CC BY
95
УДК 619:612 + 634.4.087.72
DOI 10.18286/1816-4501-2015-3-64-68
РОЛЬ МИНЕРАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В РЕГУЛЯЦИИ ПРОЦЕССОВ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ НА ФОНЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕПАРАТОВ витамина а И БЕтА-кАРОтИНА
Любина Екатерина Николаевна, доктор биологических наук, профессор кафедры «Биология, химия и технология хранения и переработки продукции растениеводства» ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина»
432017, г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1. тел.: 8-8422-55-9516
Ключевые слова: минеральные элементы, витамин А, бета-каротин, перекисное окисление, антиоксиданты.
В статье представлены материалы исследований, которые углубляют и расширяют имеющиеся в биохимии представления о роли минеральных элементов, участвующих в системе антирадикальной защиты организма в качестве кофакторов ферментов в зависимости от обеспеченности животных витамином А.
Введение
Согласно современным представлениям, многие жизненно важные метаболические и физиологические процессы, протекающие в организме, тесно связаны со свободно-радикальным окислением (СРО), которое влияет на физико-химические свойства биологических мембран, их проницаемость, структуру, что отражается на обмене веществ, функциональном состоянии клеток и организма в целом. Свободные радикалы участвуют в поддержании гомеостаза аэробных организмов, аккумуляции и биотрансформации энергии, обеспечивают защитные функции, в частности, детоксикацию чужеродных соединений, влияют на иммунитет [1-2].
В то же время повышение производства сверхреакционноспособных свободных радикалов приводит к повреждению структур как отдельных биомолекул (липидов, белков, нуклеиновых кислот), так и биологических мембран, вызывая мутагенное действие, подавляя активность энергетических процессов. В результате чего возникают многочисленные нарушения работы тканей и органов, приводящие к дестабилизации гомеостаза и возникновению ряда хронических заболеваний [3].
В нормально функционирующих клетках, находящихся в кислородсодержащем окружении, содержание продуктов свобод-
но-радикального окисления находится на крайне низком уровне, несмотря на обилие субстратов перекисного окисления липидов, что свидетельствует о наличии защитной системы. Так, в живых организмах постоянное образование метаболитов липоперок-сидации уравновешено их дезактивацией с помощью мощной многокомпонентной антиоксидантной системы (АОС), основная функция которой - регуляция свободно-радикальных процессов, а как следствие этого, - сохранение целостности тканей и органов.
Известно, что в случае недостаточной активности антиоксидантной системы организма одним из наиболее эффективных способов защиты клеток от повреждающего действия окислителей является введение экзогенных антиоксидантных средств [4]. В том числе стимуляция ферментативного и неферментативного звеньев системы антиоксидантной защиты может быть успешно осуществлена путем введения с кормом витаминных препаратов. Актуальным представляется оптимизация антиоксидантного статуса с помощью витамина А и его предшественника бета-каротина, которые обладают широким спектром биологических свойств.
На многие стороны обмена веществ оказывают влияние минеральные вещества [5-6]. За последние десятилетия XX века и первые годы текущего столетия была по-
казана их роль в системе антирадикальной защиты организма в качестве кофакторов ферментов и «ловушек» свободных радикалов [7-8].
Витамин А и каротиноиды оказывают влияние на многие стороны обмена веществ, в том числе на минеральный обмен. Однако отмечается недостаточность экспериментальных данных по выявлению взаимосвязей между интенсивностью процессов перекисного окисления липидов, активностью системы антиоксидантной защиты, концентрацией микроэлементов, входящих в активные центры основных антиоксидантных ферментов, на фоне применения различных форм витамина А и бета-каротина, что определяет актуальность такой работы.
