Подострая токсичность наноразмерной кормовой добавки

На современном этапе нанотехнологии быстро развиваются во всех направлениях науки, в том числе в биологии, медицине, сельском хозяйстве. Объекты считаются изготовленными с использованием нанотехнологий, если существует стадия технологического процесса, результатом которой явилось создание компонентов размером менее 100 нм как минимум в одном измерении. Наносодержащая продукция при этом получает принципиально новые физикохимические свойства и качества [2, 4, 10, 11].

Перспективным направлением является использование природных источников сырья и получение из них препаратов, показывающих высокую биологическую активность, обеспечивающих организм сбалансированными высокоэффективными компонентами естественного происхождения. Добавки к кормам значительно увеличивают приросты, повышают резистентность, снижают заболеваемость продуктивных животных, возрастает экономический эффект и рентабельность производства [1, 8, 10].

В качестве добавок в пищевой промышленности широко используются бентонитовые наноглины (к разрешенным относятся бентонит Е558, каолин Е559, алюмосиликаты натрия Е554, калия Е555 и кальция Е556). Структуры наноглинистых минералов различной формы с регулируемыми    физико-химическими, морфологическими и структурными свойствами являются перспективными многофункциональными биосовместимыми наноносителями с универсальным применением, пригодны в качестве перевязочных материалов для ран, снижают полютантное действие, бактериальную   токсичность,   имеют большой потенциал применения для восстановления   окружающей   среды, применяются для упаковки пищевых продуктов, повышения продуктивности сельскохозяйственных животных [6, 8, 12]. Данные о токсичности наноглин немногочисленны и противоречивы [6, 9, 12]. Применение новой кормовой добавки предполагает доказательство высокой степени эффективности и безопасности в соответствии      с      современными требованиями [3, 5, 7].

Материал      и      методы исследований. Наноразмерный бентонит с размером частиц 33-95 нм получили диспергированием бентопорошка в ультразвуковой установке УЗУ-0,25 в научно-исследовательском инновационноприкладном центре «Наноматериалы и нанотехнологии»    г.     Казань    и стабилизировали его деионизированной водой в концентрации 1:4. При изучении физических     свойств,     структуры бентопорошка    и     наноразмерного бентонита применяли методы световой микроскопии на микроскопе МБИ-6 и методы атомно-силовой и контактнопрерывистой микроскопии на сканирующем зондовом микроскопе MultiMode V фирмы Veeco (США). Изучение подострой токсичности бентопорошка и наноразмерного бентонита провели на лабораторных животных – белых беспородных мышах по общепринятым методикам и с учетом МУ 1.2.2520-09 по оценке безопасности наноматериалов [7]. Цифровые показатели, полученные при выполнении работы, анализировали по стандартным программам вариационной статистики согласно пакету программ Microsoft Office Excel-2003.

Результат исследований.

Сравнительные исследования физических характеристик бентонита и наноразмерного бентонита методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) на сканирующем зондовом микроскопе (СЗМ) показывают существенную разницу между исследуемыми объектами. Бентонит состоит из отдельных крупных, обособленных конгломератов значительных размеров, отличающихся друг от друга в несколько раз. Наноразмерный бентонит представлен частицами трех различных размеров: 40,0% частиц со средним размером 55,082,0 нм, более 50,0 % – образования с размером частиц 33,0-35,0 нм, около 10 % частиц были величиной 85,0-95,0 нм. Сгруппированные частицы имели форму расплющенных, стекающих сферических бугорков разной величины. Расположение конгломератов частиц носило хаотичный характер.

