1.1 Содержание молибдена в объектах живой природы и его участие в процессах жизнедеятельности
Молибден - жизненно необходимый для растений микроэлемент, однако физиологическая потребность в нем относительно невелика. Растения поглощают молибден, главным образом, в виде молибдат-ионов.
Как отмечают А.О. Войнар, (1960); П.А. Власюк (1972, 1974); А. Хенниг, (1976) способность к накоплению молибдена у однодольных и двудольных растений выражена по - разному. По мнению этих авторов, однодольные (злаки) в вегетативных органах накапливают меньше молибдена (ежа сборная - 0,26 мг/кг, пшеница - 0,54 мг/кг сухого вещества). Тогда как двудольные, особенно бобовые, в тех же органах содержат много молибдена (одуванчик - 0,32 мг/кг, клевер - 1,04 мг/кг, люцерна -2,63 мг/кг, горох - 3,17 мг/кг сухого веса). Н.И. Ивлев (1986) представил данные спектрального анализа продукции овощных культур. По его данным капуста, редька, кабачки, огурцы, фасоль содержат молибдена в количестве 1,95 -10,1 мг/кг сухой массы; кукуруза, морковь, лук, картофель, сельдерей - 0,5 - 4,7 мг/кг. В семенах обычно содержится больше молибдена, чем в листьях. Так П.А. Власюк (1951, 1972) в листьях пшеницы обнаружил 0,54 мг/кг, а в зернах - 1,00 мг/кг.
По литературным сведениям (Войнар, 1960; Karlsson, 1961; Власюк, 1972; Хенниг, 1976) некоторые природные растения, особенно из семейства бобовых, способны без каких-либо признаков токсичности аккумулировать значительные количества молибдена (до 500 мг/кг золы, или около 350 мг/кг сухой массы). Обработка доступной нам литературы по содержанию молибдена в растениях, произрастающих в разных странах показала, что средние уровни содержания молибдена в травах (разнотравье) и бобовых изменяются соответственно от 0,33 до 1,54 мг/кг, и от 0,73 до 2,3 мг/кг сухой массы. В условиях техногенного загрязнения уровни содержания молибдена в растениях заметно увеличиваются. Например, по данным Karlssonа (1961) в пастбищных растениях из окрестностей металлургического завода концентрации молибдена достигали 200 мг/кг сухой массы. По данным S.B. Hornick et al.,(1984), салат-латук и капуста, растущие на загрязненных почвах вблизи завода по переработке молибдена, содержали соответственно 124 и 1061 мг/кг сухой массы. Таким образом, антропогенное загрязнение почв приводит к локальным, но весьма контрастным аномальным содержаниям молибдена в растениях.
Изучением локализации молибдена в клеточных структурах занимался П.А. Власюк и др. (1972). Он отмечает, что больше всего молибдена найдено в хлоропластах листьев кормовых бобов и лейкопластах корней, затем в ядре и в митохондриях.
Обеспеченность молибденом является существенным фактором для нормальной жизнедеятельности растительных организмов. Он, являясь составной частью или активатором ферментов, принимает участие во многих биологических процессах растительного организма.
Некоторое представление об участии микроэлементов в окислительно-восстановительных реакциях у растений и микроорганизмов дают следующие данные, приводимые в таблице Л.П. Пейве (1972).
Таблица 1 - Молибденсодержащие ферменты, их участие в окислительно-восстановительных реакциях живых организмов.
Ферменты и катализируемые
реакции
|
Схема переноса ē и водорода с участием микроэлементов (в одном направлении)
|
Нитратредуктаза: NO3NO2
|
НАD(Ф)×Н2e-ФАDe-(Мо,Cu)e-
NO-3
|
Нитритредуктаза: NO2-NH2OH
|
НАД(Ф)×Нe-2-ФАДe--
(Мо,Cu,Mn)×NO2
|
Гидроксиламинредуктаза: NH2OHNH3
|
НАD(Ф)×Нe-2ФАDe-(Мо,Мn)e-
NH2OH
|
Ксантиноксидаза:
ксантин мочевая
гипоксантин кислота
|
Ксантин, гипоксантин
еМо6+eФАDe-Fe3+
O2, хиноны, нитраты, цитохром
|
Гидрогеназа: Н22(Н)
|
Нe-2 ферредоксин (Мо, Fe3+)e-
Различные акцепторы
|
Комплекс оксидоредуктаз:
N2NH3
|
НАD(Ф)Нe-2ФАDe-(Мо)e-
Ферредоксин (Мо, Fe)e-Ns
|
D.J. Arnon, P.R. Staut (1939) в опытах с помидорами показали необходимость молибдена высшим растениям. Особенно высокое содержание молибдена отмечается у растений, живущих в симбиозе с азотобактериями.