Объекты и методы исследований
Для решения поставленной задачи были проведены эксперименты на базе свинокомплекса хозяйства «Стройпластмасс-агропродукт» Ульяновского района Ульяновской области на свиноматках крупной белой породы. По принципу аналогов были сформированы четыре группы животных, которые содержались на хозяйственных рационах при соблюдении зоотехнических и ветеринарных требований. Супоросные и лактирующие свиноматки всех групп получали одинаковый основной рацион (ОР). Первая (контрольная) группа получала ОР без дополнительных добавок. С 87-го дня супоросности и в течение лактации свиноматки 2-й, 3-й и 4-й групп дополнительно к основному рациону получали очищенный витамин А, каротинсодержащий препарат «Бетацинол» и витамин А с гепатопротекто-ром соответственно. Выпаивание препаратов производилось с молочной сывороткой 10-дневными курсами из расчета: витамин А, витамин А с гепатопротектором - по 0,3 мл на животное для супоросных, 0,55 мл -подсосным свиноматкам; бетацинол - 2 мл для супоросных, 3 мл - подсосным свиноматкам на животное в сутки.
Состояние процесса свободнорадикального окисления у свиноматок оценивали по содержанию в сыворотке крови малонового диальдегида [9];функционирование антиоксидантной системы - по активности
ферментов: каталазы[10]; глутатионредуктазы [11]; супероксиддисмутазы [12]; церулоплазмина [13].
Материалом для исследований обеспеченности организма свиноматок микроэлементами являлась кровь, взятая у трех животных из каждой группы, на 94 сутки супоросности и 35 сутки лактации из сосудов хвоста. Также проводилось изучение элементного состава крови свиноматок. Исследование концентрации минеральных элементов проводили c помощью атомноабсорбционной спектрофотометрии по методам, описанным в справочном пособии под ред. Б.Д. Кальницкого [14].
Результаты исследований
В результате проведенных исследований установлено, что в группе, где супоросным маткам скармливали витамин А, показатель интенсивности реакций перекисного окисления липидов, оцениваемый нами по уровню малонового диальдегида (МДА), образующегося при кипячении в кислой среде метаболитов пероксидации, был ниже на 8,90% (Р>0,05); в группе, где животные получали «Бетацинол», - на 9,42% (Р>0,05); в группе, где свиноматки получали витамин А с гепатопротектором, - на 25,65% (Р<0,01) по сравнению с контрольной группой.
В подсосный период у лактирующих животных второй, третьей и четвертой опытных групп уровень МДА снизился на 3,68%, 5,52% и 9,81% соответственно по сравнению с контролем, хотя это понижение не было статистически достоверным.
Более значительное снижение уровня МДА у свиноматок, получавших витамин А с гепатопротектором как в период супорос-ности, так и в период лактации, полагаем, связано с присутствием дигидрокверцетина, который является эффективным антиоксидантом.
Повышение интенсивности реакций перекисного окисления липидов у животных контрольной группы видимо является следствием усиления процессов генерации активных форм кислорода в тканях. Это можно объяснить тем, что их антиоксидантные системы не справляются с проявлением повреждающего действия свободных ради-
Таблица 1
Активность ферментов АОС в сыворотке крови свиноматок (M±m, n=3)
Физиологическое состояние 1 группа (контроль) 2 опытная группа 3 опытная группа 4 опытная группа
Супероксиддисмутаза (СОД), ед.ак.х10-2
Супоросные свиноматки 49,22±7,21 80,29±15,13 51,38±9,54 83,74±15,18
Лактирующие свиноматки 64,94±8,21 87,55±14,51 64,13±7,91 81,41±10,21
Глутатионредуктаза (ГР), мкмоль/схл
Супоросные свиноматки 0,05±0,01 0,06±0,01 0,05±0,01 0,06±0,01
Лактирующие свиноматки 0,08±0,02 0,09±0,01 0,08±0,02 0,09±0,01*
Каталаза, мкмоль Н2О2 /лхс х103
Супоросные свиноматки 7,26±0,26 13,76±1,17** 13,60±1,31** 12,86±0,43***
Лактирующие свиноматки 25,74±3,61 27,06±1,02 25,58±2,95 30,83±1,66
Церулоплазмин (ЦП), мг/л
Супоросные свиноматки 156,04±8,12 158,95±5,25 169,16±5,26 180,83±2,92*
Лактирующие свиноматки 210,00±22,02 277,08±42,36 320,83±17,68* 239,16±27,82
*Р<0,05 в сравнении с контрольной группой, **Р<0,01 в сравнении с контрольной группой, ***Р<0,001 в сравнении с контрольной группой.
калов и перекисных соединений.
