CC BY
25
УДК 619:615.9:577.118
Ключевые слова: белые крысы, марганец, нанокомпозит металлов, токсикокинетика
Key words: white rats, manganese, metal nanocomposite, tixicokinetics
Куцан А. Т., Оробченко А. Л., Романько М. Е.
ТОКСИКОКИНЕТИКА МАРГАНЦА В ОРГАНИЗМЕ КРЬ1С ПОСЛЕ ВВЕДЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА МЕТАЛЛОВ (А^ CU, FE, ДВУОКИСЬ MN) С КОРМОМ В УСЛОВИЯХ ХРОНИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
TOXICOKINETICS OF MANGANESE IN RATS AFTER ADMINISTRATION OF A METAL NANOCOMPOSITE (AG, CU, FE, MN DIOXIDE) WITH FEED IN THE CHRONIC EXPERIMENT
Национальный научный центр «Институт экспериментальной и клинической ветеринарной медицины» Национальной академии аграрных наук Украины Адрес: 61000, Украина, г. Харьков, ул. Пушкинская, 83
National Scientific Center "Institute of Experimental and Clinical Veterinary Medicine" National Academy of Agrarian Sciences of Ukraine Address: 61023, Ukraine, Kharkiv, Pushkinskaya Str., 83
Куцан Александр Тихонович, д. в. н., проф., зав. отделом токсикологии, безопасности и качества сельскохозяйственной продукции.
Kutsan Aleksandr T., Doctor of Veterinary Medicine, Professor, Head of the Dept.
of Toxicology, Safety and Quality of Agricultural Products Оробченко Александр Леонидович, к. в. н., ст. научн. сотрудник лаборатории токсикологического мониторинга Orobchenko Aleksandr L., Ph.D. in Veterinary Science, Senior Researcher of the Laboratory for Toxicological Monitoring Романько Марина Евгеньевна, к. б. н., ст. научн. сотрудник Roman'ko Marina Ye., Ph.D. in Biology Science, Senior Researcher
Аннотация. В статье описаны результаты исследований токсикокинетики марганца в организме крыс при условии хронического эксперимента. При этом наночастицы двуокиси марганца, которые были введены крысам в дозе 0,3 мг / кг массы тела, имели тенденцию к лучшему всасыванию, чем соль металла, что свидетельствует об их лучшей биодоступности. Для наночастиц металла, введенных крысам в дозе 4,0 мг / кг массы тела, имела место материальная кумуляция, тогда как в биотической дозе преобладала функциональная. Введение крысам макро-дисперсной формы металла в дозе 0,3 мг / кг массы тела приводит к повышению экскреции марганца почками, тогда как введения наноформ в обеих дозах приводит к снижению экскреции элемента или незначительному ее повышению, что может свидетельствовать о более длительном удержании металла в организме крыс. Также в метаболизме, экскреции и биотрансформации наномарганца активное участие принимают легкие и кожа с шерстью. О большей активности наночастиц в сравнении с солью металла свидетельствует накопление металлов в семенниках крыс
Summary. This article describes the results of studies of manganese toxicokinetics in rats subject to chronic experiment. Thus manganese dioxide nanoparticles which were administered to rats at a dose of 0.3 mg / kg body weight tended to better absorption than a metal salt, indicating their better bioavailability. For metal nanoparticle administered to rats at a dose of 4.0 mg / kg of body weight material accumulation occurred, whereas at a biotic dose functional accumulation predominated.
Administration of macro disperse metal form to rats at a dose 0.3 mg / kg body weight results in increased excretion of manganese by kidneys, whereas administration of nano forms in both doses reduces excretion of an element or its slight increase, which may indicate a longer retention of the metal in rat organism . Also in metabolism, excretion and biotransformation of nano manganese the lungs and skin with fur are actively involved. Accumulation of metals in the testes of rats shows a greater activity of nanoparticles as compared with metal salt.
