CC BY
55
ЗНАЧЕНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА
КОМПОНЕНТОВ ЭКОСИСТЕМ В РАЗВИТИИ МИОПАТИИ ОВЕЦ
© 2009
Джамбулатов З.М., Гиреев Г.И.*, Луганова С.Г.*, Яхияев М.А.**, Салихов Ш.К.** Дагестанская государственная сельскохозяйственная академия *Дагестанекий государственный педагогический университет ** При каспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН
Определено содержание Си, Со, Zn, Mn, Mo, Se, S, J в почвах и растительности летних пастбищ Дагестана (Тляратинский, Рутульский районы). Обнаружена связь концентрации микроэлементов в компонентах окружающей среды с содержанием их в органах овец и физиологическим состоянием их организма (активность окислительно-восстановительных ферментов в органах, показатели белковых фракций и содержание незаменимых аминокислот в сыворотке крови) и влияние ее на заболевание овец миопатией.
The content of Си, Со, Zn, Mn, Mo, Se, S, J in soils and vegetation of summer pastures in Daghestan (Tiyaratinsky, Rutui areas) has been determined. The connection between the concentration of microelements in the environmental components and their content in the sheep’s bodies and physiological state of the organism (the activity of redox enzymes in the bodies, indicators of protein fractions and the content of essential amino acids in the serum) has been found and its influence on the disease of sheep’s myopathy has been researched.
Ключевые слова: микроэлементы, почва, растительность, овцы, миопатия.
Keywords: microelements, soil, vegetation, sheep, myopathy.
Анализ современного состояния животноводства в хозяйствах всех форм собственности и исследования химического состава кормов, крови, органов животных свидетельствуют, что основной причиной низкого воспроизводства, рождения нежизнеспособного молодняка, преждевременной выбраковки, снижения продуктивности и качества продуктов животноводства является хронический дефицит комплекса жизненно важных микроэлементов - меди, цинка, кобальта, йода, селена и др. в организме.
Основной источник микроэлементов для животных - корма. Но их содержание в кормах зависит от типа почв, природно-климатических условий, агротехники возделывания кормовых культур, технологии заготовки и хранения кормов. При геохимических эндемиях, кроме специфических признаков нарушения обмена веществ, существуют общие расстройства жизнедеятельности. К ним относятся у сельскохозяйственных животных падение продуктивности, нарушение воспроизводительной способности животных, понижение иммунно-биологи-ческих свойств организмов. Наряду с моногипер- и гипомикроэлементозами животных в настоящее время возникает проблема комплексных элементозов, появляющихся в результате экстенсивного ведения сельского хозяйства. Наиболее часто они встречаются у высокопродуктивных животных. Главными причинами расстройства здоровья животных всех видов и пород со всеми неблагоприятными последствиями следует назвать экологические факторы, т.е. условия окружающей среды. При этом первостепенное значение имеет дисбаланс питательных веществ в рационах кормления животных, в частности дефицит микроэлементов: меди, цинка, марганца, кобальта, йода, селена [4, 10, 11].
При длительном дефиците или снижении поступления биологически активных макро-и микроэлементов в организме возникает патологическое состояние - хронический комплексный гипомикроэлементоз, наносящий значительный экономический и экологический ущерб. У всех видов животных и у человека он проявляется расстройством течения всех видов обмена веществ, прежде всего снижением биосинтеза и функциональной активности нуклеиновых кислот, которые выполняют важнейшую биологическую роль - синтез белков, а это означает, что падает биосинтез гормонов, ферментов, иммуноглобулинов.
В зависимости от степени, продолжительности и сочетания дефицита отдельных микроэлементов интенсивность проявления патологических процессов в обмене веществ бывает различной и протекает в скрытой форме или с проявлением видимых клинических признаков патологий.
Миопатия (беломышечная болезнь) - заболевание молодняка всех видов животных и птицы в возрасте от нескольких дней до 3 месяцев, характеризующееся нарушением белкового, углеводного, липидного и минерального обмена с развитием дистрофических изменений в скелетной мускулатуре и сердечной мышце, при этом мышцы сердца окрашиваются в белый цвет.
Причина заболевания изучена недостаточно. Большинство исследователей [2, 5, 13, 14] считают, что данная болезнь представляет собой специфическое нарушение витаминно-минерального питания животных, возникающее при дефиците микроэлементов селена и кобальта, меди, йода, витаминов А, В, Е, а также серосодержащих аминокислот метионина и цистеина. Ведущим звеном в данном комплексе является недостаточность селена и витамина Е, в результате которой происходит нарушение обмена веществ, эндокринной системы, ведущее к расстройству деятельности сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной, нервной и мышечной систем. При недостатке селена как ингибитора ферментативных процессов создаются условия, ведущие к нарушению окислительно-восстановительных процессов в организме больных животных.
