CC BY
18УДК 636.22/.28:612.015.3(470.55/.58)
ОСОБЕННОСТИ УГЛЕВОДНОГО И ЛИПИДНОГО СТАТУСА ЖИВОТНЫХ В ТЕХНОГЕННОЙ БИОХИМИЧЕСКОЙ ПРОВИНЦИИ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ЮЖНОГО УРАЛА
Паули А. С., аспирант; Фаткуллин Р. Р., доктор биологических наук, профессор; ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет»
Процесс взаимосвязи организма животного с внешней средой это обмен веществ и энергии. Интенсивность обмена веществ является фактором, который обеспечивает жизнь животного, уровень его продуктивности и срок эксплуатации. Для установления характера специфических путей метаболизма нами были проведены исследования ряда биохимических показателей углеводного и липидного обмена. Особенности изменения углеводного обмена у коров, на наш взгляд связаны с тем, что в этот период в материнском организме происходят глубокие физиологические и морфологические изменения, которые связаны с усилением метаболических процессов в организме, направленных на мобилизацию внутриорганных источников энергообеспеченности организма матери и формируемых эмбрионов на фоне гипоксии и преимущественно анаэробного окисления углеводов, но и на выполнение пластической функции для структурообразования органов и тканей эмбрионов и свидетельствуют о нарушении обмена веществ в организ-
FEATURES OF THE CARBOHYDRATE AND LIPID STATUS OF ANIMALS IN THE TECHNOGENIC BIOCHEMI-CAL PROVINCE OF THE FOREST-STEPPE ZONE OF THE SOUTHERN URALS
Pauli A. S., Graduate student; Fatkullin R. R., Doctor of Biological Sciences, Professor;
FSBEI HE «South Ural State Agrarian University»
The process of interaction of the animal's organism with the external environment is the metabolism and energy. The intensity of metabolism is a factor that ensures the life of the animal, the level of its productivity and the period of operation. To establish the nature of specific metabolic pathways, we conducted a number of biochemical indicators of carbohydrate and lipid metabolism. The peculiarities of the change in carbohydrate metabolism in cows, in our opinion, are due to the fact that during this period in the mother's organism deep physiological and morphological changes occur which are associated with the intensification of metabolic processes in the cows organism aimed at mobilizing the internal energy sources of the mother's body and formed embryos on the background of hypoxia and predominantly anaerobic oxidation of carbohydrates, but also on the performance of the plastic function for the structuring of organs and tissues of the embryo and to indicate metabolic disorders in the body of pregnant cows in the zone of ecological trouble.
121
ме стельных коров, находящихся в зоне экологического неблагополучия.
Ключевые слова: обмен веществ, биохимическая провинция, углеводный обмен, липидный обмен, глюкоза, общий белок, пировиноградная кислота, гликолиз, липопротеиды, холестерол.
Key words: metabolism, biochemical province, carbohydrate metabolism, lipid metabolism, glucose, total protein, pyruvic acid, glycolysis, lipoproteins, cholesterol.
Введение. В условиях современного развития агропромышленного комплекса в Российской Федерации пристального внимания заслуживает экологически нестабильная среда обитания сельскохозяйственных животных. В результате вмешательства человека, пагубный и негативный экологический фон оказывает существенное влияние. Процесс взаимосвязи организма животного с внешней средой это обмен веществ и энергии. Интенсивность обмена веществ является фактором, который обеспечивает жизнь животного, уровень его продуктивности и срок эксплуатации. Уточнить природу и интенсивность течения заболевания позволяет биохимическая характеристика, поэтому с целью изучения характера адаптации организма животных в условиях техногенной биохимической провинции и установление характера специфических путей метаболизма нами были проведены исследования ряда биохимических показателей углеводного и липидного обмена.
Материал и методы исследований. Для выполнения поставленной задачи в ТОО «Рассвет» были сформированы группы коров по принципу пар-аналогов: порода - черно-пёстрая, возраст 6 лет, живая масса 520-545 кг, срок стельности 3,0-3,5 месяца (1-ая группа). Вторая группа коров была сформирована аналогично в ТОО «Новокатенино», характеризующемся схожей биогеохимической ситуацией (2-ая группа). Практические исследования проводились в межкафедральной лаборатории ЮУрГАУ, при этом был изучен ряд показателей: глюкоза - при помощи набора реагентов для определения содержания глюкозы в сыворотке, плазме крови, цельной крови; молочная кислота - при помощи набора реагентов для концентрации молочной кислоты в плазме крови, набор «молочная кислота-ольвекс»; лактат - при помощи колориметрического теста для определения лактата в крови; щелочная фосфатаза - при помощи набора реагентов для определения активности щелочной фосфатазы в сыворотке и плазме крови кинетическим методом; общие липиды - при помощи набора реактивов для приготовления 290 мл рабочего раствора для определения общих липидов в сыворотке крови; Р-липопротеиды - методом по Бурштейну в модификации Виноградовой; холесторол - при помощи набора реагентов для определения содержания общего холестерина в сыворотке и плазме крови.
