Функциональные особенности состояния коров красной степной породы в современных биогеохимических условиях некоторых субрегионов Юга России

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Функциональные особенности состояния коров красной степной породы в современных биогеохимических условиях некоторых субрегионов Юга России

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования

Изучение механизмов регуляции обмена веществ в организме животных, является основой прогнозирования их функционального состояния в различных регионах.

В настоящее время ученые, исследуя физиологические и биохимические механизмы регуляции и условия повышения интенсивности процессов обмена веществ, ищут оптимальные пути решения задач, позволяющих с наибольшей эффективностью использовать биологический потенциал организма животных.

Антропогенное воздействие на экосистемы (вода, почва, растительность) и организм, как одного из верхних звеньев пищевой цепи, имеет прямое отношение к здоровью сельскохозяйственного животного (Ионов, 1957; Акаевский, 1972; Смирнов, 1981; Турбина, 1982; Казарцев, 1986; Клейменов, 1994; Авдеева, 2000; Бикхардт, 2001; Лебенгарц, 2001; Юдин, 2001; Жуленко, 2002; Ратошный, 2006; Бердникова, 2007; Храмцов, 2007; Белякова, 2008).

Загрязнение окружающей среды является фактором, изменяющим условия обитания организмов. На изменение условий жизни, животные реагируют в соответствии с генетически запрограммированными механизмами выживания в стрессовой ситуации (Моисеенко, 2000). Академик С.С. Шварц (1980) утверждает, что любое изменение условий жизни животных прямо и косвенно связано с изменением энергетического баланса. При этом важно знать, какие основные факторы создают комфортное состояние в организме жвачных животных, когда их физиологические процессы находятся в норме или когда имеют отклонения, а также какие условия обитания обеспечат наиболее эффективное, с точки зрения метаболизма, их функционирование. Только изучив все аспекты внешнего воздействия на организм и адаптацию к ним, можно выявить степень функционального состояния животных в определенной среде их обитания (Панин, 2002; Самохин, 1981, 2005).

Однако, в литературных источниках отсутствуют сведения о комплексном изучении состояния сельскохозяйственных животных в динамике по сезонам года и в разные годы исследования. Также остаются неизученными вопросы физиолого-биохимических, структурных (морфотипы), химических (ТМ, пестициды) и радиологических изменений в организме, способствующих выживанию животных в постоянно изменяющихся условиях среды обитания. В связи с этим, комплексный подход изучения морфофункциональных изменений в организме сельскохозяйственных животных на примере крупного рогатого скота в зависимости от среды их обитания в двух субрегионах имеет теоретическое и практическое значение.

Следовательно, в настоящее время необходимы подобные комплексные исследования влияния факторов среды обитания на живые организмы с целью накопления теоретических и практических знаний для прогнозирования состояния экологических систем. Именно комплексные исследования с применением различных методов, в конечном итоге, позволят дать достаточно объективную оценку состояния крупного рогатого скота в современных условиях двух субрегионов Южного Федерального округа.

С этой целью в работе были проведены исследования на основе анализа физиолого-биохимических, морфофизиологических, химических и радиологических показателей состояния организма коров 2-3-летнего возраста.

Цель исследований.

Целью работы явился анализ основных (физиолого-биохимических, структурных, химических и радиологических) показателей состояния крупного рогатого скота, изменяющихся в зависимости от биогеохимических условий двух субрегионов (Астраханской и Ростовской областей) и выявление сезонных закономерностей в их динамике.

Задачи исследований:

1. Выявить степень влияния тяжелых металлов, пестицидов и радионуклидов на эколого-трофические системы (вода, почва, растения) исследуемых субрегионов.

2. Определить физиологические показатели крови коров красной степной породы в зависимости от условий их обитания, а также сезонных особенностей.

3. Выявить сезонную динамику биохимического состава сыворотки крови животных двух субрегионов.

4. Проанализировать структурные особенности сыворотки крови и гомогенатов биологических жидкостей органов и тканей животных (печень, почки, легкие, мозг и мышцы) на молекулярном уровне.

5. Выявить кумуляцию тяжелых металлов, пестицидов и радионуклидов в органах и тканях животных в естественных условиях их обитания.

Научная новизна

Впервые проведено комплексное исследование основных показателей, характеризующих состояние крупного рогатого скота в двух субрегионах юга России с применением комплекса методов (физиологических, биохимических, морфологических, химических и радиологических). Показана зависимость изменений морфофизиологических показателей состояния здоровья животных от геохимических условий, от сезона года и годовых периодов исследования.

Впервые использован метод исследования анизотропных структур сыворотки крови и гомогенатов биологических жидкостей органов (печень, почки, легкие, мозг) и тканей (кровь и мышцы) крупного рогатого скота как один из показателей состояния животных. На основе биохимических и морфологических данных показаны изменения функциональной активности печени, почек, легких, мозга и мышц животных. Выявлена зависимость между уровнем содержания химических веществ (ТМ, пестицидов) и радионуклидов в организме животных от уровня содержания их в окружающей среде (вода, почва, растения).

Практическая значимость

Установлены морфофизиологические и биохимические особенности показателей устойчивости организма коров красной степной породы к изменяющимся современным экологическим условиям двух субрегионов юга России. Обнаружены структурные особенности морфотипов гомогенатов органов и тканей коров красной степной породы, полученные результаты могут быть использованы в качестве индикаторов, позволяющих оценить степень развития адаптивных и патологических изменений организма животных. Показатели крови могут быть использованы как тесты в мониторинге состояния коров красной степной породы двух областей.

Предложенный комплекс морфофизиологических и биохимических методов может быть применен при проведении мониторинговых исследований, что позволит прогнозировать дальнейшее состояние сельскохозяйственных животных. По результатам исследования обосновано введение в состав рациона животных кормовых добавок и премиксов, особенно в весенние периоды года, для профилактики и предупреждения заболеваний и поддержания гомеостаза внутренней среды организма коров, что также будет способствовать получению высококачественного мясного сырья и мясных продуктов. Полученные данные могут быть использованы в учебном процессе вузов при изучении курсов физиологии животных, биологии, экологии, токсикологии и ветеринарии.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Выявлены изменения физиологических показателей крови коров красной степной породы в зависимости от условий их обитания и сезонных особенностей.

