СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КАДМИЯ В МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА
METHOD TO DETECT CADMIUM CONTENT IN MUSCULAR TISSUE OF CATTLE

Предлагаемое изобретение относится к животноводству и экологии и предназначено для использования в качестве теста прижизненной оценки степени накопления в мышечной ткани крупного рогатого скота кадмия, который, по данным Агентства по охране окружающей среды (Г.Г.Онищенко. Химическая безопасность как межведомственная проблема. Роль госсанэпидемслужбы России в обеспечении химической безопасности населения // Токсикологический вестник. - 2002. - №1. - С.2-7), вместе с другими 7 тяжелыми металлами: Cu, As, Ni, Hg, Rb, Zn и Cr выделены в качестве приоритетных загрязнителей.
Накоплению различных загрязняющих веществ в атмосфере, почве и воде способствуют выбросы промышленных предприятий, бытовые и сельскохозяйственные отходы, в которые входят соединения, не имеющие природных разрушителей и обладающие токсическим действием на живые организмы. Наибольшее количество химических элементов поступает в организм человека с пищей. В связи с этим снабжение населения высококачественными, биологически полноценными и экологически безопасными отечественными продуктами животноводства до сих пор остается актуальной проблемой (А.П.Авцын, А.А.Жаворонков, М.А.Риш и др. Микроэлементозы человека. - М.: Медицина, 1991. - С.48-67).
Одним из опаснейших химических токсикантов является кадмий. В природу ежегодно выбрасывается приблизительно 5 тыс. т кадмия (Н.А.Уразаев, В.Я.Никитин, А.А.Кабыш и др. Эндемические болезни сельскохозяйственных животных. - М.: Агропромиздат, 1990. - С.172). Главными источниками загрязнения почвы кадмием являются фосфорные удобрения, отходы цветной металлургии, осадки сточных вод.
В количестве 70% кадмий поступает в растения из почвы и только 30% - из воздуха. Верхняя пороговая концентрация кадмия составляет 5 мг/кг корма. При превышении этой концентрации у животных развивается кадмиевый токсикоз (Н.А.Уразаев, В.Я.Никитин, А.А.Кабыш и др. Эндемические болезни сельскохозяйственных животных. - М.: Агропромиздат, 1990. - С.172-173.).
Кадмий нарушает обмен цинка, кальция, фосфора, железа и меди, что приводит к потере аппетита, снижению прироста, анемии, разрушению костной ткани, изменению простаты. Характерными проявлениями кадмиевой интоксикации являются поражение центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, гипертония, почечная недостаточность с протеинурией, цианоз, ринит, бронхопневмония, некротические изменения в гонадах, некроз плаценты и гибель плода (В.Д.Фокина, С.Ф.Покровская. Влияние загрязнения окружающей среды на сельскохозяйственных и диких животных. - М., 1981. - С.26-28; Г.И.Оксенгендлер. Яды и противоядие. - Л.: Наука, 1982. - С.96).
Принимая во внимание различные пути проникновения кадмия в организм (при вдыхании, с пищей и питьем), среднее загрязнение кадмием составляет на одного человека в сутки от 1,95 до 5,22 мкг - для сельской местности, от 1,96 до 5,24 мкг - для городов и от 4,23 до 6,44 мкг - для особо загрязненных территорий. Из крови кадмий переносится в печень и почки, где его содержание составляет половину от всего кадмия в организме человека (С.Л.Давыдова, В.И.Тагасов. Тяжелые металлы, как супермутагены XXI века. - М.: Изд-во РУДН, 2002. - С.106-107.).
В настоящее время известны способы определения содержания кадмия в пищевых продуктах (мышечная ткань, внутренние органы и другие ткани), которые можно использовать только после убоя животных (ГОСТ Р 51301-99. Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрические методы определения содержания токсических элементов (кадмия, свинца, меди и цинка). - М.: Госстандарт России, 1999. - С.7-13; ГОСТ 30538-97. Продукты пищевые. Методика определения токсических элементов атомно-эмиссионным методом. - М.: Госстандарт России, 1997. - С.10-21; ГОСТ 26929-94. Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсических элементов (кадмия, свинца, меди и цинка). - М.: Госстандарт России, 1994. - С.2-7).
Недостатком этих способов является невозможность прижизненного определения степени накопления кадмия в мышечной ткани животных с целью оценки и коррекции экологической безопасности будущего продовольственного сырья.
