Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Обмен веществ и распределение Fe, Zn, Cu, Cd и Pb в организме свиней при включении в рацион новой добавки - ЛПКД

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Присный, Андрей Андреевич, Белгород

/

■V

п

БЕЛГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ПРИСНЫЙ Андрей Андреевич

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ Ре, 2п, Си, Сс! и РЬ В ОРГАНИЗМЕ СВИНЕЙ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ В РАЦИОН НОВОЙ ДОБАВКИ - ЛПКД

Специальность - 03.00.13 - физиология человека и животных

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители заслуженный деятель науки РФ доктор биологических наук профессор И.А.Бойко; лауреат премии Совета Министров СССР кандидат биологических наук старший научный сотрудник А.А.Шапошников

Белгород - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ .................................................. 3

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ................................. 8

1.1. Загрязнители окружающей среды и организма животных . 8

1.2. Метаболизм тяжелых металлов в организме животных ... 15

1.3. Физиологическая роль и токсикология тяжелых

металлов ........................................... 24

1.4. Физиологические аспекты применения кремнийсодержащих соединений с целью выведения из организма ксенобиотиков ............................................. 37

1.5. Резюме по обзору литературы ........................ 47

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ................... 49

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ ....----- 55

3.1. Физиологическое состояние свиней разных поло-возрастных групп при скармливании им ЛПКД............. 55

3.1.1. Физиологическое состояние свиноматок ........... 55

3.1.2. Содержание тяжелых металлов в плодных оболочках

и молозиве свиноматок ........................ 61

3.1.3. Физиологическое состояние поросят ......................66

3.1.4. Физиологическое состояние свиней на откорме ____ 70

3.2. Депонирование тяжелых металлов в органах и тканях свиней на откорме .................................. 73

3.2.1. Концентрация тяжелых металлов в органах и тканях поросят........................................ 73

3.2.2. Концентрация тяжелых металлов в органах и тканях свиней на откорме .............................. 83

3.3. Показатели белкового, липидного и минерального обмена у свиней, получавших ЛПКД..................... 90

3.4. Результаты производственной проверки ............... 98

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................100

ВЫВОДЫ ....................................................105

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ..................................108

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.........................................109

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................128

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Среди глобальных проблем современности экологические занимают одно из ведущих мест и включают в себя широкий спектр вопросов. Одним из них является загрязнение кормов сельскохозяйственных животных токсичными веществами. Это негативно сказывается на физиологическом состоянии животных и качестве получаемой от них продукции.

Особое внимание в настоящее время уделяют тяжелым металлам, избыточное содержание которых в кормах вызывает серьезную обеспокоенность специалистов. Ионы таких металлов как медь, кадмий и свинец в предельных концентрациях вызывают нарушения обменных процессов в организме. Особенно это касается белкового, липидного и минерального обменов.

Серьезную проблему в связи с этим представляют токсикозы у свиноматок, патологические изменения у их потомства, а также нарушения обмена веществ в организме свиней разных поло-возрастных групп, снижение продуктивности и качества продукции. Главной причиной таких явлений обоснованно считают потребление животными кормов и воды, содержащих избыточные количества таких токсичных соединений, как соли тяжелых металлов, нитраты, нитриты, токсины, продуцируемые грибами и т.д. Естественно, что возникает потребность в поиске эффективных методов снижения токсической нагрузки на организм животных и улучшения качества продуктов питания человека.

