л*мин), который отражает количество прореагировавших с образцом кислородных форм.

Исследования на лабораторных животных проведены на базе экспериментально-хирургического отделения ФГБОУ «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии Федерального агентства высокотехнологической медицинской помощи» на 70 крысах мужского пола линии Wistar в возрасте 4 месяцев со средней живой массой 240-250 г.

Крысы всех групп содержались клеточно без пересадок, до 42 дней опыта. Животных кормили полнорационными, сбалансированными по содержанию питательных и биологически активных веществ комбикормами для лабораторных крыс и мышей «Прокорм» производства акционерного общества «БиоПро».

Введение солей свинца и кадмия, а также исследуемых спиртовых экстрактов проводилось перорально (для получения более точных результатов исследования) в дозировке 1мл / 1кг массы животного 1 раз в сутки.

Контрольная группа - основной рацион (ОР) весь период эксперимента. С 1 -х по 7-е сутки - 1-я - 6-я опытные группы - ОР + 25 мг Pb + 2,5 мг Cd на 1 кг живой массы крыс (ТМ). Далее: 1-я опытная группа - ОР; 2-я опытная - ОР + 40 %-й раствор этанола на 1 кг живой массы крыс; 3-я опытная - ОР + 1 мл спиртового экстракта корневищ бадана толстолистного на 1 кг живой массы крыс; 4-я опытная - ОР + 1 мл спиртового экстракта корней лопуха большого на 1 кг живой массы крыс; 5-я опытная - ОР + 1 мл спиртового экстракта листьев крапивы двудомной на 1 кг живой массы крыс; 6-я опытная - ОР + 1 мл спиртового экстракта листьев мать-и-мачехи на 1 кг живой массы крыс [5].

Забор венозной крови и вывод крыс из эксперимента (путем эвтаназии) производились с соблюдением «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» [6]. Основные биохимические показатели - общий белок, альбумин, кальций, холестерин, щелочную фосфатазу, мочевину - определяли фотоколориметрическими методами на базе экспериментально-хирургического отделения ФГУ «ННИИТО Росмедтехнологии».

Результаты исследований. Результаты исследования 40%-х спиртовых экстрактов лекарственных растений (корневищ бадана толстолистного, корней лопуха большого, листьев крапивы двудомной и листьев мать-и-мачехи) показали, что они обладают антиоксидантными свойства: К= 64,43 ± 1,68***, К=22,84 ± 2,37*, К=14,25 ± 1,24 и К=20,47 ± 0,65* мкмоль/л*мин соответственно (* - Р < 0,05; ** - Р < 0,01; *** - Р < 0,001). Вариационная статистика рассчитывалась относительно спиртового экстракта листьев крапивы двудомной, так как обладает наименьшим значением К= 14,25 мкмоль/л^мин.

Антиоксидантная активность спиртовых экстрактов корневищ бадана толстолистного, корней лопуха большого и листьев мать-и-мачехи превосходила показатель экстракта листьев крапивы двудомной в 4,52 раза, 1,60 и 1,44 р < 0,05-0,001) соответственно. Все изученные образцы экстрактов обладают высокой ан-

тиоксидантной активностью, превышающей антиоксидантную активность известного антиоксиданта дигидро-кверцетина (К= 1,46 ммоль/л'мин) [7].

По окончании опыта проводилось взвешивание животных и их внутренних органов: сердца, почек, печени и селезенки [5].

Установлено, что у крыс, подвергавшихся интоксикации солями свинца и кадмия, на конец эксперимента наблюдалось увеличение массы сердца в 1,40 раза (P<0,05) в сравнении с животными контрольной группы. При интоксикациях происходит усиление кровотока как реакция организма на отравляющие вещества, вследствие чего орган увеличивается [8].

