CC BY
15
УДК 549.261:616-098:546.48:76:81
Пахолк1в Н. I.1, м. н. е., Куртяк Б. М.2, д. вет. н., с. н. е., © Дзень С. О.1, к. с. -г. н., с. н. с. (pakholkiv@gmail.com)
1Институт бюлогИ'тваринНААН, м.Львгв
2Львгвський нацюналънийутеерситет ветеринарногмедицини та бютехнологт iмет С. 3. Гжицъкого
ПРОТЕКТОРНИЙ ВПЛИВ ФЕРУМУ ПРИ КОРЕКЦ11 МЕТАБОЛ1ЧНИХ ПОРУШЕНЬ ЗА ДП ВАЖКИХ МЕТАЛ1В (Pb, Cd, Cr (VI))
Проведенi нами доелгдження показали, що додавання до eMicmy рубця in vitro солей Плюмбуму, Кадмт та Хрому (VI), а також i'x cyMirni, у гранично допустимих концентращях пригшчуе picm MiKpoopsani3Mie, що призводитъ до зменшення KWbKOcmi aMiaxy та коротколанцюгових жирних кислот i зниження амыолтичног, протеолтичног та целюлозолтичног активностей. Додавання до ткубацтного середовища з вмктом рубця разом з вищевказаними важкими металами сульфату Феруму зменшуе insi6yw4y dm Плюмбуму, Кадмт та Хрому (VI) napicm MiKpoopsani3Mie i i'x мemaбoлiчнy активтетъ.
Ключое1 слова: рубецъ, мшрооргашзми, мemaбoлiзм, велика рогата худоба, Ферум, важюметали.
Вступ. В умовах збшьшення техногенного забруднення довкшля одним ¿з прюритетних напрямюв у токсикологи е вивчення особливостей та мехашзм1в дп найбшьш поширених ксенобютиюв, зокрема солей важких метал1в. Особливе мюце серед них займають Плюмбум, Кадмш та Хром (VI), що обумовлено !х тривалим перюдом натввиведення, високою здатшетю до накоиичення, канцерогенною та мутагенною д1ею [1-4]. Це поставило перед ветеринарною медициною низку важливих проблем щодо контролю за bmIctom важких метал1в у грунтах, вод1, кормах, оргашзм1 сшьськогосподарських тварин та продукци тваринництва.
Вивчення впливу важких метал1в на життед1яльшсть м1крооргашзм1в рубця велико1 рогато! худоби становить науково-практичний штерес, позаяк мжрооргашзми рубця вадграють визначальну роль не тшьки в процесах травления у жуйних тварин, а й у нейтрал1заци токсично! ди важких метал1в i включенш !х у метабол1чний ланцюг в !хньому оргашзм1 [2, 8].
Процеси мшералозабезпечення у тварин пщ впливом ксенобютиюв можуть зазнавати певних змш та по-р1зному реагувати на корегуюч1 впливи, що важливо для прогнозу розвитку будь-якого патолопчного процесу [5]. Вщомо, що Ферум - бюгенний мжроелемент приймае участь у багатьох бюх1м1чних процесах в оргашзмк пщтриманш кислотно-лужного стану, входить у склад гемоглобшу i дихальних ферменив, у процесах зв'язування та перенос! Оксигену до тканин, стимулюе функцш кровотворних оргашв [6, 7].
© Пахолшв Н. I., Куртяк Б. М., Дзень О., 2012
234
У л1тератур1 недостатньо приведено даних щодо змш рубцевого метабол1зму, як одного з показник1в гомеостазу тварин, отруених солями важких метал1в, що i стало метою нашого дослщження.