В последнее десятилетие получило широкое распространение использование в животноводстве природного минерального сырья в качестве кормовых добавок или сорбентов. В литературе встречается большое количество информации о влиянии минеральных веществ и добавок на физиологическое состояние и продуктивность

сельскохозяйственных животных (Б.Д.Кальницкий, 1985; Г.Т.Кли-ценко, 1980; В.В.Концевенко, 1993). Применение кремнийсодержа-щих кормовых добавок, полученных на основе цеолитов и бентонитов приводит к активизации белкового, липидного и минерального обменов, повышению концентрации общего белка в сыворотке крови, нормализации кальциево-фосфорного обмена. Это является следствием выведения из организма или нейтрализации токсичных веществ. Отмеченные изменения вызывают улучшение физиологического состояния и укрепление защитных сил организма, что способствует улучшению роста, развития и сохранности животных СН.А.Балакирев, В.С.Снытко, 1995; И.А.Бойко, О.В.Мерзленко, И.А.Амельченко, 1998; Г.Н.Вяйзенен с соавт., 1997; Л.Н.Гамко, Т.Н.Талызина, 1997; Г.И.Иванов, Т.Е.Григорьева, 1997; Г.И.Ка-лачнюк, 1990; С.Г.Кузнецов с соавт., 1993).

Однако, зачастую высокая стоимость известного минерального сырья и трудности транспортировки в разные регионы ограничивают его использование в животноводстве. В связи с этим, актуальным становится поиск новых местных минеральных ресурсов используемых в качестве сорбирующих добавок.

Одним из таких минералов, обладающих сорбционными свойствами, является лечебно-профилактическая кормовая добавка (ЛПКД), разработанная на базе минеральных ресурсов Белгородской области. Имеются данные о положительном применении ее в рационах лактирующих коров (А.А.Шапошников, 1998). 0 действии ее на организм свиней практически ничего не известно. В связи с этим является актуальным изучение физиологических реакций организма свиней разных поло-возрастных групп на введение в их рационы ЛПКД.

Цель и задачи исследования. Целью работы является оценка физиологического состояния свиноматок и молодняка в период выращивания и откорма, концентрации, распределения и элиминации из организма животных тяжелых металлов и других токсикантов при включении в их рационы новой лечебно-профилактической кормовой добавки (ЛПКД).

Для достижения цели были поставлены задачи при скармливании свиньям ЛПКД изучить:

- концентрацию тяжелых металлов в органах и тканях свиней, уровень их энтеросорбции и элиминации с калом;

- влияние новой добавки на состояние обеспеченности организма свиней витаминами;

- взаимосвязи накопления тяжелых металлов в плаценте, молозиве, организме поросят, их внутриутробный и постнатальный рост и физиологическое состояние;

- особенности депонирования и элиминации различных металлов в разных органах и тканях свиноматок и поросят;

- физиологическое состояние животных и качество получаемой от них продукции.

Научная новизна. Впервые изучены физиологическое состояние свиноматок и полученного от них молодняка, возрастные особенности распределения железа, цинка, меди, кадмия и свинца в тканях и органах животных под действием новой сорбирующей добавки, полученной из гидроалюмосиликатного сырья месторождений Белгородской области и дана физиолого-биохимическая оценка возможности и целесообразности использования этой добавки в свиноводстве.

Практическая значимость работы. Результаты данной работы свидетельствуют о целесообразности использования в практике

свиноводства минеральной добавки ЛПКД при решении проблем де-токсикации организма свиноматок и молодняка в период доращива-ния и откорма, а на этой основе нормализации физиологического состояния, активации защитных функций, повышения сохранности и продуктивности животных. Результаты исследований использовать при подготовке и переподготовке зооинженеров и ветврачей в процессе преподавания курсов физиологии, биохимии и зоогигиены, а также при разработке технологии получения экологически чистой продукции животноводства.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены и получили положительную оценку на:

- IV Международной конференции по экологическому образованию "Экологическое образование и просвещение населения" (Пу-щино, 1998);

- Международной научно-практической конференции "Эколого- генетические проблемы животноводства и экологически безопасные технологии производства продуктов питания" (Дубровицы, 1998);

- II международной научно-производственной конференции "Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения" (Белгород, 1998).

