Влияние кобальта в наноразмерной форме на физиологические и биохимические процессы в организме кроликов

Бесплатный доступ

В статье представлены результаты исследований по влиянию наноразмерного порошка (НРП) кобальта на организм кроликов. Определена кратность введения его перорально. Изучено влияние кобальта в наноразмерной форме как биологически активной добавки на процессы гемопоэза, профилактики повышения иммунного статуса и увеличения продуктивности животных.

Кобальт в наноразмерной форме, кролики, гемопоэз, иммунный статус, продуктивность

Короткий адрес: https://sciup.org/14083627

IDR: 14083627

Текст научной статьи Влияние кобальта в наноразмерной форме на физиологические и биохимические процессы в организме кроликов

Содержание кобальта в почвах определяет количество этого элемента в составе растений, произрастающих на данной местности, а от этого зависит поступление кобальта в организм травоядных животных.

Если количество этого металла в организме животных составляет менее 2 мг/кг, развивается заболевание акобальтоз. Депонируется кобальт преимущественно в эндокринных железах, в мышцах, печени, селезенке, легких, оказывает влияние на обменные процессы. Поскольку потребность живых организмов в кобальте мала, возникает необходимость изучения влияния его в виде наноразмерных порошков металлов (НРПМ).

Установлено, что нанокристаллические металлы в ультрадисперсном состоянии обладают высокой биологической активностью [Коваленко Л.В., Фолманис Г.Э., 2006]. В организме животных они активизируют физиологические и биохимические процессы, повышают иммунную защиту, способствуют увеличению продуктивности. НРПМ отличаются простотой использования, экологической безопасностью, высокой эффективностью и значительной рентабельностью из-за малых доз. Отличительной особенностью нанопорошков является их малая токсичность по сравнению с солями металлов и использование в очень малых дозах. Широкое применение НРПМ в сельскохозяйственном производстве может явиться одним из путей успешного его развития. Глубокие и всесторонние исследования по изучению влияния наноразмерного железа в ульт-радисперсном состоянии на организм свиней выполнены Л.Г. Кашириной, В.В.Кулаковым, Э.О. Сайтхановым (2012, 2013). Установлено положительное влияние НРП железа как биологически активной добавки на воспроизводительную способность свиноматок, на прирост массы и качество свинины.

Однако в доступной нам литературе мы не встретили обоснованных данных по изучению влияния кратности введения кобальта в наноразмерной форме на физиологические и биохимические процессы организма животных.

Цель исследований . Изучение влияния кратности введения наноразмерного порошка кобальта в ульт-радисперсной форме на организм кроликов, на состояние гемопоэза, обменные процессы и продуктивность.

Задачи исследований. Определение влияние кратности введения наноразмерного порошка кобальта на гематологические показатели, прирост живой массы, массометрические показатели внутренних органов.

Материалы и методы. Исследования были проведены в условиях вивария ФГБОУ ВПО «Рязанский агротехнологический университет» (РГАТУ). В эксперименте был использован наноразмерный порошок кобальта, полученный методом низкотемпературного водородного восстановления в Институте металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН. Средний размер частиц в порошке составлял 20–30 нм.

Подбор животных и формирование групп осуществлялись по принципу аналогов. Исследования были выполнены на самцах кроликов породы Серый великан в возрасте 4 месяцев. Масса животных в среднем составляла 2300 ± 50 г. Кролики содержались в индивидуальных клетках. Методом групп аналогов было сформировано 4 группы животных: контрольная и 3 опытные, по 10 голов в каждой. Рационы кормления животных были сбалансированы по основным питательным веществам, удовлетворяющим их физиологические потребности. Контрольные животные получали основной рацион (ОР), состоящий из 70 г ячменя, 150 г сена, 80 г сочных кормов в виде корнеплодов картофеля. Рацион содержал: обменной энергии 1,787 МДж; сырого протеина 21,52 г; сырой клетчатки 43,49 г; сухого вещества 203,0 г. Схема опыта представлена в таблице 1.

