Автореферат и диссертация по ветеринарии (16.00.04) на тему:Ветеринарно-токсикологическая оценка содержания тяжелых металлов в техногенных зонах Чебаркульского района

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ

ЧЕРЕТСКИХ ИГОРЬ ВАЛЕРЬЕВИЧ ВЕТЕРИНАРНО - ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ТЕХНОГЕННЫХ ЗОНАХ ЧЕБАРКУЛЬСКОГО РАЙОНА

16.00.04- ветеринарная фармакология с токсикологией ДИССЕРТАЦИЯ

На правах рукописи

на соискание ученой степени

кандидата ветеринарных наук

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ, доктор ветеринарных наук, профессор Рабинович М. И.

Троицк, 1999г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

.Обоснование темы.........................................................3

1. Обзор литературы..........................................................7

1.1 Биологическая роль микроэлементов в организме животных.....7

1.2Токсикологическая характеристика ряда тяжелых

металлов....................................................................18

1 .ЗХарактеристика биогеохимических провинций.....................24

1.4Краткая природно-климатическая характеристика

Челябинской области.....................................................26

1.4. Загрязненность токсическими веществами объектов внешней

природной среды Челябинской области............................28

1.5Характеристика продуктов животноводства и задачи

по улучшению их качества..............................................32

2.Собственные исследования..............................................40

2.1 Материал и методы исследования.......................................40

2.2Результаты исследования...............................................50

2.2.1 Содержание тяжелых металлов во внешней природной

среде Чебаркульского района........................................51

2.2.2Клинические, гематологические и биохимические

исследования...............................................................57

2.2.3Содержание тяжелых металлов в организме коров...............63

2.2.4Ветеринарно-санитарная экспертиза молока и

мяса.........................................................................63

2.2.5Разработка мероприятий по коррекции содержания тяжелых

металлов в организме коров..........................................71

2.2.6Изменение показателей крови после дачи цеолита, серы

алиментарной, БШ.......................................................96

2.2.7Ветеринарно-санитарная экспертиза молока и мяса после

применения БШ, серы алиментарной, цеолита..................102

3 .Обсуждение результатов................................................112

Выоды........................................................................125

Практические рекомендации..........................................128

Список использованой литературы..................................129

Приложения................................................................147

ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ Актуальность темы. Хозяйственная деятельность человека на всем своем протяжении сопровождалась постоянным загрязнением окружающей среды. Постепенно это привело к тому, что во многих регионах сложилась крайне неблагополучная экологическая обстановка. Возникла реальная опасность для здоровья и нормальной жизнедеятельности человека.

На Южном Урале сосредоточено большое количество предприятий тяжелой промышленности. Только в Чебаркульском районе таких предприятий насчитывается более тридцати. Ежегодно они выбрасывают в атмосферу тысячи тонн различных химических веществ, в том числе и тяжелые металлы: РЬ, Си, Бе, Со.

Перемещаясь с воздушными массами, эти элементы распространяются на десятки километров, а по направлению господствующих ветров зона их распространения может достигать ста и более километров. Оседая и накапливаясь в объектах окружающей среды, они образуют биогеохимические провинции с аномальным содержанием тяжелых металлов.

В зоне этих провинций находятся сельскохозяйственные предприятия, процесс производства которых напрямую связан с объектами внешней природной среды (почвой, водой, растениями). Поступая в организм вместе с водой и кормами растительного происхождения, тяжелые металлы накапливаются, вызывая негативные изменения в состоянии здоровья. У животных в таких провинциях наблюдаются хронические токсикозы, нарушения обмена веществ, изменения гематологических и биохимических показателей, снижение продуктивности. Продукция, получаемая от этих животных, не отвечает технологическим и ветеринарно-

санитарным требованиям, следовательно, она может быть опасна для здоровья человека.

21 февраля 1992 года Парламент России принял закон "Об охране окружающей среды", одной из главных задач которого является предупреждение вредного воздействия хозяйственной или иной деятельности человека. Исходя из этого, вопросы изучения и оценки загрязнения внешней среды тяжелыми металлами, разработка методов выведения их из организма и улучшения тем самым качества сельскохозяйственной продукции на сегодняшний день весьма актуальны и требуют серьезного и всестороннего рассмотрения.

