CC BY
17
КОРМОВИРОБНИЦТВО, ЖИВЛЕННЯ, СЕЛЕКЦ1Я ТА РОЗВЕДЕННЯ ТВАРИН
PRODUCING OF FEEDSTUFFS, NOURISHMENT, SELECTION AND ANIMAL BREEDING
УДК.577.118
Антоняк Г.Л., доктор бюл. наук, професор1, Скаб О.Б., асистент2 ©([email protected])
1Лъвгвсъкий нацюнальнииушверситет гмеш 1вана Франка, м. Лъв1в 2Львгвськии нацюнальнии аграрнииушверситет, м. Дублями
ВПЛИВ ПРЕПАРАТУ «Е-СЕЛЕН» ТА БЮМАСИ ДР1ЖДЖ1В РИАтА шооогшл НА ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ОБМ1Н В ЕРИТРОЦИТАХ КРОЛИК1В ЗА УМОВ ПЕРОРАЛЬНОГО НАДХОДЖЕННЯ КАЛ1Ю
Б1ХРОМАТУ
Проводили дослгдження впливу хрому (VI) в форм1 калт б1хромату, препарату "Е-селен " та бюмаси каротиногенних дргжджгв РЪа^[1а rhodozyma на труватктазну, лактатдег1дрогеназну та глюкозо-6-фосфатдег1дрогеназну актившстъ в еритроцитах крол1в тримкячного вгку. Установлено, що надходження К2Сг207 в доз1 5 мг/кг маси впродовж 14 д1б зумовлюе тг1бування каталтичног активност1 зазначених ензим1в у клтинах кров/ тварин. Застосування препарату „Е-селен" та дргжджгв Phaffia rhodozyma на тл1 ттоксикацп крол1в б1хроматом сприяе нормал1зацИ труватктазног та глюкозо-6-фосфатдег1дрогеназног активност1 еритроцит1в / тдвищуе ц1 показники пор1вняно з/ значениями, установленими в клтинах тварин, яким вводили лише К2Сг207. Вплив зазначених чиннишв на метаболгчну актившстъ еритроцит1в може бути одтею з важливих ланок у мехашзмах коригувалъног дИ препарату "Е-селен " та др1ждж1в Phaffia rhodozyma в оргатзмг тварин, ям зазнаютъ впливу шестивалентного хрому.
Ключов1 слова: хром (VI), еритроцит, енергетичнии обм1н, труватктаза, лактатдег1дрогеназа, глюкозо-6-фосфатдег1дрогеназа, селен, втамн. Е, Phaffia rhodozyma.
© Антоняк Г.Л., Скаб О.Б., 2013
3
Вступ. Сполуки шестивалентного хрому (Cr (VI)) - широко розповсюджеш забрудники техногенного походження. 1з компонента навколишнього середовища вони можуть надходити в оргашзм тварин i людини через травний тракт, дихальну систему, шюру. В ycix випадках це призводить до токсичних ефекта, пов'язаних i3 порушенням обмшу речовин та функционально! активное^ кл1тин [8; 11; 15; 22]. Токсична д1я цих сполук проявляеться в ураженш печшки, нирок, шлунково-кишкового тракту, серцево-судинно! та нервово! систем. Попри те, що в низщ дослщжень установлений шпбувальний вплив хромат- i б1хромат-анюшв на еритропоез [2; 16; 23], особливост1 впливу шестивалентного хрому на метабол1зм у кл1тинах кров1 тварин i людини ниш з'ясоваш недостатньою м1рою.
