Влияние тяжёлых металлов на организм животных и окружающую среду обитания (обзор)

УДК 574.2

Влияние тяжёлых металлов на организм животных и окружающую среду обитания

Г.К.Дускаев, С.А.Мирошников, Е.А.Сизова, С.В.Лебедев, С.В.Нотова

ГНУ Всероссийский НИИ мясного скотоводства

Аннотация. Проведён анализ литературы по изучению влияния тяжёлых металлов на организм животных и окружающую среду. Отмечается, что данная группа металлов оказывает негативное действие на организм животного. Это выражается в нарушении пищеварительной функции, нарушении нейровегетативных процессов, увеличении частоты сердечно-сосудистых заболеваний, ускорении старения сердца, обмена кальция и др., кроме того, нарушается обмен гемоглобина. Анализ мышечной ткани и внутренних органов животных показал, что наибольшее количество исследуемых элементов накапливается в почках и печени. Нарушение белкового обмена проявляется гиперпротеинемией и дис-протеинемией. Тяжёлые металлы способствуют распаду белковых структур организма с образованием биологически активных компонентов - молекул средней массы. Возрастает нагрузка данными элементами на молочную и мясную продукцию. Выявлено, что загрязнение кормов носит региональный характер. Оценка здоровья животных на территориях химического и радиоактивного загрязнения показала, что в их организме накапливаются значительные уровни химических элементов.

Summary. The analysis of literature on the effect of heavy metals on animals and environment was made. It is noted that this group of metals has an adverse effect on organism of animal. It is expressed in violation of digestive function, neurovisceral processes, increase of incidence of cardiovascular diseases, accelerating of heart aging, calcium metabolism, etc. Moreover, exchange of hemoglobin is violated. Analysis of muscle tissue and internal organs of animals demonstrated that the greatest number of researched elements accumulate in kidneys and liver. Violation of protein metabolism is expressed by hyperproteinemia and dysproteinemia. Heavy metals promote the disintegration of protein structures of organism with formation of biologically active components - molecules of the average weight. The load of these elements elements on dairy and meat production increases. It was revealed that the contamination of feed is regional. Assessment of animal health in the territories of chemical and radioactive contamination showed that in their bodies accumulated significant levels of chemical elements.

Ключевые слова: химические элементы, животные, организм, корма, пищевые продукты, среда.

Key words: chemical elements, animals, body, fodders, food products, environment.

К тяжёлым металлам относят более 40 элементов периодической системы Д.И.Менделеева. По классификации Н.Ф.Реймерса, тяжелыми считаются металлы с плотностью более 8 г/см3. Восемь из них (ртуть, кадмий, свинец, медь, мышьяк, стронций, цинк, железо) комиссия ВОЗ (1980) по пищевому кодексу включила в число компонентов, содержание которых контролируется при международной торговле продуктами питания [1, 2].

Тяжёлые металлы, попадая в живой организм и вступая во взаимодействие с ферментами, подавляют их активность. Особенно опасны тяжёлые металлы из-за способности к биоаккумуляции: накапливаясь в организме, создают повышенную концентрацию [3, 4, 5].

Пагубное действие избытка свинца на организм животного выражается в нарушении пищеварительной функции, резорбтивном эффекте в отношении клеток поджелудочной железы, нарушении ней-ровегетативных процессов, прогрессировании вегето-сосудистой дистонии, увеличении частоты сердечно-сосудистых заболеваний, ускорении старения сердца, обмена кальция. Кроме того, являясь антагонистом железа, свинец нарушает обмен гемоглобина, вызывая анемию, не связанную с дефицитом железа [6, 7].

В условиях Севера было установлено, что грибы, побеги кустарниковых, ягель - основные накопители тяжёлых металлов. Анализ мышечной ткани и внутренних органов оленей показал, что наибольшее количество исследуемых элементов накапливается в почках и печени. В мышечной ткани уровень свинца и кадмия не превышает нормативных пределов, в то же время в органах выявлено повышенное содержание свинца: в сердце на 1,19%, печени - 1,71%, почках - 1,07%, по кадмию: в печени на 1,17%, в почках - 1,21% [8].

В зоне высокой экологической напряжённости (северо-запад Курганской области) определялось содержание тяжёлых металлов во внутренних органах крупного рогатого скота. Установлено, что печень накапливает значительное количество кадмия, которое составляет от 0,97 до 1,4 ПДК, свинца -0,92-0,97 ПДК. Отмечено повышенное содержание кадмия в молоке коров в летние и осенние месяцы, свинца - весной и летом [9].

