CC BY
9
DOI 10.31588/2413_4201_1883_4_252_156 УДК 616:615-636
ПОДОСТРАЯ ТОКСИЧНОСТЬ НАНОРАЗМЕРНОЙ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ
Мотина Т.Ю.1 - к.б.н., Ежков В.О.2 - д.вет.н., профессор, Ежкова А.М.1,2 - д.б.н., профессор, Волков Р.А.1 - к.б.н.
1ФГБОУ ВО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины
имени Н.Э. Баумана»
2Татарский НИИ АХП - обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ РАН
Ключевые слова: наноразмерный бентонит, подострая токсичность, кормовая добавка, мыши, морфометрия органов
Keywords: nanosized bentonite, subacute toxicity, feed additive, mice, morphometry of
organs
На современном этапе
нанотехнологии быстро развиваются во всех направлениях науки, в том числе в биологии, медицине, сельском хозяйстве. Объекты считаются изготовленными с использованием нанотехнологий, если существует стадия технологического процесса, результатом которой явилось создание компонентов размером менее 100 нм как минимум в одном измерении. Наносодержащая продукция при этом получает принципиально новые физико-химические свойства и качества [2, 4, 10, 11].
Перспективным направлением
является использование природных источников сырья и получение из них препаратов, показывающих высокую биологическую активность,
обеспечивающих организм
сбалансированными высокоэффективными компонентами естественного
происхождения. Добавки к кормам значительно увеличивают приросты, повышают резистентность, снижают заболеваемость продуктивных животных, возрастает экономический эффект и рентабельность производства [1, 8, 10].
В качестве добавок в пищевой промышленности широко используются бентонитовые наноглины (к разрешенным относятся бентонит Е558, каолин Е559, алюмосиликаты натрия Е554, калия Е555 и кальция Е556). Структуры наноглинистых минералов различной формы с
регулируемыми физико-химическими, морфологическими и структурными свойствами являются перспективными многофункциональными биосовместимыми наноносителями с универсальным применением, пригодны в качестве перевязочных материалов для ран, снижают полютантное действие, бактериальную токсичность, имеют большой потенциал применения для восстановления окружающей среды, применяются для упаковки пищевых продуктов, повышения продуктивности сельскохозяйственных животных [6, 8, 12]. Данные о токсичности наноглин немногочисленны и противоречивы [6, 9, 12]. Применение новой кормовой добавки предполагает доказательство высокой степени эффективности и безопасности в соответствии с современными
требованиями [3, 5, 7].
Материал и методы
исследований. Наноразмерный бентонит с размером частиц 33-95 нм получили диспергированием бентопорошка в ультразвуковой установке УЗУ-0,25 в научно-исследовательском инновационно-прикладном центре «Наноматериалы и нанотехнологии» г. Казань и стабилизировали его деионизированной водой в концентрации 1:4. При изучении физических свойств, структуры
бентопорошка и наноразмерного бентонита применяли методы световой микроскопии на микроскопе МБИ-6 и
методы атомно-силовой и контактно-прерывистой микроскопии на
сканирующем зондовом микроскопе MultiMode V фирмы Veeco (США). Изучение подострой токсичности бентопорошка и наноразмерного бентонита провели на лабораторных животных - белых беспородных мышах по общепринятым методикам и с учетом МУ 1.2.2520-09 по оценке безопасности наноматериалов [7]. Цифровые показатели, полученные при выполнении работы, анализировали по стандартным
программам вариационной статистики согласно пакету программ Microsoft Office Excel-2003.
Результат исследований.
Сравнительные исследования физических характеристик бентонита и
наноразмерного бентонита методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) на сканирующем зондовом микроскопе (СЗМ) показывают существенную разницу между исследуемыми объектами. Бентонит состоит из отдельных крупных, обособленных конгломератов
значительных размеров, отличающихся друг от друга в несколько раз. Наноразмерный бентонит представлен частицами трех различных размеров: 40,0% частиц со средним размером 55,082,0 нм, более 50,0 % - образования с размером частиц 33,0-35,0 нм, около 10 % частиц были величиной 85,0-95,0 нм. Сгруппированные частицы имели форму расплющенных, стекающих сферических бугорков разной величины. Расположение конгломератов частиц носило хаотичный характер.
