składu pierwiastkowego wątroby zwierząt dziko żyjących

Transkrypt

1 Długaszek Probl Hig Epidemiol M, Kopczyński 2011, K. 92(4): Porównawcza analiza składu pierwiastkowego wątroby zwierząt dziko żyjących 859 Porównawcza analiza składu pierwiastkowego wątroby zwierząt dziko żyjących Comparative analysis of liver mineral status of wildlife Maria Długaszek, Krzysztof Kopczyński Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna w Warszawie Wprowadzenie. Tkanki wątroby i nerek wykorzystywane są m.in. do oceny niedoborów bądź ewentualnej niepożądanej kumulacji metali ciężkich w organizmach zwierząt. Cel. Ocena składu mineralnego wątroby zwierzyny łownej z uwzględnieniem biopierwiastków i metali ciężkich oraz wzajemnych między nimi relacji. Materiał i metody. Przedmiotem badań były próbki wątroby dzika (n=10), sarny (n=14) i zająca (n=11) pobrane od zwierząt zamieszkujących tereny województwa łódzkiego i mazowieckiego w 2009 r. Metodą spektrometrii absorpcji atomowej, stosując dwie techniki, tj. płomieniową i bezpłomieniową, oznaczono zawartość następujących pierwiastków: wapnia (Ca), magnezu (Mg), cynku (Zn), miedzi (Cu), żelaza (Fe), manganu (Mn), ołowiu (Pb), kadmu (Cd), glinu (Al), chromu (Cr) i niklu (Ni). Uzyskane wyniki poddano analizie statystycznej. Wyniki. Zawartość pierwiastków w wątrobie zwierząt wyrażona w postaci mediany przedstawia się następująco (μg/g świeżej tkanki): Ca , Mg , Zn , Cu , Fe , Mn , Pb , Cd , Al , Cr i Ni Wyznaczono istotną korelację między wiekiem i masą ciała zwierząt a zawartością Cd, Pb, Mn i Ca (p<0,05). Wnioski. W badanych próbkach wątroby zawartość takich pierwiastków jak Ca, Mg i Zn jest podobna do siebie w trzech grupach zwierząt i porównywalna do danych dostępnych w piśmiennictwie. Większe różnice obserwowano w zawartości Cu w wątrobie sarny, dzika oraz zająca. Stężenie Pb i Cd jest na granicy dopuszczalnych norm w ustawodawstwie polskim, ale w niektórych przypadkach jest znacznie wyższe. Obserwowano znaczny rozrzut wyników zawartości Pb, Cd, Cr i Ni będący prawdopodobnie efektem zróżnicowanej środowiskowej ekspozycji. Nie stwierdzono negatywnych oddziaływań Pb i Cd, na poziomie oznaczonych stężeń na biopierwiastki w wątrobie. Słowa kluczowe: zwierzyna łowna, wątroba, biopierwiastki, metale ciężkie Probl Hig Epidemiol 2011, 92(4): Nadesłano: Zakwalifikowano do druku: Introduction. The liver and kidney tissues are used, among others, to assess potential deficiencies of essential elements or undesirable accumulation of heavy metals in animal tissues. Aim. To assess mineral composition of game liver including essential and toxic metals as well their interactions. Materials & methods. The study of 2009 investigated samples of liver of wild boar (n=10), roe deer (n=14) and rabbit (n=11) collected from animals inhabiting the province of Lodz and the Mazowsze region. The measurements of element contents were performed by the atomic absorption spectrometry method, using two techniques i.e. flame and flameless. The concentrations of the following elements were determined: calcium (Ca), magnesium (Mg), zinc (Zn), copper (Cu), iron (Fe), manganese (Mn), lead (Pb), cadmium (Cd), aluminum (Al), chromium (Cr) and nickel (Ni). The obtained results were statistically analyzed. Results. The element content in the liver of animals expressed in the form of median was as follows: (μg /g wet weight): Ca , Mg , Zn , Cu , Fe , Mn , Pb , Cd , Al , Cr -0.07, and Ni Significant correlations between age and body mass of animals and the contents of Cd, Pb, Mn, and Ca (p<0.05) were noted. Conclusions. In the tested samples of liver the contents of elements such as Ca, Mg and Zn are similar in three groups of animals and comparable to the data available in the literature. Larger differences were observed for the Cu content in the liver of roe deer, wild boar and hare. The concentrations of Pb and Cd are at the maximum permissible levels in accordance with the Polish legislation, but in some cases are much higher. A significant dispersion of the study results for Pb, Cd, Cr and Ni is probably the effect of different environmental exposures. There were no negative effects of Pb and Cd at the measured bioelement levels in the livers. Key words: game, liver, essential elements, heavy metals Adres do korespondencji / Address for correspondence dr inż. Maria Długaszek Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Optoelektroniki ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, Warszawa tel , mdlugaszek@wat.edu.pl Wprowadzenie Zwierzęta wolno żyjące w szczególny sposób podlegają różnym czynnikom środowiskowym. Niedobór biopierwiastków i kumulacja w tkankach metali ciężkich wpływa na kondycję zdrowotną zwierząt, ograniczając ich podstawowe funkcje życiowe, co w szczególnych okolicznościach prowadzi do zatruć i może zmniejszać ich populację. Istotne jest także zachowanie odpowiednich ilościowych proporcji między pierwiastkami na wszystkich etapach procesów metabolicznych, co pozwala utrzymać homeostazę w organizmie. Wątroba, największy narząd miąższowy, uczestniczy w procesie przyswajania pierwiastków, ich wydalania ale też kumulacji. Metale, które podlegają takiej kumulacji to m.in.

2 860 Probl Hig Epidemiol 2011, 92(4): Fe, Cu, Zn, Mn, Pb, Cd, Al, Cr i Ni. Należy podkreślić, iż np. Al, Pb i Cd biorąc udział w różnych procesach biochemicznych mogą również uszkadzać hepatocyty. Określenie zawartości pierwiastków w wątrobie jest jednym ze sposobów oceny stanu odżywienia i ekspozycji środowiskowej zwierząt w tym także zwierzyny łownej, co jest także istotne dla potencjalnego konsumenta dziczyzny. W piśmiennictwie niewiele jest jednak danych dotyczących tej problematyki. Autorzy publikowanych prac obserwowali, iż takie czynniki jak płeć i wiek zwierząt, gatunek, obszar bytowania wpływają na skład mineralny wątroby [1-7]. Cel badań Ocena składu mineralnego wątroby zwierzyny łownej z uwzględnieniem biopierwiastków oraz metali ciężkich oraz wzajemnych relacji między nimi. Materiał i metody Próbki wątrób dzików (Sus scrofa), saren (Capreolus capreolus) i zajęcy (Lepus europaeus) pobrano od zwierząt zamieszkujących tereny centralnej Polski (województwo łódzkie okolice Bolimowa i mazowieckie okolice Siedlec i Gostynina) w okresie od października do grudnia 2009 r. Dziki