Аккумуляция ключевых микроэлементов и тяжелых металлов в органах и тканях животных

В данном обзоре описана распространенность и аккумуляция ключевых химических микроэлементов (ХЭ) (в том числе - совместная) в органах и тканях животных. Установлены и обоснованы клинические дифференциально-диагностические критерии иммунообусловленных паранеопластических офтапьмопатий у домашних животных. Научные данные свидетельствуют о прямой зависимости между концентрацией меди, железа, цинка, кадмия и свинца в шерстном покрове и возникновением онкопатологий. Авторами проведен комплексный анализ и диагностированы «злокачественные новообразования» у собак, связанные с высоким содержанием (двукратным и более) не только токсичных ХЭ типа кадмия, но и важных ХЭ типа цинка, меди, железа в шерсти. На базе наших исследований создан метод диагностики сопряженных офтальмологических и онкологических патологий, с использованием «центильных шкал» ХЭ по результатам соответствующего мониторинга шерсти животных. Этот метод имеет большие перспективы не только для оценки и прогнозирования развития этих заболеваний, но и их коррекции на фоне специальных ХЭ-оптимизированных рационов для кормления животных. Большим достоинством предложенного авторами метода является «неинвазивный отбор проб» и относительная простота подготовки и проведения анализа, что исключительно важно для проведения «регулярных скрининговых обследований» животных.

1. Элементы супрамолекулярных биохимических систем – биологически активные вещества: монография / С.Ю. Зайцев, М.В. Степанова, Л.Ф. Сотникова [и др.]; под ред. С.Ю. Зайцева. Андижан: Изд-во «Андижанский государственный университет им. З.М. Бабура», 2024. 199 с.

2. Зайцев С.Ю. Биологическая химия: от биологически активных веществ до органов и тканей животных. М.: Капитал Принт, 2017. 517 с.

3. Балакирев Н.А., Максимов В.И., Староверова И.Н., Балакирев А.Н., Зайцев С.Ю. Биологическая роль минеральных веществ в клеточном пушном звероводстве (норководстве): монография. М.: Изд-во «Сельскохозяйственные технологии», 2017. 312 с.

4. Stepanova M.V., Sotnikova L.F., Zaitsev S.Yu. Relationships between the Content of Micro- and Macroelements in Animal Samples and Diseases of Different Etiologies // Animals. 2023. 13. 852. https://doi.org/10.3390/ani13050852Q1SJR20220.70.

5. Zaitsev S.Y., Stepanova M.V., Sotnikova L.F. Mineral imbalance and cardiovascular disease in animals of the canine (Canidae) and feline (Felidae) families: a study in Russian zoos // Animal Diseases. 2024. 4. 38. https://doi.org/10.1186/s44149-024-00143-wQ2SJR20230.53.

6. Zaitsev S.Yu., Sotnikova L.F., Stepanova M.V. et al. Mixtures of the Biologically Active Substances as Model Systems for Animal Blood Diagnostics // BIO Web of Conferences: International Scientific and Practical Conference “Methods for Synthesis of New Biologically Active Substances and Their Application in Various Industries of the World Economy – 2023” (MSNBAS2023). Moscow, 5-6 дек. 2023 г. Vol. 82. Les Ulis. 2024. P. 02027. DOI 10.1051/bioconf/20248202027. – EDN UUGXBN.

7. Степанова М.В., Логинова М.О., Хуштов З.С. Особенности накопления микро- и макроэлементов в конском волосе в зависимости от рациона кормления лошадей // Вестн. АПК Верхневолжья. 2024. № 1 (65). С. 74 – 81. DOI 10.35694/YARCX.2024.65.1.010. – EDN QRYJID.

8. Алыбаева Р.А. Устойчивость генотипов озимой пшеницы к тяжелым металлам // Бюл. ГНБС. 2009. № 99. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ustoychivost-genotipov-ozimoy-pshenitsy-k-tyazhelym-metallam (дата обращения: 26.07.2025).

