• Русский
• English

• О продукте
• Домашние животные
• Сель-хоз. животные
• Для специалистов
  • Корма, токсины, адсорбенты
  • Наши научные публикации
  • Наши научные отчёты
• Расчет дозировки
• Контакты

Для специалистов

Кормовая добавка «Алвисорб»®+

Кормовая добавка «Алвисорб»®+ представляет собой уникальный отечественный синтетический полисиликатный энтеросорбент, предназначенный для защиты пищеварительного тракта и всего организма животных от действия микотоксинов и других ксенобиотиков. Две формы выпуска адсорбента Алвисорб®+ и Алвисорб® отличаются между собой по содержанию влаги и видом упаковки. В остальном эти два препарата идендтичны.

«Алвисорб»®+ — первый в мире представитель новой 7-ой группы адсорбентов микотоксинов — «Обращённо-фазовые адсорбенты на полисиликатной основе».

Для эффективной адсорбции и удаления из пищеварительного тракта животных неполярных токсинов, которые всегда присутствуют в кормах для хищных животных и мясного и молочного скота, мы разработали новую группу неполярных адсорбентов на основе обращенно-фазовых полиалкилированных полисиликатных гидрогелей (ПАПСГ). Эти синтетические адсорбенты могут содержать в своём составе алкильные остатки от этильного (–С2Н5) до октадецильного (–С18Н37). «Алвисорб»®+ представляет собой один из таких адсорбентов на основе полиоктилированного полисиликатного гидрогеля (ПОПСГ), который содержит одновременно гидрофобные октильные остатки (–С8Н17) и полярные НО-группы, ковалентно связанные с нерастворимой полисиликатной матрицей.

Продукт обладает высокой сорбционной ёмкостью по отношению к широкому спектру химических соединений — от полярных и умеренно полярных микотоксинов до неполярных (гидрофобных) МКТ, полиароматических углеводородов (ПАУ), таких как бензпирен, метилхолантрен, дибензантрацен и др., а также стойких органических загрязнителей (СОЗ), таких как хлорорганические пестициды (ХОП), в том числе альдрин, диэльдрин, гептахлор, ДДТ и другие, полихлорированные бифенилы (ПХБ), полибромированные дифениловые эфиры, диоксин и диоксиноподобные соединения. Причём, ПОПСГ, в отличие от хроматографических ОФ-адсорбентов и активированных углей, представляет собой гидрогель, прекрасно смачивается водой, обладает более высокой ёмкостью по сравнению с ними и начинает работу непосредственно во рту животного в процессе поедания корма.

ПАПСГ, как и другие ОФ-сорбенты, относятся к бертоллидам с приблизительной общей формулой:

(Н2О)v{(SiO≈2)x(ОH)yRz}w, где:

v — количество физически сорбированной воды;

x — концентрация силикагеля в частице;

y — концентрация силанольных ОН-групп в частице;

z — концентрация алкильных радикалов в частице;

w – параметр, характеризующий размер частицы;

R – алкильный радикал (–СnH2n+1), содержащий от 2 до 18 атомов углерода. В случае добавки «Алвисорб»®+ алкильный радикал представлен октильным остатком (-С8H17).

Ниже представлено схематическое строение данного адсорбента и некоторые из тех токсинов (в одном масштабе), которые он способен эффективно связывать и выводить из организма.

Рисунок 1. Строение энтерального ОФ-адсорбента Алвисорб®

На этой схеме изображены функциональные группы, которые расположены на поверхности частиц и внутренних пор адсорбента. Можно видеть, что поверхность содержит два вида функциональных групп. Первая из них — это полярные гидроксильные группы (-ОН), которые данном случае называются силанольными. Они способны взаимодействовать с полярными функциональными группировками растворённых молекул путём образования водородных связей. Вторая группа — это октильные радикалы, ковалентно связанные с атомами кремния в нерастворимой силикатной матрице. Они образуют на поверхности частиц и внутренних пор некое подобие «сапожной щётки» и отвечают за гидрофобное взаимодействие с неполярными фрагментами молекул растворенного вещества. Причём, способность достаточно прочного взаимодействия с такой «щёткой» проявляют любые липофильные вещества, даже лишённые каких-либо функциональных групп, например, ПАУ, представленные на схеме бенз(а)пиреном.

Представителей всех трех основных групп токсинов из кормов (МКТ, ПАУ и СОЗ) «Алвисорб»® способен прочно связывать в водной среде с высокой эффективностью: более 80% всех известных микотоксинов, до 100% известных СОЗ и до 100% известных ПАУ и выводить их из организма. Физическая адсорбционная ёмкость данного сорбента по данным видам сорбатов составляет от 0,5 до 1,5 мг/г. Причем, ёмкость адсорбента «Алвисорб»® и прочность связывания вещества с адсорбентом напрямую связана со степенью липофильности вещества и прямо пропорциональна величине коэффициента распределения (Log Pow) данного вещества в системе октанол/вода. Поэтому столь высока эффективность связывания ПАУ, СОЗ и большинства МКТ с кормовой добавкой «Алвисорб»®.

Алвисорб»® настоятельно рекомендуется применять при выращивании молодняка, ремонтного молодняка, содержании родительского и продуктивного стада, а также в период беременности и лактации у самок копытных и хищных животных, поскольку именно зародыши и молодняк особенно чувствительны к токсическим эффектам МКТ, ПАУ и СОЗ.

Нами было установлено, что Алвисорб® значительно превосходит «традиционные» кормовые адсорбенты (алюмосиликаты, клеточные стенки дрожжей, активированный уголь) по способности связывать ПАУ (нафталин) и липофильные МКТ (зеараленон). Было также показано, что Алвисорб® способен значительно, на 40 — 70%, снижать степень переноса ПАУ и СОЗ (ХОП, ПХБ) в молоко и молозиво у дойных коров, а также уровень ПХБ в крови подрастающих телят.

Такая способность добавки Алвисорб® к связыванию липофильных токсинов выражается в значительном улучшении зоотехнических показателей у животных разных видов. У домашних питомцев (собаки, кошки, хорьки и др.) Алвисорб®+ в короткие сроки устранял причину и последствия отравлений, купировал рвоту и диарею, нормализовал состояние здоровья питомца и возвращал аппетит, опрятность и привычную активность. У всех протестированных животных Алвисорб® приводил к нормализации пищеварения и к более эффективному расходу кормов на единицу продукции. Так, например, у цыплят-бройлеров Алвисорб® снижал отход поголовья на 10 — 40% и увеличивал Европейский индекс продуктивности на 34%. Увеличивал на 6 — 7% привесы у поросят-отъёмышей и в значительной степени нормализовал биохимические показатели сыворотки крови и основные параметры иммунной системы. У телят Алвисорб® способствовал увеличению привесов на откорме на 10 — 15%, устранял диарею и способствовал быстрейшему выздоровлению телят с лёгочными патологиями. У дойных коров Алвисорб® за счёт защиты пищеварительной и иммунной систем позволил повысить молочную продуктивность на 10 — 30% и понизить до «здорового» уровня такой важный показатель качества молока, как количество соматических клеток в молоке.

Теперь можно рассмотреть влияние действительно эффективного адсорбента (Алвисорб®) на продолжение эксперимента, который проводился в разделе «Химия в кормах». Для сравнения исходный график приводится ещё раз.

Рисунок 2. Влияние токсинов из корма на физиологическое состояние лактирующих коров.

Уместно напомнить, что:

Токс — концентрация липофильных токсинов в сыворотке крови и жировых депо животных;

Акт — параметр, который характеризует продуктивность и общее физиологическое состояние организма;

Мол — концентрация липофильных токсинов в молоке;

КСК — концентрация соматических клеток в молоке.

Ниже на аналогичном графике приводятся данные о развитии событий после начала применения адсорбента Алвисорб® уже четырёхлетним коровам, т. е. коровы из графика выше начинают наконец получать полезную кормовую добавку.

Рисунок 3. Влияние добавки Алвисорб® в корме на физиологическое состояние четырёхлетних коров.

Условные обозначения сохранены. Можно видеть, что после начала применения кормовой добавки достаточно быстро начинают снижаться все параметры, ассоциированные с интоксикацией. Так, например, КСК возвращается к «здоровому» (физиологическому) уровню за 2-4 мес. Несколько медленнее возрастает «активность», но за 5-6 мес этот параметр возвращается к физиологической норме. Это означает, что при выведении из организма токсинов, накопленных в жировых тканях, продуктивность и физиологические показатели основных систем организма возвращаются к нормальным для данной породы коров значениям. На фоне нормализации обмена улучшается использование корма и продуктивность по молоку возрастает на 10 — 30%. Все эти изменения связаны со снижением под действием энтерального адсорбента «запасов» токсинов в жировых тканях, которые в небольших количествах, но постоянно вместе с желчью выводятся из печени в просвет кишечника, связываются с адсорбентом и выводятся из организма. В данном случае Алвисорб® как бы «размыкает» гепато-интестинальную петлю и препятствует обратному всасыванию токсинов из кишечника в кровь вместе с липидами и желчными кислотами в процессе переваривания и усвоения корма. Снижение концентрации токсинов в жировой ткани неизбежно приводит уменьшению переноса токсинов в молоко. В результате через некоторое время есть реальная возможность получать молоко со значительно более низкой концентрацией токсинов или практически свободное от них.

Рисунок 4. Влияние добавки Алвисорб® в корме на физиологическое состояние двухлетних коров.

На данном графике представлена данные о результатах применения адсорбента Алвисорб® двухлетним первотёлкам. В целом картина весьма сходна с предыдущей, но динамика изменений более высокая. Это связано с тем, что тёлки ещё не успели к двум годам накопить столь же высокий уровень токсинов, как их четырёхлетние товарки.

Резюмируя вышесказанное, можно рассматривать преимущества кормовой добавки Алвисорб® по следующим пунктам:

1. Защита пищеварительной, эндокринной и иммунной системы животных от повреждающего действия неполярных токсинов из корма.

2. Экстренная помощь при пищевых и химических отравлениях.

3. Нормализация работы органов пищеварения.

4. Проведение мероприятий по «детоксикации» животных от предварительно накопленных токсинов.

5. Повышенная эффективность использования кормов.

6. Увеличение продуктивности сельскохозяйственных животных и повышение качества и безопасности продукции животноводства.

7. Более высокий уровень осеменения и вынашивания.

8. Рождение более жизнеспособного потомства.

9. Снижение отхода молодняка.

10. Продление срока активной жизни домашних питомцев и продуктивности сельскохозяйственных животных.

Более подробную информацию о преимуществах кормовой добавки Алвисорб® можно получить, ознакомившись с научно-производственными отчётами по её применению и с содержанием научных статей, размещённых на нашем сайте.

В заключение следует отметить, что в настоящее время «Алвисорб»®, защищённый тремя патентами, представляет собой наиболее эффективный кормовой адсорбент, который реально способен защитить домашних и сельскохозяйственных животных от вредного влияния кормов, загрязнённых микотоксинам, в том числе и неполярными, а также от ПАУ и СОЗ. Можно с уверенностью утверждать, что Алвисорб® заслуженно занимает первое место в мировом рейтинге по эффективности среди кормовых адсорбентов. И это доказано.

Рекомендуемая литература

1. А.И. Сотниченко \\ Детоксикант пищеварительного тракта позвоночных \\ патент РФ № 2452491, 2010.

2. А.И. Сотниченко \\ Способ получения обращённо-фазовых гидрофобизированных полисиликатных сорбентов и сорбенты, полученные этим способом \\ патент РФ № 2538897, 2012.

3. Р.А. Мерзленко, И.В. Бабанин, А.И. Сотниченко, В.В. Оханов, А.А. Степанов, Н.А. Стрельников \\ Профилактика гепатозов у поросят-отъемышей с применением энтеросорбента «Алвисорб – гель энтеральный» \\ Свиноводство (2013) №8, стр. 20-22.

4. С. Гулюшин, Е. Елизарова, В. Оханов, А. Сотниченко \\ Новый энтеросорбент в модельном микотоксикозе у цыплят-бройлеров \\ Птицеводство (2014) №1, стр. 17-21.

5. Р.А. Мерзленко, В.Н. Позднякова, М.М. Наумов \\ Физиологическое состояние и продуктивность поросят-отъемышей при применении энтеросорбента «Алвисорб-гель энтеральный» \\ Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии (2014) 8, с. 51-52.

6. Р.А. Мерзленко, В.Н. Позднякова, И.В. Бабанин \\ Влияние энтеросорбента «Алвисорб гель-энтеральный» на продуктивность и физиологическое состояние поросят-отъёмышей \\ Инновации в АПК: проблемы и перспективы (2014) 1, с. 112-117.

7. А. Сотниченко, В. Оханов \\ Неполярные токсины в кормах. Стратегия борьбы \\ Комбикорма (2016) 1, 110-113.

8. Морозенко А.А., Тюльков А.В., Юканова Т.И., Оханов В.В., Сотниченко А.И. \\ Применение кормовой добавки Алвисорб® лактирующим коровам \\ Ветеринария (2018) 2, 28-33.

9. Чабаев М.Г., Цис Е.Ю., Малиновский Д.В., Некрасов Р.В., Оханов В.В., Сотниченко А.И. \\ Обмен веществ и продуктивность новотельных коров при использовании полиоктилированного полисиликатного гидрогеля \\ Молочное и мясное скотоводство (2019) №1, с. 20-25.

10. A. Sotnichenko, E. Pantsov, D. Shinkarev, V. Okhanov \\ Hydrophobized Reversed-Phase Adsorbent for Protection of Dairy Cattle against Lipophilic Toxins from Diet. Efficiensy In Vitro and In Vivo \\ Toxins (2019), 11(5), 256-281.

А. Сотниченко, Е. Панцов, Д. Шинкарёв, Виктор Оханов \\ Гидрофобизированный обращенно-фазовый адсорбент для защиты молочного скота от липофильных токсинов из рациона. Эффективность in vitro и in vivo \\ Toxins (2019), 11(5), 256-281.

11. Чабаев М.Г., Цис Е.Ю., Некрасов Р.В., Оханов В.В., Сотниченко А.И. \\ Эффективность использования обращённо-фазового сорбента на полисиликатной основе в рационах высокопродуктивных коров в период раздоя \\ Известия Нижневолжского Агроуниверситетского Комплекса (2020) 1(57) с. 191-202.

А.И.Сотниченко, В.В.Оханов

01.01.2020

Москва

Кормовые адсорбенты

Широкое распространение в природных эпитопах микроскопических плесневых грибов приводит к заражению продукции земледелия продуктами их жизнедеятельности — микотоксинами (МКТ). Ежегодные потери производителей сельхозпродукции во всём мире из-за этих веществ составляют многие сотни миллионов и миллиарды долларов. Порой потери составляют до 30% урожая, а использование кормов, содержащих МКТ приводит к закономерному снижению эффективности мясного, яичного и молочного животноводства.

Всё это вызывает соответствующие меры по сохранению полученного урожая и повышению качества животноводческой продукции.

Европейские чиновники после продолжительных дебатов были вынуждены принять постановления Европейской комиссии № 1831/2003 от 22.09.2003 г. и № 386/2009 от 12.05.2009. Этими постановлениями была введена новая функциональная группа кормовых добавок для борьбы с вредными воздействиями микотоксинов со следующей формулировкой: …вещества для снижения загрязнения кормов микотоксинами: «Вещества, которые могут подавлять или уменьшать абсорбцию, способствовать экскреции микотоксинов или модифицировать их механизм действия»…

Этим же постановлением были выделены две основные категории кормовых добавок, уменьшающих токсическое действие микотоксинов:

1. Адсорбирующие агенты.

«Вещества, которые включаются в корм и снижают биодоступность микотоксинов путём адсорбции и выведения из организма через желудочно-кишечный тракт».

2. Биотрансформирующие агенты.

«Вещества, которые позволяют проводить биотрансформацию микотоксинов в корме или в организме животных с получением нетоксичных или малотоксичных метаболитов, менее вредных, чем исходные микотоксины».

Поскольку биотрансформирующий агенты до сих пор имеют ограниченное практическое применение, а наш продукт — кормовая добавка «Алвисорб»® представляет собой типичный адсорбент, то далее речь пойдёт только об адсорбентах для микотоксинов.

В соответствии с современной классификацией, принятой в ЕС, кормовые адсорбенты для животноводства делят на шесть основных групп:

1. Алюмосиликаты.

2. Активированные угли.

3. Стенки дрожжевых клеток.

4. Микронизированные волокна.

5. Бактерии.

6. Полимеры.

Основные физические, химические и биологические свойства адсорбентов, принадлежащих к этим группам достаточно исчерпывающе описаны в литературных обзорах, а также в рекламной продукции производителей. Поэтому мы отсылаем заинтересованных читателей к этим источникам.

Из литературы следует, что какие-то адсорбенты проявляют активность в отношении определённых МКТ, а в отношении других — не проявляют. В других источниках говорится о том, что некоторые адсорбенты, независимо от заявлений производителей, на практике ( in vivo) проявляют нулевую активность в отношении заявленных МКТ. Отмечают также, что до сих пор не существует общепризнанной методики для оценки сорбционной ёмкости адсорбентов МКТ. Более того, для оценки сорбционной ёмкости существует несколько методик, которые имитируют взаимоотношения адсорбент/сорбат в желудочно-кишечном тракте с изменением значения рН с «желудочного» (2-3) на «кишечный» (7-8). В этих методиках сорбционная ёмкость порой оценивается только по разнице сорбции при разных значениях рН безотносительно величины соотношения адсорбент/сорбат. Представляется, что достоверная методика должна позволять определять сорбционную ёмкость в разных модельных системах в реальных единицах, т.е. в мг/г или в мкмоль/г адсорбента при разных значениях рН. Но наиболее значимыми представляются результаты испытаний адсорбентов в условиях in vivo на живом поголовье, как в моделируемых условиях с применением наиболее значимых из обнаруженных токсинов, так и в реальном животноводческом комплексе с реально используемыми кормами, загрязнёнными МКТ. В таких экспериментах можно использовать разные адсорбенты в одинаковых условиях эксперимента и выбрать наиболее эффективный из них или некую их комбинацию.

Недавно Анна Соколова провела анализ отечественного рынка адсорбентов для животных и отметила, что по состоянию на 15.01.2015 г. из почти 80 зарегистрированных в Россельхознадзоре адсорбентов микотоксинов, на отечественные препараты приходится только 18 из них. Там же было отмечено, что текущий объем отечественного рынка адсорбентов МКТ составляет менее 10 тыс. т в год. При этом потенциальный объем рынка оценивается специалистами на уровне 45-50 тыс. т. Это свидетельствует о том, что пока не все специалисты в сфере производства животноводческой продукции и кормления животных доверяют адсорбентам, либо предлагаемые адсорбенты не всегда соответствуют заявленным свойствам…

Изучение работ и обзоров по применению кормовых адсорбентов для защиты животных от токсинов из кормов позволяет заключить, что большая масса адсорбентов, которые предлагаются на рынках и используются на практике, представляют собой два основных типа. К первому из них принадлежат дешевые природные минералы, в большинстве случае различные глины, построенные из силикатов или алюмосиликатов и их комбинаций, добываемые карьерным способом, и не требующие особых затрат на их производство. Ко второму более дорогому типу адсорбентов для МКТ относятся клеточные стенки дрожжей, которые представляют собой переработанный побочный продукт производства пива и крепких алкогольных напитков и комбинированные продукты на их основе.

