Доклад кандидата биологических наук Александра Ивановича Сотниченко и кандидата химических наук Виктора Ивановича Оханова «Некоторые аспекты химической безопасности кормления крупного рогатого скота» на междисципланарном семинаре по изучению эффектов сверхмалых воздействий в экспертном клубе ИА REGNUM.

Анатолий Левитин. Знатная телятница колхоза «Лесное» Ф. Ласько. 1951
Анатолий Левитин. Знатная телятница колхоза «Лесное» Ф. Ласько. 1951

* * *

Доклад, как следует из его названия, будет посвящён рассмотрению некоторых аспектов химической безопасности питания человека и кормления сельскохозяйственных животных. Его можно рассматривать как некое продолжение темы, которую блестяще раскрыл профессор Владимир Степанович Румак в своём докладе в апреле этого года в этой же аудитории (см. «Аварийные свалки — успешная диверсия. Доказательство»). Во время доклада Владимир Степанович исчерпывающе описал свойства семейства диоксинов и ту степень озабоченности, которую эти опасные экотоксиканты вызывают у мировой общественности. Я не буду повторно касаться этих тем, а предложу вам, уважаемые коллеги, обратить своё внимание на основные пути поступления диоксинов и других стойких загрязнителей из окружающей среды в организм человека. Все знают, что горящая свалка отходов — это очень плохо, потому что мы всем этим дышим. Но так ли это? Может быть, опаснее то, что мы едим?

Эти токсины поступают в наш организм по трём основным путям: через органы дыхания, органы пищеварения и в какой-то части через кожные покровы. Специалисты по загрязнению окружающей среды считают, что основной путь у большей части населения лежит через органы пищеварения. Два других можно оставить профессионалам, занимающихся тушением пожаров и работающих на вредных производствах.

Древние говорили: «Мы есть то, что мы едим». И это совершенно оправдано в наше время.

Обычно мы употребляем продукты двух видов: растительного и животного происхождения. Какие токсины могут содержать эти продукты? Рассмотрим этот вопрос на примере кормов для сельскохозяйственных животных. Почему именно корма? Ответ достаточно прост. Животные поедают корма, а мы поедаем продукцию животноводства. И таким образом большая часть того, что содержится в кормах, рано или поздно попадает к нам на стол. Основными видами токсических примесей в кормах сельскохозяйственных животных являются:

  • микотоксины (МКТ) — афлатоксины, фумонизины, ДОН, Т-2/НТ-2 токсины, зеараленон, охратоксин А и др.);
  • полиароматические углеводороды (ПАУ) — нафталин, бензпирен, хризен, бензантрацен, дибензантрацен и др.;
  • стойкие органические загрязнители (СОЗ) — альдрин, диэльдрин, гептахлор, эндрин, ДДТ, гексахлорциклогексаны, полихлорированные бифенилы, диоксины, фураны и др.
Павел Рыбин. На молочной ферме. 1959
Павел Рыбин. На молочной ферме. 1959

Дело в том, что, кроме полезных и питательных веществ, корма для сельскохозяйственных животных всегда, следует подчеркнуть, всегда содержат токсичные компоненты, которые поступают в корма из окружающей среды на месте произрастания или в процессе хранения. Вопрос об их присутствии заключается только в адекватном протоколе и чувствительности методов анализа.

Давайте рассмотрим те из них, которые, по мнению специалистов, представляют наибольшую угрозу для эффективности мясного и молочного животноводства. Корма, как установлено, всегда содержат три вида токсических примесей в виде микотоксинов, полиароматических углеводородов (ПАУ) и стойких органических загрязнителей (СОЗ). Кстати, диоксин относится к последней группе. Что это за вещества, как они попадают к нам на стол и можно ли с ними бороться на уровне пищевых цепей?

Рис. 1. Основные источники поступления СОЗ в организм человека
Рис. 1. Основные источники поступления СОЗ в организм человека

Известно, что среди представителей СОЗ наиболее токсичными являются полихлорированные дибензодиоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ), что отдельно отметил в своём докладе Владимир Степанович Румак. По этой причине в развитых странах ведётся постоянный мониторинг их содержания в окружающей среде, кормах для животных и продуктах питания для людей. На Рис. 1 представлены данные начала 1990-х годов Агентства по защите окружающей среды США об основных источниках поступления полихлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов в организм среднего американца. Можно видеть, что поступление диоксинов с водой и через органы дыхания составляет менее 4%. Растительные продукты были исключены из рассмотрения из-за ещё более низкого вклада. Большая часть токсинов поступает к человеку с продуктами питания животного происхождения — около 95%. Говядина и молочные продукты вносят определяющий вклад в этот процесс — более 69%. Рыба, птица, яйца и свинина вносят заметно меньший вклад в общую нагрузку — суммарно менее 30%. Сходные результаты были получены позже и в других лабораториях и научных центрах Европы и США.