Масса селезенки лабораторных животных значительно увеличилась в 1-, 4- и 6-й опытных группах соответственно в 1,90 раза, 1,79 и 1,59 (P <0,05-0,01) по сравнению с животными контрольной группы. Селезенка относится к органам кроветворения, однако также служит местом утилизации стареющих эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. В ней образуются антитела, она является важным депо крови [8]. По массе печени и почек у животных всех опытных групп достоверных отличий в сравнении с контрольной группой не выявлено.

В ходе исследований были определены биохимические показатели крови крыс [5]. Выявлено, что содержание щелочной фосфатазы в сыворотке крови крыс 1-й опытной группы ниже значений животных контрольной группы в 1,35 раза (P<0,05), что свидетельствует о нарушении функции печени, почек. По содержанию общего белка, альбумина, кальция, холестерина и мочевины в сыворотке крови животных всех опытных групп в сравнении с контрольной достоверных отличий не наблюдалось.

Одной из задач экспериментов являлось определение фонового содержания свинца и кадмия в органах и тканях лабораторных животных, а также уровня аккумуляции и распределения по органам и тканям тяжелых металлов в организме крыс при повышенной концентрации их в корме и применении спиртовых экстрактов лекарственных трав - корневищ бадана толстолистного Bergenia crasslifolia L., корней лопуха большого Actium lappa L., листьев крапивы двудомной Urtica dioca L., листьев мать-и-мачехи Tussilago farfa-ra L. - в качестве детоксикантов.

В таблице 1 приведены данные по содержанию свинца в органах и тканях крыс на момент окончания эксперимента.

Таблица 1

Содержание свинца в органах и тканях крыс, мг/кг*10-2

Органы и ткани Группа

Контрольная 1-я опытная 2-я опытная 3-я опытная 4-я опытная 5-я опытная 6-я опытная

Печень 34,19± 1,31*** 201,73± 2,34 164,54± 1,88*** 119,09± 1,39*** 99,11± 0,93*** 97,19± 0,98*** 110,02± 1,60***

Почки 29,66± 1,59*** 177,40± 0,85 152,65± 1,74*** 70,62± 0,51*** 56,39± 0,78*** 67,74± 0,67*** 90,38± 0,60***

Сердце 7,59± 0,47*** 78,30± 1,29 60,24± 0,73*** 12,38± 0,37*** 21,73± 0,78*** 15,70± 0,59*** 11,08± 0,32***

Селезенка 15,71± 0,28*** 154,47± 2,70 140,20± 0,69** 81,28± 0,30*** 83,53± 1,14*** 78,23± 0,90*** 75,47± 1,10***

Мышечная ткань 10,27± 0,57*** 31,04± 0,84 20,39± 1,73** 11,67± 0,59*** 11,02± 0,33*** 8,37± 0,47*** 11,80± 0,50***

Костная ткань 24,54± 0,47*** 305,37± 12,69 216,30± 11,29** 195,66± 9,19*** 147,78± 0,34*** 148,42± 5,64*** 171,72± 1,88***

Примечание. **- Р < 0,01; ***- Р < 0,001 (достоверно в сравнении с 1-й опытной группой).

Введение в рацион 25,00 мг Pb + 2,5 мг Cd на 1 кг живой массы вызвало достоверное увеличение уровня свинца в органах и тканях лабораторных животных 1-й опытной группы. Так, в печени его концентра-

ция возросла в 5,90 раза; в почках - 5,98; в сердце - 10,32; в селезенке - 9,83; в мышечной ткани - 3,02; в костной ткани - в 12,44 раза (Р<0,001).

Добавление раствора этанола в рацион животных привело к снижению уровня свинца в организме 2-й опытной группы: в печени в 1,23 раза; в почках - 1,16; в сердце - 1,30; в селезенке - 1,10; в мышечной ткани

- 1,52; в костной ткани - в 1,41 раза (Р<0,01-0,001).

Применение спиртовых экстрактов лекарственных трав в качестве детоксикантов привело к значительному уменьшению уровня свинца в органах и тканях крыс.

