Влияние природных цеолитов на минеральный обмен организма Текст научной статьи по специальности «Животноводство и молочное дело»

УДК 591.133 : 591.149.2

А.Д. Герасев, С.Н. Луканина, Г.А. Святаш, С.В. Ефимов, Л.Е. Панин, Р.И. Айзман

ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ ЦЕОЛИТОВ НА МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН ОРГАНИЗМА

Новосибирский государственный педагогический университет ГУ НИИ биохимии СО РАМН, Новосибирск

В экспериментах in vitro и in vivo на взрослых крысах, содержащихся на цеолитной диете, было установлено, что природные цеолиты, используемые в качестве 5% пищевой добавки, значительно увеличивают поступление в ЖКТ Mn, Al, Be, Pb, Li, As, Fe и V. Однако основная часть минеральных веществ, в избытке поступающих с ПЦ, находится в связанной форме, что препятствует их абсорбции в кишечнике. Вероятно, поэтому в условиях цеолитной диеты минеральный состав плазмы крови и тканей изменяется незначительно, а экскреция избыточно поступающих элементов осуществляется, в основном, с калом.

Ключевые слова: природные цеолиты, минеральный обмен, макроэлементы, микроэлементы

В механизме биологического действия природных цеолитов (ПЦ) большую роль играют их ионообменные свойства. Известно, что использование ПЦ в качестве пищевой добавки сопровождается как поступлением, так и выведением из организма ряда жизненно важных элементов [1, 2, 5]. Наиболее полно исследованы ионообменные реакции для макроэлементов (Na, K, Ca, Mg); значительно меньше работ посвящено изучению обмена микроэлементов. Вместе с тем известно, что ПЦ имеют полиэлементный состав, зависящий от геохимических условий их формирования. Они характеризуются значительным набором макро- и микроэлементов, которые могут извлекаться из цеолитсодержащей породы и усваиваться организмом, вызывая при этом как биологически благоприятные, так и неблагоприятные эффекты [7, 8]. Целью настоящего исследования была оценка изменения минерального обмена организма крыс в условиях использования ПЦ в качестве пищевой добавки.

Методика. Для достижения поставленной цели были проведены несколько серий экспериментов в условиях in vivo и in vitro.

Эксперимент in vivo поставлен на взрослых самцах крыс линии Вистар (250-300 г). В каждой серии животных делили на 2 группы: контрольную и экспериментальную. Крысы экспериментальной группы в течение 7 дней получали стандартный комбикорм с добавлением 5% (по массе) порошкообразного цеолита Шивыртуй-ского месторождения (фракция 0-1 мм). Контрольные животные потребляли такой же корм без цеолитов. В

Рис. 1. Изменение содержания ионов К+ в перфузате контрольных и экспериментальных животных (М±т).

* - достоверные отличия показателей экспериментальных животных по сравнению с контрольными; А - абсорбция; С - секреция

Рис. 2. Особенности транспорта калия в тонком (А) и ДОТК (Б) крыс при использовании ПЦ и о-ванадата натрия (М±т).

* - достоверные отличия показателей экспериментальных животных по сравнению с контрольными; ▲ - достоверные отличия по сравнению с серией без блокатора; А - абсорбция; С - секреция

Рис. 3. Особенности транспорта калия в тонком (А) и ДОТК (Б) крыс при использовании ПЦ и омепразола (М±т).

* - достоверные отличия показателей экспериментальных животных по сравнению с контрольными; сравнению с серией без блокатора; А - абсорбция; С - секреция

достоверные отличия по

ходе эксперимента у всех животных забирались пробы мочи и каловых масс; в конце эксперимента под эфирным наркозом брали пробы крови из нижней полой вены и образцы тканей печени и тонкого кишечника (предварительно вскрытого и очищенного от химуса и слизи).

Эксперимент in vitro поставлен с аптечным препаратом желудочного сока “Эквин”. В одну порцию желудочного сока объемом 10 мл помещали навеску ПЦ Ши-выртуйского месторождения массой 0,5 г на срок 2 часа при t желудочного сока 37-38°С с помешиванием. Вторая порция желудочного сока использовалась в качестве контроля. Затем обе порции желудочного сока подвер-

гали центрифугированию в течение 15 мин. В надоса-дочной жидкости определяли содержание макро- и микроэлементов. Кроме того, исследовали элементный состав самого цеолита, стандартного корма и водопроводной воды, используемой для питья.