ważyły kg i były w wieku 1-5 lat, sarny 7-21 kg, a ich wiek 1-4 lat, natomiast zające ważyły 2-5 kg, a ich wiek wynosił 1-4 lat. Do czasu wykonania analizy instrumentalnej próbki przechowywane były w przygotowanych uprzednio plastikowych pojemnikach, w temperaturze -18 C. Zawartość pierwiastków w próbkach wątroby, uprzednio poddanych mineralizacji w mieszaninie HNO 3 /HClO 4 (3:1, v/v), oznaczono metodą spektrometrii absorpcji atomowej AAS stosując spektrometr AVANTA Σ (GBC Scientific Equipment Pty Ltd) z korekcją deuterową typu Ultra Pulse. Ilościowe oznaczenia Ca, Mg, Zn, Cu, Fe i Mn wykonano techniką płomieniową, natomiast Pb, Cd, Cr i Ni techniką bezpłomieniową z atomizacją w piecu grafitowym GF3000. Stosowane procedury analityczne weryfikowane były w oparciu o materiały referencyjne (NCS ZC i SRM 1577b). Do badań stosowano wodę dejonizowaną (0.06 μs/cm) oraz odczynniki przeznaczone do analizy śladów. Podczas pobierania próbek, ich mineralizacji i wykonywania analizy instrumentalnej postępowano zgodnie z wymogami spektrometrii absorpcji atomowej. Uzyskane wyniki w trakcie wykonywania badań poddano analizie statystycznej za pomocą oprogramowania STATISTICA (wersja 9.1). Przyjęto poziom istotności p=0.05. Wyniki i omówienie W wątrobach zwierząt dziko żyjących największe ilości oznaczono Fe i Mg i kolejno Ca, Zn, Cu i Mn (tab. I). Spośród metali ilościowo oznaczanych w piecu grafitowym najwięcej stwierdzono Al, Cd, Pb oraz porównywalne ilości Cr i Ni. W wątrobach badanych zwierząt zawartość pierwiastków jest zbliżona do siebie, z wyjątkiem Cu i Fe w próbkach wątrób saren, gdzie stężenie Cu jest około pięciokrotnie wyższe niż u pozostałych zwierząt, a stężenie Fe jest niższe o około 30% (uwzględniając wartość mediany). Również duży jest rozrzut wyników pomiarów zawartości Tabela I. Zawartość wybranych pierwiastków w wątrobie dzika, sarny i zająca, (μg/g) Table I. Content of selected elements in livers of wild boar, roe deer, and hare, (μg/g) Ca Mg Zn Cu Fe Mn Pb Cd Al Cr Ni Dzik /Wild boar (n=10) Średnia /Mean Mediana /Median SD Rozrzut /Range Sarna / Roe deer (n=14) Średnia /Mean Mediana /Median SD Rozrzut /Range Zając / Hare (n=11) Średnia /Mean Mediana /Median SD Rozrzut /Range SD Odchylenie standardowe /Standard deviation

3 Długaszek M, Kopczyński K. Porównawcza analiza składu pierwiastkowego wątroby zwierząt dziko żyjących 861 Tabela II. Wartość współczynnika korelacji Pearsona r xy między stężeniem pierwiastków a wiekiem i masą ciała zwierząt Table II. Value of Pearson s coefficient r xy between content of elements and animal age and weight Ca Mg Zn Cu Fe Mn Pb Cd Al Cr Ni Dzik / Wild boar Wiek /Age * Waga /Weight * Sarna / Roe deer Wiek /Age * 0.65* Waga /Weight * Zając / Hare Wiek /Age Waga /Weight * Korelacje statystycznie istotne /Correlations statistically significant Cu w wątrobie saren. Wyższe jest także stężenie Mg w wątrobie zajęcy w przybliżeniu o 30% w porównaniu do dzika i sarny. Zawartość Zn była na tym samym poziomie we wszystkich badanych gatunkach zwierząt. Rozrzut zawartości w wątrobach takich metali ciężkich jak Pb, Cd, Al, Cr i Ni jest większy w porównaniu do