Для определения подострой токсичности были сформированы семь групп мышей 3-х недельного возраста по 12 в каждой, прошедшие карантин в течение 10 суток. Количество наноразмерного бентонита определяли исходя из литературных данных по использованию бентонита в количестве 3 % к сухому веществу рациона животных [1, 10]. Пошаговое уменьшение количества составляло 20%. Схема опыта: 1 группа – контрольная на основном рационе (ОР); 2

– ОР + 3% бентонита; 3 – ОР + 3% наноразмерного бентонита; 4 – ОР + 2,4% наноразмерного бентонита; 5 – ОР + 1,8 % наноразмерного бентонита; 6 – ОР + 1,2 % наноразмерного бентонита; 7 – ОР + 0,6 % наноразмерного бентонита.

Длительность опыта составила 90 суток при ежедневном учете клиникофизиологического состояния мышей. Взвешивание животных производили в 1, 10, 20, 30, 60 и 90 сутки, морфометрию внутренних органов – по окончании опыта. Кроме этого, учитывали летальность животных при длительном использовании наноразмерных бентонитов.

В результате ежедневного визуального контроля над мышами всех групп отклонений в их внешнем виде и поведении не обнаружили, животные всех групп имели блестящий без загрязнений волосяной покров, розовые кожу и видимые слизистые, сохраняли кормовую и водную возбудимость, физическую активность, реакцию на внешние раздражители, характерные для этого возраста. Отметили, что мыши 5, 6 и 7 опытных группы визуально были крупнее аналогов других групп. Следует особенно отметить, что за период опыта падежа мышей ни в одной группе не выявили.

Анализ Таблицы 1 по динамике живой массы показал, что мыши всех групп имели массу выше контрольных аналогов, за исключением мышей 3 опытной группы, получавшей к основному рациону 3 % наноразмерного бентонита, их масса была несколько ниже контроля и без достоверных различий. Наибольшую живую массу имели мыши, получавшие к основному рациону 1,2 % наноразмерного бентонита, что было выше показателей контрольных сверстников на 27,7 % (Р ≤ 0,05). Наименьший показатель живой массы установлен у мышей в группе, получавшей 2,4 % наноразмерного бентонита – 4,1 % в сравнении с контролем.

Примерно одинаковые результаты были получены у мышей 5 и 7 опытных групп, где превышение живой массы в сравнении с контрольными составило 20,0

и 22,7 % соответственно.

Использование бентонита в дозе 3 % к сухому веществу корма обусловило повышение живой массы мышей на 8,2 % в сравнении с контрольными, тогда как применение наноразмерных бентонитов в меньших дозах 0,6-1,8 % увеличило живую массу на 20,0-27,7 %.

На 90 сутки произвели диагностическое вскрытие мышей с целью изучения морфологии органов и тканей. Видимых патологических изменений органов и тканей у животных всех групп обнаружено не было. Показатели массы органов представлены в Таблице 2.

Таблица 1 – Динамика живой массы мышей при длительном применении разных доз наноразмерного бентонита, г

Показатели, сутки	Группы животных (n=12)
	1	2	3	4	5	6	7
1	8,4 ± 0,4	8,5 ± 0,1	8,4 ± 0,2	8,5 ± 0,3	8,6 ± 0,4	8,5 ± 0,1	8,4 ± 0,2
10	12,1 ± 0,1	12,8 ± 0,3	12,2 ± 0,5	13,0 ± 0,4	13,3 ± 0,2	14,8 ± 0,4	13,7 ± 0,5
20	17,4 ± 0,4	17,7 ± 0,1	17,3 ± 0,2	17,4 ± 0,4	18,4 ± 0,1	20,6 ± 0,2	18,2 ± 0,5
30	21,3 ± 0,2	23,1 ± 0,1	21,4 ± 0,3	21,8 ± 0,2	25,3 ± 0,1	26,3 ± 0,1	24,9 ± 0,4
60	21,6 ± 0,5	23,6 ± 0,1	21,2 ± 0,2	22,1 ± 0,1	25,9 ± 0,5	27,5 ± 0,5	25,5 ± 0,4
90	22,0 ± 0,4	23,8 ± 0,5	21,5 ± 0,6	22,9 ± 0,4	26,4 ± 0,4*	28,1 ± 0,5*	27,0 ± 0,5
Абсолютный прирост, г	13,6	15,5	13,1	14,4	17,8	19,6	18,6
К контролю, %	100	108,2	97,7	104,1	120,0	127,7	122,7

