Особенности про- и антиоксидантной системы крупного рогатого скота в постнатальном онтогенезе в биогеохимических условиях астраханской области

Система антиоксидантной защиты, высококонсервативный биохимический механизм, защищающий организм от вредного воздействия активных форм кислорода (АФК) и продуктов их метаболизма. В низких концентрациях АФК участвуют в регуляции некоторых физиологических процессов, тогда как в более высоких концентрациях они токсичны для организмов. Будучи высокореактивными и неспецифическими по своей природе, АФК обычно окисляют биомолекулы, такие как липиды, углеводы, белки и ДНК, и тем самым нарушают нормальные клеточные функции. Сдвиг баланса между окислителями и антиоксидантами в пользу окислителей называется «окислительным стрессом». Окислительный стресс рассматривается как причина или следствие нескольких патофизиологических состояний, заболеваний и процессов старения [1].

Система антиоксидантной защиты включает как ферментативные, так и неферментативные компоненты. Ферментативная система содержит ряд ферментов, которые известны как антиоксидантные ферменты. Они широко распространены и очень консервативны по своей каталитической природе [3].

Неферментативная защитная система состоит из небольших органических молекул, которые поглощают различные АФК. Это полифенолы, аскорбиновая кислота, токоферол, каротиноиды, восстановленный глутатион, некоторые микроэлементы и т.д. [1].

Наиболее распространенными причинами окислительного стресса в ветеринарии являются метаболические и воспалительные патологии, а также факторы воздействия окружающей среды. У крупного рогатого скота такие состояния как, отрицательный энергетический баланс, несбалансированное кормление, а также нахождение в сухостойном периоде и высокий удой у коров способствуют увеличению продуктов прооксидации. Исходя из вышеизложенного, целью работы явилось изучение состояния про- и антиоксидантной системы крупного рогатого скота в зависимости от возраста и физиологического состояния.

Материал и методы исследований. Исследования проводились в лаборатории учебно-диагностического и лечебного центра ветеринарной медицины ФГБОУ ВО «Астраханского государственного университета», лаборатории кафедры морфологии, патологии животных и биологии ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова», и личном подсобном хозяйстве «ТЛЕК» Астраханской области.

Средние пробы растений и кормов были отобраны для микроэлементного анализа в соответствии с общепринятыми методиками.

Для проведения исследований было сформировано 6 групп животных. В каждую группу отобрано по 6 голов крупного рогатого скота голштинской породы в зависимости от возраста (1 группа – 1 мес., 2 - 6 мес., 3 - 1 год, 4 - 1,5 года, 5 -3 года и 6 группа – 5 лет). Сравнение полученных результатов позволяет судить о становлении процессов перекисного окисления липидов и активности антиоксидантной системы в процессе индивидуального развития организма, т.е. в онтогенезе.

При подборе животных в группы использовали документы первичного зоотехнического учета. Подопытные животные были клинически здоровы.

Температура, влажность и световой режим в помещении, где содержались подопытные животные, соответствовали санитарно-гигиеническим нормам.

Особенности протекания процессов перекисного окисления липидов в организме животных определяли по уровню содержания малонового диальдегида и диеновых коньюгатов в сыворотке крови.

Определение содержания малонового диальдегида (МДА) проводили тиобарбитуровым методом [9].

Определение диеновых конъюгатов (ДК) в сыворотке крови определяли спектрометрическим методом [10].

Для оценки состояния ферментативного звена антиоксидантной обеспеченности организма определяли активность ферментов каталазы в гомогенатах тканей.

Оценку не ферментативного звена антиоксидантной системы проводили по содержанию селена флуорометрическим методом [4].

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 содержания селена в почве, которое зависит, от исходного геологического профиля. Известно, что песчаные почвы имеют более низкое содержание селена по сравнению с органическими и известковыми почвами [2]. В ходе исследований установлено, что содержание селена в почве и воде изучаемой территории Астраханской области составляет 0,05±0,001 мг/кг, в воде 0,04±0,002 мг/л соответственно.

Содержание в почве элементов, таких как селен, важно для растений, потому что в них поступают элементы из почвы, в виде почвенного раствора. Таким образом, содержание селена в растениях связано с содержанием его в почве, на которой произрастают растения. Мы провели изучение содержания микроэлемента в основных кормах. Результаты исследований представлены на рисунках 1 и 2.

Наименование кормов (зерно)

Рисунок 1 – Содержание селена в кормах, (мкг/г; М±m)

0,035

0,03

Зе

5 0,025

ГОX

^ 0,02

О

| 0,015

ГО

£ ozoi

-

О 0,005

Люцерна

Костер    Тимофеевка Ежа сборная Мятлик безостый луговая                   луговой

Растение

Рисунок 2 – Содержание селена в растениях, (мкг/г; М±m)

Установлено, что наибольшая концентрация селена наблюдается в зерне овса и кукурузы, а наименьшая – в ячмене и горохе (Рисунок 1). Полученные результаты согласуются с результатами других авторов [7].

При изучении содержания селена в растениях установлено, что наибольшая концентрация микроэлемента наблюдается в люцерне (0,033±0,002 мкг/г). В остальных растениях семейства злаковых концентрация микроэлемента колеблется от 0,019±0,002 до 0,025±0,001 мкг/к (Рисунок 2).

Далее мы провели изучение состояния процессов перекисного окисления липидов и активности антиоксидантной системы в организме крупного рогатого скота в различные возрастные периоды.