stężenia pozostałych pierwiastków. W badanych próbkach wątroby dzika wyznaczono statystycznie istotną dodatnią korelację między wiekiem zwierzęcia i masą jego ciała a zawartością Cd (tab. II). Przeciętną dodatnią korelację (0.3 r xy <0.5) lub wysoką (0.5 r xy <0.7) obserwujemy w przypadku Cu, Pb i Al, a ujemną Ca. Wiek saren istotnie wpływał na stężenie Mn i Pb w badanych tkankach, natomiast ujemną korelację wyznaczono dla Mg. Przeciętną dodatnią korelację określono między zawartością Ca i Al a wiekiem oraz zawartością Zn i Pb a masą ciała zwierząt. W wątrobach zajęcy przeciętną dodatnią korelację wyznaczono między zawartością Al a ich wiekiem i masą, między ilością Zn i masą ciała oraz ujemną korelację między stężeniem Cr a wiekiem zwierząt. Spośród oznaczonych pierwiastków zawartość Fe, Ni i Cr pozostaje niezależna od wieku i masy ciała zwierzyny łownej (korelacje słabe lub nikłe). Określono również korelacje między zawartością pierwiastków w tkance wątroby poszczególnych gatunków zwierząt (tab. III). Tabela III. Istotne korelacje między stężeniem pierwiastków w wątrobie zwierząt dziko żyjących Table III. Significant correlations between content of elements in the livers of wildlife Dzik /Wild boar Sarna /Roe deer Zając /Hare Mg-Mn (p<0.02) Ca-Pb (p<0.01) (-) Mg-Cr (p<0.02) Pb-Ni (p<0.02) Ca-Ni (p<0.01) Zn-Mn (p<0.05) (-) Cu-Al (p<0.05) (-) Cu-Fe (p<0.01) (-) Fe-Cr (p<0.05) Pb-Ni (p<0.001) Pb-Cr (p<0.01) Pb-Mn (p<0.05) W tabeli III zamieszczono tylko istotne statystycznie korelacje między stężeniem kolejnych par pierwiastków. Przeciętne lub wysokie korelacje w wątrobie dzików wyznaczono dla następujących par pierwiastków: Ca Cu (- ujemna), Fe, Mn; Mg Fe, Cr; Zn Cu, Al; Cu Fe, Cd, Cr (-), Ni (-); Fe Pb ( ), Cd, Cr (-), Ni (-); Pb Cd, Al; Al Cr (-), Mn (-); Cr Mn. Korelacje dotyczące zawartości pierwiastków w wątrobach saren przedstawiają się następująco: Ca Cu (-), Fe (-), Al, Mn; Mg Zn (-), Fe (-), Al, Cr; Zn Fe, Cd, Cr (-), Mn (-); Cu Fe, Pb (-), Cr (-), Ni (-); Fe Al (-), Mn (-); Pb Al; Cd Ni; Al Cr; Cr Mn. W wątrobie zajęcy stwierdzono korelacje między: Ca Zn (-), Cu (-), Fe, Mn (-); Mg Ni (-); Zn Cu, Fe (-), Pb (-), Cd, Cr, Ni (-); Cu Pb (-), Ni (-), Mn; Fe Pb, Cd, Cr (-), Mn (-); Pb Al, Mn (-); Cd Al (-), Cr (-), Mn; Al Ni, Mn (-); Ni Mn (-). W wątrobach wszystkich badanych gatunków zwierząt zawartość Pb korelowała z ilością Al, natomiast stężenie Al ujemnie korelowało ze stężeniem Fe. Oznaczona w tej pracy zawartość Ca w wątrobie zwierzyny łownej jest porównywalna z danymi w piśmiennictwie tj g/kg (wątroba danieli) [6], i 97.3 mg/kg świeżej tkanki 9 (św. tk.) (kozły i kozy) [1] i 6.48 mg/100 g (wątroba wieprzowa) [8]. Podobnie zawartość Mg jest zbliżona do stężeń prezentowanych w literaturze: 0.14 g/kg [6], i mg/kg [1] oraz 18 mg/100 g [8]. Duża zbieżność wyników podawanych przez autorów i uzyskanych w niniejszej pracy dotyczy także Zn: 31.3 mg/kg [6], 57.7 i 52.2 mg/kg [1], 39.0 i ppm (samce i samice jelenia) [4], 27.5 i 36.3 mg/kg (wątroba sarny, wartości dla dwóch stad) [9], ppm (wątroba łosia) [10], 29 i 35 μg/g św. tk. (wątroba lisa zamieszkującego dwa obszary) [3], 41.8 mg/kg (wątroba lisa) [2], μg/g suchej masy (sm) tj μg/g św. tk. lis [11] oraz 6.78 mg/100 g [8]. Większe zróżnicowanie wyników ma miejsce w przypadku Cu: 31 mg/kg [6], 33.1 i 32 mg/kg [1], i ppm [4], 18.3 i 28.6 mg/kg [9], ppm [10], 5.5 i 7.1 μg/g [3], 16.2

