Методы определения токсических веществ в объектах окружающей среды, тканях животных и продуктах животноводства

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Соединения азота

Из соединений этой группы санитарно-токсикологическое значение имеют нитраты (NO3), нитриты (NO2), нитрозоамины и в определенной степени мочевина -- карбамид [CO(NH2)2] и др. Мочевина используется в качестве кормовой до­бавки животным. В связи с широкой химизацией сельского хозяйства и применением в больших масштабах азотистых удобрений существенно возрастает санитарно-токсикологическое значение нитратов и нитритов, которые могут в значительных количествах накапливаться в кормовых культурах, особенно в корнеклубнеплодах, за счет адсорбции из почвы.

Натрия хлорид (поваренная соль). Практически все виды сельскохозяйственных животных одинаково чувствительны к натрия хлориду. Однако чаще других травятся свиньи и птицы. Это связано с тем, что зерновые корма, употребляемые для их кормления, содержат мало соли, поэтому они менее приучены к натрия хлориду и более чувствительны к нему. Чаще всего случаи отравления возникают при скармливании свиньям или курам комбикормов, предназначенных для крупного рогатого скота. Эти комбикорма содержат до 1% натрия хлорида.

Яды растительного происхождения. В связи с окультуриванием пастбищ, развитием промышленного животноводства и перево­дом животных на круглогодичное стойловое содержание значение ядов растительного происхождения в отравлениях сельскохозяйственных животных снижается, хотя и не утрачивается полностью. Кроме того, некоторые яды, образуемые растениями в сравнительно небольших количествах, не вызывают острого отравления, зато действуют эмбритоксически и тератогенно. К ним относятся, например, алкалоиды люпина. В количествах, не вызывающих остpoгoотравления у коров, они оказывают тератогенное действие, в связи с чем у 50 % подопытных коров рождались телята с уродствами.

Растительные яды могут быть алкалоидами, тио- и цианогликозидами, токсичными аминокислотами и растительными фенольными соединениями.

Среди алкалоидов наибольшее ветеринарно-токсикологическое значение имеют алкалоиды растений рода люпина (спортеин и люпинин), аконита (липоктонин, относящийся к классу полициклических дитерпенов), живокости, триходесмы седой и некоторых других.

Гиогликозиды в основном содержатся в растениях семейства крестоцветных. Они могут быть причиной острых и хронических травлений животных. Кроме того, поступление с кормом большого количества растений этого семейства может привести к снижению их продуктивности. Тиогликозиды взаимодействуют в организме с йодом, в результате чего могут наступить йодная недостаточность и развитие патологического процесса.

Из растительных фенольных соединений наибольшее ветеринарнo-санитарное значение имеют дикумарин и госсипол.

2. Лекарственные средства и премиксы

Многие лекарственные препараты в терапевтических дозировках обладают побочным действием -- вызывают аллергические реакции, поражают отдельные органы. В завышенных дозах они вызывают интоксикацию и гибель животных. Некоторые лекарственные препараты могут длительное время сохраняться в тканях животных, выделяться с молоком или яйцами. Например, антигельминтик гексахлорпараксилол обнаруживают в жире обработанных животных через 60 дней после его однократного введения. В значительных количествах он выделяется с молоком коров. В яйцах кур нередко обнаруживают антигельминтик фенотиазин, применяемый для обра­ботки птиц. Поэтому вопросы токсикологической и ветеринарно-санитарной оценки лекарственных препаратов приобретают особое значение. Решение этих вопросов -- одна из задач ветеринарной токсикологии. Такое же значение имеют токсикологическая и ветеринарно-санитарная оценки премиксов.

До последнего времени полимерные и пластические материалы являлись объектом исследования медицинской токсикологии в связи с тем, что их использовали в основном в жилых и производственных помещениях, изделиях бытового назначения и других предметах, с которыми кон­тактировал в основном человек. Однако в последнее время раз­личные отходы полимерных материалов и пластические массы широко применяют в животноводстве. Некоторые полимерные материалы для животноводческих помещений изготовляют непос­редственно на месте без необходимого технологического контро­ля. Были случаи отравления животных при использовании в животноводческих помещениях полимерных материалов, не прошедших токсикологической оценки. Поэтому все новые полимерные материалы, предназначенные для животноводческих помещений, должны проходить токсикологическую оценку. Они и являются предметом исследования и контроля ветеринарных токсикологических лабораторий.