Вопрос, в чем причины этого феномена? Что такого ест корова в отличие от той же свиньи?

Рис. 2. Распределение СОЗ и ПАУ по частям злаковых растений
Рис. 2. Распределение СОЗ и ПАУ по частям злаковых растений

Для кормления сельхозживотных и питания людей издавна используют злаковые растения. Все злаковые состоят из корневой системы, стебля, листьев и плодов в виде колоса, метёлки или початка с зёрнами, покрытых оболочкой. Большинство кормовых трав для скота также относятся к злаковым. Все они произрастают под открытым небом в тёплое время года и подвергаются как атмосферным осадкам в виде дождя, так и атмосферным отложениям в виде пыли. Здесь уместно заметить, что основной способ распространения ПАУ и СОЗ по земному шару — их перенос из мест с их высокой концентрацией с частицами пыли на большие расстояния. Так, например, свалка горит в Саларьево, а частицы пыли с диоксинами могут переноситься ветром в Наро-Фоминский или Чеховский районы Московской области и там оседать на траву.

Рассмотрим распределение диоксина по разным частям злакового растения в количественном виде.

Таблица 1. Распределение СОЗ и ПАУ по частям злаковых растений

Объект

Содержание

диоксина (пг/г)

Концентрация по сравнению с зерном

Почва

120

Часть растения:
Зерно

0,0011

1

Сок ксилемы

<0,0001

0,1

Стебель

0,05

45

Оболочка зерна

0,38

345

Листья

4,1

3727

В левом столбце таблицы указаны части растения, в среднем приведена концентрация диоксинов в почве и в разных частях растения, а в правом столбце приведены данные об относительном содержании диоксинов в конкретной части растения по сравнению с его концентрацией в зерне. Низкое содержание токсинов в соке ксилемы свидетельствует об отсутствии поступления диоксина из почвы через корневую систему. Наиболее высокое содержание диоксина наблюдается в листьях, за которыми следуют оболочка зерна и стебель. Можно сделать вывод, что зерно, благодаря наличию оболочки, надёжно защищено от попадания диоксина, а также других СОЗ. Поэтому зерно обычно слабо загрязнено СОЗ или ПАУ, а загрязняется в основном микотоксинами. Зелёная часть растения, кроме микотоксинов, может, в отличие от зерна, содержать на порядки более значительные концентрации СОЗ и ПАУ, сходных с ними по физико-химическим свойствам.

Таблица 2. Токсины в кормах для сельскохозяйственных животных

Животные

Основной компонент корма

Основные токсические

примеси в корме

Птица Свиньи РыбаЗерно и корма на его основеМикотоксины
Коровы Буйволы Козы Овцы ЛошадиТрава и корма на её основеМикотоксины Стойкие органические загрязнители (СОЗ) Полиароматические улеводороды (ПАУ)

В связи с типом питания бОльшую часть сельскохозяйственных животных можно разделить на две группы: зерноядных и травоядных. Первая из них состоит из птицы разных видов, свиней и разных видов рыбы. Основу их рациона составляет зерно злаковых и комбикорма на основе зерна. Зерно обычно содержит токсичные примеси в виде различных микотоксинов. Некоторые из них, например афлатоксины, могут соперничать с диоксином по токсичности и канцерогенной активности.

Вторая группа животных представлена коровами, буйволами, козами, овцами, верблюдами и лошадьми. Основу их рациона составляют зелёные части травянистых растений. Как было показано выше, зеленые корма и продукты их консервирования, в добавок к микотоксинам, всегда загрязнены СОЗ, в том числе и диоксинами, и ПАУ в значительных концентрациях.

В этом состоит основное и принципиальное различие между рационами коров и свиней, которое далеко не в пользу коров.

