Влияние фосфорсодержащих комплексонатов титана на физиологические особенности организма в экологически неблагоприятных условиях Урала

В составе организма обнаружен 81 элемент [1]. Все имеющиеся в природе элементы необходимы для существования организма, так как живое возникло и непрерывно воспроизводится из них в их присутствии и выполняет определённую функцию в организме [2]. В биосфере постоянно происходит, обусловленная деятельностью организмов, миграция, трансформация и концентрирование элементов и их соединений. Центральной проблемой геохимической экологии является концепция гомеостаза, которая отражает состояние относительного постоянства внутренней и внешней среды организма. По мнению В.В. Ковальского макро- и микроэлементный гомеостаз определяется не только их биологической природой и геохимией среды, но и пищевыми цепями, через которые осуществляется связь организма и среды [3]. В организме обнаружено более 60 элементов, причём 45 из них определены количественно и являются составными частями организма [4]. Биогенность 30 элементов установлена [1]. В.И. Вернадский писал: «Живое вещество охватывает и регулирует в области биосферы все или почти все химические элементы. Они все нужны для жизни и все попадают в состав организма неслучайно. Нет особых, жизни свойственных элементов... Есть господствующие... Жизнь есть планетное явление» [2]. В.И Вернадский поставил вопрос о необходимости выяснения роли титана в организме. Он пишет «...концентрации титана в органах ясно указывают, что титан нужен для организма, должен выполнять определённые жизненно-важные функции. Эти функции организма нам почти неизвестны и необходимо проведение системных исследований для изучения эссенциальных свойств титана». И далее: «организм - поскольку об этом сейчас можно судить и что всё прежде всего должно быть проверено и точно установлено, -как бы выкачивают атомы титана из водных растворов и вводят их в метаболизм химических элементов в живом веществе» [2].

Цель данной работы экспериментально доказать жизненную необходимость соединений тита на. При обосновании биогенности элемента исходили из особенностей строения ионов титана, состава, строения и свойств его соединений, содержания их в организме и ответных реакций организма на введение соединений титана в форме фосфорсодержащих комплексонатов титана. Титан относится к наиболее распространённым элементам в природе. Из всех атомов, составляющих земную кору, 0,22 % приходится на долю титана. По своей распространённости титан следует непосредственно за природообразующими элементами [2, 4, 5]. По массовой доле титан занимает десятое место. В значительных количествах титан содержится в илах, глинах и почве. В речной воде не более чем 10-6 %. Отмечено, что суточное поступление Ti в организм человека составляет 800 мкг/кг. В среднем содержание титана в организме животных обитающих на суше равно 8x10^ %, в тканях рыб составляет 10^ %.

Из биогенных элементов наибольшие концентрации в морских организмах имеют Си, Ti, Zn и V, что объясняется особой их необходимостью для растений. В.И. Вернадский [2] писал о положительном кларке концентрации титана для растительных организмов по отношению к воде - порядка сотен и даже тысяч [2, 3, 5]. Хлоропласты морских водорослей [2, 5] также как и хлоропласты высших растений обогащены микроэлементами по сравнению с целыми клетками растений (Си в 4,2 раза, Ti в 1,3 раза, Fe - 2,3 раза, Мо в 6,7 раза. Следовательно, хлоропласты несут нагрузку в выполнении физиологических функций организма, осуществляя процесс фотосинтеза. Процесс биоконцентрирования связан с солнечными ритмами, в частности с ритмами фотосинтетической активности и сезонными ритмами. У морских водорослей в процессе фотосинтеза изменяется содержание металлов и витамина В12. Содержание Ti различно у одного и того же вида произрастающего в условиях с различной освещённостью и температурой и в осенне-зимний период оно увеличивается [5].

В органах человека содержание титана составляет в среднем 1 мг на 100 г золы или 0,02 мг

Проблемы здравоохранения

на 100 г живой массы [6]. Отмечено возникновение ряда заболеваний при нарушении обмена титана [7]. В развёрнутой фазе острого лейкоза, при болезни Боткина, токсикозе и нефропатии беременных, у больных микробной экземой, нейро- стью ретикулярной формации ствола мозга и большой биохимической активностью.

