Микробиологические риски в промышленном птицеводстве и животноводстве

Современные технологии, используемые в животноводстве и птицеводстве, экономически эффективны и позволяют в короткие сроки решить проблему снабжения населения продуктами. В большинстве случаев это достигается благодаря высокой плотности размещения животных и птицы на ограниченных площадях. Как следствие, происходит интенсивное загрязнение атмосферного воздуха на производственных территориях и далеко за их пределами. Негативное изменение качества воздушной среды может отрицательно сказаться на здоровье населения, поэтому охрана атмосферного воздуха имеет первостепенное значение (1-4).

Проблема потенциальных рисков для здоровья людей и сельскохо- зяйственных животных при промышленном ведении животноводства и птицеводства актуальна во всех странах с развитыми технологиями и широкомасштабным производством продуктов питания. Экспериментальные данные по органическим, биологическим, химическим и другим загрязнениям постоянно пополняются и систематизируются. В настоящем обзоре в сравнительном аспекте будут рассмотрены результаты исследований количественного и видового состава патогенных микроорганизмов, вирусов, а также вредных веществ в воздушной среде животноводческих и птицеводческих комплексов в России и других странах.

Бактерии находятся в воздухе в составе капельных (жидких) или пылевых (твердых) аэрозолей (5). В основном это сапрофитные виды, которые попадают в воздух из почвы. В естественных условиях в воздухе обнаруживается около 40 тыс. видов спор папоротников, мхов, грибов и около 1200 видов бактерий и актиномицетов. Воздушные потоки способны переносить такие микроорганизмы и споры на значительные расстояния (6).

Основной загрязнитель воздушного бассейна на территории ферм и птицефабрик — навоз (помет). В отсутствие специальных хранилищ накапливается огромное количество необработанного навоза (помета), причем в неблагополучных по хроническим инфекциям хозяйствам он контаминирован возбудителями заболеваний. В засушливую погоду и при сильном ветре инфицированные частички в виде пыли попадают в воздух (7). Все это осложняет эпизоотическую и эпидемическую обстановку и создает предпосылки для загрязнения окружающей среды биологическими отходами (8).

Воздух, содержащий микроорганизмы, органические вещества и пыль, ежедневно выбрасывается из животноводческих и птицеводческих помещений через вентиляционную систему. При его попадании из одного производственного объекта в другой создается угроза возникновения заболеваний, вызываемых ассоциацией микроорганизмов (9, 10). Показано, что со свиноводческих комплексов с поголовьем от 10 до 40 тыс. в течение 1 ч через вытяжную систему вентиляции в атмосферу попадает от 4,6 до 83,4 млрд микроорганизмов и от 0,2 до 6,1 кг пыли; на птицефабрике с поголовьем 720 тыс. — соответственно до 174,8 млрд и 41,4 кг (11). Вещества, попадающие в атмосферу из животноводческих помещений, в безветренную погоду могут ощущаться на расстоянии 1-1,5 км от них, а по направлению ветра — на 2-3 км и более (12). Даже те возбудители заболеваний, которые выживают в атмосферном воздухе в течение только нескольких минут, за это время распространяются на большие расстояния (например, стафилококки — до 500 м) (13).

Основной источник микроорганизмов в воздухе животноводческих помещений — содержащееся там поголовье. Доказано, что в 1 м3 такого воздуха содержится 2 млн, а иногда и более микробных клеток (в том числе патогенных) (6). Значительное повышение бактериальной обсеменен-ности воздуха, поверхностей оборудования, кормов и воды происходит при нарушениях в технологических и кормовых программах (14).

Самую высокую запыленность воздуха отмечают в промышленном птицеводстве: при выращивании молодняка и содержании взрослой птицы, особенно во время линьки, образуется перьевая, пуховая, эпителиальная пыль. Кроме того, в воздух попадают микроорганизмы, выделяемые птицей из верхних дыхательных путей, а также с испражнениями после их высыхания. Россыпные комбикорма становятся основным источником пыли растительного происхождения (9, 15). В комбикормовой пыли часто содержатся антибактериальные вещества и антибиотики, в том числе широкого спектра действия. Их постоянное присутствие в воздухе может привести к возникновению антибиотикоустойчивых штаммов микроорганизмов (16, 17). Состав пыли на птицефабриках — 3-6 % клетчатки, до 70 % сырого протеина, 7-10 % веществ, экстрагируемых эфиром, а также частицы перьев, пуха, помета, грибы, микробы (18). Такая пыль служит для микробов и носителем, и питательной средой. Пылью называют находящиеся в воздухе твердые частицы размером до 100 мкм. Частицы диаметром более 100 мкм оседают на поверхности быстро, с меньшим диаметром — очень медленно, и скорость их переноса полностью зависит от силы воздушного потока. Пыль с размерами частиц до 10 мкм находится в воздухе в виде взвеси (6).