В последнее время идут активные поиски новых биологических субстратов, которые могли бы быть использованы для кормления животных. Ведутся попытки использовать для этой цели куриный помет и навоз свиней, поскольку птицы и свиньи переваривают не более 50% питательных веществ, содержащихся в кормах. Более 50% дефицитного белка выбрасывается с фекалиями. Перспектива использования такого белка для корм­ления животных вполне реальна. Однако этому препятствуют два обстоятельства: психологический фактор и возможное присутствие в навозе токсических веществ, выделяемых организмом. Аналогичные затруднения возникают и при внедрении кормов других видов, например, белково-витаминного концентрата, представляющего собой дрожжи или бактерии, выращенные на отходах нефти или метанола и других продуктов. Все корма этих видов должны пройти токсикологическую и ветеринарно-санитарную оценку и являются объектом исследования ветеринарных токси­кологов.

3. Регламенты применения биологически активных веществ и принципы их нормирования в кормах и продуктах животноводства

Для предотвращения отравления сельскохозяйственных и диких животных, в том числе рыб, птиц, пчел, токсическими веществами, применяемыми для обработки растений, почвы, водоемов и животных, а также с целью профилактики загрязнения продуктов питания животного происхождения их остатками устанавливают регламенты их безопасного использования и максимально допустимые уровни (МДУ) содержания в кормах и продуктах пита­нии

МДУ в кормах -- предельно допустимое количество химичес­кого вещества в кормах для сельскохозяйственных животных, выраженное в мг/кг массы корма, при котором вещество не оказывает отрицательного влияния на организм и не может содержаться в продуктаx питания, полученных от животного, в количествах выше признанных допустимыми.

МДУ, выраженный в мг/кг массы корма, соответствует понятию p.p.m. -- partspermillion (частей на миллион), принятому за рубежом.

МДУ и продуктах питания -- максимально допустимый уровень содержания биологически активного вещества в растительных и животных продуктах, выраженный в тех же единицах, что и величина в кормах.

Допустимые уровни содержания токсических веществ в питьевой воде, воде рыбохозяйственных водоемов, а также в воздухе рабочей зоны определяются показателями ПДК, выраженными в мг/л для воды и в мг/мі для воздуха. Расшифровывают эти показатели как предельно допустимые концентрации токсических веществ в объектах исследования.

МДУ химических веществ для продуктов питания устанавливают органы здравоохранения на основании комплекса показателей: исследований хронической токсичности химического соединения в10-12-месячных опытах не менее чем на двух видах лабораторных животных, из которых один не является грызуном; кумулятивных свойств химического соединения; персистентности вещества во внешней среде; способности выделяться с молоком и оказывать отрицательное действие на потомство, а также других показателей.

На основании исследования хронической токсичности для животных устанавливают минимальную действующую дозу (Мин. ДД) или максимальную недействующую (безвредную) дозу (Макс. НД) для животных. Затем с помощью коэффициента запаса, который колеблется в пределах от 30 до 100 в зависимости от свойств химического соединения, выводят мин. ДД для человека.

Для этого величину мин. ДД для животных делят на коэффициент запаса. Например, величина мин. ДД токсического вещества, установленная экспериментально, составила 5 мг/кг массы животного.

Коэффициент запаса для данного соединения равен 50. Тогда величина мин. ДД этого вещества для человека составит 5: 50= 0,1 мг/кг массы. На основании полученного показателя рассчитывают суточную безопасную дозу. Для этого величину мин. ДД (в данном случае 0,1 мг/кг) умножают на среднюю массу человека, которую принято считать равной 50 кг (с учетом массы детей). Таким образом, суточная безопасная доза химического вещества в нашем примере составит 0,1 мг/кг * 50 кг = 5 мг. На осно­вании этого показателя вычисляют величину МДУ токсического вещества для продуктов питания различных видов.