2. Впервые определена сезонная динамика биохимического состава сыворотки крови исследуемых животных данной породы в двух субрегионах.

3. Впервые изучены морфотипы сыворотки крови и гомогенатов органов и тканей коров красной степной породы, выявлено наличие структурных изменений, зависящих от факторов воздействия внешней среды, что сопровождается физиолого-биохимическими нарушениями.

4. Степень кумуляции тяжелых металлов, пестицидов и радионуклидов в органах и тканях животных зависит от уровня их содержания в отдельных компонентах экосистемы.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы докладывались: на Межд. конф. «Актуальные проблемы современных аграрных технологий» (Астрахань, 2007); на Межд. конф. Российской Академии Естествознания (РАЕ) «Успехи современного естествознания» (Хургада, Египет, 2007); IV Международной научно-практической конференции «Человек и животные» (Астрахань, 2008); на Международной конференции «Биотехнологические процессы продуктов переработки биоресурсов водных и наземных экосистем» (Астрахань, 2008); на Межд. совещании «Геохимия биосферы» (Новороссийск, 2008); на V Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семипалатинск, 2008); на VI-ой Международной биогеохимической школе «Биогеохимия в народном хозяйстве: фундаментальные основы ноосферы технологий» (Астрахань, 2008); на Международной научно-практической конференции «Фундаментальные аспекты биологии в решении актуальных экологических проблем» (Астрахань, 2008); на V-VI Межд. совещании «Геохимия биосферы, посвящ. 20-летию организ. НИИ ЮФУ» (Новороссийск, 2008, 2009); на Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы экологии и сохранения биоразнообразия» (Владикавказ, 2009); на Межд. научно-практ. конф. «Аридное землепользование - способы и технологии интенсификации» (Астрахань, 2009).

Материалы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ (Астрахань 2006-2009 гг.)

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 20 печатных работ, 3 из которых опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа изложена на 129 страницах компьютерного текста. Состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, приложения. Список литературы содержит 220 источников, из них 30 иностранных. Работа иллюстрирована 28 рисунками и 32 таблицами.

Содержание работы

пестицид корова физиологический

Материалы и методы

Работа выполнена на кафедре «Зоология и ботаника» Астраханского Государственного Технического Университета (АГТУ) в 2006-2010 гг.

Обработка материала проводилась на базе кафедры «Зоология и ботаника» АГТУ, лаборатории Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека в Федеральном учреждении здравоохранения Центра Гигиены и Эпидемиологии в Астраханской области, испытательного центра «Каспрыбтестцентр» и Государственного Учреждения Астраханской области «Областная ветеринарная лаборатория» и лаборатории ФГУ «Научно-исследовательского института по изучению лепры Росздрава».

Объектом исследований выбраны коровы красной степной породы (vaccus rubra stepposus rupes (species)), максимальное поголовье которых разводится в областях исследования. Исследованные животные 2 - 3 летнего возраста, средний вес средней особи составляет 480 ± 20 кг. Объекты исследования наблюдались в двух областях Южного Федерального региона: Астраханская область (Камызякский район, с. Раздор, совхоз «Юбилейный») и Ростовская область (Зимовниковский район, п. Зимовники, «Племсовхоз им. Ленина»).

Исследовано всего 120 животных из обеих областей. Все пробы отобраны в определенные сезоны года (весна и осень). Исследовали кровь, сыворотку крови и органы животных (печень, почки, легкие, мозг, мышцы).

Для определения степени влияния факторов внешней среды на организм животных, были взяты пробы почвы, воды и растительности, в которых были исследованы уровни содержания тяжелых металлов, пестицидов и радионуклидов.

Исследованы виды растений: полынь - семейство астровых (Artemнsia vulgaris L., Artemнsia Santonica L., Artemнsia absinthium L., Artemнsia campestris L.); подорожник - семейство подорожниковых (Plantago media L., Plantago major L.); дикий овес - семейство злаковых (Avena sativa L.); чабер - семейство яснотковые (Thymus vulgaris L., Thymus serpyllum L.); шалфей - семейство яснотковые (Salviae L.), тысячелистник - семейство сложноцветных (Achillea millefolium L.); клевер - семейство бобовые (Trifolium campestre L., Trifolium pratense L.) и др. В таблице 1 представлена структура выполненных работ и количество обработанных проб по каждой из использованных методик.

Таблица 1. Период исследования и количество проанализированных проб

Года сбора проб	Источники	Количество проб	Показатели
2006-2007 гг.	Астраханская обл.: пастбища совхоза, русло реки Табола Ростовская область: пастбища совхоза, русло реки Куберле	120 проб почвы 40 проб почвы 80 проб почвы	на тяжелые металлы на пестициды на активность радионуклидов
		72 пробы воды 40 проб воды 48 проб воды	на тяжелые металлы на пестициды на активность радионуклидов
		120 проб растений 40 проб растений 80 проб растений	на тяжелые металлы на пестициды на активность радионуклидов
2007-2008 гг.	Астраханская обл.: коровы красной степной породы Ростовская область: коровы красной степной породы	80 проб крови 280 проб сыворотки крови 240 проб органов и тканей 120 пробы органов и тканей 80 проб органов и тканей 80 проб органов и тканей 40 проб органов и тканей 40 проб органов и тканей	на физиологические показатели на биохимические показатели на исследование структурных особенностей на содержание тяжелых металлов на содержание пестицидов на активность радионуклидов на бактериологическое исследование на органолептическое исследование
Итого - 1600 проб

Физиологические исследования проводили на автоматизированном гематологическом анализаторе GRANIS-3, предназначенном для количественного анализа клеток крови: количества гемоглобина, эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов.

