CC BY
20
УДК 597-111:597.442
Влияние наночастиц на гематологические показатели крови карпа
А.Е.Аринжанов, Е.П.Мирошникова, Ю.В.Килякова
ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет»
Аннотация. Дана оценка влияния наночастиц сплава железа и кобальта на гематологические показатели холоднокровных животных (карпа) при пероральном способе введения. Установлено, что использование в рационе наночастиц металлов сопряжено с повышением интенсивности роста.
Summary. Assessment of influence of iron-cobalt alloy nanoparticles on haematological indices of cold-blooded animals (carp) at oral administration is given. It was established that use of metal nanoparticles in diet is connected with increase of growth intensity.
Ключевые слова: наночастицы, железо, кобальт, кормление.
Key words: nanoparticles, iron, cobalt, feeding.
Наночастицы отличаются от молекул и ионов того же состава не только размерами, но и большей удельной поверхностью, высокой адсорбционной и кумулятивной способностями. Нанокристаллические формы отличает увеличение химического потенциала на межфазной границе, в результате чего изменяется растворимость, реакционная и каталитическая способности [1, 2, 3, 4].
Проведенные исследования по изучению специфической активности наночастиц металлов на сельскохозяйственных животных, птице и рыбе, показали перспективность их использования [5, 6, 7, 8, 9, 10].
Использование наноформ находит широкое практическое применение в различных областях химии, биологии, экологии. Наночастицы металлов, полученные различными методами, могут применяться в качестве источников микроэлементов в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве [11, 12, 13].
Особое внимание уделяется исследованию действия на организм нанопорошков эс-сенциальных металлов, в частности железа и кобальта, биологическая ценность которых определяется многогранностью функций в сложных биохимических процессах и активным участием в клеточном метаболизме, обеспечивающем нормальное функционирование организма [14, 15].
В связи с этим, особый интерес представляют исследования источников эссенци-альных химических элементов - нанокристаллических форм металлов.
Материал и методика. С целью изучения действия наночастиц железа и кобальта на гематологические показатели крови карпа, в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) Института биоэлементологии Оренбургского государственного университета были проведены исследования, в ходе которых было отобрано 200 карпов, возраст (0+), с навеской 10-15 г, из числа которых методом аналогов сформировали четыре группы (n = 50) (табл. 1).
Таблица 1. Схема эксперимента
Группа Период опыта
Подготовительный (7 сут) Учетный (12 недель)
Характер кормления
I(контроль) II III IV ОР ОР + наночастицы Co + Fe (20 мг/кг корма) Основной рацион (ОР) ОР + наночастицы Co + Fe (30 мг/кг корма) ОР + наночастицы Co + Fe (40 мг/кг корма)
В ходе исследований были использованы рецепты комбикормов, производные от РГМ-8В, рекомендованного МСХ РФ для тепловодных садковых хозяйств [16]. После подготовительного периода группы были переведены на рационы: I группа - основной рацион (ОР) (РГМ - 8В); II группа - ОР + наночастицы сплава Fe + Co (20 мг/кг корма); III группа - ОР + наночастицы сплава Fe + Co (30 мг/кг корма); IV группа - ОР + наночастицы сплава Fe + Co (40 мг/кг корма).
Способ производства комбикорма включает смешивание компонентов комбикорма РГМ-8В с наночастицами методом ступенчатого смешивания и экструдирования. Экстру-дирование производится при влажности смеси 25-30% и при температуре 60-80 °С.
Условия содержания и кормления рыб регламентировались рекомендациями М.А. Щербина и Е.А. Гамыгина (2006) и ГОСТ(ом) Р 52346-2005.
Исследования были проведены в условиях аквариумного стенда, состоящего из 4 аквариумов по 300 л, оборудованных системой фильтрации и насыщения воды кислородом. Кормление подопытной рыбы осуществлялось вручную 6-8 раз в сутки. Расчет массы задаваемого корма производили с учетом рекомендаций на основе поедаемости корма.
Контроль над интенсивностью роста подопытной рыбы осуществлялся путем еженедельного определения линейно-массовых показателей.
Наночастицы сплава железа и кобальта получены в Институте энергетических проблем химической физики РАН (Москва) и синтезировались методом высокотемпературной конденсации на установке Миген по технологии М.Я. Гена и А.В. Миллера [17]. Размер наночастиц 100±2 нм.
Отбор крови рыб для определения гематологических показателей проводился согласно методическим указаниям по проведению гематологического обследования рыб, утвержденным Минсельхозпрод России (1999). Показатели крови изучались в независимом Испытательном Центре ГНУ «Всероссийский НИИ мясного скотоводства РАСХН» г. Оренбург (аттестат аккредитации №РОСС RU 0001 21ПФ59).
Статистическая обработка материала проводилась с применением общепринятых методик при помощи приложения «Excel» из программного пакета «Office XP» и «Statisti-ca 6.0» c учетом рекомендаций Г.Ф. Лакина (1990) [18].