Несколько иначе устанавливают величину толерантности (МДУ) токсических веществ в продуктах питания за рубежом. В основу расчетов также положены хронические опыты на лабора­торных животных. Исследуемое вещество не менее чем в 3 дозах дают с кормом в течение 3 мес. или даже 2 лет. На основании ис­следований устанавливают максимально недействующую, или подпороговую, дозу, выраженную в мг/кг корма, а не в мг/кг жи­вой массы животного, как это принято в нашей стране. Этот пока­затель переводят с помощью коэффициента пересчета в мг/кг мас­сы животного. Для белых крыс коэффициент пересчета равен 12,5. Допустим, что в хронических опытах на белых крысах максималь­но недействующая доза установлена равной 10 мг/кг корма. В пе­ресчете на массу животного эта величина будет равна 0,8 мг/кг (10 : 12,5). По этой величине определяют безопасный уровень со­держания токсического вещества для определенного продукта пи­тания, входящего в состав рациона человека -- Pd.

Максимально возможные колебания чувствительности отдельных индивидуумов в пределах одного вида не превышают величины, равной 10. В этих же пределах колеблется чувствительность различных видов животных в пределах одного класса. Произведение этих двух величин составляет фактор безопасности. При определении величины Pd для фосфорорганических инсектицидов фактор безопасности иногда берут равным 20, если основным токсикологическим тестом, по которому определяют физиологическое действие токсического вещества, являются начальные признаки угнетения холинэстеразы крови; г --масса продукта, входящего в дневной рацион человека.

Сумма величин Pd-- безопасного ежедневного уровня по­ступления токсических веществ с каждым отдельным пищевым продуктом, входящим в состав дневного рациона, составляет величину AD I-- acceptledailyintake -- безопасный уровень поступ­ления токсического вещества в организм человека в день.

Величины МДУ, или толерантности, токсических веществ в продуктах питания являются официальными, установленными органами здравоохранения на основании величин мин. ДД токсических веществ, фактического уровня содержания остатков в гото­вых продуктах питания и других показателей.

МДУ токсических веществ в кормах для сельскохозяйственных животных устанавливает ветеринарная служба на основании экспериментов на животных тех видов, для которых выводят этот показатель Для экспериментального обоснования МДУ должны быть проведены исследования острой токсичности ядохимиката для лабораторных и сельскохозяйственных животных, разработан метод определения его остатков в органах и тканях животных, молоке, мясе, яйцах, кормах, изучены хроническая токсичность вещества, степень его материальной кумуляции при длительном поступлении с кормом, выделении с молоком и яйцами.

По результатам экспериментов определяют максимально нетоксическую (подпороговую) (макс. НД) и минимально токсическую (пороговую) дозу (мин. ДД), а также коэффициент материальной кумуляции по отношению к животным того вида, для которого нормируются остатки. На основании показателей макс. НД и коэффициента материальной кумуляции можно рассчитать величину МДУ токсического вещества в кормах для сельскохозяйственных животных данного вида.

Если при введении с кормом исследуемого вещества в течение 3 мес. в дозах, соответствующих макс. НД, официальным методом анализа не удается обнаружить его остатки в органах и тканях животных, молоке, яйцах в количествах выше тех, которые приняты органами здравоохранения в качестве допустимых, величину МДУ данного химического вещества в кормах для дойного и откормочного скота можно принять равной 1/2 макс. НД. Например, в опытах с карбофосом установлена макс. НД 100мг/кг корма. При введении пестицида коровам в этой дозе официальным методом установлено его выделение с молоком и накопление в мышечной ткани. Экспериментально обоснованную величину МДУ карбофоса в кормах для откормочного и молочного скота можно принять равной 50 мг/кг корма.