Высокое содержание в пыли неорганических и органических веществ, компонентов биологического происхождения, а также патогенных микроорганизмов потенциально опасно для работников птицефабрик и животноводческих комплексов и приводит к развитию заболеваний дыхательной системы, в том числе в осложненной форме (5, 16, 19, 20). До 20 % фермеров и сельскохозяйственных рабочих сообщают о связанных с профессиональной деятельностью симптомах респираторных заболеваний. Распространенность обструктивных легочных расстройств повышается с увеличением длительности воздействия загрязненного воздуха (13, 21).

На 13 птицефабриках с количеством птицы от 8000 до 42000 гол. о бщая концентрация пыли в воздухе составляла в среднем 1,44 мг/м³ (с высоким процентом взвешенных частиц диаметром менее 10 мкм). В осажденной пыли обсемененность бактериями и грибами составила соответственно 3,2½10⁹ КОЕ/м³ и 1,2½10⁶ КОЕ/м³ (22). По данным K. Radon с соавт. (2), концентрация пыли на птицефабриках составляла 7,01 мг/м³. M. Saleh с соавт. (23) отмечают, что самая высокая концентрация ингаляционной пыли (до 10 мг/м³) наблюдалась при выращивании цыплят-бройлеров в конце 4-й нед откорма.

Пыль в животноводческих и птицеводческих помещениях содержит значительное количество бактериальных эндотоксинов, которые высвобождаются при лизисе бактериальной клетки (24). В сообщении K. Roque с соавт. (25), самое высокое содержание эндотоксинов было в пыли на птицефабриках (588,8±138,1 ЕЭ/м3), самое низкое — в помещениях с крупным рогатым скотом (57,0±32,1 ЕЭ/м3). В исследованиях R. Schierl с соавт. (26) концентрация эндотоксина в воздушной и осажденной пыли варьировала и составила 16,9 ЕЭ/м3 для молочного скота, 557,9 ЕЭ/м3 — для мясного скота, 668,7 ЕЭ/м3 — для свиней, 463,2 ЕЭ/м3 — для кур-несушек, 1902 ЕЭ/м3 — для индеек. При частом вдыхании эндотоксинов у человека возникают острые воспалительные процессы в дыхательных путях, обструктивные заболевания легких и астма, распространенные среди работников птицеводческой отрасли (25, 26). Попадая в организм птицы, эндотоксины ослабляют ее иммунную систему, что в итоге снижает продуктивные показатели, а существенное усиление иммунного ответа может привести к септическому шоку (27).

Повышению концентрации взвешенной пыли, содержащей микроорганизмы, способствует механическое смешивание воздуха при создании одинаковых температурных условий на всей площади животноводческого помещения, а также активные движения животных или птицы (28-30). Согласно принятым в России рекомендациям технологического проектирования птицеводческих предприятий, концентрация пыли в воздухе птичника не должна превышать для взрослой птицы 5 мг/м3, для молодняка в возрасте от 1 по 4 нед — 1, от 5 по 9 нед — 2, от 10 до 14 нед — 3, от 15 до 22 нед — 4 мг/м3. Допускается увеличение концен-1122

трации пыли на 2 мг/м3 при сборе яиц и кормлении птицы (31). Когда запыленность превышает 5 мг/м3, микроорганизмы, попадающие в респираторный тракт птицы, вызывают его воспаление (19). Предельно допустимая концентрация (ПДК) микроорганизмов в 1 м3 воздуха составляет для взрослой птицы 250 тыс. КОЕ, для молодняка в возрасте с 1 по 4 нед — 30 тыс., с 5 по 9 нед — 50 тыс., с 10 по 14 нед — 100 тыс., с 15 по 22 нед — 150 тыс. КОЕ (31). В воздухе животноводческих помещений бактериальная обсемененность не должна превышать 500-1000 КОЕ/м3 (6).