Результаты исследований. Исследования действия кормов на рост и развитие сеголеток карпа проводились в течение двенадцати недель. Результаты эксперимента выявили определенную закономерность в динамике роста подопытной рыбы. В первые три недели существенных отличий по динамике изменений живой массы не наблюдалось (рис. 1). На
пятой неделе эксперимента мы констатировали увеличение массы в во всех опытных группах по сравнению с контролем: во II - на 10,7% (Р<0,05), в III - на 15,0% (Р<0,05) и в IV - на 10,3% (Р<0,05).
Рис. 1 - Динамика живой массы карпов опытных групп относительно контрольной
группы
Статически достоверные различия были констатированы и в последующие недели эксперимента, вплоть до конца исследования. Так, на двенадцатой неделе эксперимента во II и III опытных группах наблюдалось увеличение живой массы подопытных карпов, по сравнению с контрольной группой на 4,9 (Р<0,05) и 10,0% (Р<0,05), соответственно.
Оценка отдельных гематологических показателей также выявила достоверное влияние наночастиц.
В частности, показатель концентрации гемоглобина в течение первых десяти недель эксперимента во всех группах удовлетворял физиологической норме (78,1±4,5 г/л), что может быть связано с условиями кормления и общего физиологического состояния рыб (рис. 2).
Гемоглобин
□ II группа □ III группа а IV группа
Рис. 2 — Сравнительная характеристика содержания гемоглобина в крови опытных групп относительно контроля
В III и IV группах на 8 неделе эксперимента наблюдалось повышение уровня гемоглобина на 18,4% (Р<0,001) и 19,2% (Р<0,001) соответственно, по сравнению с контрольной группой (90,4 ± 0,51 г/л).
Наилучшие показатели по сравнению с контролем (71,7 ± 1,5 г/л) были получены в конце эксперимента во всех опытных группах: во II - на 7,8% (Р<0,05), в III - на 24,1% (Р<0,01) и в IV - на 11,2% (Р<0,01).
Высокие показатели гемоглобина на протяжении всего периода эксперимента говорят об интенсивных обменных и дыхательных процессах в организме сеголеток карпа.
Белки поддерживают нормальный объем крови и постоянное количество воды в тканях. Для сеголеток карпа физиологическая норма составляет 25-30 г/л.
Количество общего белка у рыб зависит от возраста, физиологического состояния, времени года. На пятой неделе эксперимента уровень общего белка был выше уровня контроля (27,0 ± 0,4 г/л) во II группе - на 10,0 % (Р<0,05) и в III группе - на 10,0 % (Р<0,05) (рис. 3).
Общий белок
-20
5 неделя 8 неделя 10 неделя 12 неделя
в II группа н III группа ^ IV группа
Рис. 3 — Сравнительная характеристика содержания общего белка в крови опытных групп относительно контроля
На восьмой неделе содержание белка во всех группах было приблизительно на одном уровне: 35,3-35,7 г/л. На десятой неделе эксперимента уровень общего белка в группах был выше, контроля (24,0 ± 0,6 г/л): во II группе - на 38,1% (Р<0,001), в III - на 25,0% (Р<0,05) и в IV - на 27,2% (Р<0,001).
К концу эксперимента констатировали, что во II группе уровень белка был выше контроля (22,1 ± 0,6 г/л) на 13,6% (Р<0,01), а в III - на 68,0% (Р<0,001). В IV группе зафиксировано снижение белка по сравнению с контрольной группой на 13,6 % (Р<0,01).
Высокое содержание общего белка говорит о хорошем физиологическом состоянии подопытных рыб и хорошей усвояемости кормов.
Включение в рацион карпа наночастиц оказало неоднозначное влияние на количество эритроцитов. До начала исследований количество эритроцитов в крови подопытных карпов существенно не отличалось и находилось в диапазоне 2,43-2,62 1012/л.
На 5 неделе эксперимента количество эритроцитов в опытных группах было значительно ниже по сравнению с контролем (1,32± 0,105 1012/л): во II группе - на 103,1% (Р<0,01), в III - на 31,1 % (Р<0,05) и в IV - на 186,0 % (Р<0,01) (рис. 4).
□ II группа □ III группа q IV группа
Рис. 4 — Сравнительная характеристика содержания эритроцитов в крови опытных групп относительно контроля
Количество эритроцитов на 8 неделе эксперимента во всех опытных группах было уже выше по сравнению с контрольной группой (0,65 ± 0,021 1012/л): во II группе - на 35,6% (Р<0,001), в III - на 33,7% (Р<0,001) и в IV - на 19,7% (Р<0,01). На 12 неделе также наблюдали увеличение числа эритроцитов по сравнению с контролем (0,70± 0,036 1012/л): во II группе - на 44,1% (Р<0,01), в III - на 50,0% (Р<0,01) и в IV - на 50,0% (Р<0,01).
Так как абиотические факторы среды (температура воды, соленость) во время проведения исследований оставались неизменны, то возможно, что Fe и Co в наноформе, участвуя в процессах кроветворения, активировали образование эритроцитов.
