CC BY
20
УДК 615:616.636
МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ПЕЧЕНИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ НАНОСТРУКТУРНОГО САПРОПЕЛЯ НА ПРИМЕРЕ БЕЛЫХ МЫШЕЙ
Семакина К.В. - аспирант; Ежкова Д.В. - студентка; Файзрахманов Р.Н. - к.с/х.н., доцент; Ежков В.О. - д.в.н., доцент; Ежкова А.М. - д.б.н., доцент ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» ФГБОУ ВО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана»
Ключевые слова: печень, наноструктурный сапропель, гистологические исследования Key words: liver, nanostructured sapropel, histological studies
Применение в фармакологической промышленности передовых методов нано-технологий открывает широкие перспективы для разработки и внедрения в производство высокоэффективных лекарственных средств и кормовых добавок нового поколения, изготовленных с применением наноматериалов [8].
Одним из уникальных природных минералов является сапропель - органо-минеральный комплекс, полученный из многовековых донных отложений пресноводных водоёмов. Минерал содержит большое количество низкомолекулярных органических соединений, витаминов, каратиноидов, ферментов и микроэлементов в легко усвояемой организмом форме. Применение его животным повышает продуктивность и улучшает качество продукции, способствует производству функциональных продуктов питания для человека, насыщенных соединениями биогенных макро - и микроэлементов [7, 10].
Вопросы безопасности применения наноматериалов в виде кормовых добавок в кормлении животных и далее по трофической цепи - человеку требуют глубокого изучения как свойств, составляющих их на-ночастиц, так и механизмов действия в организме.
О токсичности наночастиц в отношении биологических объектов имеются весьма противоречивые данные. Существует мнение о том, что наночастицы, вследствие высокой химической активности и малых размеров, обладают токсичными свойствами. Авторы в своих исследованиях указывают на то, что токсичность наночастиц определяется не только их размерами, но и формой. Наноча-стицы дендрической и веретенообразной форм имеют сравнительно большую цито-токсичность и вызывают более разрушительные эффекты в организме, нежели частицы сферической формы [4, 11].
В работах Warheit D.B., et al. (2003) по-
казано, что при воздействии наночастиц на организм отчетливо прослеживается зависимость «доза-эффект» [12]. Об усилении симптомов интоксикации с увеличением дозы поступающих в организм белых мышей наночастиц сообщают Герасимов А.П. и др. (2014). В их исследованиях показано, что однократное внутрижелудочное введение нано-структурного фосфорита в дозах 0,03-0,06 г/кг не оказывает влияния на общее состояние животных. Увеличение дозы препарата до 0,09 г/кг обуславливает проявление клинических признаков интоксикации. Гибель животных наступает при дозе 0,12 г/кг [1].
В тоже время отдельные исследователи сообщают о том, что наночастицы не оказывают токсического действия. В исследованиях Т.И. Терпинской и соавторов (2015) показано, что наночастицы водного раствора CdSe/ZnS, стабилизированные цистеином, не оказывают цитотоксического эффекта при поглощении их клетками [5].
Вышеприведенный обзор литературных данных показывает актуальность изучения механизма действия наноструктурных веществ на органном и клеточном уровнях в зависимости от дозы вводимых препаратов. В связи с чем, целью работы стало исследование морфофункционального состояния неконтактного с нановеществами органа - печени при введении разных доз наноструктур-ного сапропеля: от прогнозируемой токсичной дозы, до дозы, не вызывающей проявление клинических симптомов интоксикации.
Материалы и методы исследований. Объектами исследований стали наноструктурный сапропель, белые мыши, печень белых мышей.
Использовали сапропель месторождения озеро Белое Тукаевского района Республики Татарстан. В составе сапропеля не выявлено высоко опасных химических элементов - кадмия, олова и мышьяка (табл. 1).
Таблица 1 - Элементный состав сапропеля, мг/л
№ Элемент Содержание № Элемент Содержание № Элемент Содержание № Элемент Содержание
1 Са 2,40 6 K 0,048 11 ТС 0,011 16 Li 0,001
2 Fe 0,68 7 P 0,047 12 Ba 0,008 17 & 0,0015
3 М 0,390 8 Mn 0,046 13 Zn 0,0023 18 Ой 0,0014
4 Mg 0,350 9 № 0,020 14 № 0,0023 19 ОЬ 0,0005
5 Sr 0,077 10 0,018 15 V 0,002 20 Pb 0,0005
Наноструктурный сапропель с частицами размером 50,0-180,0 нм, которые имели обтекаемую полигональную форму, изготавливали методом ультразвукового диспергирования в научно-исследовательском инновационно-прикладном центре «Нанотехноло-гии и наноматериалы» г. Казань [3].