Таким образом, недостаток селена в среде, кормах и продуктах питания обусловливает распространение беломышечной болезни сельскохозяйственных животных, ряда других сердечно-сосудистых и опухолевых заболеваний человека, эндемического нефрита [12]. Селен оказался жизненно важным элементом для человека и животных, прежде всего, благодаря своим антиоксидантным свойствам [3].
Целью нашей работы явилось исследование причин патологий среди новорожденных ягнят в Рутульском районе (высокогорная экологическая зона Дагестана), где за последние годы были отмечены случаи заболевания беломышечной болезнью. В условиях данного региона этиология ее мало изучена. В связи с этой ситуацией и данными исследований других ученых, указывающих на связь концентрации биофильных элементов в компонентах экосистем с патологией беломышечной болезни, мы попытались выявить связь данного заболевания животных с параметрами химического состава компонентов экосистем Дагестана.
Материал и методика
Литературные источники показывают, что причиной данного заболевания являются некачественные корма по содержанию биофильных элементов, особенно селена, серы, меди, кобальта, цинка, марганца, и высокая концентрация молибдена и свинца, а также витамина Е. Исследования мы начали с изучения этих элементов в почвах и растительности пастбищ Рутульского района, где была зарегистрирована беломышечная болезнь ягнят в сравнительном аспекте с контрольными пастбищами Тляратинского района.
Для проведения опыта были подобраны 20 больных (Рутульский район) и 20 здоровых ягнят (Тляратинский район). У них и овцематок до забоя брали кровь для определения свободных аминокислот и белковых фракций (альбумины, глобулины). После забоя провели патологоанатомический осмотр и определили в органах содержание микроэлементов, активность металлоферментов: каталазы, ксаноксидазы, пероксидазы, сульфидоксидазы, сульфгидрильной группы.
Общее содержание микроэлементов в почве, водоисточниках, растительности и тканях животных (озолением) устанавливали методом колориметрического определения [7, 9], селен - флуорометрически [5], содержание подвижных форм микроэлементов в почве - методом атомно-абсорбцион-ной спектроскопии на приборе ААС 30. Белковые
фракции диагностировали методом электрофореза. Определение ферментов в почвах проводили по [1] Свободные аминокислоты находили методом [8].
Таблица 1
Содержание биофильных элементов в компонентах экосистем различных экологических зон Дагестана
Зкологиче Объект Си Со ІП Мо Эе Э 1
ская зона ИССЛ-Я
Г орная Почва 20.1 ±1.6 5.2±0.2 24.5±1.2 6.2±0.2 0.08±0.001 0.26±0.01 1.64±0.02
зона 0,4±0,011 0,2±0,002 0,96±0,0 0,2±0,001 - 5 -
Рутульски 04 -
й район Растительн 5,4±0,2 0,16±0,00 30,0±1,6 1,22±0,02 0,005±0,00 0,02±0,00 0,15±0,00
ость 2 2 1 2
Сумма 37,4 0,26 135,4 2,1 330 502 413,2
в органах
Вьюокогор Почва 26.0±1.2 8.2±0.4 30.0± 1.4 1.2±0.03 1.16±0.01 0.3±0.02 2.1 ±0.03
ная зона 0,52±0,001 0,42±0,00 2,4±0,01 0,08±0,002 - - -
Тляратинс 3
кий район Растительн ость 6,8±0,2 0,23±0,01 35,0±0,3 0,21 ±0,02 0,023±0,00 2 0,03±0,00 3 0,2±0,02
Сумма 44,5 0,35 181 0,87 458 587 456,5
в органах
Примечание. Содержание микроэлементов в почве и растительности - мг/кг сухого вещества (в числителе - валовые формы, в знаменателе - подвижные). В органах ягнят содержание: ве, Л - мкг%; Б - мг%; остальные элементы - мг/кг.
Результаты исследований
Содержание микроэлементов (табл. 1) отличалось в компонентах пастбищных экосистем изученных районов. Содержание валовых и подвижных форм микроэлементов в почвах Рутульского района в сравнении с почвами Тляратинского района было ниже. Однако содержание валовых и подвижных форм Мо в почве Рутульского района было выше, чем в Тляратинском.
