CC BY
36
УДК 574.24
ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА В ОРГАНИЗМЕ ЯКУТСКОЙ И ПРИЛЕНСКОЙ ПОРОД ЛОШАДЕЙ ПО СЕЗОНАМ ГОДА
Н.Н. ГРИГОРЬЕВА, кандидат биологических наук, доцент (e-mail [email protected])
Якутская государственная сельскохозяйственная академия, ул. Красильникова,15, Якутск, 677007, Российская Федерация
Резюме. Представлены результаты изучения механизмов функционального приспособления лошадей к низким температурным факторам в разных природно-климатических условиях Республики Саха (Якутия). Для адекватного обеспечения физиологических потребностей организма в условиях Севера необходимо усиление энергетического обмена, что в значительной степени связано с активностью трансаминаз. Обмен веществ в организме якутской и приленской пород лошадей имел яркую сезонную выраженность и сопровождался достоверным изменением активности субстратов: аспартатаминотрансферазы (АсАТ), аланинаминотрансферазы (АлАТ), щелочной фосфатазы, уровня холестерина, триглицеридов, мочевины, глюкозы. Наиболее высокая активность АсАТ в весенний и зимний периоды установлена у усть-алданской популяции якутской породы - 4794,29±0,98 и 4300,80±0,81нкат/л, соответственно. Достоверное повышение активности щелочной фосфатазы у этой популяции весной (3083,90±1,50 нкат/л, р<0,001), сопряжённое с существенным снижением уровня глюкозы (3,70±0,26 ммоль/л, р<0,05), что указывало на интенсификацию углеводного обмена для поддержания и восстановления белков через глюкозо-аланиновый шунт. Изменение активности этих ферментов свидетельствовало о мобильном переключении белкового и углеводного обменов, что подтверждает более высокую устойчивость лошадей усть-алданской популяции якутской породы к низкой температуре окружающей среды, по сравнению с животными приленской породы. Различия реакции организма исследованных пород на сезонные изменения окружающей среды выражались в динамике изменений метаболизма гликолипидов. Высокий уровень триглицеридов в крови приленской породы в весенний период (1,24±0,10 ммоль/л) и его достоверное снижение зимой (0,75±0,24 ммоль/л), по сравнению животными якутской породы, свидетельствовало о присущем этим лошадям неэкономном расходовании пластических резервов и энергии.
Ключевые слова: лошади, экстремальные условия, метаболизм, ферменты, гликолипиды, глюкоза, адаптация. Для цитирования: Григорьева Н.Н. Особенности метаболизма в организме якутской и приленской пород лошадей по сезонам года // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 9. С. 95-98.
Сохранение и повышение приспособительных качеств лошадей якутских пород к условиям существования и повышение их продуктивности - первостепенная задача животноводства в Республике Саха (Якутия). Этого достигают как усовершенствованием технологий содержания и кормления, так и проведением фундаментальных научных исследований по адаптивным качествам и биохимической приспособленности организма к условиям отдельных природно-климатических зон Якутии. Ещё в 60-х гг. XX вв. А.Д. Егоров предложил зональный биогеохимический подход к изучению обмена веществ и энергии, биохимической адаптации и приспособленности организма животных к определенной среде обитания [1].
Цель наших исследований - комплексное изучение физиолого-биохимических параметров якутских лошадей в зависимости от породности и сезона года.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи: выявить динамику активности фер-
ментов сыворотки крови (аспартатаминотрансферазы - АсАТ, аланинаминотрансферазы - АлАТ, щелочной фосфатазы) в зависимости от периода года;
оценить уровень некоторых показателей липидно-го, углеводного, азотистого обменов;
определить аминокислотный состав крови в зависимости от сезона года.
Условия, материалы и методы. Исследования были проведены в 2014 г. в НИИ ветеринарной экологии в ФГБОУ ВО «Якутская ГСХА». Объектами исследования послужили лошади якутской породы, обитающие в разных природно-климатических зонах (Нюрбинский и Усть-Алданский районы Республики Саха (Якутия), и приленской породы (Хангаласский район Республики Саха (Якутия). Усть Алданский и Хангаласский районы относятся к Центральной зоне Якутии, для которой характерен резко-континентальный климат. Средняя температура января колеблется в пределах от -42 до -45 °С, средняя температура июля +19 °С, количество осадков в год - 200-350 мм. Нюрбинский район расположен в Вилюйской зоне с годовой амплитудой средних температур 101 °С. В этой зоне, в верховьях реки Марха отмечена наибольшая для континентов Евразии и Америки мощность криолитозоны (вечной мерзлоты) - 1500 м [2].
