До 105-річчя факультету ветеринарної медицини НУБіП України: внесок київської школи ветеринарних токсикологів у дослідження токсичних властивостей сполук азоту

Сполуки азоту, серед яких карбамід (синтетична сечовина), солі амонію — діамонію фосфат, діамонію сульфат, натрію нітрат, калію нітрат та амонію нітрат широко використовуються як синтетичні азотні добрива.
Чисельні дослідження вітчизняних та зарубіжних вчених у галузі фізіології та біохімії травлення жуйних тварин довели, що небілковий азот синтетичних сполук (карбаміду, солей амонію), може ефективно засвоюватися мікрофлорою передшлунків за наявності в кормах раціону необхідної кількості енергії, розчинних вуглеводів, крохмалю, клітковини, макро- та мікроелементів. Це дає можливість економити значну частину кормового протеїну, спрямовувати його на розвиток галузей свинарства та птахівництва і здешевлювати продукцію тваринництва взагалі. Але для цього необхідно виконувати цілу низку обов’язкових умов.

Доведено, що в організмі жуйних тварин завдяки чотирикамерній будові складного шлунка, у процесах травлення надзвичайно важлива роль належить мікрофлорі, за допомогою якої поживні компоненти корму (білки, жири, вуглеводи, в тому числі клітковина) піддаються ензимному розщепленню з утворенням відносно простих сполук — летких жирних кислот, основними з яких є оцтова, пропіонова та масляна і амінокислот, які піддаються дезамінуванню з утворенням великої кількості аміаку, а також вуглекислого газу та метану, які потім використовуються в процесах синтезу мікробного білка. У сичугу та тонкому відділі кишечнику під впливом відповідних ензимних систем повноцінний білок мікроорганізмів розщеплюється до амінокислот, у тому числі незамінних, які беруть участь у синтезі білків тіла макроорганізму. Результати цих досліджень стали теоретичною основою використання небілкових сполук азоту в годівлі жуйних тварин.

Впровадження карбаміду, як замінника кормового протеїну в раціонах, перш за все великої рогатої худоби, набуло значного поширення (за могутнього адміністративного тиску) у 60–х роках минулого століття. Внаслідок порушення правил його згодовування з’явились випадки мосового отруєння та загибелі тварин за відсутності ефективних засобів лікування.

Ініціатором дослідження токсичності карбаміду для великої рогатої худоби був фундатор ветеринарної токсикології, засновник школи з вивчення токсикології сполук азоту, завідувач кафедри фармакології та патофізіології УСГА, професор Сергій Васильович БАЖЕНОВ. Перші дослідження розпочалися у 1965 р., а основним виконавцем був на той час аспірант кафедри Григорій Олександрович ХМЕЛЬНИЦЬКИЙ.

За короткий термін аспіранту в дослідах на фістульних бичках вдалося визначити параметри токсичності карбаміду та фактори, від яких залежить ступінь отруєння. Було встановлено, що основне значення у розвитку отруєння має аміак, який утворюється в результаті гідролізу карбаміду у вмістимому рубця. Аміак легко всмоктується в кров, а токож проникає через мембрани клітин життєво важливих органів, у першу чергу в центральну нервову систему, блокує тканинне дихання та різко порушує її функцію.

Проф. БАЖЕНОВ С. В.
(1902 – 1983)

Отримані результати вперше було озвучено на науковій конференції молодих вчених Київського інституту фармакології та токсикології МОЗ України. З’явились перші публікації, а велика зацікавленість та позитивна оцінка корифеїв медичної токсикології надихали на подальшу інтенсивну роботу, логічним завершенням якої був достроковий захист Г.О. ХМЕЛЬНИЦЬКИМ кандидатської дисертації на тему «Механізм токсичної дії карбаміду на організм великої рогатої худоби».

Акад. ХМЕЛЬНИЦЬКИЙ Г.О.
(1936 – 2020 )

Однак залишалась необхідність пошуку ефективного антидоту в разі виникнення гострої форми отруєння карбамідом. Запропонована на той час оцтова кислота у формі 2 % розчину після внутрішнього застосування не забезпечувала надійного антидотного ефекту. Під час комісійної перевірки було встановлено, що у разі надходження в організм худоби карбаміду в смертельних дозах оцтова кислота не запобігала загибелі тварин.

Тому дослідження були спрямовані на пошук засобів, за допомогою яких можна було б нейтралізувати аміак в рубці великої рогатої худоби хімічним методом. Такою речовиною виявився розчин формальдегіду (формалін), який за взаємодії з аміаком утворює нетоксичну органічну сполуку — гексаметилентетрамін. Передбачення підтвердились як у лабораторних умовах, так і після екпериментального отруєння тварин карбамідом у дозах, що навіть перевищували смертельні у два рази.