Сбор проб для биохимического анализа проводили по рекомендациям ГОСТа 26929-94. Определение общего белка в сыворотке крови проводили рефрактометрическим методом; определение глюкозы в безбелковом фильтрате крови - по цветной реакции; определение общего кальция в сыворотке крови - комплексометрическим методом по Уилкинсону; определение общего количества кетоновых тел в безбелковом фильтрате крови - йодометрическим методом; определение неорганического фосфора в безбелковом фильтрате крови - с использованием ванадат-молибдатного реактива; щелочной резерв в безбелковом фильтрате крови - диффузионным методом; определение каротина в сыворотке крови осуществляли фотометрическим методом (Методические указания унифицированных методов исследования крови в ветеринарных лабораториях, 1981).

Анализ структур сыворотки крови и гомогенатов органов и тканей животных проводили по методике Шабалина (Шабалин, Шатохина, 2001; Каниева, Аюпова, 2005). Наблюдаемые текстуры оценивали в соответствии с методическими рекомендациями МЗ РФ №96/165 «Формообразование кристаллических структур биологических жидкостей при различных видах патологии» (Шабалин, Шатохина, 1997), согласно которым выделяли:

> базисные морфотипы (Б) - текстуры компенсированного гомеостаза (состояние нормы): нитевидные («миелиновые бороздки») и шаровидные;

> вторичные морфотипы (В) - текстуры адаптационного гомеостаза: веерные, полиморфные, дендритные, игольчатые, спутанно-волокнистые конгломераты;

> атипичные морфотипы (А) - текстуры декомпенсированного гомеостаза, имеющие дефектность формы, отличающиеся от монохромных вторичных и базисных форм цветовой гаммой.

> состояние аморфизации - изотропные структуры, характеризующие выраженные нарушения механизмов гомеостаза.

Выявление образованных анизотропных (способных к двулучепрелом - лению) и изотропных структур (аморфных), в поляризованном свете осуществляли с использованием стереомикроскопа фирмы «Leica - MZ 12,5», оснащенного насадкой и телевизионной камерой «Picxera».

Сбор проб для проведения химических исследований проводили по рекомендациям ГОСТ 26929-94. Измерения массовых концентраций Cd, Pb, Cu, Zn проводили методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторе ТА-2 в комплекте с IBM-совместимым компьютером по МУ 08 - 47/092, МУ 1992, по ГОСТу 17.4.1.02-03 и МУ 2003; в почве и воде - по ГОСТу 28168-89 и по Сборнику методических указаний, 2003.

Содержание общей ртути определяли методом беспламенной атомной абсорбции по исследованию органов и тканей животных в соответствии с ГОСТом 26927-86, ГОСТом Р 51.301 - 99 и МУ 1999. Определение растворенных форм ртути в пресных и поверхностных водах проводили методом восстановления ионов ртути в растворе пробы до атомов хлоридом олова (II) согласно СанПиН 2.3.2.1078-01, ГН 2.6.1.054-96, Методических указаний, 2003. Измерения концентраций мышьяка проводили методом инверсионной вольтамперометрии. Электроактивной формой является мышьяк в степени окисления (3+), где аналитический сигнал получали в результате электрохимической реакции As(0)->As (3+). Исследование в органах и тканях животных проводили по ГОСТу 26930-86, по сборнику нормативных материалов Брагиной, 1994 и МУК 4.1.1508-03.

Определение ГХЦГ и ДДТ в воде, почве, овощах, фруктах и биологическом материале проводили методом газожидкостной хроматографии, основанной на извлечении препаратов органическими растворителями, очистке экстрактов путем распределения между двумя несмешивающимися жидкостями. Анализ проводился на аппарате «Кристалл - 2000». Исследования проводили согласно ГОСТу Р 51209-98 для проб воды, ГОСТу 28168-89, МУ 52.18.180-89 - для проб почвы и растений, а для образцов органов и тканей животных - по ГОСТу 30349 - 96 и МУ 4120-86.

Приготовление счетных образцов и измерение активности стронция-90 и цезия-137 в пробах пищевых продуктов проводили методом термического концентрирования, либо полным радиохимическим выделением определяемого радионуклида. В качестве радиометрических установок при измерении цезия-137 использовали сцинтилляционные и полупроводниковые гамма-спектрометры с блоками детектирования в свинцовой защите (на аппарате РСУ-01 «Сигнал-М»). Для измерения активности стронция-90 использовали бета-спектрометры или бета-радиометры, характеризующиеся значением минимальной измеряемой активности 0,1-1,0 Бк. Исследования проводили согласно ГН 2.6.1.670-97, ГН 2.6.1.054-96 и МУК 2.6.1.1194-03.

Сбор проб на бактериологические исследования проводили согласно рекомендациям ГОСТа 26929-94. Бактериологическое исследование проводили согласно ГОСТа 21237-75.

Сбор проб органолептические исследования проводили согласно рекомендациям ГОСТа 26929-94. Органолептическое исследование проводили согласно ГОСТ 9959-74.

Материалы исследований обработаны статистически (Лакин, 1973) с использованием компьютерной программы «Microsoft Excel». Достоверность различий сравниваемых показателей оценивали по t - критерию Стьюдента.

Результаты собственных исследований и их обсуждение

ГЛАВА 3. Эколого-биогеохимическая характеристика основных компонентов экосистем Астраханской и Ростовской областей

3.1. Динамика тяжелых металлов в природных компонентах экосистем исследуемых субрегионов

Были изучены основные компоненты экосистем в условиях биогеохимически различных субрегионов. Для проб почв (аллювиально-луговых), отобранных в обоих субрегионах, убывающий ряд токсических микроэлементов выглядел следующим образом: Pb > Cd > Hg > As.

Однако уровни содержания тяжелых металлов в образцах почв из Астраханской области были несколько выше таковых по Ростовской зоне. Ко второму году исследования в почвах Астраханской области отмечено увеличение содержания свинца в 1,1 раза, что составило (Р < 0,01), кадмия в 1,7 раза (Р < 0,001) и снижении уровня содержания ртути в 0,7 раза (Р < 0,001), для Ростовской области определено снижение содержания ртути в 2 раза (Р < 0,001) (рис. 1,2).