Практически более 70% адсорбентов на рынке РФ представлены различными видами алюмосиликатов с теми или иными добавками и стенками дрожжевых клеток.

Рисунок 1. Амазония — миллион лет до нашей эры.

Популярность алюмосиликатов в качестве адсорбентов микотоксинов была велика с древнейших времён. Первыми их потребителями были разные животные и птицы. На иллюстрации видно, как попугаи перед утренней кормёжкой заправляются «детоксикантом» на глинистом берегу реки. Эту процедуру они выполняют уже несколько миллионов лет. Те, кто не использовал природные «адсорбенты», давно вымерли, поскольку в тропиках много микроскопических грибов, которые заражают спелые и переспелые фрукты и орехи.

В качестве примера успешного примения кормовых адсорбентов для снижения токсической нагрузки МКТ, содержащихся в кормах, можно привести афлатоксин В1 — высокотоксичный умеренно (не)полярный микотоксин (Log Pow = 1,6), продуцируемый грибами рода Aspergillus. Именно с ним связано начало планомерного изучения МКТ после отравления большого стада молодых индеек партией арахисового шрота, содержащей афлатоксин В1 в значительных количествах. Афлатоксины из-за своей широкой распространенности в кормах в областях с теплым климатом, высокой токсичности и канцерогенности все эти годы, начиная с 60-х годов двадцатого века, являются наиболее пристально изучаемыми и наиболее изученными МКТ. По этой причине применение многих адсорбентов МКТ было направлено на удаление в основном афлатоксина В1 из желудочно-кишечного тракта сельскохозяйственных животных. Действительно, в многочисленных исследованиях, результаты которых обсуждаются в разных обзорах, была продемонстрирована достаточно высокая эффективность традиционных алюмосиликатных адсорбентов или адсорбентов из клеточных стенок дрожжей по уменьшению токсических эффектов этого МКТ и снижению степени переноса его основного метаболита афлатоксина М1 в молоко.

Однако, эффективность этих адсорбентов по отношению к липофильным МКТ, таким как зеараленон (ЗЕА) (Log Pow = 3,6) или охратоксин А (Log Pow = 4,7), была, как отмечалось, существенно ниже. ЗЕА, который входит в список «нормируемых» в ЕС МКТ, в силу своих липофильных свойств и значительного отрицательного влияния на процессы воспроизводства фермерских животных во многих исследованиях выступает в качестве эталона для оценки эффективности применения кормовых адсорбентов. Так в работе, в которой in vitro оценивали степень связывания ЗЕА с 27 адсорбентами нескольких типов от разных производителей, приобретенных на рынках Бельгии и Нидерландов, при трех значениях рН (2,5; 6,5; 8,0), которые имитируют значения рН в разных отделах пищеварительного тракта жвачных, при весовом соотношении токсин : адсорбент = 1 : 20000, было показано, что даже при такой высокой нагрузке по адсорбенту измеримое связывание ЗЕА (более 70%) проявляли только 7 адсорбентов из 27, в числе которых были отмечены активированный уголь и добавки, содержащие гуминовые кислоты, но не алюмосиликаты или клеточные стенки дрожжей. В другой работе по изучению эффективности адсорбентов по связыванию ЗЕА в гастро-интестинальной модели было отмечено, что единственным из применяемых сорбентов, который мог с измеримой емкостью связывать зеараленон, был активированный уголь, но только в концентрации от 0,5 до 2%. Такие концентрации адсорбентов в корме (иногда до 5%) часто используются в исследованиях по оценке их эффективности в лаборатории (in vitro), но редко применяются в реальном животноводстве по экономическим причинам. Производители адсорбентов по экономическим соображениям обычно рекомендуют их применение в дозах от 0,1 до 0,2% от веса корма.

В этом плане весьма показательно мнение некоторых специалистов, которое до сих пор является господствующим: «Надо сказать, что метод адсорбции эффективен для удаления полярных микотоксинов (например, афлатоксинов и части фумонизинов), молекулы которых имеют заряд. Они проникают внутрь частицы адсорбента и прочно фиксируются там с помощью электростатических связей за счёт разницы в зарядах молекулы токсина и адсорбента. Неполярные токсины не имеют заряда и не могут удерживаться внутри адсорбента. А значит, их практически невозможно удалить при применении любых адсорбентов в терапевтических дозах 2 — 5 кг/т корма. Это показали научные работы независимых исследователей из разных стран. Многие врачи российских птицефабрик и свинокомплексов убедились на собственном опыте, что использование раличных адсорбентов в вышеназванных количествах не даёт положительного результатов, когда в кормах присутствуют неполярные токсины».

Это мнение с некоторыми поправками и дополнениями можно признать обоснованным. Оно подтверждается наблюдениями о том, что традиционные алюмосиликатные адсорбенты не способны защитить поголовье бройлеров от токсических эффектов хлорорганических пестицидов (ХОП, типичных СОЗ). Отсутствие в доступной научной литературе сообщений о положительных примерах применения алюмосиликатных адсорбентов или адсорбентов из клеточных стенок дрожжей для купирования симптомов широко распространённого летнего пастбищного недуга, так называемого «ryegrass staggers» («райграссовое дрожание», или «райграссовое шатание»), которые, как известно, провоцируются лолитремами, липофильными МКТ эндофитных грибов рода Epichloё, могут свидетельствовать о недостаточной эффективности таких сорбентов в данном конкретном случае. Также в научной и научно-практической литературе до сих пор отсутствуют данные о примерах эффективного удаления из продуктов животноводства (яйца, мясо, молоко) липофильных МКТ, а также ПАУ и СОЗ.

Но в дополнению к общепринятому на этот счёт существует и иное мнение, которое подкрепляется теоретическими и, главное, практическими результатами.

С учётом того, что МКТ, как было установлено нами, на 45% представлены липофильными веществами, а корма для жвачных и хищных животных кроме МКТ всегда содержат высоко липофильные ПАУ и СОЗ, то в свете вышеизложенного встает насущная необходимость применения для удаления из кормов липофильных токсинов адсорбентов другого типа – неполярных.

Такие адсорбенты в настоящее время представлены на рынке в основном двумя группами: 1) активированные угли и 2) холестирамин на основе пористого полистирола. Адсорбенты на основе холестирамина слишком дороги и поэтому в сельском хозяйстве не применяются, а находят применение только в «человеческой» медицине. Адсорбенты на основе активированного угля не находят широкого распространения в сельском хозяйстве из-за низкой ёмкости и необходимости вследствие этого его включения в корма в высоких дозах. Часто это представляется экономически невыгодным. Но, тем не менее, в работах по оценке сравнительной ёмкости адсорбентов in vitro, было отмечено, что измеримую эффективность по зеараленону (липофильному токсину), как уже упоминалось, проявил только активированный уголь, а также в меньшей степени некоторые адсорбенты, содержащие гуминовые кислоты. При изучении способности разных адсорбентов связывать in vitro высокотоксичный неполярный микотоксин охратоксин А (Log Pow = 4,7) при соотношении токсин : адсорбент = 1 : 500, сходные с активированным углём и холестирамином результаты продемонстрировали “Mico AD A-Z” (неожиданно), а также комбинированный адсорбент “Standard Q/FIS”, состоящий из смеси активированного угля, бентонита, экстракта дрожжей и алюмосиликатов.

На основании этих данных можно констатировать, что адсорбенты на основе алюмосиликатов или клеточных стенок дрожжей могут достаточно эффективно использоваться против полярных и ряда умеренно (не)полярных МКТ, но мало полезны для удаления липофильных (неполярных) МКТ, ПАУ и СОЗ. Они с успехом могут применяться в птицеводстве и свиноводстве, где корма загрязняются в основном МКТ, но в молочном или мясном скотоводстве из-за дополнительного к МКТ массированного загрязнения кормов и почв неполярными токсинами (ПАУ, СОЗ) эффект от их применения оказывается ниже, что вполне ожидаемо.

Для связывания умеренно липофильных и липофильных токсинов известен ещё один тип адсорбентов, которые специально разрабатывались для адсорбции и разделения неполярных веществ в высокоэффективной жидкостной хроматографии. Речь идёт о гидрофобизированных адсорбентах на полисиликатной основе.

Такие адсорбенты последние 50 лет широко используются в препаративной и аналитической жидкостной хроматографии. В настоящее время практически все работы по анализу МКТ, ПАУ и СОЗ выполняются при использовании этих адсорбентов. Хроматографические адсорбенты получают путем обработки специально синтезированных, промытых и высушенных частиц пористого силикагеля (SiO2) подходящего размера с нужным диаметром пор в безводной среде различным реагентами для получения ковалентной связи между силикагелем и алкильным остатком (–CnH2n+1), обычно содержащим от 4 до 18 атомов углерода. Эти адсорбенты, называемые обращённо-фазовыми (ОФ), обладают высокой гидрофобностью и способны в водной среде эффективно адсорбировать любые органические соединения с Log Pow > 0.

Термин «обращённо-фазовый» имеет хроматографическое происхождение и относится к неполярным адсорбентам, на которых проводят разделение веществ в полярной среде (водных растворах органических растворителей). Этот термин возник в качестве противопоставления исторически традиционным методам хроматографического разделения химических веществ на полярных неподвижных фазах в среде неполярных подвижных фаз (органических растворителей).

Из теории и практики жидкостной хроматографии следует, что прочность связывания неполярных сорбатов с такими адсорбентами прямо пропорциональна величине коэффициента распределения сорбата в системе “октанол/вода” (Log Pow). ОФ-адсорбенты фактически представляют собой твёрдо-фазный вариант распределения органических веществ по липофильности в этой системе. В первую очередь это относится к адсорбентам, содержащим в качестве алкильного заместителя октильный остаток (–С8Н17).

Преимущество при использовании ОФ-адсорбентов для связывания и удаления неполярных токсинов обусловлено ещё и тем, что хорошо изучен механизм их взаимодействия с сорбатом. Алюмосиликатные адсорбенты и клеточные стенки дрожжей достаточно давно применяются в практическом животноводстве, но до сих пор нет единой теории, которая могла бы объяснить механизмы связывания МКТ с их матрицами. В научной и рекламной литературе обсуждается множество механизмов взаимодействия МКТ с этими матрицами, строятся сложные геометрические модели слоистого или пространственно-кристаллического строения алюмосиликатов и геометрического соответствия размеров молекул МКТ расстоянию между слоями филлосиликатов или размеру пустот в кристаллической решетке тектосиликатов с привлечением практически всех известных науке видов межмолекулярных взаимодействий. Однако, большинство авторов этих исследований, несмотря на всю широту и остроту дискуссии, сходятся во мнении, что до сих пор не разработан единый подход к объяснению достоверных механизмов взаимодействия разных матриц такого рода с различными МКТ и правила, по которым можно было бы предсказать эффективность конкретного адсорбента по отношению к тому или иному токсину. Подавляющее большинство результатов с этими адсорбентами были получены и получаются только эмпирическим путём.

Модель гидрофобного взаимодействия растворенного вещества с неполярной ОФ-матрицей в водной среде выглядит намного проще и опирается на единственную концепцию – минимизацию свободной энергии системы за счёт сохранения целостности структуры воды. Суть гидрофобного взаимодействия заключается в том, что неполярные вещества, которые при попадании в водное окружение не способны образовывать необходимого и достаточного количества водородных связей с молекулами воды, нарушают её структуру, и системе энергетически выгоднее с помощью броуновского движения вывести такие вещества либо на поверхность раздела фаз, либо на любую гидрофобную поверхность внутри системы и таким образом восстановить структуру воды и минимизировать энергию системы. В этой модели прочность связывания неполярных веществ с ОФ-матрицей мало зависит от размера и формы молекулы и прямо пропорциональна степени липофильности вещества, или значению Log Pow. По этой причине данная концепция располагает возможностью достаточно точного прогнозирования. На практике это означает полную уверенность предсказания того, что любое вещество, у которого Log Pow>0, будет в водной среде связываться с ОФ-адсорбентом, независимо от того, обладает оно зарядом или нет. Также можно предвидеть, что микотоксины охратоксин А (Log Pow = 4,7), лолитрем В (Log Pow = 5,8), энниатин А1 (Log Pow = 7,4) или боверицин С (Log Pow = 9,5) будут в водной среде удерживаться неполярной ОФ-матрицей прочнее и более эффективно выводится из пищеварительного тракта, чем, например, афлатоксин А1 (Log Pow = 1,6) или зеараленон (Log Pow = 3,6), а ПАУ бенз[a]пирен (Log Pow = 6,0) или СОЗы p,p`-ДДТ (Log Pow = 6,9) или диоксин (Log Pow = 6,4) – прочнее, чем ПАУ нафталин ( Log Pow = 3,3), или СОЗ эндрин ( Log Pow = 3,7).

Следует отметить, однако, что ОФ-адсорбенты на полисиликатной основе, которые успешно зарекомендовали себя в жидкостной хроматографии, не могут столь же эффективно применяться в сельском хозяйстве в качестве кормовых добавок по крайней мере по двум причинам. Первая из них – высокая цена. Они, как правило, дороже даже холестирамина. Вторая причина кроется в относительно низкой ёмкости таких адсорбентов в водной среде. Аналогичные свойства в водной среде проявляет и активированный уголь. В отличие от гидратированных алюмосиликатных адсорбентов и клеточных стенок дрожжей, ОФ-адсорбенты в виде сухого вещества (ксерогеля) и сухой активированный уголь не способны набухать в водной среде. В силу высокой гидрофобности внешней поверхности и поверхности внутренних капилляров эти вещества плохо или вовсе не смачиваются водой, а вода из-за высокого поверхностного натяжения и маленького диаметра внутренних пор не проникает внутрь частиц адсорбента. Каждый знает, что кофе «эспрессо», приготовленный под давлением (8-9 атм), всегда крепче и имеет более насыщенный и выразительный вкус по сравнению с такой же дозой кофе, заваренной на фильтре или в турке. Аналогичным образом в хроматографии эта проблема решается с помощью подвижных фаз, содержащих в разных пропорциях воду и органические растворители, которые лучше смачивают поверхность частиц ОФ-адсорбента, а смачивание внутренних пор достигается за счёт приложения к колонке с адсорбентом внешнего давления от 10 до 400 бар (кофе «эспрессо»), которое позволяет преодолевать силы поверхностного натяжения и заполнить внутренние поры частиц подвижной фазой. Поэтому при атмосферном давлении в водной среде измеримой сорбционной ёмкостью может обладать только внешняя поверхность ОФ-адсорбентов и активированного угля, величина которой будет зависеть от размера частиц и их способности к смачиванию.

Преимущество ОФ-сорбентов состоит в том, что они позволяют в полярной (водной) среде «сортировать» химические вещества по степени полярности. Полярные вещества, которые хорошо растворяются в воде, слабо удерживаются в водных средах ОФ-сорбентами, но могут связываться полярными адсорбентами, в то время как неполярные вещества, мало растворимые в воде, удерживаются ОФ-сорбентами намного сильней, порой необратимо.

Имено для того, чтобы удалять неполярные микотоксины и другие гидрофобные ксенобиотики (ПАУ и СОЗ) мы предлагаем рассмотреть новую группу кормовых ОФ-адсорбентов для сельскохозяйственных и других домашних животных. Эта новая седьмая группа представлена синтетическими обращённо-фазовыми полисиликатами и носит общее название «Полиалкилированные полисиликатные гидрогели» (ПАПСГ), у которых нет проблем со смачиваемостью в водной среде. Первый представитель этой группы — кормовая добавка «Алвисорб»® представляет собой полиоктилированный полисиликатный гидрогель ( ПОПСГ).

Результаты испытаний, проведенные in vitro и in vivo показали, что ПОПСГ по способности связывать и выводить неполярные МКТ, ПАУ и СОЗ значительно превосходит алюмосиликатные адсорбенты, адсорбенты из клеточных стенок дрожжей и даже активированный уголь.

Более подробно свойства кормовой добавки Алвисорб® на базе ПОПСГ описаны в соответствующем разделе нашего сайта и в представленных научных публикациях.

Рекомендуемая литература

1. Caroline Boudergue, Christine Burel, Sylviane Dragacc, et. al. \\ Review of mycotoxin-detoxifying agents used as feed additives: mode of action, efficacy and feed/food safety \\ Scientific Report submitted to EFSA, CFP/EFSA/FEEDAP/2009/01.

2. Адсорбенты микотоксинов достигают меньшего, чем было обещано.

Dick Ziggers // Mycotoxin binders achieve less than promised // (http://www.allaboutfeed.net/Process-Management/Feed-Safety/2012/10/Mycotoxin-binders-achieve-less-than-promised-1491387W)

3. A. Kolosova and J. Stroka \\ Substances for reduction of the contamination of feed by mycotoxins: a review \\ World Mycotoxin Journal, August 2011; 4 (3): 225-256

4. A. Kolossova, J. Stroka, A. Breidbach, K. Kroeger, M. Ambrosio, K. Bouten, F. Ulberth \\ Evaluation of the Effect of Mycotoxin Binders in Animal Feed on the Analytical Performance of Standardised Methods for the Determination of Mycotoxins in Feed \\ JRC Scientific and Technical Reports, EUR 23997 EN — 2009 (http://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/bitstream/JRC54375/report_binders_amj_fu_ak_final.pdf)

5. А. Соколова \\ Обзор российского рынка адсорбентов \\ © SoyaNews, 2015 г. (http://soyanews.info/news/obzor_rossiyskogo_rynka_adsorbentov.html )

6. В. Лавренева \\ Препараты для вывода и биотрансформации микотоксинов \\ Ценовик от 11.08.2018.

https://www.tsenovik.ru/articles/korma-i-kormovye-dobavki/preparaty-dlya-vyvoda-i-biotransformatsii-mikotoksinov/

7. А. Брылин \\ Микотоксикозы свиней \\ Свиноводство (2015) №6, стр. 45-46.

8. De Mil, T.; Devreese M.; De Baere S.; et al. Characterization of 27 Mycotoxin Binders and the Relation with in Vitro Zearalenone Adsorption at a Single Concentration. Toxins 2015, 7, 21-33.

9. Avantaggiato, G.; Havenaar, R.; Visconti, A. Evaluation of the intestinal absorption of deoxynivalenol and nivalenol by an in vitro gastrointestinal model, and the binding efficacy of activated carbon and other adsorbent materials. Food and Chemical Toxicology 2004, 42, 817–824.

10. Avantaggiato, G.; Havenaar, R.; Visconti, A. Assessment of the Multi-mycotoxin-Binding Efficacy of a Carbon/Aluminosilicate-Based Product in an in Vitro Gastrointestinal Model. J. Agric. Food Chem. 2007, 55, 4810−4819.

11. Kan, C.A. Factors affecting absorption of harmful substances from the digestive tract of poultry and their level in poultry products. World’s Poult. Sci. J. 1994, 50 (1), 39–53. doi: 10.1079/WPS19940004

12. Guerre, P. Lolitrem B and Indole Diterpene Alkaloids Produced by Endophytic Fungi of the Genus Epichloe and Their Toxic Effects in Livestock. Toxins 2016, 8, 47-63. doi: 10.3390/toxins8020047

13. W. F. Jaynes and R. E. Zartman \\ Aflatoxin Toxicity Reduction in Feed by Enhanced Binding to Surface-Modified Clay Additives \\ Toxins 2011, 3, 551-565.