Як вщомо, зрш еритроцити ссавщв характеризуються вщсутшстю м1тохондрш та кисеньзалежних енергетичних процеЫв i отримують енергш лише шляхом анаеробного розщеплення глюкози [9]. Тому штенсившсть гл1кол1зу та пов'язаного з ним пентозофосфатного шляху перетворення моносахарид1в визначае функцюнальну актившсть еритроцита i, перш за все, здатшсть гемоглобшу до транспорту молекул оксигену [1; 14]. Метабол1чний зв'язок м1ж цими процесами реал1зуеться через пром1жш та кшцев1 продукта енергетичного обмшу i вщновлеш форми шкотинамщних кофермента (NADH, NADPH), концентрацп яких регулюються актившстю ензим1в гл1кол1зу та пентозофосфатного шунта. Отже, змши метабол1чно! активное^ в еритроцитах можуть опосередковувати вплив р1зномаштних чинниюв, зокрема забрудниюв навколишнього середовища, на кисень-транспортну функцш кровг
Метою роботи було дослщити динамку ензим1в енергетичного обмшу (труваткшаза, лактатдегщрогеназа, глюкозо-6-фосфатдегщрогеназа) в еритроцитах крол1в за умов перорального введения хрому (VI) у форм1 калш б1хромату i з'ясувати можлившть корекцп внутр1шньокл1тинних метабол1чних порушень застосуванням препарату "Е-селен" та бюмаси др1ждж1в Phaffia rhodozyma, продуцента каротинощу астаксантину [18; 20].
Матер1ал i методи. Дослщження проводили на 20 кролях-самцях породи «шампань» тримкячного в1ку, утримуваних за умов в1варш, яким згодовували стандартний рацюн з необмеженим доступом до води. Тварин, яких використовували пщ час дослщжень, подшили на 4 групи: контрольну (К) i 3 дослщш (Д1-Д3), по 5 особин у кожнш. Кролям ycix трьох дослщних груп (Д1-Д3) вводили в шлунок розчин K2Cr2O7 в доз1 5 мг/кг маси щодоби впродовж 14-ти д1б. Тваринам групи Д2 за 1 годину перед першим введениям K2Cr2O7 вводили комерцшний препарат "E-селен" (ЗАТ "Ита-Фарм") одноразовою внутршньом'язовою ш'екщею, згщно з рекомендованою в шструкци дозою (0,04 мл/кг маси). Кроликам групи Д3 водночас i3 введениям K2Cr2O7 вводили в шлунок суспензш бюмаси др1ждж1в Phaffia rhodozyma (штам IBM Y-5021) в доз1, яка вщповщала 1% ввд щодобово! маси корму (зазначений штам був наданий для дослщжень лаборатор1ею бютехнологи мшрооргашзм1в 1нституту бюлогп тварин НААН). Тваринам контрольно! групи вводили перорально ф1зюлопчний розчин у вщповщному об'емг Bci експериментальш процедури та
4
евтаназш тварин проводили з дотриманням правил поводження з експериментальними тваринами.
Матер1алом дослщжень була периферична кров, яку отримували пщ час декаштацп тварии контрольно! I дослщних груп. 3 кров! видшяли еритроцити центрифугуванням при 3000 g I трикратним вщмиванням вщ плазми ф1зюлопчним розчином [7]. Для дослщження активное^ ензим1в використовували гемол1зати, приготовлен! шляхом заморожування-вщтаювання водних суспенз!й еритроцит!в. У гемол!затах визначали п!руватк!назну (ПК), лактатдегщрогеназну (ЛДГ) ! глюкозо-6-фосфатдег!дрогеназну (Г-б-ФДГ) актившеть за допомогою загальноприйнятих спектрофотометричних метод!в ¿з використанням н!котинам!дних коензим!в: КЛОН (п!д час визначення активност! ПК ! ЛДГ) ! КЛБР (пщ час визначення активност! Г-б-ФДГ) [4]. Актившеть ензим!в обчислювали, враховуючи швидюсть в!дновлення або окиснення молекул шкотинамщного коензиму за 1 хв. у перерахунку на 1мг б!лка. Вмют б!лка в гемол!затах визначали методом Лоур! ! сп!вавтор!в (1951). Отримаш результати опрацьовували статистично.
