Содержание рубидия в органах, тканях и биологических жидкостях крупного рогатого скота Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 546.35:619:61 г: ¿36.2 (571.13) Н. А. ПОНОМАРЕВА

И. П. СТЕПАНОВА А. Я. РЯБИКОВ

Институт ветеринарной медицины Омского государственного аграрного университета

СОДЕРЖАНИЕ РУБИДИЯ В ОРГАНАХ, ТКАНЯХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЯХ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА_

Определено содержание рубидия и установлены возрастные закономерности накопления микроэлемента некоторыми органами, тканями и биологическими жидкостями КРС с учетом ландшафтно-геохимических условий среды обитания животных.

Изучение роли тяжелых металлов в жизненных процессах, определение основных факторов их накопления организмами для повышения продуктивности животноводства, профилактики и лечения болезней, вызванных избытком или недостатком микроэлементов, является одной из актуальных проблем. Суммарное содержание каждого из химических элементов, составляющих живые организмы, определяется сложным сочетанием нескольких факторов, которые условно объединяют в 3 большие группы [ 1 ].В 1 -ю группу входят внутренние биохимические факторы, определяемые биологическими особенностями конкретного вида организмов. Вторую группу составляют внешние, ландшафтно-геохимические факторы, определяемые условиями среды обитания организмов. Третья группа состоит из внутренних, кристалло-химических факторов, определяемых свойствами ионов, входящих.в состав растений и животных. Значимость определенной группы и даже отдельных фактов в некоторых случаях может возрастать и становиться определяющей.

Содержание отдельных элементов в животном организме во многом зависит от их физиологической роли, атакже от биологических связей между элементами. Топография и значение элемента определяется особенностями строения его иона, то есть,положением элемента в периодической системе Д. И . Менделеева [2]. Как правило, с увеличением заряда ядра атомов увеличивается токсичность элементов данной группы и уменьшается их содержание в организме. Уменьшение содержания, очевидно, связано с те^, что многие элементы длинных периодов из-за больших атомов и ионных радиусов, высокого заряда ядра, сложности электронных конфигураций, малой растворимости соединений плохо усваиваются живыми организмами [3].

Сходство и различие биологического действия связано с электронным строением атомов и ионов. Близкие значения атомных и ионных радиусов, энергий ионизации, координационных чисел, склонность к образованию связей с одними и теми же элементами в молекулах биолигандов обуславливает эффекты замет щения элементов в биологических системах. Такое замещение ионов может происходить как с усилением (синергизм), так и с угнетением активности (антагонизм) замещаемого элемента (2].

Органы и ткани животных организмов по-разному концентрируют в себе различные химические элементы. Так, в животных организмах большинство микроэлементов накапливается в печени, костной и мышечной тканях. Именно эти ткани являются основным депо для многих микроэлементов [4].

Элементы могут проявлять специфическое сродство по отношению к некоторым органам и содержаться в них в высоких концентрациях. Доказано, например, чт о цинк накапливается в поджелудочной железе, йод- в щитовидной, фтор- в эмали зубов, алюминий, мышьяк, ванадий концентрируются в волосах и ногтях, кадмий, ртуть, молибден- в почках, олово- в тканях кишечника, стронций- в предстательной железе, костной ткани, барий- в пигментной сетчатке глаза, бром, марганец, хром- в гипофизе и т. д. [2].

В организмах микроэлементы могут находиться как в виде свободных ионных форм, так и в связанном состоянии. Например, в тканях головного мозга марганец находится в ионном виде, акремний, алюминий, медь и титан - в виде комплексов с белками. Определенные типы органических тканей могут вызвать образование в живом организме даже минералов с очень высокой концентрацией многих элементов. Так, в костях позвоночных с белком коллагеном связан ОН-апа-тит [ 1 ].