В случае, если при введении с кормом токсического вещества обнаруживают его остатки в органах и тканях животного, молоке, яйцах, МДУ в кормах целесообразно определять, исходя из степени материальной кумуляции вещества в тканях, выделения с молоком и яйцами. Например, при длительном поступлении с кормом гамма-изомера ГХЦГ его обнаруживают в мышцах крупного рогатого скота и овец в количествах, в 25 раз меньших по сравнению с его содержанием в корме. Коэффициент материальной кумуляции мышцы -- корм в этом случае составляет 0,04. Органами здравоохранения МДУ гамма- изомера в мясе установлен равным 0,005 мг/кг.

Коэффициент выделения гамма- изомера ГХЦГ с желтком при поступлении с кормом достигает 1. Поэтому ПДК гамма-изомера ГХЦГ в кормах для яйценоской птицы следует рекомендовать равной 0,005 мг/кг -- величине МДУ гамма-изомера для яиц.

Таким образом, исходным показателем, по которому устанавливают ПДК токсических веществ в кормах для сельскохозяйственных животных, является их МДУ в мясе, молоке и яйцах.

ПДК токсических веществ в воздухе рабочей зоны и в питьевой воде устанавливают органы здравоохранения на основании комп­лекса токсикологических исследований, в воде рыбохозяйственных водоемов -- соответствующие органы Минрыбпрома и Минсельхоза России. Однако до настоящего времени нет единых мето­дических подходов к нормированию токсических веществ в воде рыбохозяйственных водоемов.

Ряд авторов (Н.И. Лесликов, 1960, и др.) предлагают в качестве тест-организмов при экспериментальном обосновании ПДК токсических веществ в воде рыбохозяйственных водоемов использовать дафнии и другие низшие гидробионты, которые служат пи­щей для рыбы. Такой выбор едва ли будет удачным. ПДК токсических веществ устанавливают для рыбы, поэтому правильным было бы и в качестве тест- объекта использовать рыбу.

Схемой проведения опытов должно быть предусмотрено, также, как и в опытах на теплокровных животных, определение в острых и хронических опытах максимально недействующей (неток­сичной), минимально токсичной (пороговой) и смертельной кон­центраций, а также СК50 при 96-часовом контакте токсического вещества с рыбой. Базисной концентрацией, по которой устанавливают ПДК, целесообразно принять максимально недействующую концентрацию. При этом обязательно должны быть предусмотрены исследования по разработке методики определения токсического вещества в воде, планктоне, рыбе, изучена динамика его остатков в воде и рыбе и установлены пути попадания токсиканта в рыбохозяйственный водоем.

ПДК токсических веществ в воде рыбохозяйственных водоемовне может служить критерием оценки санитарного состояния водоемакак этo имеет место с ПДК или МДУ токсикантов в кормахили продуктах питания. Следовательно, ПДК химических веществ в водерыбохозяйственных водоемов является лишь исходным показателем, на основании которого могут быть установлены регламенты применения пестицидов и других веществ в зоне водоемов или проведен контроль за работой очистных сооружений промышленных предприятий, сбрасывающих сточные воды в реки или моря. Поэтому ПДК в воде рыбохозяйственных водоемов не может быть меньше чувствительности аналитического метода определения остатков этого вещества в воде.

По показателю ПДК или МДУ химических веществ в кормах и продуктах питания и скорости снижения их остатков в почве, растениях или организме животных устанавливают регламенты (ограничения) по применению веществ на растениях или животных. Основным регламентом на растениях служит «время ожидания» --срок (в днях) от момента последней обработки участков (кормовых культур, лугов, пастбищ) до уборки урожая на корм животным или выгонa на обработанное пастбище. Это время соответствует продолжительности исчезновения остатков пестицида до уровня, равного ПДК, установленной для кормов, в днях с момента последней обработки. Например, ПДК пестицида X в кормах для сельскохозяйственных животных установлена равной 2мг/кг. Исчезновение остатков этого пестицида на люцерне до 2 мг/кг происходит в течение25 дней со дня обработки. Следовательно, «время ожидания» пестицида X на люцерне должно составлять 25 дней.

Для химических средств защиты животных устанавливают «сроки убоя», величина которых соответствует времени (в днях) снижения остатков в органотропном органе животного до МДУ химического вещества, установленного органами здравоохранения для мяса.

