CC BY
27
УДК 636.52/58.034:612.014.46-034.73-057.7:549.282
влияние наночастиц серебра на аккумуляцию кадмия в организме кур-несушек
Е.А. ТКАЧЕНКО, аспирант (e-mail: korghimugavm@ inbox.ru)
Южно-Уральский государственный аграрный университет, ул. Гагарина, 13, Троицк, Челябинская обл., 457100, Российская Федерация
Резюме. Исследования проводили с целью оценки способности наночастиц серебра влиять на уровень аккумуляции и выраженность токсических эффектов кадмия в организме кур-несушек кросса «Ломан белый». Объектом исследования служили 22-недельные куры-несушки, материалом - печень и кровь птицы. Для проведения опыта сформировали 4 группы. Первая - контрольная (кур содержали на стандартном пищевом и водном рационе кормления). Вторая опытная группа служила фоном токсического действия кадмия(CdSO4 • 8H2O), который задавали в хлебныхболюсахвдозе 1/10ЛДШ(52,5мг/кг) в течение 15сут., на организм птиц. В третьей и четвертой группахпероральное введение сульфата кадмия сочетали сдобавлением в воду наночастиц серебра из расчета соответственно 14,0 и 7,0 мг/кг. Сульфат кадмия в организме кур II опытной группы активно депонировался в печени (через 15 сут. токсикоза ИЗВ= 962,44±22,57 усл. ед), что сопровождалось снижением в крови уровня эритроцитов на 27,74%, увеличением содержания гемоглобина на 11,55% и насыщенности эритроцитов гемоглобином - на 81,59%. Однако гемоглобин крови на49,27% был представлен метгемоглобином. Наночастицы серебра в суточной дозе 14 мг/кг на фоне кадмиевой интоксикацией к концу эксперимента снижали степень аккумуляции кадмия в печени кур на 29,13%, увеличивали количество эритроцитов на 32,30%, гемоглобина, который на 16,58% был представлен метгемоглобином, - на29,49%, сохраняли насыщенность эритроцитов гемоглобином. Комбинирование воздействия сульфата кадмия на организм птиц с наночастицами серебра в суточной дозе 7 мг/кг характеризовалось более выраженным антитоксическим действием: в печени кур депонировалось на 48,41% меньше кадмия, количество эритроцитов увеличивалось на 34,02%, гемоглобина, в котором метгемоглобин составлял только 5,70%, - на 20,89%.
Ключевые слова: куры, кадмий, токсикоз, наночастицы серебра, кровь, печень.
Для цитирования: Ткаченко Е.А. Влияние наночастиц серебра на аккумуляцию кадмия в организме кур-несушек //Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. №2. С. 98-100.
Влияние кадмия на здоровье человека и животных - одна из наиболее актуальных проблем медицины, что обусловлено использованием металла практически во всех отраслях современной промышленности. Значимость этой проблемы особенно велика в регионах с развитой промышленностью, к которым относится и Челябинская область.
Установлено, что на воздействие Cd реагируют все клетки живого организма [1, 2] и в наибольшей степени повреждаются те структуры, в которых его накопление максимально [3].
На сегодняшний день доказана антитоксическая эффективность различных природных минералов и ионообменни-ков [1, 4, 5 и др.], применение которых, чаще всего, сопряжено с наличием побочных эффектов, так как они выводят из организма не только токсичные, но и биогенные элементы. В связи с этим возрос интерес к изучению свойств различных биологически активных веществ [6, 7 и др.].
В исследованиях, которые мы выполнили на модели лабораторных мышей, было установлено, что при по-достром кадмиевом токсикозе наночастицы серебра (Ад), сильнее снижали токсическое действие Cd, чем а-токоферол, проявляя значительные антитоксические и иммуностимулирующие свойства [8, 9].
Цель нашей работы - оценка способности наночастиц серебра влиять на уровень аккумуляции и проявления токсических эффектов кадмия в организме кур-несушек.
Условия, материалы и методы. Экспериментальная часть работы выполнена на базе вивария и кафедры органической, биологической и физколлоидной химии ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет» в 2015 г. Объектом исследования служили 22-недельные куры кросса «Ломан белый». Птицу подбирали в группы по принципу аналогов с учетом происхождения, живой массы и клинического состояния. До начала эксперимента ее выдерживали в условиях вивария в течение 2-х недель, в условия соответствующих технологии содержания этого кросса.