Рис. 1. Содержание ТМ в почвах Астраханской области

Рис. 2. Содержание ТМ в почвах Ростовской области

Причем, общее накопление металлов по годам исследования в почвах (Р < 0,001) Астраханской области возросло на 1,13%, тогда как по Ростовской (Р <0,05) отмечено снижение на 1,06% за счет перераспределения концентраций исследуемых элементов. Оставаясь в пределах нормативных значений, уровень содержания металлов в почве подвергался колебанию за счет незначительного перераспределения их количества.

В пробах воды содержание исследуемых химических элементов в десятки раз меньше, чем в образцах почв. Убывающий ряд для микроэлементов, содержащихся в воде реки Табола (Астраханская область), можно представить следующим образом: Pb > Cd > As > Hg, для проб воды реки Куберле (Ростовской область) этот ряд выглядит таким образом: Cd > Pb > As > Hg (рис. 3,4).

Рис. 3. Содержание ТМ в растениях Астраханской области

Рис. 4. Содержание ТМ в растениях Астраханской области

Отмечено также, что ко второму году исследования зафиксировано увеличение уровня кадмия (Р < 0,05) в воде реки Табола на 15% и снижение уровня свинца (Р < 0,001) в воде реки Куберле на 14%. Выявлено снижение общих показателей в пробах из Астраханской области на 23% и увеличение таковых по Ростовской зоне на 21% за весь исследуемый период. Определено, что показатели исследуемых металлов, в пробах растительности (полынь, подорожник, дикий овес, чабер, шалфей, тысячелистник, клевер и др.), находясь ниже минимальных значений допустимых концентраций, за весь период 2006-2007 гг. имели свои особенности. Убывающий ряд содержания токсикантов в пробах растительности Астраханской области за первый год исследования выглядел следующим образом: Cd (0,047 мг/кг) > Pb (0,019 мг/кг) > As (0,018 мг/кг) > Hg (0,012 мг/кг), для образцов из Ростовской области он был несколько другим: Pb (0,015 мг/кг) > Cd (0,015 мг/кг) > Hg (0,014 мг/кг) > As (0,011 мг/кг).

Причем, значения концентраций всех элементов в пробах растительности Астраханской области превышали таковые по Ростовской зоне в 1,1 - 1,3 раза. Исключением явилось превышение уровня кадмия, более чем в 3 раза (Р < 0,05) в образцах из Астраханской области, по сравнению с Ростовской зоной в первый год исследований (0,047 и 0,015 мг/кг - соответственно).

Ко второму году исследований определено, что показатели по всем исследуемым химическим элементам были снижены, кроме содержания кадмия в пробах из Ростовской области, где превышение уровня предыдущего года составило 2,6 раза (Р < 0,05).

Проведя анализ полученных данных, четко прослеживалась поэтапная кумуляция токсикантов в сопредельных средах, где по убывающей их концентрации можно поставить в следующий ряд: вода > почва > растения. Резюмируя вышеизложенное, следует отметить, что концентрации токсикантов, зафиксированные в сопредельных средах по цепи питания коров красной степной породы, имеют кумулятивный эффект в организме.

3.2. Остаточные количества пестицидов в природных компонентах экосистем исследуемых субрегионов

Результаты исследований уровней содержания ГХЦГ и ДДТ в почве, воде и растительности исследуемых субрегионов, находились ниже пределов норматива, имели свои особенности. Установлено, что показатели ГХЦГ и его изомеров в десятки раз выше содержания ДДТ и его метаболитов во всех исследуемых средах. Убывающий ряд по содержанию пестицидов в сопредельных средах можно представить следующим образом: вода > почва > растения (рис. 5,6).

Причем, содержание ГХЦГ в пробах почв Астраханской области выше таковых по Ростовской на 9%, в последующий год исследований отмечено снижение их содержания на 5% от первоначального значения (Р ? 0,05). Однако, содержание ДДТ имело небольшое увеличение в образцах из Ростовской области относительно значений по Астраханской зоне, с последующим возрастанием показателей в 1,3 раза (Р < 0,05).

Рис. 5. Содержание ГХЦГ в пробах из Астраханской области



Рис. 6. Содержание ГХЦГ в пробах из Астраханской области

Содержание пестицидов в пробах воды двух субрегионов имели показатели значительно ниже, чем в почвах. Однако их количество в образцах обеих областей имели такие же характеристики, как и в пробах почв. Так отмечено, что значения по ГХЦГ в образцах из реки Табола (Астраханская область) имели превышение в 2 раза, относительно таковых значений по воде реки Куберле (Ростовская область) (0,006 и 0,003 мкг/дм³ - соответственно). Также определено снижение показателей по содержанию ГХЦГ в воде реки Табола на 10% в динамике по годам (от 0,006 до 0,005 мкг/дм³) (Р < 0,05) и увеличение значений по ДДТ в воде реки Куберле в 2 раза (от 0,0001 до 0,0002 мкг/дм³) (Р < 0,01).

Определено количественное содержание пестицидов в пробах растительности, где полученные значения по содержанию ГХЦГ в пробах растительности из Астраханской области в 2 раза превышали таковые по Ростовской зоне (0,208 и 0,109 мкг/кг - соответственно) (Р < 0,05).

Отмечена динамика снижения показателей содержания ГХЦГ в обоих субрегионах на 6 - 7% (от 0,208 до 0,197 мкг/кг). Также зафиксировано увеличение значений по ДДТ в Ростовской области на 16% (от 0,026 до 0,31 мкг/кг), относительно предыдущего года исследования.

Таким образом, ссылаясь на полученные и проанализированные данные можно утверждать, что остаточные количества пестицидов, находящиеся в цепи питания коров красной степной породы, могут накапливаться в организме животных обоих субрегионов и вносить изменения в их физиологическое состояние.

