Фізіолого-біохімічний статус корів при забрудненні довкілля важкими металами та способи зниження їх надлишку в організмі

Дослідження впливу природних цеолітів на інтенсивність гліколітичного перетворення фруктозо-1,6-дифосфату еритроцитами крові корів на фоні дії ацетату свинцю показало, що ацетат свинцю в концентрації 400 і 600 мкг/л викликає інгібування процесів гліколізу в еритроцитах крові корів. Воно проявляється у зменшенні використання фруктозо-1,6-дифосфату, приросту лактату відповідно на 25,5 та 43,2% і 38,0 та 50,0%, глюкози (24,6 та 66,6%) і неорганічного фосфату (31,5 і 61,2%) до контрольних показників. Таке зниження приросту даних метаболітів вказує на можливе інгібування ферментних систем глюконеогенезу. Слід зауважити, що на фоні значного інгібування ацетатом свинцю процесів гліколізу і глюконеогенезу, внесений цеоліт запобігає гальмуванню використання фруктозо-1,6-дифосфату на 36,2%, приросту лактату на 27,5%, неорганічного фосфату і глюкози відповідно на 66,6% та 81,2%.

Органно-тканинна специфіка активності окремих ферментів обміну вуглеводів за дії важких металів

Експериментальні дослідження показують, що активність ферментів обміну вуглеводів в організмі корів характеризується органно-тканинною специфікою. Найвища активність Г-6-ФДГ виявлена у тканинах печінки. У тканинах серцевого та особливо скелетного м'язів активність ферменту значно нижча. Активність ензимів анаеробного перетворення вуглеводів: альдолази; ГФІ та ЛДГ у м'язовій тканині значно вища (у 8,5; 2,1 та 4,2 рази відповідно), ніж у печінці. У скелетних м'язах висока активність Г-6-ФДГ проявляється тільки на ранніх стадіях розвитку організму і знижується в процесі розвитку м'язової тканини. Низька активність Г-6-ФДГ в скелетних м'язах свідчить про незначну роль окиснювального ПФШ обміну вуглеводів у пластичних та енергетичних процесах даної тканини.

Активність ферментів гліколізу (ГФІ, альдолази та ЛДГ) серцевого м'яза у 2,7; 1,9 і 4,0 рази нижча порівняно з активністю ферментів скелетного м'яза, та на 68,3; 9,4 та 6,3% вища за активність відповідних ферментів печінки. Дослідження активності ферментів у тканинах корів, яких було завезено до біогеохімічної провінції з підвищеним вмістом важких металів, у питній воді та кормовому раціоні показали, що техногенний фактор суттєво впливає на активність вищезгаданих ферментів.

Найбільше інгібується активність ферментів печінки (ЛДГ на 33,4%; ГФІ на 6,9%; Г-6-ФДГ на 21,3% та альдолаза на 13,3%) і серцевого м'язу (ЛДГ на 23,5%; ГФІ на 21,0%; Г-6-ФДГ на 17,7% та альдолаза на 4,0%), найменше - скелетного м'язу (ЛДГ на 19,6%; альдолаза на 9,6%; Г-6-ФДГ на 6,7% та ГФІ на 5,8%). В умовах наших досліджень, найбільше знижується активність ЛДГ з умовно сумарним відсотком 76,5%; ГФІ - 53,7%; Г-6-ФДГ - 45,7% та альдолаза - 26,9%. Таким чином, важкі метали не однаково впливають на активність ферментів вуглеводного обміну у різних органах і тканинах досліджуваних тварин, що пояснюється певними функціональними особливостями останніх.

Згодовування цеолітового борошна як кормової мінеральної добавки коровам другої дослідної групи протягом 180 днів сприятливо впливало на метаболізм вуглеводів в органах корів, що проявлялося в підвищеній активності досліджуваних ферментів (рис.1).

а) б) в)

Рис. 1 Вплив важких металів на активність окремих ферментів обміну вуглеводів (1 - ГФІ, мкМ фруктози/мг білка/хв; 2 - альдолази, мкМ фосфору фосфотріоз/100 мг білка/хв; 3 - ЛДГ, мкМ NAD(H)/г білка/хв; 4 - Г-6-ФДГ, мкМ NADР(H)/100 мг білка/хв) у тканинах корів (а - печінка; б - серцевий м'яз; в - скелетний м'яз)

Так, найбільше відновлювалась активність ЛДГ із сумарним відсотком 50,0% (печінка - 28,6%; серцевий м'яз - 12,5% та скелетний м'яз - 8,9%). Сумарне відновлення активності ГФІ та Г-6-ФДГ дорівнює відповідно 29,1 та 26,4% (печінка - 21,1 та 16,2%; серцевий м'яз - 7,3 та 6,7% і скелетний м'яз - 0,7 та 3,5%). Найменше відновлюється активність альдолази (12,6%) (в печінці та скелетних м'язах відповідно на 7,7 та 7,2%, а у серцевому м'язі активність альдолази пригнічується на 2,3%). Отже, згодовування коровам цеолітового борошна в дозі 30 г на 1 к.од. більше як у три рази підвищує активність досліджуваних ферментів у печінці порівняно із серцевою та м'язовою тканинами. Однак, слід зауважити, що активність досліджуваних ферментів органів і тканин корів другої дослідної групи (тваринам, яким згодовували цеолітове борошно) були нижчими за відповідні показники активності ферментів тварин контрольної групи: для печінки (ГФІ - 7,4%; альдолаза - 6,1%; ЛДГ - 13,4%; Г-6-ФДГ - 6,1%); для серцевого м'язу (ГФІ - 14,8%; альдолаза - 6,2%; ЛДГ - 13,5%; Г-6-ФДГ - 11,8%); для скелетного м'язу (ГФІ - 5,2%; альдолаза - 2,8%; ЛДГ - 11,8%; Г-6-ФДГ - 3,4%).

