Научная статья на тему 'Изменения показателей крови лабораторных животных при введении наночастиц серебра'

Изменения показателей крови лабораторных животных при введении наночастиц серебра Текст научной статьи по специальности «Животноводство и молочное дело»

CC BY
451
113
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПЛАЗМА КРОВИ / СУПЕРНАТАНТ ПОЧЕК И ПЕЧЕНИ / АМИНОТРАНСФЕРАЗЫ / НАНОЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА / КРЫСЫ / BLOOD PLASMA / SUPERNATANT OF LIVER AND KIDNEYS / AMINOTRANSFERASE / SILVER NANOPARTICLES / RATS

Аннотация научной статьи по животноводству и молочному делу, автор научной работы — Шамсутдинова Ирина Рафкатовна, Дерхо Марина Аркадьевна

Изучено влияние водной дисперсии наночастиц серебра в суточной дозе 4,25; 6,61 и 12,81 мг/кг при пероральном введении на изменчивость аминотрансфераз в плазме крови, клетках печени и почек лабораторных крыс. Установлено, что изменения активности аминотрансфераз дозозависимо. Наносеребро более существенно влияет на активность АсАТ, чем АлАТ, что подтверждает его способность регулировать обмен энергии в организме животных. Сдвиги в активности ферментов наиболее выражены в супернатанте печени, чем почек, что связано с большим участием органа в элиминации металла.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CHANGES IN BLOOD INDICES OF LABORATORY ANIMALS ADMINISTERED SILVER NANOPARTICLES PER OS

The effect of aqueous dispersion of silver nanoparticles administered per os in the daily doses of 4.25; 6.61 and 12.81 mg/kg on the aminotransferase variability in the blood plasma, liver cells and kidneys of laboratory rats has been studied. It is found that the aminotransferase activity varies with the doses having been administered. The silver nanoparticles influence more essentially on the AST activity than on that of ALT, this being confirmed by its ability to regulate the energy metabolism in the animals’ body. The shifts in enzyme activity are more expressed in the liver supernatant than in that of kidneys, this being associated with the high involvement of liver in metal elimination.

Текст научной работы на тему «Изменения показателей крови лабораторных животных при введении наночастиц серебра»

Изменения показателей крови лабораторных животных при введении наночастиц серебра

И.Р. Шамсутдинова, аспирантка, М.А. Дерхо, д.б.н., профессор, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ

Наночастицы имеют маленький размер и большую величину межфазной поверхности, что обусловливает наличие у них свойств, отличных от их аналогов в макродисперсной форме [1]. Поэтому необходимым аспектом использования наночастиц в биологии, биотехнологии и ветеринарной медицине является оценка их безопасности для здоровья организма животных.

В последнее время значительно повысился интерес к наночастицам серебра, обладающим ярко выраженной антимикробной активностью даже по отношению к антибиотикорезистентным патогенным микроорганизмам [2]. При этом влияние наносеребра на физиологический статус организма животных до сих пор остаётся малоизученным.

Механизм действия наночастиц на живые организмы, лежащий в основе их биологических и патологических эффектов, можно раскрыть, изучая их токсичность. При оценке риска для здоровья животных необходимо учитывать не только биокинетические параметры наночастиц, но и их влияние на активность и направленность метаболических процессов [3, 11], так как объекты нанометровых диапазонов приближаются к размеру, которые клетки организма воспринимают как молекулярные сигналы.

Одними из первичных мишеней токсического действия ксенобиотиков в организме животных являются белки [4, 5], так как они выполняют свои биологические функции, участвуя в метаболизме клеток, транспорте и синтезе энергии, переносе низкомолекулярных веществ, иммунной реактивности организма и т.д. [6, 7]. В настоящее время имеются немногочисленные исследования о влиянии наночастиц на обмен белков в организме животных. При этом о его состоянии судят в основном по динамике некоторых биохимических параметров в крови [8]. Практически отсутствуют данные об изменениях каталитических белков в клетках внутренних органов организма.

В связи с этим целью нашей работы явилось изучение влияния водной дисперсии наночастиц серебра на изменчивость аминотрансфераз в плазме крови, клетках печени и почек лабораторных крыс.