Основными носителями внеклеточных ферментов являются гуминовые и фульвокислоты почвы. Определение активности этих ферментов помогает установить плодородие почвы. В зависимости от соотношения антагонистов и синергистов микроэлементов в гуминовых и фульвокислотах почв изменяется и активность окислительно-восстановительных ферментов. Фосфатаза минерализует органические фосфорные соединения и усиливает минерализацию органических фосфорных соединений фосфора в почве. Каталаза разлагает перекись водорода на молекулы кислорода и воды, то есть разрушает ядовитую для клеток перекись водорода. Нитратредуктаза - помощник молибдена. Молибден - антагонист меди, кобальта, селена и т.д.
Таблица 2
Ферментативная активность фракций гуминовых кислот в почвах Рутульского и Тляратинского районов Дагестана
Экологическая зона п Фракция Активность ферментов________________________________
Каталаза Фосфатаза Инвертаза Нитратредуктаза
Рутульский район 18 1 12,2±0,4 10,1±0,6 24,4±0,6 3,2±0,01
- 2 0,8±0.002 0,3±0.002 0,6±0,004 0,9±0,02
- 3 2,6±0,1 0,7±0,003 2,8±0,2 0,52±0,01
Тляратинский район 18 1 24,8±0,6 16,2±0,4 32± 1,2 1,3±0,2
- 2 1,2±0,04 0,6±0,002 1,2±0,002 0,4±0,01
- 3 3,2±0,2 1,4±0,03 4,2±0,3 0,2±60,03
Результаты исследований (табл. 2) указывают на то, что активность каталазы, фосфатазы и инвертазы была сравнительно низкой, а активность нитратредуктазы была выше в почвах Рутульского района, чем в почвах Тляратинского.
Содержание и соотношение антагонистов и синергистов микроэлементов в растительности пастбищ являются основной причиной поражения животных
эндемическими заболеваниями и влияют на биохимические и физиологические процессы в организме животных.
Среднее содержание микроэлементов - меди, кобальта, цинка, марганца, селена, йода и серы (табл. 1) - по 22 видам растений пастбищ Рутульского района было ниже, а их антагониста Мо выше, чем в растительности пастбищ Тляратинского района по 18 видам растений.
Есть аминокислоты, которые не синтезируются в организме, и недостаток их в корме ведет к нарушению белкового обмена. К таким незаменимым аминокислотам относятся: триптофан, лизин, гистидин, аргинин, фенилаланин, метионин, лейцин и цистеин. При недостатке в рационе животных этих аминокислот наступает отрицательный баланс белков в организме, в результате вызывающий нарушение физиологических и биохимических функций организма и заболевание животных.
Таблица 3
Содержание незаменимых свободных аминокислот в растительности пастбищ (г/кг сухого вещества) и сыворотке крови ягнят и овцематок (мг%); п
- 10
Объект Валин Лейцин Фенилала Аргинин Лизин Цистеин Г истидин Метиони
исследования НИН н
Рутульский район
Растения 1,31±0,0 1,80±0,2 0,59±0,02 1,20±0,04 0,50±0,02 0,30±0,02 0,31±0,0 0,26±0,0
4 0 2 2
Сыворотка крови ягнят 2,42±0,1 1,80±0,2 1,26±0,20 0,70±0,01 0,78±0,02 0,12±0,02 0,35±0,0 0,40±0,0
0 0 4 2
Сыворотка крови маток 1,52±0,1 1,62±0,2 0,64±0,05 0,32±0,02 0,28±0,03 0,22±0,01 0,32±0,0 0,44±0,0
0 0 2 3
Тляратинский район
Растения 1,50±0,2 2,70±0,2 1,83±0,10 1,83±0,20 1,74±0,02 0,50±0,02 1,00±0,2 0,42±0,0
0 1 0 1
Сыворотка крови ягнят 2,80±0,2 2,62±0,0 1,48±0,03 0,86±0,01 0,83±0,03 0,52±0,01 0,90±0,0 0,76±0,0
0 1 3 3
Сыворотка крови маток 1,71 ±0,0 1,65±0,0 0,80±0,04 0,35±0,01 0,31 ±0,02 0,38±0,01 0,28±0,0 0,61±0,0
1 3 2 1
Сравнивая содержание незаменимых аминокислот (табл. 3) в растительности, сыворотке крови ягнят и овцематок Рутульского района, где заболевают новорожденные ягнята, с аналогичными объектами исследований Тляратинского района видно, что концентрация всех незаменимых аминокислот в растительности и сыворотке крови здоровых ягнят и овцематок Тляратинского района выше.