В одной и той же части живого организма содержание химических элементов может существенно изменяться в зависимости от возраста. Достоверно установлено, что содержание элементов в скелетных образованиях изменяется в зависимости от возраста. Имеются данные, что в организме человека содержание кадмия в почках и молибдена в печени к старости повышается. Максимальное содержание цинка наблюдается в период полового созревания, затем оно понижается и в старости доходит до минимума. Уменьшается с возрастом и содержание других микроэлементов, например ванадия и хрома. При этом могут изменяться не только концентрации, но и форма нахождения химических элементов. Многие элементы из растворов и сложных металлорганических соединений переходят в минеральную форму обычно в скелетные образования [2].

На накопление химических элементов в животном организме оказывают влияние и ландшафтно-геохи-мические условия через систему почва — растение —

£ животное. Ландшафтно-геохимическая обстановка во многом определяется составом почвообразующих горных пород. Их изменение, как правило, приводит к изменению концентрации элементов не только в почвах, но и в растениях и, следовательно, в животном организме [1 ].

В настоящее время топография и физиологическая роль многих микро- и макроэлементов хорошо изучена [1,5]. В тоже время в литературе крайне недостаточно сведений о распределении между органами и тканями элементов, биологическая роль которых до конца не выяснена, в частности, рубидия - элемента 1-А группы. Имеются сообщения, что рубидий постоянно присутствует в животном организме. Как в-эле-мент 1А-группы он склонен к образованию связей с атомом кислорода, в растворе рубидий находится в виде гидратированного иона. Являясь по физико-химическим характеристикам полним аналогом калия, рубидий также накаливается во внутриклеточной жидкости и может в различных процессах замещать эквивалентное количество калия. Синергист калия — -рубидий активирует многие те же самые ферменты, что и калий, пируватфосфокиназу, альдегиддегидро-геназуидр. [1]. Кроме того, известно, что при повышенной концентрации рубидий может оказывать токсическое действие на организм [4].

Имеются единичные сообщения о содержании рубидия в организме крупного рогатого скота (КРС) [4]. В то же время отсутствуют сведения о возрастных особенностях накопления рубидия в органах и тканях КРС. Недостаточно изучена взаимосвязь между уровнем накопления рубидия в почве, кормовых культурах и организме КРС. В связи с этим представлялось интересным определить уровень накопления рубидия органами, тканями и биологическими жидкостями КРС, выращенным на землях хозяйств разных поч-венно-климатических зон лесостепи Омской области.

Исследования проводили в южной и центральной лесостепной зоне. Почва опытного участка южной лесостепной зоны — лугово-черноземная, маломощная, малогумусовая, тяжелосуглинистая. Содержание гумуса-3,3%. Глубина залегания грунтовых вод- отЗ до 3.5 м, рН почвенного растворов — 6,7-6,9. Почва опытного участка центральной лесостепной зоны — чернозем обыкновенный, среднемощный, среднегу-мусовый, тяжелосуглинистый. Содержание гумуса — 7,5%. Глубина залегания грунтовых вод - от 3 до 3.5 м, рН почвенного растворов - 6,7-6,9. В год исследования сумма осадков за вегетационный период соответствовала среднемноголетним значениям.

Были проанализированы образцы почвы и кормовых культур (сено злаковое, сено кострецовое и сецо степных пастбищ). Были исследованы образцы некоторых органов, тканей (печень, почки, легкие, селезенка, сердечная и скелетная мышцы) и биологические жидкости (кровь, моча) телок красной степной породы разных возрастных групп (3, 6 и 24 месяца). Также были проанализированы образцы молока 3-летних коров аналогичной породы. Содержание микроэлемента определяли методом эмиссионной пламен-. ной фотометрии. Статистическую обработку результатов проводили с использованием критериев Стью-дента и Фишера.

Исследование в южной лесостепной зоне области показало, что содержание подвижных форм рубидия в пахотном слое составляет 71,16±4,03 мг/кг сухой массы (п = 10). Уровень микроэлемента в сене злаковом, кострецовом и степных пастбищ соответственно ^ равен 11,87±0,77; 6,84±0,54 и 5,13±0,47 мг/кг сухой в! массы (по п= 10).