При проведені візуального огляду досліджуваних органів у корів першої дослідної групи в печінці виявлені ознаки розвитку жирової дистрофії, гіперемії, у серцевому та, особливо, у скелетному м'язах подібних змін не виявлено. Отже, в печінці корів, яким згодовували раціони з підвищеним вмістом важких металів, розвивались різні за ступенем враженості та поширеності процеси білкової та жирової дистрофії.

Ефективність використання цеолітового борошна як кормової добавки до раціону корів

Дослідження вмісту важких металів у кормовому раціоні свідчить про надходження різної кількості важких металів в організм тварин. Середньодобове надходження рухомих форм металів значно перевищує МДР (свинцю на 22,4%; кадмію на 36,6%; ртуті на 70,0% та цинку на 15,0%). Значна кількість токсикантів, які поступили в організм, виводяться з нього, в тому числі і молочною залозою. З молоком контрольної групи корів виводиться велика кількість свинцю (0,71 мг/кг), що перевищує МДР у 7 разів, ртуті (0,01 мг/кг) - у 2 рази, та кадмію (0,041 мг/кг) - у 1,36 раза. Рухомі форми цинку у досліджуваному молоці були в межах норми (в 1,49 рази нижчі за МДР). Коефіцієнт переходу важких металів у молоко контрольної групи був найвищим для йонів Pb²⁺ (5,82) та йонів Cd²⁺ (5,12), найнижчий для йонів Zn²⁺ (2,92) та йонів Hg²⁺ (3,16). В дослідній групі, де додатково згодовували білий цеоліт, виділення з молоком важких металів, порівняно з контрольною групою, значно зменшилося (табл.9).

Кількість виділеного свинцю зменшилась на 56,8%, кадмію - на 22,0% та ртуті - на 50,0%. Поряд з цим концентрація цинку в молоці дослідної групи збільшилась на 9,8%. Відсоток переходу токсикантів у молоко дослідної групи корів для йонів Pb²⁺, Cd²⁺ та Hg²⁺ був нижчим порівняно з контрольною групою корів. Для Pb²⁺ він складав 2,52, Cd²⁺ - 4,02 та Hg²⁺ - 1,69, а для йонів цинку був дещо вищим - 3,21. Згодований білий цеоліт як кормова добавка, яка володіє адсорбційною здатністю, значно покращила якість молока. Концентрація рухомих форм кадмію, ртуті та цинку була в межах МДР, хоча вміст йонів свинцю дещо перевищував його. З метою вивчення продуктивної і метаболічної дії природних силікатів проводили згодовування, разом з комбікормом, цеолітового борошна дрібного помелу (від 250 до 1000 мкм) Сокирницького родовища в розрахунку 20, 30 і 40 г на 1к.од.

Результати досліджень показали, що цеоліти позитивно впливають на фізіологічний стан та продуктивність корів. Так, у корів дослідних груп підвищилась продуктивність на 11,3-15,3%. Під впливом цеоліту збільшується молочна продуктивність, а також зростає рівень білка (на 0,02-0,03%) та вміст жиру (на 0,07-0,11%). Особливо відчутні зміни щодо підвищення молочної продуктивності (валового надою, вмісту жиру та білка) спостерігаються у корів другої дослідної групи, тваринам якої згодовували 30 г цеолітового борошна на 1 к.од.

Таблиця 9

Вміст важких металів у середньодобовому надої молока, М m, n = 5

*- р ? 0,05 порівняно з контрольними показниками.

Кількість жиру була найвищою також у молоці тварин другої дослідної групи, що на 16,2% перевищувала даний показник контрольної групи корів та на 4,8 і 1,7% - показники першої та третьої дослідних груп корів. Загальні витрати на корову між усіма досліджуваними групами корів були близькими, хоча у дослідних групах вони перевищували на 50,5-81,0 грн. За рахунок більш високої продуктивності дослідних груп корів, а також жирності молока, чистий дохід був найвищим у другій дослідній групі, тваринам яких згодовували цеолітове борошно у дозі 30 г на 1 к.од. Рентабельність виробництва молока була також найвища у другій дослідній групі і складала 18,6% проти 4,7% контрольної групи корів, та відповідно 14,4 та 16,4% першої і третьої дослідних груп корів.

Ефективність годівлі тварин залежить як від фізіологічного стану, так і від збалансованості раціону за поживними та біологічно активними речовинами, в тому числі за мінеральними елементами живлення. Оптимізація мінерального обміну є лімітуючим фактором збільшення виробництва тваринницької продукції. Тому особливо актуальним є збагачення раціонів життєво необхідними елементами живлення. Результати досліджень показали, що практично за однакової живої маси корів на відгодівлі середньодобові прирости живої маси були різними (табл.10). Приріст тварин дослідних груп, яким додатково до основного раціону згодовували цеолітове борошно у дозі 20 і 30 г на 1 к.од., в середньому на 16,8-18,0% перевищував показники контрольної групи корів.

Введення до основного раціону цеолітового борошна дрібного помелу в дозі 20 і 30 г на 1 к.од. супроводжується зниженням витрат кормів на одиницю приросту на 17,1 та 18,1%, з одночасним збільшенням чистого доходу. Найвища рентабельність була у першій дослідній групі (на 0,7% перевищувала показники другої дослідної групи), тваринам якої згодовували цеолітове борошно у дозі 20 г на 1 к.од. Тому економічно доцільно в умовах даного господарства коровам на відгодівлі згодовувати цеолітове борошно у дозі 20 г на 1 к.од.

Таблиця 10

Продуктивні показники корів на відгодівлі (M ± m, п = 25)

*- р ? 0,05 порівняно з контрольними показниками.