Острую оральную токсичность нано-структурного сапропеля изучали на нелинейных белых мышах по МУ 1.2.2520-09 «Гигиена, токсикология, санитария. Токсиколого-гигиеническая оценка безопасности нанома-териалов». При изучении острой оральной токсичности наноструктурного сапропеля определяли смертельные, токсичные и безопасные дозы.
Диапазон исследуемых доз избирали с учетом литературных данных по применению сапропеля в оптимальных дозах 0,5-1,5 г/кг и рекомендациям МУ 1.2.2520-09 при выборе от доз, не вызывающих клинических признаков интоксикации до заведомо токсичных доз [6, 10]. Использовали 60 самцов белых мышей в возрасте 4-х месяцев с массой тела 24,9±1,8 г. Были сформированы пять групп по 12 животных, которым однократно внутрижелудочно вводили: мышам I, II и III групп наноструктурный сапропель в дозах 3,0; 1,8 и 0,6 г/кг; мышам IV группы - сапропель в дозе 1,0 г/кг и мышам V группы (контрольная) - деионизированную воду.
Сапропель и наносапропель вводили мышам в виде водных суспензий, на основе деионизированной воды. Через четыре часа после введения препаратов из каждой группы выводили по три мыши для гистологических исследований печени. Некропсию белых мышей выполняли методом эвисцерации по Г.В. Шору. Для гистологических исследований кусочки печени фиксировали в 10%-ном водном растворе формалина с последующим уплотнением на замораживающем микротоме с охлаждением «0МТ-0228» и «МЗП-01 Тех-ном». Гистосрезы окрашивали гематоксилином Бемера и водным 0,1% -ым раствором эозина. Гистологические препараты анализировали с помощью светового микроскопа
МБИ-1 под увеличением окуляра х7, х10, х15, объектива х10, х20, х40. Фотографирование микропрепаратов проводили с помощью микроскопа JENAMED2 окуляр GF-PW 10х25 объектив 40.
Результаты исследований. Структурно-функциональное состояние печени представляло особый интерес, так как орган является одним из основных органов-мишеней, активно реагирующий на внешние и внутренние изменения в организме.
Принудительное введении нанострук-турного сапропеля в желудок спровоцировало физиологический процесс отторжения чужеродного вещества в пищевод путем отрыжки, при этом часть нанопрепарата осела на слизистой рогового вещества пищевода.
При патологоанатомическом вскрытие мышей, получивших наноструктурный сапропель в смертельной дозе (3,0 г/кг), отмечали мелкоточечные кровоизлияния и гиперемию слизистой пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки. В просветах органов пищевой трубки наблюдали нанострук-турный сапропель, который располагался по длине органов в виде отдельных частиц, агломерировавших под действием ферментов пищеварительных желез [9]. В печени отмечали напряженность капсулы, единичные точечные кровоизлияния, края органа были притуплены. Почки были несколько увеличены в размере, имели напряженную капсулу, на разрезе паренхима выбухала за края капсулы. Макрокартина вскрытия была типична острому токсическому отравлению.
При гистологическом исследовании печени мышей этой группы, отмечали дистрофические изменения центролобулярных гепатоцитов с наличием некроза некоторых из них, выраженное полнокровие синусоид-ных капилляров и центральной вены, активацию купферовских клеток-макрофагов печени с эмиграцией некоторых из них к центральной вене, наблюдали умеренно выраженный рисунок балочного строения (рис. 1).
»1
« V
/ь ■ - - » Л, •
«'■• • * €-•» -Г*, '
■ ¡г ' I »
в
" . ' • ^ О V •
V
&
1 / \4
1 — Ф
•
• V 1 »
Г-, 1 .. ~ • 1
¡о ' * ш ^ ' Ч1.-
) %
■ч V
■» -
V
А
/
а
а .
Л» V V Л. 'л г ф '
• - • V
V;? » *
б |
#
с?.
V «
• /V
О . '• ■
е я
•л & '
О
. — чЛ 1
' . V У <57^7 ¿-¡.Ж;
™ мП
и. г
I .