14. A. Sotnichenko, E. Pantsov, D. Shinkarev and V. Okhanov \\ Hydrophobized Reversed-Phase Adsorbent for Protection of Dairy Cattle against Lipophilic Toxins from Diet \\ Efficiensy In Vitro and In Vivo. Toxins (2019), 11(5), 256-281.

А.И.Сотниченко, В.В.Оханов

01.01.2020

Москва

Тетрахлордибензо-п-диоксин (ТХДД)

Среди наиболее типичных представителей стойких органических загрязнителей (СОЗ) необходимо выделить 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин, который чаще называют ТХДД (TCDD), или просто — диоксин (dioxin), и все понимают, о чём речь.

Рисунок 1. Структурная формула ТХДД.

ТХДД, благодаря деятельности человека широко распространён в окружающей среде и представляет собой самый токсичный из всех известных СОЗ. В своё время его по аналогии с Т-2 микотоксином военные пробовали использовать в качестве боевого отравляющего вещества. Пытались также использовать диоксин и в качестве лекарственного средства для лечения онкологических заболеваний.

ТХДД позволяет продемонстрировать как замещение атомов водорода в молекуле органического соединения может драматическим образом влиять на его свойства, превращая обычный химикат, который не представляет особой опасности в высоко токсичный СОЗ. Это относится практически ко всем СОЗ, в том числе и ПХБ. Так, в качестве структурного прародителя ТХДД можно рассматривать дибензо-пара-диоксин, структурная формула которого представлена ниже:

Рисунок 2. Структурная формула дибензо-пара-диоксина.

Это умеренно гидрофобное вещество (Log Pow = 4,30) с низкой токсичностью (LD50 = 1220 мг/кг, крысы per os) и растворимостью в воде на уровне 900 мг/л. Замена 4 атомов водорода в этой молекуле на атомы хлора закономерно приводит к значительному увеличению липофильности (Log Pow = 6,75), резкому снижению растворимости в воде — до 20 нг/л и увеличению токсичности в 25000 раз (LD50 = 50 мкг/кг, крысы per os).

В природе существует 75 различных хлорпроизводных дибензо-п-диоксина, которые по аналогии с ПХБ, называют конгенерами. Самими токсичными из них являются 2,3,7,8-ТХДД и 1,2,3,7,8-пентахлордибензо-п-диоксин (ПеХДД). Ещё три гексахлор производных в 10 раз, гептахлор производное в 100 раз, а октахлор — в 1000 раз менее токсичны, чем ТХДД. Остальные 69 хлорпроизводных дибензо-пара-диоксина имеют значительно меньшую острую токсичность. Но это не означает отсутствия у них какой-либо отрицательной биологической активности по отношению к позвоночным или теплокровным.

Ниже, по аналогии с ПХБ, показано, как влияет замещение атомов водорода на атомы хлора в молекуле дибензо-п-диоксина на липофильность молекулы.

Рисунок 3. Влияние атомов хлора на липофильность конгенеров ТХДД.

Можно видеть, насколько возрастает липофильность молекулы. Одновременно падает растворимость в воде. Всё это приводит к снижению скорости биотрансформации молекул хлордиоксинов в организме позвоночных и возрастанию коэффициента биоаккумуляции токсикантов с послеующим их переносом в проукты животноводства — мясо, икру рыб, яйца, молоко и молочные продукты.

Для ТХДД характерен широкой диапазон межвидовой чувствительности.

Таблица 1. Острая токсичность ТХДД.

Можно видеть, что морская свинка в 180 раз более чувствительна к действию диоксина, чем мышь, такой же грызун. Следует отметить особенно высокую токсичность диоксина для эмбрионов цыплят по сравнению со взрослыми курами. Разница — в 1000 раз. Принимая во внимание, что концентрация диоксина, из-за биоаккумуляции, как и других СОЗ, в тканях позвоночных постоянно увеличивается с возрастом, то неудивительно, что выводимость инкубационных яиц и качество молодняка снижается с возрастом родительского стада. Этот факт имеет прямое отношение и к другим видам сельскохозяйственных и других домашних животных.

О диоксине заговорили после ряда промышленных аварий, непродуманного использования промышленных отходов и применения американской армией во время Вьетнамской войны дефолианта «Agent Orange”, изготовленного по упрощённой технологии, в котором диоксин содержался в качестве побочной технологической примеси.

В рамках боевых действий было израсходовано более 50 000 т этой рецептуры, в которой позже обнаружили наличие около 200 кг примеси в виде 2,3,7,8-ТХДД. Появились сообщения о массовых поражениях населения, а также участников войны – американских и австралийских. Был обнаружен негативный эффект микропримесей гербицида на детородные функции женщин, его мутагенное, тератогенное и эмбриотоксическое действие. Была, наконец, осознана опасность отдаленных последствий поражения, в особенности выраженных в подавлении иммунной системы.

Когда стали очевидны массовые клинические проявления отравлений диоксином, политики, военные и научная общественность занялись изучением свойств этого опасного вещества и поисками его источников.

Было установлено, что диоксин никогда не производился в промышленных масштабах. Достаточно быстро выяснилось, что диоксин образуется в качестве побочного продукта в многочисленных технологических процессах, в которых присутствует хлор или его производные, а также при горении любых органических соединений, содержащих хлор или в присутствии производных хлора. Также было установлено, что диоксин представляет собой чрезвычайно стойкое в химическом плане соединение, практически не подвергается метаболическим превращениям в системе метаболизма ксенобиотиков позвоночных (см. СОЗ), плохо растворяется в воде, но хорошо сорбируется на мелких твёрдых или жидких частицах липофильных веществ и в таком состоянии может переноситься на большие расстояния. С тех пор принято считать, что основным средством распространения диоксина, как и других СОЗ, является пыль.

О степени загрязнённости окружающей среды диоксинами в развитых странах можно судить по некоторым видам продукции животного происхождения из разных стран. Например, рыбная мука и рыбий жир, произведенные в Европе (Северное и Балтийское моря) содержат в 8-10 раз больше диоксинов, чем те же продукты, произведенные в Чили или Перу (Тихоокеанский бассейн).

Параллельно с изучением источников диоксина в окружающей среде изучали пути поступления диоксина и диоксиноподобных соединений в организм человека. Агенство по охране окружающей среды США (US Environment Protection Agency) в одном из своих докладов за 1993 год указало эти пути. Среди источников, которые суммарно обеспечивали более 95% поступления диоксинов в организм человека были выделены 10 наиболее значимых. Они представлены на следующем графике.

Рисунок 3. Основные источники поступления диоксинов в организм человека.

На рисунке представлены данные не только о полихлорированных дибензодиоксинах, но и об их ближайших «родственниках» — полихлорированных дибензофуранах, столь же широко распространённых в окружающей среде. Растительные продукты, из-за их весьма незначительного вклада, были исключены из рассмотрения. Очевидно, что более 90% всех диоксинов поступает с продукцией животноводческого сектора. Причём, более 65% — с говядиной, молоком и молочными продуктами. Аналогичным образом выглядит картина для большинства СОЗ и ПАУ.

Весьма сходные результаты были получены и опубликованы в 2001 году исследователями из University of Texas School of Public Health (А. Шектер с сотрудниками). Данные, полученные этой командой для «потребления» диоксина, практически совпадают с приведенными выше данными для ПХДД/ПХДФ от Агенства по охране окружающей среды США. По их данным также более 65% токсинов поступают в организм среднего американца с говядиной и молочными продуктами.

Рисунок 4. Основные источники поступления диоксинов в организм человека.

Похожую картину наблюдали также исследователи из Нидерландов при рассмотрении основных путей поступления диоксинов в организм детей в возрасте от 2 до 6 лет. Все виды мяса в данной работе были отнесены, к сожалению, к одной колонке. Здесь очевидно смещение в сторону молочных продуктов, что естественно для детской диеты. В итоге получили более 88% поступления токсинов от мяса и молочных продуктов.

Рисунок 5. Основные источники поступления диоксинов в организм (по данным P. E. Boon et al., 2014)

Причина, по которой говядина оказывается в 3 раза более загрязнённой, чем птица или свинина вполне объяснима. Дело в том, что в промышленном свиноводстве и птицеводстве животные содержатся в закрытых помещениях, оборудованных системами очистки воздуха, а в качестве источника пищи получают комбикорма на зерновой основе. Крупный рогатый скот (КРС) большую часть года проводят на открытых пастбищах, а в холодное время года откармливается сеном, сенажом и силосом. Комбикорм при таком режиме составляет незначительную часть рациона. Его количество увеличивают обычно только на последних стадиях откорма скота специализированных мясных пород.

Как упоминалось выше, в качестве основного источника загрязнения кормов на фоновом уровне рассматривается пыль, частицы которой содержат диоксин, другие СОЗ и ПАУ. Пыль способна переносится на большие расстояния и оседать на зелёных частях растений, которые поедаются скотом и заготавливаются в виде сена, сенажа или силоса. В разделе «Химия в кормах» на примере риса мы уже рассматривали распределение ПХДД/ПХДФ в злаковых растениях.

Для других зерновых также было показано, что зерно, которое служит основой любого комбикорма, обычно содержится значительно меньшее количество диоксина и других СОЗ по сравнению с травой, сеном или силосом на единицу сухой массы. С другой стороны, травяные рационы менее калорийны, чем комбикорма, поэтому коэффициент конверсии корма у КРС может достигать 6-9 кг/кг. Кроме того, КРС уступает по скороспелости свиньям, а тем более, птице, что существенно увеличивает сроки откорма мясного скота до 14-18 месяцев. Дойные коровы до отправки «на колбасу» проживают ещё дольше — 4 – 7 лет. Совокупность этих факторов приводит к более высокой степени загрязнения мяса КРС диоксином и другими СОЗ.

Как уже упоминалось, в эту схему хорошо укладываются данные о содержании диоксина в обычных куриных яйцах и т. н. яйцах «органик» от кур на свободном выпасе. В яйцах с обычной птицефабрики содержание диоксина было значительно ниже (в 5-10 раз), чем в «фермерских» яйцах категории «органик».

Можно предположить, что данные о преимущественном поступлении диоксина и других СОЗ в организм человека с продуктами животноводства внесли свой опредеённый вклад в заключение экспертов ВОЗ из Международного агенства по изучению рака (МАИР) об особой опасности красных мясных продуктов для человека.

Рекомендуемая литература

1. Shiu, W.Y., Doucette, W., Gobas, A.P.C., Andren, A. and Mackay, D. // Physical-Chemical Properties of Chlorinated Dibenzo-p-dioxins // Environ. Sci. Technol. (1988 ) 22: 651-658.

2. А. Вакулка // Снова о диоксинах // «Химия и жизнь – XXI век» (2011) № 11 ( http://gochs.info/download/Snova-o-dioksinah.pdf )

3. А. Галкин, П. Бениш // Диоксины в кормах – глобальная угроза и проблемы международной торговли // Материалы 6 Международной конференции “Комбикорма 2012”, Москва, 6-7 февраля, 2012

(http://soyanews.info/news/detail.php?SECTION_ID=4072&ELEMENT_ID=75703 )

4. Л.А. Фёдоров, Диоксины как экологическая опасность: ретроспектива и перспектива, Москва, “Наука” (1993) 226 с.

( http://www.seu.ru/cci/lib/books/dioksiny/index.htm )

5. Furst, P., Beck, H., and Theelen, R.M.C. // Assessment of human intake of PCDDs and PCDFs from different environmental sources // Toxic Substances Journal, (1992) 12, 133-150.

6. Health assesment document for polychlorinated dibenzo-p-dioxins: Final Report EPA-600/8-84/014F. Cincinatti: US EPA, Office of Health and Environmental Assesment (1985) 609 p.

7. Gierthy JF, Bennett JA, Bradley LM, Cutler DS // Correlation of in vitro and in vivo growth suppression of MCF-7 human breast cancer by 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin // Cancer Res. (1993) Jul 1;53(13):3149–3153.

8. Alexander I. Sotnichenko, Sergey E. Severin, Galina A. Posypanova et al. // Water-soluble 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin complex with human a-fetoprotein: properties, toxicity in vivo and antitumor activity in vitro // FEBS Letters (1999) 450, 49-51.

9. А.И. Сотниченко, С.Е. Северин, Н.Б. Фельдман и др. // Изучение противоопухолевой активности водорастворимого комплекса 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксина с a–фетопротеином человека in vivo // Аллергия, астма и клин. иммунология (2001) №1, стр.8-11.

10.Revich B, Aksel E, Ushakova T, Ivanova I, Zhuchenko N, Klyuev N, Brodsky B, Sotskov Y // Dioxin exposure and public health in Chapaevsk, Russia // Chemosphere (2001) May-Jun;43(4-7):951–966.

11. T. Otani, M. Kuwahara, R. Uegaki, and N. Seike. 1. Major route of contamination of rice plants by dioxins. NIAES Annual Report 2003.

http://www.naro.affrc.go.jp/archive/niaes/annual/r2003/html/no04.html

12. Weber, R. et al. \\ Reviewing the relevance of dioxin and PCB sources for food from animal origin and the need for their inventory, control and management \\ Environ. Sci. Eur., 2018, 30, 42-84.

A. Schecter, P. Cramer, K. Boggess, J. Stanley, O. Päpke, J. Olson, A. Silver, M. Schmitz \\ Intake of dioxins and related compounds from food in the U.S. population \\ J Toxicol Environ Health A, . 2001, 63(1):1-18.

13. P. E. Boon et al. // Dietary exposure to dioxins in the Netherlands //RIVM Letter report 2014, 39р.

А.И.Сотниченко, В.В.Оханов

01.01.2020

Москва

ДДТ и другие хлорорганические пестициды

До недавнего времени и начала эры синтетических пиретроидов одна из наиболее эффективных групп инсектицидных препаратов была представлена хлорорганическими пестицидами (ХОП). Эти соединения производились в огромных количествах и применялись на обширных территориях. Более детальное изучение химических и биологических свойств этих соединений со временем привело к более скептическому отношению к ним и в конце концов к их полному запрету. За 40-летний период, начиная с 1947 года, когда активно заработали заводы по производству ХОП, их было выпущено более 3,6 млн. т.

Среди ХОП наиболее широко применялся и наиболее полно изучен ДихлорДифенилТрихлорэтан (ДДТ). Он был одним из первых мощных инсектицидов, широкое применение которого было связано с очевидными успехами в борьбе против переносчиков малярии и сыпного тифа во многих странах.

Впервые ДДТ был синтезирован и описан в 1873 году австрийским химиком Отмаром Цейдлером. Вещество долгое время не находило практического применения до тех пор, пока в 1939 году швейцарский химик Пауль Мюллер не выявил и продемонстрировал его мощные инсектицидные свойства. В 1942 году Мюллер, Лаугер и Мартин предложили использовать ДДТ в качестве эффективного инсектицида и запатентовали его.

В 1942 г. препарат поступил в продажу и начал свое шествие по планете. Он был представлен как идеальное средство для борьбы с переносчиками сыпного тифа и малярии — болезнями, бывшими во время Второй мировой войны самыми крупными медицинскими проблемами. Токсичность ДДТ для людей оказалась настолько низкой, что его предполагали распылять на тело для уничтожения платяных вшей и профилактики сыпного тифа. В своё время в СССР выпускалось так называемое «дустовое мыло», содержащее ДДТ, для борьбы с головными и лобковыми вшами. Следует отметить, справедливости ради, что эффективность этого простого средства была весьма высока. Достаточно было однократного применения.

Относительно низкая цена ДДТ (что немаловажно) позволяла использовать его во время Второй мировой войны для распыления на целые острова Тихого океана перед высадкой вооруженных сил США, чтобы уничтожить там малярийных комаров и обезопасить десант от инфекции. Высокая устойчивость препарата даже при однократном распылении обеспечивала его эффективное действие в течение нескольких месяцев. В 1948 году Паулю Мюллеру за открытие инсектицидных свойств ДДТ была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине.

Применение ДДТ позволило резко уменьшить смертность от болезней, переносимых насекомыми. С помощью ДДТ от этих болезней были спасены миллионы жизней.

Такая высокая эффекивность и низкая стоимость препарата привели к тому, что ДДТ очень широко использовался как инсектицид во многих странах, в том числе и в бытовых условиях. Однако впоследствии выяснилось, что именно широкий спектр действия и крайне высокая метаболическая и экологическая устойчивость привели к тому, что сейчас в большинстве стран за несколькими исключениями отказались от использования ДДТ. Из-за широкого спектра действия вместе с вредными насекомыми уничтожались и полезные. А его высокая устойчивость в окружающей среде приводила к тому, что ДДТ накапливался в пищевых цепях и оказывал губительное действие на их концевые звенья. Дальнейшие исследования показали, что ДДТ оказывает влияние практически на все живые организмы. Из-за высокой липофильности (Log Pow = 6,49 — 6,91) ДДТ и его метаболиты мигрируют по пищевым цепям, накапливаются в жировых тканях позвоночных и проявляет свои токсические свойства при длительном воздействии. Оказалось, что ДДТ является промотором канцерогенеза, мутагеном, эмбриотоксином, нейротоксином, иммунотоксином, изменяет гормональную систему, отрицательно влияя на репродуктивную функцию, вызывает анемию, болезни печени и т. д. Сильно влияет ДДТ и на птиц, особенно хищных и насекомоядных, приводя к утончению скорлупы яиц и тем самым препятствуя нормальному выведению птенцов. ДДТ также уменьшает воспроизводство у рыб, змей, крокодилов и хищных млекопитающих, особенно морских. Дело в том, что биоаккумуляция ДДТ приводит к его биомагнификации с коэффициентом около 10 на каждом звене пищевой цепи. Было установлено, что концентрация ДДТ в жире хищных птиц, питающихся рыбой, приблизительно в 1000 раз выше, чем у растительноядных птиц, и в 200 — 300 тысяч раз выше, чем его концентрация в водоёмах.

Рисунок 1. Основные метаболиты ДДТ.

ДДТ хоть и медленно, но всё же подвергается метаболическим и химическим превращениям в организме позвоночных и в окружающей среде. Но его основные метаболиты ДихлорДифенилДихлорэтан (ДДД) и ДихлорДифенилЭтилен (ДДЭ) не менее стабильны и токсичны, чем исходное вещество, а по некоторым биологическим эффектам даже его превосходят. Роль метаболитов ДДТ часто недооценивается, хотя тот же ДДЭ столь же токсичен и еще более устойчив, чем ДДТ. Так, в обширном исследовании, проведенном в США, было обнаружено, что из шести раковых заболеваний, изученных авторами, только смертность от рака печени прямо зависит от концентрации не только ДДТ, но и его основного метаболита ДДЭ в тканях организма.

Дальнейшие исследования показали, что всё выше сказанное о ДДТ в значительной степени присуще и другим представителям ХОП, таким, как линдан, мирекс, диэльдрин, альдрин, ГХЦГ и др.

Известно, что ДДТ, также, как и другие СОЗ, с возрастом накапливается в жировой ткани человека. Причём, установлено, что основными источниками всех СОЗ (до 95%), включая ДДТ и его метаболиты и ТХДД для человека является продукция животноводства — мясо, рыбная икра, яйца и молочные продукты. Отмечено также, что на долю ДДТ и его метаболитов приходится более 30% всех загрязнений. Особенно сильному загрязнению подвергается говядина и молочные продукты.

Рисунок 2. Накопление ДДТ и ДДЭ в жировой ткани человека.