Результати дослщження. Результати експеримент!в св!дчать, що в еритроцитах крол!в, яким упродовж на 14 д1б вводили кал!ю б!хромат, в!дбуваеться пригн!чення активност! гл!кол!зу ! пентозофосфатного шунта (табл. 1). Зокрема, п!руватк!назна активн!сть еритроцит!в тварин групи Д1 зменшуеться на 63% (р<0,001), а глюкозо-6-фосфатдег!дрогеназна - на 62,5% (р<0,001). Однак р!вень шпбування лактатдепдрогенази в кл!тинах крол!в групи Д1 менший, пор!вняно з ¿ншими дослщжуваними ензимами, ! становить лише 15% (р<0,05). Такий ефект може зумовлюватись низькою чутлив!стю молекул ЛДГ до шпбувального впливу б!хромату, на що вказують ! результати досл!джень шших автор!в [21]. Разом ¿з тим, значне пригн!чення п!руватк!нази (ключового ензиму гл!кол!зу) та глюкозо-6-фосфатдег!дрогенази - ензиму, який визначае р!вень перетворення глюкозо-6-фосфату пентозофосфатним шляхом, можуть зумовлювати змши функц!онально! активност! еритроцит!в тварин, штоксикованих шестивалентним хромом. Зокрема, у попередшх досл!дженнях встановлено, що у таких тварин вщбуваеться дестаб!л!зац!я плазматичних мембран та зниження !хньо! ст!йкост! до гемол!зу в кислотному середовищ! [9].
3 огляду на шк!длив! ефекти хрому (VI) важливе значения мае метабол!чна корекц!я внутр!шньокл!тинних порушень застосуванням в!дпов!дних протектор!в, насамперед ¿з антиоксидантною активн!стю. У цьому аспект! привертае увагу препарат "Е-селен", обидва компонента якого (в!там!н Е ! мжроелемент селен) е потужними антиоксидантами [5; 12; 19]. 1з даних, отриманих п!д час досл!джень впливу препарату "Е-селен", як коригувального чинника, випливае, що введения препарату сприяе нормал!зацп п!руватк!назно! та глюкозо-6-фосфатдег!дрогеназно! активност! еритроциив ! п!двищуе ц! показники пор!вняно з! значениями, притаманними кл!тинам крол!в групи Д1, ¿нтоксикованих введениям К2Сг207 (р<0,001) (табл. 1).
5
Таблиця 1
Вплив К2Сг207, препарату "Е-селен" та бюмаси дргжджчв РНа/Аа ткойотута
на актившсть ензшупв енергетичного обмшу в еритроцитах крол1в __(М±т, п=5)_
Показ ник Групи тварин, умови досл1джень
Контроль Д1 (К2СГ207) Д2 (К2СГ207 + "Е-селен") Д3 (К2СГ207 + P. rhodozyma)
Шруватшназа, нмоль МАБИ/хв. на' 1 мг бшка 20,54±1,70 7,58±0,44*** 16,32±1,24### 13,85±1,97"
ЛДГ, нмоль МАБИ/хв. на 1 мг бшка 174,0±5,20 151,0±7,02* 158,6±9,3 170,5±11,5
Г-6-ФДГ, нмоль МАОР/хв. на 1 мг бшка 36,20±2,11 13,57±0,80*** 31,85±2,74### 29,17±2,30"""
Примака: 1) *, *** - в1ропдшсть р1зниць м1ж контрольною \ дослщними трупами тварин (*- р<0,05, *** - р<0,001);
2) #, ### - в1ропдшсть р1зниць у показниках м1ж групою крол1в, яким вводили К2СГ2О7 1 препарат "Е-селен", та групою тварин, яким вводили К2Сг207 впродовж 14-ти д1б (#- р<0,05, ### - р<0,001);
3) ", """ - в1ропдшсть р1зниць у показниках м1ж групою крол1в, яким вводили К2Сг207 1 бюмасу др1ждж1в Р. rhodozyma, та групою тварин, яким вводили К2Сг207 впродовж 14-ти д1б ("- р<0,05, """ - р<0,001).