Результаты исследований концентрации тяжёлых металлов в мышечной ткани лошадей, представляющих различные зоны территории Башкортостана показали, что наблюдается превышение нормативных значений свинца и кадмия в мясе (1,6-2,8 и 1,6-5,2 ПДК). Наибольшее содержание свинца характерно для образцов мяса лошадей, выращенных в южной лесостепной зоне [10].

Длительное поступление в организм с кормами металлов первой группы токсичности в объёмах ПДК негативно сказывается на обменных процессах у крупного рогатого скота [11, 12]. Нарушение белкового обмена проявляется гиперпротеинемией и диспротеинемией. Тяжёлые металлы способствуют распаду белковых структур организма с образованием биологически активных компонентов - молекул средней массы, которые в последующем ещё в большей степени вызывают расстройство обменных процессов. Определение молекул средней массы в сыворотке крови и даёт возможность определить степень эндогенной интоксикации тяжёлыми металлами организма животных.

В ходе провёденных исследований Л.А.Рабинович [13] отмечала, что при повышенном потреблении бычками тяжёлых металлов с кормами, в том числе свинца в два раза выше нормы, у них наблюдалось снижение прироста живой массы на 17% и перерасход кормов на 10%. При скармливании им цеолита содержание свинца в крови снизилось в 8 раз, кадмия - в 10 раз, в мышечной ткани - в 2,8 раза, в печени - на 15-20%. Наибольшему влиянию токсинов подвергались бычки чёрно-пёстрой и герефорд-ской пород, меньшему -симментальской и казахской белоголовой пород.

Многолетними исследованиями было установлено, что мясо бычков меньше накапливает токсикантов, по сравнению с кастратами и тёлочками [14].

Исследования по оценке микроэлементного состава длиннейшего мускула спины бычков мясных пород, выращенных в различных геохимических провинциях, показывают, что состав мяса по своим качественным характеристикам неодинаков. Концентрация Cu у бычков казахской белоголовой породы, выращенных в условиях Северного Казахстана, превышала величину аналогичного показателя из Оренбургской области на 35,3-32,0%, Челябинской области - на 13,0-18,4%. Выявлена выраженная возрастная тенденция к снижению Cu в 12 и 18-мес. возрасте [15].

За последние 100-150 лет содержание свинца в окружающей среде увеличилось на 4 порядка. Это накопление, в первую очередь, происходит в почвенном слое, что, прежде всего, относится к развивающимся странам и республикам бывшего СССР, в которых пока не повсеместно приняты конкретные меры по защите окружающей среды, такие как ограничение на этилирование бензина (Германия, США, Англия), применение Pt-Pd и других поглотителей выхлопных газов [16, 17, 18].

Г.Б.Родионовой и другими [19] было определено содержание тяжёлых металлов в зерновых культурах Оренбургской области. Во всех исследуемых культурах медь, цинк, свинец были в пределах 3,27-4,31; 16,58-21,22; 0,18-0,34 мг/кг соответственно. Кадмий присутствовал только в яровой пшенице. Наименьшее количество меди (3,37 мг/кг) и цинка (16,58 мг/кг) при отсутствии кадмия и сравнительно одинаковом содержании мышьяка среди всех зерновых культур отмечено в просе. Содержание свинца, в сравнении с другими культурами, было несколько выше и составило 0,34 мг/кг.

А.М. Смирнов, Г.А. Таланов, Г.П. Кононенко [20] констатировали, что загрязнение кормов носит региональный характер.

Тяжёлые металлы, попадая в организм и взаимодействуя с рядом ферментов, подавляют их активность, вызывая тяжелейшие заболевания. Но особенно опасны тяжёлые металлы ввиду их способности к биоаккумуляции - поступая в организм в незначительных количествах, но в течение длительного периода, они накапливаются в живом теле, создавая токсическую концентрацию [21, 22, 23].

Продукты животноводства, полученные в условиях техногенного загрязнения внешней среды, по содержанию тяжёлых металлов не отвечают санитарным нормам и представляют определенную опасность для здоровья человека [24]. Так установлено, что в мышцах животных, содержащихся в непосредственной близости от Южно-Уральского криолитового завода (Оренбургская область), зафиксировано превышение предельно допустимого уровня свинца на 2,0%, а возле Медногорского медно-серного комбината - на 24%.

Местонахождение хозяйства влияет на наличие тяжёлых металлов в молозиве коров [25, 26]. Так, в хозяйстве, находящемся в непосредственной близости от металлургического предприятия (АО «Аргазинское»), телята вместе с молозивом получают в 15,8 раза больше никеля, в 32 раза - железа и 17,8 раза - свинца в сравнении с ПДК [27], что приводит к токсикозам и падежу телят. Негативное влияние свинца на качество молочной продукции отмечали в своих исследованиях Н.И. Морозова [28], Б.Б. Бритов [29].

