Толерантность животных в условиях моделирования загрязнения среды тяжелыми металлами

4. Новые перспективные антиоксиданты на основе 2,6-диметилфенола / Е.А. Кемелева, Е.А. Васюнина, О.И. Синицина, А.С. Хомченко, М.А. Гросс, Н.В. Кан-далинцева, А.Е. Просенко, Г.А. Невинский // Биоорган. химия. 2008. Т. 34. № 4. С. 558-569.

5. Бокова Т.И., Коваль Ю.И. Использование синтетических водорастворимых соединений с антиок-сидантными свойствами в кормлении цыплят-бройлеров // Кормление сельскохозяйственных животных и кормопроизводство. 2011. № 12. С. 55-62.

6. Коваль Ю.И., Бокова Т.И. Влияние соединений с антиоксидантными свойствами на аккумуляцию свинца и кадмия в органах и тканях цыплят-бройлеров // Достижения науки и техники АПК. 2011. № 11. С. 54-56.

7. ГОСТ 51301-99. Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперомет-рические методы определения содержания токсических элементов (С<1, РЬ, Си, 7л). М. : Госстандарт России, 1999.

Коваль Юлия Ивановна, кандидат биолог. наук, доцент, Новосибирский ГАУ, chemi_ngau@mail.ru; Бокова Татьяна Ивановна, доктор биолог. наук, профессор, Новосибирский ГАУ, b0k0va@mail.ru.

4. Novye perspektivnye antioksidanty na osnove 2,6-dimetilfenola / E.A. Kemeleva, E.A. Vasyunina, O.I. Sinicina, A.S. Homchenko, M.A. Gross, N.V. Kanda-linceva, A.E. Prosenko, G.A. Nevinskij // Bioorgan. hi-miya. 2008. T. 34. № 4. S. 558-569.

5. Bokova T.I., Koval' Yu.I. Ispol'zovanie sin-teticheskih vodorastvorimyh soedinenij s antioksidantnymi svojstvami v kormlenii cyplyat-brojlerov // Kormlenie sel'skohozyajstvennyh zhivotnyh i kormoproizvodstvo. 2011. № 12. S. 55-62.

6. Koval' Yu.I., Bokova T.I. Vliyanie soedinenij s antioksidantnymi svojstvami na akkumulyaciyu svinca i kadmiya v organah i tkanyah cyplyat-brojlerov // Dosti-zheniya nauki i tekhniki APK/ 2011. № 11. S. 54-56.

7. GOST 51301-99. Produkty pishchevye i pro-dovol'stvennoe syr'e. Inversionno-vol'tamperometriches-kie metody opredeleniya soderzhaniya toksicheskih ehlementov (Cd, Pb, Cu, Zn). M. : Gosstandart Rossii, 1999.

Koval Yulia Ivanovna, PhD, Associate Professor, Novosibirsk SAU, chemi_ngau@mail.ru; Bokova Tatiana Ivanovna, Doctor of Biological Sciences, Professor, Novosibirsk SAU, b0k0va@mail.ru.

Статья поступила в редакцию 14 марта 2016 г.

УДК 631.95:637.54 ГРНТИ 34.35.51

И.В. Васильцова, Т.И. Бокова

ТОЛЕРАНТНОСТЬ ЖИВОТНЫХ В УСЛОВИЯХ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Изучена антиоксидантная активность спиртовых экстрактов прополиса, листьев березы, хвои сосны. Измерение антиоксидантной активности выполнено методом катодной вольтамперометрии на анализаторе АОА «Антиоксидант». Установлено, что спиртовые экстракты прополиса, листьев березы, хвои сосны обладают высокой антиоксидантной активностью. Проведен физиологический опыт на крысах линии Wistar. Изучена детоксикационная способность комплексного растительного экстракта, содержащего прополис, листья березы, хвою сосны в соотношении 1 : 1 : 1 по отношению к свинцу и кадмию в опыте на модельных животных. По окончании эксперимента у животных исследованы сердечная мышца, печень, почки, селезенка, мышечная и костная ткани на содержание в них ионов свинца и кадмия. Измерение массовых концентраций тяжелых металлов выполнено методом инверсионной вольтамперо-метрии на анализаторе ТА-07. Определено фоновое содержание свинца и кадмия в органах и тканях крыс при экспериментальном токсикозе тяжелыми металлами. Установлено, что органы и ткани обладают избирательностью в аккумуляции свинца и кадмия. Максимальная аккумуляция свинца отмечена в костной ткани лабораторных животных, кадмия - в почках. В ходе эксперимента зафиксировано: экстракт прополиса : листья березы : хвоя сосны снижает концентрацию свинца и кадмия в органах и тканях лабораторных животных относительно крыс, не получавших его. Наличие функциональных групп обеспечивают соединения, содержащиеся в природном сырье, с антиоксидантной активностью и детоксикационной способностю. Биологически активные добавки, содержащие прополис, листья березы, хвою сосны, благотворно влияют на детоксикационные процессы, укрепляя организм животных.