Для постановки эксперимента по принципу аналогов были сформированы 3 группы из клинически здоровых животных в возрасте 5-6 лет по 50 гол, каждая. Исследования проводили зимой и весной в обычных для якутских лошадей условиях (при круглогодичном пастбищном содержании с организацией подкормки зимой): в ноябре, когда температура окружающей среды достигает минус 40 °С и ниже, в январе - при наименьших её значениях (до минус 55 °С), а также в марте и мае, когда идёт массовая выжеребка кобыл.
Кровь для биохимических исследований отбирали из яремной вены в утренние часы до кормления в одно и то же время, в лабораторию её доставляли в день взятия в термосе во избежание замерзания. Биохимические исследования сыворотки крови животных выполнены на автоматическом анализаторе фирмы «Cobas Minos Plus». Аминокислотный состав крови по сезонам года исследовали только у якутской породы лошадей. Уровень аминокислот определяли методом капиллярного электрофореза с использованием системы «Капель-105». Исследования биохимического и аминокислотного состава крови проводили в соответствии с инструкциями для автоматических анализаторов. Регистрацию электрофореграммы осуществляли по собственному поглощению аминогруппы при длине волны в области 190-200 нм дважды - в первый раз при 20 0С для определения лизина, треонина и цистина в боратном ведущем электролите, второй раз - для определения метионина при 40 0С в боратном электролите, содержащем p-цикладекстрин. Идентификацию и количественное определение анализируемых компонентов проводили с помощью программного обеспечения «Мультихром».
Все результаты обрабатывали методами вариационной статистики: вычисляли средние величины, стандартные ошибки, 95% доверительный интервал.
Таблица 1. Показатели уровня содержания ферментов крови лошадей по породам и в зависимости от сезона года, нкат/л *
Зима Весна
По- якутская порода приленская порода якутская порода приленская порода
каза- район
тель Нюрбинский Усть-Алданский Хангаласский Нюрбинский Усть-Алданский Хангаласский
АсАТ АлАТ 2917,25±0,902 588,40±2,02 4794,29±0,98 1266,90±0,81 4075,80±1,50 390,00±1,49 3294,01±1,5012 188,70±0,471 4300,80±0,811 788,40±0,351 3919,81±0,781 263,32±0,241
ЩФ 4094,10±0,41 2810,50±0,94 5467,70±1,24 4772,60±0,90 3083,90±1,50 4747,60±0,59
* границы нормы АсАТ: нижняя - 200,0-3350,7; верхняя - 1717,0-6151,2; АлАТ: нижняя - 0,0-116,7; верхняя - 141,7-400,1; ЩФ: нижняя - 10,0-3334,0; верхняя - 27,8-6334,6 [6];
1различиядостоверны, по сравнению с показателями, полученными в зимний период года р<0,001; 2различиядостоверны, по сравнению с показателями, полученными у лошадей Усть-Алданского района р<0,001.
Достоверность различий между средними значениями оценивали с помощью ^критерия Стьюдента.
Результаты и обсуждение. Важный аспект приспособления организма к изменяющимся условиям среды - поддержание энергетического гомеостаза. Затраты энергии наиболее выражены при поддержании постоянства температуры тела [3, 4, 5]. Для адекватного обеспечения физиологических потребностей организма в условиях Севера необходимо усиление энергетического обмена, в значительной степени связанного с активностью трансаминаз (аминотрансфераз), которая отражает метаболическое состояние организма. У всех лошадей исследованных пород активность АсАТ находилась в пределах физиологической нормы в течение всего года. Однако отмечена достоверная разница между величиной этого показателя в зимний и весенний периоды (табл. 1).
