Центильные шкалы для оценки содержания химических элементов в шерсти грызунов

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к животноводству, токсикологии, может быть использовано в качестве способа оценки метаболизма химических элементов у домашних и диких животных отряда грызунов Rodentia, обитающих в Центральном Федеральном округе, заключающегося в том, что определяют содержание цинка, меди, железа, свинца, кадмия и мышьяка в шерсти грызунов, которую забирают с участка спины животного ниже проекции лопаток площадью 1 см² и массой 1-3 г , далее по центильным шкалам оценивают содержание цинка, меди, железа, свинца, кадмия и мышьяка в шерсти и при значении концентрации хотя бы одного из указанных химических элементов от 25 до 75 центильного значения уровень химического элемента оценивают как нормальный, ниже 25 до 10 центильного значения оценивают как ниже среднего; выше 75 до 90 центильного значения уровень оценивают как выше среднего; ниже 10 до 5 центильного значения оценивают как низкое; выше 90 до 95 центильного значения оценивают как высокое; ниже 5 до 0 центильного значения оценивают как очень низкое; выше 95 до 100 центильного значения оценивают как очень высокое. Изобретение позволяет повысить эффективность и точность оценки элементного статуса грызунов и своевременно скорректировать дисбаланс обменной концентрации химических элементов в организме животного. 2 табл.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для оценки особенностей метаболизма химических элементов в организме животных и диагностики микроэлементозов у домашних и диких животных отряда Грызуны Rodentia.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Волосяной (шерстный) покров служит одним из объективных показателей приспособленности животного к условиям среды. Шерсть является второй по порядку метаболически активной тканью организма, их микроэлементный статус соответствует определенному периоду накопления элемента, а не моменту взятия пробы [9]. В этой связи неинвазивные методики взятия и оценки химического состава шерсти позволяют разрабатывать индивидуальные программы профилактики и коррекции элементозов.

Волос (шерсть), как биосубстрат, не требует специального оборудования для хранения и транспортировки, может храниться практически неограниченное время, не теряя своей информационной ценности. При этом следует учесть, что концентрация химических элементов в волосах значительно выше, чем в физиологических жидкостях традиционно используемых для клинических и биохимических анализов, что позволяет существенно расширить набор химических элементов, доступных для аналитического определения [10].

Грызуны (лат. Rodentia) - самый многочисленный отряд млекопитающих, которые распространены по всему миру. Эти животные легко адаптируются, и у них выработались различные приспособления, необходимые для выживания в существующих условиях. Волосяной покров у представителей этого отряда очень разнообразный - от густого и мягкого до изреженного, щетинковидного или даже образующего иглы. На туловище отсутствуют потовые железы, характерно только наличие сальных желез. Они характеризуются быстрым обменом веществ и хорошими кумулятивными свойствами шерсти. В настоящий момент времени виды этого отряда имеют широкое значение для человека и природы, поскольку являются основным компонентом цепей питания, участвуя в передаче, в том числе, и токсических элементов, имеют декоративную ценность, проживая в качестве домашних питомцев у людей, содержатся в зоологических коллекция и используются в качестве лабораторных объектов.

В ветеринарии и токсикологии до настоящего времени не существует унифицированных центильных шкал оценки элементного состава грызунов по уровню накопления химических элементов в шерсти животных.

Одними из самых часто используемых групп млекопитающих, применяемых для оценки состояния окружающей среды, в том числе и для определения уровня поллютантов, являются мелкие наземные животные, к которым относятся представители семейства мышиные [3, 6, 8]. Они обладают высокими скоростью размножения и уровнем обмена веществ, чувствительностью к загрязнителям, что делает их основными объектами для экологического мониторинга. Чаще всего исследуются природные популяции мелких млекопитающих, что позволяет оценить количественное поступление химических веществ в этих объектах [6-8]. Активное пространственное перемещение грызунов, пластичность рациона питания в естественной среде обитания, неоднородность природных объектов делает невозможным интерпретацию полученных результатов на крупные мегаполисы для оценки техногенной нагрузки.

Роль химических элементов в функционировании живого организма не вызывает сомнений, доказано их участие в большинстве биохимических процессах и разнообразных функциях. При этом каждый макро- и микроэлемент характеризуется определенным оптимальным диапазоном содержания в организме. Отклонения в концентрации химических элементов способны привести к возникновению реакций различной степени выраженности (физиологическими изменениями в пределах обычной регуляции, значительными нарушениями метаболизма, специфическим заболеваниям) [1, 2, 4, 5].

Из патентов РФ №2256401, 2223039, 2161799 известны способы оценки физического развития детей разных возрастных периодов с разными отклонениями в состоянии здоровья по уровню содержания химических элементов в крови с контрольным определением параметров соматического развития, показателей крови и интенсивности окрашивания хромосом. Указанные способы не приемлемы для грызунов, поскольку не представляется возможным собрать достаточный объем шерсти исследуемых животных, изученные химические элементы не дают полной оценки состояния животных. Кроме того, выборка химических элементов, изученных в прототипах, не дает полного представления об уровне обменных процессов по сравнению с предлагаемым способом (n равно 402), что значительно снижает эффективность способа. Способ проведен на 13 видах животных, принадлежащим к четырем семействам отряда, изучены следующие микроэлементы: цинк, медь; железо, свинец, кадмий и мышьяк.