В 1954 г Nicholas J.D., et. al. было установлено, что молибден входит в состав нитратредуктазы и тем самым участвует в восстановлении нитрата до аммиака. Внесение молибдена в почву в составе микроудобрений значительно повышает активность нитратредуктазы (Салчева и др., 1980). По мнению А.О. Войнара (1960), молибден не только представляет структурный компонент нитратредуктазы, но и необходим для синтеза белковой части фермента. Э.А. Муравин (1964) указывает, что нитратредуктазы всех высших растений являются молибден-протеидами. По мнению Ю.А. Виноградова и др. (1995) сильная обедненность кормов молибденом при значительном содержании в них нитратов нарушается процесс восстановления нитратов и приводит к их избыточному накоплению.
Установлено влияние молибдена на повышение активности аскорбиноксидазы в горохе (Журовска, 1958). Влияние молибдена на количество и состав свободных аминокислот и амидов выявлено в работах Л.М. Гольбер, А.В. Неговская (1970), Л.А. Люковой, М.С. Гаргола (1966). Молибден увеличивает содержание хлорофилла в листьях клевера, гороха, сахарной свеклы и винограда (Петербургский, 1972; Сабо, 1964; Коломийцева, 1966; Страхов, 1980). По данным В.Д. Страхова (1980) молибден активирует процессы фотосинтетического фосфорилирования. В литературе немало работ, указывающих на роль молибдена в процессах фиксации атмосферного азота, восстановления нитратов, увеличения синтеза белков, нуклеиновых кислот (Пейве, 1960, 1972; Вальчук и др., 1973; Власюк, 1972; Божилова и др., 1980; Kessler, 1964; Lobo et. al., 1987).
Дача животным тиосульфата, цистеина и метионина оказывает защитное действие при молибденозе (Лукашев,1975; Хенниг, 1976; Авцын, 1991).
В физиологическом антагонизме меди и молибдена определенное значение имеет их действие на активность сульфитоксидазы. Медь активирует этот фермент, тогда как молибден угнетает его действие. Еще одним аспектом физиологического взаимодействия меди и молибдена является, по мнению A. Disk (цит. По Авцыну, 1991), образование трудно растворимых медно-молибденовых комплексов (Cu2 MoO4 (OH)3) и тиомолибдатов в желудочно-кишечном тракте животных. Это ведет к угнетению медьсодержащих ферментов, в частности цирулоплазмина, что ведет к снижению синтеза гемоглобина в красном костном мозге. По данным S.A. Kostsak, A.C. Bearn (1978) продолжительное введение крысам тиомолибдата натрия позволило воспроизвести у них в эксперименте признаки, имевшие близкое сходство с молибденозом.
Поскольку между Мо и W, а также Мо и V возможны замещения в биохимических процессах (Seifter et al., 1950; Samloff et al, 1965; Rapopport, 1969), их метаболическое взаимодействие не может быть предотвращено. А. Хенниг (1976) приводит данные об усилении выведения молибдена из организма через почки при даче животным вольфраматов. Вольфрам вытесняет молибден из сульфитоксидазы и ксантиноксидазы и лишает их тем самым ферментативной активности.
По данным В.И. Георгиевского (1979) молибден хорошо всасывается в животном организме из пищевых продуктов и большинства своих неорганических соединений. Особенно хорошо усваивается жвачными водорастворимые соединения шестивалентного молибдена. А. Хенниг (1976) приводит данные об усвоении кроликами и морскими свинками слаборастворимых соединений молибдена, таких как MoO3, СаМоО4. Практически не усваивается MoS2. А.П. Авцын (1991) объясняет это антагонистическими взаимодействиями молибдена и сульфатов.
Молибден встречается во всех органах и тканях млекопитающих. По данным В.И. Георгиевского (I979), в 100 мл крови содержится в среднем 1-2 мкг молибдена. Примерно 70% этого количества находится в эритроцитах и 30 % в плазме. В плазме и эритроцитах молибден обнаруживается в диализируемой фракции в виде иона МоО4-2.
В.И. Берзиев и др. (1994) установили факт накопления молибдена в волосах детей. По данным М.Н. Гойнацкого, Г.П. Лисица (1963), У. Мак-Мюррей (1980), молибден в организме человека распределяется по органам следующим образом (в мг/кг свежей ткани): печень- 1,62 мг/кг; почки- 0,63 мг/кг; аорта- 0,53 мг/кг; мышцы- 0,41 мг/кг; простата- 0,26 мг/кг; сердце- 0,23 мг/кг; мозг- 0,21 мг/кг; селезенка- 0,17 мг/кг кишечник- 0,15 мг/кг. По мнению А. Хеннига (1976), содержание молибдена в печени, селезенке, костях, почке, крови, молоке, шерсти повышается при увеличении его уровня в рационе.
М.Н. Полонская (1972) установила факт закономерного накопления молибдена в органах эмбриона, начиная с 9 - недельного возраста. Так у 16 недельного плода содержание молибдена в костях составляет 14-28 мг% от сырого вещества, на сороковой неделе от 38,98 до 42,08 мг%. Аналогичное увеличение молибдена наблюдается в мозге, печени, почках.
