CC BY
136
УДК 577.352:636.424.1:612.12
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ СЫВОРОТКИ КРОВИ ЖИВОТНЫХ С ПОМОЩЬЮ МОДЕЛЬНЫХ
СИСТЕМ
Зарудная Е.Н., Максимов В.И., Зайцев С.Ю., Довженко Н.А.
Московская государственная академия ветеринарной медицины и
биотехнологии
Ключевые слова: исследование, сыворотки, животные, модельные системы.
Key words: research, whey, animal, model systems.
Одним из наиболее перспективных и активно развивающихся направлений в исследовании биологических жидкостей животных и модельных систем является метод межфазной тензиометрии [1; 3; 4; 5], который уже более 15 лет успешно применяется в медицине для оценки физиолого-биохимического статуса организма, ранней диагностики заболеваний человека и контроля за их лечением [1]. Этот метод основан на измерении поверхностного натяжения (ПН) биологических жидкостей, в состав которых входят многие низко- и высокомолекулярные поверхностно-активные вещества (ПАВ), способные адсорбироваться на жидких границах раздела фаз (например, биологическая жидкость-воздух) и изменять ПН этих жидкостей [1-2], и таким образом влиять на процессы переноса веществ и энергии через биологические мембраны. Это считается одним из основных механизмов действия ПАВ, обеспечивающим протекание многих физиолого-биохимических процессов и играющим существенную роль в жизненных функциях организма [1; 3; 5]. На ПН сыворотки крови определяющее влияние оказывают не только содержащиеся в ней ПАВ (белки, липиды и их комплексы), но и другие органические и неорганические вещества, которые существенно изменяют значения равновесного, т.е. приведенного к бесконечному времени, и динамического поверхностного натяжения (ДПН), т.е. ПН, измеренного при разных временах существования поверхности [3-5].
С учетом вышеизложенного, цель настоящей работы заключалась в исследовании показателей ДПН сыворотки крови свиноматок и коров различных возрастных групп, выявлении физиолого-биохимических особенностей ДПН сыворотки крови данных групп животных, и разработка и изучение ДПН модельных систем на основе белок-солевых смесей, по своему составу наиболее приближенных к сыворотке крови этих видов животных.
Исследования были проведены на клинически здоровых животных (свиноматках крупной белой и коровах черно-пестрой породы), которые были разделены на 7 групп по принципу аналогов.
В опытах были использованы реактивы фирмы «Sigma-Aldrich» (ФРГ): бычий сывороточный альбумин (БСА - lyophilized powder; >97%; agarose gel electrophoresis); свиной сывороточный альбумин (ССА -lyophilized powder; >98%; agarose gel electrophoresis); хлорид натрия (NaCl ->99,5; молярная масса ~ 58,44 г/моль).
Измерение ДПН проводили на приборе ВРА-1Р (Maximum Bubble Pressure Tensiometer) (Sinterface Technologies, ФРГ) методом максимального давления в пузырьке во временном интервале существования поверхности от 0,01 до 10 секунд.
Результаты исследований были представлены в виде тензиограмм (кривых зависимости ПН от времени), на которых находили значения ПН, соответствующие определенным временам существования поверхности [1; 3]: а0 (при t^-0), a1 (t=0,02 сек), а2 (t=1 сек), а также равновесное ПН - а3 (при t^»), и рассчитывали коэффициенты наклона кривой в области малых (Х0) и больших (Х1) времен существования поверхности. Значения этих коэффициентов характеризуют изменения концентрации ПАВ в данных образцах исследуемой жидкости: Х0 - примерно пропорционален суммарной объемной концентрации ПАВ, а отражает адсорбцию всех ПАВ с учетом их адсорбционной активности.
В результате проведенных исследований было изучено ДПН сыворотки крови коров и свиней (табл. 1).