При рассмотрении рисунка закономерно возникает вопрос. Откуда у ребёнка 5 лет от роду такие количества ДДТ? Всего лишь в 3 раза меньше, чем у 90-летнего деда. Ответ очень прост. С молоком матери.

Недавно провели оценку уровня отдельных хлорорганических веществ и пестицидов в плаценте и в грудном молоке датских и финских женщин. Среди них основными загрянителями были р,р’-ДДЕ, бета-гексахлорциклогексан (ГХЦГ), гексахлорбензол (ГХБ), эндосульфан, диэльдрин, оксихлордан, цис-гептахлорэпоксид и р,р’-ДДТ. Наблюдалась высокая положительная линейная корреляция между концентрациями этих веществ в плаценте и грудном молоке в образцах из Дании и Финляндии. Из-за высокой липофильности эти загрязнители свободно проникают через плацентарный барьер и могут угрожать физическому и ментальному развитию плода. А из-за высокого содержания жира в молоке они при кормлении поступают в организм младенца, что также может негативно сказываться на его развитии. Известно, что концентрация большинства исследованных СОЗ, в том числе ДДТ и ТХДД, в женском молоке значительно выше (в 5 — 50 раз), чем в коровьем или в искусственных молочных смесях на основе коровьего молока.

Итак, в современном мире человек подвергается действию ДДТ с рождения. К чему это может привести? Как показываю результаты многочисленных исследований, ни к чему хорошему.

ДДТ и его метаболиты обладают выраженным эстрогенным и антиандрогенным действием. В какой-то мере это роднит ДДТ с эстрогенным микотоксином зеараленоном. Оба эти вещества весьма отрицательно влияют на развитие мужской половой сферы, как у человека, так и у животных. При попадании ZEA и ДДТ в организм петушков они прежде всего мешают нормальному формированию и развитию половых желёз.

Рисунок 3. Влияние ДДТ и зеараленона на развитие тестикул петухов.

Это обстоятельство целесообразно учитывать при содержании ремонтного молодняка и родительского стада. Кроме того, ДДТ вызывает истончение скорлупы яиц, снижение выводимости и качества цыплят.

У человека было обнаружено, что ДДТ вызывает уменьшение веса и аногенитального расстояния у новорожденных мальчиков, увеличение риска развития карциномы яичка, снижение размера яичек и предстательной железы, уменьшение объёма эякулята у половозрелых мужчин и снижение до 2 раз концентрации сперматозоидов в семенной жидкости. Все эти проявления в совокупности могут приводить к снижению половой активности и ставить под сомнение возможность иметь потомство.

Сравнительно недавно было установлено, что ДДД имеет отношение к увеличению веса тела и развитию диабета 2-го типа, повышению артериального давления и уровня «плохого» холестерина в крови, увеличению риска развития рака молочной железы у молодых женщин, а также к возрастанию риска рождения ребёнка с признаками аутизма у матерей, подвергавшихся воздействию ДДТ.

Данные мировой научной литературы и наши данные, полученные в разных молочных хозяйствах Подмосковья и Калужской области свидетельствуют о том, что несмотря на давние запреты на применение ДДТ, это соединение и его метаболиты до сих пор обнаруживается в почве, кормах и молоке коров в количествах, сопоставимых с таковыми для ПХБ. Особенно высокое содержание ДДТ и его метаболитов в молоке молочного скота и кормящих женщин отмечается в Индии и странах Южной Африки, странах, которые до сих пор вынужденно применяют этот инсектицид для борьбы с малярией.

Всё вышеизложенное позволяет сделать однозначный вывод: необходимо использовать все возможности для уменьшения содержания ДДТ и других СОЗ в кормах сельскохозяйственных животных и, следовательно, в продуктах животноводства (яйца, икра, молоко и молочные и мясные продукты). Следует использовать «правильные» корма и «правильные» адсорбенты.

Рекомендуемая литература

1. В. Эйхлер // Яды в нашей пище // (1985) М. «Мир» 202 с.

2.H. Shen, K.M. Main, H.E. Virtanen et al. // From mother to child: investigation of prenatal and postnatal exposure to persistent bioaccumulating toxicants using breast milk and placenta biomonitoring // Chemosphere (2007) Apr;67(9):S256-62.

3. Toxicological Profile for DDT, DDE, and DDD // U.S. Department of Health and Human Servicies, Public Health Service, Agency for Toxic Substances and Disease Registry (2002) 403 p.

4. P. Cocco, N. Kazerouni and Shelia Hoar Zahm // Cancer morality and environmental exposure to DDE in the United States // Envir. Health Persps. (2000) 108, No.1:1-4.

5. J. Toppari, J.C. Larsen, P. Christiansen et al. // Male reproductive health and environmental xenoestrogens // Environ. Health Persp. (1996) v. 104, Suppl. 4, p. 741-803.

6. B.A. Cohn, P.M. Cirillo, R.E. Christianson // Prenatal DDT exposure and testicular cancer: a nested case-control study // Arch. Environ. Occup. Health (2010) 65(3):127-34.

7. H. Guo, Y. Jin, Y. Cheng et al. // Prenatal exposure to organochlorine pesticides and infant birth weight in China // Chemosphere (2014) 110:1-7.

8. G. Toft, A. Rignell-Hydbom, E. Tyrkiel, et al. // Semen quality and exposure to persistent organochlorine pollutants // Epidemiology (2006) 17(4):450-8.

9. L.M. Jaacks, L.R. Staimez // Association of persistent organic pollutants and non-persistent pesticides with diabetes and diabetes-related health outcomes in Asia: A systematic review // Environ. Int. (2015) 76:57-70.

10. A. Blomqvist, C. Berg, L. Holm, I. Brandt, Y. Ridderstra, and B. Brunstro // Defective Reproductive Organ Morphology and Function in Domestic Rooster Embryonically Exposed to o,p -DDT or Ethynylestradiol // BIOLOGY OF REPRODUCTION 74, 481–486 (2006)

А.И.Сотниченко, В.В.Оханов

01.01.2020

Москва

Полихлорированные бифенилы (ПХБ)

Полихлорированные бифенилы (ПХБ) — группа органических соединений, которая включает все хлорзамещённые производные бифенила, отвечающие общей формуле:

C12H(10-x)Clx

Общая молекулярная структура ПХБ представлена ниже:

Всего существует 209 индивидуальных представителей ПХБ, отличающихся числом (от 1 до 10) и положением атомов хлора в молекуле, которые в англоязычной литературе обозначаются как «congeners», что в переводе на русский означает — «вещь или человек того же вида или категории, что и другой» (сородич, собрат, нечто родственное и т. д.). Этот термин был заимствован и перенесён в отечественную литературу, поэтому представителей ПХБ, а также представителей полихлорированных дибензодиоксинов (ПХДД) и дибензофуранов (ПХДФ) называют конгенерами. Конгенеры с одинаковым количеством атомов хлора в молекуле, поскольку имеют одинаковый состав молекул, но разную структуру, подпадают под определение «изомер». Этот факт отмечен в таблице 1. Так, например, в группе конгенеров ПХБ с пятью атомами хлора содержится 46 геометрических изомеров пентахлорбифенила. Каждому из представителей ПХБ для удобства иентификации по системе IUPAC присвоен индивидуальный номер от 1 (монохлорбифенил) до 209 (декахлорбифенил), которы приведены в таблице.

Ниже по аналогии с диоксинами показано, как влияет замещение атомов водорода на атомы хлора в молекулах конгенеров ПХБ с соответствующими номерами на липофильность молекулы.

Таблица 1. Липофильные свойства конгеров и изомеров ПХБ.

В этом ряду наблюдается быстрое падение растворимости в воде и близкая к линейной (R = 0,996) корреляция между количеством атомов хлора в молекуле бифенила или её номером и её коэффициентом распределения в системе октанол/вода, что представлено на графике ниже.

Рисунок 1. Зависимость коэффициента распределения от числа атомов хлора в молекулах полихлорированных бифенилов.

ПХБ находили и находят до сих пор широкое применение в качестве диэлектриков в трансформаторах и конденсаторах, охлаждающих и гидравлических жидкостей в теплообменных системах и подъёмных механизмах, входили в состав пластификаторов, красок, лаков, смазочных масел и пр. Промышленное производство ПХБ в СССР было начато в конце 30-х годов ХХ столетия. За весь период производства этих соединений в нашей стране с 1939 г. по 1993 г. было произведено более 180 тыс. т ПХБ различных марок. В мире по разным оценкам объём производства исчислялся в миллионах тонн. Принято считать, что около 30% от всего произведенного объёма ПХБ по разным причинам оказалось в виде загрязнений в окружающей среде и в настоящее время представляют серьёзную угрозу для фауны в целом и для внутренней среды человека в частности. Следует отметить, что ПХБ продолжают поступать в окружающую среду и в настоящее время. Это касается той доли мировых запасов этих веществ, которые в своё время имели «открытое» применение в виде пластификаторов, лаков, красок, герметиков, смазочных масел и гидравлических жидкостей. Так, например, одна Германия до сих пор ежегодно эмитирует в окружающую среду от 7 до 12 т разных смесей ПХБ из открытых источников. Опасность, создаваемая ПХБ для представителей фауны и человека, связана с миграцией этих веществ по вертикали пищевых цепей с постепенным накоплением этих липофильных веществ в жировой ткани и последующим отсроченным проявлением их токсических эффектов, которые выражаются в мутагенезе, тератогенезе, канцерогенезе, нарушениях в эндокринной, нервной и иммунной системах, а также в негативном влиянии на печень, почки и кожу. Всё сказанное о биологических свойствах СОЗ в соответствующем разделе в полной мере относится и к ПХБ.

В первую очередь это относится к хищным позвоночным и человеку, которые занимают высшие ступени пищевых цепей. Следует учитывать при этом, что все промышленные марки ПХБ представляют собой сложные смеси конгенеров и изомеров с разным содержанием хлора. Вместе с тем, показано, что все эти смеси наряду с ПХБ всегда в тех или иных концентрациях содержат намного более токсичные ПХДД и ПХДФ.

В таблице ниже предствлены так называемые «индикаторные» ПХБ, которые по мнению специалистов в наибольшем количестве распространены в окружающей среде.

Таблица 2. «Индикаторные» ПХБ

Наибольшей острой токсичностью для теплокровных обладают ПХБ, представленные в следующей таблице. Для наглядности указана токсичность веществ по сравнению с наиболее токсичным из всех известных представителей СОЗ — ТХДД, который всегда присутствует с смесях ПХБ, особенно в «отработанных».

Таблица 3. Относительная токсичность «диоксиноподобных» ПХБ

Остальные конгенеры обладают меньшей острой токсичностью, но это не исключает их токсических свойств, которые могут проявляться при их накоплении в жировых тканях и длительном воздействии на различные системы организма.

По аналогии с ПАУ ниже приводятся сведения о содержании ПХБ в почве, кормах и молоке молочных хозяйств. Самое низкое содержание ПХБ отмечалось в почве разных подмосковных молочных хозяйств. Суммарная концентрация ПХБ (n = 60) в почвах 6 молочных хозяйств варьировала от 0,5 до 2,5 нг/г. Концентрация ПХБ в кормах была несколько выше — от 3,0 до 7,5 нг/мл. Более высокая концентрация ПХБ наблюдалась в молоке — от 25 до 60 нг/г липидной фракции. Ещё более высокие концентрации ПХБ мы наблюдали в крови коров и телят. Эти данные могут быть сопоставлены с нашими данными по содержанию ПАУ в почве, кормах и молоке этих же хозяйств. Следует отметить, что при значительно более низком содержании ПХБ в почве и кормах, их концентрации в молоке сопоставимы. Это ещё раз свидетельствует о высокой степени биоаккумуляции ПАУ и ПХБ в организме коров. Наряду с этим, можно с уверенностью констатировать, что биоаккумуляция ПАУ в некоторой степени компенсируется их биотрансформацией в системе метаболизма ксенобиотиков и выводом их части в виде более гидрофильных метаболитов из организма, в то время как значительно более низкая степень биотрансформации ПХБ в этой системе увеличивает коэффициенты их биоаккумуляции и степень их переноса в молоко по сравнению с ПАУ по отношению к потребляемым кормам.

Рекомендуемая литература

1. Юфит С.С. Яды вокруг нас. Цикл лекций. Москва: Джеймс, 2001.

2. Википедия. Полихлорированные бифенилы.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Полихлорированные_дифенилы#Нормирование

Wikipedia. Polychlorinated biphenyls.

https://en.wikipedia.org/wiki/Polychlorinated_biphenyl

3. Клюев Н.А., Бродский Е.С. Определение полихлорированных бифенилов в окружающей среде и биоте. Полихлорированные бифенилы. Супертоксиканты XXI века. Инф. выпуск № 5 ВИНИТИ, Москва, 2000, с. 31-63.

4. IARC Monograph, 2015, POLYCHLORINATED BIPHENYLS AND POLYBROMINATED BIPHENYLS.

5. Weber, R. et al. \\ Reviewing the relevance of dioxin and PCB sources for food from animal origin and the need for their inventory, control and management \\ Environ. Sci. Eur., 2018, 30, 42-84.

А.И.Сотниченко, В.В.Оханов

01.01.2020

Москва

Стойкие органические загрязнители (СОЗ)

К стойким органическим загрянителям (СОЗ) относятся синтетические органические соединения, отличающиеся наличием в своих структурах большого количества атомов хлора, брома или фтора. Все они были в своё время синтезированы в химических лабораториях, выпускались в промышленных масштабах и долгое время широко применялись в качестве диэлектрических жидкостей в конденсаторах и трансформаторах, гидравлических жидкостей, пламегасителей, пластификаторов, иммерсионных и смазочных масел, фунгицидов, инсектицидов, гербицидов и консервантов древесины. Некоторые из них были обнаружены намного позже первых представителей этой группы в виде незначительных примесей в целевых продуктах производства, но позже оказалось, что вклад этих примесей в биологическую активность СОЗ намного превосходит сами целевые продукты. Это относится к полихлорированным дибензодиоксинам (ПХДД) и дибензофуранам (ПХДФ) и некоторым полихлорированным бифенилам (ПХБ).

Эти вещества выпускались в огромных количествах и широко применялись в промышленности и сельском хозяйстве. Объёмы производства этих соединений поддерживались на уровне десятков и сотен тысяч тонн почти 40 лет с начала 30-х годов ХХ в. до тех пор, пока не стало ясно, что выгоды от их использования намного перекрываются вредом, который СОЗ наносят окружающей среде и здоровью человека. В одном СССР с 1939 по 1993 г.г. было произведено почти 189 тыс. т ПХБ. Печально известный инсектицид ДДТ производился и применялся в сельском хозяйстве СССР в количестве многих десятков тысяч тонн ежегодно.

За 40 лет накопилось достаточно информации о реальных свойствах СОЗ. Так выяснилось, что такое достоинство СОЗ, как высокая химическая и термическая устойчивость обернулась высокой загрязнённостью окружающей среды этими соединениями даже в местах на значительном удалении от их производства и использования, накоплением их в почве, донных осадках, жировых тканях и включению в пищевые цепи. А целый ряд аварий на предприятиях, где производились СОЗ, а также общий уровень состояния здоровья работников таких производств даже в штатных режимах позволили сделать вывод об их реальной угрозе здоровью человека. Выяснилось, что СОЗ:

1) накапливаются в жировой ткани;

2) повышают риск развития рака;

3) нарушают структуру генетического аппарата;

4) повреждают репродуктивную функцию;

5) угнетают иммунную систему;

6) приводят к патологиям системы кроветворения;

7) нарушают работу печени, почек, нервной и эндокринной систем;

8) СОЗ особенно опасны для эмбрионов и молодняка

Потом была военная кампания США во Вьетнаме, во время которой в дефолиантах «Reagent Orange” был обнаружен 2,3,7,8-дибензо-п-диоксин, или просто — диоксин (самый токсичный из СОЗ). Дело зашло настолько далеко, что пришлось вмешаться учёным, политикам и международным организациям. В результате их совместной деятельности по инициативе ООН в Стокгольме в 1972 г. была организована конференция по проблемам окружающей среды. По итогам конференции была опубликована декларация, в которой были сформулированы основные принципы охраны окружающей среды и здоровья человека. В течение последующих лет усилия в этом направлении привели к запрету в большинстве стран на производство и применение ряда СОЗ, что нашло своё юридическое отражение в подписании в 2001 г. т. н. Стокгольмской конвенции «О стойких органических загрязнителях» (СОЗ). К 2004 г. конвенция была ратифицирована 128 странами и вступила в силу. Это означало полный запрет на производство и использование хлорорганических пестицидов и других СОЗ. Россия присоединилась к Стокгольмской конвенции в мае 2002 г., а в 2011 г. Россия её ратифицировала. Основные цели, которые в теории достигались присоединением к Конвенции, заключались в сокращении, остановке и ликвидации производств СОЗ, контролю за выбросами в окружающую среду и разработке мероприятий по деконтаминации зараженных территорий. Но не было ничего сделано для защиты животных и людей, в организм которых они уже проникли и продолжают проникать и накапливаться.

На Конференции в Стокгольме был разработан и утверждён первый список СОЗ, представляющих наибольшую опасность — так называемая «грязная дюжина». В её состав входили как индивидуальные химические соединения, так и целые группы близкородственных веществ.

Изначально в состав «грязной дюжины» входили: альдрин, хлордан, диэльдрин, эндрин, гептахлор, гексахлорбензол, мирекс, токсафен, полихлорированные бифенилы (ПХБ), ДДТ, полихлорированные дибензо-п-диоксины и полихлорированные дибензофураны. Позже этот список был расширен до 22 членов и, по-видимому, будет расширяться и в дальнейшем.

В таблице ниже представлены структурные формулы некоторых членов семейства СОЗ.

Рисунок 1. Структурные формулы некоторых СОЗ.

Можно отметить, что СОЗ по разнообразию строения уступают микотоксинам (МКТ), но превосходят полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Вместе с тем, есть общие черты, которые объединяют СОЗ как с МКТ, так и с ПАУ. Есть и различия.

Среди различий необходимо прежде всего отметить «стойкость» в окружающей среде. По этому показателю СОЗ значительно превосходят и МКТ, и ПАУ, поэтому их называют — «стойкие». СОЗ также отличаются не только выдающейся химической, но и значительно более высокой метаболической устойчивостью в системе метаболизма ксенобиотиков позвоночных. Ещё одно отличие заключается в том, что МКТ и в какой-то степени ПАУ можно отнести к «натуральными» соединениям, которые встречались в природе задолго до появления позвоночных и человека на Земле, то СОЗ представляют собой на 99,99% синтетические рукотворные вещества. Кроме того, по токсичности некоторые СОЗ превосходят все известные ПАУ и МКТ.

Среди общих черт СОЗ и ПАУ следует во-первых отметить высокую липофильность (Log Pow > 3), повсеместную распространённость в окружающей среде, способность к возгонке из сухого состояния, конденсации на частицах пыли и к трансграничному переносу и аккумуляции на поверхности растений, почвы и в донных отложениях.

С микотоксинами СОЗ объединяет многообразие биологических эффектов: высокая токсичность, влияние на кроветворение, дисбаланс пищеварительной, нервной, иммунной и эндокринной систем, тератогенность и канцерогенность.