Ключевые слова: растительные экстракты, свинец, кадмий, детоксиканты, крысы.

© Васильцова И.В., Бокова Т.И., 2016

I. V. Vasiltsova, T.I. Bokova

TOLERANCE OF ANIMALS UNDER THE CONDITIONS OF SIMULATED HEAVY METALS POLLUTION

Antioxidative activity of ethanolic extracts of propolis, birch leaves, pine needles was examined. Antioxi-dative activity was assessed by the method of cathodic voltammetry on the antioxidative-activity analyzer "Antioxidant". It is found out that ethanolic extracts of propolis, birch leaves, pine needles have high antioxidative status. The physiological experiment was conducted on Wistar rats. The detoxification ability of complex plant extract, containing propolis, birch leaves, pine needles in the ratio of 1 : 1 : 1, is studied as related to lead and cadmium in the experiment on model animals. Upon experiment completion, heart muscle, liver, kidneys, spleen, muscle and bone tissues of animals were tested for content of cadmium and lead ions. Mass concentration of heavy metals was measured by the method of stripping voltammetry on the analyzer "ТА-07". We determined the background content of lead and cadmium in rat's organs and tissues in case of experimental toxicosis of heavy metals. It is found out that organs and tissues have selectivity in accumulation of lead and cadmium. The maximum lead accumulation was recorded in bone tissues of laboratory animals, the maximum cadmium accumulation was registered in kidneys. In the course of experiment we found out that extract of propolis а : birch leaves : pine needles decreases the concentration of lead and cadmium in organs and tissues of laboratory animals in comparison with those rats which do not get plant extract. Functional groups provide compounds, contained in natural raw material, with antioxidative activity and detoxification ability. Dietary supplements, containing propolis, birch leaves, pine needles, have a beneficial effect on detoxification processes and strengthen health of animals.

Key words: plant extracts, lead, cadmium, detoxicants, rats.

Введение

Антропогенное загрязнение окружающей природной среды, особенно микроэлементами из группы тяжелых металлов, приводит к негативным последствиям для здоровья населения и растительного и животного мира [1].

Решение вопросов детоксикации антропогенных загрязнителей - актуальнейшая задача, в первую очередь, для специалистов-химиков, биологов и практических медицинских работников. В профилактике неблагоприятного воздействия ТМ ведущая роль отведена использованию детоксицирующих препаратов. Перспективным технологическим приемом является поиск и внедрение в производство субстанций природного происхождения, обладающих одновременно технологической и физиологической функциональностью [2].

Растительное сырье содержит биологически активные вещества, обладающие антиокси-дантной активностью, обусловленное наличием большого количества функциональных групп (-ОН, -СООН, и др.). Если организм подвергается действию экстремальных факторов (радиация, яды), происходит образование слишком большого количества повреждающих молекул, и в таком случае организму требуется большее количество антиоксидантов. Наличие функциональных групп обеспечивают соединения, содержащиеся в природном сырье со способностью связывать токсичные элементы и выводить их из организма, т.е. детоксикационной способностью [3].

Одним из таких препаратов растительного и животного происхождения является прополис. В составе прополиса обнаружено более 50 веществ, которые представлены тремя группами биологически активных веществ: кислотами, полифенолами и соединениями изопреноидной структуры. Существенную часть веществ составляют соединения флавоноидной природы, в том числе флавоны (хризин, тектохризин), флавонолы (галангин, изальпинин, рамноцитрин, кемпферид) и флавононы (пиноцембрин, пиностробин).

Близкое сходство состава флавоноидов в прополисе и почках некоторых древесных пород позволило предположить, что пчелы собирают его с почек березы, тополя, ольхи, ивы, каштана, вяза и некоторых хвойных деревьев, причем первенствующее положение в этом ряду у березы бородавчатой, то есть пчелы точно выбирают сильнодействующие природные лекарственные начала [4].

Цель: изучить детоксикационную способность экстрактов прополиса (Propolis), листьев березы (Betulapendula), хвои сосны (Pinus sylvestris L.) по отношению к ионам свинца и кадмия в физиологическом опыте на крысах.