Существенным недостатком прототипов является то, что он не учитывает особенности накопления химических элементов у коротко живущих млекопитающих, особенности физиологии, обменных процессов волос грызунов и не предоставляет возможности оценить элементный состав шерсти домашних и диких грызунов, что важно в практической работе.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Основным отличием заявляемого способа от прототипа является то, что исследования проведены на 13 видах животных, принадлежащим к четырем семействам отряда Rodentia, предоставлены центильные шкалы для оценки уровня накопления химических элементов шерстью животных.

Целью нашего изобретения является разработка центильных шкал для оценки содержания химических элементов в шерсти грызунов.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для реализации предлагаемого способа был проведен эксперимент на грызунах, содержащихся в зоологических коллекциях в г. Москве, Ярославле и Иваново. Исследования выполнены на базе Ярославской государственной сельскохозяйственной академии на микро популяциях физиологически здоровых животных следующих видов: желтая пеструшка - Eolagurus luteus (n равно 18), монгольская (когтистая) песчанка - Meriones unguiculatus (n равно 42), пушистохвостая песчанка - Sekeetamys calurus (n равно 18), кактусовый хомячок - Peromyscus eremicus (n равно 18), золотистый (сирийский) хомячок - Mesocricetus auratus (n равно 36), акациевая крыса -Thallomys loringi (n равно 18), иглистая мышь - Acomys cahirinus (n равно 30), карликовая мышь - Mus minutoides (n равно 24), серая крыса - Rattus norvegicus (n равно 54), мышь домашняя - Mus musculus (n равно 48), мышь многососковая - Mastomys natalensis (n равно 18), шиншилла (домашняя форма) Chinchilla laniger var. dom. (n равно 42), дегу Octodon degus (n равно 36). Все животные находились в половозрелом возрасте. Отбор образцов волос, осуществляется с участка спины животного (ниже проекции лопаток) площадью участка 1 см².

Исследования проводились в 2018-2020 годах с помощью комплекса современных экологических, биологических и статистических методов на представителях отряда грызуны, содержащихся в зоологических учреждениях Центрального Федерального округа (г.Москва, г. Ярославль, г. Иваново и г. Углич). В пробах проводилась оценка уровня содержания МЭ и ТТМ - цинка, меди, железа, кадмия, свинца и мышьяка. Анализ металлов выполнен с помощью атомно-абсорбционной масс-спектрометрии на атомно-абсорбционном спектрометре «КВАНТ-2АТ». Исследования были выполнены в условиях повторяемости и промежуточной прецизионности. При расчете концентраций определяемых элементов в пробах осуществлялась метрологическая обработка результатов в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений».

Полученные результаты обрабатывали статистически. Определяли средние арифметические величины (М), средние ошибки (т) и среднеквадратичное отклонение (8). Для выявления статистически значимых различий в сравниваемых группах и сопряженности между признаками, характера распределения данных совместимости, были использованы непараметрический критерий W критерий Шапиро-Уилка, t - тест Стьюдента и коэффициент корреляции Спирмена. Были сформированы базы данных в программах «Microsoft Office Excel» 2010, «Statistica» версия 10.0 в среде Windows ХР.

Пробы отбирались настригом с участка кожи животного массой около 1-3 г (в зависимости от вида животного) ножницами медицинскими в течение всего года. В начале исследований определялся период накопления микроэлементов в отобранных участках шерсти по длине волоса. Для этого с участка спины животного (ниже проекции лопаток) площадью участка 1 см² отбиралась проба шерсти массой 1-3 г., помещались в специальные конверты, которые затем запечатывали и маркировали с указание вида, пола, года рождения животного и датой взятия пробы.

В результате проведенных исследований установлено, что по величине среднего содержания в шерсти животных семейства мышиные исследуемые элементы образуют следующий убывающий ряд: Fe больше Zn больше Pb больше Cu больше Cd больше As (табл. 1).

В настоящий момент времени нет информации о фоновом и нормальном уровнях содержания изучаемых токсикантов в шерсти исследуемых объектов, поэтому для оценки концентрации металлов в биосубстратах на основании выше указанных сведений были составлены центильные шкалы для представителей отряда грызунов, обитающих в Центральном Федеральном округе (табл. 2).

На основании полученной градации была произведена оценка содержания химических веществ в шерсти обследованных животных. Очень низкое содержание цинка и железа выявлено у 3,2% исследуемых объектов, меди, свинца, кадмия и мышьяка - у %: 9,7; 19,4; 61,2 и 25,8 (соответственно).

Низкий уровень накопления цинка, меди и железа отмечен у %: 12,9; 6,5 и 3,2 грызунов (соответственно), в отношении свинца, кадмия и мышьяка - таких концентраций элементов в исследуемой выборке обнаружено не было.