Введение
Марганец является одним из важнейших микроэлементов для живого организма [5]. При дефиците марганца у животных от-
мечаются снижение интенсивности роста, анормальное развитие скелета, нарушение воспроизводительной функции, врожденная атаксия и отклонения в количестве органелл
в клетке [1, 4]. Основной причиной, которая приводит к возникновению дефицитных состояний, является низкая доступность микроэлемента из кормов и минеральных добавок [6], поэтому сегодня ведутся поиски доступной и безопасной формы марганца. Особое внимание уделяется металлу в на-нодисперсной форме, а именно: изучению биодоступности и безопасности наночастиц марганца, что уже было частично показано в нашей предыдущей работе [2]. Целью данной работы было изучить токсикокинетику марганца у белых крыс после введения на-нокомпозита металлов (Ag, Cu, Fe, двуокись Mn) в условиях хронического эксперимента.
Материалы и методы
Опыт был проведен в условиях вивария ННЦ «ИЭКВМ» на половозрелых крысах-самцах (n=80) линии Вистар массой 120140 г. По принципу аналогов было сформировано 4 группы животных по 20 крыс в каждой (n=20).
Экспериментальные исследования на животных были проведены с учетом основных принципов биоэтики, норм содержания, ухода и кормления.
Композиционная смесь из наночастиц металлов была составлена на основании полученных нами результатов исследования биобезопасности, а именно: генотоксич-ности, мутагенности и общей токсичности при условиях in vitro. Опытный образец нанокомпозита металлов (НкМе) содержал наночастицы серебра (31,5±0,9 нм), железа (100,0±10,0 нм), меди (38,0±4,0 нм) и двуо-
киси марганца (27,0±3,0 нм) в аликвотном соотношении с конечной концентрацией 100 мкг/см3 по каждому металлу. Концентрация соответствующих металлов в ионной форме в растворе смеси солей - AgNO3, М04 • 5Н20, MnSO4 • 5Н20 и FeSO4 • 7Н20 -соответствовала 100 мкг/см3 по металлу.
Исследования на животных проводили согласно схемы (табл. 1).
Животным I и II опытных групп на протяжении 90 суток вводили как добавки к корму растворы НкМе и смеси солей соответствующих металлов в биотической дозе (0,3 мг/кг массы тела), а животным III опытной группы -дозу НкМе, превышающую биотическую -4,0 мг/кг массы тела. Животные контрольной группы получали физиологический раствор натрия хлорида из расчета 2,0 см3/крысу.
В течение опыта проводили наблюдение за клиническим состоянием и поведением экспериментальных животных. Для определения токсикокинетики (распределения, накопления и элиминации марганца) через 15, 30, 60 и 90 суток после начала опыта проводили декапитацию 5 животных из группы в условиях легкого хлороформного наркоза и отбирали образцы таких органов и тканей: желудка, тонкого и толстого кишечника с содержимым, крови, печени, селезенки, почек, головного мозга, сердца, легких, семенников, мышц, шерсти с кожей (перед исследованием вымытые и высушенные). Содержание марганца в биологическом материале определяли методом рентгенфлуоресцентного анализа согласно методическим рекомендациям [3]. Результаты исследований статистически об-
Таблица 1.
Схема хронического токсикологического эксперимента на белых крысах линии Вистар (п=80)
Группы Доза на кг массы тела, см3/кг Сроки исследования, сутки
15 30 60 90
Количество животных для исследования
Контроль(n=20) Физиологический раствор №С1, 2,0 см3 на животное 5 5 5 5
<d н I (n=20) Смесь солей Ме, 0,3 см3/кг массы тела 5 5 5 5
т л а II (n=20) НкМе, 0,3 см3/кг массы тела 5 5 5 5
О III (n=20) НкМе, 4,0 см3/кг массы тела 5 5 5 5
рабатывали с использованием пакета программ Microsoft Excel 2003 (для Windows XP), достоверность полученных результатов оценивали по критерию Стьюдента.
Результаты исследований
Клинические наблюдения за крысами на протяжении 90 суток показали, что общее состояние организма животных как контрольной, так и опытных (I-III) групп было удовлетворительным: крысы были подвижные, адекватно реагировали на внешние раздражители. Гибели животных за весь период наблюдения не зафиксировано. Результаты исследования токсикокинетики марганца в организме крыс представлены в таблицах 2-5.