Материалы и методы

Определение антиоксидантной активности (АОА) экстрактов растительных препаратов проведено на анализаторе АОА «Антиоксидант» (ООО «НИИ Полиант», г. Томск). АОА исследуемых препаратов оценивали по кинетическому критерию К (мкмоль/л-мин), который отражает количество прореагировавших с образцом кислородных форм, следствие этого - эффективность взаимодействия образца с кислородными радикалами [5].

Для физиологического опыта были сформированы 3 группы крыс линии Wistar по принципу аналогов (по 10 гол). Контрольная группа лабораторных животных получала основной рацион (ОР), 1-я опытная группа крыс - ОР с добавлением 15 мг ионов свинца и 1,5 мг ионов кадмия на 1 кг живой массы в течение 10 дн., 2-я опытная группа - ОР с добавлением свинца и кадмия в течение 10 дн., затем ОР с добавлением 0,5 мл растительного экстракта: прополис : листья березы : хвоя сосны = 1 : 1 : 1. Экстракт вводили животным per or. Опыт продолжался 49 дн. Исследования проведены по каждой группе отдельно, но в одно и то же время в одинаковых условиях. По окончании эксперимента у животных исследованы сердечная мышца, печень, почки, селезенка, мышечная и костная ткани на содержание в них ионов свинца и кадмия.

С целью определения эффекта детоксикации свинца и кадмия в физиологическом опыте использованы ацетаты кадмия и свинца: Cd(CH3COO)2 • 2H2O, Pb(CH3COO)2 • 3H2O.

Исследования на содержание свинца и кадмия проводили методами, сертифицированными метрологической службой Госстандарат РФ. Токсиканты определяли по методикам, разработанным фирмой «Техноаналит ЛТД» и ТЦСМиС, прошедшими государственную сертификацию, на приборе ТА-07 методом инверсионной вольтамперометрии, основанном на способности свинца и кадмия, накопленных на рабочем электроде из анализируемого раствора, растворяться при определенных потенциалах. Массовые концентрации металлов устанавливали по методу добавок аттестованных образцов [6].

Результаты исследований

Коэффициенты суммарной антиоксидантной активности 40% -ных спиртовых экстрактов растительного сырья приведены в табл. 1. У исследованных образцов наблюдалось ингибиро-вание предельного тока электровосстановления кислорода и сдвиг потенциала в положительную область, что говорит о преимущественном взаимодействии данных веществ не с молекулярным кислородом, а с его активными радикалами, проявляя антирадикальный механизм действия.

Все изученные образцы экстрактов обладают высокой антиоксидант-ной активностью, превышающей анти-оксидантную активность известного антиоксиданта дигидрокверцетина, К = 1,46 ммоль/л-мин [7], и могут быть рекомендованы в качестве дополнительных антиокси-дантов для профилактики ряда заболеваний организма.

Биологически активные вещества, содержащиеся в сырье природного происхождения, а именно в прополисе, в листьях березы, хвое сосны, обладают антиоксидантной активностью и могут обладать детоксикационной способностью к антропогенным загрязнителям, таким как свинец и кадмий.

В физиологическом опыте рассматривали совместное влияние тяжелых металлов свинца и кадмия на организм крыс и изменение содержания тяжелых металлов под влиянием растительных экстрактов, которые животные получали в качестве детоксикантов. Определение остаточных концентраций свинца и кадмия во внутренних органах и тканях лабораторных животных представлены в табл. 2, 3. Исследованы сердце, печень, почки, селезенка, мышечная и костная ткань.

В результате исследований установлено: в сердце 1 -й опытной группы крыс произошло достоверное увеличение содержание свинца по сравнению с контролем на 60 % (р < 0,01). Под действием детоксикантов у животных 2-й опытной группы концентрация свинца в сердце уменьшилась в 3 раза относительно 1-й (р > 0,01).

Таблица 1

Коэффициенты суммарной антиоксидантной активности экстрактов растительного сырья, К мкмоль/л^мин

Прополис Березовые листья Хвоя сосны

18,9 ± 0,5 21,7 ± 0,6 14,6 ± 0,5

Таблица 2

Содержание свинца в органах и тканях лабораторных животных, мг/кг

Группа Контрольная 1-я опытная 2-я опытная

Сердце 0,009 ± 0,001 0,024 ± 0,002** 0,008 ± 0,001

Мышечная ткань 0,010 ± 0,001 0,035 ± 0,002*** 0,002 ± 0,001

Селезенка 0,008 ± 0,001 0,012 ± 0,002 0,005 ± 0,001*

Печень 0,010 ± 0,002 0,036 ± 0,00364** 0,009 ± 0,001

Почки 0,007 ± 0,001 0,077 ± 0,004*** 0,066 ± 0,003***

Костная ткань 0,013 ± 0,001 0,489 ± 0,018*** 0,451 ± 0,016***

*р < 0,05; ** р < 0,01; *** р < 0,001.