Выше было сказано, что повсеместное распространение МКТ и ПАУ в окружающей среде задолго до появления человека привело к тому, что у позвоночных в процессе эволюции возникли системы метаболизма ксенобиотиков, которые с определённой эффективностью были способны нейтрализовать и выводить из организма значительную часть этих веществ. В случае с СОЗ картина выглядит совершенно иначе. В процессе эволюции живые системы никогда не сталкивались с подобными химическими соединениями, которые были синтезированы и применялись человеком в ХХ веке, поэтому и не смогли к ним приспособиться за короткий срок (<100 лет). Оказалось, что система окисления ксенобиотиков цитохрома Р-450 не способна со сравнимой с другими ксенобиотиками скростью окислять большую часть представителей СОЗ. Этому препятствует массированная замена атомов водорода в молекулах углеводородов на галогены в этих соединениях и, как следствие, несоответствие диапазонам субстратной специфичности цитохромов печени. К чему это может приводить, описано в разделе, посвящённому наиболее опасному из СОЗ — ТХДД. Поэтому СОЗ при попадании в организм позвоночных практически на подвергаются никаким метаболическим превращениям и после нескольких циклов в гепато-энтеральной циркуляции в силу высокой гидрофобности (Log Pow > 3) не выводятся из организма, а постепенно депонируются в жировых тканях и в случае животноводства переносятся в готовую продукцию. Вывести их из организма можно в измеримые сроки только, разомкнув гепато-интестинальную петлю с применением адсорбентов с высоким сродством к гидрофобным ксенобиотикам.

По масштабам загрязнения окружающей среды и кормов для сельскохозяйственных животных СОЗ сопоставимы с МКТ, а иногда их превосходят. Как показывает практика все без исключения продукты питания, которые употребляет человек содержат СОЗ в той или иной концентрации. Основными источниками загрязнения для внутренней среды человека служат профессиональная деятельность занятых на вредных производствах и продукты животного происхождения — мясо, рыба, икра, моллюски-цедильщики (устрицы, мидии, гребешки и т.д.), птица и яйца. Отмечено, что самый большой вклад в этот процесс вносят говядина и молочные продукты. Поэтому существует настоятельная необходимость контролировать корма и продукты животноводства на предмет содержания в них СОЗ. Существует мнение, что у СОЗ, как и у ионизирующей радиации не бывает безопасных доз…

Среди всех СОЗ, которые применялись намеренно или нет, дополнительного внимания заслуживают, пожалуй, только три из них — ДДТ, ПХБ и ТХДД, которым посвящены отдельные статьи на нашем сайте. Первый из них применялся сельском хозяйстве в количестве десятков тысяч тонн и продолжает производиться и применяться в некоторых странах, вторые продолжают производится и применяться до сих пор, несмотря на запреты, а третий нигде специально не производился, но продолжает попадать в окружающую среду в измеримых количествах «случайным образом», но неясно, что имеет для животных и человека более негативные последствия.

Между ними существуют довольно заметные различия по нахождению в настоящее время в природных ландшафтах. ПХБ и диоксины формируют некий основной базовый фон, который может выдавать некоторые «всплески» в местах производства и промышленного использования ПХБ в недалёком прошлом. ДДТ и другие СОЗ, которые в прошлом находили применение в качестве пестицидов в сельском хозяйстве, например, ГХЦГ, альдрин, гептахлор и др., до сих пор (спустя более 30 лет) образуют в почве и кормах достаточно обособленные «пятна». Это связано с «традициями» применения тех или иных пестицидов в разных сельскохозяйственных регионах СССР. Так, например, в Калужской области в молоке коров нами обнаружены метаболиты ДДТ, альдрин, диэльдрин и гептахлор, а в западных и северо-восточных районах Московской области в молоке были найдены ДДТ и его метаболиты и различные изомеры ГХЦГ, а альдрин, диэльдрин и гептахлор обнаружены не были. В этом направлении по изучению географии распространения разных СОЗ в сельскохозяйственных ландшафтах нашей страны предстоит большая и целенаправленная работа. К великому сожалению, в нашей стране за последние 30 лет не смогли вырастить достаточное количество компетентных специалистов в данной области. А некоторые «старые» кадры с советских времён даже не «подозревают» о существовании такой проблемы.

Как уже подчёркивалось ранее, очень крупные ресурсы мирового сообщества направлены на избавление от СОЗ и последствий их применения в планетарном масштабе, но ничего пока не делается для того, чтобы избавить животных и людей, которые уже подверглись воздействию этих опасных экотоксикантов, от их токсического действия. В настоящее время эта проблема может быть в значительной степени решена только при целенаправленном использовании по настоящему эффективных энтеральных адсорбентов в ветеринарии и медицине. Первые реальные и обнадёживающие результаты в этом направлении нами уже получены.

Рекомендуемая литература

1. Стокгольмская Конвенция о стойких органических загрязнителях (2001) Стокгольм.

2. Б.А.Ревич // Стойкие органические загрязнители в местных продуктах питания: риски для здоровья населения // (2014) ИНП РАН.

3. Ю.А. Трегер // Стойкие органические загрязнители. Проблемы и пути их решения // Вестник МИТХТ (2011), т. 6, № 5, стр. 87-97.

4. Ю.А. Трегер // СОЗ — стойкие и очень опасные // Chemical Journal (2013) №1, стр. 30-34.

5. G. I. Agapkina, , E. S. Efimenko, E. S. Brodskiy, et.al. // Concentration and Distribution of Polychlorinated Biphenyls in Soils of Moscow // Moscow University Soil Science Bulletin (2011) Vol. 66, № 1pp. 36-41.

5. Environmental Pollution by Pesticides // C. Edwards Ed., Plenum Press (1973) p. 542.

6. Donald Mackay, Wan Ying Shiu, Kuo-Ching Ma, Sum Chi Lee // Handbook of Physical-Chemical Properties and Environmental Fate for Organic Chemicals, Second Ed. (2006) // CRC, Taylor & Francis Group, LLC

7. Euro Chlor Risk Assessment for the Marine Environment OSPARCOM Region – North Sea (2002)

8. S. Safe, S. Bandiera, T. Sawyer, et al. // PCBs: Structure-Function Relationships and Mechanism of Action // Environmental Health Perspectives (1985) Vol. 60, pp. 47-56.

9. R.E. Duggan, J.R. Weatherwax // Dietary intake of pesticide chemicals. Calculated daily consumption of pesticides with foods are discussed and compared with currently accepted values // Science (1967) Sep 1;157(3792) pp.1006-10.

10. A. Sotnichenko, E. Pantsov, D. Shinkarev and V. Okhanov. Hydrophobized Reversed-Phase Adsorbent for Protection of Dairy Cattle against Lipophilic Toxins from Diet. Efficiensy In Vitro and In Vivo. Toxins (2019), 11(5), 256-281.

А.И.Сотниченко, В.В.Оханов

01.01.2020

Москва

Полиароматические углеводороды (ПАУ)

Полициклические ароматические, или полиароматические углеводороды (ПАУ) представляют собой обширную группу ароматических соединений углеводородной природы, построенных из двух и более шестичленных бензольных циклов. Наиболее типичные представители этой группы представлены на рисунке.

Рисунок 1. Структурные формулы некоторых ПАУ.

Очевидно, что ПАУ по разнообразию строения молекул значительно уступают и микотоксинам (МКТ) и стойким органическим загрязнителям (СОЗ).

Наряду с этим ПАУ в своей массе высоко липофильные вещества со значениями Log Pow > 3 и обладают способностью к биоаккумуляции и биомагнификации, т. е. ПАУ, которые не подверглись метаболическим превращениям из-за перегрузки системы детоксикации печени могут накапливаться в жировых депо, оказывать длительное токсическое воздействие на организм и подниматься вверх по пищевым цепям. Человек, хищные млекопитающие и птицы находятся на их вершинах.

При загрязнении кормов ПАУ они способны инициировать опухолевые процессы. Конечно трудно предположить, что у бройлеров или поросят разовьются злокачественные новообразования за срок их выращивания, но у несушек и в родительском стаде птицы и других животных, особенно в мясном и молочном секторах, вероятность таких процессов возрастает параллельно степени загрязнения кормов этими опасными соединениями и длительностью их поедания.

Но даже, если исключить вероятность возникновения злокачественных новообразований у обитателей животноводческой фермы, нельзя не учитывать другие отрицательные последствия загрязнения кормов ПАУ, которые выражаются в снижении аппетита и продуктивности, ухудшении конверсии корма и приводят к нарушениям в работе пищеварительной, иммунной и эндокринной систем. Кроме того, многие ПАУ обладают мутагенным и тератогенным действием, что может отрицательно сказываться на качестве и жизнеспособности потомства.

ПАУ повсеместно распространены в окружающей среде, поскольку образуются во всех процессах низкотемпературного горения или термического разложения органических материалов, особенно их много в продуктах неполного сгорания. Дым и копоть состоят из частиц, содержащих ПАУ в высоких концентрациях. Среди основных источников ПАУ называют выхлопные газы автотранспорта, получение кокса из каменного угля, металлургические процессы, природные и антропогенные пожары, горение каменного угля, древесины, табака, нефти и нефтепродуктов, функционирование тепловых электростанций, мусоросжигательных заводов и др. В больших количествах ПАУ образуются при некоторых способах тепловой обработки пищи (гриль, барбекю, жарка), а также при копчении продуктов в домашних и промышленных условиях. Все эти источники приводят к тому, что ежегодное поступление ПАУ в ландшафты мира исчисляется десятками тысяч тонн, и по данным экологического мониторинга мы проживаем в условиях, когда нормы содержания бенз(а)пирена (индикаторный ПАУ) превышены во много раз. В среднем, уровень загрязнения воздуха в городах выше ПДК в 5—12 раз, в почвах — в 3–7 раз, в продуктах питания — от 1,5 до 11 раз.

В постановлении Комиссии ЕС №208/2005 от 04.02.05 принято решение о том, что бенз(а)пирен можно использовать как показатель наличия в пищевых продуктах других канцерогенных ПАУ, таких как бенз(а)антрацен, бенз(в)флуорантен, бенз(j)флуорантен, бенз(k)флуорантен, бенз(g,h,i)перилен, хризен, циклопента(c,d)пирен, дибенз(a,i)пирен, дибенз(a,l)пирен, индено(1,2,3-c,d)пирен и 5-метилхризен. В будущем Комиссией ЕС предполагается накопление экспериментальных данных о содержании и соотношении ПАУ в пищевых продуктах с тем, чтобы рассмотреть вопрос корректности выбора бенз(а)пирена как показателя наличия канцерогенных ПАУ.

Количество бенз(а)пирена в городской атмосфере можно проиллюстрировать на простом примере. Известно, что выхлопные газы автомобильного двигателя внутреннего сгорания кроме всего прочего содержат от 10 до 20 мкг бенз(а)пирена на 1 м3. Для расчётов возьмём самый массовый бензиновый двигатель объёмом 1,6 л. Простая калькуляция показывает, что только за 1 час работы при 3000 об/мин такой двигатель выбрасывает в атмосферу около 5 мг этого канцерогена. Жители крупных городов за год вдыхают такое же количество бензпирена, как и курильщик, который выкуривает в день 50 сигарет.

Ещё одним источником ПАУ, связанным с автомобилем, является пара шины-асфальт. В состав резины, из которой производятся шины в обязательном порядке включается сажа (технический углерод), содержащая ПАУ в высоких концентрациях. В состав асфальта входит от 5% до 10% нефтяного битума, в котором содержание ПАУ может достигать 2-5%. При взаимодействии шин с асфальтом, особенно на большой скорости движения, происходит их взаимное истирание. Образуется мелкая пыль, содержащая ПАУ, которая может переноситься ветром на большие расстояния.

По этим причинам животноводческие комплексы, которые находятся вблизи оживлённых транспортных магистралей подвергаются дополнительному риску. В качестве ещё одного значительного источника ПАУ можно рассматривать аэродромы и аэропорты. В их окрестностях почвы и растения содержат ПАУ в повышенных концентрациях. Это обстоятельство следует учитывать при размещении сельскохозяйственных предприятий в таких местах.

В доисторические времена основными источниками ПАУ были природные пожары и извержения вулканов. В те времена, вероятно, загрязнение окружающей среды ПАУ не шло ни в какое сравнение с современным, но всё же животные постоянно сталкивались с этими веществами и они — «старые знакомые» для системы метаболизма ксенобиотиков печени теплокровных.

Метаболизм ПАУ в печени хорошо изучен и проходит по так называемому эпоксид-диольному пути, который упрощённо выглядит следующим образом. На первой стадии монооксигеназы системы цитохрома Р-450 окисляют одну из связей в молекуле ПАУ с образованием эпоксида. На второй стадии эпоксиды или изомеризуются в фенолы, или гидролизуется ферментом эпоксидгидролазой до соответствующего дигидродиола. На третьей — дигидродиолы и фенолы конъюгируются с помощью трасфераз с полярными молекулами. Полученные конъюгаты лучше растворяются в воде, чем исходная молекула ПАУ и через почки выводятся из организма с мочой.

Но на этом, проверенном миллионами лет, пути детоксикации иногда случаются сюрпризы. Связаны они с тем, что молекулы некоторых ПАУ, например бенз(а)пирена, дибенантрацена, хризена (и ещё около 15 прочих) содержат выступающую часть одного из бензольных циклов и содержат впадину, т. н. «Bay-region». Окисление латерального бензольного цикла возле этой области проходит не один, а два раза и образуется весьма реакционно-способные соединения — диол-эпоксиды. Эти продукты, как считают, приводят к нарушениям в структуре ДНК и обусловливают канцерогенные свойства некоторых ПАУ. Среди них одно из ведущих мест занимает 3,4-бензпирен, или бенз(а)пирен.

Поэтому при оценке качества кормов для животных кроме МКТ и СОЗ в них необходимо строго контролировать содержание бенз(а)пирена (индикаторный ПАУ) и в случаях его наличия в опасных концентрациях применять эффективные адсорбенты для его нейтрализации.

Для иллюстрации наличия ПАУ в кормах и их переноса в продукты животноводства можно привести данные о содержании некоторых из них в почве пастбища, траве и в одном из важнейших продуктов животноводства — в коровьем молоке.

Рисунок 2. Концентрация ПАУ почве пастбища в молочном хозяйстве.

Рисунок 3. Концентрация ПАУ траве пастбища в молочном хозяйстве

Рисунок 4. Концентрация ПАУ в сборном молоке в молочном хозяйстве.

Можно видеть, что почва и корм на ферме содержат отдельные ПАУ в разных количествах. Это скорее всего связано с тем, что в почве ПАУ накапливаются годами, а трава каждый год вырастает новая. Поэтому номенклатура контаминантов может отличаться. С другой стороны анализ показал, что суммарные концентрации ПАУ в почве и корме отличаются незначительно — 59,1 и 50,2 нг/г, соответственно.

Концентрация ПАУ в молоке существенно выше, чем в почве и корме. Это, вероятно, связано с постепенной биоаккумуляцией ПАУ в жировых депо, частичным метаболизмом отдельных представителей ПАУ с последующим переносом ПАУ, не подвергавшихся биотрансформации, в жировую фракцию молока.

Резюме.

1. ПАУ представляют собой вещества углеводородной природы, построеннные из конденсированных бензольных циклов.

2. ПАУ образуются при горении любых горючих органических веществ.

3. В настоящее время основными источниками ПАУ являются извержения вулканов, пожары, промышленность, транспорт, другая хозяйственная деятельность человека и некоторые кулинарные традиции.

4. Все ПАУ токсичны, некоторые из них обладают канцерогенными свойствами.

5. Все ПАУ представляют собой липофильные вещества и склонны к биоаккумуляции и переносу в продукты животноводства.

Рекомендуемая литература

1. Opinion of the Scientific Committee on Food on the risks to human health of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in food // EC, SCF/CS/CNTM/PAH/29 (2002).

http://europa.eu.int/comm/food/fs/sc/scf/index_en.html

2. Findings of the EFSA Data Collection on Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Food // EFSA/DATEX/002 (revision 1) (2008).

3. Chen, B.H., and Lin, Y.S. // Formation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons during processing of duck meat // J. Agric. Food Chem.( 1997) 45, 1394-1403.

4. Background paper. «Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: Harmful to the Environment! Toxic! Inevitable?» http://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/publikation/long/4395.pdf

5. Berenblum I., Schoental R. //Metabolism of 3,4-benzopyrene // Science (1955) v.122, p.470.

6. Bentley P., Oesh F., Glatt H. // Dual role of epoxide hydrolase in both activation and inactivation of benzo(a)pyrene // Arch. Toxicol. (1977) v.39, No. 1, p. 65-75.

7. А.И. Сотниченко, В.А. Суханов, А.Н. Саприн // Микросомальный метаболизм 3,4-бензпирена. I. Ускоренное хроматографическое разделение и идентификация метаболитов «в потоке»// Хим.-фарм. журнал, 1985, №12, стр. 1435-1440.

8. А.И. Сотниченко, В.А. Суханов, А.Н. Саприн // Микросомальный метаболизм 3,4-бензпирена. II. Количественное определение 7,8-диокси-7,8-дигидробензпирена // Хим.-фарм. журнал, 1986, №1, стр. 28-32.

9. А.И. Сотниченко, А.Н. Саприн // Микросомальный метаболизм 3,4-бензпирена. III. Ограниченный характер субстратно-позиционной специфичности аренэпоксидазы и её зависимость от свойств окисляемой связи // Хим.фарм. журнал, 1986, №12, стр. 1429-1437.

А.И.Сотниченко, В.В.Оханов

01.01.2020

Москва

Микотоксины

Микотоксины (МКТ) представляют собой вторичные токсические метаболиты микроскопических грибов, микромицетов, называемых в просторечии – «плесень». МКТ включают весьма широкий круг различных по составу, строению и биологическим свойствам химических соединений, которых объединяет единственный признак — источник происхождения (микромицеты). Грибы используют производимые ими токсины в конкурентной борьбе за питательную среду с другими грибами и бактериями. МКТ представляют реальную опасность для животноводства и для здоровья человека, поскольку имеют повсеместное распространение в окружающей среде и растительном мире, достаточно устойчивы во внешней среде и проявляют множественные токсические эффекты в отношении организма теплокровных при попадании с пищей.

С эволюционной точки зрения грибы и, естественно, МКТ намного старше позвоночных, которые эволюционировали в их постоянном окружении. У животных и птиц, которые питались растительной пищей, постепенно складывались определённые пищевые привычки и стиль пищевого поведения. Растительноядные животные обычно демонстрируют селективность при выборе рациона и стараются избегать употребления в пищу растений или их частей исходно ядовитых или, поражённых плесневыми грибами. Но это происходит в естественной среде обитания при свободном выборе источника пищи и при её наличии. В условиях животноводческого комплекса такого выбора для животного, к сожалению, нет. Но он есть у животновода и ветеринара.

Хотя клинические симптомы воздействия МКТ на здоровье животных и человека упоминаются с библейских времён, широкой публике сами МКТ стали известны лишь с начала 60-х годов ХХ века. Тогда в Великобритании за очень короткий промежуток времени на нескольких фермах погибли более 100 тысяч индюшат, в корм которых добавляли бразильский арахисовый шрот. Позже в нём и были обнаружены и выделены в индивидуальном состоянии первые МКТ, названные афлатоксинами.

О микотоксинах написаны горы статей в научной, производственной и популярной литературе, но здесь мы остановимся только на некоторых аспектах, связанных с присутствием МКТ в кормах.