В желудках крыс только II и III опытных групп, получавших НкМе, на 15 сутки эксперимента содержание марганца превышало контрольные значения (P < 0,001) на 72,1 и
68.2 % соответственно. На 30 сутки опыта в желудках крыс этих опытных групп (НкМе) регистрировали снижение содержания марганца на 23,7 и 14,3 % (P < 0,05). На 60 и 90 сутки эксперимента наблюдали одинаковую картину динамики марганца в желудках крыс II и III опытных групп: увеличение уровня на
81.3 и 81,5 % и на 85,8 и 89,1 % соответственно (P < 0,001). Полученные данные свидетельствуют о том, что наночастицы марганца способны дольше, чем соответствующая ионная их форма задерживаться в желудке крыс. На протяжении всего эксперимента не было установлено достоверных изменений уровня элемента в желудках крыс, получавших смесь солей металлов (I группа), в сравнении с контрольным.
В тонком кишечнике крыс II опытной группы на первом сроке исследований было отмечено превышение содержания элемента на 43,4 %, тогда как в I опытной группе -снижение на 29,1 % (P < 0,05) относительно контрольных значений. На 30 сутки эксперимента достоверных отклонений значений марганца в тонком кишечнике крыс опытных групп установлено не было. На 60 сутки опыта у крыс II опытной группы было установлено значительное увеличение содержания марганца - на 55,3 %, а III опытной группы -на 16,4 % (P < 0,001) по отношению к кон-
трольным значениям. На последнем сроке исследований содержание марганца в тонком кишечнике крыс I и III опытных групп было достоверно сниженным относительно контроля - на 73,3 и 61,7 % соответственно.
При исследовании содержания марганца в толстом кишечнике крыс II опытной группы установлено его достоверное снижение на 15 и 60 сутки на 17,4 и 17,6 % и увеличение на 30 и 90 сутки опыта - на 30,5 и 28,2 % относительно контроля. В I опытной группе крыс, получавших соли металлов, установлено достоверное увеличение марганца на 31,6 % лишь на 30 сутки эксперимента, чего не регистрировали на последних сроках исследований. В толстом кишечнике крыс III опытной группы, получавших НкМе в дозе 4,0 мг/кг массы тела, на 15, 30 и 60 сутки эксперимента было выявлено достоверное повышение содержания марганца на 20,8, 13,2 и 16,2 %, а на 90 сутки - его снижение на 8,5 % (P < 0,05) соответственно.
В плазме крови крыс на 15 сутки эксперимента содержание элемента у крыс I, II и III опытных групп достоверно превышало контрольное в среднем на 26,7, 35,3 и 21,4 % соответственно. На 30 сутки опыта уровень марганца в плазме крови крыс, получавших смесь солей металлов, достоверно не отличался от контрольного, тогда как у крыс, получавших НкМе в дозе 0,3 мг/кг массы тела, снижался на 31,6 % (P < 0,05), а в дозе 4,0 мг/ кг массы тела - наблюдали только тенденцию к снижению. На 60 сутки эксперимента динамика содержания марганца в плазме крови крыс была как на 15 сутки: превышение контрольного уровня в I группе составляло 38,7; II - 60,4 и III - 99,7 % соответственно. На последнем сроке исследования у крыс II и III опытных групп содержание металла было достоверно выше его контрольного уровня на 29,6 и 24,0 % соответственно.
В печени крыс I и II опытных групп на 15 сутки эксперимента содержание марганца увеличивалось на 22,3 и 10,6 % соответственно, тогда как у крыс III опытной группы -снижалось на 17,1 % (P < 0,05). На 30 и 60 сутки опыта показатели содержания марганца в печени крыс I, II и III опытных групп были достоверно ниже, чем в контроле:
на 34,1, 29,6 и 32,6 % и на 60 сутки - 28,0 (I группа) и 59,5 % (II группа) соответственно. На 90 сутки превышение содержания марганца на 29,1 % относительно контроля регистрировали лишь в печени крыс III опытной группы (Р < 0,05).
В селезенке крыс наблюдали следующую динамику содержания марганца: на 15 и 30 сутки эксперимента достоверное снижение у животных III опытной группы составляло 48,3 и 84,4 %, но уже на 60 сутки - превышало контрольные значения на 27,0 % (Р < 0,05). Содержание марганца увеличивалось в селезенке крыс I опытной группы на протяжении всего опыта таким образом, что на 90 день стало достоверным и составило 32,8 %.