Матер1ал i методи. У дослщженнях використаш зразки вмюту рубця, отриманих вщ трьох фютульних бичюв-аналопв украшсько! молочно! чорно-рябо! породи науково-дослщного господарства 1нституту бюлогп тварин НААН «Чишки». Зразки вмкту рубця вщ тварин одержували за допомогою приладу, виготовленого на основ! колби Бунзена та вакуумно! помпи Комовського, через
2 години теля ранково! год1влг Одержан! зразки вмкту рубця фшьтрували через 4 шари марл1 i переносили в анаеробних умовах у буферну сумш Мак Доугля. Шсля цього шкубацшне середовище вносили в шкубацшш посудини об'емом 100 мл, у як1 попередньо вносили у гранично допустимих концентращях Плюмбум у доз1 5,0 мг/кг - у вигляд1 ацетату; Кадмш у кшькост1 0,5 мг/кг у вигляд1 арчанокислого кадмш та Хром (VI) у кшькост1 0,5 мг/кг у вигляд1 б1хромату Калш. Паралельно у rnmi посудини разом з Плюмбумом, Кадм1ем та Хромом вносили сульфат Феруму в кщькоси 4,5 мг/кг. За контроль правили зразки вмюту рубця, у як1 не вносили сол1 важких метал1в i Феруму. Посудини закривали корками, продували вуглекислим газом та шкубували при температур! 38° С впродовж 24-х годин. Шсля закшчення шкубаци зразки шкубату вщбирали для дослщження: вим1рювали pH (ТараконовБ. В., 1998), визначали мкробну масу (Powell E. O., 1962), загальну концентрацш коротколанцюгових жирних кислот (КротковаА. П., МтнН. I., 1957), концентрацш ам1аку (КуршовН. В., 1970), протеолп-ичну (АгговА. А., 1978), амшол1тичну (Тараканов Б. В., 1998) та целюлозол1тичну актившсть (Паенок С. М., 1970).
Результата дослщжень. Кооперативна д1я р1зних таксоном1чних груп мкрооргашзм1в - бактерш, шфузорш, гриб1в, cnipoxeT - забезпечуе розщеплення поживних речовин корм1в у рубщ i використання утворених нутр!бнт1в, за рахунок чого забезпечуеться picT мшрооргашзм1в. Р1вень ферментативно! активное^ вщображае стан кл1тин i оргашв, а також вказуе на порушення функцп токсикованих оргашв.
3 наведених у таблиц! 1 даних, видно, що теля 24-годинно! шкубацп вмкту рубця з добавкою Плюмбуму у вигляд1 ацетату Плюмбуму, в гранично допустимш концентраций пор1вняно до контролю, у шкубацшному середовищ1 в1рогщно знижуеться pH на 6,5 %, зменшуеться мжробна маса на 11,5 %. У процес1 життед1яльност1 м1крооргашзм1в вившьняеться Гщроген, внаслщок чого його надлишок може спричинити пригшчення росту деяких груп м1крооргашзм1в, у тому числ1 целюлозол1тичних, для яких Гщроген е сильним iHriöiTopoM. При цьому у BMicTi рубця знизилась целюлозол1тична актившсть на 26,5 % та амшол1тична актившсть на 25,8 %
235
<я к S п ti* £ <4 о -н оз in in <4 о -H TICK со О -H 00 m * ■—i о" -H in Г--тг <4 о -н so о m о1 -н Tt 00 те" <4 о -H In m d' -H Q0 со d' -H со 1С)
лжк, ммоль/л -H Í—i M in" Tt- Í—i -H m со .—i сч -H Tf Th i—i со * г-l 1—1 -H оо ч-1 -—1 * «—i i—i -H ov гч 0 <4 1-1 í—1 -H ici <N 1—1 <4 -H in .—1 СЧ со -H ч—1 ,—1 m <N -H Í—i 4t <TC со
м "та .2 S S о < S ^ S o <N +1 o ч-1 Г-; О -H <N GO On" * Í—i .—i -H СО e о * о 1—1 -н VD m <4 -—i О 1—1 -н ю tn 1—1 о í—1 -H УЭ СО1 í—1 on .—1 -H ON d' ч—1 ,—1 -H ici C0 ON d' +1 oo
Протео-лгшчна актившсть, нм/ 100мг m о +1 ve In о -H in Os, <N * (—1 о -H so ГО * i сГ -н о CI го * i о" -н 1—1 СО fO "О d* -H co so" со d' -H СЧ vd' H о -H <N in H о -H 1С) 1С) ^t
Amí.io-лггична актившсть, ум.ам.од. 00 О О +1 © Vt- o„ о -H SO О3 О * o" -H * ®„ о -н «п in О * * со р О -н оэ т о' Vt-p, d -H t> ITj d* 40 Oi d' -H so o" o„ d' -H Tt Q0 o' ON О d' -H SO
Целюлозо-лггична актившсть, % о +1 vo Ori о vo О ГО -H ■51- * ГО ci -H оз о Г-- * о fO -н го OD t~- 1С) Tt -H 4t СО 1—1 о -H lO t--lo о -H сч "T, ai' lO in -H OD 1С) 1С) Tt +1 1С) 1С) «
К Рн ei о" -H О vo сГ -H о ю m" * o" -H vç тг m" * ■—1 о" -н ч-1 00 «п i о" -н m чс' d* -H i—i <4 SO (-4 a -H so о m d' -H m" (-4 a -H ici m
Додаш сполуки л s о ий ^ Рч (U Рч 1 JS Рч та и (U Рч 1 -а и Ê H U iL) í S Í4 и « tu Рч 1 H '1
236
Додавання ацетату Плюмбуму пригшчуе утворення ам1аку на 38,9 % у вмкт1 рубця ВРХ, причиною цього, як показали проведенш дослщження, було зниження протеол1тично! активное^ м1крооргашзм1в на 50,5 %, внаслщок чого зменшуеться розпад бшмв \ дезамшування амшокислот. Внесения сульфату Феруму активуюче впливае на гщрол!тичш ферменти в шкубацшному середовищ!, зокрема на амшази та целюлази бактерш. Кр1м позитивно! дп на прол!ферацш кл1тин м1крооргашзм1в, додавання Феруму, призвело до зменшення в шкубацшному середовищ! кшькост! ам1аку на 16,3 % та збшьшення концентрацп коротколанцюгових жирних кислот на 8,3 %.