3.3. Активность радионуклидов в природных компонентах экосистем исследуемых субрегионов

Активность исследуемых радионуклидов в почвах обеих областей за исследуемый период (2006-2007 гг.) находилась значительно ниже пределов 1 класса опасности (? 370 Бк /кг). Однако, в пробах почв из Ростовской области активность цезия более чем в 6, стронция в 2 раза превышали значения таковых показателей в почвах Астраханской области (рис. 7,8).

Отмечено повышение уровня активности цезия и стронция в пробах почв из Астраханской области за период исследования (2006-2007 гг.) на 0,2 и 2,0 Бк/кг - соответственно (Р ? 0,05), для Ростовской области определена динамика снижения этих показателей, где значения составили 2,62 и 4,0 Бк/кг - соответственно (Р ? 0,05). Общая активность изотопов радия-226, тория-232 и калия-40 в пробах почв Ростовской области в 7 раз превышала таковые значения по Астраханской зоне, однако определена и динамика снижения уровня активности данных изотопов на 15,9 Бк/кг (Р ? 0,05) по Ростовской области, а по Астраханской области отмечено повышение активности на 1,2 Бк/кг (Р ? 0,05) за период исследования. Ко второму году исследований отмечалось снижение активности всех исследуемых изотопов в пробах почв из Ростовской области на 21,8 Бк/кг, что свидетельствует об улучшении ситуации в данной области, в сравнении с предыдущим годом исследования. Напротив, в пробах из Астраханской области отмечено увеличение суммарной активности всех радионуклидов на 3,4 Бк/кг.

Рис. 7. Содержание радионуклидов в пробах из Астраханской области

Рис. 8. Содержание радионуклидов в пробах из Ростовской области

Определена степень активности цезия - 137 и стронция - 90 в пробах воды р. Табола (Астраханская область) за исследуемый период, которая находилась ниже ДУ и ко второму году исследования отмечено их незначительное снижение на 11 и 13% (0,62 и 0,11 Бк/кг) - соответственно (Р ? 0,05).

Однако активность цезия в воде реки Табола в 2,5 раза выше таковой в пробах воды реки Куберле. Установлено превышение активности относительно норматива по стронцию в пробах воды реки Куберле за весь исследуемый период на 0,49 Бк/кг в 2006 году и на 0,7 Бк/кг в 2007 году (Р ? 0,05). Отмечено увеличение активности обоих изотопов в воде реки Куберле за второй год исследования, но суммарная активность исследуемых радионуклидов была выше в воде реки Табола Астраханской области.

Результаты анализа активности радионуклидов в наземной (пастбищной) растительности за период исследования оставались в пределах норматива, но отмечена тенденция к незначительному увеличению степени активности цезия и стронция в пробах растительности в зависимости от времени и места сбора проб. Так, показатели активности стронция в 2,5 раза выше активности цезия в пробах растительности обоих субрегионов. Суммарные показатели активности радионуклидов в пробах растительности из Ростовской области за второй год исследования повысились на 3,6 Бк/кг, по сравнению с активностью проб из Астраханской области, где их повышение составило 1,6 Бк/кг (Р ? 0,05).

Убывающий ряд по суммарной активности исследуемых изотопов для проб из Астраханской области выглядит следующим образом: вода > почва > растения. Для образцов из Ростовской области она несколько изменена: вода > растения > почва. Определено, что почвы Ростовской области имеют большую способность сорбировать радионуклиды, не допуская их проникновение в организм растений.

В результате исследования выявили следующее: анализ активности радионуклидов в системе «почва - вода - растения» среды обитания животных обоих субрегионов имел низкие показатели активности изотопов, была определена особенность их перераспределения. Так, активность радиоизотопов в образцах почв из Ростовской области превышала таковые значения по Астраханской зоне в 3 и более раз. Определено также превышение содержания стронция - 90 в воде реки Куберле относительно допустимого уровня за весь период исследования (2006-2007 гг.). Вероятнее всего это вызвано близлежащим расположением Волгодонской АЭС к местам сбора проб.

Таким образом, во всех исследованных экологических системах обоих субрегионов (вода, почва, растения) были обнаружены определенные уровни содержания в них тяжелых металлов, пестицидов и радионуклидов, которые несомненно вызывали некоторые изменения в нормальном функционировании организма коров красной степной породы, обитающих в исследуемых областях. Убывающий ряд по определению токсикантов в сопредельных средах для образцов из обеих областей выглядит следующим образом: растения > почва > вода, за исключением активности изотопов в Ростовской области.

ГЛАВА 4. Физиолого-биохимические особенности в организме сельскохозяйственных животных из некоторых субрегионов

4.1. Гематологические исследования животных

Основным индикатором, определяющим картину метаболизма в организме животных, является кровь. Одним из основных показателей нормального функционирования организма является наличие стабильного, в пределах нормативов, уровня гемоглобина.

В результате анализа проб выявлено, что содержание гемоглобина в крови всех животных (100%) находилось в пределах нормы. Определена сезонная динамика колебаний уровня гемоглобина в пробах крови животных из Астраханской области, со понижением показателей в весенние месяцы (Р < 0,001) (рис. 9,10).

Для 40% животных из Ростовской области в осенние периоды и весной 2007 г. определено увеличение содержания гемоглобина за счет высоких показателей его уровня в крови единичных особей от 13,3 гр/% до 14,9 гр/% (при норме 9,9 - 12,9 гр/%). Отмечено снижение его содержания у животных из Ростовской области за весь исследуемый период (2006-2008 гг.) до 15%, что указывало на выявление симптомов анемии.

Выявлено заметное снижение количества эритроцитов от 3,87 до 4,89 млн./мм³ (при норме 5,0 до 7,5 млн./мм³) характерное для проб из обеих областей исследования (рис.). Эритропения у 99% животных отмечена как по сезонам, так и за весь исследуемый период в обоих субрегионах (Р < 0,05), однако прослеживались и сезонные колебания количества эритроцитов, когда показатели в весенние периоды были ещё более низкими. Уменьшение количества эритроцитов, возможно связано с нарушениями эритроцитопоэза.

