Разработка метода выявления элементозов крупного рогатого скота

Технология производства, качество продукции и экономика в мясном скотоводстве 73

УДК 636.085:577.17

Разработка метода выявления элементозов крупного рогатого скота

С.А. Мирошников, О.А. Завьялов, А.Н. Фролов, А.В. Харламов, Г.К. Дускаев, М.Я. Курилкина

ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства»

Аннотация. В статье приведены результаты исследований по разработке способа взятия проб шерсти крупного рогатого скота с учётом данных о загрязнённости, скорости отрастания и элементного состава различных компонентов шерсти с различных участков тела животного. Определены значения «физиологической нормы» концентраций эссенциальных элементов для крупного рогатого скота (величины 25 и 75 центиля концентраций химических элементов в шерсти). В исследованиях использовалась шерсть, отобранная от взрослых животных герефордской, абердин-ангусской, симментальской, казахской белоголовой и красной степной пород. Элементный состав шерсти и её составных частей исследовали по 8 показателям (I, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Se, Zn) методами атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии (АЭС-ИСП и МС-ИСП). Установлено, что менее загрязнённой была шерсть с области холки, наибольшее количество примесей отмечалось в шерсти с кисти хвоста. Наибольшая скорость роста характерна для остевых волос с холки 0,38±0,03 мм/сут, что на 79,2 % (Р<0,001) выше аналогичных показателей для подгрудка и на 29,3 % (Р<0,001) - для ости с области проекции первого хвостового позвонка. Среднестатистический элементный состав шерсти с поверхности тела животного наиболее близко соответствует пробам шерсти с холки. В пухе животных содержалось относительно больше кобальта - на 49,5 % (Р<0,001), марганца - на 56,8 % (Р<0,001). Установлено, что наиболее предпочтительным является отбор средних проб шерсти для исследования элементного состава с холки. Разработанный метод рекомендуются применять в науке и сельскохозяйственном производстве при оценке элементного состава шерсти крупного рогатого скота.

Ключевые слова: крупный рогатый скот, шерсть (волос) скота, элементный статус, отбор проб, диагностика элементозов, референтные значения, центильные интервалы.

Введение.

Диагностика, профилактика и лечение элементозов, коррекция рационов сельскохозяйственных и домашних животных возможны с учётом данных элементного состава шерсти. Подтверждением этого является опыт, накопленный в медицине.

Метод диагностики и лечения элементозов человека, основанный на исследовании элементного состава волос (метод доктора Скального), за последние годы использован при лечении и профилактике заболеваний более чем 220 тыс. человек. Основой данного метода является алгоритм, учитывающий индивидуальные отклонения элементного состава волос человека от физиологической нормы содержания элементов [1].

В последнее время волосы человека как альтернатива образцам крови, мочи, биопсийного материала получили широкое применение в клинической токсикологии и химии [2]. Элементный анализ волос человека находит применение при диагностике онкологических заболеваний [3]; патологий, вызванных интоксикацией тяжёлыми металлами [4]; метаболических синдромов [5]; заболеваний щитовидной железы [6].

В то же время в распоряжении практиков нет аналогичных неинвазивных методов в животноводстве. Отсутствуют полные базы данных мультиэлементного состава шерсти и других биосубстратов животных, недостаточна информация об элементном составе различных составных частей шерсти (остевых волос, пуха). Различные структурные элементы шерсти могут иметь различный мультиэле-ментный состав [7].

Неинвазивный метод исследования элементного статуса животных может получить широкое применение в молочном скотоводстве для индивидуальной оценки и коррекции обмена веществ высокопродуктивных животных. Это способно увеличить долголетие и продуктивность скота, повысить воспроизводительную способность.

74 Технология производства, качество продукции и экономика в мясном скотоводстве

Цель исследований.

Разработка методики взятия проб шерсти крупного рогатого скота для исследования на элементный состав и определение референтных значений концентраций эссенциальных элементов для крупного рогатого скота.

Материалы и методы исследования.