Винахід було запатентовано та підготовлено і затверджено Головним управлінням ветеринарії Міністерства сільського господарства СРСР “Рекомендації з профілактики, діагностики та лікуванню отруєнь великої рогатої худоби карбамідом і нітратами” (К. Урожай, 1977 р.). Таким чином проблема лікування жуйних тварин за отруєння карбамідом та солями амонію була вирішена.

Але пошук нових сполук, використання яких давало б можливість замінити частину перетравного протеїну в раціоні, зокрема корів, продовжувався як у Радянському Союзі так і в інших країнах. Німецькими вченими на той час було синтезовано нове похідне сечовини — ізобутиліденсечовину (ІБДС). Сполука містить дещо менше азоту, ніж сечовина, повільно гідролізується у вмістимому рубця та не спричиняє отруєння.

Низька токсичність ізобутиліденсечовини була обнадійливим показником для широкого її впровадження в годівлю корів. Однак всебічне дослідження показало, що навіть одноразове згодовування корму з ізобутиліденсечовиною лактуючим коровам спричиняло неприємний запах молока протягом трьох діб. Це був запах ізобутилового альдегіду. Розроблена Г.О. ХМЕЛЬНИЦЬКИМ методика давала можливість виявляти альдегід також у м’ясі. На основі висновку комісійного дослідження препарату та рішення дегустаційної комісії Інституту гігієни харчування МОЗ, Президія Південного відділення ВАСГНІЛ заборонила використання ізобутиліденсечовини у годівлі тварин.

Ще одна важлива проблема для тваринництва та ветеринарної галузі виникла у 70-ті роки минулого століття. Вона була зумовлена широким використанням органічних та зокрема неорганічних азотних добрив, з метою отримання максимальних врожаїв сільськогосподарських культур. Чисельні випадки масових отруєнь нітратами та загибель великої рогатої худоби виникали після згодовування зеленої маси та кормових буряків.

Постало питання всестороннього дослідження токсичності нітратів з використанням як лабораторних, так і продуктивних тварин, в т. ч. птиці. У завдання досліджень входило визначення їх чутливості до нітратів і нітритів, виявлення факторів, що сприяють накопиченню нітратів у процесі вегетації рослин, причин, які зумовлюють процес перетворення нітратів у нітрити в кормах, встановлення патогенезу та розроблення способів діагностики гострої та хронічної форм отруєння, пошук засобів і методів лікування тварин та профілактики отруєнь.

У 1973 р. до досліджень долучився Дмитро Михайлович ВОВК, аспірант кафедри з 1973 по 1976 рр. Його дослідженнями було встановлено патогенез гострої форми отруєння великої рогатої худоби нітратами, обгрунтовано кількість нітратів у кормах, за яких виникає токсикоз легкого, середнього та важкого ступеня, описано клінічні ознаки. Кандидатську дисертацію на тему «Вивчення впливу нітратів на організм великої рогатої худоби» він захистив у 1977 році.

Доц. ВОВК Д. М.
(1941 – 2006)

Питання патогенезу гострої форми отруєння великої рогатої худоби нітратами в цілому було вирішено. Необхідним було удосконалення методів діагностики та пошук засобів лікування тварин за гострої форми отруєння.

Поштовхом для прискорення цих досліджень був випадок коли у лютому 1990 р. в Агрономічній дослідній станції УСГА в результаті згодовування кормів з високим вмістом нітратів виникло гостре отруєння 126 голів молодняку великої рогатої худоби, 29 з яких були вимушено забиті. Інші тварини одужали після призначеного лікування, а в деяких спостерігали самоодужання. Основною причиною було згодовування кормових буряків, вміст нітратів в яких перевищував максимально допустимий рівень в 1,2 – 2,5 рази, а вміст нітритів у деяких зразках перевищував допустимий рівень у 5 – 12 разів. Значні концентрації нітратів були встановлені в сіні злакових трав, мелясі, соломі гороховій та ячмінній, які згодовували тваринам.

Дослідженнями на бичках, яким на рубець були встановлені фістули, доведено, що у його вмістимому відбувається швидка редукція нітратів і через 6 – 9 год. їх виявити не вдається. Тому вмістиме рубця не може бути основним матеріалом для лабораторної діагностики отруєння, як вважалося раніше. Для зажиттєвої діагностики рекомендовано відбирати від отруєних тварин кров, слину, сечу, носовий слиз, а для посмертної — тканини печінки, легень, нирок, підшлункову залозу, транссудати грудної та черевної порожнин.

