Влияние различных форм кальция в рационе на микро- и макроэлементный состав органов и тканей крыс
Автор: Сизова Е.А., Холодилина Т.Н., Нечитайло К.С., Рязанцева К.В., Шошин Д.Е., Яушева Е.В., Лебедев С.В.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Минеральный обмен
Статья в выпуске: 4 т.60, 2025 года.
Бесплатный доступ
Проблемы кальциевой обеспеченности организма имеют несколько этиологий. Во-первых, кальций в рационе должен обладать высокой биологической доступностью, вследствие чего необходим подбор форм кальцийсодержащих веществ, отвечающих такому критерию. Во-вторых, производители кормов склонны к перенасыщению рационов кальцием или он добавляется для улучшения физических свойств во время обработки некоторых видов отходов зерноперерабатывающей промышленности, например соевого шрота, однако такие включения часто не учитываются. Несмотря на широко представленную научную проработку вопроса, поиск наиболее доступной формы кальция для организма животных по-прежнему актуален. В настоящей работе впервые установлен элементный профиль органов-мишеней у крыс линии Wistar при избытке различных форм кальция. Выявлены метаболические взаимоотношения макро- и микроэлементов, в том числе кальций-сопряженных, в зависимости от органа и формы вводимых веществ. Цель работы заключалась в изучение концентрации макро-, микро- и токсичных элементов в печени, почках, бедренной кости и сыворотке крови крыс линии Wistar при дополнительном использовании в рационе различных источников кальция: хлорида, цитрата и карбоната. Работа была выполнена в условиях вивария ФНЦ биологических систем и агротехнологий РАН (г. Оренбург) в 2024 году на самцах крыс линии Wistar в возрасте 6 мес. Длительность учетного периода эксперимента составила 21 сут. После подготовительного периода (10 сут) 20 крыс случайным образом разделили на четыре группы ( n = 5): контрольную и три опытных. Животные опытных групп дополнительно к основному рациону получали 45 % кальция от его суточной потребности в форме CaCl2 (I группа), Ca3(C6H5O7)2 (II группа) и CaCO3 (III группа). Количество корма, согласно суточной потребности, составило 30 г/особь. Исходным веществом для приготовления различных форм кальция служила известняковая мука (CaCO3) (ООО «Аккерман Цемент», Россия). Для получения CaCl2 использовали методику перевода ионов Ca2+ в раствор реакцией с соляной кислотой. Цитратную форму Ca3(C6H5O7)2 получали в реакции известняковой муки с раствором одноводной лимонной кислоты (концентрация меньше 10 %). Биоматериал (кровь, печень, почки, бедренная кость) получали после декапитации крыс под ингаляционным наркозом через 21 сут после начала эксперимента. Элементный анализ субстратов проводили методом масс-спектрометрии на одноквадрупольном масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой Agilent 7900 ICP-MS («Agilent», США). Термоокислительную деструкцию органической матрицы осуществляли в микроволновой системе пробоподготовки TOPEX+ («PREEKEM», Китай). Содержание Cr, Fe, Zn и As определяли в гелиевом режиме с использованием коллизионной ячейки. Концентрацию Ca, P, Mg и Fe в сыворотке крови измеряли с использованием автоматического биохимического анализатора CS-Т240 («DIRUI Industrial Co., Ltd.», Китай). Исследуя элементный профиль органов и тканей крыс при добавлении в рацион различных форм кальция, мы обнаружили, что при применении хлорида и карбоната токсичные и условно токсичные элементы (Pb, Ba, Al) аккумулировались в образцах в большей степени, а при использовании в рационе цитратной формы - в меньшей степени (Bi). Из профилей исключались токсичные и условно токсичные элементы на фоне применения Ca3(C6H5O7)2 (пять элементов - V, Al, Ba, Sr, Sn), CaCl2 (четыре элемента - Cd, Al, Ba, Sn), CaCO3 (один элемент - Sn). В свою очередь, формы кальцийсодержащих веществ не влияли на концентрацию кальцийзависимых элементов. В эксперименте не установлено критического снижения их количества. Выявлена тенденция к снижению содержания железа и никеля в бедренной кости при накоплении селена и бария в печени, никеля и хрома - в почках во всех группах. Кальций накапливался только в печени при введении CaCl2. Наблюдалась тенденция к снижению содержания в сыворотке крови меди, железа, цинка, магния, марганца при использовании всех форм кальция. Полученные результаты позволили оценить метаболизм кальция, его синергистов и антагонистов при действии изучаемого фактора, что на практике поможет оптимально нормировать рационы и обеспечить приоритетность той или иной форме кальция, особенно при риске его гипердозировок.