Для определения подострой токсичности были сформированы семь групп мышей 3-х недельного возраста по 12 в каждой, прошедшие карантин в течение 10 суток. Количество наноразмерного бентонита определяли исходя из литературных данных по использованию бентонита в количестве 3 % к сухому веществу рациона животных [1, 10]. Пошаговое уменьшение количества составляло 20%. Схема опыта: 1 группа -контрольная на основном рационе (ОР); 2
- ОР + 3% бентонита; 3 - ОР + 3% наноразмерного бентонита; 4 - ОР + 2,4% наноразмерного бентонита; 5 - ОР + 1,8 % наноразмерного бентонита; 6 - ОР + 1,2 % наноразмерного бентонита; 7 - ОР + 0,6 % наноразмерного бентонита.
Длительность опыта составила 90 суток при ежедневном учете клинико-физиологического состояния мышей. Взвешивание животных производили в 1, 10, 20, 30, 60 и 90 сутки, морфометрию внутренних органов - по окончании опыта. Кроме этого, учитывали летальность животных при длительном использовании наноразмерных бентонитов.
В результате ежедневного визуального контроля над мышами всех групп отклонений в их внешнем виде и поведении не обнаружили, животные всех групп имели блестящий без загрязнений волосяной покров, розовые кожу и видимые слизистые, сохраняли кормовую и водную возбудимость, физическую активность, реакцию на внешние раздражители, характерные для этого возраста. Отметили, что мыши 5, 6 и 7 опытных группы визуально были крупнее аналогов других групп. Следует особенно отметить, что за период опыта падежа мышей ни в одной группе не выявили.
Анализ Таблицы 1 по динамике живой массы показал, что мыши всех групп имели массу выше контрольных аналогов, за исключением мышей 3 опытной группы, получавшей к основному рациону 3 % наноразмерного бентонита, их масса была несколько ниже контроля и без достоверных различий. Наибольшую живую массу имели мыши, получавшие к основному рациону 1,2 % наноразмерного бентонита, что было выше показателей контрольных сверстников на 27,7 % (Р<0,05). Наименьший показатель живой массы установлен у мышей в группе, получавшей 2,4 % наноразмерного бентонита - 4,1 % в сравнении с контролем.
Примерно одинаковые результаты были получены у мышей 5 и 7 опытных групп, где превышение живой массы в сравнении с контрольными составило 20,0
и 22,7 % соответственно.
Использование бентонита в дозе 3 % к сухому веществу корма обусловило повышение живой массы мышей на 8,2 % в сравнении с контрольными, тогда как применение наноразмерных бентонитов в меньших дозах 0,6-1,8 % увеличило живую массу на 20,0-27,7 %.
На 90 сутки произвели диагностическое вскрытие мышей с целью изучения морфологии органов и тканей. Видимых патологических изменений органов и тканей у животных всех групп обнаружено не было. Показатели массы органов представлены в Таблице 2.