У крыс 3-й группы свинец был обнаружен во всех внутренних органах, но его уровень в сравнении с соответствующими значениями 1-й опытной группы был достоверно ниже. При введении в рацион 1 мл спиртового экстракта корневищ бадана толстолистного на 1 кг живой массы концентрация элемента уменьшилась: в печени в 1,69 раза; в почках - 2,51; в сердце - 6,32; в селезенке - 1,90; в мышечной ткани - 2,66; в костной ткани - в 1,56 раза (Р<0,001, во всех случаях).

Получение спиртового экстракта корней лопуха большого привело к детоксикации свинца в организме животных 4-й опытной группы. Его концентрация в печени снизилась в 2,04 раза; в почках - 3,15; в сердце -3,60; в селезенке - 1,85; в мышечной ткани - 2,82; в костной ткани - в 2,05 раза (Р<0,001 соответственно).

Введение в рацион кормления крыс 5-й опытной группы спиртового экстракта листьев крапивы двудомной также привело к снижению уровня свинца в органах и тканях лабораторных животных. Концентрация тяжелого металла в печени уменьшилась в 2,08 раза; в почках - 2,62; в сердце - 4,99; в селезенке - 1,97; в мышечной ткани - 3,71; в костной ткани - в 2,06 раза (Р<0,001, во всех случаях).

Применение спиртового экстракта листьев мать-и-мачехи в качестве детоксиканта тяжелых металлов вызвало уменьшение количества свинца в организме лабораторных животных. Уровень свинца в печени крыс снизился в 3,53 раза; в почках - 1,96; в сердце - 7,07; в селезенке - 2,05; в мышечной ткани - 2,63; в костной ткани - в 1,78 раза (Р<0,001, во всех случаях).

В таблице 2 приведены данные по содержанию кадмия в органах и тканях крыс на момент окончания эксперимента.

Таблица 2

Содержание кадмия в органах и тканях крыс, мг/кг*10-2

Органы и ткани Группа

Кон- трольная 1-я опытная 2-я опытная 3-я опытная 4-я опытная 5-я опытная 6-я опытная

Печень 11,47± 53,36± 33,52± 16,06± 17,70± 15,67± 28,19±

0,14*** 0,14 3,19** 5,51** 2 у2*** 2,16*** 4,06**

Почки 22,67± 93,54± 80,52± 54,74± 58,14± 72,08± 68,14±

2 і^*** 1,08 1,88** 5,34*** 5,80** 0,29*** 6,06**

Сердце 0,97± 2,97± 2,65± 2,25± 2,85± 2,76± 2,91±

0,09** 0,35 0,46 0,03 0,46 0,29 0,34

Селезенка 13,36± 28,21± 23,79± 15,35± 13,75± 14,43± 16,22±

0,45*** 0,28 0,86** 0,72*** 0,73*** 0,74*** 0,42***

Мышечная 0,44± 1,50± 1,12± 0,52± 0,79± 0,85± 0,92±

ткань 0,16** 0,09 0,07* 0,12** 0,07** 0,10** 0,14**

Примечание. **- Р<0,01; ***- Р<0,001 (достоверно в сравнении с 1-й опытной группой).

При введении в рацион 25,00 мг Pb + 2,5 мг Cd на 1 кг живой массы произошло значительное увеличение концентрации кадмия во всех органах и тканях лабораторных животных 1-й опытной группы. Так, уровень кадмия в печени крыс возрос в 4,65 раза; в почках - 4,13; в сердце - 3,06; в селезенке - 2,11; в мышечной ткани - в 3,41 раза (Р<0,01-0,001).

Введение раствора этанола привело к снижению уровня кадмия в организме крыс 2-й опытной группы. Его концентрация в печени снизилась в 1,59 раза; в почках - 1,16; в селезенке - 1,19; в мышечной ткани - в

1.34 раза (Р<0,05-0,01).

Применение спиртовых экстрактов лекарственных трав в качестве детоксикантов привело к значительному уменьшению уровня кадмия в органах и тканях крыс.