Известен также способ определения содержания кадмия в органах и мышечной ткани свиней (Патент РФ №2342659.). Его недостатком является сложность взятия образцов копытного рога и подготовки их для исследования на содержание химических элементов.
От методов определения содержания кадмия в пищевых продуктах и сырье (ГОСТ Р 51301-99; ГОСТ 30538-97; ГОСТ 26929-94), при которых концентрация данного элемента устанавливается непосредственно в мышечной ткани убитых животных, заявленный способ отличается тем, что проводят химический анализ сыворотки крови, взятой у живых животных. Определение содержания кадмия в мышечной ткани свиней (Патент РФ №2342659) основано на установлении концентрации марганца в копытном роге.
При заявляемом способе проводят химический анализ сыворотки крови крупного рогатого скота методами атомно-эмиссионной спектрометрии и атомно-абсорбционной спектрофотометрии, затем для определения содержания кадмия в мышечной ткани устанавливают в сыворотке крови концентрацию одного или нескольких элементов, выбираемых из Ва, Р, Zn, Rb, и рассчитывают уравнения регрессии:
y=0,0092+0,00011х, где x - концентрация Ва в сыворотке крови,
y - содержание Cd в мышечной ткани;
y=0,0342-0,00015х, где x - концентрация Р в сыворотке крови,
y - содержание Cd в мышечной ткани;
y=0,0233-0,0000118х, где x - концентрация Zn в сыворотке крови,
y - содержание Cd в мышечной ткани;
y=0,0209-0,0000262х, где x - концентрация Rb в сыворотке крови,
y - содержание Cd в мышечной ткани.
Заявляемым способом решается задача оценки накопления кадмия в мышечной ткани крупного рогатого скота, которая является основной составной частью мяса - важнейшего продукта питания человека. Поставленная задача достигается путем установления концентрации в сыворотке крови Ва, Р, Rb или Zn с последующим расчетом уровня кадмия в мышечной ткани по уравнениям регрессии.
От существующих способов, при которых определение содержания одного из тяжелых металлов - кадмия в мышечной ткани крупного рогатого скота возможно только после убоя животных, заявляемый способ отличается тем, что устанавливается в сыворотке крови концентрация Ва, Р, Rb или Zn и по ней прижизненно оценивается накопление кадмия в мышечной ткани.
Пример выполнения. Кровь для исследования микро- и макроэлементов в сыворотке брали у бычков 18-месячного возраста из яремной вены утром до кормления животных. Пробы мышечной ткани массой до 1 г и пробы сыворотки крови объемом до 1 мл подсушивают на плите при температуре около 150°С в течение 12 часов. Озоление проб проводили в муфельной печи при постоянном увеличении температуры через каждые 30 минут на 50°С от 100 до 480°С. Процесс минерализации обычно происходит в течение 10-15 часов. В охлажденные при комнатной температуре пробы вносят 5 мл азотной кислоты и оставляют на 12 часов, затем их нагревают на электроплитке до получения сухого осадка. Далее в каждую пробу вносят 1 мл хлорной и 5 мл азотной кислоты, содержимое чашек упаривают на электроплите. Когда раствор становится прозрачным, в каждую чашку вносят 5 мл соляной кислоты (1:1). Это повторяют до влажного осадка солей желтоватого цвета, затем вносят 5 мл 5% соляной кислоты, нагревают на электроплите до растворения осадка и оставляют остывать при комнатной температуре. После остывания в каждую пробу добавляют 2 мл скандия, аккуратно переливают полученный раствор в пробирки и разбавляют его бидистиллированной водой до 10 мл.
Концентрацию макроэлементов в пробах определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС) на спектрометре серии IMS Advantage производства Thermo Jarrell Ash. Концентрацию Cd, Pb, Sr и других микроэлементов определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии, используя спектрофотометр Per- kin-Elmer Zeeman/3030.
Из табл.1 видно, что из 7 химических элементов, концентрация которых была определена в мышечной ткани бычков, наибольшее содержание приходилось на Р и Са, а наименьшее - на Cd и Ва. По уровню содержания в мышечной ткани химические элементы располагаются в следующем порядке: P>Ca>Zn>Cu>Rb>Ba>Cd. Таким образом, содержание отдельных химических элементов в мышечной ткани на многие порядки превосходит концентрацию других. Наиболее широким является отношение крайних вариантов по Ва, а более узким - по Р.
Таблица 1.
