CC BY
110
Воздействие наночастиц комплекса металлов на организм карпа
А.Е. Аринжанов, аспирант, Е.П. Мирошникова, д.б.н., профессор, Ю.В. Килякова, к.б.н., Оренбургский ГУ
Несмотря на интенсивное развитие исследований свойств наноматериалов в последнее десятилетие, наука располагает достаточно скудными сведениями по влиянию наночастиц металлов на физиологическое состояние рыб [1, 2].
Ранее нами было установлено, что нано-кристаллические частицы отдельных металлов обладают высокой биологической активностью и могут быть использованы как стимуляторы обменных процессов [3, 4].
В этой связи определённый интерес могут представлять исследования по оценке действия на организм рыбы комбинированных и модифицированных комплексов наночастиц широкого спектра действия, одним из которых является комбинация эссенциальных элементов, в частности железа и кобальта [5].
Методика исследований. Исследования выполнены в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) Оренбургского государственного университета.
Объектом исследований являлись карпы, возраст (0+), с навеской 10—15 г, выращенные в условиях ООО «Ирикларыба».
Использованные комбикорма являлись производными от РГМ-8В. После подготовительного периода группы были переведены на рационы:
I гр. — основной рацион (ОР) (РГМ — 8В);
II гр. — ОР + наночастицы Fe, Со (20 мг/кг корма); III гр. — ОР + наночастицы Fe, Со (30
мг/кг корма); IV гр. — ОР + наночастицы Fe, Со (40 мг/кг корма); V гр. — ОР + FeSO4 7^0 (30 мг/кг корма) + CoS04 7^0 (0,08 мг/кг корма).
Наночастицы комплекса железа и кобальта в соотношении 7 : 3 синтезировались методом высокотемпературной конденсации на установке Миген. Размер частиц 100±2 нм. Исследования проводили в условиях аквариумного стенда, состоящего из пяти аквариумов (объём аквариума 300 л), оборудованных системой фильтрации и насыщения воды кислородом при температуре воды 28±1 °С. Условия содержания и кормления рыб регламентировались рекомендациями М.А. Щербина и др. [6] и ГОСТом Р 52346-2005.
Для определения гематологических показателей проводили отбор крови рыб согласно методическим указаниям [7]. Показатели крови изучали в независимом аккредитованном испытательном центре «Всероссийский НИИ мясного скотоводства РАСХН» г. Оренбурга (аттестат аккредитации И.Ц. № РОСС RU 0001 21ПФ59).
Результаты исследований. В ходе исследований отклонений от нормы по внешним признакам обнаружено не было. Для всех рыб была свойственна характерная окраска. Чешуя блестящая, цельная, с перламутровым оттенком. Тело эластичное и плотное. Глаза блестящие, не запавшие в орбиту. Плавники цельные.
Различия в кормлении подопытной рыбы отразились на интенсивности её роста. Наилучшие показатели по динамике живой массы за весь период эксперимента были получены в группах, в рационе которых содержались наночастицы
металлов: во II, III и IV Живая масса рыб в этих группах к концу исследований увеличилась на 76,6%, 78,7% и 72,6% соответственно.
Исследование биохимических показателей крови карпа представлено в таблице 1.
Уменьшение содержания гемоглобина—основной симптом анемии. Количество гемоглобина в крови рыб напрямую зависит от температуры воды, концентрации в ней кислорода, содержания железа, фосфатов и ряда других факторов [8].
Показатель концентрации гемоглобина у обследованных рыб находился за границами физиологической нормы (78,1±4,5), характерной для сеголеток карпа, в течение первых десяти недель эксперимента, что может быть связано с условиями питания и общим физиологическим состоянием организма. Количество гемоглобина в начальный период исследования обеспечивало нормальное протекание процессов дыхания и метаболизма.
Нами было констатировано, что на пятой неделе эксперимента показатели гемоглобина в опытных группах были ниже, чем в контроле: во II гр. - на 19,1% (Р<0,01), в III - на 8,9% (Р<0,05), в IV - на 20% (Р<0,01) ив V - на 12,2% (Р<0,01).