Материал и методы исследования. Экспериментальная часть работы выполнена на базе вивария и кафедры органической, биологической и физколлоидной химии ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет» в 2015 г. Объектом исследования являлись самцы крыс линии Вистар с массой тела 240–270 г, которых

содержали в стандартных условиях вивария при естественном освещении. Для проведения эксперимента было сформировано четыре группы (n= 14): I – контрольная, животные которой содержались на стандартном пищевом и водном рационе, II, III и IV – опытные. Животным опытных групп в течение 30 сут. добавляли в питьевую воду водную дисперсию наночастиц серебра в суточной дозе соответственно 4,25; 6,61 и 12,81 мг на 1 кг живой массы.

Материал исследований (кровь, печень, почки) получали после декапитации крыс, которую проводили под наркозом эфира с хлороформом с соблюдением принципов гуманности, изложенных в директивах Европейского сообщества (86/609/ ЕЕС) и Хельсинкской декларации. Печень и почки перфузировали охлаждённым физраствором, гомогенизировали в среде выделения, содержащей 0,005н Tris, 0,1н KQ в соотношении 1:100 для печени и 1:50 для почек. Полученный гомогенат центрифугировали. В супернатанте и плазме крови определяли активность аспартатаминотрансфера-зы (АсАТ), аланинаминотрансферазы (АлАТ) при помощи стандартных наборов реактивов «Клини-тест». В печени и почках активность ферментов рассчитывали на 1 г ткани.

Статистическую обработку данных проводили методом вариационной статистики на ПК с помощью табличного процессора «Microsoft Excеl-2003» и пакета прикладной программы «Биометрия».

Результаты исследования. Под влиянием водной дисперсии наночастиц серебра, введённой животным перорально, у особей I и II опытных гр. происходило снижение активности АсАТ как по сравнению с контролем, так и величиной до опыта на 10,2–11,8% (Р< 0,001) на фоне незначительных колебаний АлАТ, что обусловливало снижение значения коэффициента де Ритиса (табл. 1). Исходя из того что фермент АсАТ является маркером активности митохондрий в клетках организма [4, 5], можно утверждать: наночастицы серебра в суточной дозе 4,25 и 6,61 мг/кг снижали скорость использования свободных аминокислот в синтезе энергии посредством цикла Кребса. В то же время у крыс III гр., наоборот, уровень АсАТ и АлАТ достоверно увеличивался на 26,0–29,5% (Р< 0,001) на фоне сохранения их соотношения, оцениваемого по величине коэффициента де Ритиса (табл. 1). Полученные данные, с одной стороны, свидетельствовали об изменении степени вовлечения аминокислотных остатков в биохимические процессы организма животных за счёт реакций переаминирования, а с другой – об изменении проницаемости клеточных мембран внутренних органов.

Следовательно, активность ферментов в крови зависела от количества наносеребра, поступившего в организм животных. Аналогичные данные были получены при изучении влияния наночастиц серебра на физиологический статус животных [8, 9].

Для выяснения различий в сдвигах активности аминотрансфераз в крови крыс опытных групп мы изучили динамику ферментов в супернатантах почек и печени, являющихся основными органами детоксикации в животном организме.

Установлено, что относительная масса почек в организме крыс опытных групп недостоверно снижалась на 2,7—8,3% по сравнению с контролем и величиной до опыта (табл. 1). Уменьшение массы органа сопровождалось дозозависимым снижением активности АсАТ в супернатанте почек крыс I гр. на 12,6% (Р<0,001), II — на 25,2% (Р<0,001) и III — на 42,4% (Р< 0,001) по сравнению с контролем. Уровень АлАТ в клетках почек животных I и II гр. тоже падал на 7,7—9,5% (Р<0,001), а III, наоборот — увеличивался на 19,0% (Р< 0,001) по сравнению с фоном. При этом величина соотношения аминотрансфераз в виде коэффициента де Ритиса уменьшалась и зависела от количества

наночастиц серебра, вводимых перорально в организм животных.