Для проведения опыта было сформировано 4 группы. Первая - контрольная (птицу содержали на стандартном пищевом и водном рационе кормления). Вторая группа -опытная была предназначена для определения фона токсического действия кадмия на организм кур. Особям этой группы задавали сульфат кадмия (CdSO4 ■ 8H2O) в хлебных болюсах в дозе 1/10 ЛД50 (52,5 мг/кг) в течение 15 сут. Такая доза была выбрана в связи с тем, что острые отравления кадмием встречаются достаточно редко, в основном токсические эффекты ассоциируются с хроническим действием этого металла, возникающим при продолжительном поступлении субтоксических доз преимущественно перорально [10]. В третьей и четвертой группах пероральное введение сульфата кадмия сочетали с добавлением в воду наночастиц серебра из расчета соответственно 14,0 и 7,0 мг/кг.
Материал для исследований получали после декапи-тации кур, выполненной под наркозом эфира с хлороформом с соблюдением принципов гуманности, изложенных в директивах Европейского сообщества (86/609/ЕЕС) и Хельсинкской декларации, до начала опыта (фон), через 1 и 15 сут. токсикоза. В печени определяли содержание кадмия согласно МУ 01-19/47-11 на атомно-абсорбционном спектрофотометре «AAS-1» («Carl Zeiss Jena», Германия) в пламени пропан-воздух. С целью оценки степени загрязненности печени кур кадмием рассчитывали индекс загрязнения вещества (усл. ед.) по формуле: ИЗВ = С/МДУ, где С - концентрация кадмия в сырой печени, мг/кг; МДУ -максимально допустимый уровень этого минерального элемента в печени (согласно СанПин 2.3.2 1078-01 - 0,3 мг/ кг). Учитывая, что в нормативном документе максимально допустимая концентрации кадмия приведена на массу натуральной влажности, мы представили свои данные в аналогичном соизмерении. Мазки крови изготавливали сразу после взятия материала, затем окрашивали по методу Романовского-Гимзы. Подсчет эритроцитов проводили в камере Горяева; концентрацию гемоглобина определяли с помощью набора реактивов «Клини Тест-ГемЦ», метгемо-глобина (МеАНЬ) - колориметрическим методом, используя в качестве контроля уровень МеШЬ в крови кур I группы. Среднее содержание гемоглобина в эритроците (МСН) рассчитывали по формуле: МСН = Hb/Эр, где МСН - среднее содержание гемоглобина в эритроците, Пг; Hb - количество гемоглобина, г/л; Эр - количество эритроцитов, 1012/л.
Статистическую обработку данных проводили методом вариационной статистики на ПК с помощью табличного процессор «Microsoft Ехсе1» и пакета прикладной программы «Биометрия». Достоверность различий
Таблица 1. Содержание кадмия в печени (мг/кг сырого продукта) кур (п=5)
Группа Длительность токсикоза
до опыта через 1 сут. через 15 сут.
y±Sx I ИЗВ, усл. ед. y±Sx I ИЗВ, усл. ед. y±Sx I ИЗВ, усл. ед.
I (контрольная) 1,78±0,13 5,93±0,44 1,78±0,15 5,94±0,52 1,82±0,05 6,05±0,16 II опытная 1,68±0,14 5,61±0,45 75,63±5,11*** 252,11±17,03*** 288,73±6,77*** 962,44±22,57*** III опытная 1,73±0,17 5,75±0,56 33,37±3,99*** 111,22±13,33*** 204,63±6,80*** 682,11±22,67*** IV опытная 1,76±0,12 5,85±0,41 12,35±1,78*** 41,17±5,94*** 148,97±10,75*** 496,56±35,84***
*** - р<0,001 по отношению к величине контрольной группы
между группами оценивали с учетом непараметрического критерия Манна-Уитни.
результаты и обсуждение. При моделировании токсикоза падежа птиц среди экспериментального поголовья в течение 15 сут. не отмечали. Однако во II опытной группе яйцекладка прекращалась после однократной дачи токсиканта, в III группе - через 1 сут. токсикоза, в IV - через 3 сут. При этом куры начинали нести яйца без скорлупы, что было следствием антагонизма между кальцием и кадмием [11].