Наибольшие показатели гемоглобина отмечены на 8-й неделе эксперимента. В III и IV гр. наблюдалось повышение уровня гемоглобина на 18,4% (Р<0,001) и 19,2% (Р<0,001) соответственно по отношению к контролю.
На десятой неделе уровень гемоглобина во всех группах незначительно уменьшился, а на двенадцатой неделе снижение продолжилось. Наилучшие показатели по сравнению с контролем были получены в группах, в рационе которых содержались наночастицы металлов: во II гр. - на 7,8% (Р<0,05), в III - на 24% (Р<0,01) и в IV -на 11,2% (Р<0,01). В V гр. на 12-й неделе было констатировано снижение уровня гемоглобина практически в три раза по сравнению с 10-й неделей, а по сравнению с контролем показатель был ниже на 49,8% (Р<0,001).
Высокие показатели гемоглобина на протяжении всего периода эксперимента говорят об интенсивных обменных и дыхательных процессах в организме сеголеток карпа.
Белки составляют основную часть сухого вещества плазмы крови. Они поддерживают нормальный объём крови и постоянное количество воды в тканях. Как крупномолекулярные коллоидные частицы, белки не могут проходить через стенки капилляров в тканевую жидкость [7, 8].
Количество белка у рыб зависит от возраста, времени года, физиологического состояния. Для сеголеток карпа физиологическая норма составляет 25—30 г/л.
Достоверные различия по концентрации белка наблюдалось на пятой и десятой неделях исследований. На пятой неделе эксперимента уровень белка был выше уровня контроля во II гр. — на 10% (Р<0,01), в III - на 10% (Р<0,01) и в V - на 6,9% (Р<0,05). На восьмой неделе содержание белка во всех опытных группах было на одном уровне. На десятой неделе количество белка имело оптимальные значения лишь в группах, в рацион которых вводили наночастицы металлов. Показатель общего белка в этих группах был выше, чем в контроле: во II гр. — на 38% (Р<0,001), в III — на 25% (Р<0,05) и в IV — на 27% (Р<0,001).
На двенадцатой неделе наилучшие значения белка по сравнению с контролем также были получены в группах, в рационе которых содержались наночастицы металлов. Во II гр. уровень белка был выше контроля на 13,6% (Р<0,01), а в III — на 68% (Р<0,001). В IV и V гр. зафиксировано снижение белка по сравнению с контрольной группой на 13,6% (Р<0,01) и на 9% (Р<0,05) соответственно. Количество белка ниже физиологической нормы отмечалось лишь на двенадцатой неделе эксперимента в контрольной группе, IV и V гр.
Высокое содержание белка свидетельствует о нормальном физиологическом состоянии подопытных рыб и хорошей усвояемости кормов.