Таблица 1 - Динамика живой массы мышей при длительном применении разных доз наноразмерного бентонита, г
Показатели, сутки Группы животных (n=12)
1 2 3 4 5 6 7
1 8,4+0,4 8,5+0,1 8,4+0,2 8,5+0,3 8,6+0,4 8,5+0,1 8,4+0,2
10 12,1+0,1 12,8+0,3 12,2+0,5 13,0+0,4 13,3+0,2 14,8+0,4 13,7+0,5
20 17,4+0,4 17,7+0,1 17,3+0,2 17,4+0,4 18,4+0,1 20,6+0,2 18,2+0,5
30 21,3+0,2 23,1+0,1 21,4+0,3 21,8+0,2 25,3+0,1 26,3+0,1 24,9+0,4
60 21,6+0,5 23,6+0,1 21,2+0,2 22,1+0,1 25,9+0,5 27,5+0,5 25,5+0,4
90 22,0+0,4 23,8+0,5 21,5+0,6 22,9+0,4 26,4+0,4* 28,1+0,5* 27,0+0,5
Абсолютный прирост, г 13,6 15,5 13,1 14,4 17,8 19,6 18,6
К контролю, % 100 108,2 97,7 104,1 120,0 127,7 122,7
Примечание: * - степень достоверности Р<0,05
Таблица 2 - Морфометрия внутренних органов белых мышей при длительном применении разных доз наноразмерного бентонита, г_
Орган Группа (n=12)
1 2 3 4 5 6 7
Печень 3,32±0,04 3,78±0,04 3,54±0,07 3,93±0,24 4,10±0,18 4,26±0,12 4,07±0,18
% к контр. 100 113,8 106,6 118,4 123,5 128,3 122,6
Почки 0,52±0,08 0,58±0,09 0,56±0,06 0,62±0,06 0,65±0,04 0,68±0,06 0,62±0,04
% к контр. 100 111,5 107,7 119,2 125,0 130,8 119,2
Селезенка 0,42±0,07 0,46±0,24 0,45±0,04 0,49±0,09 0,52±0,09 0,55±0,09 0,51±0,01
% к контр. 100 109,5 107,1 116,6 123,8 130,9 121,4
Сердце 0,44±0,01 0,50±0,01 0,47±0,09 0,51±0,02 0,55±0,18 0,58±0,09 0,54±0,04
% к контр. 100 113,6 106,8 115,9 125,0 131,8 122,7
Желудок 0,90±0,09 1,04±0,12 0,96±0,07 1,07±0,07 1,09±0,18 1,17±0,04 1,07±0,24
% к контр. 100 115,6 106,6 118,9 121,1 130,0 118,9
Кишечник 2,82±0,04 3,24±0,02 3,01±0,18 3,34±0,01 3,48±0,14* 3,68±0,04* 3,44±0,02
% к контр. 100 114,9 106,7 118,4 123,4 130,5 122,0
Примечание: * - степень достоверности Р<0,05
Полученные данные сопоставимы с показателями увеличения живой массы мышей. Установлено, что у мышей 2 опытной группы, получавших 3 % бентонита масса внутренних органов была больше на 9,5-14,9 %, чем у контрольных.
У мышей, получавших 3 % наноразмерного бентонита, масса внутренних органов была выше контрольных аналогов на 6,6-7,7 %, но меньше, чем у сверстников, получавших бентонит. У животных 4 опытной группы
эти показатели были выше на 15,9-19,2 %, 5 - 21,1-25,0; 6 - 28,3-31,8 и 7 - 18,922,7%, чем в контроле.
Заключение. Наноразмерный
бентонит, полученный ультразвуковым воздействием на бентопорошок, существенно отличается от исходного макроаналога по форме и величине частиц. При определении подострой токсичности наноразмерных бентонитов не выявлено падежа животных, не установлено отклонений в их поведении, внешнем виде и при диагностическом вскрытии не выявлено патологических изменений органов и тканей. Отмечали ростостимулирующее действие
наноразмерных бентонитов в количествах 0,6-2,4% к сухому веществу рациона, с наилучшими показателями при
использовании 1,2%.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Биогеоценоз системы «почва-растение-животное» в различных техногенных зонах Республики Татарстан и коррекция ее местными бентонитами / А. М. Ежкова // автореф. дисс... д.биол.н.
- Казань, 2006. - 47 с.
2. Гирфанов, А. И. Морфологические изменения при парентеральном введении наноструктурного препарата / А. И. Гирфанов, Г. Г. Шаламова, А. М. Ежкова // Ученые записки КГАВМ. -2020. - Т. 242. - № 2. - С. 47-50.
3. Гроздов, А. О ГОСТ 31674-2012. Корма. Методы определения токсичности / А. Гроздов // Комбикорма. - 2021. - № 7-8.
- С. 96-100.
4. Иманова, С. Р. Влияние размера частиц на магнитные характеристики композитов на основе бентонита и магнитных нано-макрочастиц / С. Р. Иманова, Ш. М. Гасанли // Сборник статей IV Международной научно-практической конференции. -Петрозаводск, 2020. - С. 240-245.