Результаты исследований по содержанию диеновых конъюгатов в сыворотке крови коров представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 – Содержание диеновых конъюгатов, (мкмоль/мл), в сыворотке крови КРС в различные периоды постнатального онтогенеза (М±m; n=6). Примечание: достоверность различий относительно первого месяца: * – р≤0,05

1 мес. 6 мес. 1 год 1,5 года 3 года 5 лет возраст

Рисунок 4 – Содержание малонового диальдегида, (нмоль/мл), в сыворотке крови КРС в различные периоды постнатального онтогенеза (М±m; n=6). Примечание : достоверность различий относительно первого месяца: * – р≤0,05

Анализируя результаты, представленные на рисунке 3, установлено, что уровень диеновых конъюгатов незначительно колеблется. Так достоверное снижение концентрации ДК произошло в год, 1,5 и 3 года на 7,4, 11,4 и 11,1 % относительно первого месяца. В остальные возрастные периоды достоверных различий не установлено.

Следующим этапом наших исследований было определение уровня МДА в сыворотке крови. Известно, что МДА (бис-диэтилацеталь) CHO-CH 2 -CHO, представляет собой дикарбонил с молекулярной массой 72 дальтон, образующийся как вторичный продукт эндопероксида во время эндогенного биосинтеза простагландинов и лейкотриенов из арахидоновой кислоты и других полинасыщенных жирных кислот. Повышенные уровни продукта перекисного окисления липидов МДА играют очень важную роль в патогенезе различных заболеваний [1].

В клеточных мембранах ПОЛ начинается, когда электроны липидов захватываются нестабильными свободными радикалами, способствуя цепной реакции с последовательным окислением, что приводит к нестабильности липидов и образованию побочных продуктов, таких как малоновый диальдегид (МДА). Содержание малонового диальдегида в изучаемые периоды повысилось на 11,6 % (6 мес.), 11,3 % (1 год), 13,7 % (1,5 года), 16,1 % (3 и 5 лет) относительно первого месяца (Рисунок 4). Полученные результаты констатируют взаимосвязь между содержанием МДА в сыворотке крови и возрастом животных. Коэффициент корреляции равен 0,72.

Каталаза – один из важнейших антиоксидантных ферментов. Он присутствует почти во всех аэробных организмах. Каталаза расщепляет две молекулы перекиси водорода на одну молекулу кислорода и две молекулы воды в двухступенчатой реакции [1].

Активность каталазы в сыворотке крови крупного рогатого скота с возрастом повышается. Так в 1 месяце она составила – 21,63±1,04 ммоль/мл, к 6 месяцу повысилась на 4,2 % (22,53±0,85 ммоль/мл), к 1 году – на 6,4% (23,01±0,17 ммоль/мл), к 1,5 году – на 8,8 % (23,54±0,36 ммоль/мл), к 3 годам – на 18,6 % (25,65±1,03 ммоль/мл) и к 5 годам – на 19,6 % (25,87± 1,32 ммоль/мл). Установлена корреляционная взаимосвязь между активностью каталазы и с возрастом. Коэффициент корреляции равен 0,95.

Селен является важным микроэлементом в организме человека и играет важную роль в организме через селенопротеин, который содержит селен. Селенопротеины (глутатионпероксидаза, тиоредоксинредуктаза, метионинсульфоксидредуктаза и селенопротеины эндоплазматического ретикулума и т.д.) обладают антиоксидантным действием и участвуют в регуляции антиоксидантной активности [6, 8].

Рисунок 5 – Активность каталазы, (ммоль/мл), в сыворотке крови КРС в различные периоды постнатального онтогенеза (М±m; n=6). Примечание: достоверность различий относительно первого месяца: * – р≤0,05

Рисунок 6 – Содержание селена, (мкг/г), в сыворотке крови КРС в различные периоды постнатального онтогенеза (М±m; n=6). Примечание: достоверность различий относительно первого месяца: * – р≤0,05

Анализируя результаты, представленные на рисунке 6, установлено, что концентрация селена во все исследуемые периоды незначительно колеблется. Так достоверное различие установлено в 1,5 года, 3 и 5 лет (+12,3, 11 и 13,6 % соответственно). В остальные возрастные периоды достоверных различий не выявлено.

Заключение. Таким образом, анализируя полученные результаты, можно констатировать, что территория Астраханской области относится к дефицитной по содержанию селена в почве, воде и кормах. Это отображается на организме животных. Установлено, что содержание селена в сыворотке крови составляет 0,58 мкг/к, то есть ниже физиологического значения, что ведет к ингибированию процессов перекисного окисления липидов в организме крупного рогатого скота. В возрастном аспекте происходит повышение уровня ДК и МДА на 7,4-11,4 и 11,3-16,1 % соответственно. Установлена корреляционная взаимосвязь между активностью каталазы и возрастом (на 19,6 % к 5 году жизни). Коэффициент корреляции равен 0,95.

Резюме

В статье изложены результаты исследований по особенностям функционирования про-и антиоксидантной системы крупного рогатого скота в постнатальном онтогенезе в биогеохимических условиях Астраханской области. Территория Астраханской области относится к дефицитной по содержанию селена в почве, воде и кормах, что подтверждено нашими исследованиями. Это отображается на организме животных. Установлено, что содержание селена в сыворотке крови составляет 0,58 мкг/к, то есть ниже физиологического значения, что ведет к ингибированию процессов перекисного окисления липидов в организме крупного рогатого скота. В возрастном аспекте происходит повышение уровня диеновых коньюгатов и малонового диальдегида на 7,4-11,4 % и 11,3-16,1 %, соответственно.

Установлена корреляционная взаимосвязь между активностью каталазы и возрастом (на 19,6 % к 5 году жизни). Коэффициент корреляции равен 0,95.