A. Duncan (1994), изучая содержание молибдена в крови и ликворе больных с опухолями головного мозга, установил достоверное снижение концентрации молибдена в крови у больных (0,510,02 мг% на золу) по сравнению с контролем (0,770,03 мг% на золу).
И.В. Дугушкин (1997), изучая возрастную динамику распределения молибдена в органах молодняка крупного рогатого скота, выявил, что она изменяется в сторону увеличения доли молибдена жировой и мышечной тканей, а также в крови, снижения в головном мозге, сердце, легких, почках.
В условиях техногенного загрязнения молибденом отмечается повышенное его накопление в объектах живой природы (Kasuga, 1982; Malass, 1984; Riber et al., 1969; Wanke et al., 1976; Unger, 1983; Walter et al., 1999).
По данным Ф.В. Гедгафовой и др., (1999) содержание молибдена в мышечной ткани и печени лесной мыши, обитающей близ гидрометаллургического комбината, превышает контроль, соответственно, в 5 и 1,5 раза.
Х.И. Шерхова (1999), в своей работе, посвященной исследованию лесных мышей с загрязненных техногенными отходами территорий НМЗ, приводит количественные данные содержания молибдена в печени (0,060,003 мг%), поджелудочной железе (0,0080,0001 мг%), кишечнике (0,00260,0002 мг%).
Содержание молибдена в продуктах питания растительного происхождения, по данным Е.М. Малеванной (1961, 1963), колеблется в пределах от 8 до 30 мкг% и только в горохе и фасоли составляет 7 - 108 мкг%.
В пищевых продуктах животного происхождения молибден обнаруживается в концентрациях от 34 до 79 мкг%, в молоке 0,35 - 0,37 мкг%.
В овощах обнаружено 0,04 - 0,21 мкг/кг, зернах пшеницы - 1,00 мкг/кг, кукурузы -0,06 мкг/кг, рисе-1,60 мкг/кг (Георгиевский, 1979).
В работах Э.Л. Тауцинь и др. (1962, 1972) имеются данные о содержании молибдена в различных продуктах животного происхождения. В молоке 50 мкг/кг, желтке - 0,12 мг/кг, белке- 0,23 мг/кг. М.Н. Гойнацкий (1986) указывает на более высокое содержание молибдена в продуктах животного происхождения: мясе- 69,06,0 мкг%, яйцах- 41,05,0 мкг%.
Среднее содержание молибдена в продуктах растительного происхождения – 2,0мг/кг сухого веса. Отмечается более высокое содержание молибдена в бобовых -3,3 - 5 мг/кг.
О.А. Войнар (1960) приводит данные, согласно которым взрослый человек должен получать I - 2 мг молибдена в сутки. А. Хенниг (1976) указал, что суточная потребность крыс в молибдене равна 0,02 мг/кг живого веса, у птиц и жвачных - 0,10 мг/кг живого веса. По данным Д.Ш. Гайирбегова (1996), Д.Ш. Гайирбегова и др., (1997), суточная потребность коров в молибдене составляет в начале стельности- 0,36 мг/кг, в середине- 0,37 мг/кг, в конце 0,54 мг/кг сухого вещества рациона.
Биологическое значение молибдена в основном определяется его участием в окислительно-восстановительных реакциях через молибденсодержащие ферменты и метаболическими взаимодействиями с макро и микроэлементами организма.
В настоящее время известно 15 молибденсодержащих ферментов. Определенное представление о составе и катализируемых этими ферментами реакциях, дает схема, заимствованная у G.N. Schrauzer et. al. (1984) "Молибденсодержащие ферменты".
Таблица 2 - Молибденсодержащие ферменты по G. N. Schrauzer et. al. (1984).
Фермент
|
шифр
|
прочие кофакторы
|
Реакция
|
Альдегидоксидаза
|
КФ.1.2.3.1
|
Fe/S,ФАД
|
Альдегиды+Н2О+О2кислота+Н2О2
|
Сульфитоксидаза
|
КФ.1.8.3.1
|
Гем
|
Сульфит+О2+Н2ОСульфат+Н2О2
|
Ксантиноксидаза
|
КФ.1.2.3.2
|
Fe/, ФАД
|
Ксантин+Н2О+О2урат+Н2О2
|
Как видно из таблицы 2 в животном организме содержится адьдегидоксидаза, сульфитоксидаза, ксантиноксидаза. Они образованы несколькими субъединицами, содержат два атома молибдена и дополнительные простетические группы. Активной частью этих ферментов является рибофлавин (витамин B2), который входит в состав коферментов - флавинмононуклеотида и флавинадениндинуклеотида.