Кобальт вводился в организм животных перорально. Дозировка составляла 0,02 мг/кг живой массы [4]. Перед введением из наноразмерного порошка кобальта приготавливалась водная суспензия. Для ее создания НРП кобальта подвергался диспергированию в водной среде при помощи ультразвуковой ванны «Град». После обработки препарат представлял собой однородную непрозрачную суспензию. Суспензией обрабатывали сухую часть рациона.

Продолжительность эксперимента составляла 28 суток. Кролики содержались в стандартных условиях вивария, в индивидуальных клетках, при свободном доступе к воде. Один раз в семь суток проводилось взятие крови на морфологический и биохимический анализ по общепринятой методике.

В эксперименте участвовали 4 группы кроликов-аналогов. Контрольная группа получала основной рацион, все 3 группы опытных животных получали НРП кобальта в дозе 0,02 мг/кг: опытная группа 1 ежедневно, опытная группа 2 один раз в 3 суток, и опытная группа 3 один раз в 7 суток.

Результаты исследований. В ходе исследований было установлено, что показатели содержания эритроцитов в опытной группе 3, получавшей наноразмерный порошок кобальта 1 раз в 7 суток, превышали контроль на 6,2 % (табл. 1). Показатели гемоглобина незначительно отличались у опытных и контрольных животных.

Гематокрит представляет собой объемную фракцию эритроцитов в цельной крови и зависит от их количества и объема. У кроликов опытной группы 3 по сравнению с контрольными животными этот показатель был выше на 4,4 %.

Содержание гемоглобина в эритроцитах показывает степень насыщения гемоглобином эритроцитов. Изменение данного показателя в сторону увеличения говорит о приоритетном действии испытуемого вещества на эритропоэз. Таким образом, было установлено, что по содержанию эритроцитов, степени насыщения эритроцитов гемоглобином, гематокритной величине наилучшие показатели были у животных опытной группы 3, которые получали НРП кобальта 1 раз в семь суток (табл. 1).

Лейкоциты – белые кровяные тельца, общее количество которых подвержено значительным колебаниям, зависит от количества поступивших клеток в кровь, их депонирования, миграции в ткани, циркуляции и отмирания. Лейкоциты стимулируют регенерацию тканей, участвуют в защитных и иммунных реакциях, в межуточном обмене. Функции лейкоцитов изменяются в зависимости от увеличения или уменьшения их количества в единице объема. Вместе с тем каждый вид лейкоцитов выполняет определенную функцию.

В статье мы приводим две самые активные и подвижные формы лейкоцитов: лимфоциты и нейтрофилы.

Таблица 1

Показатель

Группа

Контрольная

Опытная 1

Опытная 2

Опытная 3

Эритроциты, *1012

5,677 ± 0,098

5,297± 0,069**

5,813±0,053

6,033± 0,046**

Гемоглобин, г/л

122,000±5,333

113,667±2,222

122,984±0,983

123,000±4,670

Гематокрит, %

35,467± 1,956

33,423± 0,449

36,28± 0,880

37,02 ± 0,800

Содержание гемоглобина в эритроцитах, г/л

344,000±8,000

338,667±3,778

332,00±8,000

333,00± 5,333

Лейкоциты, *109

9,337±0,962

12,600±0,965*

9,413±0,762

8,067±0,449

Лимфоциты, %

80,567± 0,995

84,133±0,991*

79,200±1,453

77,133± 1,115*

Нейтрофилы, %

16,767± 3,850 0,664

14,233±0,745*

18,800± 1,124

19,567±0,868*

Общий белок, г/л

64,334± 2,154

70,001± 3,124

71,023±2,343*

73,663±3,662*

Альбумины, г/л

40,667±2,224

48,333± 2,654*

42,000±2,289

47,002±2,001*

Глобулины, г/л

23,641±1,115

21,668± 1,458

29,003± 1,145***

26,661±0,963*

Примечание: * – р ≤ 0,05; **р – ≤ 0,01; *** – р ≤ 0,001 по отношению к контрольной группе. В последующих таблицах обработка та же.