При низком содержании Бе и Б в почвах поступление сульфата в растения уменьшается, что вызывает голодание их в отношении селена и серы. При этом восстановление сульфата до Н2Б, синтез цистеина и особенно метионина резко замедляются. При пастьбе на таких пастбищах овцы получают низкое количество Бе, Б, а также незаменимых серосодержащих аминокислот, что является причиной заболевания ягнят беломышечной болезнью.
Содержание Си, Со, 7п, Бе, Б и <} в сумме в органах (печень, селезенка, легкие, сердце, почки) намного ниже, а Мо выше у ягнят, больных беломышечной болезнью (табл. 1). Зарегистрировано особенно низкое содержание селена и серы.
Таблица 4
Активность окислительно-восстановительных ферментов в организме новорожденных ягнят больных беломышечной болезнью и здоровых
Ферменты Мышцы Печень Головной мозг
больные здоровые больные здоровые больные здоровые
Каталазы активного 0,48±0,02 2,0±0,3 0,62±0,04 2,6±0,3 0,18±0,01 1,14±0,3
Ксантиноксидазы 8,6±0,6 2,4±0,1 1,8±0,5 1,4±0,2 11,6±2,1 3,8±0,4
Пероксидазного индекса 0,42±0,01 2,52±0,3 0,64±0,02 2,7±0,3 0,2±0, 02 0,9±0,03
Сульфидоксидазы 0,42±0,003 0,9±0,02 0,52±0,03 1,2±0,2 0,018±0,004 0,052±0,00 О
Сульфидгидрильной группы 68,4±4,6 28,4±2,6 73,6±6,4 18,2±3,6 58,6±5,4 £ 22,4±3,4
Наряду с различным содержанием и соотношением микроэлементов в организме больных беломышечной болезнью новорожденных ягнят и контрольных наблюдается изменение активности окислительно-восстанови-тельных ферментов (табл. 4). У больных в мышцах, печени и головном мозге по сравнению со здоровыми резко снижены активность каталазы, пероксидазы и сульфидоксидазы и извращена активность ксантиноксилазы и количество сульфгидрильной группы. Высокая активность ксантиноксидазы связана с высоким содержанием в органах и тканях у больных ягнят молибдена, который является главным активатором этого фермента, а понижение активности каталазы связано с низким содержанием меди, кобальта, селена и серы в растительности пастбищ. Было так же выявлено, что содержание сульфидгидрильной группы зависит от концентрации селена, серы, меди, кобальта, цинка и молибдена в организме животных. Установлено, что чем больше молибдена и меньше других микроэлементов, тем больше сульфидгидрильной группы в органах новорожденных ягнят.
Учитывая, что уровень белков и белковых фракций в сыворотке крови животных изменяется в зависимости от физиологического состояния организма, можно по их значениям установить патологическое состояние.
Нами было выявлено (табл. 5), что заболевание ягнят сопровождается глубокими изменениями в белковой картине крови, зависящей от тяжести течения заболевания. У павших ягнят отмечается снижение содержания общего белка, увеличение альфа- и бета-глобулинов и уменьшение гамма-глобулинов. Таким образом, в крови у больных ягнят сравнительно мало незаменимых аминокислот, общего белка и глобулина и высокое - альфа- и бета-глобулина, что обусловлено низким содержанием Бе, Б, Си, Со, Zn и высоким Мо в кормах.
Патология в физиологии отразилась и на анатомии больных животных. Кожа в области запястных и коленных суставов лишена волос, малоподвижна, утолщена. В области подгрудки, шеи, брюха наблюдается отечность, мышцы носят диффузные поражения с основным захватом в мышцах спины. Селезенка несколько припухлая, серо-стального цвета. Под капсулой и на паренхиме наблюдаются небольшие пятна и точечные кровоизлияния. Желчный пузырь наполнен зеленой желчью. Вены в большинстве случаев наполнены кровью, немного вздуты, а в артериях мало крови. Сердечная мышца дряблая, на эпикарде обнаруживаются серо-желтого или белого цвета точечные пятнистые очаговые поражения. В полости сердца - сгустки крови. Околосердечная сумка содержит жидкость бледно-желтоватого цвета. Легкие без видимых изменений. Бронхиальные и среднестенные узлы набухшие, сочные на разрезе. Почечные капсулы снимаются легко, корковый слой окрашен неравномерно. Серо-коричневые участки чередуются бледно-коричневыми участками черепа. Под твердой мозговой оболочкой имеются небольшие кровоподтеки, твердая мозговая оболочка серо-белого цвета, плотная, сращена с черепной крышкой, мягкая и паутинная оболочка гиперемированы. В субдуральном пространстве имеется светлая, прозрачная жидкость, превращающаяся на воздухе в желеподобную массу. Большие полушария головного мозга несколько уменьшены в объеме, извилины их сплющены, а борозды отглажены.