Рисунок 1 - Дистрофия (а) и некроз (б) центролобулярных гепатоцитов, выраженное полнокровие центральной вены и синусоидных капилляров (в), активация купферовских клеток (г) у мыши, получившей наноструктурный сапропель в дозе 3,0 г/кг. Окраска гематоксилин-эозином. Х 400.
При некропсии мышей, получивших токсическую дозу (1,8 г/кг) наноструктурно-го сапропеля наблюдали единичные точечные кровоизлияния на слизистой органов желудочно-кишечного тракта, отмечали обилие слизи на поверхности желудка и двенадцатиперстной кишки. В печени и почках наблюдали напряжение капсул, при разрезе органов паренхима выбухала за пределы капсулы. Патологоанатомические изменения характеризовались проявлением паренхиматозной дистрофии печени и почек.
Гистологическими исследованиями в печени мышей этой группы установлено умеренное полнокровие синусоидных капилляров и центральной вены, балочное строение органа умеренно выраженно. Выявляли деструктивные изменения единичных цен-тролобулярных гепатоцитов с развитием ка-риолизиса.
При вскрытии мышей, получивших безопасную дозу наноструктурного сапропеля (0,6 г/кг), отмечали слабовыраженную гиперемию слизистой органов желудочно-кишечного тракта. Паренхиматозные органы были без видимых изменений.
При гистологическом исследовании печени у мышей этой группы, выявили умеренное полнокровие синусоидных капилляров (рис. 2). Центролобулярные и перипор-тальные гепатоциты имели выраженную структуру ядер и цитоплазмы, были организованы в балки, рисунок балочного строения органа сохранен, междольковая соединительная ткань содержала триады без видимых изменений. Отмечали наличие двухъ-ядерных центролобулярных гепатоцитов. Гистологическая картина органа соответствовала физиологической, видовой и возрастной норме органа.
Рисунок 2 - Умеренное полнокровие синусоидных капилляров печени у мыши, получившей нано-структурный сапропель в дозе 0,6 г/кг. Окраска гематоксилин-эозином. Х 400.
Заключение. Отмечали дозозависимый характер влияния наноструктурного сапропеля на организм мышей: чем выше доза, тем выраженнее проявлялись патологоанатоми-ческие изменения.
Внутрижелудочное введение заведомо прогнозируемой летальной дозы нано-структурного сапропеля мышам стало причиной значительных деструктивных изменений непосредственно контактных органов желудочно-кишечного тракта и обусловило дистрофические изменения печени с наличием очагов некроза. Гистологически в печень выявляли полнокровие синусоидных капилляров, деструкцию отдельных центролобу-лярных гепатоцитов и очаговый некроз.
При введении токсической дозы выявляли в просвете органов пищеварительного канала обилие слизи с включениями сапропеля, что расценивали как адаптационно-компенсаторный механизм по обволакиванию агломерированных частиц нанострук-турного сапропеля и обезвреживание действия его больших концентраций на организм животных. Патологоанатомические изменения характеризовались проявлением паренхиматозной дистрофии печени и почек. Отличительной особенностью гистологических изменений печени у мышей этой группы стало сохранение целостности балочного строения органа и гепатоцитов. Отмечали единичные центролобулярные гепатоциты с распадом ядра.
Поступление безопасной дозы нано-структурного сапропеля в организм животных обусловило незначительное абразивное действие на органы желудочно-кишечного тракта и способствовало усилению процессов пищеварения. На протяжении всей пищеварительной трубки наблюдали умеренное количество слизи, в пищеводе, желудке и двенадцатиперстной кишке отмечали единичные агломераты сапропеля. Гистологически в печени отмечали усиление репаративной функции органа. Полученные данные сопоставимы с исследованиями Ежкова В.О. и др., которые сообщают, что использование агроми-нералов в рационах животных и птиц способствуют активации пристеночного пищеварения и регенеративной функции печени [2].
Таким образом, установлено дозозови-симое влияние наноструктурного сапропеля при внутрижелудочном введении на морфо-функциональное состояние печени. При смертельной дозе в органе отмечали деструкцию отдельных клеток с образованием очагов некроза. При токсической дозе в печени отмечали деформацию гепатоцитов и единичные деструктированные клетки. При безопасной дозе введения наноструктурного сапропеля, печень соответствовала нормативным показателям.