1. Параметры ДПН сыворотки крови свиноматок и коров
\руппа парач метры\ свинки, 6 мес холосты е свиноматки, 1год супоросные свиноматки, 1,5 года лакти-рующие свиноматки, 2,5 года тёлочки, 6 мес. тёлки, 12 мес. лактиру-ющие коровы, 3 года
о0, мН/м 77,9±1,0 78,7±1,2 78,7±0,8 79,2±0,3 72,7±0,7 76,9±0,2 76,5±0,5
G1, мН/м 75,0±1,2 75,5±0,9 74,6±1,4 74,8±0,8 71,2±0,4 73,1±0,2 74,1±0,5
g2, мН/м 74,5±0,8 73,4±0,6 73,5±1,2 71,4±1,2 70,2±0,2 70,3±0,6 71,8±0,7
о3, мН/м 60,6±2,1 61,0±0,5 60,9±1,0 60,1±1,0 59,4±1,5 60,7±0,5 59,4±0,3
Ч мН-м-1с" 1/2 2,4±0,3 4,31±0,1 1 4,9±0,12 6,0±0,18 2,7±0,9 4,9±0,5 5,3±0,5
ч мН-м" 1 1/2 с 13,8±0,8 13,5±0,5 13,4±1,5 12,3±0,9 12,9±0,8 11,3±0,2 13,2±0,9
Для животных всех исследуемых групп максимальные значения ДПН сыворотки крови отмечаются в области очень малых времен существования поверхности (а0), а минимальные, определяемые постепенной адсорбцией белков и липидов на границе раздела фаз (сыворотка/воздух), при больших временах существования поверхности
(аз).
Все параметры ДПН сыворотки крови коров имеют более низкие значения по сравнению с параметрами ДПН сыворотки крови свиноматок. Значения о0 и Х0 для свиноматок и коров с возрастом повышаются (у свиноматок - на 1,6 % и в 2,5 раза соответственно, у коров - на 4 % и 96 % соответственно), а значения параметров о2 и для свиноматок с возрастом снижаются (на 4,2 % и 10,9 % соответственно). Значения коэффициента наклона кривой в области малых времен существования поверхности, отражающие суммарную концентрацию ПАВ, имеют сильные различия как для свиноматок, так и для коров, при этом, что весьма интересно - максимальные значения Х0 наблюдаются у лактирующих животных, а минимальные - у самых молодых животных: свинок и телочек в возрасте 6 месяцев (2,4±0,3 мН-м-1с-1/2 и 2,7±0,9 мН-м-1с-1/2 соответственно).
В результате корреляционного анализа между параметрами ДПН и биохимическими показателями, полученными для тех же образцов сыворотки, было выявлено, что наиболее существенное влияние на параметры ДПН при средних и больших временах существования поверхности оказывает уровень общего белка, альбуминов, глюкозы, мочевины, кальция и хлорид-ионов (коэффициент корреляции (г)>±0,72).
Для более подробного изучения влияния белков и солей на ДПН сыворотки крови животных нами были разработаны и проведены измерения ДПН модельных систем на основе белок-солевых смесей.
Было изучено ДПН водных растворов БСА, ССА (в концентрации 25-95 г/л) и хлорида натрия (в концентрации 135-165 ммоль/л), а также их двухкомпонентных смесей. Исследования чистых растворов БСА, ССА и №С1 всех концентраций показали, что в области малых времен существования поверхности (о0 и о1) значения ПН близки к ПН натяжению воды и колеблются в пределах 72,21±1,02 мН/м.
Для растворов БСА и ССА всех концентраций с увеличением времени существования поверхности наблюдается постепенное снижение значений ПН, в среднем - от 72,21±1,02 до 62,34±3,09. С увеличением концентрации альбумина в растворе происходит снижение значений ДПН, которое оказывается наиболее существенным для о2 - в среднем на 5 % (БСА - с 70,12+0,17 до 66,5±0,5 мН/м; ССА - с 70,60±0,09 до 67,54±0,04 мН/м) и о3 - в среднем на 7 % (БСА - с 64,7±0,3 до 59,5±0,3 мН/м; ССА - с 65,73±0,13 до 61,7±0,5 мН/м); и увеличение значений параметра Х1,
пропорционального отношению квадрата гиббсовской адсорбции к
концентрации ПАВ, в среднем на 21 % (БСА - от 5,9±0,6 до 7,5±0,3
11/2 11/2 мНм " с ; ССА - от 5,37±0,03 до 6,2±0,8 мНм "с ). Т.о., индивидуальные
водные растворы альбуминов при средних и больших временах
существования поверхности вызывают значительное снижение значений
ПН воды. Изучение ДПН водных растворов хлорида натрия показало, что
значения ПН этих растворов от времени существования поверхности
практически не зависят и колеблются лишь в пределах ошибки измерения.