Вплив цеоліту на якісні показники продуктів забою

Аналізом хімічного складу найдовшого м'язу спини дослідних корів встановлено, що згодовані цеоліти сприятливо впливають на якісні показники продуктів забою. Так, у дослідній групі корів вихід сухої речовини збільшився на 0,4% за рахунок зростання на 0,4% білка та на 0,1% жиру з одночасним зменшенням на 0,15% мінеральних речовин. У м'язовій тканині дослідної групи корів вміст глікогену також зріс на 72,1мг%. Важливим показником харчової цінності м'яса є вмістом в оптимальних співвідношеннях незамінних амінокислот у м'язовій тканині. Вільні амінокислоти, що містяться у м'ясі, визначають його смакові якості і аромат. У найдовшому м'язі спини контрольної групи корів, рівень вільних амінокислот є неоднаковий і коливається від 0,68 до 22,4%. Найвища концентрація глютамінової (22,4%) та аспарагінової (7,62%) амінокислот, лізину (6,84%), лейцину (5,96%), а найменша цистину (0,68%) та метіоніну (0,62%). У м'язовій тканині корів дослідної групи, яким додатково згодовували цеолітове борошно, вміст вільних амінокислот зріс на 3,08%, хоча концентрація окремих амінокислот дещо знизилась.

Якість продукції забою оцінювали за білковим якісним показником (табл.11). За умов нашого експерименту, корекція цеолітом суттєво не впливає на концентрацію оксипроліну, однак рівень триптофану дослідної групи зріс на 21,7% відносно контролю, що дало можливість значно покращити білковий якісний показник. Аналізуючи показник білкової цінності м'яса, виявлено, що у тварин дослідної групи білковий якісний показник був на 20,6% вищим за відповідний показник контрольної групи.

Таблиця 11

Білковий якісний показник найдовшого м'язу спини дослідних корів (M ± m, n = 3)

*- р ? 0,05 порівняно з контрольними показниками

З метою дослідження вмісту важких металів у тканинах та органах корів було проведено дослідний забій тварин (по 5 тварин з кожної групи). Концентрація важких металів у окремих органах і тканинах значно коливається (кадмій від 0,10 до 1,05 мг/кг; свинець - 0,41-9,62 мг/кг; ртуть - 0,03-0,42 мг/кг та цинк - 12,2-98,60 мг/кг). У нирках виявлено найвищий вміст кадмію та ртуті, в кістках - свинцю, а в печінці - цинку. Слід відмітити нерівномірний розподіл мінеральних елементів у тканинах та органах, значний діапазон коливань та органно-тканинну специфіку кумуляції різних елементів, що вказує на функціонування специфічних механізмів адаптації та включення даних токсикантів у метаболічні процеси на тканинному та органному рівнях (табл.12).

Позитивний вплив на зниження вмісту важких металів в органах та тканинах корів одержано при згодовуванні тваринам дослідної групи природного сорбенту - цеоліту (20 г на 1 к.од.). Ветеринарно-санітарна експертиза туш і внутрішніх органів корів дослідної групи видимих відхилень не виявила. Фізіолого-біохімічні показники м'яса знаходилися в межах норми для даного виду тварин, а використання цеоліту не викликало негативного впливу на якість продуктів забою.

Застосування кормової добавки сприяло зниженню концентрації важких металів у органах і тканинах. Різко зменшилась кількість сполук кадмію. Концентрація його в крові, у відношенні до вихідних величин, достовірно знизилась на 43,8%, хоча вона перевищувала МДР на 44,5%. У печінці, селезінці та кістках вміст кадмію також перевищував МДР на 23,1; 49,1 та 53,9% відповідно. Під впливом природного сорбенту концентрація йонів кадмію в м'язовій тканині знизилась на 50% (була в межах МДР), а у легенях - на 5%. Високі адсорбційні властивості цеоліту проявляються у відношенні до свинцю. Так, його концентрація у органах і тканинах корів дослідної групи зменшилась на 26,8-72,7%. Концентрація свинцю у м'язовій тканині та субпродуктах знаходилась в межах МДР, однак вміст його в селезінці, а особливо в кістках, перевищує МДР.

Результати досліджень показали, що застосування кормової добавки сприяло зменшенню концентрації сполук ртуті в органах і тканинах. Залишкова кількість рухомих форм ртуті у дослідної групи тварин зменшилась на 16,7-60% і у печінці, серці, легенях, м'язах та кістках знаходилась у межах МДР, а у нирках, селезінці та крові перевищувала її відповідно на 4,8-37,5 та 62,5%.

Таблиця 12

Вміст важких металів у тканинах та органах корів (М m, n = 3, мг/кг)

До згодовування цеоліту (контроль)

Після завершення згодовування цеоліту

* - р ? 0,05 порівняно з контрольними показниками.

Концентрація цинку дослідної групи корів у нирках, серці, легенях, м'язовій тканині та кістках зросла відповідно на 29,6; 29,8; 8,0; 39,1 та 46,8%, а в печінці, селезінці та крові знизилась відповідно на 2,3; 11,5 та 43,7%. У всіх органах і тканинах концентрація цинку знаходилась у МДР, лише у м'язовій тканині вона перевищувала його на 11,7%. Порівнюючи отримані дані з МДР кадмію, свинцю, ртуті та цинку, що регламентуються діючими нині ”Медико-біологічними вимогами і санітарними нормами якості продовольчої сировини та харчових продуктів” (1990), слід зазначити, що досліджувані тканини та органи корів екологічно чисті за вмістом перелічених вище металів.

Додаткове введення цеолітового борошна до основного раціону корів дослідних груп супроводжувалося перерозподілом рівнів важких металів у тканинах та органах, а також збільшувалась в середньому на 14,7-18,8% їх кількість в екскрементах, з одночасним зменшенням на 4,8% їх кількості у сечі. Залишкова кількість йонів кадмію, свинцю та ртуті у м'язовій тканині та субпродуктах дослідних груп тварин була в межах максимально допустимих рівнів і відповідно на 50,0; 66,0; 57,2% у м'язовій тканині та на 21,1; 61,0; 45,9% у субпродуктах нижче відповідних рівнів контрольної групи корів.

