CC BY
20
УДК 636.082.474:636.084.413
Элементный статус лабораторных животных как проявление адаптации к воздействию
эндогенных факторов
И.Э. Алиджанова, С.В. Нотова
ФГБОУВПО «Оренбургский государственный университет» С.А. Мирошников ГНУ Всероссийский НИИ мясного скотоводства
Аннотация. В работе представлены результаты экспериментальных исследований на лабораторных животных (крысы линии Wistar), описывающие влияние дефицитного по микронутриентной обеспеченности рациона на элементный статус животных. На фоне мультиэлементного нутриентного дефицита выявлено снижение общего пула элементов в организме и нарастание коэффициентов накопления элементов из корма.
Summary. The paper presents the results of experimental studies on laboratory animals (Wistar strain rats) that describe the influence of micronutrient-deficient diet on element status of animals. Common pool of elements in body decreases and coefficients of elements accumulation from food increase against the background of multielement nutrient-deficient diet.
Ключевые слова: элементный статус, адаптация, рацион питания, лабораторные животные.
Key words: element status, adaptation, diet, laboratory animals.
Введение.
Основной функцией пищи и процесса пищеварения является обеспечение поддержания постоянства внутренней среды организма путём оптимизации процессов всасывания питательных веществ из энтеральной среды, регуляторное изменение скорости этого процесса [1].
В основе современных представлений о здоровом питании лежит концепция оптимального питания, предусматривающая необходимость и обязательность полного обеспечения потребностей организма не только в энергии, эссенциальных макро- и микронутриентах, но и в целом ряде также необходимых минорных непищевых компонентах пищи, перечень и значение которых нельзя пока считать окончательно установленным [2].
Минеральные вещества наряду с белками, жирами, углеводами и витаминами являются жизненно важными компонентами пищи, необходимыми для построения химических структур живых тканей и осуществления важнейших биохимических и физиологических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организма. Адекватное содержание и состав химических элементов являются важнейшим базовым элементом гомеостаза живых организмов [3, 4]. С минеральными веществами связаны процессы кроветворения и свёртывания крови. Кроме того, они входят в состав или активизируют действие ферментов, гормонов, витаминов и таким образом участвуют во всех видах обмена веществ [5, 6]. Отклонения при поступлении в организм макро- и микроэлементов, нарушение их соотношений в рационе непосредственно сказываются на деятельности организма, могут снижать или повышать его сопротивляемость, а, следовательно, и способность к адаптации [7, 8].
В связи с этим целью данной работы являлось получение экспериментальных данных об особенностях формирования элементного статуса лабораторных животных при дефиците минерального компонента питания.
Материалы и методы.
Настоящее исследование выполнено на базе экспериментально-биологической клиники (вивария) Института биоэлементологии Оренбургского государственного университета. Объектом исследования были крысы-самцы линии Wistar (n=30). При проведении экспериментальных исследований соблюдались положения Хельсинской декларации о гуманном отношении к животным и в соответствии с рекомендуемыми Российским Регламентом 1987 г. и «The Guide for the Care and Use oflaoborotory Animals (National Academy Press Wasyington, D.S. 1996).
Экспериментальное исследование включало 2 последовательных периода: уравнительный (14 суток) и учётный (56 суток). В ходе уравнительного периода проводилось формирование максимально однородных групп по физиологическим параметрам для получения достоверных результатов [9]. Животные контрольной группы на протяжении всего учётного периода получали сбалансированный раци-
он, представляющий смесь зёрен полированного риса, масла растительного рафинированного, соевого концентрата, комплекса витаминов (А, D, Е, С, РР, Bi, В2, В6, В9, В12) и минерального премикса (Са; Р; Na; К; Mg; Fe; Cu; Cr; J; Zn; Mn; Se; Co) с учётом рекомендаций. Животные опытной группы получали такой же рацион, но без минерального премикса. Поение животных осуществлялось бидистиллирован-ной водой. Суточный рацион обеспечивал поступление в организм животного около 3 г белка, 1,2 г жира с общей калорийностью 125 ккал.