Объект исследований. Исследования проводились на модели полновозрастных коров гере-фордской, казахской белоголовой, симментальской, абердин-ангусской и красной степной пород крупного рогатого скота. Живая масса коров в период отбора образцов шерсти составляла 515,3±31,4 кг. Возраст - 3-6 лет.

Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями и рекомендациями Russian Regulations, 1987 (Order No.755 on 12.08.1977 the USSR Ministry of Health) and «The Guide for Care and Use of Laboratory Animals (National Academy Press Washington, D.C. 1996)». При выполнении исследований были предприняты усилия, чтобы свести к минимуму страдания животных и уменьшения количества используемых образцов.

Схема эксперимента. Эксперименты, обосновывающие место взятия проб, проводились на коровах красной степной породы (n=20) в условиях Покровского сельскохозяйственного колледжа - филиала ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет» Оренбургского района Оренбургской области.

Образцы шерсти отбирались с шести мест: с затылочной части головы, первого хвостового позвонка, в проекции медианны 12-го ребра, области подгрудка, холки, кисти хвоста. Отбор шерсти производился с 4-5 мест на участке, определённом для взятия. Шерсть срезалась на расстоянии 1 см от корня и не более 3 см по длине. Образцы шерсти разделялись на остевые волосы, пух и переходный.

Загрязнённость шерсти устанавливалась путём взвешивания образцов до и после процедуры очистки [8]. Скорость отрастания шерсти определялась на отдельных участках поверхности тела животных. Поверхность тела выбривалась на участках 3,0х3,0 см. С периодичностью 10 суток производились замеры вновь отрастающей шерсти по массе и длине волокон.

Элементный состав образцов шерсти с отдельных мест сравнивали со средним показателем элементного состава проб, полученных с шести участков поверхности тела животного.

Исследования по определению центильных интервалов охватывали животных герефордской (n=360), казахской белоголовой (n=369), симментальской (n=112) и абердин-ангусской (n=50) пород крупного рогатого скота, разводимых в биогеохимических провинциях Оренбургской, Челябинской и Курганской областей. Элементный состав шерсти и её составных частей исследовали по 8 показателям (I, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Se, Zn). Образцы шерсти отбирались с области холки животного с участка кожи размером 5*5 см. На основании полученных результатов анализов шерсти рассчитывались значения 25 и 75 цен-тилей.

Оборудование и технические средства. Элементный состав шерсти определяли методами атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии (АЭС-ИСП и МС-ИСП) в испытательной лаборатории АНО «Центр биотической медицины», г. Москва (Registration Certificate of ISO 9001: 2000, Number 4017 -5.04.06). Озоление биосубстратов проводили с использованием микроволновой системы разложения MD-2000 (США). Оценка содержания элементов в полученной золе осуществлялась с использованием масс-спектрометра Elan 9000 (Perkin Elmer, США) и атомно-эмиссионного спектрометра Optima 2000 V (Perkin Elmer, США).

Статистический анализ. Статистический анализ результатов проводился при помощи пакета программ «Statistica 10.0» («Stat Soft Inc.», США). Статистическое сравнение результатов проводилось с использованием критериев Манна-Уитни и Стьюдента. Параметр Р<0,05 - как предел значимости.

Результаты исследований.

Оценка шерсти, взятой с различных участков поверхности тела животных, выявила, что наименее загрязнённой была шерсть с области холки и подгрудка (рис. 1.).

Технология производства, качество продукции и экономика в мясном скотоводстве 75

Рис. 1 - Разница по величине загрязнённости шерсти с различных участков тела животного по отношению к области холки, %

Содержание загрязнений с области холки и подгрудка по сравнению с затылочной частью в зимний период было больше на 39,3 % (Р<0,05) и 25,9 % (Р<0,05), в летний - на 64,0 % (Р<0,05) и 45,2 % (Р<0,05).

Наибольшее количество примесей отмечалось в шерсти, взятой в зимний период с кисти хвоста (843,2 мг/г), в летний период данный показатель составил 287,8 мг/г. Загрязнённость шерсти с кисти хвоста по сравнению с холкой в зимний период была выше в 10,4 раза (Р<0,001), в летний - в 6,0 раз (Р<0,001).