Відомо, що оксипроліновий тест дає можливість судити про функціональний стан обміну білків сполучної тканини, в тому числі колагену, до складу якого входить 12-14% оксипроліну. Одночасно оксипролін є складовою частиною органічної матриці кісткової тканини і безпосередньо бере участь у процесах мінералізації. Дослідження оксипроліну у сироватці крові, сечі та синовіальній рідині скакових суглобів показали, що у дослідній групі його рівень нижчий за досліджувані показники контрольної групи відповідно на 6,6; 14,7 та 12,3%. Це вказує на сприятливий вплив цеоліту на обмін білків сполучної тканини та процеси мінералізації.

Висновки

Досліджено міграцію важких металів в окремих ланках біологічного ланцюга живлення в локальній зоні техногенного навантаження. Доведено ефективність використання цеолітового борошна в корекції кругообігу важких металів в довкіллі, їх позитивний вплив на метаболічні процеси та продуктивність корів, а також якість отриманої від них продукції.

1. Рівень йонів важких металів (Cd; Pb; Hg; Zn) в ґрунтах у радіусі понад 15 км від Миколаївського гірничо-цементного комбінату перевищує МДР. Найвища концентрація досліджуваних токсичних речовин у ґрунті зареєстрована в умовах низької швидкості повітря, підвищеної вологості. З посиленням вітру та зниженням вологості вміст важких металів значно зменшується. У холодну пору року ступінь забруднення вищий, ніж у теплу пору. Із підвищенням кислотності ґрунтів збільшується рівень доступних для рослин йонів металів, що сприяє значному нагромадженню їх рослинами.

2. Акумулятивна здатність рослин залежить від їх видових особливостей. Зелена маса конюшини та гичка цукрових буряків найбільше акумулюють кадмій; кукурудза - свинець; злакові кормові культури - цинк; солома пшенична та гичка цукрових буряків - ртуть.

3. За експериментально змодельованого сумісного забруднення ґрунту солями кадмію, свинцю та цинку (2 і 3 ГДК), надходження важких металів у вегетативну частину рослин значною мірою визначаються антагоністичними і синергічними взаємодіями токсичних елементів. Сумісний вплив йонів Pb²⁺ і Cd²⁺ підвищує акумуляцію останнього вегетативною частиною кукурудзи на 14,8%, а йони Zn²⁺, навпаки, пригнічують її на 21,3%.

4. Внесення різних меліорантів органічної та неорганічної природи попереджує надходження важких металів до рослин, яких вирощують на забруднених ґрунтах в умовах локального антропогенного навантаження. Найбільш перспективними в цьому напрямку є меліоранти неорганічної природи - цеоліти, що володіють унікальними адсорбуючими властивостями.

5. Посилення антропогенного впливу на довкілля вимагає постійний моніторинг важких металів з метою запобігання отруєнь і підтримання резистентності та високої продуктивності тварин. Дослідження вмісту важких металів, а особливо ртуті в крові корів у перші місяці тільності дозволить виявити і попередити можливість токсикозу та запропонувати необхідні профілактичні і лікувальні заходи.

6. Антропогенне забруднення кормів та питної води солями важких металів негативно впливає на фізіологічний стан корів, що проявляється у поганому поїданні корму, загальному пригніченні, зниженні резистентності.

7. Під впливом важких металів пригнічується функціональна активність симбіотичної мікрофлори рубця, порушується їх проліферація, морфологія і кінетика росту, що призводить до зменшення їх кількості та збільшення патогенної мікрофлори. Целюлозолітична активність мікроорганізмів пригнічується на 36,0%, зменшується на 31,8 тис/мм³ кількість інфузорій, яке супроводжується зменшенням утворення на 43,5% летких жирних кислот.

8. В локальній зоні антропогенного навантаження знижується рівень загального білка на 21,3%, зростає кількість залишкового азоту, вільних амінокислот і сечовини відповідно на 19,4; 35,8 та 108,6%. Концентрація кетонових тіл у крові, молоці та сечі зросла на 31,8; 37,8 та 66,3% відповідно.

9. Концентрація метаболітів вуглеводного обміну в крові корів ТзОВ “Зубра”: суми цукрів, глюкози, фруктози, пірувату та неорганічного фосфору була вищою від концентрації метаболітів вуглеводного обміну в крові корів ТзОВ “Зоря” відповідно на 11,1; 66,3; 27,2; 28,5 та 37,8%, а рівень пентоз та лактату були нижчими на 26,4 і 28,5%.

10. Проведені дослідження вказують на наявність певних особливостей активності, механізмів дії та регуляції окремих ферментних систем гліколізу і ПФШ у еритроцитах, сироватці крові, органах та тканинах корів. Встановлено, що за умов нашого експерименту, активність ЛДГ, альдолази сироватки крові пригнічується на 34,5 і 24,8%, а Г-6-ФДГ, 6-ФГДГ, трансальдолази, транскетолази, альдолази, ГФІ та ФФК еритроцитів крові гальмується відповідно на 41,6; 40,9; 30,3; 28,0; 35,4; 24,8 та 16,8%. Щодо гальмування активності ферментів у органах (печінці, скелетному та серцевому м'язах), то найбільше інгібується ЛДГ з умовно сумарним відсотком 76,5%, ГФІ - 53,7%, Г-6-ФДГ - 45,7% та альдолаза - 26,9%. Ацетат свинцю в концентрації 600 мкг/л викликає значне гальмування окремих ферментних процесів гліколізу в еритроцитах крові корів.

11. В організмі лактуючих корів, які утримувались в умовах локального антропогенного забруднення, інтенсивно нагромаджуються йони Zn²⁺; Cd²⁺; Pb²⁺; Hg²⁺ з коефіцієнтом акумуляції відповідно 13,8; 12,5; 4,9 та 3,6%.