4 862 Probl Hig Epidemiol 2011, 92(4): mg/kg [2], μg/g (3.7 μg/g św. tk.) [11], 1.01 mg/100 g [8]. Zawartość Fe w wątrobach zwierzęcych według autorów jest następująca: 141 mg/kg [6], i mg/kg [1], ppm [10], 285 i 344 μg/g [3], 13,4 mg/100 g [8]. Stężenie Mn tkance wątrobowej według piśmiennictwa wynosi: 3.8 mg/kg [6], 6.7 i 5.96 mg/kg [1], 3.6 i 3.7 μg/g [3], 6.45 μg/g (2.06 μg/g św. tk.) [11], 0.39 mg/100 g [8]. Z punktu widzenia zdrowia zwierząt oraz bezpieczeństwa konsumentów istotna jest obecność w tkankach metali ciężkich. Zawartość Pb w badanych próbkach wątroby, uwzględniając wartość mediany, nie przekracza dopuszczalnej górnej granicy tj. 0.5 mg/kg [12], aczkolwiek w wątrobie zajęcy średnie stężenie Pb jest wyższe. Stężenie Pb w wątrobie zwierząt podawane przez autorów wynosi: 1.48 mg/kg [6], 0.58 mg/kg [2], <0.18 i 0.53 μg/g [3], (0,14) μg/g [11], 1.43 ppm (łoś), 2.14 ppm (renifer), 0.27 ppm (dzik) [10], mg/kg św. tk. (sarna, rejon rolniczy), 0.61 mg/kg (sarna, rejon przemysłowy) oraz i mk/kg (dzik) [13]. Ilość Cd w wątrobie badanych zwierząt, z wyjątkiem dzika, przekroczyła dopuszczalny limit tj. 0.5 mg/kg [12], chociaż wartość mediany w przypadku zajęcy jest niższa. Wartości stężeń Cd w wątrobie zwierząt według innych autorów są następujące: 0.27 mg/kg [6], 0.38 i 0.12 ppm [4], 0.11 ppm łoś, 0.58 ppm renifer, 0.04 ppm dzik [10], 0.21 i 0.18 μg/g [3], 0.32 mg/kg [2], (0.12) μg/g [11], i mg/kg sarna, i mg/kg dzik [13]. W dostępnym piśmiennictwie niewiele jest danych na temat zawartości Al w wątrobie zwierząt dzikich: μg/g św. tk. (renifer), μg/g (łoś), μg/g (owca) [14]. We wcześniejszej pracy oznaczono zawartość Al w wątrobie myszy na poziomie μg/g św. tk. [15]. W porównaniu do własnych danych i stężenia Al w wątrobie owiec zawartość tego pierwiastka w wątrobie zwierzyny łownej jest kilkakrotnie wyższa. Stężenie Cr w wątrobie trzody chlewnej według tabel duńskich [8 ] wynosi 2.71 μg/100 g. Natomiast według [11] μg/g (0.02 μg/g) i [14] μg/g (renifer), < μg/g (łoś), μg/g (owca). Ilość Ni w wątrobie podawana przez innych autorów jest także niewielka: 0.63 i 0.44 ppm [4], 0.08 ppm łoś [10], μg/g renifer, < μg/g łoś, < μg/g owca [14], 1.59 μg/100 g [8]. W wątrobach zwierząt dziko żyjących wyznaczono korelacje dla następujących par pierwiastków: Cd-Cu, Pb-Ni, Cd-Pb, Fe-Cu [10], Zn-Cu, Zn- Cd [7], Cu-Zn, Fe-Cd, Fe-Zn, Ca-Zn, Ca-Fe [5]. Wnioski 1. Zawartość pierwiastków oznaczona w badanych próbkach wątroby dzika, sarny i zająca jest podobna i porównywalna z danymi dostępnymi w piśmiennictwie. 2. Zaobserwowano różnice w zawartości Cu w wątrobie sarny, dzika oraz zająca. 3. Średnie stężenie Pb w wątrobie zajęcy przekracza dopuszczalną ilość, natomiast średnie stężenie Cd jest wyższe w odniesieniu do norm w wątrobie sarny i zająca. 4. Obserwowano znaczny rozrzut wyników zawartości Pb, Cd, Cr i Ni będący prawdopodobnie efektem zróżnicowanej środowiskowej ekspozycji zwierząt. 