Микроэлементный состав центральной нервной системы (ЦНС), по нашему мнению, определяется особенностью строения атомов и молеку-

Таблица1

Суточный баланс титана (мкмоль) для условного человека [1]

Поступление с		Выделение с
пищей и жидкостями	воздухом	мочой	калом	потом	волосами и др.
17,7	0,021	6,89	0,23	—	0,017

Таблица 2

Содержание титана в крови человека [8]

Титан концентрируется преимущественно в минеральной части эритроцитов и плазме. Содержание титана в крови не одинаково, зависит от возраста и состояния человека.

Концентрация титана в крови новорождённых больше, чем у беременных женщин, а у последних уровень титана выше, чем у небеременных. Титан постоянно присутствует в эмбрионе, что свидетельствует об его участии в процессах эмбриогенеза. Содержание в женском молоке титана составляет 0,0136 %. У новорожденных наибольшее содержание в зрительных буграх и продолговатом мозге. В зрелом возрасте титан концентрируется в коре полушарий большого мозга. В старости отмечены обратные процессы [8]. В коре и подкорковых ядрах избирательно накапливаются Ti, Mg, Си, Со, Ст, Мп, Mo, V, Zn в комплексонатной форме. В зрительном бугре много Ti, Мп, V. Среди образований ствола головного мозга наиболее высокая концентрация Ti, Fe, Си, Мп, Mo, Со, Ni, Pb, Ag отмечается в продолговатом мозге, что обусловлено деятельно- лярным составом микроэлементов, что определяет физиологические функции указанных структур ЦНС [9, 10]. Таким образом, трансформация и наиболее полно изученные нарушения топографии микроэлементов и их комплексонатов в ЦНС у детей начинают формироваться уже в перинатальном периоде. Это характеризует состояние нервной системы в перинатальный период.

В работе [6] отмечена тенденция снижения содержания титана во флоре, в продуктах питания (зерновых культурах, в клевере). Содержание титана в растениях зависит от возраста, вида растения. В эксперименте на животных (козы) показана важность титана для беременных и кормящих коз и влияние титана на смертность козлят. При дефиците титана смертность козлят резко возрастала, существенно влияет содержание тагана на рост и воспроизводство козлят. Содержание титана в молоке коз с бедным рационом титана (< 100 мг/кг) снизилось до 50 %.

Свойства соединений титана определяются, прежде всего, электронным строением ионов титана. Атомы титана проявляют устойчивые степени окисления +3, +4, что обеспечивает обратимость биохимических процессов с минимальными энергетическими затратами. Большое число свободных орбиталей определяет высокие координационные числа равные 4, 6. Поэтому для соединений титана характерны реакции комплексообразования, окислительно-восстановительные, гидролиза и полимеризации, образование многоядерных комплексов одного элемента, но в разной степени окисления (ГВ К) или разных элементов (ГЯК), участвую-

Жолнин А.В., Овчинников А.А., Носова РЛ., Вахмянина С.А., Мальцева В.А.

щих в переносе электронов и протонов. ГВК и ГЯК переходных элементов являются активными регуляторами свободнорадикальных процессов, системой утилизации активных форм кислорода, перекиси водорода, участвуют в окислении субстратов, поддержании окислительного гомеостаза [9,10].

Нами установлено образование разнолигандных ФКТ, в которых в качестве первичного лиганда выступает комплексон, обладающий восстановительными свойствами вторичного неорганического лиганда, содержащего пероксо- (ФКТ-3) или тиол-дисульфидные группы (ФКТ-4), антиокси-датные свойства которого зависят от коэффициента тиол-дисульфидного соотношения 2R-SH

R-S-S-R + 2ё + 2Н+, усиливающие восстановительные свойства ФКТ.