Акумуляція важких металів органами і тканинами має значний діапазон коливань та органно-тканинну специфіку, що вказує на функціонування спеціальних механізмів адаптації та включення токсичних елементів у метаболічні процеси на органному і тканинному рівнях.

12. Використання цеоліту як адсорбенту сприяло підвищенню зв'язування важких металів у шлунково-кишковому тракті та виведенню їх з організму тварин. Під впливом цеоліту коефіцієнт акумуляції йонів свинцю, кадмію та ртуті знизився на 40,9; 33,2 і 44,5%.

В органах і тканинах концентрація йонів Cd²⁺ знизилась на 5,0 - 43,5% ; йонів Pb²⁺ - на 26,8 - 67,1; йонів Hg²⁺ - 16,7 - 60,0%, рівень йонів Zn²⁺ знизився у печінці, селезінці і крові на 2,3; 11,5 та 43,7%, а у нирках, серці, легенях, м'язовій і кістковій тканинах, навпаки, зріс на 29,6; 29,8; 8,0; 39,1 та 46,8%. Природні цеоліти сприяли збільшенню на 13,7; 13,1; 23,6 та 2,4% рівнів важких металів (Cd²⁺; Pb²⁺; Hg²; Zn²⁺) у калових масах дослідних корів, з одночасним зменшенням їх на 5,2; 4,4; 13,2; 1,6% у сечі.

13. Використання цеолітового борошна дрібного помелу в кількості 30 г на 1 к.од. як кормової добавки за умов локального техногенного забруднення є найбільш оптимальною та економічно ефективною дозою, яка забезпечує підвищення молочної продуктивності корів на 15,3%, рівня білка на 0,03% та вмісту жиру на 0,11% у молоці.

Концентрація йонів кадмію, свинцю та ртуті в молоці знаходились у межах МДР, що відповідає санітарно-гігієнічним вимогам державного стандарту України (ДСТУ 3662-97”Молоко коров'яче незбиране”).

14. Згодовування цеолітового борошна у дозі 20 г на 1 к.од. протягом відгодівлі корів, дозволяє одержати екологічно чисту продукцію забою корів за умов підвищеної кількості важких металів у кормовому раціоні. Використання цеоліту позитивно впливає на процеси обміну білків, перерозподіл фракцій глобулінів, що позитивно відбивається на фізіологічному стані тварин, показниках приросту (середньодобовий приріст зростає на 16,8-18,0%) та білкового якісного показника продуктів забою, який зріс на 20,6%.

15. Дія природних цеолітів проявляється у здатності регулювати ферментні системи рубцевого метаболізму, що супроводжується активацією анаболічних процесів у організмі жуйних тварин, які позитивно впливають на формування їх продуктивних якостей.

Згодовані цеоліти частково відновлюють активності окремих ферментних систем гліколізу та ПФШ перетворення вуглеводів як в еритроцитах, так і в органах корів. Так, при згодовуванні коровам дослідної групи цеолітового борошна в дозі 30 г на 1 к.од в еритроцитах активності Г-6-ФДГ та 6-ФГДГ відновлюються відповідно на 34,2 і 36,8%, трансальдолази та транскетолази - на 10,0 і 7,9%, а ЛДГ - 50,0% (печінка -28,6, серцевий м'яз - 12,5, скелетний м'яз - 8,9%), ГФІ, Г-6-ФДГ, альдолаза відповідно 29,1, 26,4 та 12,6% (печінка - 21,1, 16,2 та 7,7%, серцевий м'яз - 7,3, 6,7 та 2,3%,, скелетний м'яз - 0,7, 3,5 та 7,2%). В експериментальних умовах внесений цеоліт запобігає гальмуванню ацетатом свинцю використання фруктозо-1, 6-дифосфату на 36,2%, приросту лактату на 27,5%, неорганічного фосфору та глюкози відповідно на 66,6 та 81,2%.

Пропозиції виробництву

1. З метою попередження захворювань сільськогосподарських тварин та одержання екологічно чистої продукції тваринництва, потрібно проводити систематичний контроль за міграцією важких металів у трофічному ланцюгу: ґрунт - рослина - корм - тварина - продукція.

У структурі посівних площ більшу увагу слід приділяти посівам люцерни та злаків на зелений корм, які в умовах антропогенного навантаження більш стійкі до нагромадження важких металів.

Список робіт, опублікованих за темою дисертації

1. Буцяк В.І. Вуглеводи та їх метаболізм у тварин: Навчальний посібник, рекомендований до друку навчально-методичною комісією Міністерства аграрної політики України, протокол №3 від 15.02.2002. Львів. 2002. 115 с.

2. Кравців Р.Й., Буцяк В.І. Трансформація важких металів ґрунтами за умов техногенного навантаження //Сільський господар. 2002. №1-2. С. 5-8. (Здобувач провів дослідження вмісту важких металів у локальній зоні антропогенного забруднення, а також вивчив закономірності їх міграції залежно від джерела забруднення)

3. Кравців Р.Й., Буцяк В.І. Вплив антропогенного фактору на вміст важких металів у кормових культурах //Біологія тварин. 2002. Т.4, №1-2. С. 189-192. (Здобувач забезпечив організацію досліду, провів дослідження про коефіцієнт трансформації важких металів кормовими рослинами)

4. Буцяк В.І. Дослідження комбінованого впливу важких металів на процеси трансформації іонів кадмію // Науковий вісник Львівської державної академії ветеринарної медицини імені С.З.Ґжицького. 2002. Т.4(№2), ч.4. С. 3-5.

5. Буцяк В.І. Міграція рухомих форм важких металів у вегетативну масу рослин на фоні дії цеоліту //Вісник Полтавської державної аграрної академії. 2002. №2-3. С. 29-30.