Как известно, флавиннуклеотидные ферменты катализируют очень важные для организма окислительно-восстановительные реакции - окислительное дезаминирование аминокислот, дегидрирование оксикислот, окисление восстановленных форм НАД Н2. Характерно, что ФАД прочно связан с белковой частью фермента и в то же время с микроэлементами (Мо, Fe и др.) образует металлофлавопротеиды. Он обратимо восстанавливается молекулярным водородом: Н2+ФАД=ФАДН2. Восстановленный ФАД может реагировать с Мо+6, образуя при этом Мо+5 и два водородных иона по схеме: ФАД Н2 + 2 Мо+6 = ФАД + 2Mo+5 + 2 H+. По мнению Я.В. Пейве (1972), таким путем молибден повышает активность флавопротеидных ферментов, связанных с азотным обменом.
Как отмечают М. Dixon, Е. Webb (1982), альдегидоксидаза печени является молибденфлавопротеидом, катализирует процесс окисления альдегидов до кислот с образованием Н2О2. После удаления молибдена фермент теряет способность восстанавливать цитохром С, нитрат и феррицианид. Сульфитоксидаза превращает сульфит в сульфат и строго специфична к своему субстрату. Фермент присутствует преимущественно в печени, где он локализуется в межмембранном пространстве митохондрий. Его физиологическим акцептором электронов является митохондриальный цитохром С.
Сульфитоксидаза выделена из печени человека, крупного рогатого скота, кроликов и крыс. Она представляет собой димер, образованный двумя идентичными субъединицами с молекулярной массой 55 - 60 тыс., из которых каждая содержит по одному атому молибдена и одной молекуле цитохрома b5 - типа (Cohen, 1971). По данным K.A. Jonsson (1986) окисление сульфита осуществляется молибденовым центром, что приводит к восстановлению Мо+6 до Мо+4. Две простетические группы сульфитоксидазы расположены в разных доменах.
По А.П. Авцыну (1991) генетический дефект сульфитоксидазы вызывает выраженные аномалии мозга, умственную отсталость, эктомию хрусталика. Организм теряет способность превращать сульфит в сульфат, что приводит к активации побочных путей обмена серы. В органах происходит накопление S-сульфо-L-цистеина, сульфита и ипосульфита при практическом отсутствии сульфата, который необходим для образования сульфолипидов и белков (Полонская, 1963; Johnson et. al., 1960).
Ксантиноксидаза представляет собой димер с молекулярной массой 283000, содержащий на каждую субъединицу молекулу ФАД, кластер F4S4 персульфидную группу и один атом молибдена. Фермент катализирует окисление гипоксантина в ксантин и ксантина в мочевую кислоту (Горкин, цит. по Авцину, 1991).
По данным К.V. Rajagopolan (2000) ксантиноксидаза окисляет большое число соединений, включающих пурины, птеридины и альдегиды. При генетическом дефекте ксантиноксидазы или недостатке молибдена в организме возникает ксантинуремия, так как нарушается процесс его окисления до мочевой кислоты. В почках образуются ксантиновые камни. При этом содержание мочевой кислоты в сыворотке крови и в моче резко снижено (менее 1,19 - 2,98 мМоль/л и 2,38 - 5,95 мМоль/л)
Влияние молибдена на некоторые стороны пуринового обмена в животном организме исследовал Э.В. Гусев (1969, 1972), он установил, что ограничение поступления молибдена ведет к снижению активности ксантиноксидазы, тормозит образование мочевой кислоты. Автором установлена прямая коррелятивная зависимость между содержанием мочевой кислоты в крови и моче (r = 0,8), активностью ксантиноксидазы и содержанием мочевой кислоты в крови (r = 0,8).
По данным В.В. Ковальского и Г.А. Яровой (1966), повышение содержания молибдена в среде (Армения) ведет к увеличению содержания мочевой кислоты в организме у людей, вследствие чего развивается эндемическая подагра.
В работах Л.В. Пейве (1972) указывается, что молибден может образовать специфические комплексы с АТФ, что он действует на реакции синтеза и распада РНК, катализируемые соответственно РНК-полимеразой и полинуклеотидфосфорилазой, может реагировать с фосфором нуклеотидов, сдвигая при этом равновесие реакции в сторону синтеза РНК. По мнению этого автора, молибден на биосинтез белка действует различными путями: 1- путем ускорения синтеза аминокислот и включения их в состав белков; 2- путем взаимодействия с ферментами, реагирующими с ДНК, РНК и нуклеотидами; 3- путем взаимодействия с рибосомами. Также молибден может оказать ингибирующее или стимулирующее влияние на многие ферменты.
По данным А.О. Войнара (1960), неблагоприятное влияние высоких доз молибдена на рост и развитие костей обусловлено прямым угнетающим влиянием его на активность щелочной фосфатазы. Подобные же результаты получил в своих экспериментах С.И. Куманов (1964).