Результаты и обсуждение. Нахождение коров в условиях нестабильной экосистемы, загрязнённой токсикоэлементами требует затраты большого коли-
122
чества энергии для адаптации в окружающей среде, принимая это во внимание перед нами стояла задача оценить состояние углеводного обмена, потому как именно углеводы и глюкоза служат основными источниками энергии для организма животного. Благодаря поставленной задаче мы определили концентрацию основных метаболитов углеводного обмена: пировиноградной, молочной кислот и глюкозы. В результате исследований было выяснено, что общее содержание сахара в крови у коров и первой и второй групп ниже референтных величин на 14,9 и 22,03 %. Содержание в крови такого уровня глюкозы, 2,76±0,09 у первой группы и 3,01±0,18 мкмоль/л у второй, имеет тесную взаимосвязь с характером протеинограммы и с содержанием общего белка. В этих условиях глюкоза начинает поставляться за счет реакций гли-конеогенеза из включенных в обменные процессы аминокислот, а сам глико-неогенез обеспечивается влиянием регуляторного участия в метаболических процессах парасимпатической нервной системы, что предупреждает возникновение особо выраженного гипогликемического состояния.
Изменения уровня содержания в крови коров основных метаболитов углеводного обмена носят однонаправленный характер и подтверждают полученные нами ранее данные о нарушении функций печени, однако интенсивность увеличения их уровня неодинакова. Так, если концентрация основного метаболита гликолиза и гликонеогенеза пировиноградной кислоты составляет 117,14±8,93 мкмоль/л у животных первой группы и 119,33±7,86 мкмоль/л у животных второй группы, что значительно превышает референтные величины в среднем на 18,2 %, то концентрация лактата возрастает наиболее значительно и превышает величины сравнения на 44,26 и 69,67 %, соответственно. На дефицит кислорода в клетках указывает накопление молочной кислоты. При этом метаболизм углеводов перестраивается с аэробного на анаэробный и основным путем превращения Д-глюкозы становится анаэробный гликолиз. Анализируя данные по содержанию молочной и пировино-градной кислот, мы можем сделать вывод, что под воздействием техногенной экосистемы организм коров переживает дефицит энергии. Что и доказывают данные по коэффициенту лактат/пируват. Этот показатель возрастает на 29,92 % у животных первой группы и на 44,51 у животных второй группы.
Несмотря на сбалансированный по сахару и белку рацион кормления, признаки гипоксического профиля углеводного метаболизма указывают на прямое участие в развитии гипоксии тяжелых металлов. Их высокие концентрации свинца вызывают функциональные и морфологические изменения митохондрий и угнетают дыхание, фосфорилирование и процессы транспорта. Также может происходить нарушение баланса окислительного фосфорилирования и дыхания под действием избытка кадмия. Оксидоредукция между фосфоглице-риновым альдегидом и пировиноградной кислотой, является важнейшей промежуточной реакцией гликолиза, связанной с освобождением энергии.
123
По результатам наших исследований снижение интенсивности гликоли-тической фазы распада углеводов подтверждается изменением активности фруктозо-бисфосфат-альдолазы. Сравнительный анализ активности фермента в организме коров опытных групп с референтными величинами показывает ее снижение. Так, активность фруктозо-бисфосфат-альдолазы в организме коров составляет 89,36±12,43 нкат/л и 75,48±13,87 нкат/л, что ниже нормы в 1,5 и 1,58 раза и указывает на функциональные нарушения печени. При фосфори-литическом пути расщепления гликогена печени основную роль в обмене веществ и энергии в животном организме выполняют фосфатазы или гидролазы глюкозофосфомоноэфиров, отщепляющие от них остаток фосфорной кислоты с образованием свободной глюкозы.
Таблица 1. Показатели углеводного обмена в крови коров (п=10; X ± Бх)
Показатель Ед. изм. Группы
I II
Глюкоза мкмоль/л 3,01±0,18 2,76±0,09
-14,9 -22,03
Пировиноградная кислота мкмоль/л 117,14±8,93 119,33±7,86
+17,14 +19,33
Молочная кислота мкмоль/л 1,76±0,05 2,07±0,07
+44,26 +69,67
Лактат/пируват ед. 15,85±0,12 17,63±0,09
+29,92 +44,51
Фруктозо-бисфосфат-альдолаза нкат/л 89,36±12,43 75,48±13,87
-50,32 58,04
Щелочная фосфатаза нкат/л 184,24±19,14 131,16±21,15
-61,85 -72,84
Результаты исследований свидетельствуют об угнетении активности щелочной фосфатазы в 1,61 и 1,72 раза. Накопление метаболитов анормального обмена веществ, способствует угнетению активности щелочной фосфатазы. Так, снижение активности фермента сопряжено с установленным усилением кальций-фосфорного обмена, что можно доказать более усиленной мобилизацией из костяка этих элементов для нужд формирования тканей и органов эмбрионов и подготовки молочной железы.