Концентрация Cd в печени птиц всех групп уже в начале опыта превышала максимально допустимый уровень более чем в 5 раз (ИЗВ=5,61±0,45-5,93±0,44 усл. ед.). Содержание металла постепенно возрастало в ходе токсикоза. После однократной дачи сульфата кадмия в печени кур II опытной группы уровень изучаемого элемента увеличился в 45,02 раза (р<0,001), превысив МДУ в 252,11±17,03 раза (р<0,001), а через 15 сут. - в 158,64 (ИЗВ=962,44±22,57, р<0,001). Такой резкий рост концентрации металла в печени птиц, на наш взгляд, обусловлен тем, что в гепатоцитах синтезируются белки - металотионеины, которые связывают Cd и постепенно перераспределяют его к почке - главному целевому органу хронической токсичности кадмия [12]. В III группе птиц после однократной дачи сульфата кадмия увеличение концентрации Cd, по сравнению с контролем, составило 18,74 раза (р<0,001), в IV группе - 6,94 раза (р<0,001). Через 15 сут. кадмиевой интоксикации уровень Cd в печени несушек III и IV опытных групп превышал величину этого показателя в контроле соответственно в 112,43 (ИЗВ= 682,11± 22,67, р<0,001) и 81,85 (ИЗВ=496,56±35,84, р<0,001) раза (табл. 1). При этом наименьший прирост концентрации металла в печени кур отмечен при сочетании поступления Cd с введением наночастиц Ад в суточной дозе 7 мг/кг.
Известно, что такие элементы, как S, Se, Zn, Си, Са, Мд и Fe влияют на усвоение и выведение кадмия в живом организме [13]. Результаты наших исследований позволяют
меньше нижней границы нормы, хотя уровень гемоглобина колебался в её пределах. После однократной затравки сульфатом кадмия в крови кур II опытной группы уровень эритроцитов, гемоглобина и МСН снижался соответственно на 14,04 (р>0,05), 20,84 (р>0,001) и 7,92%, по сравнению с контролем, на фоне прироста содержания метгемоглоби-на (табл. 2). Значит, токсикант, как и в организме мышей, инициировал внутрисосудистый гемолиз эритроцитов, замещал железо в простетической группе НЬ, определяя кислородную ёмкость крови. Результаты наших исследований согласуются с данными других авторов [10].
Через 1 сут. кадмиевого токсикоза в крови кур III и IV опытных групп происходили противоположные изменения (табл. 2). Количество эритроцитарных клеток возрастало, как по сравнению с контролем, так и с величиной «до опыта», но не выходило за границы нормы. Наибольший его рост отмечен у птиц III группы (на35,62%, р>0,001). Следовательно, наночастицы Ад, несмотря на поступление в организм кадмия, стимулировали эритропоэз, изменяя вязкость и текучесть крови.
Сочетание кадмиевого токсикоза с введением наночастиц Ад сопровождалось увеличением концентрации НЬ, уровень которого в сильнее всего возрастал в кровеносном русле кур III опытной группы (на 28,65%, р>0,001). На наш взгляд, такая ситуация обусловлена тем, что дозировка наночастиц Ад в этой группе превышала востребованность металла, как антитоксиканта, и он оказывал дополнительное токсическое действие на органы эритропоэза. В пользу такого предположения свидетельствует тот факт, что насышенность эритроцитов гемоглобином в III группе находилась на уровне II опытной группы.
Кадмиевый токсикоз, протекающий на фоне поступления наночастиц Ад, не вызывал появление в кровеносном русле метгемоглобина.
Через 15 сут. экспериментальной интоксикации в крови птиц II опытной группы прогрессировали признаки эри-
Таблица 2. Гематологические показатели кур (n=5), Х±Sx
утверждать, что такими свойствами обладают и наночастицы серебра. Опыты на лабораторных мышах показали, что интоксикация сульфатом кадмия в большей степени влияла на состав красной крови, чем белой. Сдвиги проявлялись в виде уменьшения количества эритроцитов и увеличения гемоглобина благодаряспособности Сd2+ замещать в геме ферро-ион с образованием соединений типа метгемо-глобина [8]. Поэтому в опыте на курах мы изучали только изменения параметров, ха-растеризующих дыхательную функцию крови.
До начала эксперимента в крови кур опытных групп количество эритроцитов было * - р<0,05; *** - р<0,001 по отношению к величине контрольной группы
Группа Длительность токсикоза
до опыта (фон) | через 1 сут. через 15 сут.
