CC BY
51
Изучение биоаккумулирующей способности пробиотических препаратов при интоксикации лабораторных животных медью
ЕЮ. Исайкина, к.б.н, ФГБОУВПО Оренбургский ГАУ, А.Н. Си-зенцов, к.б.н., А.С. Бунина, магистрант, А.С. Шабло, магистрант, Д.К. Овсянникова, ФГБОУ ВПО Оренбургский ГУ
Медь — один из важнейших незаменимых элементов, необходимых для живых организмов. В растениях медь активно участвует в процессах фотосинтеза, дыхания, восстановления и фиксации азота [1].
Этот биоэлемент повышает устойчивость организма к некоторым инфекциям, связывает микробные токсины и усиливает действие антибиотиков. Медь обладает выраженным противовоспалительным свойством, смягчает проявления аутоиммунных заболеваний, а также способствует усвоению железа [2, 3].
В организм медь поступает в основном с пищей. В желудочно-кишечном тракте абсорбируется до 95% поступившей в организм меди (максимальное количество в желудке), затем в двенадцатиперстной кишке, тощей и подвздошной кишке [4, 5].
Приобретённая медная интоксикация является следствием потребления или всасывания избыточного количества меди (например, потребление продуктов или напитков, которые долгое время хранились в медных ёмкостях). При этом может наблюдаться самопроизвольно завершающийся гастроэнтерит с тошнотой, рвотой и поносом. Более тяжёлая интоксикация медью является следствием потребления нескольких граммов медной соли (сульфата меди) или всасывания больших количеств через кожу (например, компрессы, насыщенные раствором медной соли, применяемые для лечения обширных ожогов). В данном случае могут развиться гемолитическая анемия и анурия, в конечном итоге с фатальным исходом [6].
Большой интерес вызывает изучение данной способности среди микроорганизмов, входящих в состав пробиотических препаратов, в частности у бактерий рода Bacillus, являющихся самоэлеми-нирующимися антагонистами. Пробиотические препараты обладают такими свойствами, как ярко выраженная антагонистическая активность в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, высокая ферментативная активность, иммуностимулирующее действие. Помимо этого важным свойством является антитоксическое действие пробиотиков, проявляющееся в накоплении и активном выведении тяжёлых металлов из организма. Из этого следует, что вопрос оценки эффективности применения пробиотиков на основе рода Bacillus при отравлении тяжёлыми металлами является актуальным [7—10].
В связи с вышеизложенным была поставлена цель: изучить эффективность применения про-
биотиков на основе спорообразующих бактерий рода Bacillus при экспериментальной интоксикации медью.
Для достижения поставленной цели была определена следующая задача — изучить способность спорообразующих бактерий рода Bacillus к биоаккумуляции меди в условиях in vivo по средству определения её концентрации в тканях лабораторных животных.
Материалы и методы исследования. В работе использовали три пробиотических препарата: Споробактерин, Бактисубтил и Ветом 2. Основу препаратов составляют бактерии рода Bacillus. В качестве токсиканта использовали соль тяжёлого металла сульфат меди.
Исследования выполнены в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) Оренбургского государственного университета на лабораторных белых крысах линии Вистар. При распределении животных на группы придерживались общепринятых принципов подбора животных-аналогов.
С целью проведения исследования из 96 особей было сформировано восемь групп — пять контрольных и три опытных. Животные первой контрольной гр. получали основной рацион (К0), второй— основной рацион с добавлением сульфата меди из расчёта 150 мг/кг веса тела (К1), третьей — основной рацион с добавлением Споробактерина (К2), четвёртой — основной рацион с добавлением Ветома 2 (К3), пятой — основной рацион с добавлением Бактисубтила (К4). Крысам опытных групп в основной рацион добавляли сульфат меди и пробиотики — Ветом 2 (О1), Споробактерин (О2), Бактисубтил (О3).
Соли тяжёлых металлов задавали в 1-е сут. эксперимента, пробиотики вводили в организм через 12 час. после введения меди, курс лечения составил 7 сут. Взятие материала проводили с периодичностью в 7 сут. (фоновое исследование, 7-е, 14-е и 21-е сут.) путём убоя животных методом декапитации.
Для оценки эффективности применения про-биотических препаратов при интоксикации медью был использован метод атомно-абсорбционного спектрального анализа, отличающийся высокой абсолютной и относительной чувствительностью. Данный метод основан на свойстве атомов химических элементов, образующихся при распылении зольных растворов в пламени ацетилен-воздух, поглощать свет определённой длины волны. В качестве атомно-абсорбционного спектрофотометра использовали прибор типа AAS-1 (производитель «Carl Zeiss JENA», Германия)
с набором спектральных ламп. В качестве биоматериалов выбрали костную и мышечную ткани, а также кожный покров, так как в этих тканях происходит аккумуляция исследуемого металла [11].