У крыс 3-й группы кадмий был обнаружен во всех внутренних органах, но его уровень в сравнении с соответствующими значениями 1-й опытной группы был достоверно ниже. При введении в рацион 1мл спиртового экстракта корневищ бадана толстолистного на 1 кг живой массы во внутренних органах лабораторных животных концентрация элемента уменьшилась: в печени в 3,32 раза; в почках - 1,71; в селезенке - 1,84; в мышечной ткани - в 2,89 раза (Р<0,01-0,001).

Введение в рацион кормления крыс 4-й опытной группы спиртового экстракта корней лопуха большого также привело к снижению уровня кадмия в органах и тканях животных. Концентрация элемента в печени уменьшилась в 3,02 раза; в почках - 1,61; в селезенке - 2,05; в мышечной ткани - в 1,90 раза (Р<0,01-0,001).

При воздействии спиртового экстракта листьев крапивы двудомной концентрация кадмия значительно снизилась: в печени в 3,41 раза; в почках - 1,30; в селезенке - 1,96; в мышечной ткани - в 1,77 раза (Р<0,01-0,001).

Применение 1 мл экстракта листьев мать-и-мачехи на 1 кг живой массы вызвало уменьшение количества кадмия в организме лабораторных животных. Уровень кадмия в печени снизился в 1,89 раза, в почках -1,37; в селезенке - 1,74; в мышечной ткани - в 1,63 раза (Р<0,01-0,001).

Наблюдалась тенденция к снижению уровня токсиканта в сердце животных всех опытных групп, однако достоверных отличий установлено не было.

Выводы

1. 40%-е спиртовые экстракты корневищ бадана толстолистного, корней лопуха большого, листьев крапивы двудомной и мать-и-мачехи обладают антиоксидантной активностью и оказывают положительное влияние на организм животных. Экстракт корневищ бадана толстолистного обладает наивысшей антиокси-дантной активностью (К=64,43 ± 1,68 мкмоль/лхмин), а экстракт листьев крапивы двудомной - наименьшей (К=14,25± 1,24 мкмоль/лхмин).

2. Введение в рацион тяжелых металлов в концентрации 25,00 мг Pb + 2,5 мг Cd на 1кг живой массы крыс линии Wistar не привело к достоверным изменениям живой массы животных. Установлено увеличение массы сердца крыс в 1,40 раза и массы селезенки в 1,90 раза (P <0,05-0,01) в сравнении с животными контрольной группы. Поступление в рацион токсикантов привело к снижению содержания щелочной фосфатазы в сыворотке крови крыс 1-й опытной группы в сравнении с показателями животных контрольной группы в

1.35 раза (Р <0,05). Спиртовые экстракты исследуемых детоксикантов нормализовали биохимические показатели сыворотки крови лабораторных животных.

3. Кратковременное поступление тяжелых металлов в концентрациях 25,00 мг Pb + 2,5 мг Cd на 1 кг живой массы крыс вызвало увеличение содержания свинца и кадмия в органах и тканях животных всех опытных групп. Использование спиртовых экстрактов лекарственных трав (на конец опыта) привело к достоверной детоксикации свинца в органах и тканях крыс: корневищ бадана толстолистного в 1,56-6,32 раза; корней лопуха большого - 1,85-3,60; листьев крапивы двудомной - 1,97-4,99; мать-и-мачехи - в 1,78-7,07 раза (Р<0,01-0,001). Наибольшую детоксикационную способность проявили спиртовые экстракты корней лопуха большого и листьев крапивы двудомной.

Применение спиртовых экстрактов лекарственных трав (на конец опыта) привело к достоверной детоксикации кадмия в органах и тканях крыс: корневищ бадана толстолистного в 1,71-3,32 раза; корней лопуха большого - 1,61-3,02; листьев крапивы двудомной - 1,3-3,41; мать-и-мачехи - в 1,37-1,89 раза (Р<0,01-

0,001). Наибольшую детоксикационную способность проявили спиртовые экстракты корневищ бадана толстолистного и листьев крапивы двудомной.