Эритроциты, 1012/л
I контрольная 2,97±0,03 2,92±0,03 2,91±0,03
II опытная 2,85±0,07 2,51±0,11* 2,19±0,17*
III опытная 2,93±0,03 3,96±0,14*** 3,85±0,19***
IV опытная 2,87±0,05 3,45±0,15* 3,90±0,25*
Гемоглобин, г/л
I контрольная 99,45±1,52 98,43±0,60 98,14±0,59
II опытная 96,59±0,77 77,92±1,30*** 134,14±1,83***
III опытная 97,03±0,59 126,64±3,19*** 127,09±6,06***
IV опытная 97,23±0,63 116,96±3,36*** 118,64±4,28***
МНС, Пг
I контрольная 33,48±1,10 33,71±0,44 33,73±0,39
II опытная 33,89±0,88 31,04±1,71 61,25±5,37***
III опытная 33,11±0,40 31,97±1,47 33,01±1,51
IV опытная 33,87±0,83 33,90±1,59 30,42±1,28
Метгемоглобин, %
I контрольная - - -
II опытная - 49,27±2,56*** 39,25±1,70***
III опытная -- 16,58±1,24***
IV опытная - - 5,70±0,98***
тропении на фоне увеличения концентрации Hb, уровень которого превышал значения контроля на 36,68% (р>0,001), а величину через 1 сут. - в 1,72 раза. Одновременно возрастала насыщенность эритроцитов гемоглобином, который на 39,25% был представлен метгемоглобином (табл. 2). Следовательно, в организме кур кадмий инициировал те же изменения дыхательной функции крови, что и у лабораторных мышей.
В вариантах с сочетанием кадмиевого токсикоза и введением наночастиц Ag через 15 сут. эксперимента количество эритроцитов, Hb и МСН в организме птиц III и IV опытных групп оставалось на уровне, отмеченном через 1 сут. токсикоза. Исключением стало появление в кровеносном русле метгемоглобина, как следствие избыточного накопления Cd в организме. При этом у кур III опытной группы величина MetHb была в 2,91 раза больше, чем в IV группе (см. табл. 2). Значит, добавление наночастиц Ag в суточной дозе 7,0 мг/кг в наибольшей степени способствовало сохранению дыхательной функции крови в организме.
выводы. Сульфат кадмия, поступающий в организм кур II опытной группы per os в дозе 1/10 ЛД50 (52,5 мг/кг), активно депонировался в печени (через 1 и 15 сут. токсикоза ИЗВ 252,11±17,03 и 962,44±22,57усл. ед), так как этот орган через синтез металотионеинов регулировал распределение
металла в организме птиц. Аккумуляция кадмия сопровождалась к концу эксперимента снижением уровня эритроцитов (на 27,74%) в крови, по сравнению с контролем, на фоне увеличения содержания гемоглобина (на 11,55%) и насыщенности эритроцитов гемоглобином (на 81,59%). Однако гемоглобин крови был на 39,58-49,27% представлен метгемоглобином, что определяет кислородную ёмкость крови и служит основой для развития в организме кур гипоксии. Наночастицы серебра в суточной дозе 14 мг/кг при сочетании с кадмиевой интоксикацией снижали степень аккумуляции кадмия в печени кур на 29,13%, увеличивали количество эритроцитов на 32,30%, гемоглобина, который на 16,58% был представлен метгемоглобином, - на29,49%, сохраняли насыщенность эритроцитов гемоглобином. Комбинирование воздействия сульфата кадмия с наноча-стицами серебра в суточной дозе 7 мг/кг характеризовалось более выраженным антитоксическим действием. В печени кур депонировалось на 48,41 % меньше кадмия, количество эритроцитов увеличивалось на 34,02%, гемоглобина, в котором метгемоглобин составлял только 5,70%, - на 20,89%. Результаты исследований позволяют рекомендовать использование наночастиц серебра при разработке новых антитоксических средств и схем лечения, профилактики кадмиевых токсикозов.
Литература.
1. Жаксалыкова А.К. Структурная организация печени и её регионарных лимфатическихузлов при кадмиевой интоксикации и коррекции энтеросорбенотом(анатомо-экспериментальное исследование:автореф. дис.... докт. биол. наук. Алматы, 2010. 36с.
2. Takebayashi S., Jimi S., Segawa M. Cadmium induces osteomalacia mediated by proximal tubular atrophy and disturbances of phosphate reabsorption. A study of 11 autopsies// Pathol. Res. Pract. 2000. Vol. 196. Рр. 853-863.
3. Бокова Т.И. Экологические основы инновационного совершенствования пищевых продуктов: монография. Новосибирск: НГАУ, 2011. 284 с.
4. Гизатуллин Р.Р. Влияние натрия сульфида на естественную резистентность организма при отравлении животных солями тяжелых металлов: дис. ... канд. биол. наук. Казань, 2007. С. 10-12.