По данным E. Karwowska (32), численность микроорганизмов в животноводческих помещениях колеблется от 1,7½10³ до 8,8½10⁴ КОЕ/м³ для мезофильных бактерий, от 3,5½10¹ до 8,3½10² — для гемолитических бактерий, от 1,5½10³ до 4,6½10⁴ — для стафилококков, от 5,0½10⁰ до 2,0½10² — для бактерий кишечной группы и от 1,7½10² до 2,4½10⁴ — для грибов рода Aspergillus ( A. niger , A. nidulans , A. ochraceus ), Penicillium notatum , Penicillium sp., Cladosporium sp. и Alternaria sp. K. Roque с соавт. (25) идентифицировали в воздухе животноводческих и птицеводческих помещений шесть видов грамотрицательных бактерий, 31 вид — грамположительных и 11 видов грибов, при этом из грамположительных бактерии преобладали Staphylococcus lentus , S. chromogenes , Bacillus cereus , B. licheniformis и E. faecalis , среди грибов и грамотрицательных бактерий — соответственно Candida albicans и Sphingomonas paucimobilis . Все эти организмы — опасные патогены, особенно для животных и людей с ослабленным иммунитетом. При изучении микробной обсемененности воздуха и видового состава микрофлоры в телятнике были выделены патогенные штаммы Staphylococcus aureus (46,1 %), Streptococcus faecalis (23,1 %), Escherichia coli (15,3 %) и Candida spp. (15,3 %), в корпусе для доращивания молодняка — Escherichia coli (29,4 %), Streptococcus faecalis (23,5 %), Candida spp. (17,6 %), Staphylococcus aureus (17,6 %) и Aspergillus spp. (11,8 %) (33).

Сравнение микробного фона птицеводческих объектов в зависимости от сезона и расстояния от птичника показало, что в воздухе (снаружи и внутри) птичника наименьшее количество бактерий семейства Enterobacteriaceae отмечали в зимний и осенний периоды (в среднем около 5,0½10⁰ КОЕ/м³), причем весной численность этих бактерий оказалась наибольшей (5,2½10³ КОЕ/м³). Стафилококки были самыми многочисленными микроорганизмами в течение всего года (около 81 %). Гетеротрофные бактерии и грибы составили соответственно 12 и 6 %. Концентрации бактерий в атмосферном воздухе определяли на расстоянии 10, 50 и 100 м от птичников. При удалении на 10 м количество бактерий снижалось в несколько раз по сравнению с таковым в птичниках и было минимальным на расстоянии 100 м (4).

В исследованиях динамики загрязнения воздуха на птицефабриках при выращивании цыплят-бройлеров с учетом их возраста и продуктивности показано (34-36), что в птичнике обсемененность аэробными микроорганизмами увеличивается с возрастом птицы. Наибольшими были показатели в воздухе помещений, где содержались 5-недельные цыплята, — 6,4x106 КОЕ/м3. По данным K. Brodka с соавт. (37), суммарные концентрации аэробных мезофильных бактерий внутри птичников варьировали от 4,74½104 до 1,89½108 КОЕ/м3. Для грамотрицательных бактерий диапазон включал значения от 4,33½102 до 4,29½106 КОЕ/м3. Количество бактерий рода Enterococcus находилось в пределах 1,53½104-1,09½107. Численность грамположительных бактерий составила 3,78½104-6,65½107 КОЕ/м3. Механическая вентиляция снижала микробную обсемененность (более чем в 2 раза), поэтому самые низкие показатели для каждой из исследуемых групп микроорганизмов фиксировали при усилении воздухообмена в птичниках. Концентрация микроорганизмов в воздухе — важный показатель эпизоотического состояния птицефабрики, поскольку распространение патогенной микрофлоры воздушным путем — одно из самых быстрых, что создает опасность возникновения массовых заболеваний птицы. Биоаэрозоль в воздухе птичников может содержать представителей родов Pseudomonas, Pasteurella, Streptococcus, Salmonella, Bacillus, Enterobacter, Co-rynebacterium, Haemophilus, Vibrio, Yersinia, Brucella, Leptospira, Mycoplasma, Staphyloccocus, Sarcina, Micrococcus, Pantoea и др. (39). При превышении ПДК микроорганизмов в воздухе у цыплят снижается среднесуточный прирост живой массы, сохранность, а также отмечается достоверное снижение гуморальных факторов естественной резистентности (33, 39, 40).