Наиболее высокая активность АсАТ в эти периоды установлена у лошадей усть-алданской популяции якутской породы. Весной у представителей этой популяции уровень её снизился на 10,4%, а у животных приленской породы - на 3,9%. Кроме того, у особей якутской породы в зависимости от района обитания отмечена достоверная разница в активности амино-трансфераз в пользу усть-алданской популяции (см. табл. 1).
Повышение активности щелочной фосфатазы у животных усть-алданской популяции якутской породы весной, сопряженное с достоверным снижением уровня глюкозы (см. табл. 1, 2), на наш взгляд, указывает на интенсификацию углеводного обмена для поддержания и восстановления белков через глюкозо-аланиновый шунт, а также на мобильное переключение белкового и углеводного обменов, что свидетельствует о высокой адаптивности этой популяции лошадей к местным климатическим условиям.
Установлено, что в зимнее время уровень АсАТ и АлАТ у лошадей нюрбинской популяции якутской породы был ниже, чем у особей усть-алданской,
соответственно на 39,13 и 53,5%, а, по сравнению с животными приленской породы, активность АсАТ была ниже на 28,5%, АлАТ - выше на 33,8% (см. табл. 1). Весной в крови лошадей Нюрбинского района уровень АсАТ был выше, чем зимой на 11,5%, мочевины - ниже на 42,7%, АлАТ - ниже в 3,1 раза (см. табл. 1, 2). Всё это в совокупности свидетельствовало о крайне нестабильном состоянии обмена веществ у животных этой популяции весной, что указывает на изменение синтеза белка для жизнеобеспечения собственного организма и растущего плода в условиях недостаточного питания и повышения энергетических затрат при истощении жировых запасов. Эти лошади вышли из зимовки истощенными, в плохой физической форме, что подтверждают изменения активности аминотрансфераз.
Снижение весной активности ферментов АсАТ и АлАТ у лошадей усть-алданской популяции якутской породы соответственно на 10,5 и 37,9%, при повышении уровня щелочной фосфатазы на 8,9%, указывает на возможность расхода углеводов и белков из внутренних пластических резервов (необходимых для организма животного и развития плода). У животных этой популяции весной обмен веществ стабилизировался быстрее, чем у представителей нюрбинской популяции. Это свидетельствовало о большей адаптированности лошадей усть-алданской популяции, по сравнению с особями нюрбинской популяции.
Различия в обменных процессах организма якутских лошадей всех изученных популяций на сходные сезонные изменения окружающей среды выражались в динамике метаболизма гликолипидов, что следует рассматривать с позиций различной степени приспособления к недостаточному поступлению питательных веществ.
Лошади приленской породы имеют предков европейских культурных пород, следовательно, в филогенетическом плане их можно рассматривать как не прошедших полную акклиматизацию. Весной
Таблица 2. Динамика продуктов метаболизма гликолипидов у лошадей разных пород в зависимости от сезона года, ммоль/л
Зима Весна
Показатель якутская порода приленская порода якутская порода приленская порода Норма [6, 7]
район
Нюрбинский Усть-Алданский Хангаласский Нюрбинский Усть-Алданский Хангаласский
Холестерин Триглицериды Мочевина Глюкоза 3,20± 0,15 0,067±0,012 10,59± 0,88 0,015±0,005 3,45±0,45 0,44±0,10 9,81±0,53 4,52±0,36 2,53±0,18 0,75±0,24 6,06±0,74 3,85±0,60 2,30 ±0,10* 1,35±0,58 6,07±0,50 0,027±0,05 3,70±0,14 0,33±0,12* 7,49±0,17** 3,70±0,26* 2,50 ±0,15* 1,24±0,10** 8,07±1,50 3,70±0,89 0,78-1,56 0,11-1,40 2,4-6,5 2,75-5,50
различия достоверны, по сравнению с показателями, полученными в зимний период года: *р<0,05; **р<0,001
Таблица 3. Аминокислотный состав сыворотки крови якутской породы лошадей, мкмоль/л (M±m)
Аминокислота Сезон года Норма [9]
зима весна 1 лето
Заменимые аминокислоты
Arg (аргинин) 5,73±1,60 7,00±0,10 4,47±0,40* 6,0-10,0
Asn (аспарагин) 2,50±0,60 3,50±0,90 2,90±0,60* 3,5-8,1
Asp (аспарагиновая кислота) 15,70±2,40 17,60±1,10 10,87±0,70* 9,0-15,0
Gly (глицин) 22,15±3,40 22,10±0,10 16,90±1,80* 14,0-19,0
Glu (глютамин) 19,83±4,20 23,00±0,30 14,77±0,30* 10,0-19,0
Pro (пролин) 5,43±2,20 7,40±1,10 3,70±0,90* 5,0-11,0
Ser (серин) 8,83±2,10 8,30±0,90 6,07±0,70* 7,0-11,0
Cys-Cys (цистин и цистеин) 2,13±0,40 2,50±0,20 1,47±0,10* 5,0-13,0
Незаменимые аминокислоты
Lys (лизин) 32,70±7,10 31,60±2,40 20,8±2,0* 7,0-12,0
Thr (треонин) 2,63±0,50 3,20±0,10 1,77±0,20* 8,0-15,0
* разница достоверна, по сравнению с показателями, полученными в зимнии период р<0,05.