Под1бш ефекти встановлеш в дослщженнях впливу внутршньошлункового введения бюмаси др1ждж1в Phaffia rhodozyma на актившсть ензим1в у кл1тинах тварин, штоксикованих б1хроматом. Наведен! в табл. 1 результата свщчать, що в еритроцитах крол1в, яким вводили др1ждж1 водночас ¿з К2Сг207, вщбуваеться наближення ензимно! активное^ до контрольних значень водночас, активащя труваткшази та глюкозо-6-фосфатдегщрогенази пор1вняно з групою тварин, яким вводили лише К2Сг207 (р<0,05-0,001).
1з отриманих результат можна зробити висновок, що застосування препарату "Е-селен" 1 бюмаси др1ждж1в Phaffia rhodozyma сприяе коригуванню активное^ ензим1в гл1кол1зу I пентозофосфатного шунта в еритроцитах за умов надходження в оргашзм тварин шестивалентного хрому. Анал1зуючи встановлеш ефекти, необхщно враховувати те, що селен I в1тамш Е кр1м антиоксидантно! активное^ виявляють стимуляцшний вплив на процес еритропоезу в оргашзм1 тварин [1; 5; 12; 17; 19]. Тому нормал1защя ензимно! активное^ у крол1в групи Д2 певною м1рою може зумовлюватись збшьшенням штенсивност1 надходження в кровооб1г молодих еритрощних кл1тин, яким притаманний високий вмют молекул ензим1в та активний метабол1зм. Коригувальний вплив бюмаси др1ждж1в Phaffia rhodozyma можна пояснити, з одного боку, здатшетю цих мкрооргашзм1в до вщновлення шестивалентного хрому [6], аз шшого - до синтезу каротино!ду астаксантину, який е потужним
6
антиоксидантом i зменшуе р1вень пошкодження еритроциив активними формами оксигену [3; 18; 20]. Водночас вщома здатшсть каротинодав регулювати процес еритропоезу [12; 13], що сприяе коригувальнш каротиногенних др1ждж1в Phaffia rhodozyma в оргашзм1 тварин, штоксикованих введениям калш б1хромату.
Висновки. Надходження K2Cr2O7 в оргашзм крол1в зумовлюе шпбування шруватюназно!, лактатдегщрогеназно! та глюкозо-6-фосфатдегщрогеназно! активное^ в еритроцитах. Застосування препарату "Е-селен" та бюмаси каротиногенних др1ждж1в Phaffia rhodozyma на rai штоксикаци тварин б1хроматом сприятливо впливае на метабол1чну актившсть у кл1тинах кров!, зумовлюе активацш ензим1в енергетичного обм1ну пор1вняно 3i значениями, притаманними тваринам, яким вводили лише K2Cr2O7. Установлен! коригувальш ефекти можуть зумовлюватись стимуляцшним впливом препарату "Е-селен" на еритропоез та антиоксидантною д1ею "Е-селену" i синтезованого др1жджами Phaffia rhodozyma астаксантину. Водночас важливе значения у коригувальнш дп P. rhodozyma мае здатшсть зазначеного штаму м1крооргашзм1в до в1дновлення шестивалентного хрому, а отже, детоксикац11 б1хромату в травному тракт1 тварин.
Л1тература
1. Антоняк Г. Л. Морфолог1чно-б1ох1м1чн1 аспекти еритропоезу в онтогенез! тварин // Бюлопя тварин. - 1999. - T. 1, № 1. - С.30-45.
2. Антоняк Г. Л. Вплив шестивалентного хрому на гематолопчш показники в орган1зм1 щур1в / Г.Л. Антоняк, О.Б. Скаб, H.G. Панас // Науково-техшчний бюлетень 1нституту 61олог11 тварин i Державного науково-досл1дного контрольного ¿нституту ветпрепарат1в та кормових добавок. - 2010. - Вип. 11, № 2-3. - С. 11-14.