Аркадий Пластов. Земля. 1962
Аркадий Пластов. Земля. 1962

Итак, мы с вами выяснили, что корма для крупного рогатого скота невыгодно отличаются от кормов для птиц и свиней наличием в них кроме микотоксинов ещё двух групп липофильных токсинов — ПАУ и СОЗ.

Для того чтобы выбрать и применять для борьбы с ними наиболее подходящие и эффективные средства, целесообразно остановиться на таких важных свойствах органических веществ, как полярность и липофильность.

Все химические вещества условно делят на три группы:

1. полярные или гидрофильные (Log Pow < 1);

2. умеренно (не)полярные (1 ≤ Log Pow <3);

3. неполярные или гидрофобные или липофильные (Log Pow ≥ 3).

Полярные вещества хорошо растворимы в воде, а неполярные предпочитают неполярное окружение, типа липидов в жировых тканях. Этим группам соответствуют приведенные значения коэффициентов распределения веществ в двухфазной системе октанол/вода (Log Pow). Это десятичный логарифм отношения концентрации вещества в октаноле к его концентрации в воде. У полярных веществ этот коэффициент меньше единицы. У неполярных веществ он больше трёх. Такие вещества будет распределяться между жировыми и водными компартментами организма позвоночных в соотношении концентраций от дести тысяч к одному для монохлордибензодиоксина до шести с половиной миллионов к одному для 2, 3, 7, 8, — ТХДД.

Таблица 3. О полярности токсинов в кормах для КРС (Sotnichenko et al., 2019).

Степень

полярности

МКТ

(n = 1500)

ПАУ

(n = 45)

СОЗ

(n=55)

Полярные (%)

14

0

0

Умеренно (не)полярные (%)

38

0

0

Неполярные, липофильные (%)

46

100

100

В результате нашей работы по анализу свойств достаточно большой выборки микотоксинов в полторы тысячи членов было установлено, что 46%, или почти половина из них, относится к неполярным, или липофильным соединениям. Было также показано, что ПАУ и СОЗ на все 100% относятся к липофильным веществам. Известно, что все неполярные, или липофильные вещества способны к биоаккумуляции. Под биоаккумуляцией понимают процесс постепенного накопления липофильных веществ из корма и окружающей среды в липидах жировой ткани животных. Биоаккумуляция или накопление живым организмом наблюдается на одном уровне пищевой цепи в тех случаях, когда скорость поступления вещества из окружающей среды в живой организм суммарно превосходит скорость метаболизма данного вещества и скорость выведения данного вещества и его метаболитов из организма. Признанными чемпионами по биоаккумуляции являются знаменитые деликатесы — устрицы и гребешки, моллюски-фильтраторы, у которых суммарный коэффициент биоаккумуляции может превышать миллион.

Мы рассмотрим это важное явление на примере переноса хлорорганических пестицидов (ХОП) из корма в коровье молоко. На Рис. 3 показаны метаболиты печально известного пестицида ДДТ, обнаруженные в молоке двух групп коров, получавших естественно загрязнённый корм. Коровы в опытной группе дополнительно получали неполярный кормовой адсорбент «Алвисорб», что позволило за два месяца на 70% снизить концентрацию ХОП в их молоке по сравнению с контролем. Мы установили, что концентрация ХОП в кормах для этих ферм была значительно ниже, чем в молоке коров. По этой причине биоаккумуляция здесь наблюдается пока в скрытом виде.

Рис. 3. Концентрация ХОП в молоке коров из контрольной группы и группы, получавшей «Алвисорб»
Рис. 3. Концентрация ХОП в молоке коров из контрольной группы и группы, получавшей «Алвисорб»

На Рис. 4 приведены данные по концентрации ХОП, обнаруженных в молозиве коров из этих же двух групп животных, отелившихся в течение первого месяца после завершения эксперимента.

Рис. 4. Концентрация ХОП в молозиве коров из контрольной группы и группы, получавшей «Алвисорб»
Рис. 4. Концентрация ХОП в молозиве коров из контрольной группы и группы, получавшей «Алвисорб»

Во время двухмесячного сухостойного периода перед отёлом коров не доят, и они не имеют возможности выводить из организма липофильные токсины вместе с жиром в молоко и поэтому биоаккумулировали, то есть накопили дополнительные их количества. Здесь мы уже можем наблюдать не только три знакомых нам метаболита ДДТ с предыдущего слайда в более высокой концентрации, но и те вещества, которые находились в молоке лактирующих коров в концентрациях ниже уровня количественного определения применяемого аналитического метода. Они накопились за два месяца. Здесь биоаккумуляция предстаёт в чистом виде. Мы можем наблюдать также, с какой скоростью коровы способны накапливать в жировых тканях липофильные токсины.