Содержание химических элементов в пробах, полученных в ходе эксперимента, определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии.

Результаты. На первом этапе исследования для оценки степени влияния ПЦ на минеральный обмен организма крыс мы сопоставили количество макро- и мик-

роэлементов, вносимых ПЦ, с величинами их поступления в организм с водой и пищей (табл. 1).

Как видно из таблицы, основная часть минеральных веществ поступала в организм с пищей; доля, привносимая с водой, незначительна для абсолютного большинства макро- и микроэлементов. Анализ поступления минеральных веществ у контрольных и опытных животных показал, что из 24 проанализированных элементов содержание лишь 10 изменялось более чем на 10% за счет ПЦ. Наиболее существенное увеличение содержания в суточном рационе отмечено для Мп, А1, Ве, РЬ, Ы, А8, Ре, V. Таким образом, несмотря на полиэлементный состав цеолиты Шивыртуйского месторождения содержали лишь 8 элементов в количествах более значительных, чем в пище и воде.

В связи с этим на следующем этапе было изучено влияние ПЦ, используемых в качестве пищевой добавки, на содержание данных элементов в крови и некоторых тканях (табл. 2).

Исследуя макро- и микроэлементный состав тонкого кишечника, мы установили, что в условиях цеолитной диеты в стенке тонкого кишечника увеличивалось содержание Ре и Мп. В печени мы зафиксировали лишь незначительное повышение содержания Ре и А8. Макро-и микроэлементный состав плазмы крови оставался практически неизменным, за исключением небольшого повышения содержания А1, А8, Ы. Эти данные позволяют заключить, что в условиях цеолитной диеты не происходило существенного изменения макро- и микроэле-ментного состава внутренней среды организма. На первый взгляд это странно, поскольку у экспериментальных животных содержание некоторых элементов в суточном рационе было в десятки раз выше, чем у контрольных животных.

Поэтому в дальнейшем мы проанализировали изменение макро- и микроэлементного состава желудочного сока (ш уИто) при 2 часовой инкубации в нем 5% навески ПЦ. Полученные результаты представлены в табл. 3.

Как видно из таблицы, в результате взаимодействия с ПЦ первоначальный состав желудочного сока значительно изменился. Обращает на себя внимание факт, что содержание минеральных компонентов в желудочном соке менялось разнонаправлено. По степени увеличения в желудочном соке концентрации изучаемых элементов их можно условно разбить на 3 группы: а) с приростом концентрации более 5 раз - Ве, Мп; б) с приростом концентрации от 2 до 5 раз - А1, Ы; в) с приростом концентрации до 2 раз - А8. Интересно, что при этом концентрация РЬ в желудочном соке снижалась. Таким образом, состав желудочного сока при контакте с ПЦ претерпевает значительные изменения, что, вероятно, является результатом ионообменных реакций на цеолитном каркасе и следствием растворения в желудочном соке различных компонентов ПЦ и цеолитсодержащей породы.

В этих условиях представляло интерес исследование уровня экскреции данных элементов с калом и мочой. Было обнаружено значительное увеличение выведения с фекалиями А1 и АЭ; экскреция Ре, наоборот, несколько снижалась (табл. 4). Выведение других элементов у контрольных и экспериментальных животных не различалось. Экскреция элементов с мочой у животных, получавших природные цеолиты, существенно не изменялась, за исключением снижения выведения Ре.

В литературе приводятся противоречивые данные о влиянии природных цеолитов на минеральный обмен организма. Так, ряд авторов в своих исследованиях не обнаружили существенного влияния ПЦ на минеральный состав органов и тканей [4]. В то же время другими исследователями было установлено, что применение ПЦ в качестве пищевой добавки приводит к увеличению содержания некоторых микро- и макроэлементов в тканях [6].

Такие изменения авторы связывают со значительным поступлением микро- и макроэлементов в организм с природными цеолитами. В нашем случае при использовании природных цеолитов в качестве 5% пищевой добавки значительное влияние ПЦ на минеральный состав суточного рациона было обнаружено только по нескольким элементам (А1, А8, Ы, Мп, РЬ, Ве, Ре, V). По остальным 18 элементам ПЦ Шивыртуйского месторождения при использовании их в количестве 5% от массы корма не оказывали заметного влияния на суточную дозу потребляемых микро- и макроэлементов.