Цель и задачи исследования:

- провести мониторинг объектов внешней среды (почвы, воды, растений) хозяйств Чебаркульского района на содержание тяжелых металлов;

- исследовать симптоматику эндемических заболеваний коров, находящихся в этих хозяйствах;

- изучить гематологические и биохимические показатели крови коров;

- изучить содержание тяжелых металлов в организме крупного рогатого скота, находящегося в хозяйствах Чебаркульского района;

- провести фармакокоррекцию содержания тяжелых металлов в крови коров;

- установить содержание тяжелых металлов в продуктах питания (мясо, молоко), получаемых от коров этих хозяйств;

- исследовать мясо и молоко по ветеринарно-санитарным показателям;

- на основе проведенных исследований разработать практи-

ческие рекомендации по коррекции содержания тяжелых металлов в организме коров, молоке и мясе.

Научная новизна. Впервые проведены подобные исследования в ряде хозяйств Чебаркульского района. Установлено аномальное содержание тяжелых металлов на территориии ТОО-СХО "УралАЗ-Кундравы", ТОО "Чебаркульский", АО "Сарафа-новский". Дана оценка влияния тяжелых металлов на общее клиническое состояние коров, гематологические и биохимические показатели, на качество продуктов животноводства. Впервые разработаны рекомендации по нормализации аномального содержания тяжелых металлов в организме коров, мясе и молоке с помощью фармакологических препаратов.

Практическое значение. Разработаны мероприятия по улучшению качества продуктов животноводства путем снижения содержания тяжелых металлов в организме коров, мясе и молоке для конкретных хозяйств Чебаркульского района с учетом особенностей кормления и содержания.

На защиту выносится:

- данные по содержанию тяжелых металлов в объектах природной среды на территории хозяйств Чебаркульского района;

- результаты исследования общего клинического состояния, морфологических и биохимических показателей крови животных;

- данные по количеству содержания тяжелых металлов в крови, мясе и молоке коров;

- показатели пищевой ценности и товарных качеств молока и мяса при аномальном содержании тяжелых металлов в крови коров;

- научно обоснованные рекомендации по нормализации ано-

мального содержания тяжелых металлов в организме крупного рогатого скота, мясе и молоке;

Апробация. Материалы диссертации доложены:

1. На международной научно-практической конференции "Технологические проблемы молочно-мясного скотоводства в зоне Урала и Северного Казахстана". Троицк-Карабалык, 1997г.

2. На научно-методической конференции "Актуальные проблемы ветеринарной медицины, животноводства, обществозна-ния и подготовки кадров на Южном Урале". УГИВМ, Троицк 1997г.

3. На международном координационном совещании " Экологические проблемы патологии, фармакологии и терапии животных". Воронеж, 1997г.

4. На межрегиональной научно-практической конфкренции "Опыт и проблемы обеспечения продовольственной безопасности государства". Екатеринбург, 1998г.

Публикации. По материалам работы опубликовано семь научных работ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ОРГАНИЗМЕ ЖИВОТНЫХ

В различных странах мира всегда регистрировали заболевания людей и животных, привязанные к определенной ограниченной территории. Известны случаи, когда в отдельных районах при условии обильных пастбищ животные развивались очень плохо. При завозе на эти пастбища новых животных, и у них через некоторое время отмечалось развитие заболевания, характеризующегося постепенным отказом от корма, истощением, слабостью, сухостью кожи, образованием трещин в ней, а через 9-10 месяцев они погибали. При переводе животных в другие районы, с более скудным травостоем, они выздоравливали.

В России первое подобное описание дал в 1849 г. землемер И.М.Оренский. Он сообщал об уродливости людей и животных на берегах реки Урова. Позднее, в 1859 г., это явление подробно описал Н.М.Кашин, отметивший подобные изменения рук и ног у молодых людей. Животные, по его данным, были слабо развиты, истощены. Объяснение этому явлению он находил в специфических факторах местности.