Во-первых, МКТ в отличие от тяжёлых металлов, полиароматических углеводородов (ПАУ) и стойких органических загрязнителей (СОЗ) представляют собой продукты чисто биологического происхождения и загрязняют кормовые культуры не только в процессе выращивания, но концентрация многих из них продолжает нарастать и в период хранения урожая в ненадлежащих условиях.

МКТ в кормах в зависимости от экологической ниши источника происхождения условно подразделяют на «полевые», те которые образуются фитопатогенными грибами в период роста и созревания травянистых растений, зерновых и других кормовых культур, «пастбищные», которые производятся эндофитными грибами-симбионтами в период активной вегетации и плодоношения некоторых пастбищных растений в теплое время года и «складские», которые образуются и продолжают синтезироваться грибами во время хранения зараженной сапрофитной плесенью растительной продукции на складах в ненадлежащих условиях. Их концентрация в корме при таких условиях может возрастать многократно. Следует отметить, что такое деление не является абсолютно строгим, поскольку некоторые виды грибов из разных родов могут проявлять свойства, не характерные в целом для своего рода – «полевых», «пастбищных» или «складских». В таблицах 1 и 2 представлены некоторые из наиболее распространённых микотоксинов и некоторые микроскопические грибы, которые их производят.

Таблица 1. Некоторые представители «полевых» и «складских» микотоксинов

Можно отметить, что микромицеты каждого из упомянутых родов способны производить десятки и сотни различных микотоксинов. Большая часть МКТ относится к видоспецифичным продуктам, но некоторая часть из них может производиться грибами, принадлежащими к разным родам и семействам. Например, боверицины (Fusarium spp. & Beauveria spp.), цитринин, цитреовиридин и охратоксины (Penicillium spp. & Aspergillus spp.) и т.д.

В последние годы всё большее внимание исследователей привлекают МКТ из третьей группы — «пастбищных». Их присутствие в пастбищной траве часто приводит к различным массовым нарушениям в нормальной физиологии животных и к большим материальным потерям. Некоторые эндофитные грибы и их метаболиты представлены в следующей таблице.

Таблица 2. Вторичные метаболиты некоторых эндофитных микромицетов.

МКТ подразделяют по роду продуцирующих плесеней, например, Aspergillus токсины, Fusarium токсины, Penicillium токсины, Alternaria токсины, Stachibotris токсины, Cladosporium токсины, Chaetomium токсины и т.д.

МКТ иногда подразделяют на группы на основании их токсического действия на отдельные органы или системы организма, например, нейротоксины и треморгенные МКТ, нефротоксины, иммунотоксины, гепатотоксины и т.д.

Ещё один подход к систематизации МКТ основывается на объединении отдельных МКТ в группы на основании сходства их химического строения или по групповым названиям. Такие группы, состоящие из известных МКТ, могут включать от трех до 20 и более членов. В качестве примера можно привести трихотецены, фумонизины, афлатоксины, охратоксины, коммунезины, офиоболины, цитохалазины, лолитремы, циклоспорины, энниатины, хетоглобозины и др.

Существует множество типов классификаций микотоксинов по различным признакам, но для нашего рассмотрения наиболее значимыми представляются два наиболее общих типа классификаций. Первый из них опирается на экологические ниши грибов производителей, о чём говорилось выше. Второй общий, но более конкретный тип классификации микотоксинов, опирается на их физико-химические свойства. В качестве основного критерия отбора выбирается одна из фундаментальных характеристик, присущая всем без исключения низкомолекулярным органическим веществам – степень полярности соединения (гидрофильность/липофильность), которая может быть количественно описана с помощью коэффициента распределения химического вещества в системе “октанол/вода”, выражаемого в виде десятичного логарифма (Log Pow), что более подробно обсуждается в соответствующем разделе нашего сайта. Количественная оценка, присущая данному способу, имеет определённые преимущества перед другими видами классификации МКТ. В рамках такого подхода все МКТ по степени полярности можно в соответствии с общепринятой схемой условно, но однозначно разделить всего на три группы: полярные (гидрофильные) (Log Pow < 1), умеренно (не)полярные (1 ≤ Log Pow <3) и неполярные (липофильные, или гидрофобные) (Log Pow ≥ 3). Поэтому любой МКТ из “полевых”, “пастбищных” или “складских”, независимо от экологической ниши и видовой принадлежности продуцента и биологических свойств вещества, может однозначно оказаться в конкретной группе полярности в зависимости только от его химического состава и строения молекулы. Так, например, среди аспохалазинов, цитотоксичных МКТ из группы цитохалазинов, продуцируемых грибами рода Aspergillus, аспохалазин U (Log Pow = 0,8) представляет собой полярное вещество, аспохалазины B, C, D, E, H, I, K, M, N и P (Log Pow = 1,5 – 2,8) – умеренно (не)полярные соединения, а аспохалазины F, G, Q, J, и Z (Log Pow = 3,1 – 5,0) относятся к неполярным соединениям. Такой подход к систематизации МКТ не связан с другими способами классификации МКТ, но может оказаться наиболее полезным при разработке адсорбентов для борьбы с этими токсинами.

В целом микотоксины существенно различаются как по размерам, форме и массе молекул, так и по полярности, строению, и наличию тех или иных функциональных групп, и по химическим и биологическим свойствам. Поэтому весьма сложно создать универсальное средство для их нейтрализации в кормовой массе. Чаще всего для этих целей до сих пор используют адсорбенты МКТ. Причём, основное внимание среди специалистов уделяется обнаружению в корме тех МКТ, которые потенциально могут быть удалены из корма с применением уже существующих хорошо себя зарекомендовавших на практике средств, а именно: афлатоксина В1, охратоксина А, дезоксиниваленола, Т-2-токсина, зеараленона и фумонизина В2, которые, за исключением липофильных зеараленона и охратоксина А, представляют собой полярные (ДОН и Т-2 токсин) и умеренно (не)полярные ( фумонизин В2 и афлатоксин В1) субстанции.

Рисунок 1. Распределение «наиболее распространённых» микотоксинов по степени полярности.

МКТ, представленные на рис.1, распределены по оси абсцисс в соответствии с их значениями коэффициента распределения в системе октанол/вода (Log Pow). Их относят к так называемым «нормируемым» в ЕС микотоксинам.

Производитель известной серии адсорбентов МКТ на основе стенок дрожжевых клеток «Микосорб» — компания Alltech Inc. (США) в рамках выполнения программы «Alltech’s 37+» предлагает за вполне умеренную плату определение большего числа МКТ — 37. Эта выборка (37+) в виде гистограммы выглядит более репрезентативно.

Рисунок 2. Распределение по полярности 37 микотоксинов из программы «Alltech’s 37+» (Alltech Inc., USA).

Простое сравнение двух рисунков показывает, что в данной выборке неполярных МКТ уже намного больше, чем на рис. 1. Кстати, по результатам, полученным в рамках выполнения данной программы, сотрудниками компании отмечено, что более 95% всех тестированных образцов зерна заражены МКТ, а в 75% из них обнаружено минимум три МКТ. Очевидно, что при увеличении числа определяемых МКТ степень загрязнения кормов будет увеличиваться (эффект фонарного столба).

В «Application Note No. 720004961EN AG-PDF” от известного производителя хроматографического оборудования и материалов Waters Corp. (США) сообщается о разработке эффективного метода определения 33 МКТ в образцах кормов для сельскохозяйственных животных. Кроме традиционных в этой работе авторы оценивали уровень также и «новых», или «появляющихся» токсинов (emerging mycotoxins). Имеется в виду то, что на эти микотоксины, хотя они известны давно, ранее не обращали особого внимания. В этой выборке содержится ещё больше неполярных МКТ, чем в случае с программой «Alltech’s 37+”.

Рисунок 3. Распределение по полярности 33 микотоксинов из приложения № 720004961EN AG-PDF (Waters Corp., USA)

В ней уже присутствуют 4 представителя ионофорных антибиотиков энниатинов и боверицин (группа в диапазоне 6,4-8,5). Примечательно, что если из «старых» МКТ, ДОН, фумонизины В1 и 2, зеараленон и охратоксин А присутствуют в 5-7 образцах из 12 изученных (50%), то энниатины А, А1, В и В1и боверицин из «новых» присутствуют в 10 образцах из 12 (83%).

Компания Phenomenex Inc. (США), которая выпускает носители и колонки для жидкостной и газовой хроматографии, в техническом приложении №20027 «iMethodTM Food – Multi-Class Screening of 243 Mycotoxins by LC/MS/MS» опубликовала на своём сайте данные о возможности оценки в продуктах питания до 243 разных МКТ и их метаболитов при использовании жидкостной хроматографии с масс-спектрометрической детекцией. На рисунке ниже представлен «профиль полярности» МКТ из этой выборки (n = 204) в диапазоне -2 < Log Pow < 10.

Рисунок 4. Распределение микотоксинов по полярности по данным Phenomenex Inc. (США).

Можно видеть, что на долю полярных МКТ (-2 < Log Pow < 1) приходится до 20% данной выборки, около 40% приходится на долю умеренно полярных соединений (1 < Log Pow < 3) и около 40% — на долю неполярных МКТ (Log Pow > 3).

Недавно для России и стран Таможенного Союза введен в действие новый ГОСТ 34140-2017 (дата введения 1 июля 2018), в котором описаны процедуры количественного определения 49 микотоксинов, включая уже упомянутые 6 «нормируемых» в ЕС, в пищевых продуктах, кормах и продовольственном сырье. Этот стандарт был разработан сотрудниками научного учреждения под названием “Всероссийский государственный Центр качества и стандартизации лекарственных средств для животных и кормов” (ФГБУ “ВГНКИ”). График липофильности МКТ из этого ГОСТа представлен на следующем рисунке.

Рисунок 5. Профиль липофильности некоторых микотоксинов по ГОСТ 34140-2017.

Следует отметить, что работа сотрудников ВГНКИ по реализации данного проекта заслуживает самой высокой оценки. По количеству определяемых веществ данная разработка уступает только методичке фирмы Phenomenex.

Можно видеть, что доля полярных (гидрофильных) токсинов в этой выборке составляет 39%, умеренно (не)полярных — 35%, а на неполярные МКТ приходится только 26%. Стороннему наблюдателю невозможно оценить принципы, которыми руководствовались разработчики данной программы при выборе номенклатуры объектов исследования. Очевидно одно — теперь у отечественного сельхозпроизводителя появился надёжный источник информации для оценки степени контаминации применяемых растительных кормов. Осталось только найти лабораторию, которая сможет проводить выполнение анализов по данному ГОСТу и узнать их стоимость.

Мы со своей стороны попытались в максимально возможном для нас объёме оценить долю полярных, умеренно (не)полярных и неполярных МКТ, свойства которых описаны в доступных источниках. Были использованы расчетные значения коэффициентов распределения в системе октанол/вода (Log Pow): XLOGP3-AA (модель чистого атомно-аддитивного типа XLOGP3) для 1500 микотоксинов и других метаболитов микромицетов и некоторых бактерий, выбранные из базы данных PubChem для различных химических соединений. Эти данные в графической форме представлены на рисунке 6.

На основании данных, из соответствующей таблицы, следует, что 95% всех представленных микотоксинов имеют коэффициенты распределения в пределах от (-)1,0 до (+)8,0. Вся эта выборка в соответствии с коэффициентами распределения её компонентов характеризуется следующими параметрами: среднее – 2,98, медиана – 2,70, минимальное – (-)10,0, максимальное – (+)10,1. Как уже упоминалсь в разделе о полярности химических веществ, доля липофильных микотоксинов из выборки в 1500 единиц составила 46%. Следует отметить, что в процессе формирования этой базы данных и при увеличении случайным образом количества МКТ с 200 до 1500 членов, относительное содержание неполярных токсинов возростало с 25% до 45% при увеличении количества МКТ до 400, а далее оставалось практически постоянным на достигнутом уровне. Таким образом, можно констатировать, что более 45% из изученных в работе МКТ представлены неполярными веществами. Можно высказать осторожное предположение о том, что это правило в некотором приближении распространяется на тотальное распределение всех природных МКТ по степени липофильности. И при увеличении размера этой базы данных, мы постепенно будем приближаться к реальному распределению.

Рисунок 6. Профиль липофильности некоторых микотоксинов и других метаболитов микромицетов (n = 1500) по данным (Sotnichenko et al., 2019).

Подобное распределение МКТ по степени полярности, сходное с теоретическим, наблюдается и в реальных кормах для крупного рогатого скота (КРС). В графическом виде это можно проиллюстрировать на основании анализа данных, представленных в масштабном исследовании о распространенности 139 индивидуальных МКТ и других грибных метаболитов в 86 образцах различных кормов для КРС и их компонентов, полученных из разных стран. Команда из исследовательского центра компании BIOMIN Holding GmbH (Австрия) опубликовала результаты оценки 83 образцов кормов и их компонентов, производимых в Австрии и других странах, по содержанию в них 139 различных МКТ и некоторых их метаболитов. Ниже на рисунке приведена привязка по полярности 39 разных МКТ из 139 проанализированных, содержащихся в наибольшем количестве образцов (8 – 98% от всех образцов).

Рисунок 7. Загрязнение кормов микотоксинами по данным компании BIOMIN Holding GmbH (Австрия).

По оси абсцисс на графике индивидуальные представители МКТ расположены в соответствии со значениями их Log Pow, а по оси Y отражена степень контаминации образцов корма данным МКТ в процентах от общего числа образцов. В данной выборке только 18% МКТ представлены полярными веществами, около 30% – умеренно полярными и остальные 52% представлены неполярными МКТ. Следует обратить внимание на высокую степень зараженности кормов МКТ, сильно различающимися по полярности.

На графике (рис. 8) представлены данные о 22 разных МКТ, которыми, как было отмечено авторами исследования, были контаминированы более 60 % всех исследованных образцов кормов.МКТ, которые количественно определяли в этой работе, значительно различаются по степени липофильности в диапазоне коэффициента распределения (Log Pow) от –2,3 (деоксиниваленол-3-глюкозид) до +8,6 (калфостин С). В работе было также отмечено, что большинство образцов кормов содержали от 25 до 40 разных МКТ.

Рисунок 8. Профиль липофильности некоторых микотоксинов (22) в кормах и компонентах корма (83).

По оси Y представлено количество образцов корма, контаминированных МКТ из списка справа, в процентах от общего числа исследованных образцов. Расчёт показывает, что четыре представителя МКТ (деоксиниваленол-3-глюкозид, ниваленол, деоксиниваленол и монилиформин) составляют 18.2% и относятся к полярным (гидрофильным) токсинам (Log Pow = -2.3 – 1.0), семь МКТ (бревианамид F, эргометрин, триптофол, тентоксин, тенуазоновая кислота, эмодин и алтернариол) составляют 31.8% и их можно отнести к умеренно липофильным токсинам, а остальные одинадцать МКТ (алтернариола метиловый эфир, кулморин, аурофузарин, зеараленон, апицидин, эквисетин, энниатины А, А1 и В, В1 и боверицин) составляют оставшиеся 50% и относятся к липофильным токсинам (Log Pow = 3.2 – 8.4). При этом степень контаминирования кормов наиболее гидрофобными МКТ – энниатинами и боверицином (Log Pow = 6.5 – 8.4), как было установлено в работе, составляла от 87 до 98%.

Среди МКТ, которыми были контаминированы более 60% образцов можно отметить метаболиты типичных «полевых» (Fusarium, Alternaria), «пастбищных» (Beauveria, Acremonium) и «складских» (Aspergillus, Pennicillium) микромицетов.

В упомянутом исследовании было также проведено изучение степени перекрёстного загрязнения этих кормов различными МКТ и их метаболитами. Можно констатировать, что «кажущаяся» степень загрязнения кормов напрямую зависит от количества определяемых МКТ и от чувствительности применяемого аналитического метода. В данном случае более 60% от всей выборки образцов корма (n = 83) содержали от 16 до 35 разных МКТ. Этот показатель намного превышает значения, приводимые Продовольственной и сельскохозяйственной организацией при ООН (ПСО, FAO) для загрязнения кормов МКТ. По мнению ПСО в мире около 25% всей растительной продуции загрязнено микотоксинами. В настоящее время всё больше срециалистов в данной области высказывают мнение о существенной недооценке опасности со стороны экспертов ПСО.

Еще более высокое содержание липофильных МКТ в кормах можно отметить при анализе степени загрязнения образцов разнотравья (n = 106) на умеренных пастбищах провинции Чако в Аргентине и количественного определения в них 77 МКТ. Среди всех МКТ, которые были определены в исследовании, нами были отмечены те из них, степень загрязнения которыми превышала 60% всех образцов (n = 21). Восемь из них или 38% были умеренно липофильными токсинами ( Log Pow = 1.0 – 2.9), а тринадцать из них, или 62%, представляли собой липофильные МКТ ( Log Pow = 3.0 – 8.4). Загрязнение образцов травы полярными токсинами было значительно ниже, чем 60%. Среди умеренно липофильных токсинов загрязнение образцов эмодином, альтернариолом и моноцерином доходило до 100%, тогда как загрязнение такими липофильными токсинами, как аурофузарин, стеригматоцистин, хризофанол, эквисетин, скирин и боверицин, варьировало от 90 до 100%.

Рисунок 9. Профиль липофильности микотоксинов (21) в образцах (106) пастбищной травы в Аргентине.

Уместно отметить, что широко и печально известные “пастбищные” токсины – лолитремы (n = 11), которые вызывают так называемое «райграссовое шатание», или «райграссовую дрожь» (ryegrass steggers), также относятся к липофильным микотоксинам (Log Pow = 3,9 – 6,0), как и большинство других треморгенных МКТ.

По причине продемонстрированного высокого содержания неполярных МКТ в кормах для некоторых видов сельскохозяйственных животных мы полагаем, что наибольшую опасность для поголовья молочных коров представляют именно липофильные токсины, склонные к биоаккумуляции. Гидрофильные МКТ, как и прочие полярные токсины обычно хорошо растворяются в воде и имеют возможность удаления из организма энергетически наименее затратным способом — через почки с мочой. Поэтому они, вероятно, представляют меньшую угрозу, чем липофильные токсины, поскольку не имеют способности к биоаккумуляции. Кроме того, известно, что некоторые полярные и умеренно полярные МКТ достаточно эффективно выводятся из организма животных традиционными адсорбентами микотоксинов, представленными алюмосиликатами и клеточными стенками дрожжей.

В настоящее время нами проводится работа по приведению в более полное соответствие грибов-продуцентов и их метаболитов и оценки степени их полярности. По её завершению будут представлены данные о полярности МКТ и других метаболитов, которые производятся микромицетами той или иной родовой принадлежности из разных экологических ниш. На данном этапе работы уже становится очевидным, что доля неполярных метаболитов, которые производятся «пастбищными» эндофитными грибами из родов Acremonium, Aureobasidium, Chaethomium, Cladosporium, Claviceps, Emericella и Phoma в целом заметно выше, чем относительное количество липофильных метаболитов, производимых «полевыми» грибами из родов Alternaria и Fusarium или «складскими» грибами из родов Aspergillus и Penicillium. На основании обсуждаемых данных можно предположить, что эндофитные грибы в целом продуцируют более липофильные МКТ, чем фитопатогенные или сапрофитные микромицеты. Также большой интерес представляет степень полярности МКТ с высокой фунгицидной активностью, производимых эндофитными грибами в своей конкуренции с фитопатогеннми грибами.

