CC BY
63
Антиоксидантный и стресспротекторный эффекты аскорбата лития в биомедицинских моделях у свиней
Остренко К.С.
ВНИИФБиП животных - филиал ФГБНУ «Федеральный научный центр животноводства -ВИЖ им. Академика Л.К. Эрнста», Боровск, Калужской обл.
Резюме. Во многих развитых странах свиньи уже давно привлекают внимание в качестве биологической модели. В мировой практике используют специально выведенные породы свиней и мини-свиней (в США - хормельские, хенфордские и т. д.). Широко применяются в экспериментах и аборигенные породы свиней - в США - юкатанские и американо-эссекские. В Европе самая крупная ферма мини-свиней находится в Германии, где разводится геттингенская порода. Свиньи эмоционально неустойчивые животные, с низкой резистентностью к стрессовым воздействиям. В связи с этим в качестве биомедицинской модели исследования на свиньях позволяют проверить длительное применение препаратов и их последействие. Цель работы - апробация неинвазивного антистрессового препарата аскорбата лития для снижения негативного воздействия спонтанных стрессфакторов, возникающих у свиней. Эксперимент проведён на 5 группах свиней породы ирландский ландрас (4 - опытные и 1 - контрольная) по 10 животных в каждой, в период с 2- до 7-месячного возраста. Животные 1-, 2, 3- и 4-й опытных групп ежедневно в течение всего периода откорма получали с кормом аскорбат лития в виде порошка в дозе 10, 5, 2 и 0,5 мг/кг живой массы, соответственно. Перед постановкой животных в опыт и в 6-месячном возрасте отбирали пробы крови. В плазме крови были определены адреналин, норадреналин, кортизол и прогестерон, малоновый диальдегид, тиол-дисульфидное соотношение, активность супероксиддисмутазы. На основании проведённых исследований можно сделать заключение о том, что в результате воздействия стрессоров, возникающих в процессе стандартного производственного цикла выращивания поросят, происходит усиление активности системы биологических активных центров свиней, вследствие чего повышается уровень общей реактивности организма. Экспериментальные данные по комплексу эндокринологических и биохимических параметров свидетельствуют о том, что аскорбат лития у свиней на откорме положительно влияет на антиоксидантный статус. Выявленные эффекты аскорбата лития свидетельствуют о перспективности разработки новых эффективных способов повышения стресс-устойчивости, неспецифической резистентности..
Ключевые слова: свиньи; антистрессовые препараты; аскорбат лития; катехоламины; кортизол; антиоксидантный статус
Для цитирования:
Остренко К.С. Антиоксидантный и стресспротекторный эффекты аскорбата лития в биомедицинских моделях у свиней // Фармакокинетика и фармакодинамика. - 2019. - № 2. - С. 32-35. DOI: 10.24411/2587-7836-2019-10044.
Antioxidant and anti-stress effect of ascorbate lithium has swine in biomedical model
Ostrenko KS
All-Russian Research Institute of Physiology, Biochemistry and Nutrition of animals - branch of Federal state budgetary scientific institution «Federal Research Center Livestock - AUIAB Academician LK Ernst», Borovsk, Kaluga region
Resume. Pigs in many developed countries have long attracted attention as a biological model. In world practice using specially derived for diurnal breeds of pigs and mini-pigs (khorolskii, herfordshire, etc.). Widely used in experiments and native breeds of pigs - in the United States - Yuka-Tang and American-Essex. In Europe, the largest mini-pig farm is located in Germany. where the gottingen breed is bred. Pigs are emotionally unstable animals with low resistance to stress. In this regard, as a biomedical model of research on pigs allows to check the long-term use of drugs and their aftereffect. The aim of the work is to test a non -invasive anti-stress drug lithium ascorbate to reduce the negative impact of spontaneous stress factors arising in pigs. The experiment was conducted on 5 groups of Irish Landrace pigs (4 experimental and 1 control) with 10 heads each in the period from 2 months to 7 months of age. Animals of 1,2, 3 and 4 experimental groups were daily fed lithium ascorbate in the form of powder at a dose of 10, 5, 2 and 0.5 mg/kg of live weight, respectively, throughout the fattening period. Before placing the animals in experience and 6 months of age, samples were taken of blood. Adrenaline, norepinephrine, cortisol and progesterone, Malon dialdehyde, thiol-disulfide ratio, superoxide dismutase activity were determined in the blood plasma. On the basis of the conducted researches it is possible to make the conclusion that as a result of influence of stressors arising in the course of a standard production cycle of cultivation of pigs there is a strengthening of activity of system of biological active centers of pigs owing to what the level of the General reactivity of an organism raises. Experimental data on the complex of endocrinological and biochemical parameters indicate that lithium ascorbate in fattening pigs has a positive effect on antioxidant status. The revealed effects of lithium ascorbate indicate the prospects for the development of new effective ways to increase stress resistance, nonspecific resistance.
