CC BY
29
Барабаш А.А., Мирошникова Е.П., Гречушкин А.И., Сипайлова О.Ю.
ГОУ ВПО «Оренбургского государственного университета», Институт биоэлементологии
ОСОБЕННОСТИ МЕЖЭЛЕМЕНТНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В ОРГАНИЗМЕ ЖИВОТНЫХ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ НУТРИЕНТНОЙ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ
В ходе исследований по оценке влияния ферментных препаратов на обмен химических элементов в организме карпа и кур-несушек выявлены достоверные изменения концентраций в теле животных кобальта, никеля, свинца и т. д. Установлены специфические особенности межэлементных взаимодействий в организме, выражающиеся в снижении числа отрицательных корреляционных связей между массами элементов в 3-4 раза. Наличие экзогенных энзимов в рационе приводит к нивелированию действия колебаний уровня белка в рационе карпа на обмен макроэлементов.
Химические элементы являются жизненно важными компонентами пищи гетеротрофов, необходимыми для построения структур живых тканей и осуществления важнейших биохимических и физиологических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организма. Адекватное содержание и состав химических элементов являются важнейшим базовым элементом гомеостаза живых организмов [1, 2, 3].
В силу целого ряда объективных причин обмен отдельных химических элементов в организме животного невозможен без специфических взаимодействий с другими элементами по причине их лабильности и способности к образованию связей. Подтверждением этого является значительный багаж знаний, накопленных современной наукой [4, 5, 6, 7].
Межэлементные взаимодействия в метаболизме могут осуществляться через реакцию элементов с металлотионинами, сродство которых, например, к Си, 2п и Сё различно. В этой связи введение Ре повышает всасывание в кишечнике 2п, РЬ и Сё, а увеличение содержания Мо является причиной недостаточности Си и т. д. [8].
Между тем в силу тесной зависимости ферментативных процессов в организме животного от нутриентной обеспеченности межэлементные взаимодействия могут рассматриваться как специфические характеристики метаболизма во всех его сложных проявлениях. В качестве подтверждения этого могут рассматриваться следующие материалы.
Материалы и методы. Исследования были выполнены на модели карпа и кур. Экспериментальные исследования на рыбе проведены в условиях аквариумного стенда, состоящего из 6 аквариумов по 0,3 м3 каждый, оборудованных системой фильтрации и на-
сыщения воды кислородом, при температуре воды 28 ± 1°С.
Схема выполнения обоих опытов была сходной - из 180 годовиков карпа навеской 20-30 г методом аналогов было сформировано шесть групп (п=30), которых в течение 30 суток содержали в одинаковых условиях. Затем в I опыте особей I и II групп перевели на рацион с содержанием протеина 40-42% (рецепт РГМ-8В), III и IV - 32-35%, V и VI - 25-27%. Во II опыте - 25-27, 18-20 и 11-13% соответственно. При этом особи II, IV и VI групп дополнительно получали ферментный препарат Амилосубтилин Г3х в количестве 0,05%.
Ферментный препарат Амилосубтилин Г3х - мультиэнзимный комплекс, полученный на основе бактериальной культуры Вас. зиЬйНз, стандартизируется по амилолитической активности (540-660 ед/г), содержит протеазы с совокупной активностью не менее 4,6 ед/г [9].
Условия содержания и кормления карпа регламентировались рыбоводно-биологичес-кими нормативами, рекомендованными ВНИИПРХа (1986).
Исследования на курах выполнены на модели кур родительского стада породы плимутрок линии С4 кросса бройлеров Смена. С этой целью было сформировано две группы недельных курочек породы плимутрок (п=50), которые в течение двух недель содержались в условиях подготовительного периода и 60 недель учетного периода на рационах, различавшихся наличием ферментного препарата -МЭК-ЦГАП, вводимого в дозе 0,1%. Мульти-энзимная композиция с целлюлазной, в-глюка-назной, амилолитической и протеолитической активностью соответственно в 10 МЕ/г, 100, 100 и 2 ед./г. По химическому составу данный пре-микс состоял из 85,3% золы, 9,5 протеина и 5,2% безазотистых экстрактивных веществ.
Барабаш А.А., и др. Особенности межэлементных взаимодействий в организме животных..