Влияние фосфорсодержащего комплексоната титана (ФКТ-3) на физиологические особенности свиней

Изучено влияние ФКТ-3 на продуктивность свиноматок, рост и сохранность поросят, воспроизводительные функции свиноматок при дозе ФКТ-3 0,05-0,15 мгТ1/кг живой массы, 7,2-21,6 мгТГна голову свиноматок в сутки, молочных поросят - Ti 0,25-0,75 мг на голову. В крови повышается содержание глюкозы на 0,1 ммоль/л в первую треть супоросности и на 0,67 ммоль/л в последнюю треть супоросности, в подсосный период на 14 % повышается эритропоэз, на 6,6 % содержание общего белка в сыворотке крови и на 6,3 % гемоглобина. В течение всей супоросности улучшается соотношение фракций белка в сыворотке крови, количество аминного азота увеличивается на 16,7-33,3 % Введение ФКТ-3 в рацион свиноматок оказывает влияние на лейкограмму крови. Количество эозинофилов в контрольной группе на уровне 4,1 %. С повышением дозы ФКТ количество эозинофилов снижается до 3 %. Введение ФКТ-3 способствует повышению в крови молодых с повышенной функциональной активностью палочкоядерных нейтрофилов с 3 до 4 % в первую 2/3 супоросности, а в последнюю треть супоросности с 2,5 до 3,5 %, в подсосный период с 2,5 до 4,0 %. Наряду с этим в обратной закономерности наблюдается понижение созревших сегментоядерных нейтрофилов. Содержание лимфоцитов: в первые трети супоросности 42,0 %, в последнюю треть -43,0 % и в подсосный период - 42,0 %.

Соединения титана оказывают положительное влияние на эритропоэз, увеличивают число эритроцитов в крови, катализируют синтез гемоглобина и улучшают общие показания крови. Использование препаратов активизирует обмен и усвоение макроэлементов Са, Р и находится в прямопро

Влияние фосфорсодержащих комплексонатов титана на физиологические особенности...

порциональной зависимости от усвоения азота. Баланс Са и Р в период 2/3 супоросности составил 5,3 и 3,5 г соответственно, что на 0,6 и 0,5 г выше, чем в контрольной группе. Введение ФКТ-3 приводит к снижению внутри клетки концентрации свободных ионов кальция путём связывания в ГВК и ГЯК и обеспечивает повышение мембранного потенциала клеток, что обеспечивает стимулирующие антистрессовое действие ФКТ-3 (повышение обменных процессов, защитных реакций организма, репродуктивные функции организма). Показано его влияние на воспроизводительные функции свиноматок. При введении 0,05 мг Ti/кг живой массы многоплодие свиноматок увеличивается на 16 %. Выживаемость поросят увеличивается на 37 %, рост живой массы на 45 %. Отмечена интенсификация анаболических процессов в организме свиней при введении ФКТ.

Итак, ФКТ интенсифицирует рост и развитие организма, что является результатом стимуляции обменных процессов (белкового, липидного и углеводного). В сыворотке крови достоверно повышаются концентрация аминного азота, общих липидов, Р-липопротеидов и снижается содержание мочевины и холестерина.

Изучение влияния разнолигандного ФКТ-3 на интенсивность клеточного и гуморального ответа на стандартный антиген у экспериментальных животных, позволяют констатировать дозозависимое влияние. Высокие дозы обладают иммунодепрессивным действием. Малые дозы оказывают стимулирующее действие, что проявляется в повышении показателей реакций ГЗТ, увеличении весовых индексов тимуса и селезенки в сравнении контролем. Подобное влияние препарата можно рассматривать как иммунорегуляторное действие соединений титана. Полученные результаты согласуются с современными представлениями о единстве иммунной и метаболической системы резистентности организма и объяснены влиянием гете-ровалентных и полиядерных соединений титана на мембранные ферменты и клеточные мембраны, участием в защите организма от «окислительного стресса», что связано с утилизацией продуктов метаболизма (перекисей, радикалов и т.д.) и участием в окислении субстратов. Установлена роль соединения титана не только как фагоцитоз стимулирующего агента, но и как вещества активирующего реакции клеточного и гуморального иммунитета. Ферментативное действие комплексов аналогично действию цитохромов, пероксидазы, каталазы, миелопероксидазы, основной функцией которой является участие в процессах фагоцитоза и лизиса микроорганизмов.