3.Антоняк Г.Л. Вплив препарату «Е-Селен» i бюмаси др1ждж1в Phaffia rhodozyma на стан антиоксидантно! системи в кл1тинах щур1в за експериментального афлатоксикозу / Г.Л. Антоняк, P.O. Федяков // Матер1али м1жнародно! науково-практично! 1нтернет-конференц11 « Формування стратег11 науково-техн1чного, еколог1чного i сощально-економ1чного розвитку сусп1льства» 6-7 грудня 2012 р. Ч. 2. - Тернопшь: Крок, 2012. - C. 61-63.
4. Астауров Б.Л. Методы биологии развития. - М., 1974. - С. 346-433.
5. Жил1щич Ю.В. Вм1ст продукт1в пероксидного окиснення лшдав в еритроцитах щур1в, яким вводили в1тамш Е на тл1 токсикаци кат1онами кадм1ю / Ю.В. Жилщич, Г.Л. Антоняк // Науково-техн1чний бюлетень 1нституту 61олог11 тварин i Державного науково-дослщного контрольного ¿нституту ветпрепарат1в та кормових добавок. - 2010. - Вип. 11, № 2-3. - С. 287-290.
6. Нечай Г.1. Редукщя хромату та каротиносинтезувальна актившсть резистентних до селен1ту мутант1в др1ждж1в Xanthophyllomyces dendrorhous (Phaffia rhodozyma) / Г.1. Нечай, Г.П. Кшем1нська, Г.В. Кол1сник, М. Гжондка, М.В. Гончар // Biopolymers and Cell. - 2009. - Vol. 25, N 4. - P. 266-271.
7. Северин C.E. Практикум по биохимии / С.Е. Северин, Г.А Соловйов // Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Изд-во МГУ, 1989. - 509 с.
7
8. Скаб О.Б. Вплив шгаляцшного надходження шестивалентного Хрому на актившсть ензим1в енергетичного обмшу в еритроцитах бших щур1в / О.Б. Скаб, Г.Л. Антоняк // Науковий вкник ЛНУВА ¿м. С. Гжицького. - 2012. -Т. 14, № 2(52).- С. 144-147.
9. Скаб О.Б. Вплив Cr (VI) на стшккть еритроципв щур1в до гемол1зу / О.Б. Скаб, Г.Л. Антоняк // Матер1али II Мтжнародно! науково-практично! конференцп «Стан природних pecypciß, перспективи ix збереження та вщновлення», м. Трускавець. - 11-13 жовтня 2012 р.
10. Ataullakhanov F.I. What determines the intracellular ATP concentration / F.I. Ataullakhanov, V.M. Vitvitsky // Biosci. Rep. - 2002. - Vol. 22, N 5-6. - P. 501511.
11. Athavale P. EPIDERM Occupational dermatitis related to chromium and cobalt: experience of dermatologists (EPIDERM) and occupational physicians (OPRA) in the UK over an 11-year period (1993-2004) / P. Athavale, K. Shum, Y. Chen et al. // Br. J. Dermatol. - 2007. - Vol. 157, N 3. - P. 518-522.
12. Chan A.C. Interaction of antioxidants and their implication in genetic anemia / A.C. Chan, C.K. Chow, D. Chiu // Proc. Soc. Exp. Biol. Med. - 1999. - Vol. 222, N 3. - P. 274-282.
13. Cusick S.E. Short-term effects of vitamin A and antimalarial treatment on erythropoiesis in severely anemic Zanzibari preschool children / S.E. Cusick, J.M. Tielsch, M. Ramsan et al. // Am. J. Clin. Nutr. - 2005. - Vol. 82, N 2. - P. 406-412.
14. De Rosa M.C. Allosteric properties of hemoglobin and the plasma membrane of the erythrocyte: new insights in gas transport and metabolic modulation / M.C. De Rosa, C.C. Alinovi, A. Galtieri et al. // IUBMB Life. - 2008. - Vol. 60, N 2. - P. 87-93.