Keywords: pigs; anti-stress preparations; lithium ascorbate; catecholamines; cortisol; antioxidant status
For citations:
Ostrenko KS. Antioxidant and anti-stress effect of ascorbate lithium has swine in biomedical models. Farmakokinetika i farmakodinamika. 2019;2:32-35. (In Russ). DOI: 10.24411/2588-0519-2019-10044.
Во многих странах мира все шире используют для медико-биотехнологических исследовательских работ свиней. В мировой практике используют специально выведенные породы свиней и мини-свиней (в США — хормельские, хенфордские и т. д.) [1—2]. В США широко применяются в экспериментах и аборигенные породы свиней — юкатанские и американо-эссекские. В Европе самая крупная ферма мини-свиней находится в Германии, где разводится геттингенская порода.
Свиньи эмоционально неустойчивые животные, с низкой резистентностью к стрессовым воздействиям. В связи с этим в качестве биомедицинской модели исследования на свиньях позволяют проверить длительное применение препаратов и их последействие [3]. Стрессовое воздействие приводит к снижению интенсивности адаптивных реакций на все внешние раздражители. В результате этого ухудшается физиологическое состояние животных, нарушаются обменные процессы и ослабевают естественные защитные силы. Прежде всего, это обусловлено развитием хронического стресса и его вредных последствий, которые становятся основными факторами снижения продуктивности [4]. Одним из ведущих адаптивных эффектов ответной реакции организма на стресс-факторы любой этиологии является предотвращение избыточной активации процессов перекисного окисления липидов [5]. В результате чего возникают многочисленные нарушения работы тканей и органов, приводящих к дестабилизации гомеостаза и возникновению ряда хронических заболеваний. Главную роль в успешном функционировании всех систем иммунобиологического статуса играют биооксиданты и микроэлементы [6—9]. Потенцированное действие лития и аскорбиновой кислоты позволяет рассматривать его как один из путей регуляции активности процессов перекисного окисления [10].
Материалы и методы
Исследования были проведены в АО «Родина» Малоярославецкого района Калужской области. Исследования проводились на 5 группах свиней (породы Ирландский ландрас) по 10 голов в каждой. Опытные и контрольные группы были сформированы из поросят
2-месячного возраста по принципу парных аналогов. Рацион и технологический процесс не отличался от основной технологии откорма свиней. Аскорбат лития вводился с кормом. Первая группа получала аскорбат лития в дозе 10 мг/кг; 2-я группа — 5 мг/кг; 3-я группа — 2 мг/кг; 4-я группа — 0,5 мг/кг. Контрольная группа поросят находилась на основном рационе без добавления субстанции. В 2-месячном и в 6-месячном возрасте проводили забор крови в вакуумные пробирки с добавлением 10 % раствора трилона Б. В плазме крови были определены концентрации малонового диальдегида (в нмоль/мл), восстановленного глутатиона (в мкмоль/мл), окисленного глутатиона (в мкмоль/мл), тиол-дисульфидное соотношение, активность суперок-
сиддисмутазы (в Ед), активность глутатионперокси-дазы (в Ед); адреналина (в нмоль/мл); норадреналина (в нмоль/мл), кортизола (в нмоль/мл).
Биометрическую обработку полученного материала проводили с помощью программного обеспечения Statistica 8. Достоверной считали разницу между группами при р < 0,05. Работа проводилась в рамках диссертационного исследования.