Положения, выносимые на защиту:

- при скармливании ЛПКД в органах и тканях свиней снижается концентрация тяжелых металлов вследствие их энтеросорбции и элиминации с калом;

- ЛПКД, снижая концентрацию тяжелых металлов, увеличивает содержание витаминов А и С;

- снижение концентрации тяжелых металлов в организме свиноматок способствует уменьшению их накопления в плодных обо-

лочках, молозиве, организме потомства, усилению внутриутробного и постнатального роста поросят;

- депонирование и элиминация разных тяжелых металлов в организме свиней осуществляется в различных пропорциях и зависит от возраста животных;

- снижение накопления тяжелых металлов в органах и тканях свиней сопровождается активизацией обмена веществ и положительно сказывается на физиологическом состоянии животных, качество мяса при этом повышается.

Публикация материалов. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Загрязнители окружающей среды и организма животных

Человеческая цивилизация, достигнув достаточно высокого уровня технического развития, оказывает обширный спектр влияний на биосферу. Особенность антропогенного воздействия на природу состоит в том, что при этом образуется ряд высокотоксичных продуктов, опасных и для человека, и для всего живого. Возникновение токсичных загрязнений может быть связано как с накоплением природных элементов или соединений, обладающих токсичностью, так и с получением новых веществ, представляющих опасность для биосферы. В первом случае примером служит загрязнение природной среды солями тяжелых металлов (кадмий, свинец, хром и др.). Во втором - синтез пестицидов, галогенсодер-жащих органических соединений, внесение азотных удобрений и многое другое (Г.Фелленберг, 1997). По причинам избыточного поступления их в звенья трофической цепи происходит нарушение протекания естественных природных процессов. В связи с этим возникают проблемы, среди которых надо выделить изменения в метаболических процессах и снижение резистентности сельскохозяйственных животных и качества продукции животноводства (А.Ф.Пономарев и др., 1997).

В основном, токсиканты поступают в организм животных с кормом. Известны статистические данные, свидетельствующие о том, что кормовой фактор был причиной 80 % всех возможных случаев хронических и острых отравлений сельскохозяйственных животных в Германии (В.Kohler et al., 1984).

Опасные для здоровья вещества представлены прежде всего

остатками пестицидов и их метаболитами, тяжелыми металлами, нитратами и радиоактивными элементами.

Подавляющее большинство применяемых ныне пестицидов -синтетические производные ряда химических веществ, не свойственных живой природе. При внесении в почву они вторгаются в многочисленные циклы экологических систем, включающих не только почву и растения, но и поверхностные и грунтовые воды, атмосферу, микрофлору и фауну почв, животных и человека (В.Г.Ми-неев, 1990; Г.Фелленберг, 1997).

Пестициды накапливаются в почве в результате диффузии в кристаллические решетки минералов, при отложении в гумусах и при проникновении в полости частиц гумуса (Г.Фелленберг, 1997; Л.А.Юданова, 1989).

При интоксикации хлорорганическими пестицидами (ХОП) нарушаются многие жизненно важные процессы и функции организма, особенно репродуктивные. ХОП способны передаваться от самки к эмбрионам, приводя к их отравлению и возможной гибели. Наряду с эмбриотоксическим действием ярко проявляются и их тератогенные свойства. Хлорорганические соединения оказывают значительное воздействие на нервную систему, подавляют двигательную активность у животных, нарушают врожденные рефлексы, обмен веществ в организме, подавляют активность холинэстераз, вызывают изменения в клетках крови, подавляют иммунную систему, что повышает восприимчивость организма к инфекции (В.В.Березин, 1989; Л.А.Юданова, 1989).

Некоторые пестициды обладают мутагенным действием, что представляет собой серьезную опасность. Обменные опыты с пестицидами, меченными радиоизотопами, убедительно свидетельствуют о том, что многие препараты обладают способностью связы-

ваться в почве и растениях, поэтому обычными методами при контроле содержания остатков определить их нельзя (В.Г.Минеев, 1990). Трудности количественного анализа пестицидов почв связаны с возможностью их взаимодействия с органическими компонентами почвы. Особенно сложно определение производных ароматических аминов и фенолов, которые могут ковалентно связываться с гумином. Таким образом, пестициды могут сохраниться до разрушения самих гуминовых веществ, при этом биологическая активность пестицида может восстановиться (Г.Фелленберг, 1997).