9. Кулаева О.А., Цыганов В.Е. Молекулярно-генетические основы устойчивости высших растений к кадмию и его аккумуляции // Экологическая генетика. 2010. № 3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/molekulyarno-geneticheskie-osnovy-ustoychivosti-vysshih-rasteniy-k-kadmiyu-i-ego-akkumulyatsii (дата обращения: 26.07.2025).

10. Королёв А.С., Гладышев А.А., Юткина И.С. Особенности накопления биоэлементов в надземной части Artemisia absinthium L. на шламовом поле криолитового завода // Изв. ОГАУ. 2014. №5 (49). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-nakopleniya-bioelementov-v-nadzemnoy-chasti-artemisia-absinthium-l-na-shlamovom-pole-kriolitovogo-zavoda (дата обращения: 13.12.2025).

11. Вильмис Д.А., Сотникова Л.Ф., Меликова Ю.Н. и др. Патогенетические особенности и пути коррекции офтальмопатий, связанных с паранеопластическим синдромом, у животных: монография / под ред. Л.Ф. Сотниковой, М.В. Степановой. М.: РОСБИОТЕХ, 2023. 149 с.

12. Староверова И.Н., Позябин С.В., Максимов В.И. и др. Связь диэлектрических свойств волосяного покрова с его морфофизиологическими и биохимическими характеристиками у выращиваемых пушных зверей // С.-х. биология. 2021. Т. 56. Вып. 4. С. 809 – 818. doi: 10.15389/agrobiology.2021.4.809rus.

13. Воронина О.А., Боголюбова Н.В., Зайцев С.Ю. Минеральные элементы в составе молока коров: мини-обзор // С.-х. биология. 2022. Т. 57. № 4. С. 681 – 693. DOI 10.15389/agrobiology.2022.4.681rus. – EDN BMBZXD.

14. Вильмис Д.А., Меликова Ю.Н., Степанова М.В., Сотникова Л.Ф. Скрининг микроэлементного состава шерстного покрова животных как индикатор прогнозирования развития онкологических заболеваний с офтальмопатиями // Иппология и ветеринария. 2023. № 3 (49). С. 13 – 22. DOI 10.52419/22251537.2023.3.13.22. – EDN RZDKXZ.

15. Воронина О.А., Зайцев С.Ю., Савина А.А., Колесник Н.С. Содержание цинка в молоке коров и его корреляции с аминокислотным составом // Сиб. вестн. с.-х. науки. 2024. № 1 (54). С. 82–90. https://doi.org/10.26898/0370-8799-2024-1-9.

16. Выявление и коррекция нарушений обмена макро- и микроэлементов: методические рекомендации / сост. А. В. Скальный. М., 2000. 47 с.

17. Ермаков В.В., Тютиков С.В., Сафонов В.А. Биогеохимическая индикация микроэлементозов. – М.: РАН, 2018. 386 с.

18. Москалев Ю.И. Минеральный обмен. М.: Медицина, 1985. 288 с.

19. Степанова М.В. Содержание тяжелых металлов и мышьяка в окружающей среде и биосубстратах диких и экзотических птиц и млекопитающих в условиях зоопарков: дис. на соиск. уч. степ. д-ра биол. наук. М., 2022. 477 с. EDN ZCLNSA.

20. Бердюгин К.И., Большаков В.Н. Млекопитающие в экологическом мониторинге // Методы экологического мониторинга: учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2005. С. 192 – 201.

21. Засорин Б.В. Связь аллергизации населения с загрязнением объектов окружающей среды тяжелыми металлами (на примере шестивалентного хрома) // Гигиена и санитария. 1994. № 7. С. 41 – 43.

22. Krejpcio Z., Wojciak R.W., Olejnik D. Comparison of the hair bioelement concentrations in men and women of selected group of Polish population // Anke M. et al. (Hrsg.). Mengen- und Sperenelemente, 21. Leipzig, 2002. P. 781 – 786.