Физиологические и морфологические изменения, которые связаны с усилением обменных процессов в организме коров, это особенности материнского организма. Эти изменения направлены на мобилизацию внутриорганных источников энергообеспеченности организма матери и формируемых эмбрионов на фоне гипоксии и преимущественно анаэробного окисления углеводов и свидетельствуют о нарушении обмена веществ в организме стельных коров, находящихся в зоне техногенной экосистемы. Появление мертворожденных и недоразвитых телят происходит за счёт снижения содержания в крови коров
124
основного источника энергии - углеводов. Известно, что уровень глюкозы крови обеспечивается за счет гликогена в депо организма и сахаров питательных веществ корма, которые поставляют необходимое количество глюкозофосфата для гликолиза, цикла Кребса, дыхательной цепи и окислительного фосфорилирова-ния. К нарушению углеводного обмена приводит истощение энергетических ресурсов под действием токсикоэлементов. Такое явление происходит в результате угнетения АТФ-адреналин-зависимых ресурсов гликогенолиза. Это приводит к ухудшаению использования галактозы и других сахаров корма, а глюкоза поставляется за счет реакций гликонеогенеза, который обеспечивается, в основном, под влиянием регуляторного участия в метаболических процессах парасимпатической нервной системы. Парасимпатический путь регуляции обмена веществ, будучи запасным, предупреждает возникновение гипогликемического состояния и не регулируется недостатком энергии макроэргических соединений. В результате включения запасного пути в обмен веществ и энергии в течение длительного промежутка времени постепенно снижается аминокислотный фонд организма, что приводит к угнетению скорости развития и окончательного формирование эмбрионов, а также прирост живой массы у телят после их рождения.
Следует отметить, что усилению липолиза способствуют гипогликемия и преимущественно анаэробное окисление. Благодаря этому, изучение показателей липидного обмена представляет определенный интерес. Проанализировав таблицу 2, видно, что у исследуемых коров идет повышение концентрации общих липидов и их количество составляет 6,04±0,39 и 6,21±0,34 г/л, соответственно по группам. Зная, что экзогенные и эндогенные липиды с лимфой и током крови транспортируются в форме водорастворимых липопротеидов, мы исследовали уровень Р-липопротеидов в организме животных.
Результаты исследований показывают, что одной из причин усиления синтеза липопротеидов низкой плотности является снижение антиоксидантной способности сыворотки крови. Повысились и различия с контролем концентрации Р-липопротеидов в среднем на 20,33 и 31,27 % у коров, находящихся в экологически неблагополучной зоне, что приводит к выводу о нарушении липидного обмена. Но нужно учитывать, что сравнительно продолжительный полупериод их биологической жизни может приводить к некоторому накоплению их в крови коров. В целом, установленные изменения показывают, что для исследуемых коров характерно нарушение промежуточного обмена липидов. Результаты, представленные в таблице 2, свидетельствуют, что содержание хо-лестерола, также, как и Р-липопротеидов, выше референтных величин сравнения. Так, у коров первой и второй групп уровень содержания холестерола составляет 6,54±0,02 и 7,14±0,08 ммоль/л, соответственно.
Увеличение показателей холестерола - одного из основных регуляторов гли-конеогенеза, на фоне гипогликемии, связано как с изменением синтеза и активности микросомальной КоА-редуктазы, регулирующей биосинтез холестерола из мевалоновой кислоты по принципу отрицательной обратной связи, так и с избыточным поступлением в организм коров марганца. Кроме того, уровень этого
125
соединения в крови может определяться необходимостью биосинтеза стероидных гормонов надпочечников, необходимых для нормального течения глюконе-огенеза в животном организме при действии на него стрессовых раздражителей.
Таблица 2. Показатели лииидиого обмена в крови коров (п=10; X ±БХ)
Показатель Группа коров
I II
Общие липиды, г/л 6,04±0,39 6,21±0,34
+2,9 +5,79
Р-липопротеиды, г/л 7,96±0,13 7,28±0,10
+31,57 +20,33
Холестерол, ммоль/л 6,54±0,02 7,14±0,08
+48,97 +62,64
Выводы. Таким образом, полученные результаты биохимических исследований сыворотки крови коров по ряду показателей углеводного и липидного обмена в организме и сравнение их с референтными величинами позволяют предположить, что комплексное сложное воздействие экологических загрязнений антропогенного характера вызывают явление псевдоадаптации животных, при которой временно компенсируются скрытые патологические процессы.