в крови этих животных уровень триглицеридов достоверно понижался в 1,8 раза, а глюкозы и холестерина оставался относительно стабильным. При этом в 1,3 раза возрастал уровень мочевины, что указывало на активацию азотистого обмена в весенний период (см. табл. 2). Лошади приленской породы находятся в самом благоприятном по температурному и кормовому факторам районе, что, очевидно, сказывается на уровне их обменных процессов. Так, стабильное содержание глюкозы и холестерина в крови свидетельствовало об оптимальном состоянии гомеостаза и достаточной энергообеспеченности организма. Однако высокий уровень триглицеридов в зимний период и его достоверное снижение весной, в сравнении с лошадьми якутской породы в исследуемые периоды, демонстрировало присущее этим животным неэкономное расходование пластических резервов и энергии. Учитывая более крупные размеры лошадей приленской породы, требующие повышенных энергетических затрат на поддержание гомеостаза, отмеченные изменения следует считать адаптивными.
У нюрбинской популяции якутской породы лошадей отмечен напряжённый тип жирового обмена, как в зимний, так и в весенний периоды. Для этих животных характерны некоторые специфические черты приспособительных реакций к условиям внешней среды. Например, достоверное уменьшение уровня холестерина весной (см. табл. 2) указывало на снижение адаптивных свойств организма, так как величина этого показателя должна быть константна при всех состояниях [3, 6, 7, 8]. Кроме того, уровень глюкозы и триглицеридов у особей этой популяции был значительно ниже физиологической нормы. В весенний период уровень триглицеридов возрастал в 20 раз, глюкозы - в 1,8 раза. В сочетании с одновременным снижением уровня мочевины в 1,7 раза, такие изменения свидетельствуют о том, что в организме животных этой популяции происходило активное расщепление пластических резервов жировой ткани и азотистый обмен находился в угнетенном состоянии.
Лошади якутской породы Усть-Алданского района обитают в экстремальных условиях. Все изученные показатели обмена гликолипидов у них имели однонаправленную выраженную тенденцию к снижению абсолютных величин в весенний период при практически стабильном уровне холестерина, что свидетельствовало о спокойном состоянии гомеостаза. Содержание триглицеридов весной уменьшилось в
0,75 раза, глюкозы - в 1,22 раза, мочевины - в 1,3 раза (см. табл. 2). В целом такие результаты свидетельствуют о хорошем уровне адаптации этой популяции к сезонным изменениям внешней среды. Несмотря на то, что лошади нюрбин-ской и усть-алданской популяций относятся к одной породе, схожи по экстерьеру и промерам, различия в их реакциях значительны. Наибольшей жизнестойкостью обладают особи усть-алданской популяции.
Изменения концентрации незаменимых аминокислот у лошадей якутской породы носили сезонный характер и были относительно стабильны в зимний и весенний периоды с падением более чем на 50% летом (табл. 3).