Установлено, что содержание свинца в почвах техногенной провинции находится на уровне 2,84-4,57 мг/кг, в остальных территориях почва беднее свинцом почти вдвое. Исключением являются показатели концентрации свинца в почвах, расположенных в 50 км от автотрассы Оренбург-Орск -144,38 мг/кг. Если в 60-х годах в почвах Беляевского, Оренбургского и Октябрьского районов Оренбургской области свинец обнаружен не был, то сейчас во всех опытных хозяйствах установлены кларки содержания свинца с тенденцией на увеличение [30].

Г.Н.Вяйзенен и другие [31] рекомендуют проводить экспертизу качества готовой продукции по классической цепи: почва - растение (корм) - животное - продукт животноводства - человек во всех регионах страны через каждые 5-10 лет, а при особых ситуациях - систематически. Были определены ориентировочные параметры содержания тяжёлых металлов в продуктах животноводства. Сравнивая максимальные уровни содержания свинца в молоке и говядине, отмечена более высокая его доля (в 3,6 раза) в последней. В говядине в сравнении с молоком установлено наибольшее количество никеля (в 1,2 раза), алюминия (в 1,4 раза), кадмия (в 14,5 раза) и титана (в 34 раза), на 4,5% больше стронция стабильного. Проведённое токсико-экологическое обследование объектов животноводства в Воронежской, Липецкой и Ростовской областях показало, что концентрация свинца и кадмия колебалась соответственно от 5,61 до 6,19 мг/кг и от 0,53 до 0,76 мг/кг в 25-37% проб при установленных ПДК соответственно 5,0 и 0,3 мг/кг.

Оценка здоровья животных на территориях химического и радиоактивного загрязнения показала, что в их организме накапливаются значительные уровни цинка, алюминия, марганца, меди, кадмия, свинца, фтора, существенно (в 5-10 раз) превышающие установленные нормативы. Причём у животных из особо неблагополучных экологических зон в органах и тканях отмечали превышение допустимых уровней по 5-7 элементам одновременно. Аналогичные результаты были получены при определении концентрации элементов в растительных кормах. Однако следует отметить, что за пределы ПДК они не выходили. То же наблюдалось и в питьевой воде [32, 33, 34].

По результатам социально-гигиенического мониторинга и оценки степени загрязнения пищевых продуктов, произведённых в Оренбургской области, определялось соотношение С/МДУ (С - средний уровень контаминанта в группе продуктов, мг/кг; МДУ - максимально допустимый уровень конта-минанта в продукте, мг/кг), проводился расчёт нагрузки кадмием, свинцом, мышьяком и ртутью [35]. В среднем по области нагрузка данными элементами на молочную продукцию составила 2,94 мг/кг, на мясопродукты - 3,775 мг/кг, на хлебопродукты - 2,546 мг/кг, на масло животное - 1,34 мг/кг (данные по Восточной и Центральной зонам). Анализ полученных результатов показал, что ведущим фактором загрязнённости продуктов питания в Оренбургской области являются: в молочной продукции - свинец и мышьяк, в мясопродукции - свинец и кадмий. Анализ содержания тяжёлых металлов в пищевых продуктах (129 проб) за 2005 год показал, что в рыбе и рыбопродуктах мышьяк был обнаружен в 17 пробах, ртуть - в 17, свинец - в 8, кадмий - в 7 пробах. В мясе и мясопродуктах мышьяк был обнаружен в 2 пробах, свинец - в 4. В птице и птицепродуктах в одной пробе были обнаружены мышьяк, ртуть и свинец. В молочных и хлебобулочных продуктах содержание тяжёлых металлов было ниже предела обнаружения [36].

При проведении комплексного обследования почв, растительного покрова, мяса на наличие в них тяжёлых металлов, радионуклидов, пестицидов, территорий хозяйств, занимающихся выращиванием мясного скота [37], установлено, что содержание всех тяжёлых металлов в почве было в пределах допустимой нормы, ниже нормы - в кормовых культурах. При этом по отдельным пробам мяса, полученным от животных на территории Башкортостана, Челябинской области, имело место превышение ПДК по свинцу и меди. Исследования состава зерна позволили выявить отдельные факты превышения содержания тяжёлых металлов по Гайскому, Оренбургскому и Кувандыкскому районам Оренбургской области.

Литература

1. Щелкунов Л.Ф., Дудкин М.С., Корзун В.Н. Пища и экология. Омск: Оптимум, 2000. 517 с.