Рис. 9. Уровень гемоглобина в пробах крови животных

Рис. 10. Количество эритроцитов в пробах крови животных

Показатели количества кровяных пластинок у животных из обеих областей были значительно ниже физиологической нормы. Тромбопения отмечена практически во всех пробах крови животных, независимо от сезона и их места обитания. В сезонной динамике минимальное количество тромбоцитов приходилось на весенние периоды 2007-2008 гг. по Астраханской области (162,6 и 176,8 тыс./мм³ соответственно). Данный показатель в крови животных из Ростовской области имел тенденцию к повышению от 164,4 до 263,6 тыс./мм³, оставаясь в среднем значительно ниже границ нормы (260-700 тыс./мм³; Р < 0,05).

Анализируя полученные данные о количестве клеток белой крови за 2006 по 2008 гг., следует отметить увеличение общего числа лейкоцитов в крови всех исследуемых животных от 9,08 до 14,18 тыс./мм³ (при норме 4,5 - 9 тыс./мм³ для коров 2-3 летнего возраста; Р < 0,05) (рис. 11,12).

Наиболее приближенные к норме значения общего количества лейкоцитов отмечены только в пробах, полученных у животных в весенние месяцы 2007 года по Астраханской области, где среднее значение за этот период составило 9,08 тыс./мм³.

Увеличение количества лейкоцитов в крови животных в 1,1 - 1,6 раза, по сравнению с верхней границей норматива, указывает на развитие лейкоцитоза, что расценивается как ответная компенсаторная физиологическая реакция организма коров на внешние факторы среды их обитания.

Рис. 11. Количество тромбоцитов в крови животных

Рис. 12. Уровень лейкоцитов в крови животных

У 60% исследованных проб из Ростовской области показатели количества моноцитов (при норме 0,1 - 0,85 тыс./мм³) осенью 2007 года (1,04 тыс./мм³) были выше нормы на 0,2 тыс./мм³, что свидетельствовало о мобилизации защитных сил организма данных животных. Определен повышенный уровень лимфоцитов (при норме 1,8 - 5,8 тыс./мм³) осенью 2007 (7,8 тыс./мм³) и весной 2008 года (6,38 тыс./мм³) в образцах из Ростовской области, а также осенью 2007 (6,92 тыс./мм³) и весной 2008 года (5,9 тыс./мм³) - по Астраханской зоне. Общее число гранулоцитов также превышало пределы норматива (2,25 - 3,35 тыс./мм³) от 4,6 до 5,74 тыс./мм³, в основном за счет повышенного количества оэзинофилов.

В результате анализа крови животных исследуемых субрегионов были выявлены следующие особенности их состояния: высокая концентрация гемоглобина в крови, снижение количества эритроцитов, что можно считать компенсаторными физиологическими реакциями организма коров, хотя имеются признаки анемии, а также выявлена тромбопения, что также указывает на анемию и лейкоцитоз.

4.2. Биохимические исследования сыворотки крови

Результаты анализа сыворотки крови показали, что уровень общего белка за весь период исследования соответствовал биологическим потребностям организма животных и укладывался в нормативы (рис. 13). Исключением явилось уменьшение значения данного показателя в организме животных из Астраханской области в осенний период 2006 г. до 4,66 мг/% (Р < 0,001) и увеличение его весной 2007 г. до 9,06 мг/% (Р < 0,01), относительно нормы - 7,2-8,6 мг/%, а увеличение показателя в 2 раза между сезонами выявлено в пробах из Астраханской области. Зафиксированы минимальные значения этого показателя от 3,94 до 5,25 г./% у единичных особей за 2006 год по Астраханской области, что составило 20% исследуемых животных. Показатели общего белка в пробах из Ростовской области находились в пределах нормы, но отмечены сезонные колебания их содержания в сыворотке крови коров обеих областей.

Уровень глюкозы в крови жвачных невысок, но стабилен и удерживается у здоровых животных в пределах 40-60 мг/% (рис. 14). По результатам исследований определено снижение уровня глюкозы в сыворотке крови животных обеих областей относительно среднего значения нормы, что указывало на функциональную гипогликемию. При этом средние показатели уровня глюкозы в крови животных из Астраханской области за весь период исследования были ниже нормативных значений на 8% от нижней границы нормы, что составило 32, 8 мг/%.

Рис. 13. Уровень общего белка в крови животных

Рис. 14. Уровень глюкозы в крови животных

Следует отметить, что в весенние периоды 2007-2008 гг. у животных из Астраханской области показатели глюкозы в сыворотке крови были ниже минимальных значений нормы 9,5 и 12,9 мг/% - соответственно (Р < 0,001), что указывало на недостаточно сбалансированное кормление животных.

По Ростовской области показатели уровня глюкозы находились в пределах нормы, но их динамика указывала на незначительное снижение показателей относительно начала исследований. Однако, в осенние периоды, уровень глюкозы увеличивался в 4-6 раз по сравнению с весенними месяцами.

Это подтверждается сильной отрицательной корреляцией между уровнем глюкозы и кетоновыми телами (r = -0,87 - для Астраханской обл. и r = -0,98 - для Ростовской обл.) и сильной отрицательной корреляцией между содержанием глюкозы и фосфора (r = -0,8) для Астраханской области. Нарушение углеводного обмена, наблюдаемого в исследованиях, обусловлено нерациональным кормлением животных особенно в весенние периоды.

В результате исследований выявлен недостаток содержания общего кальция в организме животных из Астраханской области в осенние периоды 2006-2007 гг., которые составили 8,7 и 9,24 мг/% соответственно (при норме 10-12,5 мг/%) (Р < 0,05). В связи с этим, средние показатели общего кальция в сыворотке крови животных за весь исследуемый период были заметно ниже нормы (9,97 мг/%), что указывало на дефицит витамина Д (рис. 15).

Средние показатели неорганического фосфора в пробах сыворотки крови животных из Астраханской области были ниже нижней границы норматива - 4,47 мг/% осенью 2007 года (при норме 4,5-6,0 мг/%; Р < 0,05), что также бывает при гиповитаминозе Д. В весенние периоды отмечали достаточное количество общего кальция и даже небольшое превышение уровня фосфора - 6,4 мг/% (рис. 16).