Морфологические и биохимические показатели крови кроликов (n=4)

С повышением кратности введения наноразмерного порошка кобальта количество лейкоцитов в крови животных увеличивалось.

Количество лейкоцитов в крови кроликов опытной группы 1, получавших наноразмерный кобальт ежедневно, было больше, чем у контрольных животных, на 35,0 %, что выше нормы.

Увеличение количества лимфоцитов в крови сигнализирует о проникновении чужеродных белков, на них также возложена функция обнаружения и распознавания генетически чужеродных агентов (антигенов) и «оповещения» об их вторжении. Лимфоциты осуществляют защиту организма от всего генетически чужеродного. Беспощадны лимфоциты и к клеткам собственного организма, переродившимся в результате патологического процесса или мутации – случайных изменений их генного аппарата. Непременным присутствием лимфоцитов в очаге клеточного деления обеспечивается уничтожение всех мутантов. Лимфоцитам присуща и морфогенетическая функция. Так, лимфоциты крови животных, в организме которых шел активный процесс регенерации печени, введенные в кровь здоровому животному, вызывают активное деление клеток нормально функционирующей печени.

В наших исследованиях процент лимфоцитов в крови животных опытной группы 1 был самым высоким и превышал этот показатель в контрольной и других опытных группах. Сравнивая этот показатель в крови животных опытных групп, мы получили следующие данные: величина содержания лимфоцитов в крови животных опытной группы 1 была выше, чем в опытной 2, на 6,2 %, а в опытной 3 – на 9,1%. Следовательно, кратность введения НРП кобальта влияла на скорость выработки лимфоцитов и на их количество в крови.

При анализе количества нейтрофилов в лейкоцитарной формуле был получен противоположный эффект. Этот показатель в опытной группе 3 был самым высоким, выше, чем в контрольной группе и в опытных группах 1 и 2. Рассматривая показатели лейкоцитов в целом, установили, что с увеличением кратности введения наноразмерного кобальта в организм кроликов число лейкоцитов и процент в них лимфоцитов в крови уменьшались, а процент нейтрофилов увеличивался. По-видимому, частое введение кобальта оказывало значительное раздражающее действие на лимфоидную ткань кишечника, что не могло не отразиться на увеличении количества лимфоцитов.

Анализируя показатели, полученные в эксперименте по содержанию общего белка, альбуминов и глобулинов в плазме крови под влиянием НРП кобальта (табл. 1), выявлили, что кратность введения влияла на эти показатели. Содержание белков почти во всех опытных группах было выше, чем в контроле. Величина общего белка зависела от кратности поступления биологически активной добавки в организм кроликов и была обратно пропорциональна содержанию общего белка. Чем чаще поступал препарат в организм, тем ниже были показатели по содержанию общего белка в крови. Можно предположить, что частое введение НРП кобальта угнетало процессы образования метаболитов в пищеварительном тракте, участвующих в бел- ковом обмене веществ, влияло на нервную и гуморальную системы, ответственные за данный показатель. При этом синтез белка происходил менее интенсивно, и меньшее количество его поступало в плазму крови. Хотя показатели крови по общему белку и белковым фракциям не имели достоверных корреляционных связей между содержанием их в плазме и кратностью введения НРП кобальта.

Изменения показателей крови под влиянием НРП кобальта не могли не влиять на показатели массы тела кроликов. В таблице 2 приведены показатели предубойной и послеубойной массы кроликов.