Выявлено, что наибольшая скорость роста характерна для остевых волос с холки 0,38±0,03 мм/сут, что на 79,2 % (Р<0,001) превосходит аналогичные показатели для подгрудка, на 29,3 % (Р<0,001), для ости с области проекции первого хвостового позвонка. Интенсивнее (0,22±0,02 мм/сут; Р<0,01) растут пуховые волокна на поверхности кожи первого хвостового позвонка (рис. 2).

Кисть хвоста Холка Область подгрудка

Середина последнего ребра ^—1

Корень хвоста

Затылочная часть головы

) 0,05 ОД 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45

Остевой волос  Пух

Рис. 2 - Скорость отрастания шерсти на различных участках поверхности тела животных, мм/сут

76 Технология производства, качество продукции и экономика в мясном скотоводстве

Сравнение элементного состава образцов шерсти с отдельных мест со средним показателем элементного состава проб, полученных с шести участков поверхности тела животного, выявило, что наиболее близко среднестатистической концентрации элементов в шерсти соответствовал состав проб шерсти с холки (табл. 1).

Таблица 1. Содержание химических элементов в пробах шерсти крупного рогатого скота, мкг/г

Место взятия образца

Элемент затылочная часть головы корень середина последнего ребра область холка кисть Среднее

хвоста подгрудка хвоста

Zn 103+0,8 106***±1,0 102+0.8 99+1,3 102+0,6 99***+0,6 102+0,3

Fe 69,2**+2,9 54,3+1,1 67,7***+2,4 48,8***+1,8 58,1+1,9 49,7+1,9 57,9+1,2

Cu 7,2+0,3 6,55**+0,18 5,96***+0,12 8,17***+0,13 7,52+0,12 7,96**+0,25 7,23+0,11

Mn 14,4+1,4 16,2+0,9 23,0***+1,4 14,8+0,8 17,7+0,8 15,9+1,3 17,0+0,8

I 0,50+0,03 0,58*+0,028 0,63***+0,021 0,39***+0,017 0,52+0,016 0,47*+0,019 0,52+0,01

Se 0,46+0,014 0,53***+0,017 0,55*+0,045 0,28***+0,009 0,45+0,008 0,42*+0,012 0,45±0,01

Cr 0,20*+0,010 0,19+0,012 0,17+0,006 0,15+0,007 0,17+0,009 0,13***+0,006 0,17+0,01

Co 0,063*+0,003 0,05+0,003 0,07***+0,003 0,037***+0,001 0,053+0,002 0,054+0,002 0,055+0,001

Примечание: *- Р<0,05; ** - Р<0,01, *** - Р<0,001

В ходе исследований были выявлены различия в элементном составе остевых волокон и пуха. В пухе животных содержалось относительно больше кобальта - на 49,5 % (Р<0,001), марганца - на 56,8 % (Р<0,001).

В результате популяционных исследований различных подвидов крупного рогатого скота были определены значения «физиологической нормы» для Bos Taurus (величины 25 и 75 центиля концентраций химических элементов в шерсти) (табл. 2).

Таблица. 2. Центильные значения концентрации эссенциальных элементов в шерсти Bos Taurus, мкг/г

Элемент Co Cr Cu Fe I Mn Se Zn

25 центиль 0,071 0,129 4,61 36,65 0,313 16,64 0,201 94,86

75 центиль 0,235 0,461 6,23 207 0,893 36,88 0,781 124

Обсуждение полученных результатов.

В ходе исследований были выявлены различия в элементном составе шерсти с различных участков тела животных. Как известно, элементный состав шерсти тесно связан с элементным составом крови и отражает особенности метаболизма химических элементов в организме в отдельные периоды жизни [7]. В связи с чем различия в составе шерсти могли быть обусловлены неодинаковой скоростью её отрастания на отдельных участках тела. В исследованиях установлено, что различия по скорости отрастания шерсти между местами взятия проб достигали 79 %. Соответственно изменения в обмене отдельных химических элементов не равнозначно отражались в составе волокон шерсти по их длине.