Примечание: * – степень достоверности Р ≤ 0,05

Таблица 2 – Морфометрия внутренних органов белых мышей при длительном применении разных доз наноразмерного бентонита, г

Орган	Группа (n=12)
	1	2	3	4	5	6	7
Печень	3,32±0,04	3,78±0,04	3,54±0,07	3,93±0,24	4,10±0,18	4,26±0,12	4,07±0,18
% к контр.	100	113,8	106,6	118,4	123,5	128,3	122,6
Почки	0,52±0,08	0,58±0,09	0,56±0,06	0,62±0,06	0,65±0,04	0,68±0,06	0,62±0,04
% к контр.	100	111,5	107,7	119,2	125,0	130,8	119,2
Селезенка	0,42±0,07	0,46±0,24	0,45±0,04	0,49±0,09	0,52±0,09	0,55±0,09	0,51±0,01
% к контр.	100	109,5	107,1	116,6	123,8	130,9	121,4
Сердце	0,44±0,01	0,50±0,01	0,47±0,09	0,51±0,02	0,55±0,18	0,58±0,09	0,54±0,04
% к контр.	100	113,6	106,8	115,9	125,0	131,8	122,7
Желудок	0,90±0,09	1,04±0,12	0,96±0,07	1,07±0,07	1,09±0,18	1,17±0,04	1,07±0,24
% к контр.	100	115,6	106,6	118,9	121,1	130,0	118,9
Кишечник	2,82±0,04	3,24±0,02	3,01±0,18	3,34±0,01	3,48±0,14*	3,68±0,04*	3,44±0,02
% к контр.	100	114,9	106,7	118,4	123,4	130,5	122,0

Примечание: * – степень достоверности Р ≤ 0,05

Полученные данные сопоставимы с показателями увеличения живой массы мышей. Установлено, что у мышей 2 опытной группы, получавших 3 % бентонита масса внутренних органов была больше на 9,5-14,9 %, чем у контрольных.

У мышей, получавших 3 % наноразмерного бентонита, масса внутренних органов была выше контрольных аналогов на 6,6-7,7 %, но меньше, чем у сверстников, получавших бентонит. У животных 4 опытной группы эти показатели были выше на 15,9-19,2 %, 5 – 21,1-25,0; 6 – 28,3-31,8 и 7 – 18,922,7%, чем в контроле.

Заключение. Наноразмерный бентонит, полученный ультразвуковым воздействием на бентопорошок, существенно отличается от исходного макроаналога по форме и величине частиц. При определении подострой токсичности наноразмерных бентонитов не выявлено падежа животных, не установлено отклонений в их поведении, внешнем виде и при диагностическом вскрытии не выявлено патологических изменений органов и тканей. Отмечали ростостимулирующее действие наноразмерных бентонитов в количествах 0,6-2,4% к сухому веществу рациона, с наилучшими показателями при использовании 1,2%.

Резюме

Объекты размерами нанодиапазона как минимум в одном измерении, структура которых контролируемо модифицируется, считаются изготовленными с использованием нанотехнологий. При создании нано- и микрообъектов физические и химические свойства нано- и макроаналогов могут различаться, поэтому необходимо установление их токсичности. Ультразвуковым воздействием на бентопорошок получен наноразмерный бентонит с существенными отличиями по форме и величине частиц. При определении подострой токсичности наноразмерных бентонитов не выявлено падежа животных, не установлено отклонений в их поведении, внешнем виде и при диагностическом вскрытии не выявлено патологических изменений органов и тканей. Отмечали ростостимулирующее действие наноразмерных бентонитов в количествах 0,6-2,4 % к сухому веществу рациона, с наивысшими показателями при использовании 1,2 %.