Анализ образцов осуществлялся по 25 химическим элементам в лаборатории АНО «Центр биотической медицины», г. Москва (аттестат аккредитации ГСЭН. RU. ЦОА 311, РОСС RU 001.513118) методами атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии с использованием масс-спектрометра Elan 9000 и атомно-эмиссионного спектрометра Optima 2000V (Perkin Elmer, США). В ходе работы исследовался химический состав печени и средней пробы по телу. Для формирования средней пробы тела были выделены скелетная мускулатура, кости и внутренние органы, с последующим измельчением и гомогенизацией.
С использованием полученных данных о содержании химических элементов в теле лабораторных животных рассчитывался коэффициент накопления отдельных элементов за период опыта по следующей формуле:
Кнакопления = (М1 - М2) : Мз ,
где М1 - содержание химического элемента в конце эксперимента в теле, г;
М2 - содержание химического элемента в начале эксперимента в теле, г;
М3 - содержание химического элемента в суточном рационе, г.
Статистическая обработка полученного материала проводилась с применением общепринятых методик при помощи приложения «Excel» из программного пакета «Office XP» и «Statistica 6.0», включая определение средней арифметической величины (М), стандартной ошибки средней (m), оценку достоверности различий по Стьюденту.
Результаты и обсуждение.
На первом этапе для оценки элементного статуса лабораторных животных был проведён анализ содержания химических элементов в теле животных. При сравнении макроэлементного статуса опытной и контрольной групп были выявлены следующие закономерности (табл. 1).
Таблица 1. Концентрация химических элементов в теле лабораторных животных (мг/кг), M ± m
Элемент Опытная группа Контрольная группа
Ca 4147 ± 146''' 11573±269
K 2604 ± 146''' 4834 ± 72,5
Mg 461,3 ± 29,4'' 593,4 ± 4,5
Na 1087 ± 34,8'' 1386 ± 42,9
P 8728±265' 9758±123,1
As 0,06±0,02 0,08±0,02
Cr 0,15 ± 0,003''' 0,38 ± 0,03
Cu 1,57±0,14 1,31±0,14
Fe 61,3 ± 4,2" 96,4 ± 5,4
I 0,075 ± 0,001" 0,096 ± 0,005
Co 0,03 ± 0,005 0,039 ± 0,005
Zn 39,8 ± 0,64''' 47,4 ± 0,9
Mn 0,51 ± 0,03''' 1,23 ± 0,03
Ni 0,48 ± 0,01''' 0,96 ± 0,06
Se 0,14±0,02''' 0,32±0,02
V 0,02±0,004 0,027±0,003
Cd 0,004±0,009' 0,038±0,017
Pb 0,07±0,03 0,07±0,03
Sr 18,06±0,8 16,0±0,8
Al 2,56±1,34 1,3±0,39
Примечание - значком ' обозначена достоверная разница р < 0,05, '' - р < 0,01, ''' - р < 0,001 с контрольной группой
В опытной группе наблюдалось понижение концентрации всех макроэлементов в теле животных по сравнению с контрольной группой. При этом было отмечено достоверное снижение концентрации кальция на 64,2 %, калия - на 46,1 %, магния - на 22,3 %, натрия - на 21,6 % и фосфора - на 10,6 %.
Дефицитный рацион приводил к достоверному снижению концентрации большинства эссенци-альных элементов: хрома - на 60,5 %, железа - на 36,4 %, йода - на 21,9 %, цинка - на 16,1 %, марганца - на 58,5 %, никеля - на 50 %, селена - на 56,8 %. В опытной группе отмечено также понижение содержание кадмия.
Интерес представляет не только оценка содержания химических элементов, но и изменение соотношения отдельных элементов (табл. 2).
Таблица 2. Соотношения отдельных элементов в теле лабораторных животных
Элементы Опытная группа Контрольная группа
Ca/P 0,48 1,19
Ca/Mg 9,0 19,5
Ca/Sr 229,6 724,7
Na/K 0,42 0,34
Cu/Fe 0,026 0,017
Cu/Zn 0,040 0,028
Fe/Pb 875,6 1377
Как видно из представленных данных, при содержании на дефицитном рационе в организме животных произошло существенное изменение значений наиболее значимых соотношений - Ca/P, Ca/Mg, Cu/Zn, Cu/Fe, Ca/Pb, Fe/Pb, Sr/Ca.