Эти данные согласуются с результатами работы по исследованию загрязнения 5 видов травянистых пастбищных растений (овсяница, фестулолиум, тимофеевка, райграс многолетний, ежа сборная), их смеси с клевером и смеси тимофеевки с люцерной микромицетами, в перую очередь эндофитными, и их метаболитами перед первым и вторым укосами кормового сырья, проведенной отечественными исследователями из ГНУ Всероссийский НИИ ветеринарной санитарии, гигиены и экологии (Г.П. Кононенко и А.А. Буркин). Работа проводилась в северо-западном регионе Российской Федерации. Перед первым укосом среди лидеров по количеству колониеобразующих единиц на 1 г сырья (КОЕ/г) были отмечены грибы родов, Alternaria (“полевые» грибы и Cladosporium и Phoma (“пастбищные»). Причем, все три вида сырья были контаминированы в близкой степени. Перед вторым укосом, урожай от которого обычно составляет основу «зимнего» рациона молочного скота в России, в составе лидирующей группы были отмечены изменения. Эндофитные грибы рода Acremonium заместили «полевой» род Alternaria в первой тройке, и степень контаминирования растений грибами (КОЕ/г) также изменилась. В травяной смеси этот показатель вырос почти в 2 раза (1,86), в клеверно-травяной смеси — в 15,9 раз, в основном за счет эндофитов Cladosporium, Acremonium и Phoma, а в смеси тимофеевки с люцерной контаминация снизилась в 2,26 раза. По мере убывания показателя суммарных значений КОЕ/г виды тестированного корма можно распределить в следующем порядке: колеверно-травяная смесь ( КОЕ/г = 552533), травяная смесь ( КОЕ/г = 80360) и смесь тимофеевки с люцерной ( КОЕ/г = 16667). Следует отметить, что, как упоминалось выше, среди метаболитов «лидирующей» тройки грибов на долю неполярных токсинов приходится около 70%. На основании этих данных можно преположить, что люцерна представляется более предпочтительным видом бобовых при использовании в травяных смесях по сравнению с клевером.

В связи с вышеизложенным, необходимо рассмотреть проблему анализа МКТ в кормах в целом. Для начала необходимо задаться вопросом: «Есть ли необходимость в анализе МКТ в кормах?» Очевидный ответ напрашивается сам собой — «Конечно, да!»

С одной стороны результаты анализа помогут провести сравнительное сопоставление уровня опасности применения кормов того или иного вида и при возможности избежать использования слишком контаминированных кормов. С другой стороны результаты анализа естественным образом вытекают из условий постановки исходной задачи. Какие МКТ необходимо определять в корме для того, чтобы иметь объективное представление о реальном риске для поголовья при использовании того или иного корма? В реальной ситуации этого до сих пор никто не знает. Сколько бы МКТ ни проходило по протоколу анализа, не может быть уверенности в том, что в протокол не попали те МКТ, которые на самом деле представляют угрозу для здоровья животных, а остальные, вошедшие в протокол, выполняют роль отвлекающего фона.

В настоящее время описаны протоколы проведения анализов одновременно до 500 представителей МКТ, но такие анализы требуют весьма высоких затрат и не могут быть использованы в качестве рутинных процедур по экономическим причинам. Ряд лабораторий оказывают услуги по анализу от 10 до 50 представителей МКТ за вполне разумные деньги. Но где гарантия того, что при проведении такого анализа ничего важного не остаётся «за кадром»? Другими словами, анализ МКТ очень неблагодарное занятие, в результате которого всегда остаётся простор для предположений и ошибок. Дело ещё более осложняется тем, что в кормах кроме МКТ обязательно будут присутствовать ПАУ и СОЗ в количестве нескольких десятков соединений, и комплексный анализ потребует ещё больших затрат. Кстати, в доступной литературе нет ни одной публикации, в которой была бы сделана попытка одновременного анализа МКТ, ПАУ и СОЗ в одних и тех же образцах кормов.

По этой причине представляется более целесообразным оценивать не содержание различных токсичных примесей в кормах, что представляет собой весьма непростую и затратную аналитическую задачу, а ограничиться оценкой общей токсичности образцов кормов на более или менее адекватной биологической модели. В качестве таких моделей в настоящее время используют простейших, личинок ракообразных или моллюсков и иммортализованные клеточные линии животных и человека. В данной парадигме приходится выбирать лишь среди биологических моделей и методов дифференциальной экстракции токсинов из образцов кормов. В любом случае это будет более информативно и менее затратно.

Рекомендуемая литература

1. В. Тутельян, Л. Кравченко // Микотоксины (Медицинские и биологические аспекты) //Москва (1985) Медицина, 320 с.

2. E.M. Binder, L.M. Tan, L.J. Chin, J. Handl, J. Richard // Worldwide occurrence of mycotoxins in commodities, feeds and feed ingredients // Animal Feed Science and Technology (2007) 137, 265–282.

3. J. W. Bennett and M. Klich // Mycotoxins // Clinical Microbiology Reviws, (2003) Vol. 16, No. 3, p. 497–516.

4. А. Брылин // Микотоксикозы птиц // www.indejka.ru (2008)

5. А. Брылин // Микотоксикозы свиней // Свиноводство (2015) №6, стр. 45-46.

6. M. Peraica, B. Radic Â, A. Lucic, Â. M. Pavlovic  // Toxic effects of mycotoxins in humans // Bulletin of the World Health Organization, 1999, 77 (9), 754-766.

7. B.I. Agag // Mycotoxins in Foods and Feeds/ 1/ Aflatoxins // Ass. Univ. Bull. Environ. Res. Vol. 7 No. 1, March 2004.

8. В. Крюков // Микотоксины в молочном скотоводстве // Комбикорма (2011) № 6 стр. 75-77.

9. М. Jesto // Emerging fusarium-mycotoxins fusaproliferin, beauvericin, enniatins, and moniliformin: А review // Crit Rev Food Sci Nutr. (2008 Jan) 48(1):21-49.

10. Phenomenex Inc., Technical Application TN-1119

11. Phenomenex Inc., Application No. 20027 Food – Multi-Class Screening of 243 Mycotoxins by LC/MS/MS ( http://www.phenomenex.com/Application/Detail/20027?returnURL)

12. S. Stead, D. Roberts, A. Gledhill, et al. // The Development of a Sensitive Multi-Residue LC-MS/MS Method for the Quantitative Determination of Mycotoxins in Animal Feedstuffs and Silage Using Xevo TQ-S // Waters Corp., Application Note No. 720004961EN AG-PDF

http://www.waters.com/webassets/cms/library/docs/720004961en.pdf

13. E. Streit, C. Schwab, M. Sulyok et al. // Multi-Mycotoxin Screening Reveals the Occurrence of 139 Different Secondary Metabolites in Feed and Feed Ingredients // Toxins (2013) 5, 504-523.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3705275/pdf/toxins-05-00504.pdf

14. Kononenko, G.P.; Burkin, A.A.; Gavrilova, O.P.; Gagkaeva, T.Yu. // Fungal species and multiple mycotoxin contamination of cultivated grasses and legumes crops // Agricultural Biology 2015; 24: 323-330.

15. A. Sotnichenko, E. Pantsov, D. Shinkarev, V. Okhanov \\ Hydrophobized Reversed-Phase Adsorbent for Protection of Dairy Cattle against Lipophilic Toxins from Diet. Efficiensy In Vitro and In Vivo \\ Toxins (2019), 11(5), 256-281.

А.И.Сотниченко, В.В.Оханов

01.01.2020

Москва

Полярность органических соединений и её количественная оценка

Все химические вещества описываются рядом параметров, которые отличают их от других веществ. К таким параметрам относятся состав и строение вещества, молекулярный вес, плотность, температура плавлени, кипения и т. д. Для органических веществ ещё одним важным параметром является полярность. Необходимо рассмотреть такие понятия как «полярный» или «неполярный», применительно к химическим молекулам органической природы, поскольку предмет нашего интереса микотоксины (МКТ), полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и стойкие органические загрязнители (СОЗ) должны рассматриваться прежде всего с этой точки зрения. Для понятия «полярный» существуют синонимы «гидрофильный» и «липофобный» — любящий воду и боящийся жиров (греч.), а для «неполярный» — «липофильный» и «гидрофобный» — любящий жиры и боящийся воды (греч.). Все эти термины отражают сродство веществ к средам с различной диэлектрической проницаемостью, прежде всего к воде и жирам или к другим неполярным средам.

До некоторого времени полярность органических веществ оценивали лишь качественно по их способности растворяться в воде. Полярные вещества легко растворяются в воде, а неполярные — нет. Очевидно, что такой подход имеет чисто качественный характер и не позволяет провести количественную оценку степени полярности для более точного сравнения разных веществ между собой.

Возможность количественной оценки полярности химических соединений появилась в 1951 году после опубликования фундаментальной статьи шведского ботаника и химика Рунара Колландера, который жил и работал в Финляндии, о способности органических соединений распределяться между двумя несмешивающимися жидкостями, взятыми в определённом соотношении. Автор использовал в качестве полярной фазы, естественно, воду, а в качестве неполярных — диэтиловый эфир, бутиловый (С4), олеиловый (С18) и октиловый (С8) спирты. Два растворителя смешивались при фиксированной температуре, добавлялось испытуемое вещество и после интенсивного перемешивания и последующего расслоения органической и водной фаз в них по отдельности определяли концентрацию этого вещества. Понятие «коэффициент распределения» выражался отношением концентраций вещества в органической фазе к его концентрации в воде.

Через некоторое время система октанол/вода была признана научным сообществом и принята в качестве стандартной для количественной оценки степени полярности, или коэффициента распределения, а для удобства использования вместо соотношения концентраций вещества в органической и водной фазах, которое могло достигать значений с многими нулями, стали применять десятичный логарифм этого соотношения.

Если раньше формула для вычисления коэффициента распределения выглядела так:

, где:

Co – концентрация вещества в органической фазе (o – octanol);

Сw – концентрация вещества в водной фазе (w – water),

то позже после замены Kow для удобства записи на десятичный логарифм этого соотношения, или Log Kow, или Log Pow (Pow означает «Partition octanol/water”, по-русски — «распределение октанол/вода») эта формула стала выглядеть следующим образом:

Следует отметить, что обозначения Log Kow и Log Pow равнозначны и их применение зависит скорее от предпочтения автора. Мы предпочитаем обозначение Log Pow. Органические соединения по степени полярности можно для удобства восприятия условно разделить на три категории. Полярные, у которых значения Log Pow < 1, умеренно (не)полярные, у которых Log Pow может принимать значения от 1 до 3 (1≤ Log Pow <3), и неполярные вещества, у которых значения Log Pow ≥ 3. Значение Log Pow = 3 означает, что данное вещество в 10 в третьей степени, или в 1000 раз лучше растворяется в октиловом спирте, или в липидном окружении, которое он имитирует, чем в воде. Установлено, что все вещества со значениями Log Pow ≥ 3 проявляют способность к биоаккумуляции, т. е. к постепенному накоплению в жировой ткани на одной ступени пищевой цепи. И эта способность начинает проявляться у веществ уже с Log Pow = 2-2,5 и возрастает по мере увеличения значения этого параметра.

Применительно к МКТ всё вышесказанное можно проиллюстрировать следующим графиком (Sotnichenko et al., 2019).

Распределение некоторых микотоксинов (n = 1500) по степени липофильности (полярности) в системе октанол/вода.

Такой график можно назвать “профилем липофильности” для данной выборки МКТ. Также ясно, что из всего массива, содержащего 1500 соединений, доля полярных веществ (Log Pow <1) составляет 213 веществ или 14,2%, доля умеренно гидрофильных/липофильных (1 ≤ Log Pow <3) составляет 592 вещества, или 39,5%, а липофильные соединения (Log Pow ≥ 3) представлены 695 веществами, что составляет 46,3%.

Эти данные заслуживают особого внимания, поскольку, как известно, неполярные вещества представляют дополнительную угрозу для животных из-за их способности к биоаккумуляции и биомагнификации.

Далее необходимо рассмотреть, как обстоят дела с полярностью у других членов из нашего списка. На рисунке 2 представлены данные о распределении по степени полярности некоторых ПАУ.

Рисунок 2. Распределение некоторых ПАУ по полярности в системе октанол/вода.

Можно видеть, что члены данной выборки представителей ПАУ (n = 45), ограниченной от простейшего члена семейства, нафталина ( Log Pow = 3,35), до 10-ядерных ПАУ, обладают намного более высокой липофильностью по сравнению с МКТ (рис. 1), причём, большая часть из них (около 90%) приходится на диапазон 3,9 < Log Pow < 8,4 с центром распределения около значения Log Pow = 6,4. Здесь уместно напомнить, что около 90% выше упомянутых МКТ располагаются в диапазоне -2 < Log Pow < 7,2.

На основании представленных данных можно сделать однозначный вывод о том, что все без исключения ПАУ представляют собой липофильные вещества и могут подвергаться биоаккумуляции, а при высоком уровне загрязнения и биомагнификации в пищевых цепях.

И в завершение данного раздела рассмотрим распределение по степени полярности типичных представителей стойких органических загрязнителей (СОЗ).

Рисунок 3. Распределение некоторых СОЗ по степени липофильности в системе октанол/вода.

Можно видеть, что члены данной выборки представителей СОЗ (n = 55) от простейшего эндрина (Log Pow = 3,7) по значениям коэффициента распределения мало отличаются от упомянутой выборки представителей ПАУ, но несколько её превосходят. У них также около 90% приходится на диапазон 4,3 < Log Pow < 8,3 с центром распределения около значения Log Pow = 6,7. Все эти соединения также, как и ПАУ представляют собой липофильные вещества и могут подвергаться биоаккумуляции и биомагнификации. Следует иметь в виду, что это же относится и неполярным МКТ со значениями Log Pow > 3.

Известно, что коэффициент распределения является аддитивным параметром. Изменение его значения часто используют при конструировании «новых» молекул из уже известных. При создании новых пестицидов большое внимание уделяют такому свойству, как биоаккумуляция. Эффективный инсектицид просто обязан аккумулироваться в теле жертвы для постепенного увеличения действующей дозы. Как этого можно добиться? Можно заместить одни атомы в молекуле на другие. Например, водород можно заменить на метильный радикал СН3– или атом хлора. Это «автоматически» приведёт к снижению полярности молекулы. Молекула повысит свою способность к биоаккумуляции. Для иллюстрации ниже приведены данные о влиянии замещения водорода на хлор в молекулах типичных СОЗ — хлорнафталинов на полярность этих соединений.

Рисунок 4. Зависимость коэффициентов распределения хлорнафталинов от количества атомов хлора в молекуле.

Очевидно, что высокая гидрофобность СОЗ обеспечивается заменой атомов водорода на атомы хлора. С одной стороны это увеличивает полезные свойства молекул как пестицидов, но с другой стороны повышает их потенциальную угрозу в качестве загрязнителей окружающей среды. Замена атомов водорода на хлор или бром в ароматических соединениях приводит не только увеличению липофильности, но и к значительному изменению других свойств их молекул. Это относится практически ко всем СОЗ и приводит к повышению химической, термической и метаболической устойчивости. Одно из этих качеств — устойчивость и послужила основой для группового названия этого семейства экотоксикантов — «стойкие». Хотелось бы как лучше, а получилось как всегда…

В заключение данного раздела сделать вывод, что:

1. Коэффициент распределения вещества в системе октанол/вода является такой же неотъемлемой характеристикой химического соединения, как его состав, молекулярный вес, строение, температура плавления и т. д. Этот параметр аддитивен.

2. МКТ представляют собой более разнородную группу соединений в терминах коэффициента распределения в системе октанол/вода по сравнению с ПАУ или СОЗ.

3. Представители ПАУ и СОЗ очень близки по своей полярности и существенно менее полярны, чем основная масса МКТ.

4. Все ПАУ, СОЗ и более 45% МКТ, у которых значения Log Pow > 3, при попадании в корм животным способны к биоаккумуляции и биомагнификации. И если не будут приняты соответствующие меры, то все они могут оказаться в животноводческой продукции и закончат свой путь в организме человека.

5. При разработке и применении адсорбентов для МКТ следует учитывать, что только 15-20% из них можно отнести к полярным соединениям.

6. ПАУ и СОЗ, присутствующие в кормах, могут эффективно удаляться из желудочно-кишечного тракта животных только адсорбентами, имеющими высокое сродство к гидрофобным соединениям.

7. Такие же адсорбенты следует применять для удаления из кормов умеренно неполярных и неполярных (липофильных) МКТ

( > 80%).

Свойства разных кормовых адсорбентов будут рассмотрены в соответствующем разделе нашего сайта.

Рекомендуемая литература

1. R. Collander // The partition of organic compounds between higher alcohols and water // Acta Chemica Scandinavica (1951) 5, 774-780.

2. T. Fujita, J. Iwasa and C. Hansch // A New Substituent Constant, P, Derived from Partition Coefficients // J. Amer. Chem. Soc. (1964) 86, 5175 – 5180.

3. J.E. Garst // Accurate, wide-range, automated high-performance liquid chromatographic method for the estimation of octanol/water partition coefficients. II. Equilibrium in partition coefficient measurements, additivity of substituent constants and correlation of biological data // J.Pharm.Sci. (1984) 73(11), 1623-1629.

4. Donald Mackay, Wan Ying Shiu, Kuo-Ching Ma, Sum Chi Lee // Handbook of Physical-Chemical Properties and Environmental Fate for Organic Chemicals // Second Ed. (2006) CRC, Taylor & Francis Group, LLC

5.Beek, B. Bioaccumulation: New aspects and developments. In Handbook of Environmental Chemistry; Hutzinger, O., Ed.; Springer: New York, NY, USA, 1986; Volume 2, p. 298.

А.И.Сотниченко, В.В.Оханов

01.01.2020

Москва

«Химия» в кормах

Известно, что многие птицеводческие, животноводческие и звероводческие хозяйства, а также питомники и заводчики домашних любимцев сталкиваются с серьёзными проблемами, которые обусловлены низким качеством кормов. Значительная часть кормов, применяемых при выращивании и откорме поголовья, содержит микотоксины (МКТ), тяжелые металлы, радиоактивные изотопы и другие вредные вещества, такие как полиароматические углеводороды (ПАУ) и стойкие органические загрязнители (СОЗ). Это приводит к интоксикации животных, снижению сохранности поголовья, повышенному расходу кормов и пониженным товарному весу и потребительским свойствам выпускаемой продукции. Известно, что целый ряд микотоксинов, ПАУ и СОЗ в существенной степени (от 5 до 80% от количества, содержащегося в корме) переносятся в готовую продукцию животноводства — яйца, икру, мясо, молоко и молочные продукты. И часто специально применяемые кормовые добавки и адсорбенты не позволяют полностью справиться с такой ситуацией. Это связано с рядом причин.

Во-первых, современные адсорбенты, применяемые в животноводстве, имеют ограниченную адсорбционную ёмкость по отношению к значительной части микотоксинов (40 — 45%).

