Антропогенное влияние на лошадей. Физико-химические методы исследования экотоксикантов

Токсичные соединения, проникая в организм, могут или сразу приводить к резкому болезненному состоянию и падежу, или постепенно изнурять организм, повышая его восприимчивость к заболеваниям.

Проблема мониторинга экотоксикантов особенно остро встаёт при изучении взаимодействия последних с генетическим аппаратом клеток, в частности, при взаимодействии с нуклеиновыми кислотами — ДНК и РНК, ферментами репликации — ДНК-полимеразами. Возникновение мутаций может приводить не только к летальным исходам, но и к выбраковке ценных производителей вследствие накопления в экстерьере лошадей нежелательных фенотипических признаков.

В статье приведены токсичные факторы, угрожающие здоровью лошадей.

Исследование содержания катионов свинца в органах лошадей

За счёт широкого применения свинца во всех сферах деятельности содержание его в организме человека и животных за 5 тыс. лет увеличилось в 100 раз. В настоящее время практически все пищевые продукты, вода, другие объекты окружающей среды загрязнены свинцом.

При проведении исследований на животных (крысы) нами было установлено, что при парентеральном поступлении свинца в организм животного в первое время была обнаружена высокая концентрация его в почечной ткани, в сердечной мышце, в печени, мышцах, в костной ткани. Через 15 дней после однократного введения ацетата свинца (CH₃COO)₂Pb его высокое содержание обнаружено, прежде всего, в костях — 253 % /г дозы, в то время как в остальных тканях концентрация катионов свинца колебалась от 0,03 до 1,5 %/г дозы, хотя в почках некоторое время ещё оставалось достаточно высоким (1,4 %/г дозы). Можно сделать вывод, что свинец циркулирует частично в ионизированном состоянии. Также частично связан внутриклеточно. При этом в организме происходит обмен внутриклеточного и внеклеточного циркулирующего металла (свинца) по следующей схеме:

Выделение → Свинец в крови ↔ Внеклеточный свинец ↔ Внутриклеточный свинец → Выделение.

Нами было также проведено исследование распределения свинца в органах лошадей (павшие, забой). Животные содержались в стандартных условиях со свободным доступом к пище и воде. Для проведения исследования были взяты органы: почки, печень, рёбра (Таблица 1).

Исследование на содержание в органах свинца было проведено как с помощью метода атомно-эмиссионной спектроскопии с индукционной плазмой, так и методом атомно-адсорбционной спектроскопии с электротермической атомизацией на спектрофотометре “5700 PC ZEEVAV”фирмы “Perkin Elmer” (U.S.A.). Ошибка количественных определений не превышала 5 %.

Из проведённых нами исследований было установлено, что костная ткань обладает большей, из всех остальных изученных нами органов (печень, почки), свинецудерживающей способностью. Это свойство обусловливает повышенное депонирование свинца в костях за счёт содержания в них большого количества кальция и фосфора, с которым свинец химически прочно связывается. Второе место по содержанию свинца в организме занимают почки и третье — печень, обладающая относительно небольшой депонирующей способностью и хорошими адсорбирующими свойствами, выделяя поглощённый свинец, минуя его циркуляцию в крови. Такое же соотношение содержания свинца наблюдается в органах молодых животных, что свидетельствует о том, что свинец, поступая в организм животного, распространяется по кровеносной системе по всем органам и тканям, попадая также и в молочную железу кобылы и через молоко поступает в организм жеребят, где также задерживается в основном в костной ткани.

В результате проведённых биологических испытаний можно привести основные токсикологические свойства катионов свинца.

Острое отравление свинцом, главным образом, воздействует на головной мозг (вызывает отёк мозга) и приводит к возникновению очаговых зон. Хроническое отравление влечёт за собой невротические травмы поведения, излишнюю двигательную активность (подвижность), раздражительность, повреждение периферийной нервной системы, малокровие и функциональное повреждение печени и почек, вплоть до необратимого. Установлено, что присутствие катионов свинца в животном организме вызывает повышенное давление, резко снижает половую потенцию жеребцов, приводит к спонтанным абортам у кобыл, врождённым аномалиям. Под воздействием катионов свинца увеличивается заболеваемость и смертность животных и людей. Отравления лошадей соединениями свинца — одни из самых опасных.

Ртуть и экологическая безопасность сельскохозяйственных животных (лошадей)

Отдельные растения обладают способностью накапливать значительное количество чрезвычайно опасного экотоксиканта — ртути. К их числу относятся клевер, полынь, вьюнок, подорожник, а также листья тополя и ивы, в которых содержание ртути колеблется в пределах 3 — 7 мг/кг.

На некоторых пастбищах отдельных регионов России и государств СНГ концентрация ртути в среднем укосе травостоя достигает 3,4 мг/кг сухой массы, что во много раз превышает ПДК и может представлять опасность для поедающих эти травы животных.