При анализе содержания рубидия в органах и тканях телок разных возрастных групп, выращенных в хозяйствах южной лесостепи (табл. 1) выявлено, что у 3-месячных животных самый высокий уровень микроэлемента — в сердечной и скелетной мышцах, более низкий — в селезенке и печени, а самый низкий — в легких и почках. Следует отметить, что средние значения концентрации рубидия во всех изучаемых органах и тканях достоверно отличаются между собой (р < 0,001).

У телок в возрасте 6 месяцев самое высокое содержание рубидия обнаружено в сердечной и скелетной мышцах, более низкое — в печени, еще более низкое — в почках и селезенке, а самое низкое — в легком. Причем уровень микроэлемента достоверно отличается между всеми органами и тканями (р < 0,001).

При анализе органов и тканей у 24-месячных КРС самая высокая концентрация рубидия выявлена в скелетной и сердечной мышцах, более низкая — в почках и печени, а самая низкая — в селезенке и легких. Среднее содержание микроэлемента во всех изучаемых органах и тканях 24-месячных телок, также как и в группах 3- и 6-месячных животных, достоверно отличается между собой (р < 0,001).

Исследование уровня рубидия в печени телок в постнатальном онтогенезе показало, что в период от 3 до 6 месяцев концентрация микроэлемента достоверно увеличивается почти в 2 раза (р<0,001), затем происходит дальнейшее достоверное повышение содержания рубидия (.р <0,05).

В почках уровень микроэлемента в период от 3 до 24 месяцев так же, как и в печени, достоверно повышается почтив4,5 раза (р< 0,001). Аналогичная печени и почкам установлена динамика концентрации рубидия в скелетной и сердечной мышцах, причем содержание микроэлемента повышается за изучаемый период в 2,3 раза (р<0,001).

Анализ уровня рубидия в селезенке показал, что за период от 3 до 6 месяцев происходит достоверное снижение концентрации микроэлемента (р<0,05), а в последующем возрастном диапазоне уровень рубидия возвращается к 3-месячному. Аналогично селезенке, в легких за период от 3 до 6 месяцев обнаружено достоверное снижение содержания микроэлемента (р<0,001), а в последующий период происходит, напротив, достоверное повышение уровня рубидия (р<0,001). Однако,следует отметить, что концентрация микроэлемента в легких 24-месячных телок не достигает уровня рубидияв этом же органе 3-месячных телок.

Выявленные закономерности в изменении содержания рубидия в органах и тканях телок в постнатальном онтогенезе можно объяснить расширением функций изучаемых органов, а также «биохимическим развитием организма».

Исследование в центральной лесостепи Омской области выявило, что концентрация рубид ия в пахотном слое почвы составляет 63,14±2,66 мг/кг сухой массы (п= 10). Сравнение средних значений образцов почв изучаемых зон области выявило, что они достоверно отличаются (р<0,001). Уровень микроэлемента в сене злаковом, кострецовом и степных пастбищ центральной лесостепи соответственно равен 11,27 ±0,70; 6,19±0,73 и 3,47±0,36 мг/кг сухой массы (по п = 10), причем он достоверно отличается от уровня аналогичного вида сена южной лесостепной зоны области (р<0,001).

Данные по содержанию рубидия в органах и тканях телок, выращенных на землях хозяйств центральной лесостепной зоны, представлены в таблице 2. Исследование показало, что в группе животных в воз-

Таблица 1

Содержание рубидия в органах и тканях телок разных возрастных групп, . выращенных на землях хозяйств южной лесостепной зоны Омской области

Орган или ткань Содержание рубидия, мг/ кг ткани (М±т)

3 мес (контроль) 6 мес. 24 мес.

Печень; п=9 1,31±0,02 2,4710,03*" 2,5010,02***

Почки; п=9 0,75±0,02 1,29±0,02*" 3,2510,02***

Легкие; п=9 0.97±0,02 0,8810,02**" 0,9310,02*"

Селезенка; п=9 1,39±0,02 1,3510,03 ' 1,3910,03

Сердечная мышца; п=9 1,58±0,03 3,54+0,02"* 3,63±0,03***

Скелетная мышца; п=9 1,48±0,02 3,3810,03*"* 3,3910,02***

Примечание: \ *** - достоверность различий по отношению к контролю (соответственно р < 0,05 и р< 0,001).