Содержание свинца в мышечной ткани животных в 1-й опытной группе увеличилось в 3,5 раза относительной животных контрольной группы (р < 0,001). Во 2-й опытной группе наблюдалось снижение содержания свинца по сравнению с 1 -й группой в 17,5 раза (р < 0,001).

В селезенке у животных 2-й опытной группы содержание свинца относительно 1 -й снизилось на 58,3 % вследствие применения детоксикантов (р < 0,05), уменьшение содержание свинца наблюдалось относительно контрольной группы на 37,5 % (р < 0,05).

Концентрация металла в печени крыс увеличилась в 1 -й опытной группе в 3,6 раза (р < 0,01). Во 2-й опытной группе крыс, получавших растительные экстракты - происходило значительное уменьшение концентрации свинца относительно 1 -й группы вследствие действия детоксикантов - на 75 % (р < 0,01).

В почках животных во всех опытных группах содержание токсиканта превышало контрольное значение в 9,4-11,0 раз (р < 0,001). Однако применение растительных экстрактов уменьшило концентрацию свинца на 14,3 % во 2-й опытной группе (р < 0,05) относительно животных, не получавших экстракты.

В костной ткани всех опытных групп крыс произошло достоверное увеличение свинца по сравнению с контролем в 34,7-37,6 раз (р < 0,001).

Таким образом, можно сказать, что растительные экстракты существенно снижают концентрацию свинца в органах и тканях лабораторных животных.

Таблица 3

Содержание кадмия в органах и тканях лабораторных животных, мг/кг

Группа Контрольная 1-я опытная 2-я опытная

Сердце 0,0036 ± 0,0005 0,0217 ± 0,0011*** 0,0026 ± 0,0004

Мышечная ткань 0,0017 ± 0,0003 0,0042 ± 0,0005** 0,0018 ± 0,0003

Селезенка 0,0023 ± 0,0005 0,0048 ± 0,0006 0,0022 ± 0,0004

Печень 0,0021 ± 0,0003 0,0665 ± 0,0018*** 0,0557 ± 0,0022**

Почки 0,0061 ± 0,0005 0,1544 ± 0,0116*** 0,1075 ± 0,0073***

Костная ткань 0,0017 ± 0,0002 0,0027 ± 0,0004 0,0018 ± 0,0003

** р < 0,01; *** р < 0,001.

В результате исследований установлено: в сердце крыс 1-й опытной группы произошло достоверное увеличение содержание кадмия в 6,0 раз по сравнению с контролем (р < 0,001). Под действием детоксикантов у животных 2-й опытной группы концентрация кадмия в сердце уменьшилась в 8,4 раз относительно 1-й группы (р < 0,001).

Содержание кадмия в мышечной ткани животных в 1 -й опытной группе увеличилась в 2,5 раза относительно крыс контрольной группы (р < 0,01), во 2-й опытной группе произошло снижение содержания кадмия по сравнению с 1-й под действием детоксиканта на 57,1 % (р < 0,05).

В селезенке у животных 2-й опытной группы содержание кадмия относительно 1 -й снижалось на 54,2 % вследствие применения детоксикантов (р < 0,05-0,01).

Концентрация кадмия в печени крыс увеличилась в 1-й опытной группе в 31,7 раза по сравнению с контрольной (р < 0,001). У крыс 2-й опытной группы, получавших растительные экстракты, происходило уменьшение концентрации кадмия относительно животных 1-й опытной группы вследствие действия детоксикантов - на 16,2 (р < 0,05).

В почках животных в опытных группах содержание токсиканта превышало контрольное значение в 17,6-25,3 раза (р < 0,001) по сравнению с животными контрольной группы. Однако применение растительных экстрактов уменьшило концентрацию кадмия у крыс 2 -й опытной группы на 30,4 % (р < 0,05) относительно животных 1-й группы.

В костной ткани крыс 1 -й опытной группы произошло увеличение кадмия по сравнению с животными контрольной группы в 1,6 раз (р > 0,05). У крыс 2-й опытной группы произошло уменьшение содержания кадмия в костной ткани относительно животных 1 -й опытной группы на 33,3 %, однако достоверно не отличалось от животных контрольной группы (р > 0,05).

Таким образом, в физиологическом опыте рассматривали совместное влияние тяжелых металлов свинца и кадмия на организм крыс и изменение их содержания под влиянием растительных экстрактов, которые животные получали в качестве детоксикантов. В результате исследований установлено, что растительные экстракты существенно снижают концентрацию кадмия в органах и тканях лабораторных животных.