Рис. 15. Содержание кальция и фосфора в крови животных Астраханской области

Рис. 16. Содержание кальция и фосфора в крови животных Ростовской области

В пробах сыворотки крови животных из Ростовской зоны отмечались высокие показатели содержания кальция - от 10,67 до 12,28 мг/%, но имелся значительный дефицит фосфора, что было особенно заметно осенью 2006 г. (2,5 мг/%) и в весенние периоды 2007 и 2008 гг. (3,34 и 4,21 мг/% - соответственно; Р < 0,05). Полученные данные свидетельствуют о низкой степени обеспеченности соединениями фосфора организма коров Ростовской области (рис. 16).

Резистентность организма животных из Астраханской области подтверждается в данном случае высокой отрицательной корреляцией между содержанием общего кальция и количеством тромбоцитов (r = -0,85). Для образцов крови коров из Ростовской области определена сильная положительная корреляция между содержанием общего кальция и количеством тромбоцитов (r = 0,84) и слабая положительная между содержанием фосфора и уровнем общего белка (r = 0,59).

Показатели резервной щелочности сыворотки крови характеризовали состояние кислотно-щелочного равновесия в организме исследуемых животных, где (рис. 17).

Исключением явились показатели весеннего сбора проб 2007 г. у 80% животных из Ростовской области с колебанием показателей от 33,1 до 43,9 об.%СО₂ при норме 46-66 об.%СО₂, где кислотно-щелочное равновесие сдвинуто в сторону ацидоза (Р < 0,05). Причиной таких отклонений могло послужить вскармливание животных недоброкачественными или кислыми кормами, в результате чего у животных при переваривании пищи повышается газообразование у животных, а также с недостатком сахаров и минеральных веществ в рационе питания.

Рис. 17. Показатели резервной щелочи в крови животных

Рис. 18. Количество кетоновых тел в крови животных

В сыворотке крови отдельных особей из Астраханской области в весенние периоды 2007 (100%) и 2008 годов (60%) наблюдалось увеличение количества кетоновых тел от 7 до 9 мг/%, которое заметно превышало верхнюю границу норматива (1-6 мг/%) (рис. 18). Также определено высокое содержание количества кетоновых тел и их увеличение в пробах сыворотки крови животных из Ростовской области за весь период исследования.

В 60% исследованных проб значения колебались до 10 мг/%. Высокие значения данного показателя характерны при нарушении углеводного обмена, недостатке в рационе питания сена и корнеплодов, дефиците микроэлементов.

Выявлена сезонная динамика колебаний уровня содержания каротина в сыворотке крови животных из обеих областей исследования. Определено минимальное количество каротина в весенний период 2008 г. у животных из Астраханской области, где дефицит его составил от 0,18 до 0,26 мг/%, при норме 0,4-1,0 мг/% (рис. 19).

Рис. 19. Уровень содержания каротина в крови животных

Среднее количество каротина в крови животных из Астраханской области почти в 2 раза выше аналогичных показателей по Ростовской зоне. Основной причиной дефицита витамина А в крови животных может являться длительный недостаток или полное отсутствие каротина в кормах.

Определена сильная положительная корреляция в крови животных из Астраханской области между содержанием каротина и количеством тромбоцитов в крови (r = 0,89).

Таким образом, результатами исследований выявлены характерные особенности физиолого-биохимического состояния организма коров красной степной породы. У животных из Астраханской области в сыворотке крови выявили пониженное содержание глюкозы, каротина в весенние месяцы, при нормативном их содержании в осенние периоды исследования, а также недостаток кальция и общего белка в осенние периоды. Для животных из Ростовской области отмечено пониженное содержание каротина в период с весны 2007 года по весну 2008 года и низкое содержание неорганического фосфора за весь период исследований.

Установлено, что степень изменчивости обменных процессов (белкового, углеводного, витаминного, минерального и энергетического) в организме животных зависит от сезона года и от содержания в определенных условиях, с учетом конкретной современной экологической ситуации каждого субрегиона. Восстановление обменных процессов в организме животных зависит, от возможностей сбалансированного рациона кормления. В связи с этим необходимо добавлять каротинсодержащие и легкоусвояемые углеводистые корма (свеклу, морковь, тыкву, травяную массу, турнепс и т.д.), витаминные подкормки или премиксы в ежедневные рационы питания коров.

4.3. Бактериологическое и органолептическое исследование органов и тканей животных

Проведенные бактериологические исследования показали, что животные не имели заболеваний, запрещенных к производству продуктов питания из их мяса.

Органолептические исследования отобранных образцов, показали результаты, соответствующие нормативам, т.е. при варке бульон был прозрачен, с капельками жира. Запах соответствовал запаху свежего мяса.

Глава 5. Исследование особенностей биологических жидкостей органов и тканей животных

Изучение системной организации биологических жидкостей позволяют оценивать состояние организма, устанавливать ассоциативные связи особенностей кристаллизации биожидкостей с определенными патологическими состояниями. Использование кристаллизационных проб в качестве индикаторов состояния позволяет фиксировать изменения структуры биожидкостей для определения на молекулярном уровне патогенного действия факторов окружающей среды. Результаты исследований показали, что для анализа структурных образований биологических жидкостей наиболее информативным является метод поляризационной микроскопии. Морфологический анализ органов и тканей животных позволяет установить, наряду с базисными формами (Б - норма), возникновение вторичных форм и появление атипичных кристаллов. Из литературных источников известно, что появление атипичных текстур в биожидкостях органов и тканей является одним из признаков преждевременного угнетения и старения организма. При этом наличие вторичных форм кристаллов указывает на процесс адаптации организма к изменившимся условиям существования - морфотипы адаптационного гомеостаза (В), а появление атипичных форм свидетельствует о выраженном нарушении механизмов гомеостаза - морфотипы неустойчивого гомеостаза (А).