ЛИТЕРАТУРА: 1. Герасимов, А.П. Определение острой токсичности наноразмерного фосфорита /
А.П. Герасимов, А.М. Ежкова // Материалы XIII Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 15 - 17 апреля 2014). Сборник тезисов докладов. - Казань: Издательство «Отечество», 2014. - С. 12.
2. Ежков, В.О. Морфофункциональные особенности некоторых органов у кур при нарушении метаболизма и коррекция его природным минералом / В.О. Ежков, Е.Н. Панина, В.А. Ковальчук // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. - 2006. - Т.186. -С.42-48.
3. Ежков, В.О. Наноструктурные минералы: получение, химический и минеральный составы, структура и физико-химические свойства / В.О. Ежков, А.Х. Яппаров, Е.С. Нефедьев, А.М. Ежкова, И.А. Яппаров, А.П. Герасимов // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - Т. 17. - № 11. - С. 41-45.
4. Лыков, А.П. Комплекс антибактериальных препаратов с наночастицами диоксида кремния для направленной доставки лекарственных веществ / А.П. Лыков, К.В. Гай-дуль, В.И. Коненков // Биофармацевтический журнал. -2012. - Т.4. - №6. - С. 3-12.
5. Терпинская, Т.И. Взаимодействие флуоресцентных полупроводниковых наноча-стиц с опухолевыми клетками / Т.И. Терпин-ская, Г.К. Жавнерко, К.Д. Яшин, В.С. Осипович, Е.А. Петрова, М.В. Артемьев, В.С. Ула-щик // Российские нанотехнологии. - 2015. -Т.10. - № 3-4. - С. 115-120.
6. Файзрахманов, Р.Н. Определение острой токсичности и изучение кумулятивных свойств сапропеля / Р.Н. Файзрахманов, Ш.К. Шакиров, М.А. Багманов, Р.Н. Фай-зрахманов-мл. // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. - 2012. - Т. 208. -С. 256-261.
7. Файзрахманов, Р.Н. Химический состав сапропелей Республики Татарстан и перспективы их применения в животноводстве / Р.Н. Файзрахманов // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. - 2010. - Т. 202. -С. 199-202.
8. Яппаров, А.Х. Научное обоснование получения наноструктурных и нанокомпо-зитных материалов и технология их использования в сельском хозяйстве / А.Х. Яппаров, Ш.А. Алиев, И.А. Яппаров, А.М. Ежкова, И.А. Дегтярева, В.О. Ежков [и др.]; под общ. ред. А.Х. Яппарова и Л.В. Коваленко. - Казань: Центр инновационных технологий, 2014. - 304 с.
9. Ezhkov, V.O. Studying the action of different doses of nanostructured sapropel on the morpho-functional state of the contact of the digestive system of white mice / V.O. Ezhkov, A.Kh. Yapparov, A.M. Ezhkova, I.A. Yapparov, G.O. Ezhkova, R.N. Faizrakhmanov, T.Y. Mot-ina // Nanotechnologies in Russia. - 2016. - Vol. 11. - Nos. 7-8. - Р.497-505.
10. Maltsev, N.A. Sapropel - filler fodder for broiler chickens / N.A. Maltsev, I.A. Korshevo // Animal Nutrition and Forage Production. - 2010. - № 3. - Р. 44-49.
11. Wang, J. Acute toxicity and biodistribution of different sized titanium dioxide particles in mice after oral administration / J. Wang, G. Zhou, C. Chen, H. Yu, T. Wang, M. Yongmei, G. Jia, Y. Gao, B. Li, J. Sun, Y. Li, F. Jiao, Y. Zhao, Z. Chai // Toxicology Letters. - 2007. - V. 168. - №. 2. - Р. 176-185.
12. Warheit, D.B. Pulmonary toxicity studies in rats with triethoxyoctylsilane (OTES)-coated, pigment-grade titanium dioxide particles: bridging studies to predict inhalation hazard / D.B. Warheit, K.L. Reed, T.R. Weeb // Experimental Lung Research. - 2003. - V.29. - № 6. - P.593-606.
МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ПЕЧЕНИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ НАНОСТРУК-ТУРНОГО САПРОПЕЛЯ НА ПРИМЕРЕ БЕЛЫХ МЫШЕЙ
Семакина К.В., Ежкова Д.В., Файзрахманов Р.Н., Ежков В.О., Ежкова А.М.
Резюме.