5. Дерхо М.А., Соцкий П.А., Концевая С. Ю. Регуляция адаптационных возможностей организма бычков лигфолом в условиях техногенной провинции// Ветеринария. 2013. № 2. С. 33-35.
6. Логинов П.В. Влияние витамина Е (а-токоферола) на гипоталамо-гипофизарно-гонадную систему самцов белых крыс при окислительном стрессе, индуцированным природными токсикантами: автореф. дис. . канд. биол. наук. Астрахань: АГУ, 2004. 25 с.
7. Савченко Д.С. Экспериментальное обоснование противомикробной и сорбционной активности энтеросорбента с на-носеребром: автореф. дис.... канд. фарм. наук. Харьков, 2014. 24 с.
8. Ткаченко Е.А., Дерхо М.А. Влияние наночастиц серебра на клеточный состав крови мышей при кадмиевом токсикозе // Отечественная наука в эпоху изменений: постулаты прошлого и теории нового времени: Материалы II межд. научно-практ конф. Екатеринбург, 2014. № 4. Ч. 3. С. 117-120.
9. Ткаченко Е.А., Дерхо М.А. Влияние а-токоферола и наночастиц серебра на морфологический состав крови мышей при экспериментальной кадмиевой интоксикации// Известия ОГАУ. 2015. № 1 (51). С. 84-87.
10. Данилова Н. И. Токсикологическая оценка и экспериментальное обоснование применения полиферментных препаратов в птицеводстве и свиноводстве: автореф. дис....докт. биол. наук. Казань, 2009. 32 с.
11. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А. Микроэлементозы человека. М.: Медицина, 1991. 496 с.
12. Hisham K., Cynthia A. Toxicogenomics: prinples and applications. Afshari Wiley-Liss: USA, 2004. 361 p.
13. Min K.S., Ueda H., Kihara T. Increased hepatic accumulation of ingested Cd is associated with upregulation of several intestinal transporters in mice fed diets deficient in essential metals // Toxicol. Sci. 2008. V. 106. № 1. Р. 284-289.
influence of silver nanoparticles on the accumulation of cadmium
in the body of laying hens
E.A. Tkachenko
South Ural State Agrarian University, ul. Gagarina, 13, Troitsk, Chelyabinskaya obl., 457100, Russian Federation Summary. The aim of the research was to evaluate the ability of silver nanoparticles to affect the level of accumulation and intensity of toxic effects of cadmium in organisms of laying hens of the Lohmann White cross. Twenty two-week-old laying hens were the object of the research, their liver and blood was the material. Four groups were formed for the experiment. The first one was the control (chickens were kept on standard food and water diet). The second experimental group served as the background of the toxic effect of cadmium (CdSO4 x 8H2O) in bodies of birds, which was fed in bread boluses at a dose of 1/10 LD50 (52.5 mg/kg) during 15 days. In the third and fourth groups the oral administration of cadmium sulfate was combined with addition of silver nanoparticles in water in the doses of 14.0 and 7.0 mg/kg, respectively. Cadmium sulfate accumulated actively in the liver of hens from the second group (in 15 days of toxicosis IWP was 962.44 ± 22.57 standard units), which was accompanied by a decrease in red blood cells level in blood by 27.74%, the increase in hemoglobin content at 11.55 % and in saturation of erythrocytes by hemoglobin on 81.59%. However, the hemoglobin of blood was represented by methemoglobin on 49.27%. By the end of the experiment silver nanoparticles at the daily dose of 14 mg/kg against the background of cadmium intoxication reduced the degree of cadmium accumulation in chicken liver by 29.13%, increased the number of red blood cells on 32.30%, hemoglobin , which was represented by methemoglobin by 16.58%-on 29.49%, maintained a saturation of erythrocytes by hemoglobin. The combined effect of cadmium sulfate with silver nanoparticles on poultry organisms at the daily dose of 7 mg/kg was characterized by more pronounced anti-toxic effect. So in chicken liver it was accumulated less cadmium by 48.41 %, the number of erythrocytes increased on 34.02%, hemoglobin content grew on 20.89%, and methemoglobin consisted only 5.70% in it. Key words: chickens, cadmium, toxicosis, silver nanoparticles, blood, liver. Author Details: E.A. Tkachenko, post-graduate student (e-mail: [email protected])
For citation: Tkachenko E.A. Influence of Silver Nanoparticles on the Accumulation of Cadmium in the Body of Laying Hens. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2016. V.30. No 2. Pp. 98-100 (In Russ.).