Установлено его влияние на переваримость, использование основных питательных веществ рациона, а также на биохимический статус организма животного, репродуктивные функции свиноматок. Дано обоснование широкого использования ФКТ-3 в условиях промышленной техноло-

Проблемы здравоохранения гии производства продуктов животноводства, как стимулятора роста животных, роста и сохранности поросят. В расчете на каждые 100 кормовых единиц было получено в опытной группе до 12 кг прирост живой массы (контроль - 5,6 кг).

Влияние разнолигандного фосфорсодержащего комплексоната титана ФКТ-4 на физиологические особенности цыплят

ФКТ-4 оказал наиболее эффективное влияние на скорость и интенсивность роста цыплят при дозе 0,1 мгТ1/кг. Рост живой массы составил 88,3 %, по сравнению с контрольной группой был выше на 14,4 %. Рост живой массы зависит от дозы и возраста (максимальная интенсивность роста до 21дневного возраста). ФКТ-4 способствует повышению перевариваемости сухого и органического вещества на 1,30-1,34 %, протеина - на 3,38 % и использования азота корма на 2,6 %, что обеспечивает среднесуточное отложение его в теле животного в количестве 2,35 г. В крови цыплят наиболее выражены обменные процессы анаболического характера: уровень глюкозы повышается в 2,26 раза, общих липидов - в 1,8 раз. Содержание кальция повысилось на 25,5 %, фосфора - на 24,3 %, общего белка - 8,6 %. Сохранность поголовья в данной группе повысилась на 2,5 % и составляла 99,0 %.

Комплексонат способствует формированию более напряженного иммунитета против Ньюкаслской болезни: эффект вакцинации составил 50 %. Повысилась резистентность организма - уровень эозинофилов снизился на 2,5 %, лимфоцитов на 3 %. Использование ФКТ-4 активизировало обмен кальция, фосфора и азота в организме. Баланс кальция положительный. В 1,36 раза больше кальция выделяется с пометом.

С увеличением выноса кальция из организма в контрольной группе снижается коэффициент его использования из корма и составляет 34,1 %, что ниже, чем при применении ФКТ-4 и составляет на 17,6-25,1 г в зависимости от дозы ФКТ-4. Усвоение фосфора в организме выше контроля при дозе 0,1 мгТ1/кг в 1,3-1,5 раз. Коэффициент использования фосфора при дозе 0,1 мгП/кг на 9,0-11,5 % выше. Баланс азота также положительный, отложение в организме на 1,7-7,5 % больше.

Концентрация Fe, Си, Zn и Мп выше, чем в контроле, но соответствует физиологическим нормам. В мышечной ткани отмечено значительное снижение РЬ. В мясе контрольных групп содержание РЬ превышает ПДК на 10 %, в опытных группах в пределах ПДК. Количество Ni в мясе контрольных групп превышает ПДК в 3 раза, а в опытных группах Ni не обнаружен. Концентрация биогенных элементов в мясе в пределах ПДК. При одинаковом суточном потреблении микроэлементов выделение их из организма разное в функции дозы ФКТ-4.

Выводы

Установлен триггерный характер процессов адаптации при применении ФКТ, который основывается на появление нового качества в систем ных механизмах регуляции, обратимых между собой, прямых и обратных связей. При изучении влияния ФКТ на биологические особенности животных и растений выявлена способность препаратов на основе ФКТ включаться в молекулярные механизмы адаптационных реакций различных биологических систем. Эффект взаимодействия живой и неживой систем является функцией состава и дозы ФКТ, а также физиологического состояния организма.

Установлен в своей основе химизм и механизм биоэффектов для всех представленных нами препаратов и всех биологических систем животных (лабораторных, домашних) и растений. Биоэффекты фосфорсодержащих комплексонатов титана носят дозо-, природо- и возрастозависимый, циклический, нелинейный, метаболический, адап-тогенный, антиоксидантный, дезинтоксикацион-ный, иммунотропный, антистрессовый, иммуномодулирующий, универсальный и безопасный характер. Полученные данные доказывают жизненную необходимость соединений титана.