Результаты и обсуждения
Известно, что стресс сопровождается напряжённой работой гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системой в эндокринных, нейромедиаторных и нейропептидных взаимодействий. В ходе исследования было установлено, что у животных 1-, 2-, 3 и 4-й опытных групп уровень кортизола был ниже на 28, 24, 21 и 3,6 %, соответственно, чем в контрольной группе; уровень адреналина в этих группах был на 59, 54, 44 и 9,5 %, а норадреналина на 55, 54, 46 и 17 % ниже по сравнению с контролем. Это указывает на активацию симпатоадреналовой и гипотоламо-гипофизарно-над-почечниковой системы и подтверждает наличие стресса свиней контрольной группы в течение стандартного технологического процесса выращивания. Результаты представлены в табл. 1.
Таблица 1
Показатели гормонального статуса (M±m, n = 10)
Группы Адреналин, мкг/л Норадреналин, мкг/л Кортизол мкг/л
Возраст 2 месяца
1 3,96±0,18 12,84±0,11 76,84±2,41
2 4,12±0,11 13,09±0,56 70,21±0,98
3 3,91±0,14 12,67±0,14 71,34±3,61
4 4,05±0,09 13,10±0,35 74,33±2,09
Контроль 3,87±0,19 12,06±0,68 73,41±1,99
Возраст 6 месяцев
1 5,01±0,14* 16,37±0,96* 102,72±12,98*
2 5,67±0,09* 16,98±1,12* 108,67±14,82*
3 6,8±0,11* 19,84±1,02* 112,39±12,41
4 11,08±0,18 30,21±2,31 137,89±16,39
Контроль 12,24±3,19 36,62±5,86 143,12±13,09
Примечание: * — р < 0,05 по ^-критерию при сравнении с контролем.
При стрессе для энергообеспечения защитных реакций привлекается большое количество ненасыщенных жирных кислот и кислорода. Увеличение активности фосфолипаз происходит за счёт повышения глюкокортикоидов, это и приводит к усилению процесса перекисного окисления липидов, который вызывает деградацию гормонов стресса. Вследствие этого организм животных вынужден отвечать усилением кортикотропной функции гипофиза [10].
«ММЮИШШ
Состояния антиоксидантного статуса и его оценки, а также показатели неспецифической резистентности отражает тиол-дисульфидное соотношение и система редукции глутатиона. Отмечаются нарушения обменных процессов, вызванных стрессом, — снижение содержания SH-групп и увеличение количества SS-групп, что свидетельствует об изменения концентрации тиоловых соединений в крови при действии на организм внешних раздражителей. Функциональная роль соединений, содержащих сульфгидрильные группы, осуществляется благодаря увеличению активности большой группы ферментов и гормонов. В нашем эксперименте установлено, что антистрессовый эффект у свиней сопровождается повышением количества SH-групп в сыворотке крови. Данные представлены в табл. 2.
Таблица 2
Функциональное состояние системы редукции глутатиона в крови (M±m, n = 10)
Группы SH SS SH/SS МДА СОД
Возраст 2 месяца
1 0,57+0,26 0,23+0,04 2,48 3,95+0,43 648+24
2 0,60+0,14 0,18+0,01 3,33 4,01+0,67 652+34
3 0,59+0,09 0,17+0,02 3,47 4,12+0,34 643+97
4 0,55+0,18 0,21+0,02 2,62 4,81+0,71 659+51
Контроль 0,58+0,11 0,22+0,01 2,64 5,38+0,79 645+42
Возраст 6 месяцев
1 0,88+0,07* 0,26+0,09 3,38 2,94+0,26 821+48*
2 0,88+0,06* 0,28+0,04 2,93 2,90+0,14 736+31
3 0,78+0,09 0,31+0,03 2,37 3,33+0,31 751+105
4 0,63+0,18 0,33+0,17 1,91 4,01+0,18 722+90
Контроль 0,61+0,19 0,38+0,06 1,61 6,07+0,09 709+73
Примечания: SH — восстановленный глутатион + цистеин, мкмоль/мл; SS — окисленный глутатион + цистин, мкмоль/мл; МДА — малоновый диальдегид, нмоль/мл; СОД — активность супероксиддис-мутазы; * — Ед.р < 0,05 по ^-критерию при сравнении с контролем.