Пул заменимых аминокислот весной возрастал на 10,2%, а летом снижался на 35%. В целом такая картина характеризует повышенную активность белкового обмена в летний период, связанную с восстановлением резервов и интенсивным моло-кообразованием. При этом весной, по сравнению с зимним периодом, концентрация многих заменимых аминокислот повышалась; незаменимой аминокислоты треонина - увеличивалась, а лизина
- снижалась. По сравнению с зимним периодом, концентрация пула свободных аминокислот в крови весной (97,3%) и летом (71,7%) находилась в пределах физиологической нормы, что указывало на поддержание систем гомеостаза на довольно высоком и активном уровне.
Выводы. У всех исследованных пород лошадей активность АсАТ находилась в пределах физиологической нормы в течение всего года. Однако отмечена достоверная (р<0,001) разница между величиной этого показателя в зимний и весенний периоды, а также разнонаправленность ее изменения (нюрбинская популяция якутской породы
- 2917,25±0,90 и 3294,0±1,50; усть-алданская популяция - 4794,29±0,98 и 4300,80±0,81; приленская порода - 4075,80±1,50 и 3919,8±0,78). Наиболее высокая активность АсАТ в весенний и зимний периоды установлена у лошадей усть-алданской популяции якутской породы.
Для метаболизма лошадей разных пород характерна сезонная регуляция жирового и азотистого обмена. Существенное повышение активности щелочной фос-фатазы у усть-алданской популяции якутской породы весной, сопряжённое с достоверным снижением уровня глюкозы, указывало на интенсификацию углеводного обмена для поддержания и восстановления белков через глюкозо-аланиновый шунт. Изменения величин этих показателей свидетельствовали о мобильном переключении белкового и углеводного обменов, что подтверждает высокую адаптивность указанной популяции лошадей к местным климатическим условиям.
Изменения концентрации незаменимых аминокислот носили сезонный характер. Она была практически стабильна зимой и весной и уменьшалась более чем на 50% летом.
Литература.
1. Егоров А. Д. Биогеохимическое районирование лугопастбищных территорий Якутии на основе биогеохимии ландшафтов // Микроэлементы в сельском хозяйстве и медицине. Улан-Удэ.-1968.- С. 57-63.
2. Атлас сельского хозяйства ЯАССР/под редакцией А.Г. Гущиной. М.: Главное управление геодезии и картографии при совете министров СССР, 1989. 37 с.
3. Хайдарлиу С.Х. Функциональная биохимия адаптации. Кишинев: Штиинца, 1984. 272 с.
4. AnufrievA. I., IsaevA.P., Solomon N.G. Body temperature changes in purebred and hybrid Yakut horses under the conditions of Yakutia //Doklady Biological Sciences. 2009. № 1. V. 427. Pp. 358-361.
5. Anufriev A.I., Okhlopkov I.M., Solomon N.G. Hibernation of the black-capped marmot Marmota camtschatica with body temperatures of 0 and-1°C//Doklady biologische Wissenschaften. 2012. № 1. V. 447. Pp. 381-385.
6. Холод В.М., Ермолаев Г.Ф. Справочник по ветеринарной биохимии/Минск: Ураджай, 1988. 168 с.
7. Васильев Ю.Г. Трошин Е.И., Любимов А.И. Ветеринарная клиническая гематология. СПб.: Лань, 2015. 656 с.
8. Колосова Н.Г., Шорин Ю.П., Куликов В.Ю. Реакции перекисного окисления липидов в печени крыс при долговременной адаптации к холоду // БЭБиМ. 1981. № 4. С. 436-437.
9. Кудрявцев А.А., Кудрявцева Л.А. Клиническая гематология животных: монография. Москва: «Колос», 1974. 196 с.