Элементный состав шерсти определяется составом остевых волос и пуха. В наших исследованиях выявлены различия в содержании кобальта и марганца в остевых волосах и пухе. В связи с чем наиболее предпочтительными для взятия средних проб шерсти является холка. Содержание пуховых волокон в шерсти с области холки - минимальное, что определяет более высокую объективность исследований элементного состава. При этом скорость отрастания шерсти на этом участке тела - наибольшая (0,38±0,033 мм/сут), что позволяет наиболее объективно оценить элементный статус животного.

В соответствии с одной, наиболее широко используемой гипотезой, элементный состав волос человека соответствует «норме», если его значения находятся в интервале от 25 до 75 центиля (среднее значение содержания данного химического элемента в популяции) [9].

Технология производства, качество продукции и экономика в мясном скотоводстве 77

Данный подход может быть применён и при анализе элементного состава шерсти животных, что значительно упрощает работу по выявлению и лечению элементозов.

Данные из таблицы 2 по содержанию химических элементов, согласно современным представлениям [10], могут быть использованы в качестве референтных значений содержания химических элементов в шерсти крупного рогатого скота, однако стоит обратить внимание на тот факт, что данные диапазоны могут изменяться в зависимости от нутриентной обеспеченности рационов кормления животных [11].

Заключение.

Таким образом, наиболее предпочтительным является отбор средних проб шерсти для исследования элементного состава с холки, что подтверждается полученными данными:

1. Наибольшая скорость роста характерна для остевых волос с холки 0,38±0,03 мм/сут, что на 79,2 % (Р<0,001) выше аналогичных показателей для подгрудка и на 29,3 % (Р<0,001) - для ости с области проекции первого хвостового позвонка.

2. Среднестатистический элементный состав шерсти с поверхности тела животного наиболее близко соответствует пробам шерсти с холки.

Данные по содержанию химических элементов могут быть использованы в качестве референтных значений содержания химических элементов в шерсти крупного рогатого скота при диагностике элементозов.

Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда

Литература

1. Скальная М.Г., Демидов В.А., Скальный А.В. О пределах физиологического (нормального) содержания Ca, Mg, Fe, Zn и Cu в волосах человека // Микроэлементы в медицине. 2003. Т. 4. № 2. С. 510.

2. The content of fluoride, calcium and magnesium in the hair of young men of the bantu language group from tanzania versus social conditioning / E. Rfbacz-Maron, I. Baranowska-Bosiacka, I. Gutowska, N. Krzywania, D. Chlubek // Biological Trace Element Research. 2013. 156(1-3). Р. 91-95. DOI: 10.1007/s12011-013-9844-z.

3. Screening of trace elements in hair of the female population with different types of cancers in Wielkopolska region of Poland / B. Czerny, K. Krupka, M. Ozarowski, A. Seremak-Mrozikiewicz // Scientific World Journal. 2014. Р. 79-85. DOI: 10.1155/2014/953181.

4. Indicator ability of biosubstances in monitoring the moderate occupational exposure to toxic metals / A.R. Grabeklis, A.V. Skalny, S.P. Nechiporenko, E.V. Lakarova // Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 2011. Jan. 25. Suppl. 1. S. 41-44. DOI: 10.1016/j.jtemb.2010.10.014.

5. Park S.B., Choi S.W., Nam A.Y. Hair trace elements in patients with goiter // Klin Lab Diagn. 2006. Aug (8). Р. 19-21.

6. Hair iodine for human iodine status assessment / B. Momcilovic, J. Prejac, V. Visnjevic, M.G. Skal-naya, N. Mimica, S. Drmic, A.V. Skalny // Thyroid. 2014. Jun. 24(6). Р. 1018-1026. DOI: 10.1089/thy..0499.

7. Impact of breeding region and season on the content of some trace elements and heavy metals in the hair of cows / D. Cygan-Szczegielniak, M. Stanek, E. Giernatowska, B. Janicki // Folia Biol (Krakow). 2014. № 62(3). Р. 163-169.