Установлено, что морфологическая картина сыворотки крови образцов органов и тканей животных из Астраханской области представлена в основном веерными монохромными структурами (В-80% - текстуры адаптационного гомеостаза, А-20% - текстуры декомпенсированного гомеостаза) на фоне гомогенатов мышц, где более 80% структур имели яркую цветность (А - 80%, В - 20%; таблица 2).

Таблица 2. Наиболее характерные структурные особенности образцов из Астраханской области

сыворотка крови	мышцы	печень
почки	легкие	мозг

Выявлены нитевидные структуры гомогенатов почек животных при отсутствии цветности (Б - 65%, В - 30%, А - 5%) на фоне полиморфности гомогенатов печени, где 70% всех структур имели цветность (В - 35%, А - 65%), однотипность нитевидных образований гомогенатов легких животных (Б - 5%, В - 85%, А - 10%) на фоне ярких структур гомогенатов мозга, где присутствовали яркие включения (В-70%, А-30%). Все это говорит о нарушениях функционального состояния определенных органов и влиянию внешних факторов окружающей среды на организм в целом.

Резюмируя вышесказанное, следует отметить, что образцы проб гомогенатов, полученных от животных Астраханской области выявили особенности структурообразования в виде мономорфных лентовидных текстур в печени, почках, легких и мозге. Выявлено, что биологические жидкости мышц, печени и мозга животных Астраханской области наиболее чувствительны к сложившимся условиям обитания, что проявилось в значительных отклонениях от базисных и вторичных форм структурообразования, чем в сыворотке крови, гомогенатов тканей почек и легких. Отмечено присутствие лентовидных структур в образцах каждого из исследуемых органов и тканей, кроме сыворотки крови.

Установлено, что морфологическая картина сыворотки крови проб органов и тканей животных Ростовской области также представлена веерными монохромными структурами, но более сложной конфигурации (Б - 50%, В -40%, А - 10%; таблица 3).

Таблица 3. Наиболее характерные структурные особенности образцов из Ростовской области

сыворотка крови	мышцы	печень
почки	легкие	мозг

Для гомогенатов мышц животных характерны игольчатые и дендритные структуры при отсутствии яркой цветности (В - 60%, А - 40%) на фоне однотипной полиморфной картины гомогенатов печени и почек животных с отдельными яркими образованиями (конгломератами), цветность которых 80% (В - 20%, А - 80%) и 60% (В - 40%, А - 60%) - соответственно. Гомогенаты легких животных характеризовались полиморфизмом, практически отсутствовала цветность (Б - 10%, В - 70%, А - 30%) на фоне ярких оттенков включений и самих структур гомогенатов мозга (В - 60%, А - 40%).

Отмечено, что биологические жидкости печени, почек и мозга животных Ростовской области наиболее подвержены нарушениям функций этих органов, а также внешним воздействиям среды их обитания. Это проявилось в значительно выраженном отклонении исследуемых образцов от базисных и вторичных форм структурообразования, чем в сыворотке крови, гомогенатах мышц и легких. Характерной особенностью гомогенатов почти всех органов и тканей животных Ростовской области определены полиморфные структуры (сферолиты и конгломераты), являющиеся показателем степени ответной реакции и адаптации организма.

Резюмируя вышеизложенное можно заключить, что все изменения, происходящие на молекулярном уровне в организме животных обеих областей, несут информацию о происходящих в их организме процессах. Пониженный уровень глюкозы, каротина, кальция и низкое содержание эритроцитов и тромбоцитов в крови коров, при повышенном количестве лейкоцитов и кетоновых тел, говорят о нарушениях обменных процессов со смещением в сторону угнетения организма животных Астраханской области. Наличие эритро- и тромбопении и увеличение уровня кетоновых тел характеризуют образцы из данной области как некий факт антропогенного воздействия на животных этой области, которое повлекло за собой многочисленные структурные изменения в морфотипах органов и тканей животных. Это подтверждается результатами метода кристаллизационной микроскопии на биожидкостях и гомогенатах, где почти во всех пробах прослеживали свечение, яркую цветность различных цветовых оттенков и наличие структур адаптационного и неустойчивого гомеостаза (в мышцах, печени, мозге).

При наличии отклонений физиолого-биохимических показателей крови животных Ростовской области, пониженное содержание эритроцитов при повышенном количестве лейкоцитов расценивается как ответная реакция организма животных. Несмотря на то, что выявлено повышенное содержание кетоновых тел и пониженное содержание каротина в крови коров, но по наличию проанализированных образцов биожидкостей и гомогенатов органов и тканей животных отмечено меньшее количество структур неустойчивого гомеостаза, что расценивалось как способность органов к восстановлению и адаптации организма в целом к условиям их обитания.

Таким образом, определены различные формы структур по кристаллизации органических соединений, растворенных в гомогенатах органов и тканей животных, выявлена зависимость их структурирования от физиологического состояния организма животных в определенных условиях их существования.

Глава 6 Влияние экзотоксикантов на организм животных

6.1. Содержание тяжелых металлов в организме крупного рогатого скота в условиях их обитания Астраханской и Ростовской областей

Проведенные исследования содержания уровней тяжелых металлов в организме коров из Астраханской и Ростовской областей показали, что все полученные результаты находились в пределах допустимых нормативов ГОСТ. Однако даже в пределах нормы отмечены их количественные сезонные колебания (рис.). Так, по содержанию свинца в пробах органов и тканей животных, отобранных из Астраханской области, прослеживалось снижение показателей на 0,01 мг/кг в пробах мышц, легких и мозга животных, при обратной динамике в печени (на 0,02 мг/кг) и почках (на 0,01 мг/кг) за исследуемый период. Низкое содержание кадмия прослеживалось в легких и мозге животных. Количественное содержание мышьяка понижалось в печени животных на 0,02 мг/кг, но повышалось в почках на 0,02 мг/кг, при стабильном положении в мышцах, легких и мозге. Установлено снижение показателей ртути во всех исследуемых органах.

...