При внесенш в шкубацшне середовище з вмютом рубця Кадмш, у ньому виявлено нижче рН, пор1вняно до контролю, меншу концентрацш ам1аку на 22,9 %, нижчу на 20,3 %целюлозол1тичну актившсть, ам1лол1тичну активн1сть на 47,1 % { протеол1тичну активн1сть на 46,3 %. Зменшуеться вмют ЛЖК на 21,2 %, як юнцевих продукта розщеплення целюлози.
Додавання Феруму до шкубацшного середовища з Кадм1ем, призвело до зростання м1кробно! маси на 6,5 %, концентрацп ЛЖК на 4,7 % та целюлозол1тично! активное^ м1кроорган1зм1в на 23,3 %. Мшеральш елементи е активаторами та шпб1торами метабол1чних процес1в не лише в органах \ тканинах тварин, айв кл1тинах симб1отично! м1крофлори рубця.
Хром (VI) - макроелемент, який здатний безпосередньо утворювати активн1 форми Оксигену, взаемод1ючи з кл1тинними редуктантами, що вщбуваеться шляхом в1дновлення через активш пром1жн1 форми - Хром (V) \ Хром (IV) до стабшьно! форми - Хром (III) при участ1 внутр1шньокл1тинних в1дновних систем. Одержан! результата евщчать, що додавання до шкубацшного середовища б!хромату Кал!ю призводить до зниження ¿нтенсивност! процес!в ферментаци та росту м!кроорган!зм!в на 13,2 %, зменшення концентрацп ЛЖК на 22,8 %. При цьому спостер!гаеться також незнание зростання протеол!тично! активное^ на 6,3 %. Мабуть, такий вплив цього важкого металу можна пояснити тим, що Хром (VI) е потужним окиснювачем, його д!я може бути обумовлена конкуренц!ею за електрони. Розщеплення б!лка вщображае зм!ни у в!дновних процесах ! в!дновний потенц!ал р!дини рубця, необхщного для редукц!! сульфг!дрильних зв'язк1в полшептидного ланцюга.
Позитивний вплив на ркт ! метабол!чну активн!сть м!кроорган!зм!в у шкубацшному середовищ! з Хромом виявляеться при додаванн! Феруму. В!домо, що у транспорт! Хрому в оргашзм! приймае участь б!лок, що транспортуе Ферум - трансферин. Кр!м Феруму виявлена спор!днен!сть до трансферину також ! Хрому. Обидва ц! мжроелементи конкурують за д!лянки у молекул! трансферину, що зв'язують метал. Виявлено збшьшення кшькост! м!кробно! маси на 16,3 %, концентрацп ЛЖК на 7,9 %, пщвищення амщол!тично! активност! м!кроорган!зм!в на 27,8 %, целюлозол!тично! активност! на 15,4 %. При цьому в шкубацшному середовищ! зменшуеться концентращя ам!аку на 17,5 %, що зумовлено б!льшим використанням його в синтез! амшокислот.
237
При одночасному внесенш до шкубацшного середовища з вмютом рубця cyMimi важких метал1в у гранично допустимих концентращях виявлено в1рог1дне зменшення кшькосп м1кробно! маси на 13,6 %, кшькосп ЛЖК на 10,8 %, концентрацп ам1аку на 26,2 %, зниження активност! гщрол1тичних фермента: протеол1тично! на 24,7 %, амшолп-ично! на 19,4 % та целюлозол1тично1 на 9,8 %.