Вывод. Таким образом, использование наночастиц сплава железа и кобальта в кормлении холоднокровных животных при дозировке 20-30 мг/кг корма сопровождается повышением интенсивности роста на 5-10%. Включение в рацион наночастиц сплава железа и кобальта способствует улучшению гематологических показателей крови. Наноча-стицы стимулируют функцию кроветворения, что проявлялось в увеличении концентрации гемоглобина и эритроцитов.
Литература
1. Коваленко Л.В., Фолманис Г.Э. Биологически активные нанопорошки железа. М.: «Наука», 2006. 128 с.
2. Арсентьева И.П., Зотова Е.С., Фолманис Г.Э. Аттестация наночастиц металлов, используемых в качестве биологически активных препаратов // Нанотехника. 2007. №10. С. 72-77.
3. Богословская О.А., Сизова Е.А., Полякова В.С., Мирошников С.А. Лейпунский И.О., Ольховская И.П., Глущенко Н.Н. Изучение безопасности введения наночастиц меди с различными физико-химическими характеристиками в организм животных // Вестник Оренбургского государственного университета. 2009. №2. С. 124-128.
4. Глущенко Н.Н., Богословская О.А., Ольховская И.П. Сравнительная токсичность солей и наночастиц металлов и особенность их биологического действия // Нанотехноло-гия - технология XXI века: Тез.докл. Москва. 2006. С. 93-95.
5. Егоров И.А., Куренева В.П., Глущенко Н.Н., Фаткуллина Л.Д., Федоров Ю.И. Высокодисперсные порошки металлов - источники микроэлементов для сельскохозяйственной птицы // Сборник научных трудов. Боровск. 1985. Т. 31. С. 80-88.
6. Аринжанов А.Е., Мирошникова Е.П., Килякова Ю.В., Мирошников А.М., Куда-шева А.В. Использование экструдированных кормов с добавлением наночастиц металлов в кормлении рыб // Вестник Оренбургского государственного университета. 2012. № 10. С. 138-142.
7. Аринжанов А.Е., Мирошникова Е.П., Килякова Ю.В. Воздействие наночастиц комплекса металлов на организм карпа // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2013. № 2 (40). С. 113-116.
8. Аринжанов А.Е., Мирошникова Е.П., Килякова Ю.В., Сизова Е.А. Влияние нано-частиц металлов на физиологическое состояние и гематологические показатели крови рыб // Российская аквакультура: состояние, потенциал и инновационные производства в развитии АПК. Материалы Международной научно-практической конференции. Воронеж: ВГУИТ: Изд-во ФГУ Воронежский ЦНТИ. 2012. С. 131-135.
9. Мирошникова Е.П., Аринжанов А.Е., Глущенко Н.Н., Василевская С.П. Обмен химических элементов в организме карпа при использовании наночастиц кобальта и железа в корме // Вестник Оренбургского государственного университета. 2012. № 6. С. 170175.
10. Мирошникова Е.П., Аринжанов А.Е., Килякова Ю.В. Изменение гематологических показателей параметров карпа под влиянием наночастиц металлов // Достижения науки и техники АПК. 2013. №5. С. 55-57.
11. Жижин К.Ю. Матвеев Е.Ю., Колдоева Е.Ю., Григорьева Е.Ю., Белов А.С., Волошин ЯЗ., Бубнов Ю.Н., Кузнецов Н.Т. Создание новых типов наноразмерных соединений на основе клеточных комплексов металлов и клозо-боратов для адресной доставки бора в клетки опухолей // Российский биотерапевтический журнал. 2009. №1. Том 8. С. 7-11.
12. Ле Вьет Фыонг. Использование высокодисперсных порошков железа, меди, марганца, цинка в премиксах цыплят-бройлеров: дисс.... канд. с.-х. наук. М.: 2005. 114 с.
13. Аринжанов А.Е., Килякова Ю.В., Мужиков И.С., Рыжкова Л.М. К вопросу об использовании наночастиц металлов в животноводстве // Вестник мясного скотоводства. 2013. № 1 (79). С. 132-135.
14. Дудакова Ю.С. Изменение биохимических показателей сыворотки крови у лабораторных животных при введении наночастиц металлов PER OS // Автореф. канд.. биол. наук. Ростов - на - Дону, 2012. 24 с.
15. Дудакова Ю.С., Бабушкина И.В., Бородулин В.Б., Казимирова Н.Е., Иванова Н.А. Антибактериальное действие наночастиц железа и меди на клинические штаммы Pseudomonas aeruginosa и Mycobacterium tuberculosis // Нанотехника. 2009. №3. С. 69-72.
16. Щербина М.А. Гамыгин Е.А. Кормление рыб в пресноводной аквакультуре. М.: Изд-во ВНИРО, 2006. 360 с.
17. Ген М.Я., Миллер А.В. Авторское свидетельство СССР №814432. Бюллетень изобретений. 1981. №11. С. 25.
18. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.
Аринжанов Азамат Ерсаинович, преподаватель
Мирошникова Елена Петровна, доктор биологических наук, профессор
Килякова Юлия Владимировна, кандидат биологических наук