6. Кравців Р.Й., Буцяк В.І. Вплив цеолітів на процеси гліколізу в еритроцитах крові корів за умов дії ацетату свинцю //Науковий вісник Львівської державної академії ветеринарної медицини імені С.З.Ґжицького. 2002. Т.4, №1. С. 68-70. (В умовах in vitro здобувачем досліджено вплив цеоліту на інгібування ацетатом свинцю процесів гліколізу в еритроцитах корів)

7. Кравців Р.Й., Буцяк В.І. Вплив цеолітів на рухомі форми важких металів у ґрунті та кумуляція їх рослинами //Сільський господар. 2002. №7-8. С. 6-7. (Здобувач забезпечив проведення досліду, дослідив адсорбуючі властивості цеоліту, використання якого обмежує кумуляцію важких металів рослинами, підготував статтю до друку)

8. Буцяк В.І. Трансформація важких металів із корму в молоко на тлі дії цеоліту //Вісник Сумського національного аграрного університету. 2002. Випуск 6. С. 585-588.

9. Буцяк В.І. Кумуляція важких металів кормовими культурами у локальних зонах антропогенного забруднення //Науковий вісник Львівської державної академії ветеринарної медицини імені С.З.Ґжицького. 2002. Т.4(№2), ч.5. С. 21-26.

10. Буцяк В.І. Сорбційна активність і профілактична ефективність цеолітів у живленні корів//Передгірне та гірське землеробство і тваринництво. Львів-Оброшино, 2002. Випуск 44. С. 119-124.

11. Буцяк В.І. Вплив меліорантів органічної та неорганічної природи на трансформацію важких металів рослинами //Збірник наукових праць Уманської державної аграрної академії. 2002. №55. С. 19-25.

12. Макух Є.М., Буцяк В.І. Тканинні особливості активності окремих НАДФ- і НАД-залежних дегідрогеназ у корів //Науковий вісник Львівської державної академії ветеринарної медицини імені С.З.Ґжицького. 2002. Т.4, №1. С. 12-14. (Здобувач брав участь в узагальненні даних літератури про метаболізм вуглеводів у різних тканинах корів і підготовці статті до друку)

13. Кравців Р.Й., Буцяк В.І. Вплив важких металів на метаболізм вуглеводів та активність ферментів у крові корів //Вісник аграрної науки. 2003. №2. С. 43-46. (Здобувачем проведено узагальнення результатів досліджень метаболізму вуглеводів та ферментних систем переамінування в організмі корів і підготував статтю до друку)

14. Буцяк В.І. Вплив цеолітів на активність ферментів пентозо-фосфатного шляху перетворення вуглеводів в еритроцитах крові корів за умов техногенного навантаження //Науковий вісник Львівської державної академії ветеринарної медицини імені С.З.Ґжицького. 2003. Т.5(№2), ч.2. С. 15-19.

15. Буцяк В.І. Активність деяких ферментів гліколізу у крові корів за умов антропогенного навантаження солями важких металів //Науковий вісник Львівської державної академії ветеринарної медицини імені С.З.Ґжицького. 2003. Т.5(№2), ч.3. С. 15-19.

16. Буцяк В.І. Негативна дія солей свинцю та ртуті на репродуктивні функції корів //Тваринництво України. 2003. №8. С. 11-12.

17. Кравців Р.Й., Буцяк В.І. Вплив важких металів на активність ферментів перетворення вуглеводів у еритроцитах корів //Сільський господар. 2003. №5-6. С. 9-10. (Здобувач забезпечив проведення досліду і відбір матеріалів для біохімічних досліджень, дослідив вплив важких металів на інтенсивність метаболічних процесів перетворення вуглеводів у еритроцитах корів, підготував статтю до друку)

18. Буцяк В.І., Буцяк Г.А. Вплив цеоліту на якісні показники продуктів забою та обмін білків сполучної тканини //Сільський господар. 2003. №7-8. С. 10-12. (Здобувач дослідив вплив цеолітового борошна на метаболічні процеси обміну білків сполучної тканини та якісні показники продуктів забою і підготував статтю до друку)

19. Кравців Р.Й., Буцяк В.І. Вплив кормової добавки на амінокислотний склад крові корів за умов техногенного навантаження//Науковий вісник Львівської національної академії ветеринарної медицини імені С.З.Гжицького. 2003. Т.5(№3), ч.2. С. 48-54. (Здобувачем проведено узагальнення результатів дослідження впливу мінеральної кормової добавки на амінокислотний склад крові корів)

20. Буцяк В.І., Кравців Р.Й. Вплив цеолітів на трансформацію важких металів органами і тканинами корів за умов антропогенного навантаження// Біологія тварин. 2003. Т.5, №1-2. С. 306-310. (Здобувач дослідив корекцію кормової мінеральної добавки на трансформацію важких металів органами та тканинами корів)

21. Кравців Р.Й., Буцяк В.І. Використання цеолітів за хронічної інтоксикації жуйних//Сільський господар. 2003. №9-10. С. 4-6. (Здобувач забезпечив організацію досліду, провів узагальнення результатів дослідження і підготував статтю до друку)

22. Буцяк В.І. Вплив довкілля на активність ферментів обміну вуглеводів у тканинах корів//Науковий вісник Львівської національної академії ветеринарної медицини імені С.З.Гжицького. 2003. Т.5(№3), ч.4. С. 80-85.

23. Буцяк В.І. Вплив важких металів на активність трансальдолази та транскетолази в еритроцитах крові корів//Збірник наукових праць Харківської державної зооветеринарної академії “Проблеми зооінженерії та ветеринарної медицини”. 2003.-В. 11(35), ч.2. С .327-331.

24. Буцяк В.І. Вплив важких металів на метаболізм вуглеводів у корів //Науковий вісник Дніпропетровського державного аграрного університету. 2003. № 2. С. 124-126.