Элементный состав биосубстратов оценивали в лаборатории АНО «Центр биотической медицины», г. Москва (аттестат аккредитации ГСЭН.Ки.ЦОА.Э11). Определение элементного состава оцениваемых биосубстратов производили методами атомно-эмиссионной и масс-спек-трометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой на приборах Optima 2000 DV и ELAN 9000 (Perkin Elmer, США). Пробоподготовка осуществлялась методом микроволнового разложения на приборе Multi WAWE Э000, A. Paar.
Основные данные, полученные в опыте, были подвергнуты статистической обработке по Г.Ф. Лакину [10].
Результаты исследований. Наличие ферментного препарата в рационе сопровождалось достоверными изменениями в элементном составе тканей подопытных животных (табл. 1).
Оценка достоверных различий между сравниваемыми группами по содержанию химических элементов позволила выявить сходные изменения в метаболизме в организме кур и кар-
Таблица 1. Содержание химических элементов в теле подопытных животных на момент окончания исследований, мг/кг
Элемент Исследования на моделях
карпа кур
группа
контрольнаял опытнаял контрольная опытная
Ca 6 169±91,4 5 740±151,7* 10 700±400,0 10 100±100,0
K 2 636±31,0 2 394±37,5*** 1 700±180,0 1 600±40,0
Mg 259±3,2 246±4,8* 600±20,0 500±10,0
Na 925±10,6 1 022±14,9*** 1 100±130,0 1 000±180,0
P 4 182±53,2 4 022±81,0 6 100±200,0 5 700±100,0
As 0,053±0,0007 0,050±0,0007* 0,053±0,0017 0,053±0,0103
Co 0,016±0,0003 0,015±0,0003** 0,022±0,0007 0,018±0,0005*
Cr 0,17±0,005 0,12±0,002*** 0,081±0,0007 0,081±0,0018
Cu 1,2±0,06 1,1 ±0,06 0,86±0,017 0,81±0,028
Fe 18,5±0,48 18,2±0,40 28,1±0,45 24,7±0,40*
I 1,0±0,02 1,3±0,03*** 0,31±0,004 0,30±0,007
Li 0,0054±0,00006 0,0063±0,00010*** - -
Mn 0,82±0,010 0,79±0,014 0,82±0,024 0,71±0,008**
Ni 0,24±0,003 0,22±0,005*** 0,41±0,017 0,32±0,009*
Se 0,20±0,004 0,22±0,004** 0,25 ±0,008 0,28±0,028
Si 4,4±0,08 5,3±0,11 *** - -
V 0,033±0,0006 0,031 ±0,0005 0,018±0,0008 0,011±0,0003*
Zn 55,8±1,34 56,4±1,31 26,8±0,57 27,0±0,75
Al 3,0±0,09 3,2±0,06 4,5±0,15 3,7±0,14**
Cd 0,016±0,0009 0,018±0,0011 0,043±0,0019 0,045±0,0015
Hg 0,012±0,0001 0,011±0,0002** - -
Pb 0,033±0,0004 0,043±0,0008*** 0,041±0,0011 0,033±0,0007**
Sn 0,09±0,001 0,032±0,0004*** - -
Sr 11,3±0,17 10,1±0,26** 3,6±0,11 3,4±0,09
Примечание: достоверные различия по отношению к контролю
А обобщенные данные по I и II опыту для: контрольной по I, III и V группам, опытной по II, IV и VI группам * - Р<0,05; ** - Р<0,01; *** - Р<0,001
Экология животных, зоология, животноводство
па. Так, присутствие в рационе ферментных препаратов сопровождалось снижением концентрации кобальта и никеля на 6,7 (P<0,01) и 9,1% (P<0,001) для карпа, 16,8 (P<0,05) и 28,8 (P<0,05)% для кур. Помимо этих показателей имело место снижение концентраций целого ряда других элементов.
В литературе имеются данные о позитивном влиянии ферментных препаратов на усвояемость отдельных минеральных веществ из корма [11].
Вместе с тем существуют данные, согласно которым присутствие ферментных препаратов в рационе может сопровождаться и снижением биологической доступности отдельных элементов питания (в т. ч. Cu, Fe, Zn и т. д.), что на фоне повышения интенсивности потока всасывающихся нутриентов способно нивелировать эффекты от применения данных комплексов [12, 13].