Первые попытки найти взаимосвязь между растительным и животным миром, с одной стороны, и окружающей природой, с другой, были предприняты еще в XIX веке в работах академика К. Вульфа(1860), Д.Н. Зайковского(1863), С.С. Боткина(1888), П.Н.Булатова(1895). Однако первым, кто развернуто и глубоко доказал взаимосвязь между живыми организмами и окружающей средой, был В.И.Вернадский. Он сформулировал основные положения биохимии: "Жизнь является, таким образом, не внешним

случайным явлением на земной поверхности, она теснейшим образом связана со стронием земной коры, входя в ее механизм, и в этом механизме исполняет величайшей важности функции, без которых он не смог бы существовать" (В.И.Вернадский, 1940). Говоря о земной коре,он имел в виду прежде всего ее поверхностный слой, т.е. почву - основной источник поступления химических элементов.

В настоящее время известно около 50 минеральных элементов (Б.Д. Кальницкий, 1985), которые, постоянно находясь в организме, вступают в соединения с химическими регуляторами обмена веществ или, действуя в свободном состоянии, являются непременными участниками биохимических процессов, стимулируют и нормализуют обмен веществ, участвуют в кроветворении, оказывают положительное влияние на рост и развитие, на иммунобиологическую активность организма и продолжительность жизни (А.П.Виноградов, 1960; А.О.Войнар в соавт.,1960; В.В. Ковальский, 1970 ).

Минеральные элементы в зависимости от их роли в организме делятся на следующие группы:

1) абсолютно незаменимые (кальций, хлор, кобальт, медь, фтор, йод, магний, марганец, фосфор, калий, селен, натрий, сера, цинк, железо);

2) небезразличные для организма ( хром, молибден, никель, кремний, олово, ванадий );

3) возможно незаменимые ( висмут, галлий, гафний, индий, иридий, лантан, осмий, палладий и др.).

Необходимость в каждом отдельном минерале можно считать доказанной, если соблюдаются следующие условия:

1) минерал присутствует в тканях здорового организма;

2) различие его содержания у животных разных видов небольшое;

3) при его исключении из рациона наблюдаются характерные морфологические и физиологические изменения, обусловленные его недостаточностью;

4) данным изменениям сопутствуют специфические изменения биохимических процессов;

5) обнаруженные изменения можно предупредить путем введения недостающего элемента.

Содержание микро- и макроэлементов в кормах имеет значительные колебания и меняется в зависимости от природных и климатических условий, агротехники и множества других факторов (О.Д. Добролюбский, 1956; Я.М. Березинь, 1961; В.В. Ковальский, 1963; A.B. Андреев, И.Е. Асланов и др., 1973; Дж. Ливер, 1984; Б. Д. Кальницкий, 1985).

Между внешней средой и организмом идет непрерывный обмен веществ, среда и организм неразрывно связаны общей историей химических элементов. Геохимические процессы, протекающие в земной коре, и эволюция химического элементарного состава организмов являются сопряженными процессами (В.И.Вернадский, 1955-56).

При изучении характера взаимосвязей организма с внешней средой было установлено, что поступление макро- и микроэлементов в растительные и животные организмы зависит не только от потребности в них, но и от содержания их в окружающей среде. Содержание химических элементов в биологических объектах пропорционально их содержанию во внешней среде с учетом растворимости соединений, куда входят эти элементы. Причем избыток данных элементов не менее вреден, чем недостаток, так

как аномальное содержание каких либо веществ также ведет к нарушению биохимических процессов.

Основную массу химических элементов в организме представляют элементы, которые могут образовывать газы и легкорастворимые соединения, а элементы, которые не дают таких соединений, находятся в организме в низначительных количествах.