1. Гематологические показатели карпа
Период Группа
I II III IV V
Гемоглобин, г/л
До начала эксперимента 99,4±0,75 99,3±0,95 98,5±1,31 98,8±1,16 99,4±1,07
5-я неделя 101,0±2,00 81,7±2,50** 92,0 ±2,00* 80,7 ± 2,10** 89,7±1,50**
8-я неделя 90,4±0,51 90,4±0,51 110,8±0,64*** 111,9±0,65*** 103,8±0,45
10-я неделя 90,3±2,50 87,0±2,00 94,0±1,50 95,0±1,00 101,7±1,50**
12-я неделя 71,7±1,50 77,3±2,50* 89,0±2,00** 79,7±1,50** 35,7±1,50***
Общий белок, г/л
До начала эксперимента 35,3±0,3 35,3±0,3 35,5±0,5 35,4±0,6 35,6±0,7
5-я неделя 27,0±0,4 30,0±0,8** 30,0±0,6** 26,0±0,7 29,0±0,6*
8-я неделя 35,7±0,6 35,3±0,6 35,3±0,6 35,3±0,6 35,3±0,6
10-я неделя 24,0±0,6 39,0 ±0,6*** 32,0 ±0,6*** 33,0 ±0,6*** 23,0±0,6
12-я неделя 22,0±0,6 25,0±0,6** 37,0±1,0*** 19,0±0,6** 20,0±0,6*
Примечание: * - Р<0,05; ** - Р<0,01; *** - Р<0,001. Сравниваемые пары групп: ]-П, Т-Ш, I—IV, Х-У
2. Морфологический состав крови карпа
Период Группа
I II III IV V
Лейкоциты, тыс/мкл
До начала эксперимента 23,8±0,7 24,1±0,6 23,6±1,2 23,6±1,4 24,8±0,8
5-я неделя 112,9±2,5 111,2±2,2 111,9±1,5 104,1±1,6* 124,9±1,7**
8-я неделя 94,5±1,4 105,5±1,0** 111,5±1,1*** 103,5±1,2** 119,9±1,7***
10-я неделя 110,0±1,7 80,3±1,8*** 113,9±1,5 98,6±1,3** 101,2±1,7**
12-я неделя 66,1±1,8 98,3±1,8*** 109,4±1,2*** 94,0±1,5*** 34,7±1,4***
Эритроциты, млн/мкл
До начала эксперимента 2,44±0,034 2,45±0,018 2,62±0,239 2,43±0,021 2,49±0,053
5-я неделя 1,32±0,105 0,65±0,045** 0,51±0,055** 0,46±0,055** 0,74±0,055**
8-я неделя 0,65±0,021 1,01±0,026*** 0,98±0,035*** 0,81±0,025** 0,87±0,035**
10-я неделя 1,25±0,035 1,16±0,046 1,19±0,035 0,97±0,051** 1,05±0,04**
12-я неделя 0,70±0,036 1,01±0,045** 1,05±0,035** 1,05±0,046** 0,18±0,031***
Примечание: * — Р<0,05; ** — Р< 0,01; *** — Р< 0,001. Сравниваемые пары групп: I—II, І—Ш, I—IV, 1-У
Морфологический состав крови карпа представлен в таблице 2.
Лейкоциты выполняют в организме в основном защитную функцию. Количество лейкоцитов в крови рыб, как правило, больше, чем у высших позвоночных, что связано с необходимостью усиления защитных резервов организма [8].
Количество белых клеток в крови сеголеток карпа до начала эксперимента было ниже физиологической нормы, которая составляет 37,5±5,2. Однако на пятой неделе эксперимента этот показатель имел максимальные значения во всех исследуемых группах и в I, II и III группах существенно не отличался (112,9—111,2 тыс/мкл), что свидетельствует о напряжении иммунитета, связанного с адаптацией к новым условиям нутриентной обеспеченности. В IV и V группах констатировали достоверные различия по сравнению с контрольной группой: в IV гр. наблюдалось снижение уровня лейкоцитов на 8,5% (Р<0,05), а в V — увеличение на 9,6% (Р<0,01).
На 8-й неделе отмечено увеличение уровня лейкоцитов во всех опытных группах по сравнению с рыбой из контрольной группы: во II гр. — на 10,4 (Р<0,01), в III - на 15,2% (Р<0,001), в
IV - на 8,7% (Р<0,01) и в V - на 21,2% (Р<0,001). Однако на 10-й неделе наблюдалось снижение количества лейкоцитов по сравнению с контролем: во II гр. — на 36,9% (Р<0,001), в IV — на 11,6% (Р<0,01) и в V - на 8,7% (Р<0,01).
На 12-й неделе произошло увеличение числа лейкоцитов по сравнению с контролем в группах, в рационе которых содержались наночастицы металлов: во II гр. - на 48,7% (Р<0,001), в III -на 65,5% (Р<0,001) и в IV - на 42,2% (Р<0,001). В V группе наблюдалось снижение уровня лейкоцитов практически в три раза по сравнению с 10-й неделей, а по сравнению с контролем показатель был ниже на 47,5% (Р<0,001).