В работе М.Н. Гойнацкого (1990) показано, что дефицит молибдена в пище снижает активность каталазы в печени, эритроцитах и их способность нейтрализовать Н2О2 и О2, образующихся при автоокислении многих органических веществ. По мнению автора, снижение активности каталазы связано со снижением активности ксантиноксидазы, которая в свою очередь зависит от наличия в организме молибдена. Кроме того, этот автор исследовал влияние избытка тяжелых и легких изотопов молибдена на активность обоих ферментов. В печени Мо90 и Мо92 являются активаторами ксантиноксидазы, а Мо100- ингибитором. Активность каталазы в эритроцитах ингибируется Mо90 на 23%, Мо92- на 43%, Мо100- подавляет активность каталазы в печени и почках.
Как отмечают Cox et al., (1960) у экспериментальных животных, получавших добавки молибдена, уровень цитохромоксидазной активности в тканях снижается. По данным Е.М. Малеванной (1963), активность сукцинатдегидрогеназы при избытке молибдена повышается. По мнению авторов, недостаточное содержание молибдена в рационе существенно снижает активность гиалуронидазы, под действием которой обратное всасывание воды в почечных канальцах усиливается.
S. Capilna (1963), изучая влияние ионов молибдена на промежуточный обмен глутамина в печени и в мозгу, установили, что молибден значительно снижает активность глутамиразы и количество глутамина в мозге. К аналогичным выводам пришли Е. Kohen (1972), S.A. Kostsak, A.C. Bearn, (1978), K. Arisono et al., (1993), изучая влияние различных металлов на биологические реакции печени крыс.
В настоящее время в научной литературе накоплен определенный материал о роли молибдена в этиологии эндемического зоба (Уразаев, 1956; Москалюк, 1972; Одынец, 1972). Однако по этим данным не всегда удается однозначно судить о значении молибдена в поддержании нормального функционирования щитовидной железы. Например, по данным Н.М. Уразаева существует обратная зависимость между содержанием молибдена в почве и в пищевых продуктах и частотой возникновения эндемического зоба. В.М. Мещенко и др., (1959) установили, что обмен молибдена в организме больных эндемическим зобом характеризуется повышенной задержкой его и пришли к выводу, что алиментарный дефицит молибдена является отягощающим фактором для течения эндемического зоба.
Исследования Л.H. Пятницкой (1973) показали, что недостаток молибдена в рационе животных вызывает нарушения функции щитовидной железы с признаками, aнaлoгичными изменениям, характерным при недостатке йода в пище.
Л.И. Москалюк (1972) наблюдал повышение функциональной активности щитовидной железы при повышенном поступлении молибдена в организм. Аналогичные данные для лабораторных животных приводятся И.А. Эскин (1978), E.C. De Penzo et al. (1953), C.W. Cooper (1971), M. Kirchgessner et al. (1982).
М.С. Rodriguer (1993), изучая влияние хронического воздействия молибдена (в дозе 200 мг/кг Na2MoO4) на крыс Bromn Norwag, обнаружили снижение потребления воды и корма, уменьшение массы тела, а также экскреции мочевины и креатинина с мочой, снижение активности щитовидной железы, выявили атрофию семенников.
По данным Ф.Я. Беренштейна (1966) введение в организм кролика молибдена с пищей вызывает сдвиги в системной гемодинамике и коронарном кровообращении свидетельствующие о развитии недостаточности миокарда.
Имеются данные о том, что содержание молибдена в тканях и органах человека претерпевает определенные изменения при заболеваниях, этиологически не связанных с повышенным или пониженным его поступлением в организм. Ряд авторов отмечает изменение содержания молибдена в крови при железодефицитной анемии, постгеморрагической анемии и при лейкозах.
Ю.М. Бала и В.М. Лифшиц (1973) отмечают нарушение метаболизма молибдена и других микроэлементов при анемии, обусловленной злокачественными образованиями. При лейкозах содержание молибдена в печени, селезенке, лимфатических узлах снижается, в костном мозге возрастает (Владимиров и др., 1986). Гастрогенная анемия снижает содержание молибдена в эритроцитах. При раковых анемиях наступают взаимосвязанные нарушения обмена железа, стронция, молибдена. Эти же авторы и В. Я. Шустов (1967) отмечают, что в малых дозах (5 мкг) Мо оказывает положительное действие на образование гемоглобина. Это подтверждают исследования ряда авторов, изучавших действие малотоксичных препаратов молибдена (Мо-5 и Мофит) на гемопоэз. Большие дозы молибдена (50 мкг) уменьшают содержание гемоглобина и количество эритроцитов в крови, вызывают лимфоцитоз.
С. Димитров и др.(1986) при повышенном содержании молибдена в рационе животных наблюдали снижение аппетита, уменьшение массы тела, кахексию, анемию, повреждение суставов и ломкость костей.
Как видно из изложенного выше, биологическая роль молибдена изучена еще не достаточно. Исходя из этого, на наш взгляд, весьма актуально проведение дальнейших исследований для определения суточной потребности в молибдене, его обмен в организме, фактическое содержание в рационах применительно к определенным эколого-географическим районам и конкретным биогеохимическим экстремальным ситуациям, обусловленным промышленными загрязнениями среды.