Во-вторых, токсичность кормов зачастую обусловлена не одними микотоксинами. Здесь следует отметить, что все ПАУ и СОЗ, широко распространённые в окружающей среде, а это несколько сотен весьма устойчивых, токсичных и опасных по отдаленным последствиям соединений, представляют собой липофильные субстанции с высоким индексом биоаккумуляции, т.е. имеют тенденцию к накоплению в организме на одном уровне пищевой цепи. При этом, большинство «традиционных» кормовых адсорбентов не обладают способностью к их эффективному связыванию и удалению этих неполярных соединений из желудочно-кишечного тракта. Многие из них, кроме всего прочего, способны усиливать токсические эффекты микотоксинов и друг друга.

Итак, какие основные виды загрязнений в кормах для сельскохозяйственных животных, представляют наибольшую опасность?

1. Тяжелые металлы (Cd, Hg, Pb, As, Tl и т.д.)

2. Радиоактивные элементы (Cs137, Sr60 и др.)

3. Микотоксины (МКТ)

4. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ)

5. Стойкие органические загрязнители (СОЗ)

В наших обзорах тяжёлые металлы и радиоактивные изотопы рассматриваться не будут, поскольку, во-первых, никому в голову не приходит выращивать кормовые культуры на отвалах металлургических комбинатов или в зоне радиоактивного заражения и, во-вторых, те количества этих загрязнений, которые попадают в корма из общего экологического фона, достаточно эффективно удаляются из желудочно-кишечного тракта глинами и другими полярными алюмосиликатными адсорбентами.

Остановимся на трёх последних группах химических соединений, поскольку именно они, по мнению специалистов, представляются наиболее опасными для животных и человека при включении в пищевые цепи.

С древних времён для выращивания домашних животных и питания людей используют злаковые растения. Различные злаковые объединяет строение растений, а также способ их выращивания.

Рисунок 1. Общее строение злаковых растений.

Все злаковые состоят из корневой системы, стебля, листьев и плодов в виде зёрен, покрытых оболочкой. Все они произрастают под открытым небом в тёплое время года и подвергаются как атмосферным отложениям в виде пыли, так и атмосферным осадкам в виде дождя. Следует отметить, что многие кормовые травы для крупного рогатого скота (КРС) и ряда других животных также относятся к злаковым, но выращиваются они не ради получения зерна, а для производства кормовой зелёной массы, а также консервированных продуктов из травы в виде силоса, сенажа или сена, гранулята и т.д.

Рассмотрим поступление самых опасных и токсичных из СОЗ в разные части злакового растения. В этом примере использован рис, но в очень близкой степени эти данные относятся и к другим злаковым.

Таблица 1. Накопление полихлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов в различных частях злаковых растений.

В среднем столбце таблицы указана концентрация диоксинов в почве и в разных частях растения, а в правом указано относительное содержание диоксинов в конкретной части растения по сравнению с его концентрацией в зерне. Низкая концентрация диоксинов в соке ксилемы свидетельствует о том, что всасывание диоксинов корневой системой растения вносит в общий процесс накопления весьма незначительный вклад. Данный пример с очевидностью показывает, что наиболее высокое количество диоксинов содержится в листьях, за которыми следуют оболочка зерна и стебель. Можно сделать вывод, что зерно, благодаря наличию оболочки, надёжно защищено от попадания диоксинов, а также других СОЗ. Как было установлено в многочисленных экспериментах, основной путь распространения и миграции СОЗ и диоксинов, в том числе, из мест с их высокой концентрацией состоит в возгонке в атмосферу из почвы, адсорбции в воздухе на пылевых частицах и в переносе ветром пылевых частиц, содержащих СОЗ, на большие расстояния с последующим отложением пыли на почву и растения. Поскольку у злаковых поверхность листьев намного превышает поверхность зерновых оболочек и вертикального стоящего стебля, наибольшие количества частиц пыли с токсинами оседает именно на листьях, что подтверждается данными, представленными в таблице. Поэтому, как было установлено, зерно злаковых чаще поражается микотоксинами, а зелёная часть растения, кроме микотоксинов, может содержать также значительные концентрации СОЗ и сходных с ними по физико-химическим свойствам полиароматических углеводородов, или ПАУ. При этом их совокупная концентрация в зелёной массе может превышать таковую в зерне в сотни и тысячи раз.

Принимая во внимание основные виды кормов, которые используют в разных отраслях животноводства, большую часть сельскохозяйственных животных можно условно разделить на две основные группы. Первая из них состоит из птицы разных видов, свиней и разных видов рыбы. Эту группу объединяет то, что основу их рациона составляет зерно злаковых культур и комбикорма на основе зерна. Основные токсичные примеси в зерне, как известно, обычно представлены различными микотоксинами. В рационы для рыб кроме зерна также обычно включают рыбную муку, которая, как и любой продукт животного происхождения, может содержать некоторое количество ПАУ и СОЗ. Их концентрация в значительной степени зависит от района мирового океана, в котором выловлено сырьё для её производства.

Вторая группа животных представлена коровами, буйволами, верблюдами, козами, овцами и лошадьми. Основу рациона для этих животных составляют зелёные части травянистых растений. Как было упомянуто выше, зеленые растения и продукты их консервирования, в добавок к микотоксинам, всегда загрязнены СОЗ и ПАУ в различных концентрациях. Эти данные представлены в следующей таблице.

Таблица 2. Токсины в кормах сельскохозяйственных животных.

Из этих данных следует, что основную угрозу для состояния здоровья животных из первой группы представляют МКТ, а животные второй группы могут подвергаться дополнительному токсическому воздействию со стороны ПАУ и СОЗ. Поэтому, если при содержании животных первой группы, как правило, достаточным представляется применение «традиционных» адсорбентов микотоксинов, то для животных второй группы появляется необходимость в выборе других или дополнительных кормовых адсорбентов, которые способны связывать и выводить из организма животных не только МКТ, но и ПАУ, и СОЗ. Следует учитывать также «образ жизни» животных из первой и второй групп. Первые содержаться в закрытых обогреваемых помещениях и дышат профильтрованным от пыли воздухом. Вторая группа животных большую часть времени в странах с тёплым и умеренным климатом проводит на открытом воздухе в непосредственном контакте с травами, пылью и почвой, которые могут содержать значительные концентрации ПАУ и СОЗ.

В эту схему хорошо укладываются данные о содержании диоксина в обычных куриных яйцах и т. н. яйцах «органик» от кур на свободном выпасе, т. е., имеющих на «прогулках» свободный доступ к траве, почве и насекомым. В яйцах с обычной птицефабрики, как было установлено, содержание диоксина и других СОЗ было значительно ниже (в 5-10 раз), чем в «фермерских» яйцах категории «органик».

Особая группа животных представлена хищниками, которые содержатся в домашних условиях в качестве любимцев (кошки, собаки, хорьки и т. д.) и в качестве источника мехового сырья на зверофермах (лисы, песцы, норки, соболи и т. д.). В природных условиях хищники стоят на вершинах пищевых цепей и потребляют в основном мясную пищу, подвергаясь при этом из-за биомагнификации более высокому риску накопления липофильных токсинов по сравнению с травоядными животными. Под биомагнификацией обычно понимают скачкообразное увеличение накопления липофильных веществ в организме при продвижении вверх по ступеням пищевой цепи. Концентрация, например, пестицидов в жировых тканях хищных животных в 10 — 1000 раз превосходит таковую у травоядных. По этой причине в современности хищные животные, как правило, живут меньше, чем сходные с ними по размерам травоядные.

Для защиты организма от природных токсинов в процессе эволюции у позвоночных развилась достаточно эффективная система химической детоксикации чужеродных соединений, не представляющих пищевой ценности — ксенобиотиков (от греч. ξένος — чуждый и βίος — жизнь). В наибольшей степени комплексы ферментов этой системы, которая содержит оксидазы, монооксигеназы, пероксидазы, гидролазы, трансферазы и др., сосредоточены в клетках печени. Эти комплексы представлены также в других органах и тканях, но главную нагрузку все же несёт печень. Это связано с тем, что все вещества, которые всасываются в пищеварительном тракте, сначала поступают в печень и лишь потом разносятся кровотоком по всему организму. Основная функция системы метаболизма ксенобиотиков состоит в модификации молекулы «бесполезного» с точки зрения пищевой ценности, а порой и токсичного вещества, до такой степени, чтобы это вещество могло быть выведено из организма естественным путём с минимальными затратами энергии.

Эта система функционирует у позвоночных уже сотни миллионов лет и достаточно эффективно нейтрализует многие ксенобиотики, с которыми она сталкивалась в процессе эволюции. К таким веществам можно отнести две из трёх рассматриваемых групп токсинов — МКТ и ПАУ. Все животные постоянно сталкивались с этими веществами в процессе эволюции и они — «старые знакомые» для системы метаболизма ксенобиотиков печени теплокровных, но когда в организм попадают ксенобиотики, с которыми она до сих не сталкивалась, например СОЗ, она может дать сбой. Также данная система обладает конечной ёмкостью по обезвреживанию токсичных ксенобиотиков, в том числе и МКТ. Она не может обезвредить количество ксенобиотиков, превышающее её «производственные мощности». Именно производительность системы метаболизма ксенобиотиков определяет величины значений ПДК, МДУ и т. д., принятые для вредных веществ. Функционирование данной системы довольно затратно с точки зрения энергетики организма, поэтому применение токсичных кормов напрямую приводит не только к нарушению работы разных систем организма, но и к избыточным энергетическим затратам для нейтрализации токсинов в целом и, как следствие — к снижению продуктивности и экономическим потерям.

Мы живём в настоящее время в очень опасной окружающей среде. В доисторические времена дикие растения тоже поражались микромицетами и животные подвергались действию микотоксинов. На поверхности растений также осаждались частицы пыли, содержащие ПАУ, которые могли образоваться во время извержения вулканов или в результате лесного или степного пожара. И естественный отбор позволил животным приспособиться к этой токсической нагрузке. В естественной среде травоядные за счёт хорошего обоняния легко определяют растения, зараженные сверх меры микромицетами и избегают их поедания. Поэтому токсическая нагрузка на животный мир со стороны кормов в те времена была минимальна. И представители животного мира к этой нагрузке смогли приспособиться за счёт адекватного развития системы метаболизма ксенобиотиков печени. С развитием цивилизации ситуация изменилась кардинальным образом.

Развитие земледелия и переход на сельскохозяйственные монокультуры привёл к значительному возрастанию токсической нагрузки на продукты растительного происхождения со стороны МКТ. Развитие молочного и мясного животноводства привело к необходимости заготавливать корма для животных для их прокорма в холодное время года. Итог — дополнительное увеличение нагрузки со стороны «складских» МКТ.

Промышленная революция, начиная с XVIII века, привела не только к замене ручного труда машинами но и к интенсивному использованию пара и каменного угля, а несколько позднее — нефти и нефтепродуктов. Все эти изменения наряду с развитием транспорта, чёрной металлургии, химической и нефтехимической промышленности привели к параллельному возрастанию загрязнения окружающей среды ещё и ПАУ. Здесь уместно вспомнить знаменитый «лондонский смог», «Ржавый пояс» США и старую советскую песню со словами «За фабричной заставой, где закаты в дыму…». Итог — дополнительное увеличение нагрузки со стороны ПАУ.

И вишенкой на этом торте, содержащем токсины, стало изобретение и широкое применение СОЗ в промышленности и сельском хозяйстве, начиная со второй трети ХХ века. И, если система метаболизма ксенобиотиков своих «старых знакомых» — МКТ и ПАУ, несмотря на возрастание их концентраций в корме, всё ещё могла достаточно эффективно перерабатывать, то с появлением в кормах СОЗ ситуация в корне изменилась. Это можно сравнить с подачей в деревообрабатывающий станок вместо деревянной заготовки то куска теста, то металлического предмета. А когда в такой станок по очереди или одновременно подавать и тесто и дерево и металл, такой станок долго не протянет. Что мы и наблюдаем в настоящее время. Выход один — удаление из заготовок для станка «теста» и «металла» и снижение размера обрабатываемой детали для станка до оптимального размера. Поэтому крайне необходимо использование эффективных средств для защиты животных от вредного влияния токсинов, содержащихся в кормах, в современном животноводстве. В настоящее время для этих целей чаще всего используют кормовые адсорбенты.

Для оценки эффективности кормовых адсорбентов прежде всего необходимо выбрать адекватную биологическую модель и работать с реальными кормами, которыми располагает животноводческое хозяйство. Наиболее удобную модель в этом плане представляет собой молочный скот, так как коровы даже при качественном содержании и полноценном уходе весьма мобильно отзываются на качество кормов и наглядно демонстрируют это с помощью такого важного показателя качества молока, как концентрация соматических клеток в молоке (КСК). Если в других отраслях животноводства, в птицеводстве и свиноводстве о качестве и эффективности кормовых адсорбентов можно судить только по сохранности молодняка и одному интегральному показателю — удельному привесу на единицу корма, что занимает не так уж мало времени, то молочные коровы наряду с этим показателем, применимым для молодняка, предоставляют дополнительно ещё два показателя, продуктивность (суточный удой) и ещё более гибкий показатель — КСК. Известно, что КСК существенно и достаточно быстро возрастает при применении токсичных кормов. Вероятнее всего, это связано с отрицательным влиянием токсических компонентов кормов на иммунную систему животных, функция которой может подавляться как представителями МКТ, так и ПАУ, и СОЗ. При применении эффективных адсорбентов КСК достаточно быстро приходит в норму. По нашим данным продуктивность восстанавливается несколько медленнее.

В рамках такой модели «идеальный» адсорбент, который может быть подобран только эмпирическим путём, должен быть способным к связыванию достаточных количеств токсинов, особенно неполярных, в желудочно-кишечном тракте. Поэтому очень важна высокая ёмкость адсорбента и прочность связывания сорбата в водной среде. Эффективным с практической точки зрения в молочном стаде можно считать адсорбент (или комбинацию адсорбентов, один из которых обязательно должен быть неполярным), который при использовании наличных кормов и применяемых дозировок, способен поддерживать КСК на «здоровом» уровне 80,000 — 120,000 клет/мл в течение длительного времени, и применение которого экономически оправдано.

Для оценки эффективности предполагаемого кормового адсорбента для начала целесообразно рассмотреть модельную ситуацию с влиянием токсинов из корма на продуктивность и качество молока в стаде лактирующих первотёлок. В это стадо (n = 400) входят коровы со сроком лактации от 30 до 250 дней после первого отёла. Животные получают основной рацион, содержащий токсины (МКТ, ПАУ и СОЗ) в концентрациях, характерных для данного региона и данного конкретного хозяйства. Концентрация токсинов в корме на всём протяжении этого мысленного эксперимента может рассматриваться в качестве константы. Оценка проводится по 4 основным параметрам:

1. Суммарная концентрация токсинов в сыворотке крови, которая отражает их концентрацию в жировой ткани.

2. Активность, которая характеризует общее состояние физиологических систем организма. Она может отражаться в продуктивности (удоях), уровне иммунного статуса, эффективности зачатия, полноценном вынашивании и т. д.

3. Концентрация токсинов в молоке, что позволяет оценивать уровень накопления токсинов в жировой ткани и степень безопасности использования молока в качестве продукта питания для человека.

4. Концентрация соматических клеток. Этот показатель отражает статус иммунной системы, прямо связан со степенью обсеменённости молока микроорганизмами и количественно описывает качество, сортность и сыропригодность молока.

Результаты подобного эксперимента представлены ниже.

Рисунок 2. Влияние токсинов из корма на физиологическое состояние лактирующих коров.

На графике представлено развитие событий в стаде двухлетних коров после первых родов и в процессе первой и второй лактаций. Корма содержат «привычный» набор токсинов (МКТ, ПАУ, СОЗ). В период выращивания тёлок и первой беременности они уже накопили в жировой ткани некоторое количество жирорастворимых токсинов (Токс), которые с началом лактации начинают переноситься в молоко (Мол). В течение рассматриваемого периода (24 мес) коровы накапливают всё больше токсинов в жировой ткани и процент их переноса в молоко увеличивается. Параллельно с увеличением токсической нагрузки на организм начинает снижаться «активность» (Акт), параметр, который отражает совокупные представления о продуктивности и физиологическом состояния организма в целом. Наряду с этим можно наблюдать снижение иммунной функции под влиянием накапливающихся жирорастворимых токсинов и, как следствие, повышение уровня соматических клеток в молоке (КСК).

Повышения общего уровня интоксикации приводит к угнетению иммунной системы, развитию рецидивирующих маститов, снижению продуктивности и качества молока. Это, как следствие, приводит к вынужденной выбраковке животных. При этом следует учитывать, что каждая вынужденная замена коровы приносит хозяйству ощутимые финансовые потери. В результате, в настоящее время в молочных хозяйствах России среднее количество лактаций на одну корову составляет всего 2,5. Поскольку уровень загрязнения окружающей среды постоянно возрастает, то, если не принимать соответствующие меры, вероятно, этот показатель будет снижаться и в дальнейшем.

В разделах, посвящённых свойствам адсорбентов, мы будем обсуждать, как может измениться эта картина при применении действительно эффективных адсорбентов.

«Эффективных» не на бумаге рекламного проспекта,

а на практике.

Со свойствами упомянутых основных типов токсинов (МКТ, ПАУ и СОЗ) в кормах для животных и кормовых адсорбентов для их нейтрализации можно ознакомиться в соответствующих разделах нашего сайта.

Рекомендуемая литература

1. Beek, B. Bioaccumulation: New aspects and developments. In Handbook of Environmental Chemistry; Hutzinger, O., Ed.; Springer: New York, NY, USA, 1986; Volume 2, p. 298.

2. Rychen, G.; Jurjanz, S.; Fournier, A. Exposure of ruminants to persistent organic pollutants and potential of decontamination. Environ. Sci. Pollut. Res. 2014, 21, 6440–6447.

3. Rychen, G.; Jurjanz, S.; Toussaint, H.; Feidt, C. Dairy ruminant exposure to persistent organic pollutants and excretion to milk. Animal 2008, 2, 312–323.

4. Schatzmayr, G.; Streit, E. Global occurrence of mycotoxins in the food and feed chain: Facts and figures. World Mycotoxin J. 2013, 6, 213–222.

5. Streit, E.; Schatzmayr, G.; Tassis, P.; Tzika, E.; Marin, D.; Taranu, I.; Oswald, I.P. Current situation of mycotoxin contamination and Co-occurrence in animal feed—Focus on Europe. Toxins 2012, 4, 788–809.

6. Streit, E.; Schwab, C.; Sulyok, M.; Naehrer, K.; Krska, R.; Schatzmayr, G. Multi-mycotoxin screening reveals the occurrence of 139 dierent secondary metabolites in feed and feed ingredients. Toxins 2013, 5, 504–523.

7. Nichea, M.; Palacios, S.; Chiacchiera, S.; Sulyok, M.; Krska, R.; Chulze, S.; Ramirez, M. Presence of multiple mycotoxins and other fungal metabolites in native grasses from a Wetland ecosystem in Argentina intended for grazing cattle. Toxins 2015, 7, 3309–3329

8. T. Otani, M. Kuwahara, R. Uegaki, and N. Seike. 1. Major route of contamination of rice plants by dioxins. NIAES Annual Report 2003.

http://www.naro.affrc.go.jp/archive/niaes/annual/r2003/html/no04.html

9. Weber, R. et al. \\ Reviewing the relevance of dioxin and PCB sources for food from animal origin and the need for their inventory, control and management \\ Environ. Sci. Eur., 2018, 30, 42-84.

А.И.Сотниченко, В.В.Оханов

01.01.2020

Москва

• 1
• 2
• Туда »