Особенно жесткие регламенты должны быть установлены в случаях применения пестицидов, антигельминтиков и других ветеринарныx препаратов для дойного крупного рогатого скота и яйценоских птиц. В молоке и яйцах, как правило, не допускается или допускается на очень низком уровне содержание остатков токсических веществ. Поэтому для обработки дойных животных и яйценоской птицы следует применять такие препараты, которые очень быстро разрушаются в организме и не выделяются с молоком и яйцами. Если такой возможности нет, преимущество следует отдавать таким препаратам и методам применения, при использовании которых отмечается наиболее низкое выделение. Однако и для использования этих препаратов должны быть установлены жесткие регламенты.

корм животноводство токсикология лекарственный

4. Методы определения токсических веществ в объектах окружающей среды, тканях животных и продуктах животноводства

Химико-токсикологический анализ в ветеринарной токсикологии имеет решающее значение. При установлении диагноза на отравление, изучении миграции токсических веществ в объектах окружающей среды и организме животных, проведении ветеринарно-санитарной оценки кормов и продуктов питания используют, как правило, только химико-аналитические методы исследования. Особенно их значение возросло за последние годы, когда стали уделять особое внимание охране окружающей среды, в системе которой большое место занимает мониторинг -- накопление фактических данных по уровню загрязнения объектов окружающей среды токсическими веществами различного происхождения.

По данным Гунтера (1977), чувствительность аналитических методов определения пестицидов за 25 лет (1941 -- 1965) выросла в десятки тысяч раз. Если в 1941 г. пределы обнаружения большинства токсических веществ составляли 10 мг/кг, то в 1965 г.-- 0,1 мкг/кг.

В настоящее время для анализа остатков химических веществ в объектах окружающей среды и биологическом материале используют современные физико-химические методы, такие, как тонко­слойную и газожидкостную хроматографию, ультрафиолетовую, инфракрасную и атомно-абсорбционную спектрометрию, масс-спектрометрию и хромато-спектрометрию.

Современные методы исследования должны быть по возможности специфичными, т.е. позволяли бы открывать искомое вещество в присутствии других аналогичных соединений, быть достаточно чувствительными и позволяли бы определять миллион­ные доли вещества в 1 кг субстрата. Особенно это важно для мето­дов, предназначенных для санитарной оценки кормов и продуктов животноводства, а также для изучения динамики остатков пестицидов в воде, растениях и организме животных.

Степень определения химических токсикантов должна состав­лять не менее 60% от количества стандартного вещества, внесенного в пробу. Методы должны быть удовлетворительно точными (не менее ± 20%) и хорошо воспроизводимыми.

Методы определения токсических веществ в патологическом материале, объектах окружающей среды, кормах и продуктах пи­тания животного происхождения включают в себя выделение токсического вещества из пробы. Выделение яда из пробы может быть проведено путем мокрого или сухого озоления, отгонки с водяным паром или же экстракцией одним или несколькими орга­ническими растворителями.

Сухое озоление проводят под действием высокой температуры (до 500° С) в муфельной печи. Этот метод в основном используют для выделения металлов.

Мокрое озоление применяют значительно чаще и проводят при помощи концентрированных неорганических кислот, чаще всего смеси азотной, серной кислот и окислителей.

Выделение токсических веществ методом отгонки с водяным миром или дистилляции используют для легколетучих химичес­ких соединений. Сущность метода заключается в том, что пробу тщательно измельчают до кашицеобразного состояния или же разрушают неорганической кислотой, разбавляют водой, а затем воду перегоняют, нагревая колбу или подавая в нее пар от парообразователя. Токсические вещества переводятся в дистиллят.