8. Способ подготовки проб волос крупного рогатого скота к исследованию на макро- и микроэлементный состав: пат. 2451926 Рос. Федерация / Ю.К. Ковалёнок, А.П. Курдеко, А.В. Богомольцев, Е.И. Совейко. Заявл. 23.12.10; опубл. 27.05.12, Бюл. № 15.

9. Skalnaya M.G., Demidov V.A., Skalny A.V. About the limits of physiological (normal) of Ca, Mg, P, Fe, Zn and Cu in human hair // Trace elements in medicine. 2003. № 4(2). Р. 5-10.

10. Необходимость учёта региональных особенностей в моделировании процессов межэлементных взаимодействий в организме человека / С.В. Нотова, С.А. Мирошников, И.П. Болодурина, Е.В. Ди-дикина // Вестник Оренбургского государственного университета. 2006. № 2. С. 59-63.

78 Технология производства, качество продукции и экономика в мясном скотоводстве

11. Мирошников С.А., Лебедев С.В. Диапазон концентраций (референтные значения) химических элементов в теле животных // Вестник Оренбургского государственного университета. 2009. № 6(112). С. 241-243.

Мирошников Сергей Александрович, доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, директор ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-46-41, e-mail: vniims.or@mail.ru

Завьялов Олег Александрович, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник отдела технологии мясного скотоводства и производства говядины ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-46-78, e-mail: oleg-zavyalov83@mail.ru

Фролов Алексей Николаевич, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник отдела технологии мясного скотоводства и производства говядины ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-46-78, e-mail: forleh@mail.ru

Харламов Анатолий Васильевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий отделом технологии мясного скотоводства и производства говядины ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-46-78, e-mail: vniims.or@mail.ru

Дускаев Галимжан Калиханович, доктор биологических наук, заведующий отделом кормления сельскохозяйственных животных и технологии кормов им. профессора С.Г. Леушина ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-46-79

Курилкина Марина Яковлевна, кандидат биологических наук, научный сотрудник испытательного центра ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)77-39-97, e-mаil: vniims.or@mаil.ru

UDC 636.085:577.17

Miroshnikov Sergey Aleksandrovich, Zavyalov Oleg Aleksandrovich, Frolov Alexey Nikolaevich, Kharlamov Anatoly Vasilyevich, Duskaev Galimzhan Kalikhanovich, Kurilkina Marina Yakovlevna

FSBSI «All-Russian Research Institute ofBeef Cattle Breeding», e-mаil: vniims.or@mail.ru Development of a method to identify elementosis of cattle

Summary. The article presents the results of research to develop a method of taking wool samples of cattle, taking into account the data on pollution, speed of regrowth, and the elemental composition of the various components of wool from different parts of the animal's body. The values «physiological standard» of essential element concentrations for cattle (values 25 and 75 centile of chemical elements concentrations in wool). The study used wool, selected from adult animals of Hereford, Angus, Simmental, Kazakh white-headed and Red Steppe breeds. The elemental composition of wool and its components were examined by 8 indicators (I, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Se, Zn) by atomic emission and mass spectrometry. It was established that the less contaminated wool was from the withers area, the largest number of impurities was observed in the wool from the tail brush. The highest growth rate is characteristic of guard hairs from the withers 0,38±0,03 mm/day, that is by 79,2 % (P<0,001) higher than similar indicators in dewlap and by 29,3 % (P<0,001) - in spine with the projection of the first caudal vertebra. The average elemental composition of wool from the surface of the animal body most closely matches the samples of wool from withers. The animals wool contained a relatively higher content of cobalt by 49,5 % (P<0,001), manganese - by 56,8 % (P<0,001). It was found that the most preferred is the selection of medium wool samples for the study of the elemental composition from the withers. The developed method is recommended to use in science and agricultural production in the assessment of the elemental composition of the wool cattle.

Key words: cattle, wool cattle, element status, sampling, diagnostics of elementosis, reference values, centile intervals.