Мо, как и большинство других микроэлементов, в нормальных условиях поступает в организм человека и животных с продуктами питания и водой. Содержание Мо в продуктах питания животного и растительного происхождения подвержено существенным колебаниям, которые определяются как видовыми особенностями продукта, так и содержанием Мо в почве и воде.
В организме млекопитающих содержится Мо 1-4 мг/кг живой массы. Колебания, обусловленные уровнем Мо в рационе, весьма значительны, в связи с чем имеющиеся данные по возрастной динамике этого элемента малоубедительны.
Весь Мо распределен в организме примерно следующим образом: скелет- 60-65%, кожа - 10-11%, шерсть (у овец) - 5-6%, мышцы - 5-6%, печень - 2-3%, остальные органы и ткани - 9-18%.
Средние показатели содержания Мо в органах и тканях животных при обычном режиме питания следующие (мг в 1кг свежей ткани): печень 2-13, скелетные мышцы 0,4-1,2, почки 2,0-3,4, сердце 0,5-0,8, селезенка 0,4-1,2, мозг 0,10-0,15, кости 15-40, кожа 2,5-5,0.
Содержание Мо в селезенке, печени, костях, почках, крови, молоке, шерсти повышается при увеличении его уровня в рационе. В 100 мл крови содержится в среднем 1-2 мкг Мо. Примерно 70 % этого количества находится в эритроцитах и 30 % в плазме.
Шестивалентный Мо сравнительно быстро абсорбируется в пищеварительном тракте, величина адсорбции зависит от вида, возраста животных и уровня Мо в рационе, но в среднем она может быть определена в 20 - 30% от принятого, что подтверждается опытами с использованием стабильного и радиоактивного изотопа Мо.
На всасывание Мо, отложение его в тканях и экскрецию влияют сложные взаимодействия в триаде: медь — молибден — неорганический сульфат. Хотя здесь возможны вариации связанные с видом животных в общих чертах эти взаимодействия сводятся к следующему:
1) Мо и особенно молибден совместно с сульфатом снижают отложение меди органах и синтез церулоплазмина; соответственно уменьшается экскреция меди с желчью, но усиливается с мочой.
2) Увеличение меди в рационе снижает отложение его в печени, хотя его поступление с кормом остается прежним;
3) При увеличении сульфата резко возрастает экскреция Мо с мочой и соответственно снижается отложение его в тканях. Часть этих взаимодействий осуществляется на уровне пищеварительного канала, часть переносится в область промежуточного метаболизма.
Жизненно необходимым элементом Мо стал считаться сравнительно недавно, когда было установлено, что он является составной частью фермента ксантиноксидазы. Этот фермент, содержащий наряду с Мо железо, катализирует окисление восстановленного дифосфоридиннуклеотида, гипоксантина и ацетальдегида и играет важную роль в обмене пурина. При снижении уровня этого фермента в организме происходит нарушение синтеза мочевой кислоты из ксантина и гипоксантина, в результате чего в крови и моче резко возрастает концентрация ксантина, а уровень мочевой кислоты резко снижается. В почках, мочевых путях происходит отложение ксантиновых камней.
При недостатке фермента сульфитоксидазы теряется способность организма превращать сульфит в сульфат, в результате в органах и тканях накапливается сульфоцистеин, сульфит и гипосульфит при отсутствии сульфата. Происходят нарушения в ЦНС, умственная отсталость, эктопия хрусталика.
Мо действует на реакции синтеза и распада РНК, катализируемые соответственно ферментами РНК-полимеразой и полинуклеотидфосфорилазой. Мо может реагировать с фосфором нуклеотидов, сдвигая при этом равновесие в сторону синтеза РНК. Возможно также образование различных фосфорно-молибденовых комплексов, играющих каталитическую роль.
На биосинтез белков Мо может действовать различными путями:
1. Путем ускорения синтеза аминокислот и включения их в состав белков.
2. Путем взаимодействия с ферментами, реагирующими с ДНК, РНК и нуклеотидами.
3. Путем взаимодействия с рибосомами.
Предположительная потребность человека в Мо составляет примерно 0,004 мг/кг веса тела, т.е. около 0,3 мг в сутки. Длительное потребление избыточных количеств Мо приводит к нарушению фосфорнокальциевого обмена, деформации костей, слабости конечностей, нарушению способности животных к передвижению. При избытке Мо в пище ксантиноксидаза повышает интенсивность азотистого, в частности пуринового, обмена в организме. В результате распада пуринов образуется мочевая кислота. При избытке этой кислоты почки не успевают выводить ее из организма, в результате чего в суставах и сухожилиях мышц накапливаются ее соли — развивается подагра. При хроническом отравлении Мо снижается количество меди в печени, даже при повышенном содержании ее в кормовом рационе. Заболевание сопровождается сильным поносом, наступает истощение, снижается продуктивность животных, шерсть грубеет и теряет окраску.