К соединениям, ответственным за неспецифическую резистентность, относятся глутатион, эрго-тионеин, цистеин, гомоцистеин и липоевая кислота. В крови животных в обычных условиях содержание окисленного глутатиона поддерживается на более низком уровне, чем восстановленного глутатиона. Стресс любой этиологии может привести к существенному накоплению окисленного глутатиона в печени и его выбросу в кровь, что приводит к окислению тиоловых групп белков плазмы и их инактивации.
Таким образом, количество SH-групп в крови и тканях организма свиней обусловлено различными факторами и в большой степени отражает интенсивность обменных процессов, связанных с различной энергией роста и продуктивностью животных, а «пороговая» концентрация SH-групп в крови соответствует наибольшему проявлению способности к росту и продуктивности.
Животные с высоким адаптивным потенциалом характеризуются более высокой функциональной активностью ферментативного и неферментативного звеньев системы антиоксидантной защиты и более низким содержанием продуктов свободнорадикального окисления.
Уменьшение интенсивности процессов образование энергии связано со снижением резистентности и с низким запасом гликогена и его быстрым расходованием при технологических нагрузках, накоплением недоокисленных продуктов. Накопление шиффовых оснований и образование малонового диальдегида связано с разрушением альдегидгидроперекиси.
Животные опытных групп в возрасте 6 месяцев (см. табл. 2) явно превосходили остальных по содержанию SH-групп, величине тиол-дисульфидного соотношения и характеризовались наименьшей концентрацией вторичных продуктов перекисного окисления липидов в плазме в крови. При этом содержание SH- и SS-групп в плазме крови закономерно повышалось с возрастом (дисульфидных групп в меньшей степени); в результате снижалась концентрация МДА. Возможно, что эти эффекты обусловлены повышением активности антиоксидантной системы за счёт наличия в составе применяемого препарата аскорбиновой кислоты, которая является природным антиоксидантном. Выявлена синхронность изменения тиол-дисульфидного потенциала и продуктивности животных.
Заключение
На основании проведённых исследований можно сделать заключение о том, что в результате воздействия стрессоров, возникающих в процессе стандартного производственного цикла выращивания поросят на откорме, происходит усиление активности системы биологических активных центров свиней, вследствие чего повышается уровень общей реактивности организма, что отражается на картине крови. Повышение секреции катехоламинов мозговым слоем надпочечников вследствие стрессового воздействия свидетельствует об активации гипотоламо-гипофизарно-надпочечниковой системы, что является фактором быстрого перехода организма от состояния покоя к возбуждению. В связи с чем, активизируются компенсаторные функции для поддержания гомеостаза и замедляются процессы набора живой массы тела, что приводит к увеличению себестоимости конечной продукции. Таким образом, при введении с кормом аскорбата лития подсвинкам на откорме с 2-месячного возраста и до убоя в дозировке 10, 5 и 2 мг/кг массы тела, аскорбат лития проявляет выраженные адаптогенные и стресспротекторные свойства, предотвращает резкие выбросы адреналина и норадреналина, поддерживает на физиологическом уровне динамику кортизола в системном кровотоке. Экспериментальные данные по комплексу эндокринологических и биохимических параметров свидетельству-
ют о том, что аскорбат лития у свиней положительно влияет на антиоксидантный статус, и как следствие, способствует повышению стрессоустойчивости и неспецифической резистентности. Выявленные эффекты
аскорбата лития свидетельствуют о перспективности разработки новых эффективных способов повышения неспецифической резистентности и антистрессового действия в медицине.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Остренко Константин Сергеевич Автор, ответственный за переписку
e-mail: [email protected] ORCID ID: 0000-0003-2235-1701 SPIN код: 6609-9581
с. н. с., к. б. н., заведующий лабораторией Иммунобиотехнологии и микробиологии, ВНИИФБиП ФГБНУ ФНЦ ВИЖ им Л.К. Эрнста, Боровск, Калужской обл.