Ниже среднего концентрации цинка, меди, железа и свинка установлены у %: 12,9; 16,1; 6,5 и 6,5 животных соответственно. В отношении кадмия и мышьяка - такого уровня кумуляции металлов не выявлено.

Средний уровень концентраций цинка определен у 54,9% особей, меди - 41,9%), железа - 48,4%, свинца - 41,9%, кадмия - 19,4% и мышьяка - 61,3%.

Выше среднего содержание цинка в шерсти выявлено у 12,9% животных, меди - 16,1%, железа - 22,6%, свинца - 3,2%, кадмия - 9,7% и мышьяка - 6,5%.

Высокий уровень накопления цинка, меди, железа и кадмия отмечен у 3,2% млекопитающий, свинца - 12,9% и кадмия - 6,5%.

Очень высокое накопление кадмия и мышьяка имеют 3,2% животных, меди - 6,5%, железа - 12,9%, свинца - 16,1%. В отношении мышьяка - данного уровня металлов не определено.

Таким образом, применение данного способа позволит повысить эффективность и точность оценки элементного статуса грызунов и своевременно скорректировать дисбаланс обменной концентрации химических элементов в организме животного.

1. Авцын, П.А., Жаворонков, А.А., Риш, М.А., Строчкова, Л.С. Миклоэлементозы человека: этиопатология, классификация, органопатология [Текст] / А.В. Авцын, А.А. Жаворонков, М.А. Риш, Л.С. Строчкова, АМН СССР. - М.: Медицина, 1991. - 496 с.

2. Бабенко, Г.А. Микроэлементозы человека: патогенез, профилактика, лечение [Текст] // Микроэлементы в медицине. - 2001. Т. 2, 1 вып. - С. 2-5.

3. Бердюгин, К.И., Большаков, В.Н. Млекопитающие в экологическом мониторинге [Текст] / К.И. Бердюгин, В.Н. Большаков // Методы экологического мониторинга: большой специальный практикум: учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал, ун-та, 2005. С. 192-201.

4. Боев В.М. Микроэлементы в гигиенической донозоологической диагностике патологических состояний [Текст] / В.М. Боев // Среда обитания и здоровье детского населения: Сборник научных трудов Всероссийской научно-практической конференции. - Оренбург: ООО «Принт-Сервис». - 2003. - С. 34-37.

5. Войнар А.О. Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека [Текст] / А.О. Войнар. - М.: Знание, 1953. - 543 с.

6. Мухачева, С.В., Бердюгин, К.И., Давыдова, Ю.А. Опыт использования мелких млекопитающих для экспертной оценки состояния природных экосистем [Текст] / СВ. Мухачева, К.И. Бердюгин, Ю.А. Давыдова // Аграрный вестник Урала. 2009. №3 (57). С. 65-68.

7. Мухачева С.В., Безель B.C. Химическое загрязнение среды: тяжелые металлы в пище мелких млекопитающих [Текст] / С.В. Мухачева, B.C. Безель // Зоологический журнал. 2007. Т. 86. №4. С. 492-498.

8. Степанова, М.В. Содержание микроэлементов тяжелых металлов в биосубстратах (волосах и ногтях) детей в возрасте от 1 до 3 лет, проживающих в г. Угличе и Ейске [Текст] / М.В. Степанова // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы уникальных природных и антропогенных ландшафтов». - Ярославль: ЯрГУ, 2007. - С. 293-296.

9. Степанова, М.В. Содержание некоторых микроэлементов и токсичных тяжелых металлов в окружающей среде и биосубстратах детей -дошкольников на сельских и промышленных территориях (на. примере Ярославской области): дис.... кандидата биологических наук [Текст] / М.В. Степанова // Оренбург, гос. мед. акад. Ярославль, 2012 - 267 с.

10. Харламов, А.В. Информативность биосубстратов при оценке элементного статуса сельскохозяйственных животных (обзор) / А.В. Харламов, А.Н. Фролов, О.А. Завьялов, A.M. Мирошников // Вестник мясного скотоводства. 2014. №4 (87). С. 53-58.

Способ оценки метаболизма химических элементов у домашних и диких животных отряда грызунов Rodentia, обитающих в Центральном Федеральном округе, заключающийся в том, что определяют содержание цинка, меди, железа, свинца, кадмия и мышьяка в шерсти грызунов, которую забирают с участка спины животного ниже проекции лопаток площадью 1 см² и массой 1-3 г, далее по центильным шкалам оценивают содержание цинка, меди, железа, свинца, кадмия и мышьяка в шерсти и при значении концентрации хотя бы одного из указанных химических элементов от 25 до 75 центильного значения уровень химического элемента оценивают как нормальный, ниже 25 до 10 центильного значения оценивают как ниже среднего; выше 75 до 90 центильного значения уровень оценивают как выше среднего; ниже 10 до 5 центильного значения оценивают как низкое; выше 90 до 95 центильного значения оценивают как высокое; ниже 5 до 0 центильного значения оценивают как очень низкое; выше 95 до 100 центильного значения оценивают как очень высокое.