23. Ozpinar H., Abas I., Bilal T., Demirel G. Investigation of excretion and absorption of different zinc salts in puppies // Lab. Anim. 2001. 35: 282 – 287. doi: 10.1258/0023677011911615.

24. Pereira A.M., Maia M.R.G., Fonseca A.J.M., Cabrita A.R.J. Zinc in Dog Nutrition, Health and Disease: A Review // Animals (Basel). 2021. 11 (4): 978. Published 2021 Apr 1. doi:10.3390/ani11040978.

25. Kalisinska, Elzbieta. Mammals and Birds as Bioindicators of Trace Element Contaminations in Terrestrial Environments An Ecotoxicological Assessment of the Northern Hemisphere A Ecotoxicological Assessment of the Northern. 2019. P. 708. https://www.researchgate.net/publication/331462444 (дата обращения 25.04.2021).

26. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. М.: ОНИКС 21 век; Мир, 2004. 272 с.

27. Антипов А.А. Физиолого-биохимические особенности и эффекты взаимодействий в усвоении и метаболизме нутриентов у сельскохозяйственной птицы: (обзор) // Проблемы биологии продуктивных животных. 2010. № 2. С. 5 – 43.

28. Hara T., Takeda T.A., Takagishi T. et al. Physiological roles of zinc transporters: Molecular and genetic importance in zinc homeostasis // J. Physiol. Sci. 2017. 67: 283 – 301. doi: 10.1007/s12576-017-0521-4.

29. Lichten L.A., Cousins R.J. Mammalian zinc transporters: Nutritional and physiologic regulation // Annu. Rev. Nutr. 2009. 29: 153 – 176. doi: 10.1146/annurev-nutr-033009-083312.

30. Cousins R.J. Gastrointestinal factors influencing zinc absorption and homeostasis // Int. J. Vitam. Nutr. Res. 2010. 80: 243 – 248. doi: 10.1024/0300-9831/a000030.

31. Bafaro E., Liu Y., Xu Y., Dempski R.E. The emerging role of zinc transporters in cellular homeostasis and cancer // Signal Transduct. Target Ther. 2017. 2: 17029. doi: 10.1038/sigtrans.2017.29.

32. Cousins R.J. Chapter 72, Trace Element Absorption and Transport // In: Johnson L.R., Ghishan F.K., Kaunitz J.D., Merchant J.L., Said H.M., Wood J.D., editors. Physiology of the Gastrointestinal Tract. 5th ed. Academic Press; Boston, MA, USA: 2012. pp. 1951 – 1961.

33. Hardyman J.E., Tyson J., Jackson K.A. et al. Zinc sensing by metal-responsive transcription factor 1 (MTF1) controls metallothionein and ZnT1 expression to buffer the sensitivity of the transcriptome response to zinc // Metallomics. 2016. 8: 337 – 343. doi: 10.1039/C5MT00305A.

34. Kambe T., Taylor K.M., Fu D. Zinc transporters and their functional integration in mammalian cells // J. Biol. Chem. 2021. doi: 10.1016/j.jbc.2021.100320.

35. Kambe T., Tsuji T., Hashimoto A., Itsumura N. The physiological, biochemical, and molecular roles of zinc transporters in zinc homeostasis and metabolism // Physiol. Rev. 2015. 95: 749 – 784. doi: 10.1152/physrev.00035.2014.

36. Fairweather-Tait S.J. Bioavailability of trace elements // Food Chem. 1992. 43:213 – 217. doi: 10.1016/0308-8146(92)90176-3.

37. Cao J., Henry P.R., Guo R. et al. Chemical characteristics and relative bioavailability of supplemental organic zinc sources for poultry and ruminants // J. Anim. Sci. 2000. 78: 2039 – 2054. doi: 10.2527/2000.7882039x.