Ostrenko Konstantin Corresponding author
e-mail: [email protected] ORCID ID: 0000-0003-2235-1701 SPIN code: 6609-9581
Senior Research Officer, candidate of Biological Sciences, head of the laboratory of Immunobi-otechnology and Microbiology, VNIIFBiP of the L.K. Ernst Federal Science Center for Animal Husbandry, Borovsk, Kaluga region
Литература / References
1. Roura E, Koopmans SJ, Lall s JP, et al. Critical review evaluating the pig as a model for human nutritional physiology Nutr Res Rev. 2016;29(1):60—90. DOI: 10.1017/S0954422416000020
2. Pineiro C, Manso A, Manzanilla EG, Morales J. Influence of sows' parity on performance and humoral immune response of the offspring. Porcine HealthManag. 2019;14(5):1. DOI: 10.1186/s40813-018-0111-8. eCollection 2019
3. Islamov RR, Sokolov ME, Bashirov FV, et al. A pilot study of cell-mediated gene therapy for spinal cord injury in mini pigs. Neurosci Lett. 2017;644:67-75. DOI: 10.1016/j.neulet.2017.02.034
4. Майстров В.И., Галочкина В.П. Антиоксидантно-антирадикальная и тиолдисульфидная системы племенных бычков под влиянием комплекса биологически активных веществ // С.-х. биол. — 2006. — № 2. — С. 64—68. [Majstrov VI, Galochkina VP. Antioksidantno-antiradikal'naya i tiol-disul'fidnaya sistemy plemennyh bychkov pod vliyaniem kompleksa biologicheski aktivnyh veshchestv S.-h. biol. 2006;2:64-68. (In Russ).]
5. Остренко К.С., Галочкин В.А., Колоскова Е.М., Галочкина В.П., Влияние нового микронутриента — аскорбата лития на стрессоустойчивость и продуктивность свиноматок // Проблемы биологии продуктивных животных. — 2017. — № 2. — С. 74—86. [Ostrenko KS, Galochkin VA, Koloskova EM, Galochkina VP. Vliyanie novogo mikronutrienta — askorbata litiya na stressoustojchivost' i produktivnost' svinomatok. Problemy biologii produktivnyh zhivotnyh. 2017;2:74—86. (In Russ).]
6. Bursac-Mitrovic M, Milovanovic DR, Mitic R, Jovanovic D, Sovrlic M, Vasiljevic P, Tomovic J, Manojlovic N. Effects of l-ascorbic acid and alpha-tocopherol on biochemical parameters of swimming-induced oxidative stress in serum of guinea pigs. Afr J Tradit Complement Altern Med. 2016 Jul 3;13(4):29—33. DOI: 10.21010/ajtcam.v13i4.5. eCollection 2016.
7. Петраков Е.С. Овчарова А.Н., Софронова О.В., Андреева И.Н. Влияние пробиотика на основе четырёх штаммов лактобацилл на неспецифическую резистентность и продуктивность телят-молочников // Проблемы биологии продуктивных животных. — 2018. — № 2. — С. 94—100. [Petrakov ES, Ovcharova AN, Sofronova OV, Andreeva IN. Vliyanie probiotika na osnove chetyryoh shtammov laktobacill na nespecificheskuyu rezistentnost' i produktivnost' telyat-molochnikov. Problemy biologiiproduktivnyhzhivotnyh. 2018;2:94—100. (In Russ).]
8. Charmandari E, Tsigos C, Chrousos G. Endocrinology of the stress response. Ann. Rev. Physiol. 2005;672:59—284.
9. Ramanathan K, Balakumar BS, Panneerselvam C. Effects of ascorbic acid and alpha-tocopherol on arsenic-induced oxidative stress. Hum Exp Toxicol. 2002 Dec;21(12):675—800.
10. Галочкин В.А., Галочкина В.П., Остренко К.С. Разработка теоретических основ и создание антистрессовых препаратов нового поколения // Сельскохозяйственная биология. — 2009. — № 2. — С. 43—55. [Galochkin VA, Galochkina VP, Ostrenko KS. Razrabotka teoreticheskih osnov i sozdanie antistressovyh preparatov novogo pokoleniya. Sel'skohozyaj-stvennaya biologiya. 2009;2:43—55. (In Russ).]