2. СанПиН 2.3.2.1078-01. Гигиенические требования к безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы: [введ. 01.09.2002]. М.: Минздрав России, 2002. 266 с.

3. Зигель Х., Зигель А. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. М.: Мир, 1993. 368 с.

4. Лавина С.А. Влияние ацетата свинца и нитрата кадмия на кинетику ферментативных реакций in vitro // Сборник научных трудов Всероссийского НИИ ветеринарной санитарии, гигиены и экологии. 1998. Т.105. С. 119-123.

5. Донченко Л.В., Надыкта В.Д. Безопасность пищевого сырья и продуктов питания. М.: Пи-щепромиздат, 1999. 350 с.

6. Беклишев И.Б., Стеценко И.В. Действие ионов свинца на некоторые свойства эритроцитов. Алма-Ата: Бибилогр. ин-т физиологии, 1980. С. 11-19.

7. Андрушайте Р.Е. Влияние низких доз свинца на ассимиляцию кальция в организме животных // Усвоение органических и неорганических соединений в организме животных. Рига, 1990. С. 5-29.

8. Павлова А.И., Торкова М.Д., Габышева Ж.А. Накопление свинца и кадмия в кормах и организме северных оленей // Зоотехния. 2006. №10. С. 13-14.

9. Кошелев С.Н., Бурлакова Л.В., Донник И.М. Накопление тяжёлых металлов в молоке коров сельскохозяйственных предприятий бассейна реки Исеть Курганской области // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2006. № 3(11). С. 35-37.

10. Курамшина Н.Г., Латыпов А.Б. Содержание тяжёлых металлов в биоресурсах природно-сельскохозяйственных зон Башкортостана и их влияние на экологическую безопасность продукции коневодства // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2006. № 3(11). С. 4651.

11. Капитонова Т.М. Особенности содержания тяжёлых металлов в кормах и способы снижения их трансформации в организме лактирующих коров в летний пастбищный период: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Великий Новгород, 1998. 23 с.

12. Гаврилов Ю.А., Макаров Ю.А. Токсическое действие тяжёлых металлов на организм КРС // Вестник РАСХН. 2006. № 5. С. 81-83.

13. Рабинович Л.А. Получение экологически безопасных мясопродуктов при откорме крупного рогатого скота: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Барнаул, 1999. 19 с.

14. Требования к говядине для производства продуктов детского питания / Ю. Татулов, А. Устинова и др. // Молочное и мясное скотоводство. 1999. № 3. С. 33-36.

15. Региональная особенность микроэлементного состава мяса животных мясных пород / С.В. Лебедев, Г.Б. Родионова, С.В. Нотова, О.В. Баранова, В.В. Тетдоев // Вестник Оренбургского государственного университета. 2006. № 2. (Приложение «Биоэлементология»). С. 35-36.

16. Обухов А.И. Доступность свинца растениям // Современные проблемы биосферы. М.: Наука, 1987. С. 109.

17. Обухов А.И.. Лепнева О.М. Состояние свинца в системе почва-растение в зонах влияния автомагистралей // Современные проблемы биосферы. М.: Наука, 1987. С. 149.

18. Алексеев Ю.В. Тяжёлые металлы в почвах и растениях. М.: Агропромиздат, 1987. С. 141.

19. Содержание тяжёлых металлов в зерновых культурах Оренбургской области / Г.Б. Родионова, А.М. Мирошников, В.И. Корнейченко, А.И. Гречушкин, С.В. Нотова // Биоэлементы: науч. тр. I меж-дунар. науч.-практ. конф. Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2004. С. 188-191.

20. Смирнов А.М. Таланов Г.А. Кононенко Г.П. Животноводству - безопасные корма // Ветеринария. 1999. № 1. С. 3-5.

21. Тютиков С.Ф. Микроэлементы в тканях диких копытных Центрального Черноземья // Фауна Центрального Черноземья и формирование экологической культуры: материалы I рег. конф. Липецк, 1996. С. 45-46.

22. Носов Е.Е. Токсико-экологическая оценка объектов животноводства и обеспечение производства качественной продукции (Свинцово-кадмиевые токсикозы у животных): автореф. дис. ... канд. вет. наук. Воронеж: ВНИ ветеринарной патологии, фармакологии и терапии, 1999. 37 с.

23. Ларионов Г.А., Волков Г.К., Данилов А.Н. Влияние уровня миграции кадмия, свинца, меди, цинка из кормов в организм животных // Пища. Экология. Человек: материалы 3-й междунар. науч.-практ. конф. М.: МГУПБ, 1999. Ч.4. С. 154-155.