Результаты исследований. Была проанализирована способность бактерий рода Bacillus к накоплению и выведению меди. Результаты определения концентрации исследуемого металла в биологических образцах с помощью атомно-абсорбционной спектрофотометрии представлены в таблице 1.
В ходе эксперимента было установлено, что содержание меди в костной ткани на 7-е сут. исследования у лабораторных животных опытных групп (О1, О2, О3) превышало значения в КО на 65, 99 и на 91% соответственно. Но при этом уровень показателей оказался ниже, чем у особей К1 - в О1 - на 34%, О2 - на 18%, О3 - на 24%.
На следующих этапах исследования наблюдалось стабильное снижение содержания меди в костной ткани к 14-м и 21-м сут. эксперимента, при этом на 14-е сут. у особей О1 гр. показатели были ниже, чем у животных КО на 7-е сут., на 10, О2 - на 4 и О3 - на 31%. Данные показатели превышали таковые у животных гр. К1: у особей О1 гр. - на 43, О2 - на 25 и О3 - на 50% соответственно.
На 14-21-е сут. содержание меди в костной ткани крыс опытных гр. по сравнению с КО снижалось в меньших количествах - на 8, 2 и 13%
соответственно. При этом аналогичный показатель у особей гр. К1 превышал таковой у животных опытных групп О1 — на 51, О2 — на 31 и О3 — на 59% соответственно.
Анализируя изменения содержания меди в мышечной ткани лабораторных животных на 7-е сут. исследования, было установлено, что у крыс опытных групп (О1, О2, О3) превышало значения в гр. К0 на 99, 52 и на 86% соответственно. По отношению к гр. К1 уровень значений данного показателя у особей О1, О2, О3 групп оказался на 15, 12 и 7% выше соответственно.
К 14-м сут. эксперимента содержание меди в мышечной ткани животных снизилось по отношению к предыдущему сроку исследования у особей опытных групп (О1, О2, О3) на 19, 8 и 9% соответственно, по отношению к показателям в гр. К1 -на 2, 16 и 6%.
На 21-е сут. опыта проявилась общая тенденция снижения содержания меди в тканях животных О1, О2, О3 групп по отношению к 14-м сут. исследования на 8, 1 и 5% соответственно. Данный показатель в тканях крыс гр. К1 был выше, чем у особей опытных групп, на 29, 33 и на 22% соответственно.
Динамика изменений концентрации ионов меди в кожном покрове лабораторных животных была аналогична изменениям в их костной и мышечной тканях. На 7-е сут. концентрация ионов
1. Динамика изменения концентрации ионов меди в тканях
лабораторных животных (X±Sx)
Группа Фоновое исследование Период эксперимента, сут.
7-е 14-е 21-е
Концентрация ионов Cu в шкуре
К0 0,26±0,05 0,23±0,003 0,22±0,05 0,22±0,03
К1 0,37±0,01 0,41±0,08 0,4±0,02 0,58±0,05
К2 0,23±0,06 0,32±0,01 0,3±0,01 0,31±0,03
КЗ 0,24±0,01 0,25±0,02 0,26±0,03 0,21±0,01
К4 0,25±0,01 0,32±0,02 0,31±0,01 0,31±0,01
О1 0,28±0,08* (**) 0,30±0,01** (**) 0,27±0,01* (**) 0,27±0,01* (***)
О2 0,24±0,005* (**) 0,32±0,008** (**) 0,27±0,01* (**) 0,24±0,005* (***)
ОЗ 0,25±0,008* (**) 0,34±0,003*** (**) 0,39±0,006*** (*) 0,30±0,005* (***)
Концентрация ионов Cu в мышечной ткани
К0 0,24±0,01 0,23±0,03 0,22±0,006 0,22±0,06
К1 0,35±0,005 0,4±0,01 0,45±0,01 0,48±0,008
К2 0,22±0,008 0,3±0,01 0,29±0,005 0,34±0,008
КЗ 0,22±0,006 0,38±0,005 0,37±0,008 0,35±0,005
К4 0,24±0,008 0,3±0,003 0,29±0,005 0,31±0,01
О1 0,25±0,003* (***) 0,46±0,008** (*) 0,37±0,003*** (*) 0,34±0,006* (***)
О2 0,23±0,008* (***) 0,35±0,008* (*) 0,32±0,008** (**) 0,32±0,008* (***)
ОЗ 0,25±0,008* (**) 0,43±0,005* (*) 0,39±0,01** (*) 0,37±0,003* (**)
Концентрация ионов Cu в костной ткани
К0 0,21±0,01 0,23±0,003 0,22±0,01 0,22±0,003
К1 0,23±0,01 0,58±0,01 0,6±0,02 0,64±0,01
К2 0,19±0,008 0,43±0,01 0,38±0,02 0,34±0,008
КЗ 0,22±0,03 0,38±0,01 0,35±0,008 0,31±0,01
К4 0,21±0,02 0,37±0,01 0,39±0,02 0,41±0,01
О1 0,20±0,01* (*) 0,38±0,008*** (***) 0,34±0,03* (**) 0,31±0,008** (***)
О2 0,22±0,01* (*) 0,47±0,01*** 0,45±0,006*** (**) 0,44±0,01*** (***)
ОЗ 0,20±0,008* (*) 0,44±0,03** 0,30±0,01** (***) 0,26±0,003** (***)
Примечание: * - Р<0,5; ** - Р<0,05; *** - Р<0,005
2. Выведение меди пробиотическими препаратами из тканей лабораторных животных, %
Ветом 2 Бактисубтил Споробактерин
кости мышцы кожный покров кости мышцы кожный покров кости мышцы кожный покров
31,25 33,33 48,52 59,37 53,75 58,27 51,56 29,16 53,44
меди в кожном покрове крыс О1, О2, О3 групп была выше значений в гр. КО на 30, 39 и 47%, при этом по отношению к гр. К1 данные показатели у особей опытных групп были ниже на 27, 22 и 17% соответственно.