Важно отметить, что содержание ртути в растениях до известных пределов увеличивается с повышением её концентрации в почве.

Содержание ртути в экскрементах лошадей приведено в Таблице 2.

У наземных животных ртуть накапливается в почках, нервной ткани, лимфоузлах, стенках пищеварительного тракта (желудке, кишечнике).

Ртуть, поступающая с кормом, весьма плохо усваивается и в основной своей массе выделяется с экскрементами, которые в условиях исследуемых природных экосистем обогащены этим элементом в 35 — 40 раз больше, чем органы, и могут использоваться для индикации загрязнения пастбищ и левад ртутью (Таблица 8).

Таким образом, в качестве биоиндикаторов ртути могут быть использованы не только отдельные растения, но и экскременты сельскохозяйственных животных.

Применение N-тиоформил-N'-фенилгидразина в качестве аналитического реагента на висмут

Мы предлагаем использовать N-тиоформил-N'-фенилгидразин (ТФФГ) в качестве аналитического реагента на катионы Bi³⁺ (в частности, в биоматериалах).

ТФФГ: Ph — NH — NH — CH = S ↔ Ph — NH — N = CH — SH был нами синтезирован и впервые исследован в качестве хелатообразующего реагента с катионами Bi3+.

Методика синтеза ТФФГ приведена в Экспериментальной части.

Исследованиями установлено:

1. Молярное соотношение ТФФГ и Bi (III) в комплексе;
2. Оптимальное значение водородного показателя рН;
3. Параллельно получены соответствующие экспериментальные результаты для реагента Висмутол I.

Изменением отношений объёмов раствора реагента к раствору Bi (III) был получен график (Рис. 1), определяющий, что мольное отношение экстракционных реагентов к Bi (III) в комплексах составляет 3: 1.

В Таблице 3 приведена зависимость комплексообразования от рН раствора.

С целью установления зависимости экстракции Bi (III) органическими реагентами ТФФГ и Висмутолом I от рН водного раствора Bi (III) нами проведено исследование раствора Bi (III) при рН от 1 до 4. Величину рН регулировали добавлением HNO3 (хч). Отношение объёмов органической и водной фаз ≈ 10.

Из Таблицы 9 следует, что оптимуму в обоих случаях соответствует рН = 3.

Таким образом, согласно полученным данным, N-тиоформил-N'-фенилгидразин может быть использован в качестве экстрагирующего реагента при фотометрическом определении висмута, в том числе и в биоматериалах.

Поражение соединениями фтора

Загрязнение окружающей среды сверхдопустимыми количествами фторсодержащих соединений ведёт к связыванию в организме лошадей фтором кальция, то есть нарушению минерального обмена — главным образом, в костях и зубах (неравномерное стирание и появление на них коричневых пятен). При этом часть фтора (в виде фторид-аниона) содержится в крови и моче поражённых лошадей.

Соединения фтора (фтороводород HF и фторид кремния (IV) SiF4) негативно воздействуют на продуценты. Они являются продуктами выбросов в атмосферу алюминиевых заводов и комбинатов. Фтор может накапливаться в растениях при самом незначительном содержании в воздухе в результате дыхания и на поверхности листьев, при этом отрицательный экологический эффект сказывается при поедании таких растений животными.

Проведённые нами в 1990 г. контрольные испытания биологических материалов лошадей (кровь, пот, моча) Государственного племенного конного завода «Звёздочка» (Лужский район, Ленинградская область) показали отрицательную реакцию на содержание фторид-анионов.

Олигомеры оксида гексафторпропена (перфторированные фторангидриды) описываются общей формулой:

R_F — CF₂ — O — CF (CF₃) — C = O, F

где: R_F = CF₃ — CF₂ — CF₂ — O — CF (CF₃) — тример оксида гексафторпропена;

R_F = CF₃ — CF₂ — димер оксида гексафторпропена.

При исследовании токсичности данных веществ в качестве основного был выбран ингаляционный путь воздействия. Также применялись внутрижелудочный и внутрибрюшинный пути введения веществ.

Нами установлено, что фторангидрид-димер является умеренно токсичным, а фторангидрид-тример — высокотоксичным. Их среднесмертельные концентрации (LC₅₀) для белых мышей составили, соответственно, 12 и 2 мг/л.

Фторорганические вещества обладают сильным раздражающим действием на слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей. Кроме того, они оказывают выраженное местное действие на неповреждённые кожные покровы, проявляющееся изъязвлением и некротическими изменениями.

Клиническая картина острого отравления характеризовалась явлениями раздражения дыхательных путей и глаз, двигательным возбуждением, изменением частоты дыхания, появлением одышки.