В целом, оценивая характер изменений каталитической активности АсАТ и АлАТ в супернатанте почек, характеризующих активность процессов переамирования аминокислот в её клетках, можно констатировать, что поступление водной дисперсии наночастиц серебра влияло на степень использования белковых субстратов органом в синтезе энергии. Данный вывод согласуется с данной точкой зрения Л.А. Кульского [10], отмечавшего, что серебро влияет на интенсивность энергетического обмена путём воздействия на процессы окислительного фосфорилирования в митохондриях. Возможно, наносеребро повышало степень использования аминокислот в анаболизме других белков (защитных) [10], что ограничивало активность процессов глюконеогенеза.

Хотелось бы отметить, что наночастицы серебра в суточной дозе 12,68 мг/кг оказывали мембранотоксичное действие на плазматические мембраны клеток почек, о чём свидетельствовало увеличение активности АлАТ в супернатанте органа.

Относительная масса печени в организме крыс I и II гр. достоверно не изменялась в ходе экс-

1. Изменения аминотрансфераз в крови и супернатанте почек (n=7; X±Sx)

Показатель Время Опытные группы

исследований контрольная I опытная II опытная III опытная

Плазма крови

до опыта 2,90±0,02 2,84±0,03 2,83±0,02 2,81±0,03

АсАТ, мкмоль/ч • мл ч/з 30 сут. 2,88±0,017 2,55±0,039*** 2,54±0,027*** 3,64±0,085***

АлАТ, мкмоль/ч • мл до опыта 4,12±0,03 4,03±0,04 4,04±0,04 3,99±0,05

ч/з 30 сут. 4,00±0,088 3,77±0,069 3,86±0,09 5,04±0,084***

Коэф. де Ритиса, до опыта 0,70±0,008 0,70±0,009 0,70±0,006 0,71±0,011

усл. ед. ч/з 30 сут. 0,74±0,015 0,68±0,012* 0,67±0,014* 0,72±0,025

В супернатанте почек, на 1 г ткани

Относительная до опыта 0,36±0,010 0,35±0,010 0,36±0,005 0,36±0,012

масса почек, % ч/з 30 сут. 0,36±0,009 0,33±0,049 0,35±0,004 0,33±0,018

АсАТ, мкмоль/ч • мл до опыта 35,51±0,20 36,61±0,38 36,40±0,34 35,72±0,61

ч/з 30 сут. 36,94±0,17 32,28±0,42*** 27,62±0,28*** 21,27±0,62***

АлАТ, мкмоль/ч • мл до опыта 86,46±0,40 88,87±0,99 87,49±0,61 86,43±0,49

ч/з 30 сут. 83,61±0,39 75,61±0,15*** 77,20±0,45*** 99,53±1,93***

Коэф. де Ритиса, до опыта 0,41±0,0019 0,42±0,008 0,42±0,004 0,41±0,008

усл. ед. ч/з 30 сут. 0,44±0,004 0,43±0,006 0,36±0,005*** 0,21±0,007***

Примечание: * — Р<0,05; *** — Р< 0,001 по отношению к величине «контроль»

2. Изменения аминотрансфераз в супернатанте печени, (n = 7; X±Sx)

Показатель Время Группа

исследований контрольная I опытная II опытная III опытная

Относительная до опыта 3,09±0,071 3,07±0,079 3,09±0,10 3,06±0,09

масса печени, % ч/з 30 сут. 3,05±0,062 3,14±0,077 3,03±0,11 2,64±0,15*

АсАТ, мкмоль/ч • мл до опыта 14,22±0,27 14,67±0,14 13,96±0,23 14,12±0,30

ч/з 30 сут. 14,65±0,24 10,25±0,40*** 10,36±0,17*** 6,74±0,11***

до опыта 36,23±0,69 35,69±1,04 34,93±0,61 36,16±0,57

АлАТ, мкмоль/ч • мл ч/з 30 сут. 36,40±0,64 33,85±0,69 32,76±0,56* 25,91±0,32***

Коэф. де Ритиса, до опыта 0,39±0,003 0,41±0,015 0,40±0,008 0,39±0,011

усл. ед. ч/з 30 сут. 0,40±0,005 0,30±0,011*** 0,33±0,01*** 0,26±0,007***

Примечание: * — P<0,05; *** — P< 0,001 по отношению к величине «контроль»