Снижение изучаемого показателя к 14-м сут. эксперимента по сравнению с предыдущим сроком у крыс О1, О2, О3 групп составило 10, 15 и 14%, а разница по отношению к животным гр. К1 в сторону снижения концентрации меди увеличилась на 5, 10 и 3% соответственно.
На финальном этапе эксперимента концентрация ионов меди в кожном покрове особей опытных групп снизилась по сравнению со значениями, полученными на 14-е сут. у крыс гр. К0, на 1, 10 и 20%. По отношению к показателям у особей гр. К1 снижение составило 53, 59 и 48% соответственно.
В таблице 2 представлены значения содержания меди в тканях лабораторных животных к концу эксперимента при применении пробиотических препаратов Бактисубтил, Ветом 2 и Споробак-терин.
Самостоятельного влияния на мышечную и костную ткани, шкуру исследуемые пробиотики не оказывали, но при совместном использовании с тяжёлым металлом действовали положительно, стимулируя выведение ионов металлов из организма.
Выводы. В результате определения способности бактерий рода Bacillus, входящих в состав исследуемых пробиотиков, к накоплению тяжёлых металлов по средству определения их концентрации в тканях лабораторных животных выявили, что препараты способствуют снижению токсического действия ионов цинка и свинца в тканях. При этом
наибольшей аккумулирующей способностью по
отношению к ионам меди обладает костная ткань.
Наиболее эффективным из исследуемых препаратов при отравлении ионами меди является
Споробактерин, а наименее — Ветом 2.
Литература
1. Бабенко Г.А. Биологическая роль меди. М.: Наука, 1998. 239 с.
2. Авцын А.П., Жаворонков А.А. Микроэлементозы человека. М.: Медицина, 1999. 496 с.
3. Печенников Е.В., Вашкова В.В., Можаев Е.А. О биологическом значении микроэлементов // Гигиена и санитария. 1997. № 47. С. 41-43.
4. Klevay L.M. Lack of recommended dietary allowance for copper may be hazardous to your health // J. Am. Coll. Nutr. 2002. V. 8. P. 322-326.
5. Wihelm, M. Cadmium, copper, lead and zinc concentrations in human scalp and public hair / M. Wihelm, F. K. Ohnesorge, D. Hotzen // Sci Total. Environ. 2001. Vol. 92. P. 199-206.
6. Хантурина Г.Н. Цитогенетические нарушения при интоксикации солями цинка и меди // Карагандинский государственный университет им. академика Е.А. Букетова. Караганда: Национальный центр гигиены труда и профзаболеваний, 2011. С. 13-15.
7. Абрамова Л.Л., Сизенцов А.Н., Шеботина Н.В. Морфологическое обоснование эффективности применения про-биотических препаратов при лечении сальмонеллёза крыс // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2011. № 1 (29). С. 192-195.
8. Абрамова Л.Л., Сизенцов А.Н., Шеботина Н.В. Оценка эффективности применения пробиотических препаратов при лечении сальмонеллёза на основании исследования показателей крови // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2011. № 1 (30). С. 249-253.
9. Сизенцов А.Н., Исайкина Е.Ю., Кван О.В. и др. Эффективность применения пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus при лечении экспериментальной интоксикации медью // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3.
10. Sizentsov, A. The use of probiotic preparations on basis of bacteria of a genus Bacillus during intoxication of lead and zinc / A. Sizentsov, O. Kvan, A. Vishnyakov, A. Babushkina, E. Drozdova // Life Science Journal. 2014. 11 (10). URL: http:// www.lifesciencesite.com.
11. Green-Ruiz, C. Mercury (II) removal from aqueous solutions by nonviable Bacillus sp. from a tropical estuary / C. Green-Ruiz // Bioresource Technology. 2006. V. 97. № 10. С. 1907-1911.