5. Мотина, Т. Ю. Влияние кормовой добавки наноразмерный бентонит на качество продукции цыплят-бройлеров /
Т. Ю. Мотина, М. С. Ежкова // Пищевые технологии и биотехнологии: XVII Всероссийская конференция молодых ученых с международным участием. -Казань, 2021. - С. 648-652.
6. Смирнова, В. В. Токсиколого-гигиеническая характеристика наноструктурированной бентонитовой глины / В. В. Смирнова, О. Н. Тананова, А. А. Шумакова [и др.] // Гигиена и санитария. - 2012. - Т. 91. - № 3. - С. 76.
7. Токсиколого-гигиеническая оценка безопасности наноматериалов: Метод. указания МУ 1.2.2520-09. - М., 2009.
8. Фармако-токсикологическая оценка наноразмерного бентонита и изучение его влияния на продуктивность цыплят-бройлеров и качество их продукции / Т. Ю. Мотина // дисс... к.биол.н. - Казань, 2014. - 167 с.
9. Шипелин, В. А. Влияние бентонитовой наноглины на состояние защитного барьера тонкой кишки крыс в эксперименте / В. А. Шипелин, И. В. Гмошинский, В. А. Саркисян [и др.] // Российские нанотехнологии. - 2020. - Т. 15, № 4. - С. 523-531.
10. Яппаров, А. X. Влияние бентопорошка и наноразмерного бе нт о н ит а н а о бщее поведение и состояние не которых органов белых мышей / А. X. Яппаров, В. О. Ежков, И. А. Яппаров [и др.] // Ученые записки КГАВМ. - 2012. - Т. 212. - С. 230-235.
11. Gunko, V. M. Ano/meso/macroporous materials characterization affected by experimental conditions and features of the used methods / V. M. Gunko // Chemistry, Physics and Technology of Surface. - 2020. - V. 11. - № 1. - Р. 5-24 .
12. Peixoto, D. Emerging role of nanoclays in cancer research, diagnosis, and therapy / D. Peixoto, I. Pereira, M. Pereira-Silva, M. Liu, AC. Paiva-Santos // Coordination Chemistry Reviews. - 2021. -V. 440. - Р. 213956.
ПОДОСТРАЯ ТОКСИЧНОСТЬ НАНОРАЗМЕРНОЙ КОРМОВОЙ ДОБАВКИ
Мотина Т.Ю., Ежков В.О., Ежкова А.М., Волков Р.А.
Резюме
Объекты размерами нанодиапазона как минимум в одном измерении, структура которых контролируемо модифицируется, считаются изготовленными с использованием нанотехнологий. При создании нано- и микрообъектов физические и химические свойства нано- и макроаналогов могут различаться, поэтому необходимо установление их токсичности. Ультразвуковым воздействием на бентопорошок получен наноразмерный бентонит с существенными отличиями по форме и величине частиц. При определении подострой токсичности наноразмерных бентонитов не выявлено падежа животных, не установлено отклонений в их поведении, внешнем виде и при диагностическом вскрытии не выявлено патологических изменений органов и тканей. Отмечали ростостимулирующее действие наноразмерных бентонитов в количествах 0,6-2,4 % к сухому веществу рациона, с наивысшими показателями при использовании 1,2 %.
SUBACUTE TOXICITY OF A NANOSIZED FEED ADDITIVE
Motina T.Yu., Ezhkov V.O., Ezhkova A.M., Volkov R.A.
Summary
Objects with sizes of the nanorange in at least one dimension, the structure of which is modified in a controlled manner, are considered to be manufactured using nanotechnology. When creating nano- and micro-objects, the physical and chemical properties of nano- and macroanalogues may differ, so it is necessary to establish their toxicity. Nanosized bentonite was obtained by ultrasonic treatment of bentopowder. Their shape and size of particles differ significantly. When determining the subacute toxicity of nanosized bentonites, no mortality of animals was detected, no deviations in their behavior, appearance were found, and no pathological changes in organs and tissues were detected during a diagnostic autopsy. The growth-stimulating effect of nanosized bentonites was noted in amounts of 0.6-2.4 % to the dry matter of the diet. The highest rates are set when using 1.2 %.