Высокий показатель уровня лейкоцитов объясняется интенсивным питанием при данной температуре воды (28±1°С), а также усилением защитных реакций организма.
Включение в рацион карпа микроэлементов железа и кобальта в форме наночастиц и солей оказало неоднозначное влияние на красную кровь сеголеток. Нами были получены следующие данные: до начала исследований количество эритроцитов в крови подопытных карпов существенно не отличалось и находилось в диапазоне 2,43—2,62 млн/мкл (физиологическая норма 1,35±0,4). Вместе с тем количество эритроцитов на 5-й неделе эксперимента в опытных группах было значительно ниже по сравнению с контролем, так, во II гр. — на 103% (Р<0,01), в
III - на 158% (Р<0,01), в IV - на 186% (Р<0,01) и в V - на 78% (Р<0,01).
В последующий период исследований число красных кровяных клеток на 8-й и 10-й неделях эксперимента постепенно увеличивалось. Количество эритроцитов на 8-й неделе эксперимента в опытных группах уже превышало показатели в контрольной группе: во II гр. — на 35,6% (Р<0,001), в III - на 33,7% (Р<0,001), в IV - на 19,7% (Р<0,01) и в V - на 25,3% (Р<0,01). На 12-й неделе было установлено увеличение числа эритроцитов в группах, в рационе которых содержались наночастицы металлов: во II гр. - на 44% (Р<0,01), в III - на 50% (Р<0,01) и в IV -на 50% (Р<0,01). В V гр. наблюдалось снижение уровня эритроцитов практически в четыре раза по сравнению с 10-й неделей, а по сравнению с контрольной группой показатель был ниже на 74% (Р<0,001). В литературе [7, 8] отмечают, что падение концентрации гемоглобина и содержания эритроцитов, как правило, протекает параллельно, что мы и констатировали в V гр.
Стоит отметить, что к концу эксперимента в
V гр. наблюдалось резкое снижение гематологических показателей крови рыб. Это говорит о том, что при продолжительном действии солей железа и кобальта происходит истощение гемо-поэтической функции красного костного мозга, угнетение их физиологического состояния.
Выводы. Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о положительном влиянии
наночастиц металлов на биохимические и морфологические показатели крови и на организм рыб в целом. Наноразмерные частицы металлов способствовали мобилизации защитных резервов организма, активному росту и обмену веществ. Полученные данные говорят о том, что при использовании наночастиц металлов железа и кобальта в кормах для рыб предпочтительней применять наночастицы в концентрации 20 и 30 мг/кг корма.
Литература
1. Коваленко Л.В. Биологически активные нанопорошки железа. М.: Наука, 2006. 124 с.
2. Распопов Р.В. Биодоступность и биокинетические характеристики некоторых приоритетных наноматериалов в
эксперименте: автореф. дисс. ... канд. биол. наук. М., 2011. 26 с.
3. Мирошникова Е.П. Обмен химических элементов в организме карпа при использовании наночастиц кобальта и железа в корме // Вестник Оренбургского государственного университета. 2012. № 6. С. 170-175.
4. Аринжанов А.Е. Использование экструдированных кормов с добавлением наночастиц металлов в кормлении рыб // Вестник Оренбургского государственного университета. 2012. № 10. С. 143-147.
5. Глущенко Н.Н. Изучение безопасности введения наночастиц меди с различными физико-химическими характеристиками в организм животных // Вестник Оренбургского государственного университета. 2009. № 2. С. 124—128.
6. Щербина М .А. Кормление рыб в пресноводной аквакультуре. М.: Изд-во ВНИРО, 2006. 360 с.
7. Сборник инструкций по борьбе с болезнями рыб. Ч. 2. М.: Отдел маркетинга АМБ-агро, 1999. 234 с.
8. Иванов А.А. Физиология рыб. СПб: Лань, 2011. 288 с.