При оценке влияния микробных аэрозолей на иммунную систему мясных уток с использованием контролируемой вентиляции G. Yu с соавт. (41) установили сильную корреляцию между концентрацией аэробных бактерий, грамотрицательных бактерий, грибов, эндотоксинов в воздухе и титрами антител к вирусу птичьего гриппа серотипа H5 (H5 AIV, avian influenza virus), концентрацией иммуноглобулина G, интерлейкина 2, трансформацией Т-лимфоцитов, количеством лизоцима и индексами тимуса, селезенки и бурсы (рассчитаны как процентное отношение массы органа к живой массе особи). То есть высокая концентрация микробного аэрозоля отрицательно влияла на иммунный статус уток. V. Agranovski с соавт. (42) также оценили качество воздуха в птичниках. В их исследовании концентрация бактерий составляла 1,12½10⁵-6,38½10⁶ КОЕ/м³. Приблизительно 85 % бактерий были грамположительными. Количество аэробных грибов варьировало от 4,4½10³ до 6,2½10⁵ КОЕ/м³. Были обнаружены представители таксономических групп Сladosporium , Aspergillus , Penicillium , Scopulariopsis , Fusarium , Epicoccum , Mucor , Trichophyton , Alternaria , Ulocladium , Basidiospores , Acremonium , Aureobasidium , Drechslera , Pithomyces , Crysosporium , Geomyces и Rhizomucor .

Споры грибов имеют микрометровые размеры и тоже классифицируются как биоаэрозоль. Они всегда присутствуют в атмосферном воздухе, при этом их концентрация варьирует в зависимости от условий окружающей среды. Как и бактерии, грибы Stachybotrys chartarum , Alternaria alternate , Aspergillus fumigatus , Cladosporium herbarum , Fusarium sp., Penicillium sp., Rhizopus sp., Mucor sp., Trichoderma sp. и Trichothecium sp. обнаруживаются в почве, пыли, корме и подстилке, но в меньшей степени у самих птиц или животных (43). Условия птицеводческих и животноводческих помещений благоприятны для размножения грибов (34). Их максимальную численность здесь отмечали осенью, при этом 88 % видового состава приходилось на плесневые грибы (44).

У птиц, животных и людей жизнеспособные формы грибов, а также их метаболиты (микотоксины) могут вызывать ряд патологий — в основном органов дыхания (раздражение слизистой оболочки, инвазивные микозы легких, аллергический ринит, аллергический легочный альвеолит, астма) и кожи (дерматомикозы, онихомикозы) (45). A. Lugauskas и соавт. (46) обнаружили в воздухе птицефабрик 31 вид грибов, относящихся к 13 родам. Были выделены и идентифицированы 6 видов рода Aspergillus , среди них численно преобладали A. oryzae и A. nidulans (соответственно 15,1 и 9,7 %). Грибы рода Penicillium были представлены 12 видами с преобладанием Penicillium expansum , P. olivinoviride , P. claviforme и P. viridicatum. По данным K. Radon с соавт. (2), количество грибов в птичниках колебалось от 1124

2,0½10⁷ до 1,1½10⁹ КОЕ/м³, содержание бактерий было также высоким — от 4,7½10⁹ до 4,2½10¹⁰ КОЕ/м³. H. Shokri (45) установил, что наиболее распространенные виды грибов в воздухе птицеводческих помещений — представители Candida (30,2 %) и Aspergillus (26,9 %), снаружи птичников — Alternaria (37,6 %) и Candida (19,3 %).

В защите дыхательных путей человека от микроорганизмов участвует система клеточного иммунитета (13, 47). Микроорганизмы ( Bacillus , Aspergillus , Penicillium ) вызывают воспалительный процесс в назальном и бронхолегочном отделах за счет повышения миграции нейтрофилов, макрофагов и лимфоцитов. Грамотрицательные бактерии влияют на метаболическую активность фагоцитов, что приводит к снижению общего числа клеточных элементов, в основном за счет уменьшения количества нейтрофилов и макрофагов в лаважной жидкости респираторного тракта (48). Доказано (3, 49-51), что вдыхание неинфекционных микроорганизмов и их компонентов также может приводить к воспалению дыхательных путей, а действие антигенов и аллергенов, активируя иммунную систему, вызывает аллергическую реакцию.

Современные технологии промышленного содержания сельскохозяйственных животных и птицы предусматривают повышенную плотность посадки с максимальным использованием объема помещения. Производители увеличивают выход продукции с 1 м2 и снижают удельные энергозатраты, снижая тем самым себестоимость конечного продукта (26). Однако в таких условиях воздух в помещении сильно загрязняется не только пылью, но и органическими соединениями — аммиаком, углекислым газом, сероводородом, токсическими продуктами гниения и брожения органических веществ (21, 52). Превышение ПДК вредных веществ в воздухе негативно влияет на птицу. Например, при концентрации аммиака в воздухе выше 50 мг/м3 снижается потребление корма, развивается конъюнктивит и, как следствие, замедляется рост птицы, а увеличение содержания окиси углерода до 100 мг/м3 чревато летальным исходом (19).