Результати наших дослщжень дозволяють зробити висновок, що при додаванш до шкубацшного середовища з вмктом рубця cyMimi солей Плюмбуму, Кадмш та Хрому (VI) виявлено нижний токсичний сумарний ефект полютанта, шж кожного окремо. Tofli як при додаванш Феруму виявлено збшьшення кшькоси м1кробно! маси на 14,6 % i кшькоси ЛЖК на 6,3 %. Було також вщм1чено пщвищення целюлозол1тично! на 20,8 % i амшол^ично! активност! мшрооргашзм1в на 30,7 %.
Вщомо, що кр!м дп на м1кроб1альн1 кл1тини, мшеральш елементи можуть взаемод1яти м1ж собою i утворювати водонерозчинш комплекси, яю менше засвоюються мшрооргашзмами. Не виключаеться також конкурентна д1я i'x на одш йт1 ж активш центри у ферментних системах кл1тин.
Висновки. 3 одержаних результата випливае, що добавка Сульфату Феруму в оптимальнш кшькосп в шкубацшному середовищ! з важкими металами: Плюмбумом, Кадм1ем та Хромом (VI) стимулюе picT мжрооргашзм1в в анаеробних умовах in vitro. При цьому в шкубацшному середовищ! пщвищуеться ферментативна та метабол1чна актившсть м1кроорган1зм1в та зростае концентращя ЛЖК. Введения за умов in vitro в середовище рубця разом з важкими металами (Плюмбумом, Кадм1ем, Хромом (VI) сульфату Феруму знижуе негативний вплив важких метал1в на мжрооргашзми рубця. При цьому встановлено пщвищення метабол1чно! та ферментативно! активностей мжрооргашзм1в.
Л1тература
1. Антоняк Г. Л. Зал1зо в oprarn3Mi людинш тварин / Г. Л. Антоняк, Л. I. Сологуб, В. В. Сштинський, Н. О. Бабич // Льв1в. - 2006. - 310 с.
2. Буцяк В. I. Ф1зюлого - бюх1м1чний статус кор!в при забрудненш довкшля важкими металами та способи зниження i'x надлишку в oprarn3Mi // Автореферат дис. д. с. -г. н. - Львiв. - 2004. - 36 с.
3. Вишняков С. И. Биологическое действие хрома в зависимости от его валентности / С. И. Вишняков, С. А. Левантовский, Г. Ф. Рыжкова // Биологические науки. - 1992. - № 9. - С. 105-108.
4. Сологуб Л. I. Роль хрому в життeдiяльнocтi тварин / Л. I. Сологуб, М. Г. TepacHMiB, Д. М. Копачук // Бюлопя тварин. - 1999. - Т. 1. - № 2. - С. 1217.
5. ФедорукР. С. Застосування бюлопчно активних домшок у гoдiвлi KopiB для пщвищення продуктивное^ i репродуктивно! здатноси за умов техногенного навантаження на дoвкiлля / Р. С. Федорук, С. М. Гoлyбiй, I. I. Ковальчук та ш. // Методичш рекомендаций - Львiв. - 2006. - 47 с.
238
6. Andrews N. C. Iron metabolism: Iron defeciency and iron overload / N. C. Andrwes // Ann. Rev. Genom and Hum. Genet. - 2000. - Vol. 1. - P. 75-98.
7. Patra R. C. Trace mineral profile in blood and hair from cattle environmentally exposed to lead and cadmium around different industrial units / R. C. Patra, D. Swarup, M. C. Sharma, R. Naresh // J. Vet. Med. A Physiol. Pathol. Clin. Med. - 2006. - Vol. 34. - P. 345-355.
8. Stern W. C. Evalution of chemical and physical properties of feeds that affect protein metabolism in the rumen / W. C. Stern, G. A. Varga, J. H. Clark et al. // J. Dairy Sci. - 1994. - Vol. 77, N 9. - P. 2762-2786.
Summary
Pakholkiv N. I., Kurtjak B. M., Dzen E. O.
PROTECTIVE EFFECT OF IRON THE CORRECTION OF METABOLIC DISORDERS FOR THE ACTIONS OF HEAVY METALS
Conducted by us researches showed that that adding salt to the rumen contents of lead, cadmium and chromium, and mixtures thereof, the maximum allowable concentrations inhibits the growth of microorganisms, which leads to a reduction in ammonia and volatile fatty acids and reduced amylolitic, proteolitic and cellulolitic activity. Added to the incubation environment with the content rumen together with these heavy metals iron sulphate reduces represing of lead, cadmium and chromium on the growth of microorganisms and their metabolic activity.
Рецензент - д.с.-г.н., професор Колтун £.М.
239