Иначе выглядела динамика содержания марганца в селезенке крыс II опытной группы: на 15 сутки опыта было установлено его увеличение на 19,6 % (Р < 0,05), на 30 сутки -снижение на 38,8 % (Р < 0,05), а на 60 и 90 сутки - только динамика к повышению содержания.
Значительные колебания содержания марганца наблюдали в сердце крыс. На 15 сутки исследования содержание марганца в сердце крыс III опытной группы превышало контрольные значения на 21,4 %, а в остальных группах имело лишь тенденцию к увеличению. На 30 сутки эксперимента в сердце крыс I опытной группы отмечали динамику к повышению, у животных III - к снижению, а II - достоверное снижение на 60,0 %. На 60 сутки опыта в сердце крыс I опытной группы регистрировали достоверное снижение содержания марганца на 27,3 %, а у крыс III опытной группы - повышение на 30,0 % (Р < 0,001) относительно контроля. На 90 сутки эксперимента в сердце крыс I опытной группы регистрировали достоверное снижение содержания элемента на 25,0 %, а во II -повышение на 33,3 % (Р < 0,001).
Динамика содержания марганца в головном мозге крыс была аналогичной таковой в сердце, селезенке и толстом отделе кишечника. Так, на 15 и 30 сутки опыта содержание элемента в головном мозге крыс II и III опытных групп, получавших НкМе, достоверно снижалось относительно контроля на 109,1 и 54,5 % и на 53,3 и 51,1 % соответственно. На 60 и 90
сутки эксперимента достоверных отклонений содержания марганца не выявлено.
Установлено достоверное увеличение содержания марганца в мышцах крыс II и III опытных групп на 15 сутки опыта на 36,6 и 48,6 %, а на 30 сутки - снижение на 66,6 и 40,6 % соответственно (Р < 0,05, Р < 0,01), тогда как в I группе отклонений на обоих сроках исследований не выявляли. На 60 сутки наблюдали похожую картину, как и на 15 сутки: в мышцах крыс II и III опытных групп было достоверное увеличение содержания марганца на 48,6 и 56,1 % (Р < 0,001), а в I опытной группе не отмечали значительных изменений. На последнем сроке исследований достоверных изменений во всех опытных группах не установлено.
В легких крыс I группы, получавших смесь солей металлов, на 15 сутки исследования установлена только тенденция к увеличению содержания марганца, на 30 сутки -к снижению, а на 60 сутки - к превышению контрольного уровня на 65,2 % (Р < 0,001).
В легких крыс II опытной группы, получавших НкМе в дозе 0,3 мг/кг массы тела, на 15, 60 и 90 сутки значения содержания марганца приближались к контрольным показателям, а на 30 сутки превышали его на 56 % соответственно (Р < 0,05).
В легких крыс III опытной группы, получавших НкМе в дозе 4,0 мг/кг массы тела, уровень марганца достоверно снижался на 15 сутки опыта на 100 %, тогда как на 30 и 60 - увеличивался на 56,0 и 40,7 % и имел тенденцию к повышению на 90 сутки исследований.
В почках крыс II и III опытных групп, получавших НкМе, на 15 сутки опыта установлено достоверное снижение содержания марганца на 132,2 и 80,3 % соответственно. На 30 сутки опыта в почках крыс этих групп наблюдали динамику к увеличению содержания марганца, тогда как у крыс I группы, получавших смесь солей металлов, его содержание превышало контроль на 46,2 %. На 60 сутки эксперимента только в почках крыс III опытной группы содержание марганца не отличалось от контрольного показателя, а в I и II - достоверно снижалось на 82,9 и 20,8 % соответственно. На 90 сутки опыта содержание
Таблица 2.
Содержание марганца в органах и тканях крыс, которые получали разные дозы НкМе и смесь солей металлов, на 15 сутки опыта, мг/кг (М±m, п=5)
Группы Орган, ткань ^^^^ Контроль I опытная (смесь солей Ме, 0,3 мг/кг массы тела) II опытная (НкМе, 0,3 мг/кг массы тела) III опытная (НкМе, 4,0 мг/кг массы тела)
Желудок 1,29±0,06 1,56±0,12 4,63±0,11*** 4,06±0,01***
Тонкий кишечник 2,93±0,02 2,27±0,09* 5,18±0,14*** 2,83±0,07
Толстый кишечник 23,87±0,51 23,27±0,34 20,34±0,23** 30,13±0,12***
Плазма, мг/дм3 0,11±0,00 0,15±0,01* 0,17±0,01** 0,14±0,00**
Печень 1,78±0,09 2,29±0,04** 1,99±0,04* 1,52±0,01*
Селезенка 0,86±0,04 0,96±0,07 1,07±0,03* 0,58±0,04**
Сердце 0,22±0,01 0,23±0,02 0,24±0,01 0,28±0,01*
Головной мозг 0,46±0,02 0,50±0,03 0,22±0,00*** 0,30±0,02**
Мышцы 0,19±0,03 0,16±0,02 0,30±0,01* 0,37±0,01**
Легкие 0,06±0,00 0,08±0,01 0,08±0,01 0,03±0,00***
Почки 1,37±0,06 1,31±0,06 0,59±0,02*** 0,76±0,10**
Шерсть, кожа 0,21±0,01 0,25±0,00* 0,37±0,01*** 0,31±0,01**
Семенники 0,17±0,00 0,27±0,01** 0,20±0,01** 0,26±0,03**
Примечание: *- P < 0,05; ** - P < 0,01; *** - P < 0,001 относительно контроля.
элемента в почках крыс II опытной группы превышало контроль на 25,9 % (Р < 0,01), а в I и III - значительно не отличалось от контроля.
Содержание марганца в коже с шерстью крыс всех опытных групп достоверно превышало контроль на протяжении всего опыта. Так, в I опытной группе (смесь солей металлов) увеличение составляло на 15 сутки 16,0 %, на 30 - 42,8 %, на 60 - 67,6 % и на 90 - 33,3 % соответственно. Во II опытной группе (НкМе в биотической дозе) превышение на 15 сутки составляло 43,2 %, на 30 - 63,6 %, на 60 - 64,7 % и на 90 -62,5 % соответственно. В III опытной группе (НкМе в условно-токсичной дозе) превышение составляло на 15 сутки - 32,3 %, на 30 - 82,9 %, на 60 - 64,7 % и на 90 - 62,5 % соответственно.
Содержание марганца в семенниках крыс I опытной группы было выше контрольных значений на протяжении всего эксперимента, а достоверным его регистрировали на 15, 30 и 60 сутки в среднем на 37,0, 23,3 и 47,8 % соответственно. В семенниках крыс II опытной группы содержание элемента на 15 сутки было достоверно снижено на 15,0 %, тогда как на 30 и 60 сутки - увеличено на 23,3 и 67,7 % относительно контрольного показа-
теля. В семенниках крыс III опытной группы увеличение уровня марганца наблюдали на 15 и 60 сутки опыта в среднем на 34,6 и 64,7 % (P < 0,01), тогда как на 30 и 90 сутки достоверных различий не определяли.
Обсуждение результатов
Анализ результатов влияния НкМе и смеси солей соответствующих металлов на желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) крыс позволяет утверждать, что при сравнении марганца в макро- и нанодисперсной формах (0,3 мг/ кг массы тела) наночастицы элемента лучше всасываются, чем его ионная форма (соль металла), что подтверждается увеличением его содержания в желудке и тонком кишечнике на фоне снижения накопления в толстом кишечнике на 15 и 60 сутки введения. Следует заметить, что по результатам токси-кокинетики марганца не прослеживается до-зозависимый эффект между группами крыс, получавшими НкМе, что может указывать на активное всасывание наночастиц во всех отделах ЖКТ, а особенно в желудке. При этом нельзя пренебрегать особенностями влияния наночастиц элемента в разных дозах на перистальтику ЖКТ, что характеризуется обратнопропорциональным характером его
накопления в желудке и толстом кишечнике крыс, получавшим НкМе в биотической (II группа) и условно-токсичной (III группа) дозе. Значительное содержание марганца в толстом кишечнике крыс, получавшим НкМе в дозе 4,0 мг/кг массы тела, с 15 до 60 суток свидетельствует об интенсивном выведении
элемента из организма животных. Аналогичный эффект прослеживался и для крыс, получавших НкМе в дозе 0,3 мг/кг массы тела, но только на 90 сутки опыта, что также указывает на интенсивную элиминацию металла в такой форме из организма и снижение эффективности препарата. Учитывая данный
Таблица 3.
Содержание марганца в органах и тканях крыс, которые получали разные дозы НкМе и смесь солей металлов, на 30 сутки опыта, мг/кг (М±т, п=5)
Группы Орган, ткань ^^^^ Контроль I опытная (смесь солей Ме, 0,3 мг/кг массы тела) II опытная (НкМе, 0,3 мг/кг массы тела) III опытная (НкМе, 4,0 мг/кг массы тела)
Желудок 7,66±0,22 7,57±0,15 6,19±0,08** 6,70±0,22*
Тонкий кишечник 3,97±0,10 3,99±0,03 3,99±0,04 3,73±0,09
Толстый кишечник 23,64±0,32 34,56±1,00*** 34,01±0,24*** 27,24±0,43**
Плазма, мг/дм3 0,25±0,02 0,25±0,02 0,19±0,01* 0,22±0,02
Печень 2,36±0,01 1,76±0,13* 1,82±0,16* 1,78±0,18*
Селезенка 1,18±0,08 1,30±0,27 0,85±0,05* 0,64±0,03**
Сердце 0,32±0,00 0,34±0,02 0,2±0,02** 0,28±0,02
Головной мозг 0,68±0,04 0,61±0,04 0,44±0,02** 0,45±0,01**
Мышцы 0,45±0,01 0,52±0,02 0,27±0,02** 0,32±0,03*
Легкие 0,11±0,03 0,09±0,00 0,25±0,02* 0,25±0,02*
Почки 0,49±0,05 0,91±0,05** 0,55±0,06 0,59±0,01
Шерсть, кожа 0,12±0,00 0,21±0,01*** 0,33±0,01*** 0,70±0,03***
Семенники 0,23±0,01 0,30±0,02* 0,30±0,01** 0,23±0,03
Примечание: *- Р < 0,05; ** - Р < 0,01; *** - Р < 0,001 относительно контроля.
Таблица 4.
Содержание марганца в органах и тканях крыс, которые получали разные дозы НкМе и смесь солей металлов, на 60 сутки опыта, мг/кг (М±т, п=5)
Группы Орган, ткань Контроль I опытная (смесь солей Ме, 0,3 мг/кг массы тела) II опытная (НкМе, 0,3 мг/кг массы тела) III опытная (НкМе, 4,0 мг/кг массы тела)
Желудок 1,53±0,09 1,43±0,03 8,18±0,42*** 8,25±0,24***
Тонкий кишечник 3,72±0,15 3,42±0,09 8,32±0,30*** 4,45±0,10*
Толстый кишечник 24,71±0,31 24,45±0,76 21,02±0,82* 29,47±0,69**
Плазма, мг/дм3 0,19±0,02 0,31±0,01** 0,48±0,05** 0,60±0,02***
Печень 3,11±0,09 2,43±0,05** 1,95±0,03*** 2,91±0,10
Селезенка 0,65±0,04 0,79±0,04 0,81±0,05 0,89±0,05*
Сердце 0,14±0,00 0,11±0,02** 0,13±0,01 0,20±0,01***
Головной мозг 0,32±0,03 0,30±0,01 0,32±0,03 0,35±0,03
Мышцы 0,18±0,02 0,19±0,01 0,35±0,02* 0,41±0,03***
Легкие 0,16±0,02 0,46±0,03*** 0,14±0,03 0,27±0,02*
Почки 0,64±0,02 0,35±0,01*** 0,53±0,02* 0,62±0,07
Шерсть, кожа 0,11±0,00 0,34±0,01*** 0,26±0,01*** 0,16±0,00***
Семенники 0,12±0,01 0,23±0,00*** 0,34±0,01*** 0,34±0,02***
Примечание: * - Р < 0,05; ** - Р < 0,01; *** - Р < 0,001 относительно контроля.
факт можно предположить, что оптимальный срок применения НкМе в биотической дозе - 60 суток.
Из ЖКТ происходит поступление элемента в кровь, что имеет дозозависимый характер и может подтвердить мысль о всасывании наночастиц во всех его отделах. К тому же у крыс, получавших биотическую дозу НкМе, содержание марганца увеличивалось по сравнению с животными, получавшими элемент в макродисперсной форме, что свидетельствует о более высокой биодоступности наночастиц металла.
Полученные данные содержания микроэлемента в печени опытных крыс свидетельствуют о том, что для наночастиц марганца в биотической дозе преобладает «функциональная» кумуляция, на что указывает снижение уровня марганца у животных на протяжении опыта в сравнении с контролем и влиянием макроди-сперсной формы металла. Для наночастиц металла, введенного в условно-токсичной дозе, преобладает «материальная» кумуляция, о чем свидетельствует увеличение содержания марганца с 60 по 90 сутки в сравнении с контролем и влиянием макродисперсной формы.
По содержанию марганца в селезенке опытных крыс можно сказать, что введение
биотической дозы НкМе приводит к стабилизации содержания элемента в данном органе в сравнении с влиянием его макроди-сперсной формы.
Характер токсикокинетики элемента в сердце опытных крыс, получавших макро-и нанодисперсную форму марганца, свидетельствует о разных механизмах включения металла в разных размерных формах в сердечную ткань.
О пониженной доступности марганца, введенного в составе НкМе, в ткани головного мозга свидетельствует содержание элемента в данном органе.
В мышцах опытных крыс, которым вводили марганец в нанодисперсной форме, имеет место стабильное дозозависимое накопление металла до 60 суток, тогда как при введении макродисперсной формы - увеличение его содержания наблюдается только на 30 сутки.
О возможной элиминации марганца легкими свидетельствует значительное накопление его содержания у крыс III группы особенно на 60 и 90 сутки опыта. Можно предположить, что в легких накапливаются собственно наночастицы двуокиси марганца, которые, обладая высокой активностью,
Таблица 5.
Содержание марганца в органах и тканях крыс, которые получали разные дозы НкМе и смесь солей металлов, на 90 сутки опыта, мг/кг (М±m, п=5)
Группы Орган, ткань Контроль I опытная (смесь солей Ме, 0,3 мг/кг массы тела) II опытная (НкМе, 0,3 мг/кг массы тела) III опытная (НкМе, 4,0 мг/кг массы тела)
Желудок 0,72±0,06 0,75±0,01 5,06±0,23*** 6,61±0,05***
Тонкий кишечник 3,12±0,08 1,80±0,21** 3,14±0,06 1,93±0,02***
Толстый кишечник 24,25±0,11 25,15±0,39 33,77±0,53*** 22,34±0,07***
Плазма, мг/дм3 0,19±0,01 0,22±0,01 0,27±0,02* 0,25±0,01*
Печень 2,39±0,12 2,75±0,18 2,54±0,11 3,37±0,28*
Селезенка 0,78±0,03 1,16±0,10* 0,83±0,06 0,81±0,12
Сердце 0,20±0,01 0,16±0,01* 0,30±0,00*** 0,20±0,01
Головной мозг 0,39±0,03 0,42±0,02 0,35±0,02 0,42±0,02
Мышцы 0,23±0,01 0,24±0,03 0,21±0,01 0,20±0,02
Легкие 0,16±0,01 0,15±0,02 0,15±0,02 0,19±0,01
Почки 0,63±0,04 0,66±0,03 0,85±0,02** 0,59±0,13
Шерсть, кожа 0,12±0,01 0,18±0,00*** 0,27±0,01*** 0,32±0,02***
Семенники 0,23±0,01 0,25±0,01 0,21±0,01 0,23±0,01
Примечание: *- P < 0,05; ** - P < 0,01; *** - P < 0,001 относительно контроля.
могут быть медиаторами развития воспалительного процесса в легких, что мы зафиксировали у крыс вследствие влияния НкМе в условно-токсичной дозе на 90 сутки эксперимента.
Введение крысам марганца в составе ма-кродисперсной формы приводит к увеличению экскреции элемента почками особенно на 15 и 30 сутки, о чем свидетельствует значительное содержание металла на данных сроках исследований. Тогда как введение микроэлемента в наноформе в обеих дозах приводит к снижению экскреции или незначительному ее усилению, что может указывать на более длительное удержание элемента в организме крыс или других путях его элиминации (легкие, кожа, ЖКТ).
В коже с шерстью опытных крыс наблюдаются процессы накопления марганца, причем более выраженные у животных, получавших НкМе, что свидетельствует о большей активности наночастиц металлов и значительной роли в их депонировании и метаболизме кожи и шерсти.
Значительное накопление металла наблюдается в семенниках крыс, получавших НкМе в биотической дозе, в сравнении с влиянием макродисперсной формы элемента, что также указывет на большую активность наночастиц и возможное их влияние на половую систему крыс.
Выводы
1. Исследованиями токсикокинетики марганца в организме крыс в условиях хронического эксперимента установлено более активное всасывание наночастиц двуокиси марганца (0,3 мг/кг массы тела) во всех отделах ЖКТ и влияние на его перистальтику, по сравнению с влиянием металла в составе ма-кродисперсной формы, что указывает на высокий уровень биодоступности наночастиц.
2. Для наночастиц металла в условно-токсичной дозе преобладает «материальная», тогда как в биотической дозе - «функциональная» кумуляция в сравнении с контролем и влиянием макродисперсной формы, что подтверждается отсутствием четкой динамики к накоплению марганца в селезенке, сердце, головном мозге и мышцах, хотя вы-
явлена определенная «тропность» элемента к сердечной и мышечной тканям, связанная с физиологической необходимостью при их функционировании.
3. Введение крысам металла в макроди-сперсной форме приводит к усилению экскреции марганца почками на 15 и 30 сутки, тогда как при введении его наноформ в обеих дозах - к снижению таковой, что свидетельствует о метаболизме, более длительной экскреции и биотрансформации нанометалла в организме крыс и коррелирует с результатами токсикокинетики элемента в легких, коже с шерстью и семенниках крыс.
4. Полученные результаты являются предпосылкой для изучения влияния данных наночастиц на организм продуктивных животных, а знания относительно их токсико-кинетики могут быть базовыми для до- и клинического тестирования наноматериалов как субстанций ветеринарных препаратов и кормовых добавок.
Список литературы
1. Гиоргиевский, В. И. Минеральное питание животных / В. И. Гиоргиевский, Б. Н. Анненков, В. Т. Са-мохин. - М. : Колос, 1979. - 471 с.
2. Куцан, А. Т. Токсикокинетика марганца в организме крыс после внутрижелудочного введения нанокомпозита металлов ^g, Cu, Fe, двуокись Mn) в условиях острого эксперимента / А. Т. Куцан, А. Л. Оробченко, М. Е. Романько // Материалы IV съезда ветеринарных фармакологов и токсикологов России «Актуальные вопросы ветеринарной фармакологии, токсикологии и фармации». - Воронеж : Истоки, 2013. - С. 372-375.
3. Малинш, О. О. Визначення неоргашчних елеменпв у бюлопчних субстратах методом рентген-флуоресцентного аналiзу (метод. вказiвки) / О. О. Малинш, О. Т. Куцан, Г. М. Шевцова, С. П. До-лецький, М. В. Лггарова, Ф. К. Пузанов / затв. Держ. ком. вет. медицини Украши 23-24.12.2009 р., протокол № 1.
4. Anke, M. Manganese deficiency in ruminants. 3. Reproductive, skeletal and nervous disorders in female ruminants and their offsprings caused by manganese deficiency / M. Anke [et all] // Arch Tierernahr. - 1973, Apr; 23 (3). - P. 197-211.
5. Mineral tolerance of animals / Committee on Minerals and Toxic Substances, Board on Agriculture and Natural Resources, Division on Earth and Life Studies. -2nd Revised Edition, 2005. - 500 p.
6 Spears, J. W. Trace mineral bioavailability in ruminants / J. W. Spears // J. Nutr. - 2003, May; 133 (5 Suppl. 1). - Р. 1506-1509.