рас.те 3 месяцев самый высокий уровень микроэлемента — в сердечной и скелетной мышцах, более низКий - в селезенке и печени, а самый низкий - в легких и почках. Причем средние значения концентрации рубидия во всех изучаемых органах и тканях достоверно отличаются между собой (р<0,001).

У 6-месячных телок самое высокое содержание рубидия выявлено в сердечной и скелетной мышцах, более низкое — в печени, еще более низкое — в почках и селезенке, а самое низкое — в легких. Следует отметить, что уровень микроэлемента достоверно отличается между всеми органами и тканями (р<0,001).

При анализе органов и тканей в группе 24-месячных животных самая высокая концентрация рубидия обнаружена в скелетной и сердечной мышцах, более низкая — в почках и печени, а самая низкая — в селезенке и легких. Среднее содержание микроэлемента во всех изучаемых органах и тканях 24-месячных телок достоверно отличается между собой (р<0,001),так же, как и в группах 3- и 6-месячных животных.

Исследование уровня рубидия в печени телок выявило, что в период от 3- до 6 месяцев концентрация микроэлемента достоверно увеличивается (р<0,001), затем происходит дальнейшее достоверное повышение содержания рубидия (р<0,05).

При анализе уровня микроэлемента в почках за период от 3 до 24 месяцев установлено, что он также

достоверно повышается в несколько раз (р<0,001). Аналогично печени и почкам, изменяется концентрация рубидия в скелетной и сердечной мышцах. В этих тканях содержание микроэлемента достоверно повышается за изучаемый период (р<0,001).

Исследование уровня рубидия в селезенке показало, что за период от 3 до 6 месяцев происходит достоверное снижение концентрации микроэлемента (р<0,05), а в последующем возрастном диапазоне уровень рубидия возвращается к 3-месячному. Аналогично селезенке, влегких за период от Здо 6 месяцев обнаружено достоверное снижение содержания микроэлемента (р<0,001), а в последующий период происходит, напротив, достоверное повышение уровня рубидия (р <0,001). Однако следует отметить, что концентрация микроэлемента в легких 24-месячных телок не достигает уровня рубидия в этом же органе 3-месячных телок.

При сопоставлении аналогичных значений концентрации рубидия в органах и тканях телок в возрастном диапазоне от 3 до 24 месяцев, выращенных на землях хозяйств южной и центральной лесостепной зоны области, установлено, что они практически не различаются между собой (р>0,05). Таким образом, уровень микроэлемента и характер возрастных изменений в печени, почках, селезенке, легких, скелетной и сердечной мышцах КРС, выращенных в разных

Таблица 2

Содержание рубидия в органах и тканях телок разных возрастных групп, выращенных на землях хозяйств центральной лесостепной зоны Омской области

Орган или ткань Содержание рубидия, мг/ кг ткани (М±т)

3 мес. (контроль) 6 мес. 24 мес.

Печень; п=9 1,31±0,03 2,4710,04*** 2,5210,04***

Почки; п=9 0,77±0,03 1,2910,02*** 3,2610,02**"

Легкие; п=9 0,9510,02 0,8710,03*** 0,9410,01

Селезенка; п=9 1,3910,01 1,3510,01*** 1,4110,03

Сердечная мышца; п=9 1,5610,04 3,5410,04*" 3,64+0,05"""

Скелетная мышца; п=9 1,4710,03 3,3910,04*** 3,3910,03***

1

Примечание: ***-достоверность различий по отношению к контролю (р <г 0,001).

145

ТаблицаЗ

Содержание рубидия в биологических жидкостях телок разных возрастных групп, выращенных на землях хозяйств южной лесостепной зоны Омской области

Примечание: *"'- достоверность различий по отношению к контролю (р < 0,001).

Таблица 4

Содержание рубидия в биологических жидкостях телок разных возрастных групп, выращенных на землях центральной лесостепной зоны Омской области

Примечание: ***- достоверность различий по отношению к контролю (р < 0,001).

хозяйствах лесостепной зоны области, является практически одинаковым.