Формы кальция, микроэлементы, макроэлементы, печень, почки, бедренная кость, сыворотка крови
Короткий адрес: https://sciup.org/142246208
IDR: 142246208 | УДК: 636.085 | DOI: 10.15389/agrobiology.2025.4.722rus
Influence of various forms of calcium in the diet on the micro- and macroelement profiles of organs and tissues in rats
The problems of the body’'s calcium supply have several etiologies. Firstly, calcium in the diet should have a high biological availability which requires the selection of forms of calcium-containing substances that meet this criterion. Secondly, feed producers tend to over-saturate diets with calcium or it is added to improve physical properties during the processing of certain types of waste from the grain processing industry, e.g., soybean meal, but such inclusions are often ignored. Despite the widespread scientific study of the issue, the search for the most accessible form of calcium for the animal body is still relevant. In this work, the elemental profile of target organs in Wistar rats with an excess of various forms of calcium was established for the first time. The metabolic relationships of macro- and microelements, including calcium-conjugated ones, have been revealed, depending on the organ and the form of the injected substances. The aim of the work was studing the concentration of macro-, micro- and toxic elements in the liver, kidneys, femur and blood serum of Wistar rats with the additional use of various sources of calcium in the diet: chloride, citrate and carbonate. The work was performed in the vivarium of the Federal Research Center for Biological Systems and Agrotechnologies RAS (Orenburg) in 2024 on male Wistar rats aged 6 months. The duration of the experimental reference period was 21 days. After the preparatory period (10 days), 20 rats were randomly divided into four groups ( n = 5): a control group and three experimental groups. In addition to the basic diet, 45% of the daily calcium requirement was administered to the animals of the experimental groups in the form of CaCl2 for group I, Ca3(C6H5O7)2 for group II, and CaCO3 for group III. The amount of feed consumed, according to the daily requirement for this type of animal, was 30 g/individual. The starting material for the preparation of various forms of calcium was limestone flour (CaCO3) (Akkerman Cement LLC, Russia). For the synthesis of CaCl2, the method of transferring Ca2+ ions into solution by reaction with hydrochloric acid was used. The citrate form of Ca3(C6H5O7)2 was obtained by reacting a solution of citric acid in one water (concentration less than 10 %) with limestone flour. Biomaterial (blood, liver, kidneys, femur) for the study was obtained after decapitation of rats under inhalation anesthesia 21 days after the start of the experiment. The elemental analysis of the substrates was performed by mass spectrometry on a single quadrupole mass spectrometer with inductively coupled plasma Agilent 7900 ICP-MS (Agilent, USA). Thermo-oxidative degradation of the organic matrix was carried out in a microwave TOPEX+ sample preparation system (PREEKEM, China). The content of Cr, Fe, Zn, and As was analyzed in the helium regime using a collision cell. The concentration of certain elements (Ca, P, Mg, Fe) in blood serum was determined using an automatic biochemical analyzer CS-T240 (DIRUI Industrial Co., Ltd., China). Analyzing the elemental profile of rat organs and tissues when various forms of calcium were added to the diet, we found that they accumulated toxic and conditionally toxic elements (Pb, Ba, Al) to a greater extent with dietary Ca chloride and carbonate, and to a lesser extent (Bi) when using the citrate form in the diet. The body lost toxic and conditionally toxic elements upon the use of Ca3(C6H5O7)2 (five elements, V, Al, Ba, Sr, Sn), CaCl2 (four elements, Cd, Al, Ba, Sn), CaCO3 (one element, Sn). In turn, the forms of calcium-containing substances did not affect the concentration of calcium-dependent elements. The experiment did not establish a critical decrease in their number. A tendency to a decrease in the content of iron and nickel in the femur was revealed with the accumulation of selenium and barium in the liver, and nickel and chromium in the kidneys in all groups. Calcium accumulated only in the liver after administration of CaCl2. There was a tendency to decrease the content of copper, iron, zinc, magnesium, and manganese in the blood serum when using all forms of calcium. The results obtained made it possible to evaluate the metabolism of calcium, its synergists and antagonists under the influence of the studied factor, which in practice can ensure the optimization of dietary rationing and the prioritization of a particular form of calcium, especially at the risk of its overdose.