15. Ding S.Z. Epithelial-mesenchymal transition during oncogenic transformation induced by hexavalent chromium involves reactive oxygen species-dependent mechanism in lung epithelial cells / S.Z. Ding, Y.X. Yang, X.L. Li et al. // Toxicol. Appl. Pharmacol. - 2013. - Vol. 269, N 1. - P. 61-71.
16. Gochfeld M. A. Research agenda for environmental health aspects of chromium / M. Gochfeld, C. Witmer // Environ. Health Perspect. - 1991. - Vol. 92. -P. 141-144.
17. Jilani T. Does vitamin E have a role in treatment and prevention of anemia? / T. Jilani, M P. Iqbal // Pak. J. Pharm. Sci. - 2011. - Vol. 24, N 2. - P. 237242.
18. Johnson E.A. Phaffia rhodozyma: colorful odyssey // Int. Microbiol. -2003. - Vol. 6, N 3. - P. 169-174.
19. Markovic S.D. Effects of acute in vivo cisplatin and selenium treatment on hematological and oxidative stress parameters in red blood cells of rats / S.D. Markovic, D.S. Djacic, D.M. Cvetkovic et al. // Biol. Trace Elem. Res. - 2011. - Vol. 142, N 3. - P. 660-670.
20. Schmidt I. Biotechnological production of astaxanthin with Phaffia rhodozyma (Xanthophyllomyces dendrorhous) / I. Schmidt, H. Schewe, S. Gassel et al. // Appl. Microbiol. Biotechnol. - 2011. - Vol. 89, N 3. - P. 555-571.
8
21. Soudani N. Nephrotoxicity induced by chromium (VI) in adult rats and their progeny / N. Soudani, M. Sefi, H. Bouaziz et al. // Hum. Exp. Toxicol. - 2011. -Vol. 30, N 9. - P. 1233-1245.
22. Thompson C.M. Assessment of the mode of action underlying development of rodent small intestinal tumors following oral exposure to hexavalent chromium and relevance to humans / C.M. Thompson, D.M. Proctor, M. Suh et al. // Crit. Rev. Toxicol. - 2013. - Vol. 43, N 3. - P. 244-274.
23. Washington D.C. NIOSH (National Institute of Occupational Safety and Health). Biological effects of exposure // In: Criteria for a Recommended Standard: Occupational Exposure to Chromium(VI) / U.S. Department of Health, Education, and Welfare, 1975. - P. 23-121.
Summary H.L. Antonyak1, O.B. Skab2 1Ivan Franko Lviv National University, Lviv, Ukraine 2Lviv National Agrarian University, Dubliany, Ukraine EFFECTS OF "E-SELENIUM" AND YEASTS PHAFFIA RHODOZYMA BIOMASS ON ENERGY METABOLISM IN ERYTHROCYTES OF RABBIT UNDER ORAL INTAKE OF POTASSIUM DICHROMATE
The effects of chromium (VI) in the form of potassium dichromate, the preparation "E-selenium" and yeasts Phaffia rhodozyma biomass on pyruvate kinase, lactate dehydrogenase, glucose-6-phosphate dehydrogenase activities in rabbit erythrocytes were studied. It was established that peroral intake of K2Cr2O7 in a dose 5 mg / kg for 14 days lead to inhibition of catalytic activity of these enzymes in red blood cells of animals. Using the preparation "E-selenium" and yeasts Phaffia rhodozyma in the conditions of intoxication of rabbits with dichromate promoted the normalization pyruvate kinase and glucose-6-phosphate dehydrogenase activities in red blood cells and increased these indices compared to the values in animals treated with K2Cr2O7. The effects of these factors on metabolic activity of red blood cells can represent one of the important links in the mechanisms of "E-selenium" and Phaffia rhodozyma yeasts corrective action in organism of animals exposed to hexavalent chromium.
Key words: chromium (VI), red blood cell, energy metabolism, pyruvate kinase, lactate dehydrogenase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, selenium, vitamin E, Phaffia rhodozyma yeasts.
Рецензент - д.с.-г.н., професор Буцяк B.I.
9