Биологическое загрязнение воздуха также связано с присутствием паразитов. В птицеводстве наиболее распространены пылевые клещи птиц Dermanyssus galline , Ornithonyssus sylvarium , Dermatophagoides farinae , Der-matophagoides pteronyssinus , Knemidocoptes mutans и Acarus siro , которые часто вызывают аллергию и астму (38).

Зоонозные заболевания (сибирская язва, бруцеллез, ящур, туберкулез, листериоз, туляремия) передаются не только от животного к животному, но и от животного к человеку и наоборот (53). Многие болезни человека и животных имеют общее эволюционное происхождение. Например, туберкулез 15 тыс. лет назад поражал крупный рогатый скот, но со временем стал одним из тяжелейших заболеваний человека (54). По данным Информационно-аналитического центра Управления ветнадзора Россельхознадзора (ФГБУ ВНИИЗЖ), за первое полугодие 2017 года в России у животных неоднократно регистрировали вспышки заболеваний, опасных для человека: 4 новых очага туберкулеза крупного рогатого скота, более 155 очагов бруцеллеза, 404 неблагополучных пункта по бешенству, в которых пало 439 животных, 15 неблагополучных пунктов по лептоспирозу. В 2016 году выявлено 8 очагов сибирской язвы (55). Патогенная микрофлора, выделяемая во внешнюю среду больными животными и птицей, разносится воздушными потоками (56). При недостаточной и некачественной дезинфекции животноводческих помещений в профилактических перерывах происходит размножение и накопление патогенной микрофлоры в воздухе, что приводит к заражению вновь размещенного поголовья (46, 57,

• 58) . Высокая плотность поголовья вызывает повышенную чувствительность животных и птицы к патогенным микроорганизмам, при этом значительно возрастает вероятность массовой вспышки инфекционного заболевания. Наиболее опасными инфекциями считаются чума крупного рогатого скота, классическая и африканская чума свиней, блютанг, грипп лошадей, сибирская язва, бешенство, бруцеллез, туберкулез, лейкоз крупного рогатого скота, болезнь Ауески, лептоспироз, ящур, грипп птиц, ньюкаслская болезнь, оспа овец и коз. Некоторые инфекции часто регистрируются на территории Российской Федерации. Так, в 2017 году произошли три вспышки ньюкаслской болезни, выявлен 31 пункт, неблагополучный по птичьему гриппу, и 188 очагов африканской чумы свиней, в 43 пунктах диагностирован нодулярный дерматит (55).

Актуальной проблемой в птицеводстве остаются острые кишечные инфекции. Они характеризуются полиэтиологичностью, вариабельностью антигенного состава возбудителей, длительной антигенной и токсической стимуляцией иммунокомпетентных клеток хозяина. На долю колибакте-риоза (эшерихиоза) приходится около 50-60 % всего падежа птиц (59-62). Колибактериоз в виде самостоятельного заболевания проявляется редко и чаще наблюдается в сочетании с респираторным микоплазмозом, инфекционным бронхитом, пуллорозом (тиф кур), инфекционным ларинготрахеитом (63-65). Еще одно опасное инфекционное заболевание — сальмонеллез птиц. В первую очередь он поражает желудочно-кишечный тракт, а при подостром и хроническом течении вызывает осложнения в виде пневмонии и артрита. Заболеваемость цыплят сальмонеллезом обычно составляет примерно 5 %, но именно этот микроорганизм становится причиной массовых вспышек пищевых отравлений человека (66, 67).

Таким образом, функционирование животноводческих и птицеводческих комплексов сопряжено с угрозой для окружающей среды, поскольку в атмосферу ежедневно выбрасываются вредные газы, пыль и биоаэрозоли с высоким содержанием патогенных бактерий, вирусов, спор грибов, эндотоксинов. В большинстве случаев концентрации этих загрязнителей выше предельно допустимых, что представляет потенциальный риск для здоровья животных, птицы, сотрудников ферм (птицефабрик), а также населения близлежащих районов. Высокая плотность размещения животных создает условия для вспышек массовых инфекций, в том числе зоонозов, с быстрым распространением на все поголовье. Следовательно, к обязательным условиям функционирования предприятий животноводства и птицеводства относятся такие мероприятия, как аэрозольная и УФ-дезинфекция, фильтрация подаваемого и вытяжного воздуха.