Применение воднодиспергированных форм ретинола в рационах супоросных и лактирующих свиноматок оказало существенное влияние на активность ферментов антиоксидантной системы защиты организма (табл.1). Установлено повышение активности супероксиддисмутазы, церулоплазмина, каталазы и глутатионредуктазы у маток, получавших витамин А и витамин А с гепатопротектором во все исследуемые периоды, что в целом отражает активацию ферментного звена антиоксидантной системы защиты, направленную на поддержание гомеостаза организма.
При введении в корма супоросных и лактирующих свиноматок бета-каротина в составе «Бетацинола» выявлено повышение активности церулоплазмина и каталазы. Однако на активность супероксиддисмута-зы и глутатионредуктазы в сыворотке крови маток воднодиспергированная форма бета-
каротина влияния не оказала.
Таким образом, проведенные исследования показали, что интенсивность свободно-радикальных процессов находилась в прямой зависимости от применяемых воднодиспергированных форм бета-каротина, витамина А и его сочетаний с биофла-воноидами. Так, у свиноматок контрольной группы период супоросности и лактации сопровождался активацией ПОЛ, о чем свидетельствует повышение в сыворотке крови этих животных концентрации МДА и снижение активности ферментов - суперок-сиддисмутазы, церулоплазмина, каталазы, предупреждающих образование перекисей и разрушающих их. Полученные данные свидетельствуют о дисбалансе в состоянии системы антиоксидант - прооксидант у маток, что особенно важно в последнюю треть беременности и в период лактации, так как срыв физиологической системы АОС влечет за собой чрезмерную активацию свободно-
радикального окисления и может привести к развитию до- и послеродовой патологии.
Известно, что оксидативному повреждению могут подвергаться любые органы и ткани. Согласно существующему представлению о единстве структуры и функции, повреждение тканей свободными радикалами должно найти свое отражение в изменении их минерального обмена. Действительно, в ходе проведенного анализа проб сыворотки крови супоросных и лактирующих свиноматок были установлены сдвиги их элементного состава при применении воднодиспергированных форм бета-каротина, витамина А и его комбинации с биофлавоноидами.
Так, применение воднодиспергированных форм витамина А, бета-каротина и комбинации витамина А с биофлавоноидами повысило уровень цинка в сыворотке крови супоросных свиноматок второй, третьей и четвертой опытных групп на 9,09%, 9,09% и 24,81% соответственно в сравнении с аналогами из контрольной группы. Выявленная тенденция сохранилась у животных и в период лактации.
Результаты определения содержания селена в сыворотке крови показали, что у маток второй, третьей и четвертой опытных групп его уровень в крови во все исследуемые периоды был значительно выше, по сравнению с контролем.
Концентрация железа в сыворотке крови у супоросных животных третьей и четвертой опытных групп была выше на 9,94% и 23,77% по сравнению с матками из контрольной группы. Сходная направленность изменений по уровню железа у животных этих групп установлена и в период лактации.
Что касается содержания кобальта, марганца и йода, то у животных не выявлено определенной направленности в изменении их уровня под влиянием воднодиспергированных форм витамина А, бета-каротина и комбинации витамина А с биофлавоноидами: наблюдались колебания как в сторону повышения, так и в сторону понижения их концентрации.
Таким образом, наиболее выраженные различия в элементном статусе иссле-
дованных групп свиноматок выявлены по содержанию цинка, меди, железа и селена.
Установлена сопряженность изменений между содержанием некоторых из этих микроэлементов и активностью ферментов в крови. Так, уровень меди в крови супоросных и лактирующих маток коррелировал с активностью церулоплазмина (r=0,63; Р<0,05 и r=0,54) и с активностью СОД (r =0,46 и r=0,38); концентрация железа - с активностью каталазы (r=0,53 и r=0,55). Также у супоросных животных выявлена коррелятивная зависимость между уровнем селена в сыворотке крови и обеспеченностью маток витамином А, которую определяли по содержанию ретинола в печени новорожденных поросят (r=0,73; Р<0,01) [15]. Поскольку большинство из этих микроэлементов входят в состав металлоферментов антиоксидантной системы организма, возможно, изменение их концентрации можно рассматривать как способ регуляции интенсивности процессов перекисного окисления в последнюю треть супоросности и в период лактации.