Помимо анализа средних значений содержания химических элементов в теле лабораторных животных по окончанию эксперимента рассчитывалась степень накопления химических элементов из рационов питания (рис.1).
Рис. 1 - Коэффициенты накопления химических элементов в теле животных за учётный период
Как видно на представленном рисунке, коэффициенты накопления химических элементов в теле лабораторных животных значительно отличались от уровня обеспеченности питания. У животных, содержащихся на дефицитном рационе, коэффициенты накопления по большинству химических элементов были значительно выше. При этом наибольшие отличия касались стронция, свинца, фосфора, цинка, алюминия, магния, кобальта и йода. Наряду с увеличением коэффициентов накопления из пищи большинства элементов в опытной группе зафиксированы отрицательные значения данного коэффициента для кальция и селена.
Интересными оказались данные, демонстрирующие суммарное накопление макроэлементов, эс-сенциальных и токсичных микроэлементов в теле лабораторных животных за время проведения эксперимента (рис. 2).
Рис. 2 - Суммарные коэффициенты накопления групп химических элементов в теле крыс
Как видно из представленных данных, в опытной группе более чем в три раза увеличились суммарные коэффициенты накопления всех групп элементов, но наибольшие отличия выявлены по токсичным элементам, коэффициент накопления которых увеличился в 26,5 раз.
Заключение.
Таким образом, на фоне мультиэлементного нутриентного дефицита закономерно наблюдалось снижение общего пула элементов в организме. При этом достоверно снижалось содержание всех макроэлементов и большинства эссенциальных микроэлементов. Дефицит поступления элементов привёл к нарастанию коэффициентов накопления элементов из корма, что является проявлением адаптационных процессов к воздействию данного экзогенного фактора.
Изменение соотношения элементов связано с неравнозначными потерями отдельных элементов. Увеличение суммарного коэффициента накопления токсичных элементов вероятно связано с дефицитом макроэлементов и эссенциальных микроэлементов, что согласуется с мнением большинства исследователей.
Работа проведена в рамках проекта Российского научного фонда № 14-16-00060
Литература
1. Панченко Л.Ф., Маев И.В., Гуревич К.Г. Клиническая биохимия микроэлементов. М.: ГОУ ВУНМЦ МЗ РФ, 2004. 363 с.
2. Reilly C. Metal contamination of food. Its significance for food quality and human health. 3rd ed. Oxford: UK, 2002. 320 p.
3. Доронин А.Ф., Шендеров Б.А. Функциональное питание. М.: Грантъ, 2002. 296 с.
4. Скальная М.Г., Нотова С.В. Макро- и микроэлементы в питании современного человека: эко-лого-физиологические и социальные аспекты. М.: РОСМЭМ, 2004. 315 с.
5. Скальный А.В. Химические элементы в физиологии и экологии человека. М.: Оникс 21 век: Мир, 2004. 216 с.: ил.
6. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. М.: ОНИКС 21 век: Мир, 2004. 272 с.
7. Сусликов В. Л. Геохимическая экология болезней. Т. 2. Атомовиты. М.: Гелиос АРВ, 2000.
672 с.
8. Johnson S. The multifaceted and widespread pathology of magnesium deficiency. Ibid. 2001. N 2. P. 163-170.
9. Мирошников С.А. К гипотезе дискретности поглощения энергии пищи организмом животного // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2009. № 6. С. 41-42.
Алиджанова Инара Эскандеровна, кандидат медицинских наук, научный сотрудник института Биоэлементологии ОГУ, 460000, г. Оренбург, ул. Проспект Победы д. 13
Нотова Светлана Викторовна, доктор медицинских наук, профессор кафедры биохимии и молекулярной биологии ОГУ, 460000, г. Оренбург, ул. Проспект Победы д. 13
Мирошников Сергей Александрович, доктор биологических наук, профессор, директор ГНУ Всероссийский НИИ мясного скотоводства, 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)77-46-41