Выводы

1. Фоновое содержание кадмия в органах и тканях лабораторных животных составляет 0,0017-0,0061 мг, свинца - 0,009-0,013 мг на 1 кг живой массы.

2. Установлено, что органы и ткани обладают избирательностью в аккумуляции свинца: костная ткань ^ почки ^ печень ^ мышечная ткань ^ сердце ^ селезенка. По степени накопления кадмия в органах и тканях крыс установлена закономерность: почки ^ печень ^ сердце ^ мышечная ткань ^ селезенка ^ костная ткань.

3. Экстракт прополиса: листья березы: хвоя сосны снижает концентрацию свинца и кадмия в органах и тканях лабораторных животных. Спиртовой экстракт уменьшает содержание свинца во внутренних органах опытных животных относительно не получавших их (1-й опытной группы) на 7,8-94,3 %; содержание кадмия - на 16,2-88,0 %.

Список литературы

1. Колесников В.А. Эколого-токсикологические аспекты воздействия соединений свинца на биологические объекты / Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2002. 250 с.

2. Бокова Т.И. Экологические основы инновационного совершенствования пищевых продуктов : монография. Новосиб. гос. аграр. ун-т, СибНИИ переработки с.-х. продукции. Новосибирск : Изд-во НГАУ, 2011. 284 с.

3. Васильцова И.В., Бокова Т.И. Оценка биологической активности почек и листьев березы в модельных исследованиях // Сиб. эколог. журн. 2011. № 6. С. 879-884.

4. Хисматуллина Н.З. Практическая апитерапия. Пермь : ЭксЛибрум, 2009. 336 с.

5. ГОСТ 51301-99. Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометри-ческие методы определения содержания токсичных элементов (Cd, Pb, Cu, Zn ). М. : Госстандарт России, 1999.

6. Драчева Л.В., Короткова Е.И., Дорожко Е.В. Применение вольтамперометрического метода при изучении биоантиоксидантов // Пищевая промышленность. 2008. № 4. С. 28-29.

7. Оценка антиоксидантной и антитоксический эффективности природного флавоноида дигид-рокверцетина / Л.В. Кравченко [и др.] // Токсиколог. вестн. 2005. № 1. С. 14-20.

Васильцова Ирина Васильевна, кандидат биолог. наук, доцент, Новосибирский ГАУ, indikator07@mail.ru; Бокова Татьяна Ивановна, доктор биолог. наук, профессор, Новосибирский ГАУ, b0k0va@mail.ru.

References

1. Kolesnikov V.A. Ekologo-toksikologicheskie aspekty vozdejstviya soedinenij svinca na biologicheskie ob"ekty / Krasnoyar. gos. agrar. un-t. Krasnoyarsk, 2002. 250 s.

2. Bokova T.I. Ehkologicheskie osnovy innovacion-nogo sovershenstvovaniya pishchevyh produtov : monografi-ya. Novosib. gos. agrar. un-t, SibNII pererabotki s.-h. produk-cii. Novosibirsk : Izd-vo NGAU, 2011. 284 s.

3. Vasil'cova I.V., Bokova T.I. Ocenka biolo-gicheskoj aktivnosti pochek i list'ev berezy v model'-nyh issledovaniyah // Sib. ehkolog. zhum. 2011. № 6. S. 879-884.

4. Hismatullina N.Z. Prakticheskaya apiterapiya. Perm' : EhksLibrum. 2009. 336 s.

5. GOST 51301-99. Produkty pishchevye i pro-dovol'stvennoe syr'e. Inversionno-vol'tamperometriches-kie metody opredeleniya soderzhaniya toksichnyh eh-lementov (Cd, Pb, Cu, Zn). M. : Gosstandart Rossii, 1999.

6. Dracheva L.V., Korotkova E.I., Dorozhko E.V. Primenenie vol' tamperometricheskogo metoda pri izuche-nii bioantioksidantov // Pishchevaya promyshlennost'. 2008. № 4. S. 28-29.

7. Ocenka antioksidantnoj i antitoksicheskij ehf-fektivnosti prirodnogo flavonoida digidrokvercetina / L.V. Kravchenko i dr. // Toksikolog. vestn. 2005. № 1. S. 14-20.

Vasilcova Irina Vasilyevna, PhD, Associate Professor, Novosibirsk SAU, indikator07@mail.ru; Bokova Tatiana Ivanovna, Doctor of Biological Sciences, Professor, Novosibirsk SAU, b0k0va@mail.ru.

Статья поступила в редакцию 17 июня 2016 г.