25. Буцяк В.І. Використання цеолітів у раціонах корів за умов антропогенного забруднення//Науковий вісник Львівської національної академії ветеринарної медицини імені С.З.Гжицького. 2003. Т.5, (№4). С. 12-16.

26. Буцяк В.І. Морфо-біохімічні показники крові корів за умов антропогенного навантаження//Сільський господар. 2003. № 11-12. С. 12-14.

27. Кравців Р.Й., Буцяк В.І. Вплив важких металів на продуктивність та обмін речовин у лактуючих корів//Вісник аграрної науки. 2004. №1. С. 29-31. (Здобувач забезпечив проведення досліду і відбір матеріалу для біохімічних досліджень, дослідив вплив важких металів на симбіотичну мікрофлору рубця та анаеробні та аеробні процеси перетворення вуглеводів, підготував статтю до друку)

28. Деклараційний патент України UA 61795 7 A01G29/00 Спосіб запобігання нагромадженню солей важких металів зеленою масою кормових культур в умовах техногенного забруднення/Кравців Р.Й., Буцяк В.І., Буцяк Г.А. Заявлено 30.04.2003, Опубл. 17.11.2003, Бюл.№11.-2 c. (Дисертант вивчив оптимальні дози використання адсорбенту та дослідив ефективність їх використання)

29. Деклараційний патент України UA 63334 A 7 A01K67/02, A23K1/00 Спосіб підвищення продуктивності і одержання високоякісної продукції великої рогатої худоби в умовах техногенного навантаження солями важких металів/Кравців Р.Й., Буцяк В.І.- Заявлено 04.04.2003, Опубл. 15.01.2004, Бюл.№ 1. 2 c. (Пошукувач провів експериментальні дослідження щодо визначення оптимальної дози природних адсорбентів для корів різного напрямку продуктивності)

30. Буцяк В.І., Кравців Р.Й. Використання цеолітів як адсорбентів важких металів у локальній зоні антропогенного навантаження/Методичні рекомендації схвалені та рекомендовані до видання на засіданні секції виробництва та переробки продукції тваринництва і птахівництва науково технічної ради Міністерства аграрної політики України, протокол № 6 від 9 грудня 2003, Київ, 2003. 25с. (Здобувачем розроблено методику використання адсорбентів з метою попередження надмірного надходження важких металів до організму корів)

Анотація

Буцяк В.І. Фізіолого-біохімічний статус корів при забрудненні довкілля важкими металами та способи зниження їх надлишку в організмі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора сільськогосподарських наук за спеціальностями 03.00.13 - фізіологія людини і тварин та 03.00.16 - екологія.- Львівська національна академія ветеринарної медицини імені С.З.Ґжицького, Львів, 2004.

Дисертація присвячена вивченню моніторингу важких металів у трофічному ланцюгу живлення та особливостей нагромадження важких металів у ґрунті, надходження їх у вегетативну частину рослин, трансформацію токсикантів органами і тканинами корів, а також їх вплив на фізіологічні показники та продуктивність тварин. Це зумовлено, насамперед, високим вмістом важких металів у кормах, вирощуваних у зонах техногенного забруднення, що призводить до порушення обміну речовин. Продуктивність тварин знаходиться у прямій залежності від інтенсивності обміну речовин, який у значній мірі визначається генетичним потенціалом, що проявляється фенотипово і залежить від ефективного використання поживних речовин раціону, умов утримання та факторів зовнішнього середовища.

Встановлено, що рослини володіють селективною здатністю нагромаджувати важкі метали. Комбінована дія йонів свинцю та кадмію підсилює трансформацію рослинами кадмію, а йони цинку, навпаки, пригнічують її. Використання цеолітового борошна дрібного помелу, як кормової добавки у дозі 20 і 30 г на 1 к.од. у раціоні корів на відгодівлі та лактуючих корів дозволило зменшити рівень свинцю, кадмію та ртуті в органах і тканинах до концентрацій, що не перевищували МДР, а також підвищити молочну (на 15,3%) та м'ясну (на 18,8%) продуктивність тварин з одночасною нормалізацією фізіолого-біохімічних та метаболічних процесів в організмі тварин.

Ключові слова: велика рогата худоба, важкі метали, моніторинг, трофічні ланцюги живлення, адсорбенти, метаболічні процеси.

Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук по специальностях 03.00.13 - физиология человека и животных; экология - 03.0016. - Львовская национальная академия ветеринарной медицины имени С.З.Ґжицкого, Львов, 2004.

Диссертация посвящена мониторингу тяжёлых металлов в трофической цепи питания и особенностей накопление металлов в почве, поступление их в вегетативную часть растений, трансформацию токсикантов органами и тканями коров, а также их влияние на физиологические показатели и производительность животных. Это обусловлено, прежде всего, высоким содержанием тяжёлых металлов в кормах, выращиваемых в зонах техногенного загрязнения, которое приводит к нарушению обмена веществ. Производительность животных находится в прямой зависимости от интенсивности обмена веществ, которое в значительной степени определяются генетическим потенциалом и зависит от эффективного использования питательных веществ рациона, условий содержания и факторов внешней среды.

Установлено, что растения владеют селективной способностью накоплять тяжёлые металлы. Комбинированное действие ионов свинца и кадмия усиливает трансформацию растениями кадмия, а ионы цинка, наоборот, угнетают ее. Использование цеолитовой муки, как кормовой добавки в дозе 20 и 30 г на 1 к.ед. в рационе коров на откорме и лактирующих коров способствует уменьшению уровня свинца, кадмия и ртути в органах и тканях к концентрациям, которые не превышали МДУ, а также повысить молочную (на 15,3%) и мясную (на 18,8%) продуктивность животных с одновременной нормализацией физиолого-биохимических и метаболических процессов в организме животных.

Ключевые слова: крупный рогатый скот, тяжёлые металлы, мониторинг, трофические цепи питания, адсорбенты, метаболические процессы.