Рекомендований на той час розчин метиленового синього був найбільш ефективним антидотним засобом. Однак із-за здатності забарвлювати об’єкти, з якими контактує, в т. ч. м’ясо тварин у випадку вимушеного забою, мав обмежене застосування. Почався пошук засобу, який за антидотною дією не поступається метиленовому синьому та не має побічних негативних властивостей. Таким виявився унітіол — вітчизняний препарат, що набув широкого застосування за отруєння важкими металами та миш’яком. Теоретичне обгрунтування, дослідження in vitro, а в послідуючому на тваринах, отруєних нітратами, підтвердило антидотну дію унітіолу. Унітіол було запатентовано як антидотний засіб за гострого отруєння великої рогатої худоби нітратами. Автори патенту ХМЕЛЬНИЦЬКИЙ Г.О., ДУХНИЦЬКИЙ В.Б.

Тривале надходження нітратів та нітритів з кормами у підвищених кількостях є причиною хронічного отруєння, яке супроводжується порушенням обміну білків, мінеральних речовин та енергії, що супроводжується відчутним зниженням приростів тварин, надоїв молока, несучості птиці, погіршенням якості продуктів харчування, порушенням відтворювальної функції самців і самок, зниженням життєздатності приплоду.

Дослідженням впливу нітратів за тривалого їх надходження з кормом у невеликих кількостях на перебіг вагітності у нетелів і відтворювальну здатність великої рогатої худоби займались ПАНЬКО М.Ф. та СЛЕПЧЕНКО В.М.

Доц. ПАНЬКО М. Ф.
(1953 – 2022)

Встановлено, що тривале надходження нітратів у субтоксичних дозах в організм нетелів та корів спричиняє хронічне отруєння. У нетелів встановлено розвиток набряків у різних ділянках тіла, збільшення маси плодових оболонок та навколоплідних вод майже на 90 %, народження телят з низькою масою тіла та низькою життєздатністю, збільшення їх захворюваності. У корів діагностували порушення відтворювальної здатності (часті перегули, субінволюцію та запальний процес у матці).

За результатами досліджень співробітників та аспітантів кафедри, даних інших авторів встановлено орієнтовні одноразові токсичні та смертельні дози, а також допустимі добові дози нітратів і нітритів для тварин та птиці, затверджено “Методичні вказівки з діагностики, профілактики та лікуванню отруєнь сільськогосподарських тварин нітратами і нітритами”, (Госагропром СРСР. – М., 1986). Українська сільськогосподарська академія стала у Радянському Союзі центром з питань токсикології небілкових сполук азоту.

У зв’язку з наростаючим забрудненням навколишнього середовища сполуками азоту, світову наукову громадськість все більше турбувало питання утворення нітрозамінів — речовин, які легко синтезуються за наявності підвищених концентрацій нітратів та нітритів як в оточуючому середовищі, так і в організмі людей і тварин та володіють мутагенною та канцерогенною діями. Спільно з співробітниками лабораторії етіології канцерогенезу Інституту експериментальної патології, онкології і радіобіології ім. академіка. Р. Є. Кавецького НАН України (нині Національний інститут раку ім. Р. Є. Кавецького), Г.О. ХМЕЛЬНИЦЬКИЙ разом зі своїми учнями виконали серію досліджень з вивчення факторів, що сприяють накопиченню нітрозамінів у кормах під час їх технологічної обробки, зберігання та згодовування тваринам. Було встановлено, що рівень канцерогенних нітрозамінів у молоці корів залежить від вмісту нітратів і нітрозамінів у кормах. У результаті пошуку потенційних інгібіторів процесів нітрозування в організмі корів було встановлено, що найбільш ефективною, дешевою і доступною є аскорбінова кислота, згодовування якої коровам з кормом забезпечує одержання молока без нітрозамінів.

За матеріалами досліджень небілкових сполук азоту було захищено 2 докторські і 13 кандидатських дисертацій (докторські – Г.О. ХМЕЛЬНИЦЬКИЙ, А.Й. МАЗУРКЕВИЧ; кандидатські — В.О. ТІТОК, Г.О. ХМЕЛЬНИЦЬКИЙ, А.Й. МАЗУРКЕВИЧ, В.Д. СТЕПАНЮК, Д.М. ВОВК, М.Ф. ПАНЬКО, В.М. СЛЄПЧЕНКО, В.Б. ДУХНИЦЬКИЙ, Матар Ібрагім АНІС, В.І. КАРПОВСЬКИЙ, Бокор АТІЛА, Алекс Кііза ДЕССІ, Чреа СЕНДАН), одержано 5 авторських свідоцтв і патентів на винахід. Логічним завершенням досліджень стала розробка Методичних рекомендацій з профілактики, діагностики та лікування тварин при отруєнні нітратами і нітритами, (2001), та науково-методичних рекомендацій «Система контролю якості та безпеки продукції тваринництва за показниками вмісту нітратів, нітритів, нітрозамінів» (2007), які було затверджено Головою Державного департаменту ветеринарної медицини Міністерства аграрної політики України.

Володимир ДУХНИЦЬКИЙ,
професор кафедри фізіології хребетних
і фармакології