38. Pereira A.M., Guedes M., Matos E. et al. Effect of zinc source and exogenous enzymes supplementation on zinc status in dogs fed high phytate diets // Animals. 2020. 10:400. doi: 10.3390/ani10030400.

39. Goff J.P. Invited review: Mineral absorption mechanisms, mineral interactions that affect acid-base and antioxidant status, and diet considerations to improve mineral status // J. Dairy Sci. 2018. 101: 2763 – 2813. doi: 10.3168/jds.2017-13112.

40. Li J., Gong C., Wang Z. et al. Oyster-derived zinc-binding peptide modified by plastein reaction via zinc chelation promotes the intestinal absorption of zinc // Mar. Drugs. 2019. 17: 341. doi: 10.3390/md17060341.

41. Shen W., Matsui T. Intestinal absorption of small peptides: A review // Int. J. Food Sci. Technol. 2018. 54: 1942 – 1948. doi: 10.1111/ijfs.14048.

42. Виноградов А.П. Биогеохимические провинции и эндемии // Докл. АН СССР. 1938. Т. 18. № 4-5. С. 820.

43. Bizio B. Scoperta del principio purpureo nei due Murex brandaris e trunculus, Linn., e studio delle sue proprieta // Ann. Sci. Lomb. Veneto. 1833. Vol. 3. P. 346 – 350.

44. Паранько Н.М., Рублевская Н.И. Гигиеническая характеристика загрязнения тяжелыми металлами окружающей среды промышленного региона и иммунный статус детей // Гигиена и санитария. 1999. № 1. С. 51 – 54.

45. Печникова Е.В., Вашкова В.В., Можаев Е.А. О биологическом значении микроэлементов // Гигиена и санитария. 1997. № 4. С. 41 – 43.

46. Fieten H., Leegwater P.A., Watson A.L., Rothuizen J. Canine models of copper toxicosis for understanding mammalian copper metabolism // Mamm Genome. 2012 Feb; 23 (1-2): 62 – 75. doi: 10.1007/s00335-011-9378-7. Epub 2011 Dec 7. PMID: 22147205; PMCID: PMC3275736.

47. Falandysz J. Manganese, copper, zinc, iron, cadmium, mercury and lead in muscle meat, liver and kidneys of poultry, rabbit and sheep slaughtered in the northern part of Poland, 1987 // Food Additives & Contaminants. 1991. Vol. 8. Iss. 1. P. 71 – 83.

48. Авцын П.А., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Миклоэлементозы человека: этиопатология, классификация, органопатология. М.: Медицина, 1991. 496 с.

49. Систер В.Г., Корецкий В.Е. Инженерно-экологическая защита водной системы северного мегаполиса в зимний период: учеб. пособие. М.: МГУИЭ, 2004. 14 с.

50. Беленькая И., Герман В., Мирошникова Л. Еда наш друг, еда наш враг. СПб.: Ридерз Дайджест, 1999. 400 с.

51. Захарова И.Н., Скоробогатова Е.В., Обыночная Е.Г., Коровина Н.А. Дефицит витаминов и микроэлементов у детей и их коррекция // Педиатрия. 2007. Т. 86. № 3. С. 112 – 118.

52. Дроздова Е.А., Алешина Е.С. Влияние наночастиц железа на биохимию крови и показатели неспецифического иммунитета сельскохозяйственной птицы // Рос. иммунологический журн. 2017. Т. 11 (20). № 2. С. 303 – 305.

53. Wang J., Pantopoulos K. Regulation of cellular iron metabolism // Biochem J. 2011. 434: 365 – 381.

54. Pantopoulos K., Porwal S.K., Tartakoff A., Devireddy L. Mechanisms of mammalian iron homeostasis // Biochemistry. 2012. 51 (29): 5705 – 5724. doi:10.1021/bi300752r.