Annotation

Butsyak V.I. Physiological and biochemical status of cows under the contamination environment by heavy metals and means of decline of their surplus in the organism.- Manuscript.

The dissertation for a scientific degree of doctor of agricultural sciences from speciality 03.00.13 - physiology of human and animal and 03.00.16 - ecology. - Lviv S.Z.Gzhytskyj National Academy of Veterinary Medicine, Lviv, 2004.

Dissertation is devoted to the monitoring of heavy metals in the system of the trophic chain of feed, and the development and use of optimal doses of zeolite with the purpose of decline of level of heavy metals in vegetative part of plants, in organs and tissues of animals. It is determined, that the plants own selective power to accumulate heavy metals. From all experimental forages green mass of alfalfa in the most firm culture to piling up of heavy metals. Among used meliorantes of organic and inorganic nature the zeolite is the most effective which does not cause the native changes in traditional technologies of growing of green crops, provides saving and rise of fertility of soils and improves quality of forages, lowering the level of heavy metals in them. The combined action of ions Pb²⁺ and Cd²⁺ strengthens transformation by the plants Cd²⁺, and ions Zn²⁺, in contrary, repress this process.

The results of investigations show, that feeds are the main source of heavy metals for the organism of cows. However, in the organism of cows the transformation of heavy metals has definite regularities (coefficient of transformation Zn²⁺ - 13,8%; Cd²⁺ - 12,5%; Pb²⁺ - 4,9%; Hg²⁺ - 3,6%). In rumen liquid pH is increased on 33,3 per cent in experimental group of cows. The rise of pH to 8,24 inhibits functional activity of symbiotic microflora, negatively affects their proliferation, morphology and kinetics of growth, that leads to reduction of useful and development of pathogenic microorganisms. And, as a result, cellulolytic activity of microorganisms is oppresed on 36% that decreased to 31800 cells/mm² quantity of protozoa comparatively with the control. The given disorders are accompanied by reduction on 43,5% the production of volatile fatty acids (VFA). Heavy metals from the digestion tract are transformed by the organism of cows and their concentration in blood predominate over MDC by cadmium - on 42,1; by lead - 36,4; mercury - 29,8 and by zinc - 14,8%.

The use of zeolyte flour of small grade, as mineral addition to the ration positively affects on the physiology state and productivity of cows. Under the influence of zeolite the period of intensity of milk production (milk production grows on 15,3%), level of albumin (to 0,03%) and content of fat (to 0,11%) is increaced. Quantity of excreted lead with milk diminished to 56,8%, cadmium - to 22,5% and mercury - to 50,0%. It is established, that a fed zeolite provides the rise on 18,0% average daily increase of weight in cows on fattening, favoures the redistribution of levels of heavy metals in organs and tissues, and increase their amount in excrements (on 14,7 - 18,8%). The remaining quantity of ions Cd²⁺, Pb²⁺ and Hg²⁺ in muscular tissues and subproduct was within the limits of maximally possible levels and on 50,0; 60,0; 57,2% correspondingly in muscular tissues and on 21,1; 61,0; 45,9% in subproduct below levels in control group of cows. Fed zeolites favourably affect on productive qualities of fattened cows: the output of dry matter of the longest muscle of back was increased on 1,7%; the level of glycogen grew on 17,2%; albumin-high-quality index on 21,7%.

Correction of forage ration by zeolite prevented the development of chronic intoxication by the heavy metals of animals organism. So, level of erythrocytes and haemoglobin were increased on 16,9 and 17,9% and was within the limits of physiological norm, with simultaneous decrease of level of leucocytes on 23,7%. Activities АТP-are, ceruloplasmin and alkaline phosphatase were higher on 36,6; 13,2 and 33,3% for the indexes of the first experimental group. The contents of calcium made 2,52 mmol/l and was higher on 17,7%, level of inorganic phosphorus (1,56 mmol/l), that accordingly was below on 14,1% from the indexes of the first experimental group.

Feeding of zeolite flour favourably affects on protein and carbohydrate metabolism. So, in the whey of blood of the second experimental group of animals, the contents of total proteins grew on 15,2%, the level of free amino acid and urea diminished accordingly on 16,8 and 48,3%. The contents of essential amino acid decrease on 13,1%, but was higher than in control on 10,8%. The contents of alanine was increase on 18,1% and was near to these indexes in control group. The level of glucose and pyruvate in the blood of the ІІ experimental group decrease accordingly on 32,2 and 17,3%, and the contents of lactic acid grew on 25,5% comparatively with this index in the first experimental group, that testifies about the stimulation of processes of glycolysis. The de-Ritis coefficient in the second experimental group grew on 12,2%, however was on 1,9% below than in control. Taking into account the data about contents of proteins, remaining nitrogen, urea, free amino acids, metabolites of carbohydrate metabolism and about the activity of aminotransferases, and also taking into account, that the changes of the given parameters equalized to the physiological norm. It is possible to consider that zeolites perform the role of positive regulator of metabolism of nitrogen compounds and carbohydrates.

The peculiarity of heavy metals action on the organism of animals in the sum of metabolic changes and disturbance develop directly under their action, as a result of inclusion of the systems of regulation of homeostasis both on neurohumoral, and cellular levels. Feeding to the dairy cows of zeolite as sorbent favourably affects on the metabolic profile of glycolysis and pentosophosphate way of transformation of carbohydrates, both in erythrocytes, and in liver, skeletal and cardiac muscles. However, the influence of heavy metals on activity of enzymes is not the same in different organs and erythrocytes, that it is conditioned by their definite functional features. The restoration of enzymes activity is linked both with sorbic, ionoechangable, and by other useful to the metabolic processes properties for zeolites.

Key words: cattle, heavy metals, monitoring, trophic chains of feed, adsorbents, metabolic processes.