Некторые виды организмов могут избирательно накапливать определенные химические элементы. Вследствие этой способности они могут служить индикаторами содержания элементов во внешней среде. Наблюдается два типа накопления химических элементов организмами:

1) массовое накопление определенных химических элементов всеми организмами, находящимися в какой-либо области;

2) видовое, при котором определенный вид накапливает химический элемент в концентрациях, во много раз превышающих концентрацию этого же элемента в организмах других видов, находящихся на данной территории. Этот тип накопления химических элементов развился из первого как результат эволюции организмов, приспособившихся к новым условиям существования.

На содержание химических элементов в организме оказывают влияние и другие факторы: условия кормления и содержания, видовые особенности, возраст и многие другие.

Медь - элемент побочной подгруппы I группы периодической системы Менделеева. В земной коре медь составляет 1х10~2%. Большая часть элемента находится в рассеянном состоянии. Среднее содержание меди в почвах около 2,0x10"3% (А.П. Виноградов, 1960). Разные типы почв различаются по содержанию меди: в подзолистых почвах - 2x10" %, в черноземах от 1x10"3 до 6x10"3 % ( Д.П.Малюга,1946; Л.Н. Иванова, 1950; И.

Седлецкий и JI. Иванова, 1941). Меньше всего меди в торфяно-болотистых почвах.

Медь в почвах находится в различных формах. Большое количество ее связано с органическим веществом, что делает медь недоступной для растений, а следовательно и для животных. Только около 1% содержания меди в почве приходится на водорастворимое соединение. При содержании ее в почве ниже 1x10" 3% у растений наступает заболевание медной недостаточности -"болезнь обработки". При этом наблюдаются явления хлороза листьев, потеря тургора, задержка роста и цветения.

Содержание меди в растительных организмах составляет в среднем 1 мг/кг сырого вещества. По данным A.M.Кочан в соавт. (1955), растительные продукты содержат 0.5-6.4 мг/кг сырого вещества.

Медь в растении участвует в процессе синтеза и стабилизации хлорофила, стимулирует дыхание. Наиболее богаты медью листья растений.

Медь является необходимым элементом жизнедеятельности организма (Я.М. Берзинь,1963; В.В. Ковальский,1950), так как она участвует в процессе кроветворения, синтезе гемоглобина, других гемопорфириновых соединений, стимулируя процессы кроветворения и тканевого дыхания. Медь необходима для превращения железа, поступающего с кормом, в органически связанную форму для синтеза гемоглобина, для переноса железа в ге-мопоэтический костный мозг и стимуляции созревания ретикуло-цитов и превращению их в эритроциты. Воздействуя на оксидазу диоксифенилаланина, медь способствует образованию меланина. Депигментация кожи у животных является ранним симптомом заболевания, вызванного медной недостаточностью.

Недостаток меди вызывает задержку роста и развития, поражение внутренних органов, анемию, истощение, атрофию миокарда и другие нарушения.

Железо - элемент VIII группы периодической системы. Это самый распространенный элемент, обязательно находящийся во всех почвах. Уровень содержания колеблется от долей процента до 10 -12 %.

В мире выплавлено около 24 млрд. тонн железа, в обороте находится около 9 млрд. тонн, остальное (15 млрд.т.) вновь рассеяно в биосфере (Г.П. Грибовский,1996). Большое значение имеют свободные соединения железа. Наибольшее количество свободного железа содержится в почвах с кислой реакцией. Концентрация железа в природных водах зависит от рН, соединений органических веществ и минеральных солей.

По своей токсичности железо стоит между ртутью и молибденом.

По содержанию в организме железо относят к макроэлементам. Но если исключить гемоглобиновое железо, а это 70-80%, то концентрация его в тканях окажется весьма незначительна. По данным Авицына Н.П. и др. (1991), железо входит в состав более 70 различных по своим функциям ферментов.

Практически все железо в организме находится в форме органических соединений. Эти соединенеия делятся на две группы: содержащие железо в геминовой группе (порфиновые группы) и в негиминовой группе (В.И.Георгиевский,1979). К геминовой группе относятся: гемоглобин, миоглобин, гемосодержащие ферменты - цитохром, цитохромоксидаза, каталаза, пероксидаза. Не-гиминовую группу составляют: трансфер железа