Список использованных источников:
1. Долженкова Г. М., Миронова И. В., Косилов В. И. Особенности роста и развития молодняка крупного рогатого скота при скармливании про-биотической добавки БиоДарин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2016. -№ 5 (61). - С. 96-98.
2. Миронова И. В., Долженкова Г. М., Косилов В. И. Баланс азота, кальция и фосфора у бычков черно-пестрой породы при использовании кормовой добавки БиоДарин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2016. - № 4 (60). - С. 143-146.
3. Монастырев А. М., Фаткуллин Р. Р., Половникова Т. В. Динамика общего белка и его фракций у бычков при разных способах нагула и откорма // Ветеринарный врач. - 2008. - № 2. - С. 44-45.
4. Подвойский И. В., Фаткуллин Р. Р. Особенности липидного обмена в орга-
References:
1. Dolzhenkova G. M, Mironova I. V., Kosilov V. I. Peculiarities of growth and development of young cattle with feeding of probiotic supplement BioDarin // Proceedings of the Orenburg State Agrarian University. - 2016. - № 5 (61). - P. 96-98.
2. Mironova I. V., Dolzhenkova G. M., Kosilov V. I. The balance of nitrogen, calcium and phosphorus in black-motley bull-calves using the BioDarin feed supplement // Proceedings of the Orenburg State Agrarian University. - 2016. - № 4 (60). - P. 143-146.
3. Monastirev A. M., Fatkullin R. R., Polovnikova T. V. Dynamics of the total protein and its fractions in gobies with different feeding and fattening methods // Veterinary. - 2008. - № 2. - P. 44-45.
4. Podvoisky I. V., Fatkullin R. R. Features of lipid metabolism in the organism of bulls of Hereford breed with the use of fodder protein supplement Bio
126
низме бычков герефордской породы при применении кормовой белковой добавки Био плюс // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2013. - С. 116.
5. Таирова А. Р., Сенькевич Е. В., Фаткуллин Р. Р. Ограничение свободнора-дикального окисления в организме бычков при транспортном стрессе препаратами на основе хитина // Фундаментальные исследования. - 2012. - № 9-3. - С. 586-589.
6. Фаткуллин Р. Р. Гематоморфоло-гические показатели у бычков черно-пестрой и симментальской пород в условиях Южного Урала // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. - 2008. - №1. - С. 148-153.
7. Фаткуллин Р. Р. Физиологическое состояние стресс-лимитирующих и стресс-реализующих систем организма бычков при применении Витартила // Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук / ФГОУВПО «Уральская государственная академия ветеринарной медицины». - Троицк, 2009.
Сведения об авторах:
Паули Александр Сергеевич - аспирант, ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет», e-mail: alexpauli93@icloud.com, 457101, г. Троицк, улица Гагарина, 13, ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет».
Фаткуллин Ринат Рахимович -доктор биологических наук, профессор кафедры кормления и гигиены животных, ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет», e-mail: dr.fatkullin@yandex.ru, 457101, г. Троицк, улица Гагарина, 13, ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет».
plus // Izvestiya Orenburg State Agrarian University. - 2013. - P. 116.
5. Tairova A. R., Senkevich E. V., Fatkullin R. R. Restriction of free radical oxidation in the body of bull-calves during transport stress by drugs based on chitin // Fundamental research. - 2012. -№ 9-3. - P. 586-589.
6. Fatkullin R. R. Hematomorpho-logical indices of bull-calves of black-motley and Simmental breeds in the conditions of the Southern Urals // Izvestia Timiryazevskoy agricultural academy. -2008. - № 1. - P. 148-153.
7. Fatkullin R. R. Physiological state of stress-limiting and stress-realizing systems of the bull-calf organism in the application of Vitartil // Thesis for a doctoral degree in biological sciences / «Ural State Academy of Veterinary Medecine». -Troitsk, 2009.
Information about the authors:
Pauli Alexander Sergeevich - postgraduate student, «South Ural State Agrarian University», e-mail: alexpauli93@ icloud.com, 457101, Troitsk, Gagarin Street 13 «South Ural State Agrarian University».
Fatkullin Rinat Rakhimovich - Doctor of Biological Sciences, Professor of the Department of Feeding and Animal Hygiene, «South Ural State Agrarian University», e-mail: dr.fatkullin@yandex.ru, 457101, Troitsk, Gagarin Street 13 «South Ural State Agrarian University».
127