PECULIARITIES OF METABOLISM IN BODIES OF HORSES OF YAKUT AND PRILENSKAYA BREEDS
IN DIFFERENT SEASONS
N.N. Grigorieva
Yakutsk State Agricultural Academy, ul. Krasilnikova, 15, Yakutsk, 677007, Russian Federation
Summary. It is presented the observations of functional adaptation mechanisms to low temperatures under different climatic conditions of the Republic of Sakha-Yakutia. In order to ensure adequately the physiological needs under conditions of the North, it is necessary to strengthen energy metabolism, which is largely related to the activity of transaminases. The metabolism of Yakut and Prilenskaya horses had an expressed seasonal manifestation and was accompanied by a significant change of substrate activity: aspartate aminotransferase (AST), alanine aminotransferase (ALT), alkaline phosphatase, the level of cholesterol, triglycerides, urea, glucose. The highest activity of AST during spring and winter were found in the Ust-Aldan population of the Yakut horse breed: 4794.29 ± 0.98 and 4300.8 ± 0.81ncat/l, respectively. The significant increase in the activity of alkaline phosphatase during spring in this population (3083.9 ± 1.50 ncat/l, p is less 0.001), conjugate with a significant decrease in glucose levels (3.70 ± 0.26 mmol/l, p is less 0.05), indicates an intensification of carbohydrate metabolism to maintain and restore the protein through the glucose-alanine shunt. Changes in the activity of these enzymes indicate a mobile switching of protein and carbohydrate metabolism that confirms that Ust-Aldan population of the Yakut horse breed is more resistant to low ambient temperature in comparison animals of the Prilenskaya breed. Differences in body reactions of the studied breeds to seasonal changes in the environment were expressed in the dynamics of changes in glycolipid metabolism. High level of triglycerides in blood of the Prilenskaya horses in spring (1.24 ± 0.10 mmol/l) and its significant decrease during winter (0.75 ± 0.24 mmol/l), with multiple overshoot of standards (0.11-1.14 mmol/l) compared to the Yakut breed animals, proved wasteful consumption of plastic reserves and energy, inherent for these horses.
Keywords: horses, extreme conditions, metabolism, enzymes, glycolipids, glucose, adaptation. Autor Details: N.N. Grigorieva, Cand. Sc. (Biol.), assoc. prof. (e-mail: [email protected]).
For citation: Grigorieva N.N. Peculiarities of Metabolism in Bodies of Horses of Yakut and Prilenskaya Breeds in Different Seasons. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2016. V. 30. No. 9. Pp. 95-98 (in Russ.).
Требования к оформлению статей в журнале «Достижения науки и техники АПК»
В статье должно быть кратко изложено состояние дел по изучаемой проблеме со ссылками на публикации (желательно не менее трех ссылок). Затем указаны цели, задачи, условия и методы исследований. Подробно представлены результаты экспериментов и их анализ. Сделаны выводы и даны предложения производству. В статье следует по возможности выделять следующие блоки: введение; цель и задачи исследований; условия, материалы и методы исследований; результаты исследований; выводы.
Вместе со статьей должны быть представлены перевод названия на английский язык; аннотация (200-250 слов) на русском и английском языках; ключевые слова на русском и английском языках; полные почтовые адреса всех учреждений, в которых работают авторы, на русском и английском языке; ученые степени и должности авторов на русском и английском языке код УДК; библиографический список.
В тексте ссылка на источник отмечается соответствующей цифрой в квадратных скобках в порядке цитирования. В списке литературы приводятся только те источники, на которые есть ссылка в тексте. Использование цитат без указания источника информации запрещается.
Материал для подачи в журнал набирается в текстовом редакторе Word версия не ниже 97 файл с расширением *.rtf.
Объем публикации 12-16 стр. машинописного текста набранного шрифтом Times New Roman, размер кегля 14 с полуторным интервалом. На 2,5 страницы текста допускается не более 1 рисунка или таблицы.
Статьи необходимо направлять с сопроводительным письмом с указанием сведений об авторах (фамилия, имя, отчество -полностью, ученая степень, место работы и занимаемая должность) на русском и английском языке, контактных телефонов и адреса электронной почты для обратной связи.
На публикацию представляемых материалов необходимо письменное разрешение и рекомендация руководства организации, на средства которой проводились исследования. Его вместе с одним экземпляром рукописи, подписанным авторами, и статьей в электронном виде нужно отправлять по адресу: 101000, г. Москва, Моспочтамт, а/я 166, ООО «Редакция журнала «Достижения науки и техники АПК». Для ускорения выхода в свет материалы в электронном виде можно направлять по адресу: [email protected].
Плата с аспирантов за публикацию рукописей не взимается.
Несоответствие статьи по одному из перечисленных пунктов может служить основанием для отказа в публикации.
Все рукописи, содержащие сведения о результатах научных исследований, рецензируются, по итогам рецензирования принимается решение о целесообразности опубликования материалов.