Показатели массы кроликов (n=4)

Таблица 2

Показатель

Группа

Контрольная

Опытная 1

Опытная 2

Опытная 3

Предубойная масса кроликов, г

2660±18,033

2459± 19,050***

2923± 18,900***

3078± 15,933***

Послеубойная масса тушки, г

1247± 16,349

1109± 19,124***

1174± 16,282**

1629± 17,336***

Убойный выход, %

46,9 ±0,734

45,1 ± 0,524*

40,2±0,431**

52,9 ±0,533***

Перед убоем масса кроликов опытной группы 3 была самой большой и превышала контроль на 30,6 %, опытную группу 2 на 5,9 %. Убойный выход характеризуется отношением съедобной части туши к несъедобной. Чем больше убойный выход, тем большая часть туши пригодна к использованию в пищу. Убойный выход у кроликов, получавших НРП кобальта 1 раз в неделю, превышал аналогичный показатель в контрольной группе на 12,9 %. Данный показатель в опытных группах 2 и 1 был ниже, чем в контрольной, на 14,3 и 3,8 % соответственно.

Таким образом, была установлена положительная обратная корреляционная связь между кратностью введения НРП кобальта, предубойной массой тела кроликов, послеубойной массой тушки и убойным выходом.

После убоя подопытных животных осуществлялся осмотр и взвешивание внутренних органов с целью объективной оценки влияния на них кратности введения наноразмерного порошка кобальта (табл. 3).

Показатели массы внутренних органов (n=4), г

Таблица 3

Показатель

Группа

Контрольная

Опытная 1

Опытная 2

Опытная 3

Селезенка

0,603±0,010

0,961 ± 0,027***

0,795± 0,046***

0,761±0,089

Сердце

5,442±0,073

5,720± 0,081*

5,490±0,150

6,948± 0,120***

Почки

13,506±0,354

14,701±0,358*

14,821± 0,436*

15,312± 0,775*

Семенники

3,239±0,119

2,577± 0,256*

2,633± 0,205*

4,050± 0,354*

Легкие

12,126±0,163

11,982±1,065

12,337± 0,855

14,969±0,784*

Печень

79,560±1,360

92,040±1,893*

91,124±1,942*

88,773±1,356*

Визуальный осмотр показал, что внутренние органы животных не имели патологических отклонений.

Селезенка – орган, участвующий в кроветворении. Известна кроверазрушительная функция селезенки, поэтому ее называют «кладбищем эритроцитов». В селезенке происходит полное разрушение эритроцитов, эритрофагоцитоз и изменение свойств эритроцитов, т.е. превращение их в легкоразрушаемые сфероциты. Селезенка участвует в обменных процессах, оказывает влияние на костномозговое кроветворение, на все стадии эритропоэза, созревание и вымывание клеток из костного мозга.

Во всех опытных группах показатель массы селезенки был выше, чем в контроле. Самая большая масса этого органа была у животных 1-й опытной группы, получавших НРП кобальта ежедневно, а в опытной группе 3 самой меньшей из опытных групп. Таким образом, наблюдалась корреляционная взаимосвязь между показателем и кратностью введения препарата – масса селезенки уменьшалась с уменьшением кратности введения наноразмерного порошка кобальта.

Масса сердца кроликов опытной группы 3 была самой большой по сравнению с другими группами. Этой же закономерности подчинялись массометрические показатели почек, семенников и легких. По- видимому, это объясняется усилением обменных процессов, происходящих в организме кроликов при использовании НРП кобальта.

Масса печени кроликов в опытной группе 3 была значительно меньше по сравнению с другими группами. Нами установлена положительная корреляция между кратностью введения кобальта и изучаемым показателем. Самая большая масса печени была у животных опытной группы 1, она превышала показатель опытной группы 2 на 1,0 % и опытной группы 3 на 3,7 %. Это позволило нам предположить, что при частом введении НРП кобальта печень работала в напряженном режиме, при усилении обменных процессов, что и оказало влияние на увеличение массы органа.

Выводы. Таким образом, проведенные исследования по изучению влияния кратности введения НРП кобальта на организм кроликов позволили установить оптимальный режим введения. Это было однократное введение в течение 7 суток. Эту кратность мы рекомендуем использовать для улучшения процессов гемопоэза, профилактики повышения иммунного статуса и увеличения продуктивности животных при дозировке 0,02 мг на 1 кг живой массы.

Статья научная