перимента, а III снижалась на 13,4% (Р<0,05) по сравнению с контролем и величиной до опыта. В супернатанте печени, как и супернатанте почек, были отмечены дозозависимые сдвиги в каталитической активности АсАТ и АлАТ, которые сопровождались снижением величины коэффициента де Ритиса (табл. 2). При этом уровень ферментативных сдвигов был более выражен в супернатанте печени, чем почек. Возможно, это являлось следствием того, что печень является основным органом, участвующим в выведении наночастиц серебра из организма животных [1].

Таким образом, результаты наших исследований позволили сделать следующие выводы. Во-первых, пероральное поступление водной дисперсии наночастиц серебра в организм крыс более существенно влияет на уровень активности АсАТ в плазме крови, супернатанте печени и почек крыс, чем АлАТ, что подтверждает его участие в функционировании митохондрий и обмене энергии. Во-вторых, ферментативные сдвиги более значительно выражены в супернатанте печени, чем почек, что связано с большим участием органа в элиминациии металла. В-третьих, изменения активности аминотрансфераз в крови, супернатанте печени и почек дозозависимы. В-четвёртых, поступление водной дисперсии наночастиц серебра в суточной дозе 12,81 мг/кг оказывало мембранотоксичное действие на клетки почек.

Литература

1. Распопов Р.В. Биодоступностъ и биокинетические характеристики некоторых приоритетных наноматериалов в эксперименте: автореф. дисс. ... канд. биол. наук. М.: НИИ питания РАМП, 2011. 24 с.

2. Егорова Е.М., Ревина АА., Румянцев Б.В. Получение и антимикробные свойства водных дисперсий наночастиц серебра // Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем: сб. научн. трудов VI Всерос. конф. М., 2003. С. 149—152.

3. К вопросу о токсичности наночастиц серебра при пероральном введении коллоидного раствора / Е.Н. Петрицкая, Л .Ф. Абаева, ДА. Рогаткин [идр.] //Альманах клинической медицины. 2011. № 25. С. 9—12.

4. Адаптационные изменения активности ферментов в организме мышей при оксидативном стрессе / ЕА. Ткаченко, МА Дерхо, О А. Романкевич [идр.] // Вестник ветеринарии. 2013. Вып. 65. С. 65-69.

5. Характеристика печёночной ферментемии в условиях кадмиевой интоксикации / Е А Ткаченко, МА Дерхо, О.С. Романкевич [идр.] //Вестник НГАУ. 2014.Т. 1. № 30. С. 96-99.

6. Елисеенкова М. В., Дерхо М А. Особенности метаболического гомеостаза грызунов, обитающих в условиях природной биохимической провинции // Аграрный вестник Урала. 2010. № 6. С. 55-58.

7. СередаТ.И., Дерхо М.А., Разумовская Л.М. Характеристика белковых фракций сыворотки крови кур кросса Л оман-белый и их связь с яичной продуктивностью // Ветеринарный врач. 2009. № 6. С. 67-69.

8. Прискока А.О. Влияние наночастиц серебра на биохимические показатели сыворотки крови мышей // Медицина и образование в Сибири. 2014. № 5. [Электронный ресурс]. URL: www.ngmu.ru (дата обращения 29.06.2015).

9. Тарабанова Е.В. Физиологический статус сельскохозяйственной птицы в раннем онтогенезе при выращивании с использованием серебряного нанокомпозита: автореф. дисс. ... канд. биол. наук. Новосибирск: НГАУ, 2013. 23 с.

10. Кульский Л.А. Серебряная вода. Киев: НауковаДумка, 1987. 152 с.

11. Carbon nanotubes as nanomedicines: from toxicology to pharmacology / L. Lacerda, A. Bianco, M. Plato [et. al.] // Ach. Drug Deliv Rev. 2006. № 58. P. 1460-1470.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.