Причем достоверное снижение концентрации железа в тканях тела опытных кур-несушек сопровождалось меньшим выходом данного элемента с яйцом на 9,8%. Сходные различия по свинцу составили 23,4%. Между тем расхождения по выведению Mn, Co, Ni и V с яйцом за опыт были незначительные - 2,4-4,9%.
Однако по целому ряду показателей использование ферментных препаратов на моделях карпа и кур сопровождалось различными эффектами. В частности, действие МЭК-ЦГАП было сопряжено с достоверным снижением свинца на 20% (P<0,01) в теле кур, тогда как скармливание Амилосубтилина привело к достоверному увеличению удельного содержания этого элемента на 30% (P<0,001) в тканях тела рыбы.
Рассматривая межэлементные взаимодействия в организме животных, возникающие на фоне скармливания ферментного препарата, можно отметить, что из общего числа достоверных корреляционных связей между массами химических элементов в теле рыбы по контрольным группам (I, III, V) обоих опытов на долю отрицательных приходилось 50%, тогда как по опытным группам - только 8,3%, причем подавляющее число случаев было связано с обменом токсических элементов. В частности, в контроле только в 9% вариантов отмечалась отрицательная корреляция между эссенциальными элементами: в парах «Si - Ni» (r=-0,94) и «Si - Se» (r=-0,94).
Для опытных групп ни одного подобного рода взаимодействий не обнаружено.
Действие мультиэнзимного комплекса на обмен отдельных элементов в организме карпа было наиболее выражено для трех токсических элементов - серебро, свинец и стронций, обмен которых изменяется в контексте взаимодействия с метаболизмом других веществ. В частности, общая масса стронция в тканях тела опытной рыбы достоверно коррелирует с фосфором (г=0,97), кобальтом (г=0,99), марганцем (г=0,95) и никелем (г=0,97). В то же время на фоне контрольного рациона ни одной достоверной корреляционной связи стронция с другими веществами не обнаружено.
Совсем по-иному представляются взаимосвязи серебра на фоне дачи энзимов. В частности, характеристики обмена данного элемента с другими веществами по контрольной группе описываются шестью достоверными корреляциями А§ - М§ (г=1,0), А§ - Со (г=0,95), А§ - Сг (г=0,99), А§ -Си (г=0,99), А§ -Мп (г=0,99), А§ -РЬ (г=0,94).
Присутствие энзимов в рационе привело к появлению достоверной корреляционной связи между уровнем серебра и калия в тканях тела. При этом имевшие место взаимосвязи серебра с хромом (г=0,99) и медью (г=0,99) в условиях введения в рацион Амилосубтилина уже не выявлялись, коэффициенты корреляции между данными признаками составляли (г=0,04; г=0,23).
Определенный интерес представляют данные о корреляционных связях между уровнем протеина в рационе и содержанием отдельных элементов в тканях рыбы.
Изменение уровня протеина в опытных рационах с 40-42 до 11-15% в контрольных группах было сопряжено положительными связями с обменом йода (г=0,96) в организме подопытного карпа (табл. 2).
Имели место отрицательные корреляционные связи количества поступающего белка с пулом кальция в организме (г=-0,988), калия (г=-0,965), цинка (г=-0,975) и стронция (г=-0,999). Как ни парадоксально, простое введение ферментного препарата свело к минимуму все эти взаимодействия, и только одна зависимость уровня протеина в рационе и количества кальция в теле рыбы сохранилась (г=-0,998). Следует отметить, что эта закономерность тривиальна, ибо разворачивается по
Барабаш А.А., и др. Особенности межэлементных взаимодействий в организме животных...
принципу «больше белка в рационе - больше скорость роста - меньше доля костной ткани в живой массе - меньше удельная доля кальция».
Действие Аминосубтилина Г3х по отношению к обмену свинца выражалось в ослаблении антагонизма данного элемента с кальцием. В частности, если в контрольных группах коэффициент корреляции между уровнем кальция и свинца в тканях тела рыбы достигал г=-0,96 (Р<0,05), то присутствие ферментного препарата в рационе сопровождалось снижением «г» до недостоверных значений. Необходимо отметить, что помимо пары «РЬ - Са» действие ферментов сопровождалось нивелированием взаимодействий между РЬ и А>. Так, наличие достоверной связи между этими элементами в организме карпа I, III и V групп не было подтверждено для II, IV, VI групп обоих экспериментов.
Ранее в работах Мирошникова С.А. и др. [14], Сухановой О.Н. [15] уже описано аналогичное действие ферментного препарата по отношению к обмену свинца.