24. Топурия Г.М., Топурия Л.Ю., Мирошникова Е.П. Уровень накопления тяжёлых металлов в органах крупного рогатого скота в условиях техногенного загрязнения внешней среды // Биоэлементы: науч. тр. I междунар. науч.-практ. конф. Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2004. С. 203-204.

25. Тряпицына С.С. Качество молозива в хозяйствах Челябинской области // Биоэлементы: науч. тр. I междунар. науч.-практ. конф. Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2004. С. 204-205.

26. Тряпицына С.С., Таирова А.Р., Горелик О.В. Мониторинг тяжёлых металлов в АО «Арга-зинский» Челябинской области // Биоэлементы: науч. тр. I междунар. науч.-практ. конф. Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2004. С. 294-295.

27. Продовольственное сырье и пищевые продукты // СанПиН 2.3.2.1078-01. Гигиенические требования к безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы: [введ. 01.09.2002]. М.: Минздрав России, 2002. С. 13-15.

28. Морозова Н.И. Теоретические и практические основы производства экологически чистого молока и молочных продуктов в условиях центрального региона России: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук. Рязань, 1998. 34 с.

29. Бритов Б.Б. Производство экологически чистого молока при скармливании коровам ирлита-1: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Владикавказ, 2000. 24 с.

30. Жуков А.П., Ростова Н.Ю., Аглюлина А.Р. Содержание подвижных форм тяжёлых металлов в почвах различных экологических районов Оренбургской области // Биоэлементы: науч. тр. I междунар. науч.-практ. конф. Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2004. С. 263-265.

31. Концентрация тяжёлых металлов в продуктах животноводства / Г.Н. Вяйзенен, Г.А. Вяйзе-нен, У.Ю. Медведева, Л.И. Винник, Е.Ю. Кутова // Зоотехния. 2002. № 8. С. 27-29.

32. Нагдалиев Ф.А., Рабинович Л.А., Попов В.А. Получение экологически безопасной мясной продукции // Зоотехния. 1999. № 7. С. 27-29.

33. Донник И.М. Оценка здоровья животных в территориях химического и радиоактивного загрязнения. Зоотехния. 2003. №10. С. 20-23.

34. Последствия антропогенного загрязнения для скота и их профилактика / В. Иванов, М. Лебедева, В. Каменчук и др. // Молочное и мясное скотоводство. 2004. №1. С. 27-30.

35. Содержание свинца, кадмия, мышьяка и ртути в продуктах питания Оренбургской области / Н.Н. Верещагин, Н.А. Лесцова, В.М. Боев, Т.М. Макарова, Г.В. Сизова // Биоэлементы: науч. тр. I междунар. науч.-практ. конф. Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2004. С. 256-258.

36. Водяницкая О.В. Анализ содержания тяжёлых металлов в пищевых продуктах // Биоэлементы: материалы II междунар. науч.-практ. конф. Оренбург, ИПК ГОУ ОГУ, 2007. С. 308-311.

37. Система экологической безопасности получаемой продукции / А.Г. Зелепухин, Ж.А. Жур-кина, Г.Б. Родионова, С.А. Мирошников, В.И. Корнейченко, А.М. Сергеев, Е.А. Бондарь // Биоэлементы: материалы II междунар. науч.-практ. конф. Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2007. С. 128-132.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда

Дускаев Галимжан Калиханович, доктор биологических наук, зав. отделом кормления сельскохозяйственных животных и технологии кормов им. С.Г. Леушина ГНУ Всероссийского НИИ мясного скотоводства, 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)77-46-41, e-mail: gduskaev@mail.ru

Мирошников Сергей Александрович, доктор биологических наук, профессор, директор, зав. лабораторией минерального питания сельскохозяйственных животных ГНУ Всероссийского НИИ мясного скотоводства, 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)77-46-41, e-mail: vniims.or@mail.ru

Сизова Елена Анатольевна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории минерального питания сельскохозяйственных животных ГНУ Всероссийского НИИ мясного скотоводства, 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)77-46-41, e-mail: vniims.or@mail.ru

Лебедев Святослав Валерьевич, доктор биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории минерального питания сельскохозяйственных животных ГНУ Всероссийского НИИ мясного скотоводства, 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)77-46-41, e-mail: vniims.or@mail.ru

Нотова Светлана Викторовна, доктор медицинских наук, профессор, старший научный сотрудник лаборатории минерального питания сельскохозяйственных животных ГНУ Всероссийского НИИ мясного скотоводства, 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)77-46-41, e-mail: vniims.or@mail.ru