Таблица 5
Средние показатели общего белка и белковых фракций в сыворотке крови больных беломышечной болезнью ягнят контрольных и их овцематок;, п- 10
Г руппа животных
Овцематки, родившие больных ягнят
Овцематки контрольной группы
Ягнята, больные беломышечнс
болезнью
Здоровые контрольные ягнята
Общий в %
белок, Альбум Глобулины
% ин альфа бета гамма А/Г
5,6±1,0 40,2±3,8 20,4±2,0 23,1 ±1,8 16,4±1 О 0,66
7,2±0,4 46,4±4,6 14,2±1,1 14,8±1,6 ,0 24,6±2 О 0,86
5,2±0,6 38,4±3,1 24,0±2,6 16,8±2,0 20,8±1 а 0,62
6,0±0,2 42,1±2,1 19,7± 1,8 14,5±0,8 23,7±1 0,73
Заключение
Для профилактики минеральной недостаточности в критические периоды жизни, такие, как беременность, период лактации, вторичная недостаточность или при особых условиях содержания (отгонное пастбище), рекомендовано давать животным различные соединения микроэлементов с разными аминокислотами, белками, органическими и жирными кислотами и полисахаридами.
В связи с этим и результатами наших исследований в целях профилактики миопатии (беломышечной болезни) в зонах ее распространения необходимо проводить агротехнические мероприятия, направленные на улучшение лугов и пастбищ с целью обеспечения сбалансированного по составу макро- и микроэлементного состава кормовых рационов, в особенности по содержанию в них селена, кобальта, меди, серы, йода и витаминов Е и Д, особенно в период суягности.
Примечания
1. Абрамян С.А., Галстян А.Ш. Определение ферментативной активности гумусовых веществ. Методическое руководство. Ереван, 1987. 26 с. 2. Аникина Л.В., Никитина Л.П., Иванова В.Н. Количественные взаимоотношения между селеном и йодом в пищевых цепях Забайкалья // Мат-лы II Всероссийской школы: геохимическая экология. М., 1999. С. 169-170. 3. Гмошинский И.В., Мазо В.К. Селен в питании: краткий обзор // Medicina Altera. 1999. №4. С. 18-22. 4. Голубкина Н.А. Влияние геохимического фактора на накопление селена зерновыми культурами и сельскохозяйственными животными в условиях России, стран СНГ и Балтии // Проблемы региональной экологии. 1998. №4. С. 53-59. 5. Ермаков В.В. Определение малых количеств селена в биологических материалах. Труды ВИЭВ. М., 1984. 6. Ермаков В.В., Тютиков С.Ф. Геохимическая экология животных. М. : Наука, 2008. 315 с. 7. Ковальский В.В. Методы определения микроэлементов в почвах, растительности, животных организмах. М. : Изд-во ВИЖ, 1962. 8. Пасхин T.C. Определение аминокислот. Методическое письмо инс-та биологии и медицинской химии АМН СССР, 1990. 9. Ринькис Г.Я. Ускоренный метод определения микроэлементов в почвах и растительности // Биологическая наука - сельскому и лесному хозяйству. Рига : Изд-во АН Латв. ССР, 1962. T.4. С. 13-14. 10. Самохин B.T. Профилактика обмена микроэлементов у животных. Воронеж : Изд-во Воронежского гос. ун-та, 2003. 136 с. 11. Самохин B.T. Хронический комплексный
гипомикроэлементоз и здоровье животных // Ветеринария. 2005. №12. С. 3-6. 12. Селен в жизни человека и животных/ Под ред. Л. П. Никитиной, Р. Н. Иванова. М., 1995. 242 с. 13. Титов Г.И. Действие селена и витаминов при эндемической беломышечной болезни. Докл. ВАСХНИЛ. М. : Изд-во «Колос», 1970. С. 30-40. 14. Schwarz R., Foltz С.М. Selenium as an integral part of Factor 3 against dietary necrotic liver degeneration // J. Amer. Chem. Soc., 1957. V.79. P. 32-93.
Статья поступила в редакцию 23.09.2009 г.