Вместе с тем дача энзимов рыбе обусловила проявление новых взаимодействий уровня протеина в рационе и натрия (г=-0,948), кобальта (г=-0,965), никеля (г=-0,952), свинца (г=-0,987). Причем, как следует из анализа корреляционных связей, между уровнем элементов в корме и их содержанием в теле рыбы толь-
Таблица 2. Корреляция между уровнем протеина в рационе и содержанием отдельных элементов
в тканях тела рыбы, n=10 (г
Г ' Vi
: 0,94)
Элемент Группа
I, III, V 1 II, IV, VI
Макроэлементы
Ca -0,988* -0,998*
K -0,965* 0,660
Na -0,170 -0,948*
Эссенциальные элементы
Co -0,738 -0,965*
I 0,970* -0,188
Ni -0,079 -0,952*
Zn -0,975* -0,649
Токсические элементы
Cd 0,963* 0,935
Pb -0,182 -0,987*
Sr -0,999* -0,933
ко одна из ферментобусловленных связей стала следствием увеличения количества оцениваемого вещества в корме. Возможно, что это было связано с поступлением кобальта. Коэффициент корреляции для содержания данного вещества в корме и рыб составил г=-0,993.
Таким образом влияние ферментного препарата на элементный статус карпа и кур сопряжено с изменениями специфики обмена химических элементов в организме, что необходимо учитывать при разработке мероприятий по оптимизации ферментсодержащих диет сельскохозяйственных животных.
Список использованной литературы:
1. Агаджанян Н.А., Северин А.Е. Адаптация и экология человека: роль микроэлементов // Материалы II Российской школы «Геохимическая экология и биогеохимическое районирование биосферы, 25-28 января 1999. - М., 1999. - С. 168-169.
2. Доронин А.Ф., Шендеров Б.А. Функциональное питание. - М.: Изд-во «Грантъ», 2002. - 296 с.
3. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. - М.: Изд. дом «ОНИКС 21 век»: Мир, 2004. - 272 с.
4. Ершов Ю.А., Плетенева Т.В. Механизмы токсического действия неорганических соединений. - М.: Медицина, 1989. - 272 с.
5. Kirchgessner M. Underwood memorial lecture. Homeostasis and homeorhesis in trace element metabolism // Trace Elements in Man and Animals-TEMA-8 / Eds M. Anke, D. Meissner, C.F. Mills. Dresden, 1993. - P. 4-21.
6. Goyer R.A. Toxic and essential metal interactions // An. Rev. Nutr. - 1997. - N. 17. - P. 37-50.
7. Нотова С.В. Эколого-физиологическое обоснование корригирующего влияния элементного статуса на фундаментальные резервы организма человека // Дисс. на соиск. уч. степени доктора медицин. наук. - Москва, 2005. - 314 с.
8. Breniner I. Metabolic interaction of trace elements // J. Inorg. Biochem. - 1991. - Vol. 43. - N 2/3. P. 282.
9. Петрухин И.В. Корма и кормовые добавки. М.: Росагропромиздат, 1989. - 526с.
10. Лакин Г.Ф. Биометрия. - М.: Высшая школа, 1990. - 352 с.
11. Околелова Т.М., Румянцев С.Д., Кулаков А.В. и др. Корма и биологически активные добавки для птицы. - М.: Колос, 1999. - 96 с.
12. Зернов В.С., Казаков В.С. Рост и обмен веществ у молодняка свиней под влиянием целловиридина Г3х // Сельхоз. биология. - 1985. - №12. -С. 67-69.
13. Мирошников С.А. Действие мультиэнзимных композиций на обмен веществ и использование энергии корма в организме птицы / Дисс... доктор биологических наук - Оренбург, 2002. - 315 с.
14. Мирошников С.А., Кван О.В., Дерябин Д.Г., Нотова С.В. Влияние перорального приема препарата Bifidobacterium Longum на величину эндогенных потерь ионов тяжелых металлов // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2005. - №2 (Биоэлементология). - С. 44-46.
15. Суханова О.Н. Влияние антибиотического и пробиотического препаратов на продуктивность и обмен минеральных веществ в организме кур-несушек на фоне энзимсодержащих диет / Дисс. на соиск. уч. степени кандидата биологических. наук. - Оренбург, 2007. - 121 с.