Нитраты занимают особое место в ряду промышленных поллю-тантов. Избыточное их накопление в кормовых растениях обусловлено обычно избыточным внесением в почвы минеральных и органических удобрений и нарушениями технологии заготовки и хранения кормов. В стеблях растений нитратов накапливается больше, чем в листьях. Поэтому, заготовка сена обычным методом в полевых условиях, когда происходят большие потери листьев и соцветий, способствует увеличению в нем количества нитратов. Злаковые культуры, которые весьма зависят от азотных удобрений, накапливают нитратов больше, чем бобовые (М.А.Аборнев, 1991).

Накопление нитратного азота в кормовых культурах при использовании больших доз нитратных удобрений, гербицидов, а также под влиянием определенных погодных условий, может вызвать снижение продуктивности животных и стать причиной их отравления (Н.П.Буряков, М.А.Бурякова, 1995; Л. М. Двинская, А.А.Шубин, 1986).

Нитраты сами по себе не токсичны, опасность представляют промежуточные продукты их обмена, а именно - нитриты. При скармливании кормов с повышенным содержанием нитратов последние восстанавливаются до нитритов быстрее, чем до аммиака и на

этой промежуточной стадии редукции нитриты оказывают токсическое действие (Н.П.Буряков, М.А.Бурякова, 1995).

При использовании кормов, содержащих большое количество нитратов, нарушается мозговое кровообращение, расширяются сосуды, значительно увеличивается уровень метгемоглобина, что приводит к кислородному голоданию. Особенно сильно нитраты могут влиять на обмен каротиноидов и обеспеченность животных витамином А. Повышение содержания нитратов в рационе снижает уровень жирности молока (Н.П.Буряков, М.А.Бурякова, 1995; Л. М. Двинская, А.А.Шубин, 1986).

Снижение витаминной обеспеченности животных при поступлении с кормом повышенных количеств нитратов связано с тем, что в содержимом пищеварительного тракта животных имеются условия для выделения анионов нитрата и нитрита с активным окислительным потенциалом. Эти продукты могут являться причиной разрушения каротиноидов, витаминов и липидов корма, что отражается на эффективности использования витаминов и других питательных веществ, а также на продуктивности животных и качестве продукции (М.А.Аборнев, 1991; Л.М.Двинская, А.А.Шубин, 1986).

Предельно допустимая концентрация нитратов в кормах для животных - 50 мг*кг-1 сырого продукта, причем этот показатель отличается для разных видов, возрастов и состояний животных. Более высокие дозы вызывают нарушение процессов размножения, снижают удои, прирост живой массы (М.А.Аборнев, 1991; Ю.П.Фо-мичев, 1998).

Избыток нитратной формы азота в продуктах питания, кормах, воде вызывает метгемоглобинемию и вместе с нитритами и нитрозаминами обладает канцерогенным действием (В.Г.Минеев, 1990).

Особое внимание следует уделить тяжелым металлам, избыточное содержание которых в кормах вызывает в настоящее время серьезную обеспокоенность специалистов.

Тяжелые металлы антропогенного происхождения попадают из воздуха в почву в виде твердых и жидких осадков. Токсичные химические элементы (ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, фтор, сурьма, никель, хром и др.) нередко в значительных количествах загрязняют корма, служат причиной хронических интоксикаций сельскохозяйственных животных, снижения их воспроизводительных функций, продуктивности и иммунного статуса. Попадая с кормами в организм, они могут ухудшать санитарное состояние продуктов животноводства. Большинство из ионов тяжелых металлов концентрируется в печени, почках, кожно-волосяном покрове, костях, в меньшей степени в мышечной ткани. Накапливаясь в печени и почках, токсичные элементы отрицательно воздействуют на их функции, что, в свою очередь, снижает общие защитные способности организма, возможность обезвреживать и выводить различные опасные вещества, поступающие из пищеварительного тра