Проведённые нами токсикологические исследования позволили установить класс токсичности и опасности данных фторорганических веществ (3-й для фторангидрида-димера и 2-й для фторангидрида-тримера).

Методика определения фторид-анионов в биоматериалах приведена в Экспериментальной части.

Поражение угарным газом

Угарный газ (оксид углерода (II), ангидрид муравьиной кислоты, СО) очень ядовит и особенно опасен тем, что не имеет запаха; поэтому отравление им может произойти незаметно. Ядовитое действие угарного газа, известное под названием угара, объясняется тем, что СО легко соединяется с гемоглобином крови и делает его неспособным переносить кислород от лёгких к тканям. При вдыхании свежего воздуха образовавшееся соединение (карбоксигемоглобин) постепенно разрушается, и гемоглобин восстанавливает способность поглощать кислород. Угарный газ одинаково опасен как для человека, так и для животных. При поражении угарным газом возможно смертельное отравление.

Определение содержания оксида углерода (II) в воздухе рабочей зоны (помещений конехозяйств) методом проявительной (элюентной) газо-адсорбционной хроматографии

В целях контроля за содержанием угарного газа в воздухе рабочей зоны мы разработали универсальный газохроматографический метод определения этого экотоксиканта.

Оксид углерода (II) образуется при проведении многих технологических процессов. Угарный газ может образоваться при отоплении углём помещений конехозяйств. Этот токсичный газ всегда образуется при неполном сгорании твёрдого топлива.

Контроль за содержанием угарного газа надёжно может быть осуществлён на лабораторном хроматографе «Газохром 3101» с применением комбинированного детектора по теплопроводности (катарометра).

Нами установлено, что оптимальными условиями проведения анализа являются: газ-носитель — воздух (специфика устройства данного прибора; подача от микрокомпрессора хроматографа), расход газа-носителя — 80 мл/мин., колонка насадочная из «Фторопласта 4Д» длиной 2,5 м и внутренним диаметром 3,5 мм, сорбент — активированный уголь марки «АГ-3» с размером зёрен от 0,5 до 0,8 мм, изотермический режим колонки и детектора (27^оС), сила тока ячейки 180 мА, загрубление выходного сигнала 1:1, скорость движения диаграммной ленты 600 мм/час.

В этих условиях время удерживания оксида углерода (II) составляет 1 мин. 30 сек.

Количественный анализ проводят методом абсолютной калибровки по чистому оксиду углерода (II), при этом ошибка определения не превышает 5 %. Минимально определяемая концентрация СО в воздухе 2,5 мг/м3. Обнаружен отклик детектора на введённые дозы 0,6 мкл СО и более. Продолжительность анализа — 5-8 мин.

Чистый оксид углерода (II) (эталон) мы получали разложением муравьиной кислоты концентрированной серной кислотой, предварительно нагретой до температуры 100 — 120 ^оС:

Δ, конц. H2SO4

HCOOH → CO↑ + H2O

муравьиная кислота

Качественная очистка и осушка полученного таким образом оксида углерода (II) достигаются за счёт его пропускания через последовательно соединённые склянки с 37 %-ным водным раствором гидроксида калия, аскаритом и индикаторным силикагелем.

В диссертации приведена методика определения содержания угарного газа в воздухе рабочей зоны.

1. На всасывающий штуцер компрессора присоединяют отводной шланг, который выносят за пределы производственного помещения с целью исключения забора воздуха из окружающей среды, в которой могут содержаться следы оксида углерода (II);
2. Вводят дозу (5 мл) анализируемого воздуха в колонку хроматографа газовым дозатором (шприц вместимостью 5 мл типа «Рекорд»);
3. Измеряют высоту (площадь) пика СО в мм (мм²) и по калибровочному графику (в координатах h (S) пика, мм (мм²) — V чистого СО, мкл) определяют V (CO) в мкл, содержащегося в 5 мл анализируемого воздуха;
4. Содержание СО в мг/м³ (С) рассчитывают по формуле:

С (СО) = 250 . V (CO) (I)

5. Операции повторяют ещё 4 раза и полученные значения С (СО) усредняют (С_ср);
6. Зная ПДК (СО) в воздухе рабочей зоны (20 мг/м3), рассчитывают коэффициент превышения ПДК (СО) (Х) по формуле:

Х = С_ср/20 (II)

Ниже в Таблице 4 приведены результаты определения оксида углерода (II) в воздухе деревянной конюшни школы верховой езды (ШВЕ) г. Сестрорецка (ПКиО «Дубки», 1995 г.).

Естественное колебание содержания угарного газа в воздухе конюшни.

Статистически обработанные результаты определения оксида углерода (II) (при n = 5, P = 0,95) следующие (Таблица 11):

Предлагаемая нами методика позволяет надёжно контролировать содержание образующегося оксида углерода (II) в воздухе помещений конехозяйств.