Более низкое содержание у маток контрольной группы цинка, меди, селена и железа можно считать началом формирования антиоксидантной недостаточности с учетом повышения уровня малонового диальдига-да и снижения количества элементов, содержащихся в активных центрах ферментов антиоксидантной системы защиты организма.
Выводы
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что активность ферментов антиоксидантной защиты организма сопряжена с уровнем микроэлементов в крови, а также то, что усиление процессов пероксидации протекает на фоне пониженного содержания микроэлементов, входящих в активные центры ферментов антиоксидантной защиты. Выявлены взаимосвязи функционирования системы антиоксидантной защиты, процессов перекисного окисления липидов, содержания микроэлементов и А-витаминного статуса в организме свиней, что раскрывает роль ретинола и бета-каротина как регуляторных факторов,
оптимизирующих уровень свободных радикалов.
Библиографический список
1. Галочкин, В.А. Антиоксидантный статус организма свиноматок и их потомства при использовании минеральных и органических форм селена / В.А. Галочкин, Т.С. Кузнецова // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2000. - №2. - С. 51.
2. Абрамченко, В.В. Антиоксиданты и антигипоксанты в акушерстве / В.В. Абрамченко.- СПб.: ДЕАН, 2001. - 400с.
3. Влияние комплекса антиоксидантных препаратов на продуктивность птицы родительского стада и качество инкубационных яиц / Г.И. Боряев, Е.В. Здоровьева, Ю.Н. Федоров, Ю.В. Кравченко // Нива Поволжья.
- 2012. - №3. - С.49-55.
4. Сидоров, И.В. Активные формы кислорода в окислительных процессах у животных и защитная регуляторная роль биоантиоксидантов / И. В. Сидоров, Н.А. Костро-митинов //Сельскохозяйственная биология.-2003.-№6.- С.3-14.
5. Шленкина, Т.М. Особенности возрастных изменений минерального профиля крови под воздействием различных добавок/ Т.М. Шленкина, И.И. Стеценко, Н.А. Любин // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2010. -№3 (23). - С.72-79.
6. Любин, Н.А. Биохимические закономерности формирования костной ткани свиней под воздействием минеральных добавок / Н.А. Любин, И.И. Стеценко, Т.М. Шленкина // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2011.
- №4. - С.57-64.
7. Герасименко, В.В. Особенности воздействия лактомикроцикола на обмен меди в организме гусят / В.В. Герасименко // Материалы II международной научно-практической конференции: сборник статей. - Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2006. - С. 212-123.
8. Кудрявцев, А.В. Микроэлементы в иммунологии и онкологии / А.В. Кудрявцев, О.В. Громова.- ГЭОТАР Медиа, 2007. - 544с.
9. Андреева, Л.И. Модификация метода определения перекисей липидов в тесте с тиобарбитуровой кислотой / Л.И. Андреева, Л.А. Кожемякин, А.А. Кишкун // Лабораторное дело.-1988. - №11. - С.41-43.
10. Карпищенко, А.И. Медицинские лабораторные технологии: справочник. Том 1.-СПб, 1998. - 396с.
11. Асатиани, В.С. Ферментные методы анализа / В.С. Асатиани . - М.,1969. - С.607-610.
12. Nishikimi, M. The occurrence of superoxide anion in the reaction of reduced phen-azine methosulfate and molecular oxygen / M. Nishikimi, N. Appa, K. Yagi // Biochem.Biophys. Res.Commun.-1972.- Vol.46.- Р.949-326.
13. Горячковский, А.М. Клиническая биохимия / А. М. Горячковский .- Одесса, 1998. - 608с.
14. Кальницкий, Б.Д. Методы биохимического анализа: справочное пособие / под ред. Б.Д. Кальницкого. -Боровск, 1997.- 356 с.
15. Любина, Е.Н. Перекисное окисление липидов и система антиоксидантной защиты у свиноматок при использовании новых во-днодисперигированных препаратов витамина А и бета-каротина /Е.Н. Любина, В.А. Галочкин // Проблемы биологии продуктивных животных.-2012.-№1. -С. 37-46 .