55. Abadin, H. Toxicological profile for lead U.S. Department of Health and Human Services / H. Abadin, A. Ashizawa, F. Llados, Y.W. – Stevens Atlanta, GA – 2007. – 528 p. – Text: unmediated.

56. EP (Environmental Protection) (2005). The restriction of the use of certain hazardous substances in http://www.legislation.gov.uk/uksi/2009/581/pdfs/uksi_20090581_en.pdf Accessed 21 December 2018.

57. ЕС EU (European Commission). Institute For Health and Consumer Protection Toxicology and 2018. Carr E., Lee M., Marin K. et al. Development and evaluation of an air quality modeling approach to assess near-field impacts of lead emissions from piston-engine aircraft operating on leaded aviation gasoline // Atmos Environ. 2011. 45: 5795 – 5804.

58. Haig S.M., D’Elia J., Eagles-Smith C. et al. The persistent problem of lead poisoning in birds from ammunition and fishing tackle. The Condor. Ornithological Application. 2014. 116: 408 – 428. https://doi.org/10.1650/CONDOR-14-36.1.

59. Goddard C.I., Leonard N.J., Stang D.L. et al. Management concerns about known and potential impacts of lead use in shooting and in fishing activities // Fisheries. 2008. 33: 228 – 236.

60. Swiergosz-Kowalewska R. Cadmium distribution and toxicity in tissues of small rodents // Microsc Res Tech. 2001. № 1. 55 (3): 208 – 22. doi: 10.1002/jemt.1171. PMID: 11747096.

61. Tomza-Marciniak A., Pilarczyk B., Marciniak A. et al. Cadmium, Cd // In: Kalisińska E. (eds). Mammals and Birds as Bioindicators of Trace Element Contaminations in Terrestrial Environments. Springer, Cham. 2019. https://doi.org/10.1007/978-3-030-00121-6_14

62. Nath R., Prasad R., Palinal V.K., Chopra R.K. Molecular basis of cadmium toxicity // Prog Food Nutr Sci. 1984. 8 (1-2): 109 – 63. PMID: 6385135.

63. Binkowski Ł.J. Arsenic, As // In: Kalisińska E. (eds). Mammals and Birds as Bioindicators of Trace Element Contaminations in Terrestrial Environments. Springer, Cham. 2019. https://doi.org/10.1007/978-3-030-00121-6_13.

64. Li H., Li X., Liu J. et al. Correlation between serum lead and thyroid diseases: papillary thyroid carcinoma, nodular goiter, and thyroid adenoma // International journal of environmental health research. 2017. 27 (5). 409 – 419.

65. Патент № 2834782 C1. Российская Федерация. МПК A61D 99/00. Способ отбора и пробоподготовки шерсти собак для скрининга микроэлементного состава: заявл. 27.10.2023: опубл. 14.02.2025 / М.В. Степанова, Д.А. Вильмис, С.Н. Коломиец и др. EDN NSOJDT.

66. Marquez A., Urbina M., Quintal M. et al. Extracellular zinc chelator in vivo on system of taurine in retina: Transport, concentrations and localization of transporter // J. Clin. Exp. Ophthalmol. 2017. 8. doi: 10.4172/2155-9570.1000662.

67. Jacobson S.G., Meadows N.J., Keeling P.W.N. et al. Rod mediated retinal dysfunction in cats with zinc depletion: Comparison with taurine depletion // Clin. Sci. 1986. 71: 559 – 564. doi: 10.1042/cs0710559.

68. Denoyer D. et al. Targeting copper in cancer therapy: „Copper That Cancer‟ // Metallomics. 2015. Vol. 7. № 11. P. 1459 – 1476.

69. Roy C.N., Andrews N.C. Anemia of inflammation: the hepcidin link // Curr. Opin. Hematol. 2005. № 2. P. 107 – 111.

70. Weiss G., Goodnough L.T. Anemia of chronic disease // N. Engl. J. Med. 2005. Vol. 352. № 10. P. 1011 – 1023.