Значения концентрации рубидия в биологических жидкостях телок, выращенных в хозяйствах южной и центральной лесостепной зонах Омской области, представлены в таблицах 3 и 4 .Уровень микроэлемента в крови животных одинаковых возрастных групп разных хозяйств практически между собой не отличается (р>0,05). Причем содержание микроэлемента является практически не изменяется в возрастном диапазоне от 3 до 6 месяцев (р > 0,05), а затем достоверно повышается в 1,3 раза (р<0,001). Концентрация рубидия в моче телок в одинаковых возрастных группах, выращенных на землях разных хозяйств, находится практически на одном уровне (р> 0,05).

При анализе динамики содержания микроэлемента в моче в возрастном аспекте установлено достоверное повышение концентрации рубидия в биологической жидкости и 4 раза по сравнению с контрольными цифрами (р <0,001).

Полученные результаты свидетельствуют о том; что уровень рубидия в крови и моче телок, так же, как и в органах и тканях, не зависит от содержания микроэлемента в почве и кормовых культурах южной и центральной лесостепи.

При исследовании молока коров в возрасте 36 месяцев разных хозяйств выявлено, что содержание рубидия в образцах практически одинаковое (р >0,05). Средняя концентрация микроэлемента в молоке равна 3,79 мг/кг.

Полученные результаты о содержании рубидия в организме КРС не согласуются с ранее полученными данными К.Н. Тереверко с соавт. [ 1 ], но согласуются с данными Дж. Эмсли [5].

Выводы исследований об отсутствии отличий между содержанием рубидия в органах, тканях и биологических жидкостях телок разных возрастных групп, выращенных на землях хозяйств южной и центральной лесостепи Омской области, возможно, можно объяснить тем, что содержание рубидия в почве и кормовых культурах является невысоким, и поэтому выявленные различия в уровне накопления микроэлемента растениями в этих почвенно- климатических зонах не сказываются на содержании и топографии рубидия в организме КРС.

Таким образом, в работе определено содержание рубидия и установлены возрастные особенности накопления микроэлемента некоторыми органами, тканями и биологическими жидкостями КРС с учетом ландшафтно-геохимических условий среды обитания ЖИВОТНЫХ;

Литература

1. Алексеенко В.А.Основные факторы накопления химических элементов организмами. // Соровский образовательный журнал. -2001. -№ 8. -С.20-24.

2. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. Для вузов. /Ю.А. Ершов, В.А. Попков, A.C. Берлянди др.; Под ред. Ю.А. Ершова. — М.: Высш. шк., 2000. — 560с.

3. Сидоренко Г.И., Вашнова В.В., Можаев E/A. Атомные объемы химических элементов как показатели их острой токсичности. // Гигиена и сан. — 1999. — №2.— С.50-51.

4. Тереверко К.Н., БерковичВ. И., БеринаВ.Г. Содержание теллура и рубидия в кормах и тканях крупного рогатого скота. //Сборник науч. трудов: Кли-нико-биохимические исследования, диагностика, лечение и профилактика незаразных болезней сельскохозяйственных животных. - Омск, 1991. - С .269-271.

5. Эмсли Дж. Элементы: Пер. с анг. -М.: Мир, 1993.-256 с.

ПОНОМАРЕВА Наталья Александровна, доцент. СТЕПАНОВА Ирина Петровна, кандидат биологических наук, доцент.

РЯБИКОВ Анатолий Яковлевич, доктор биологических наук, профессор.

Биологическая жидкость Содержание рубидия, мг/л (М±т)

3 мес. (контроль) 6 мес. 24 мес.

Кровь. п=9 1,82±0,03 1,85±0,04 2,3610,03*'*

Моча, п=9 3.83±0,02 7,50±0,06"- 16,42+0,47*"

Биологическая жидкость Содержание рубидия, мг/л (М±т)

3 мес. (контроль) 6 мес. 24 мес.

Кровь, п=9 1,84±0,04 1,85±0,04 2.36±0,04"*

Моча, п=9 3,78±0,16 7,51±0,08*" 16,58±0,03"*