Медь является антагонистом Мо, поэтому назначение больным животным ежедневно примерно 2 мг медного купороса излечивает их.
От прибавления молибдена к корму у птиц отмечается ускорение роста, то же наблюдается и у животных. По-видимому, это и есть самый важный биологический показатель действия молибдена. Введение в диету меди или сульфатов снимало депрессивное действие молибдена на рост животных.
Дальнейшие указания на взаимодействие меди и молибдена в организме животных были получены в Австралии. Было установлено, что применение молибдена дает эффект при лечении овец с хроническим отравлением медью. Эти исследования помогли понять, что молибден влияет на метаболизм меди, и что это влияние зависит от присутствия неорганического сульфата. Исследования метаболизм молибдена имеет ограниченную ценность, если остается неизвестным содержание неорганического сульфата в рационе.
Dick (1956) предложил гипотезу для объяснения сульфата на всасывание и экскрецию молибдена, согласно которой неорганический сульфат мешает или, если его концентрация достаточно высока, предотвращает транспорт молибдена через мембраны. Такой эффект может повышать экскрецию молибдена с мочой, вследствие увеличения концентрации сульфата в ультрафильтрате почечных клубочков, наблюдаемого после приема больших доз сульфата. Повышение концентрации сульфата тормозит или блокирует реасорбцию молибдена в почечных канальцах.
Водные растворы молибдена довольно быстро всасываются из кишечника. У большинства животных молибден выделяется главным образом с мочой (45 % дозы) и менее с калом (34 %).
Шестивалентный молибден быстро всасывается у животных всех видов. В зобе у кур через три часа после введения обнаруживается 30% молибдена. Поскольку к этому времени он уже выделился с мочой и с желчью, истинная величина всасывания превышает 30%. У коз через 4 дня после ведения молибдена в рубец, в пищеварительном канале всасывается только 7% элемента, но к этому времени 25% введенного в рубец молибдена выделяется с мочой и 2,4% с молоком, а общая величина всасывания составляет более 35%.
В кишечнике млекопитающих не существует какого-либо барьера, ограничивающего всасывание молибдена. Распределение молибдена в организме после всасывания зависит от времени. Приблизительно через 24 часа после пеорального введения наивысшая концентрация молибдена отмечается в крови; исключение составляла только моча, где молибдена содержалось в 20 раз больше. В последующие трое суток содержание молибдена в крови снизилось почти в 10 раз по отношению к максимуму.
Выделение молибдена введенного перорально или путем инъекции происходит главным образом с мочой, хотя значительная часть выделяется с желчью (около 10% адсорбированного молибдена) в кишечник и может затем использоваться вновь. Выделение молибдена зависит от содержания серы в рационе. С одной стороны всасывание и реасорбция молибдена снижается в связи с образованием сульфида молибдена, с другой – возрастает доля почечной экскреции.
В моче молибдена больше (в расчете на 1 кг сухого вещества), чем в кале, что свидетельствует как о высокой степени всасывания, так и преимущественно о почечном выделении молибдена.
При введении молибдатов перорально и парентерально разным видам животных более всего выражено действие его на ЖКТ (потеря аппетита, рвота, кровавый понос) и нервную систему (дрожание, судороги, одышка).
В органах крыс, морских свинок и мышей при введении соединений молибдена в ЖКТ возникают различные морфологические изменения, наиболее выраженные в случае введения трехокиси. В печени наблюдается в разной степени выраженная жировая дистрофия (в зависимости от величины дозы), фокусы коагуляционного некроза, инфильтрированные полиморфноядерными клетками, пролиферативные узелки, гиалиноз стенок ветвей печеночной артерии; в почках – различно выраженная жировая дистрофия, участки некроза и пролиферация сосудистой ткани; в надпочечниках – вакуолизация клеток; в легких – гиперемия, незначительная клеточная реакция (полинуклеары), местами небольшие кровоизлияния; в селезенке – гиперплазия ретикулярных клеток.
Известно анемизирующее действие молибдена, тормозящее влияние его на рост животных, на половую функцию крыс – самцов (при добавлении к пище от 80 до 140 мг % может быть достигнута полная стерилизация животных).
Медь ослабляет токсическое действие молибдена, цинк же напротив усиливает его, свинец влияния не оказывает. Анализируя взаимоотношения между молибденом и цинком, молибденом и медью установлено, что дефицитные заболевания вызываются не только низким содержанием в пище важных составных частей, но и в результате излишка одного из них.
Молибден, главным образом, влияет на накопление железа в печени. В других органах и тканях концентрация железа под влиянием молибдена по сравнению с нормой изменяется мало.