Несмотря на запрет применения ХОП в нашей стране более 40 лет тому назад, остатки этих пестицидов, как можно видеть, до сих пор присутствуют в кормах для КРС и наносят вред как нашему животноводству, так и нашей диете. Здесь вместе с биоаккумуляцией мы можем наблюдать процесс биомагнификации, под которой понимают скачкообразное увеличение концентрации аккумулированных липофильных веществ при продвижении вверх по пищевой цепи. Мы с вами стоим на её вершине, едим гамбургеры из говядины и пьём молоко.

Дмитрий Налбандян. Успенское. Коровы. 1956
Дмитрий Налбандян. Успенское. Коровы. 1956

Практически такие же результаты были получены нами при анализе содержания в молоке и молозиве ещё одной группы представителей СОЗ — полихлорированных бифенилов, или ПХБ. Эти вещества широко распространены в окружающей среде и представляют собой серьёзную и нарастающую экологическую проблему. Они всегда содержат те или иные количества диоксина, а некоторые из них сопоставимы с диоксином по токсичности.

Для защиты продуктивных животных от токсинов, содержащихся в кормах, достаточно давно применяются так называемые кормовые адсорбенты. Здесь приведены данные о сравнительной эффективности связывания липофильного эстрогенного микотоксина зеараленона наиболее распространёнными на рынке кормовыми адсорбентами разной природы и полярности. Эти адсорбенты представлены:

  • алюмосиликатами;
  • клеточными стенками дрожжей;
  • адсорбентами на основе гуминовых кислот торфа;
  • активированными углями;
  • обращённо-фазовым адсорбентом на основе полиоктилированного полисиликатного гидрогеля.

Последний кормовой адсорбент производится нами и реализуется под торговым знаком «Алвисорб». Его эффективность на этом Рис. 5 по понятным причинам была принята за 100%.

Рис. 5. Сравнительная эффективность кормовых адсорбентов в отношении неполярных токсинов (Log Pow > 3)
Рис. 5. Сравнительная эффективность кормовых адсорбентов в отношении неполярных токсинов (Log Pow > 3)

Аналогичные результаты мы получили и с представителями ПАУ. С СОЗ такие результаты получить значительно сложнее из-за их низкой растворимости в воде, но наши результаты, полученные in vivo на нескольких фермах, подтверждают высокую эффективность применяемого адсорбента.

Виктор Волков. Доярки колхоза им. Н.К.Крупской. 1972
Виктор Волков. Доярки колхоза им. Н.К.Крупской. 1972

Выводы

На основании представленных данных можно сделать следующие выводы.

Во-первых, все корма для сельскохозяйственных животных содержат микотоксины, ПАУ и СОЗ. Вопрос в только в номенклатуре и концентрации.

Во-вторых, наибольшую опасность для здоровья животных и их продуктивности представляют неполярные токсины, способные к биоаккумуляции.

Биоаккумуляция токсинов приводит к их переносу в продукты питания животного происхождения и к биомагнификации в организме человека. В этой связи уместно упомянуть, что средняя корова накапливает липофильные токсины в течение двух лет до первого отёла и после начала лактации начинает избавлять свой организм от них вместе с молоком. Женщина накапливает липофильные токсины, в том числе и диоксины, обычно более двадцати лет и после родов начинает выводить их из организма с грудным молоком. Поэтому грудное молоко во много раз «токсичнее» коровьего, и младенец с рождения получает солидную дозу токсинов вместе с грудным молоком матери со всеми печальными для него последствиями. Американские исследователи на примере рожениц показали, что концентрация диоксина в грудном молоке значительно снижается с каждыми последующими родами.

Мы с вами удостоверились, что основные пути поступления диоксинов в организм человека проходят через пищеварительную систему. Мне кажется, что я смог довести до вашего сведения, что существуют инструменты в виде эффективных энтеральных адсорбентов, которые могут значительно снизить вредное влияние токсинов из корма на здоровье и продуктивность животных и проводить прижизненную деконтаминацию не только сельскохозяйственных животных и продуктов животноводства, но и самого человека.

Читайте ранее в этом сюжете: В Башкирию завезли сухофрукты с личинками опасного вредителя