Чище других в ветеринарной практике выделяют токсические вещества путем их экстракции из пробы органическими раствори­телями. Для этого пробу тщательно измельчают, помещают в колбу и затем заливают одним или несколькими органическими растворителями. Объем органического растворителя должен быть не менее, чем в 2 раза больше массы или объема пробы. Экстракцию токсиканта проводят путем выдерживания пробы с органическим растворителем в течение 20--24 ч, перемешивания на шюттель-аппарате и течение 1--2 ч или смешивания в течение нескольких минут при большой скорости вращения перемешивающего устройства (ультратораксы, омнимиксары и др.). Последний способ предпочтителен, так как при этом образуется гомогенная масса, в которой создается наиболее тесный контакт органического растворителя с субстратом, а следовательно, наиболее полно извле­каются токсические вещества, содержащиеся в пробе. Для этой цели также используют аппарат Соксклета, в котором токсическое вещество экстрагируется при многократном промывании субстрата кипящим органическим растворителем. Аппарат Соксклета обеспечивает более полное извлечение токсиканта из пробы по сравнению с другими методами.

При любом способе выделения токсического вещества в экстракт переходит значительное количество примесей, мешающих определению: жиры, пигменты, воск, белки, соли и др. Для освобождения экстракта от этих веществ используют различные способы очистки: путем омыления, вымораживания, осаждения, перераспределения из одного органического растворителя в другой помощью специальных колонок и др. Последние зависят от вида анализируемого соединения и субстрата, в котором он находится.

Дли того чтобы повысить чувствительность метода анализа, экстракты концентрируют до небольшого объема, достаточного для проведения исследований данным методом. Обычно конечные объемы экстрактов составляют 0,5--5 мл. Для концентрирования используют специальные аппараты Кудерна--Данича, вакуум-ротационные испарители. Концентрирование также можно прово­дить в токе воздуха или азота. В практических условиях наиболее приемлемым способом является концентрирование в токе воздуха. Для этого экстракт заливают в фарфоровую выпарительную чаш­ку, ставят ее под шторку вытяжного шкафа и включают тягу. При определении высоколетучих веществ при концентрировании возможны значительные потери яда, поэтому при этой операции необходимо выполнять следующие требования: не концентрировать конечные экстракты при повышенной (выше 40 °С) температуре, не упаривать досуха очищенные экстракты.

Индикацию токсичных веществ проводят следующими основными методами.

Биологические методы. Применяют главным образом для опре­деления некоторых пестицидов и микотоксинов. Они основаны на чувствительности низших животных, растений или тканей к действию токсического вещества. Так, к инсектицидам и акарицидам наиболее чувствительны различные членистоногие. Чаще дру­гих для определения инсектоакарицидов используют комнатных мух, мух-дрозофил, личинок комаров и рачков-дафний. Для определения микотоксинов применяют кожные пробы на кроликах или аквариумных рыбах гуппи.

Некоторые из микотоксинов, в частности трихотецены и другие, продуцируемые грибом Fusariumsporotrihioides, обладают очень сильным дерматоцидным действием, поэтому реакция кожи является специфической по отношению к метаболитам этих видов грибов. Из всех позвоночных животных наиболее чувствительны по отношению к большинству токсических веществ рыбы, поэто­му их используют для определения не только микотоксинов, но и многих других токсикантов.

Биологические методы индикации обладают высокой чувствительностью, однако в большинстве своем они неспецифичны и не позволяют установить вид токсического вещества. Однако эти ме­тоды широко применяют для общей токсикологической оценки кормов при отравлениях животных на первой стадии лаборатор­ного токсикологического исследования. С помощью этих методов можно установить отравление и исключить заболевания другой этиологии.

Биохимические методы. Основаны на подавлении некоторыми токсическими веществами активности отдельных биохимических систем. В ветеринарном токсикологическом анализе наиболее часто применяют ферментный метод определения фосфорорганических и карбаматных инсектицидов. Он основан на том, что соединения этих групп в условиях in vitro подавляют активность холинэстеразы. Чувствительность метода при определении некоторых ФОС достигает 0,01--0,001 мг/кг. Однако эти методы обладают групповой специфичностью и позволяют установить всю группу в целом, не давая возможности установить вид ФОС. Кроме этого некоторые ФОС, в частности производные тио- и дитиофосфорных кислот, очень слабо ингибируют активность фермента in vitro и нуждаются в предварительной активации.

Размещено на Allbest.ru