При введении молибдена кроликам наблюдали уменьшение количества меди в печени, а также незначительное уменьшение в почках, легких и костях. В мозгу, а особенно в коже концентрация меди выше, чем у контрольных животных. В мышечной ткани содержание меди не изменилось.
Введение молибдена также оказывает влияние на содержание цинка в органах и тканях. Особенно заметно молибден способствует понижению концентрации цинка в мозгу, легких и почках и некоторому накоплению его в коже. В печени содержание цинка несколько уменьшается, а в мышечной ткани и костях не изменяется.
Молибден способствует снижению концентрации кобальта в печени и увеличению ее в легких и коже.
Сопряженные отношения молибдена с другими металлами сразу привлекли внимание исследователей. Установлено, что молибден оказывает угнетающее действие на печеночные сульфидоксидазы, в результате которого начинается порочное усвоение серосодержащих соединений, в том числе связывание меди с сульфидами, следствием этого является медная недостаточность, определяющая симптоматику интоксикаций. Известно также снижение потребления молибдена при увеличении в рационе неорганического сульфата. Таким же эффектом обладает метионин. Некоторые авторы считают, что сульфаты, как и медь, не мешая всасыванию молибдена в кишечнике, способствуют усилению экскреции этих соединений. Медно – молибденовый антагонизм объясняют также вытеснением молибденом меди из биологических субстратов (М. Войнар 1960). Уменьшение содержания меди в печени усиливается под влиянием совместного введения животным молибдена и фосфора в 2,5 – 5 раз.
Еще одним аспектом физиологического взаимодействия меди, молибдена и сульфатов является образование медно – молибденовых комплексов, представляющих трудно растворимый молибдат меди, близким по составу к редкому минералу Cu12Mo4(ОН)2. Позже было установлено, что наряду с ним (или вместо него) образуются комплексы с тиомолибденовой кислотой, имеющие общую формулу лиганда – МоОхS4-х (Dick A.T et. al. 1975). Тиомолибдаты существенно снижают всасывание меди, тогда как молибдаты и сульфаты как совместно, так и в отдельности не влияют на ее усвоение (Millts C.F et.al. 1978) .
Всосавшись в кровь, тиомолибдаты прочно связываются с альбуминами и другими плазменными белками и делают медь недоступной для метаболических процессов. Продолжительное введение крысам тиомолибдата натрия воспроизводит признаки молибденоза.
Williams и van Reen (1956) исследовали действии молибдена на некоторые ферментные реакции, протекающие с участием АТФ. Оказалось, что при этом наблюдается различный эффект. Активность печеночной фосфатазы значительно возрастает, в то время как почечная и кишечная щелочная фосфатаза значительно угнетается. С угнетающим действием на щелочную фосфатазу связывают влияние молибдена на рост и костеобразование.
Установлено, что аэрозоли металлического молибдена и его соединений при респираторной затравке действуют различно, в зависимости от вида соединения и степени его растворимости. Так, при затравке высокими концентрациями хорошо растворимого парамолибдата аммония (0,5 – 2,5мг/л) у крыс очень быстро проявляется общетоксическое действие, и в течение 10 дней все подопытные животные погибли. Морфологическое исследование органов погибших животных показало паренхиматозное перерождение печеночных клеток, очаги некроза в печени, в почках – перерождение эпителия извитых канальцев. В легких наблюдалось: сильный периваскулярный отек, большие участки кровоизлияний в полость альвеол.
Менее растворимая трехокись молибдена (аэрозоль измельчения) не вызывала столь быстрого появления интоксикации, животные выживали весь срок затравки, наблюдалось лишь отставание в весе по сравнению с контрольной группой. Однако морфофизиологические изменения в органах были аналогичны таковым при действии парамолибдата аммония.
Трехокись молибдена в виде аэрозоля конденсации при респираторной затравке оказывала токсическое действие при весьма малых концентрациях (6 мг/м3). Наблюдались изменения в белковом обмене (увеличение аммиачного азота мочи, гипергаммаглобулемия, снижение коэффициента А/Г, снижалась активность щелочной фосфатазы).
Плохо растворимые аэрозоли металлического молибдена и бурой двуокиси молибдена не вызывали явлений интоксикации даже при весьма высоких концентрациях. Морфофизиологические изменения в этих сериях опытов были наиболее выражены со стороны легких, где наблюдалось утолщение межальвеолярных перегородок. С появлением в них волокон соединительной ткани. Изучение действия борида молибдена показало, что это соединение обладает токсическим действием, выраженным в развитии дистрофических изменений в клетках печени, изменениях содержания аминного азота в сыворотке крови, изменениях со стороны красной крови.
Некоторые авторы отмечают способность молибдена в небольших дозах повышать фагоцитарную активность лейкоцитов, что имеет отношение к повышению защитных функций организма.
Можно допустить, что молибден оказывает разностороннее влияние на различные области обмена веществ. В одних случаях молибден оказывает синергическое действие с другими микроэлементами, в других – антагонистическое.
|