Таким образом, проведенные исследования показали, что использование растительных детоксикантов корневищ бадана толстолистного Bergenia crasslifolia L., корней лопуха большого Arctium Lappa L., листьев крапивы двудомной Urtica dioca L., листьев мать-и-мачехи Tussilago farfara L., обладающих антиокси-дантными свойствами, может являться основой для разработки эффективного растительного препарата, используемого для профилактики и лечения животных от интоксикации солями тяжелых металлов.

Литература

1. Донченко Л.В., Надыкта В.Д. Безопасность пищевой продукции. - М.: Пищепромиздат, 2001. -С. 112-185, 343-365, 499-501.

2. Комаров В.И. Проблемы безопасности пищевых продуктов // Пищ. пром-сть. - 1996. - №2. - С. 26-27.

3. Ершов В.В., Никифоров Г.А., Володькин А.А. Пространственно-затрудненные фенолы. - М.: Химия, 1972. - 352 с.

4. Бокова Т.И. Экологические основы инновационного совершенствования пищевых продуктов. - Новосибирск: Изд-во НГАУ, 2011. - С.6.

5. Ледовских М.А., Бокова Т.И. Влияние спиртовых экстрактов лекарственных трав на некоторые физиологические показатели лабораторных животных в условиях моделирования антропогенного загрязнения // Вестн. НГАУ. - 2012. - №2 (23). - С. 60.

6. Приказ Минздрава СССР от 12.08.1977 № 755 «О мерах по дальнейшему совершенствованию организационных форм работы с использованием экспериментальных животных» (Приложения).

7. Васильцова И.В., Бокова Т.И. Определение антиоксидантной активности природных объектов // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения: мат-лы Всерос. науч.-практ. конф. - Красноярск, 2009. - С. 349-355.

8. Гольдберг Е.Д. Справочник по гематологии с атласом микрофотограмм. - Томск: Изд-во ТГУ, 1989. -С. 29-31, 268-308.

---------♦'----------

УДК 581.5 ОЛ. Цандекова, ЛЛ. Седельникова

АККУМУЛИРУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ЛИСТЬЕВ ДЕКОРАТИВНЫХ РАСТЕНИЙ В ГОРОДСКОЙ СРЕДЕ

НАУЧНОГО ЦЕНТРА СО РАН

Представлены результаты изучения аккумулирующей способности листьев декоративных растений в условиях городской среды. Проанализированы особенности накопления азота и серы в листьях. Ключевые слова: ирис, лилейник, хоста, лист, аккумуляция, сера, азот, Западная Сибирь.

O.L. Tsandekova, L.L. Sedelnikova ACCUMULATIVE CAPACITY OF DECORATIVE PLANT LEAVES IN URBAN ENVIRONMENT OF RAS SIBERIAN SCIENTIFIC CENTRE

The research results of the decorative plant leaf accumulative capacity in urban environment are presented. The peculiarities of nitrogen and sulphur accumulation in leaves are analyzed.

Key word: Iris, Hemerocallis, Hosta, leaf, accumulation, sulphur, nitrogen, West Siberia.

Введение. В условиях интенсивного роста городов, развития всех видов транспорта наиболее актуальна проблема сохранения и оздоровления городской среды. Важная роль в улучшении состояния воздушной среды и микроклимата городских территорий принадлежит декоративным растениям. Они являются одним из основных компонентов городского ландшафта, которые благотворно влияют на психофизиологическое состояние человека. Декоративные растения поглощают и нейтрализуют часть атмосферных поллю-тантов, сохраняя прилегающие территории от пагубного воздействия экотоксикантов. Имеются сведения о состоянии накопления токсичных металлов и влиянии автотранспорта на древесно-кустарниковые и газонные растения, выращиваемые в условиях техногенного загрязнения в Забайкалье, Красноярском крае, Кемеровской и Новосибирской областях [Артамонова и др., 2008; Кайдорина, 2009; Цандекова, 2009; Копылова 2011, 2012]. Цветочно-декоративные растения как дополнительный элемент в озеленении Научного центра