Содержание химических элементов в мышечной ткани бычков, мг/кг
Химический элемент
<img file="00000001.tif" he="5" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" />
σ
Cv, %
Lim
Отношение крайних вариантов
Ва
0,187±0,034
0,192
102,6
0,040-0,940
1:23,5
Са
108,9±9,321
51,89
47,7
48,80-227,10
1:4,7
Cd
0,015±0,001
0,006
40,0
0,009-0,036
1:4,0
Cu
1,571±0,059
0,326
20,7
1,100-2,900
1:2,6
Р
1940,0±27,9
155,3
8,0
1600-2460
1:1,5
Rb
1,458±0,053
0,293
20,1
0,936-2,473
1:2,6
Zn
52,99±1,240
6,906
13,0
24,59-63,71
1:2,6
В сыворотке крови бычков больше всего содержится фосфора и кальция, меньше - рубидия и бария (табл.2). По содержанию в сыворотке крови химические элементы образуют следующий ранжированный ряд: P>Ca>Zn>Cu>Rb>Ba, который соответствует такому же ряду в мышечной ткани.
Таблица 2.
Содержание химических элементов в сыворотке крови бычков
Химический элемент
Единица измерения
<img file="00000002.tif" he="5" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" />
σ
Cv, %
Lim
Отношение крайних вариантов
Ва
мкг/л
47,05±5,364
29,38
62,4
19-127
1:6,7
Са
мг/л
99,77±1,067
5,844
5,9
87-111
1:1,3
Cu
мкг/л
596,83±27,88
152,7
25,6
120-860
1:7,2
Р
мг/л
129,38±3,459
18,95
14,6
95-194
1:2,0
Rb
мкг/л
239,83±17,24
94,45
39,4
110-410
1:3,7
Zn
мкг/л
738,3±43,12
236,2
32,0
310-1590
1:5,1
Наименьшая изменчивость концентрации химических элементов в сыворотке крови характерна для кальция, а наибольшая - для бария. Соответственно для этих элементов отношение крайних вариантов изменяется от 1:1,3 до 1:6,7.
По содержанию изученных элементов мышечная ткань отличается от сыворотки крови. Например, концентрация в мышцах Ва, Rb, P и Zn в 3,98-71,8 раза выше, чем в сыворотке крови. Если отношение Р : Са в сыворотке крови было 1:1,3, то в мышцах оно значительно отличалось и составило 1:17,8.
Были рассчитаны коэффициенты корреляции между содержанием отдельных химических элементов в сыворотке крови и концентрацией кадмия в мышечной ткани бычков. При этом наиболее высокие и достоверные корреляционные связи (табл.3) были установлены между содержанием кадмия в мышцах и концентрацией в сыворотке крови бария (+0,574), фосфора (-0,483), цинка (-0,468), рубидия (-0,416).
С целью определения накопления кадмия в мышечной ткани крупного рогатого скота на основании вышеперечисленных коэффициентов корреляции были рассчитаны коэффициенты и уравнения регрессии. Содержание кадмия в мышечной ткани можно более точно определить по концентрации бария в сыворотке крови, так как между этими элементами установлена более высокая корреляция (+0,574). Для этого используется уравнение регрессии: y=0,0092+0,00011х, где x - концентрация бария в сыворотке крови, y - содержание кадмия в мышечной ткани. Концентрацию фосфора, цинка и рубидия в сыворотке крови также можно использовать для определения содержания кадмия в мышечной ткани. Однако по содержанию остальных химических элементов в сыворотке крови крупного рогатого скота не представляется возможным тестировать уровень кадмия в мышечной ткани вследствие низкой и недостоверной корреляционной связи (r=-0,187-+0,161).
Таблица 3.
Корреляционная связь между содержанием кадмия в мышечной ткани и концентрацией отдельных химических элементов в сыворотке крови бычков
Коррелирующие элементы, x (сыворотка) - y (мышцы)
r±Sr
Rx/y
y=a+bx
Ba-Cd
+0,574±0,155
2840,0
0,0092+0,00011x
P-Cd
-0,483±0,165
1542,9
0,0342-0,00015x
Zn-Cd
-0,468±0,167
18648,1
0,0233-0,0000118x
Rb-Cd
-0,416±0,172
6626,6
0,0209-0,0000262х
Следовательно, по уровню бария, фосфора, цинка или рубидия в сыворотке крови можно прижизненно тестировать у крупного рогатого скота мышечную ткань на содержание кадмия. Это позволит оценить и скорректировать экологическую безопасность говядины, получаемой, главным образом, при убое молодняка крупного рогатого скота.