Наноструктурный сапропель состоит из частиц полигональной формы размером 50,0-180,0 нм, стабилизированных электростатически деионизированной водой. Исследовали его влияние на морфофункциональное состояние печени белых мышей при внутрижелудочном введении смертельной, токсичной и безопасной доз. При однократном введении смертельной дозы - 3,0 г/кг картина вскрытия характеризовала острое токсическое отравление, печень увеличена в объеме, капсула напряжена, единичные точечные кровоизлияния под капсулой. Гистологически в печени выявляли полнокровие капилляров, деструкцию отдельных центролобулярных гепатоцитов и очаговый некроз. При введении токсичной дозы - 1,8 г/кг отмечали увеличение печени, напряженность
капсулы, наблюдали картину, свойственную дистрофии органа. Микроскопически выявляли сохранность балочного строения, умеренное полнокровие капилляров, единичные центролобуляр-ные гепатоциты с кариолизисом. При введении безопасной дозы - 0,6 г/кг визуальных изменений печени не установлено. Гистологически структура органа и клеток была без нарушений и соответствовала физиологической норме.
MORPHOFUNCTIONAL CONDITION OF THE LIVER WHEN USING NANOSTRUCTURED SAP-
ROPEL FOR EXAMPLE WHITE MOUSE
Semakina KV, Ezhkova DV, Fayzrakhmanov RN, Ezhkov VO, Ezhkova AM
Summary.
The nanostructured sapropel consists of polygonal particles with a size of 50.0-180.0 nm, stabilized by electrostatically deionized water. The effect on the morphofunctional state of the liver of white mice with intragastric administration of lethal, toxic and safe doses was studied. With a single dose of a lethal dose of 3,0 g/kg, the autopsy picture showed acute toxic poisoning, the liver was enlarged in volume, the capsule was tense, and single point hemorrhages under the capsule. Histologically, the liver revealed the plethora of capillaries, the destruction of individual centrolobular hepatocytes, and focal necrosis. When a toxic dose of 1,8 g/kg was administered, the liver was enlarged, the intensity of the capsule was observed, and the pattern characteristic of the organ dystrophy was observed. Microscopically revealed the safety of the beam structure, moderate plethora of capillaries, single centrolobular hepatocytes with karyolysis. With the introduction of a safe dose of 0,6 g/kg, no visual changes in the liver have been established. His-tologically, the structure of the organ and cells was unaffected and corresponded to the physiological norm.
УДК: 619:614.95+636.084.57
ЗООГИГИЕНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКСТРУДИРОВАННОГО КОРМА В КОРМЛЕНИИ ДОЙНЫХ КОРОВ
Софронов В.Г. - д.вет.н, профессор, Сайфуллин А.С. -аспирант, * Ямаев Э.И. - к.вет.н., Данилова Н.И. - д.б.н., Софронов П.В. - к.б.н., Кузнецова Е.Л. - к.вет.н. ФГБОУ ВО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана»
*ООО «ИнвестАгро»
Ключевые слова: экструдированный корм, экструдирование, питательность экструдиро-ванного корма, проращивание зерна, дойные коровы.
Keywords: ekstrudirovanny forage, nutritiousness of an ekstrudirovanny forage, germinated grain, milch cow.
В настоящее время для увеличения продуктивности животных в состав рационов вводят различные кормовые добавки, такие, например, как микроэлементы [8], белково-витаминные добавки [6] и другие, а также используют различные способы подготовки кормов к скармливанию, например, плющение [3], текстурирование [4] и т.д. Одним из наиболее доступных и недорогих источников витаминов, микро- и макроэлементов в кормлении животных является пророщенное зерно [1]. Подлетская Н. Н. [6] в результате научных исследований установила, что в пророщенном зерне увеличивается содержание протеина, незаменимых аминокислот, микроэлементов, витаминов Е и группы В по
сравнению с первоначальным составом. Так, проращивание зерна способствует увеличению содержания лизина на 0,07%, метиони-на на 0,04%, лейцина на 0,42%, а также повышает амилолитическую активность сухого вещества на 2,5 ед/г. Проращивание зерна улучшает поедаемость и усвояемость питательных веществ корма, поскольку в процессе проращивания активизируются ферменты, которые способствуют превращению сложных питательных веществ в простые соединения, легко усвояемые организмом животных [7]. Основным недостатком метода проращивания является кратковременность его использования в связи с тем, что пророщен-ное зерно достаточно быстро портится.