5. Stwierdzono istotną zależność między wiekiem i zawartością Pb, Cd oraz masą zwierzęcia i zawartością Cd i Mg. Rozważając wartość współczynnika korelacji r xy wydaje się, iż wiek zwierzęcia w większym stopniu wpływa na zawartość pierwiastków w wątrobie niż jego masa ciała. 6. W oparciu o analizę korelacji nie stwierdzono na poziomie oznaczonych stężeń, antagonistycznych oddziaływań Pb i Cd z biopierwiastkami w wątrobach zwierząt. Piśmiennictwo / References 1. Chudzicka-Popek M, Majdecka T. Metabolizm składników mineralnych u saren (Capreoolus capreolus L) badania wstępne. Procceedings of ECOple 2010, 4, 2: Dip R, Stieger C, Deplazes P, et al. C of heavy metal concentrations in tissues of red foxes from adjacent urban, suburban, and rural areas. Arch Environ Contam Toxicol 2001, 40: Hoekstra PF, Braune BM, Elkin B, et al. Concentrations of selected essential and non-essential elements in arctic fox (Alopex lagopus) and wolverines (Gulo gulo) from the Canadian Arctic. Sci Total Environ 2003, 309: Khan AT, Diffay BC, Bridges ER, et al. Cadmium and other heavy metals in the livers of white-tailed deer in Alabama. Small Rumin Res 1995, 18: Kryński A, Chudzicka M, Majdecka T. Wpływ obciążenia organizmu zająca szaraka (Lepus Europaeus P.) kadmem na poziom wybranych składników mineralnych. Folia Univ Agric Stetin 2001, 42: Vengušt G, Vengušt A. Some minerals as well as trace and toxic elements in livers of fallow deer (Dama dama) in Slovenia. Eur J Wildl Res 2004, 50: Kannan K, Agusa T, Evans TJ et al. Trace element concentrations in livers of polar bears from two populations in Northern and Western Alaska. Arch Environ Contam Toxicol 2007, 53: Slovak Food Composition Data Bank (SFCDB): online food composition database.

5 Długaszek M, Kopczyński K. Porównawcza analiza składu pierwiastkowego wątroby zwierząt dziko żyjących Humann-Ziehank E, Ganter M, Hennig-Pauka I, et al. Trace mineral status and liver and blood parameters in sheep without mineral supply compared to local roe deer (Capreoolus capreolus) populations. Small Rumin Res 2008, 75: Medvedev N. Levels of heavy metals in Karelian wildlife, Environ Monitor Assess 1999, 56: Jankovská I, Miholová D, Bejček V, et al. Influence of parasitism in trace element contents in tissues of red fox (Vulpes vulpes0 and its parasites Mescestoides spp. (Cestoda) and Toxascaris leonine (Nematoda). Arch Environ Contam Toxicol 2010, 58: Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 13 stycznia 2003 r. Dz.U. z dnia 4 marca 2003 r. 13. Wrzesień R, Kryński A, Rokicki E. Bioindykacja skażenia środowiska metalami ciężkimi na podstawie badania tkanek zwierząt łownych aspekty higieniczne. Żyw Człow Metab 2000, XXVII: Suplement. 14. Sivertsen T, Daae HL, Goda A, et al. Rant uptake of nickel and other elements from industrial air population in the Norwegian-Russian border area. Environ Pollut 1995, 90, 1: Długaszek M, Fiejka MA, Graczyk A, Aleksandrowicz J, et al. Effects of various aluminium compounds given orally to mice on Al. tissues distribution and tissue concentrations of essential elements. Pharmacol Toxicol 2000, 86: