Особенности обмена железа в организме животных и влияние на него фармакологической композиции на основе наножелеза

На сегодняшний день, несмотря на современные достижения в ветеринарной медицине, одной из уязвимых групп заболеваний у животных остаются железодефицитные состояния. Научные достижения в области изучения биологической функции и гомеостаза железа прояснили его роль в патогенезе многих заболеваний. Железо является важнейшим элементом для поддержания жизнеобеспечения организма животного и играет большую роль в таких процессах, как синтез гемоглобина, регуляции синтеза кластеров гем и железо-сера, железо является компонентом белков и ферментов, участвующих в синтезе ДНК и клеточном дыхании, репликации и восстановлении нуклеиновых кислот, метаболических реакциях и защите организма [5, 6]. Однако, несмотря на жизненную необходимость железа, его избыток токсичен. Его способность отдавать и принимать электроны означает, что он может катализировать превращение перекиси водорода в свободные радикалы. Свободные радикалы могут вызвать повреждение широкого спектра клеточных структур и, в конечном счете, убить клетку [4]. Способность принимать или высвобождать электроны объясняет склонность железа повреждать клеточные компоненты, что свидетельствует о двуликом характере железа, содержание которого в организме должно жестко регулироваться. Противоречивость данного элемента проявляется во многих патологиях, которые варьируют от избытка железа до его дефицита, его неправильного распределения, когда одни ткани нагружены железом, а другие - дефицитны по нему [1].

Целью нашего исследования является определение особенности обмена железа в организме животных и влияние на него фармакологической композиции на основе наножелеза.

Материал и методы исследований. Исследования проводились на базе лаборатории кафедры морфологии, патологии животных и биологии ФГБОУ ВО «Саратовский государственный университет генетики, биотехнологии и инженерии имени Н.И. Вавилова» и кафедры ветеринарной медицины ФГБОУ ВО «Астраханский государственный университет им. В.Н. Татищева».

С целью приготовления инъекционной формы лекарственного препарата ультрадисперсный порошок железа в плоскодонной колбе смешивался с органическим растворителем (пропиленгликоль) с добавлением ПАВ – Tween80, в последующем раствор доводили дистиллированной водой до метки 100 мл.

Количество микроэлементов в 1 мл раствора составляло 50 мг. Во избежание появления агломератов наночастиц, после смешивания всех компонентов инъекционной формы, колбу с раствором помещали в ультразвуковую ванну на 2030 мин.

Для исследования были сформированы три группы белых крыс и три группы телят по 6 животных в каждой группе. Первая группа животных служила контролем, второй и третьей группе подкожно вводили фармакологическую композицию на основе наножелеза в дозе 50 мг/кг массы тела и 75 мг/кг массы тела соответственно. Наблюдение за животными вели в течение 14 дней. Кровь для исследований брали на 7 и 14 сутки

Исследование метаболизма железа включало определение сывороточного железа (СЖ) колометрическим методом без депротеинизации, общей и ненасыщенной железосвязывающей способности (ОЖСС и НЖСС соответственно) сыворотки крови колометрическим методом без осаждения [2], трансферрина [3] и КНТ (коэффициент насыщения трансферрина железом - по отношению СЖ/ОЖСС).

Цифровой материал подвергался статистической обработке с вычислением критерия Стьюдента на персональном компьютере с использованием стандартной программы вариационной статистики Microsoft Excel.

Результат исследований. Первым этапом наших исследований было изучение показателей обмена железа в организме крыс на 7 сутки. Результаты исследований представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Показатели обмена железа в организме белых крыс на 7 сутки. * Р≤0,05 – достоверность различий относительно контроля

Установлено, что уровень общего сывороточного железа, после введения изучаемого соединения в дозах 50 и 75 мг/кг повысился на 13 и 19 % соответственно, относительно контрольного значения.

Концентрация сывороточного железа также повысилась на 16,5 % (50 мг/кг) и 27,7 % (75 мг/кг) относительно контроля.

Ненасыщенная железосвязывающая способность сыворотки крови после введения композиции на основе железа в дозах 50 и 75 мг/кг повысилась на 9,3 % и 17,5 % относительно контрольного уровня (53,24±2,10 мкмоль/л).

В результате исследований показателей обмена железа в организме белых крыс на 7 сутки было выявлено повышение концентрации трансферрина у второй и третьей опытных групп крыс по сравнению с контролем. Так, у контрольной группы животных концентрация трансферрина составляла 3,44±0,13 г/л, а у группы крыс, получавших изучаемое соединение в дозе 50 мг/кг - 4,58±0,28 и 5,01±0,66 - в дозе 75 мг/кг.

Коэффициент насыщения трансферрина железом в контрольной группе животных составил 0,50 %, после введения соединение в дозе 50 мг/кг КНТ повысился до 0,52 %, после введения соединение в дозе 75 мг/кг КНТ повысился до 0,54 %.

Рисунок 2 – Показатели обмена железа в организме белых крыс на 14 сутки. * Р≤0,05 – достоверность различий относительно контроля

При оценке показателя обмена железа в организме белых крыс на 14 сутки установлено, что после введения изучаемого соединения в дозе уровни ОЖС, СЖ и НЖСС повысились на 20,2 %, 18,2 % и 22,1 % соответственно, относительно контроля. При увеличении дозы до 75 мг/кг массы тела уровни ОЖС, СЖ и НЖСС повысились на 20,7 %, 14,5 % и 26,9 % соответственно, относительно контрольных значений.

КНТ после введения соединения в дозе 50 мг/кг КНТ составил 0,50 %, после введения соединение в дозе 75 мг/кг КНТ равнялся 0,48 %.

Далее мы провели исследования на телятах. Результаты исследований представлены на рисунках 3 и 4.

Рисунок 3 – Показатели обмена железа в организме телят на 7 сутки.

* Р≤0,05 – достоверность различий относительно контроля

Установлено, что у контрольных животных уровень ОЖС составил

81,02±5,73 мкмоль/л, после введения изучаемого соединения в дозах 50 и

75 мг/кг этот показатель повысился на 17,1 % и 22,6 % соответственно. Концентрация СЖ повысилась, относительно контрольных значений на 22,3 % и 28,1 % после введения изучаемого соединения в дозах 50 и 75 мг/кг массы тела соответственно. НЖСС повысилась на 13,7 % (доза 50 мг/кг) и 19,0 % (доза 75 мг/кг), относительно контроля.

При исследовании сыворотки крови у телят на 7 сутки после введения изучаемого соединения также было обнаружено повышение концентрации трансферрина. У контрольной группы телят концентрация трансферрина составляла 7,03±0,84 г/л, у второй опытной группы телят – 9,10±1,03 и 10,27±1,33 – у третьей группы. Коэффициент насыщения трансферрина железом в контрольной группе животных составил 0,50 %, после введения соединение в дозах 50 мг/кг и 75 мг/кг КНТ практически не изменился и составил 0,41 %.

Рисунок 4 – Показатели обмена железа в организме телят на 14 сутки. * Р ≤0,05 – достоверность различий относительно контроля

Установлено, что после введения соединения на основе нано формы железа в дозе 50 мг/кг массы тела уровни ОЖС, СЖ и НЖСС повысились на 24,9 %, 35 % и 18,4 % соответственно, относительно контроля. КНТ составил 0,43 %. При увеличении дозы до 75 мг/кг массы тела также произошло увеличение уровней ОЖС, СЖ и НЖСС на 26,5 %, 41,1 % и 17,1 % соответственно, относительно контроля. КНТ составил 0,44 % (Рисунок 4).

На 14 сутки исследования у опытных групп телят, которым внутримышечно была введена фармакологическая композиция на основе наножелеза, было выявлено снижение концентрации трансферрина относительно исследований на 7 день. Так, у контрольной группы животных концентрации трансферина составляла 7,03±0,84 г/л, у второй группы - 8,59±0,68 и у третьей – 9,00±1,03 соответственно.

Установлено, что наноразмерные частицы железа являются более безопасными и более биодоступными, чем обычные соединения железа. Уменьшение размера частиц железа спасает организм от агрессивного воздействия и увеличивает площадь поверхности соединений железа [8].

Железо играет ключевую роль в синтезе гемоглобина и эритроцитов. В то же время в большом количестве — это яд для клеток млекопитающих и незаменимое питательное вещество для многих патогенных микроорганизмов [7].

Заключение. Таким образом, соединение на основе наножелеза оказывает стимулирующее действие на обмен железа в организме животных. Установлено повышение всех изучаемых показателей. Наиболее оптимальной дозой явилась доза 50 мг/кг массы тела. Более выраженное стимулирующее действие установлено на 7 сутки после введения фармакологической композиции.

Резюме

Железо в организме животных играет важнейшую роль в таких процессах, как синтез гемоглобина, транспорт кислорода и клеточном дыхании, железо также является компонентом белков и ферментов, участвующих в синтезе ДНК и клеточном делении, синтезе коллагена, репликации и восстановлении нуклеиновых кислот, окислительно-восстановительных реакциях, метаболических реакциях и защите организма. Однако, несмотря на жизненную необходимость железа, его избыток токсичен и его содержание в организме должно жестко регулироваться. Для исследования были сформированы три группы белых крыс и три группы телят по 6 животных в каждой группе. Первая группа животных служила контролем, второй и третьей группе подкожно вводили фармакологическую композицию на основе наножелеза в дозе 50 мг/кг массы тела и 75 мг/кг соответственно. У исследуемых групп животных оценивали такие показатели, как сывороточное железо, общую железосвязывающую способность и ненасыщенную железосвязывающую способность сыворотки. Установлено, что соединение на основе наножелеза оказывает стимулируещее действие на обмен железа в организме животных. Установлено повышение всех изучаемых показателей. Наиболее оптимальной дозой явилась доза 50 мг/кг массы тела. Более выраженное стимулирующее действие установлено на 7 сутки после введения фармакологической композиции.