ПН смесей растворов сывороточного альбумина и хлорида натрия при малых временах существования поверхности для всех исследованных соотношений и концентраций имеет более высокие значения, чем индивидуальные растворы альбумина той же концентрации. Значения о2 и о3 для всех исследованных смесей находятся в пределах ошибки измерений и примерно на 2 мН/м ниже, чем у растворов белка такой же концентрации без добавления соли.
В результате проведенных исследований установлено, что параметры ДПН сыворотки крови животных отражают количественные и качественные изменения ее состава, характерные для определённого возраста и периода репродуктивного цикла. ДПН водных растворов БСА, ССА, хлорида натрия и их смесей изменяется в зависимости от концентрации растворенного вещества и времени жизни поверхности, при этом о0, о1 - определяются солевым составом смеси, а о2, о3, -постепенной адсорбцией белков на поверхности раздела фаз.
Полученные нами данные позволяют говорить о перспективности метода межфазной тензиометрии для использования его в ветеринарной практике при оценке физиолого-биохимического статуса организма животных и при изучении свойств ПАВ и поверхностно-инактивных веществ, содержащихся в биологических жидкостях их организма.
ЛИТЕРАТУРА: 1. Казаков В.Н. Межфазная тензиометрия биологических жидкостей в терапии / Казаков В.Н., Синяченко О.В., Игнатенко Г.А. и др. - Донецк, Донеччина, 2003.- С. 1-126; 2. Makievski А. V. Adsorption of proteins at the liquid/air and liquid/oil interfaces as studied by the pendent drop method / Makievski А. V., Miller R., Fainerman V.B. // In: Food Emulsions and Foams: Interfaces, Interactions and Stability / Eds.: E.Dickinson, J.M.Rodriguez Patino.-Special Publication N227. - Royal Soc. Chem.-1999.-P.269-284; 3. Зарудная, Е.Н. Динамическое поверхностное натяжение сыворотки крови свиноматок. / Зарудная Е.Н., Зайцев С.Ю., Максимов В.И. // Российский ветеринарный журнал. Сельскохозяйственные животные. - 2009. - №2. - С.23-24. 4. Максимов, В.И. Определение физиолого-биохимического статуса свиней методом межфазной тензиометрии / Максимов В.И., Зайцев С.Ю., Зарудная Е.Н. // Тезисы докладов VI Сибирского физиологического съезда. - Барнаул, 2008.
- Т. 1. - С. 93-94. 5. Максимов, В.И. Использование метода динамической межфазной тензиометрии для исследования сыворотки крови крупного рогатого скота / Максимов В.И., Зарудная Е.Н., Зайцев С.Ю., Милаёва И.В. // Уч. записки Казанской гос. академии ветеринарной медицины / Международн. научно-практич. конф., посвященная 135-летию академии «Современные подходы развития АПК». - Казань, 2008. - Т. 194. - С. 57-60.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ СЫВОРОТКИ КРОВИ ЖИВОТНЫХ С ПОМОЩЬЮ МОДЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Зарудная Е.Н., Максимов В.И., Зайцев С.Ю., Довженко Н.А.
Резюме
Одним из наиболее перспективных и активно развивающихся направлений в исследовании биологических жидкостей животных и модельных систем является измерение динамического поверхностного натяжения (ДПН) методом межфазной тензиометрии. Полученные значения ДПН сыворотки крови зависят от вида животного, его возраста и периода репродуктивного цикла. Исследование ДПН модельных систем на основе белок-солевых смесей, по своему составу наиболее приближенных к сыворотке крови, очень важно для понимания влияния отдельных компонентов сыворотки крови на значения ее ДПН.
STUDIES OF THE SURFACE TENSION OF THE ANIMAL'S SERUM USING MODEL
SYSTEMS
Zarudny E.N., Maksimov V.I., Zaitsev S.Y., Dovzhenko N.A.
Summary
One of the most perspective and rapidly developing fields of animal biological liquids' and model systems' investigation is the measurement of dynamic surface tension using the interface tensiometry method. The data obtained depend on the animal's type, age as well as on the reproductive cycle period. The dynamic surface tension studies of model systems containing protein-salt mixtures close to the serum are very important for understanding of the influence of particularly components of the serum on its dynamic surface tension values.