Изучение содержания различных элементов в плазме крови и тканях показало, что их минеральный состав практически не изменялся, за исключением увеличения содержания Ре в тканях и небольшого прироста концентрации А1, А8, Ы в плазме крови. Эти данные плохо согласуются с результатами первой части наших исследований, где было обнаружено значительное поступление с ПЦ А1, А8, Ы, Мп, РЬ, Ве, Ре и V. Поэтому для выяснения причин такого несоответствия мы в дальнейшем определяли изменение минерального состава желудочного сока при инкубации в нем ПЦ и исследовали экскрецию изучаемых микро- и макроэлементов с калом и мочой.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что основная часть А8, Ы, Ре содержится в ПЦ в связанном виде и практически не переходит в желудочный сок. Другие элементы - А1, Ве, Мп - содержатся, вероятно, в более растворимых формах, чем и объясняется значительное возрастание их концентраций в желудочном соке. Вместе с тем, даже для этих элементов повышение концентрации в желудочном соке было не столь значительно по сравнению с их содержанием в ПЦ. Это объясняется тем, что основная часть элементов оставалась в связанной форме. Полученные данные говорят о том, что при оценке степени влияния ПЦ на минеральный обмен организма необходимо учитывать не только общее содержание элементов, но и способность ПЦ отдавать микро- и макроэлементы при поступлении в желудочно-кишечный тракт (ЖКТ).

В этих условиях логично было ожидать значительного увеличения экскреции с калом микро- и макроэлементов у экспериментальных животных. Действительно, мы обнаружили существенное повышение выведения А1, АЭ с фекалиями и практически неизменный уровень их экскреции с мочой. Это, на наш взгляд, свидетельствует о том, что основное количество поступивших микроэлементов выводится из организма, даже не будучи абсорбированными в ЖКТ. Однако это не исключает возможности их влияния на процессы абсорбции в кишечнике, возможно, за счет непосредственного действия на активность транспортных систем эпителиоцитов [3]. Тот факт, что большинство микроэлементов не выходит за пределы ЖКТ, подтверждается отсутствием за-

метного прироста содержания элементов в тканях, плазме крови и практически неизменном выведении макро-и микроэлементов с мочой. Вместе с тем, при более длительном потреблении ПЦ в качестве пищевой добавки нельзя исключить возможности значительных изменений минерального обмена организма.

Выводы. Природные цеолиты Шивыртуйского месторождения, используемые в качестве 5% пищевой добавки, существенно увеличивают поступление в ЖКТ Mn, Al, Be, Pb, Li, As, Fe и V.

Основная часть минеральных веществ, в избытке поступающих с ПЦ в ЖКТ, находится в связанной форме, что препятствует их абсорбции в кишечнике.

В условиях цеолитной диеты минеральный состав плазмы крови и тканей изменяется незначительно, а экскреция избыточно поступающих элементов осуществляется, в основном, с калом.

EFFECT OF NATURAL ZEOLITES ON ORGANISM MINERAL METABOLISM

A.D. Gerasev, S.N. Lukanina, G.A. Svyatash,

S.V. Efimov, L.E. Panin, R.I. Aizman

In experiments in vitro and in vivo on the adult rats maintained on zeolite diet, it was established, that natural zeolites used as 5 % of the food supplement considerably increased the con-

tent of Mn, Al, Be, Pb, Li, As, Fe and V in gastrointestinal system.

However, the basic part of mineral elements in natural zeolites is in the connected form that interferes with their absorption in intestine.

Probably, therefore in conditions of diet the mineral composition of blood plasma and tissues changes not significantly, and excretion of additive elements is resulted with feces.

ЛИТЕРАТУРА

1. Айзман Р.И. Влияние цеолитов на водно-солевой обмен и функцию почек / Р.И. Айзман, А.Д. Герасев, Н.И. Пе-тункин // Использование цеолитов в защите природной среды и человека. Новосибирск, 1993. С. 23-30.

2. Богданова В.И. Проблемы оценки качества цеолитсодержащих пород по ионообменной емкости / В.И. Богданова, И.А. Белицкий // Физико-химические и медико-биологические свойства природных цеолитов. Новосибирск, 1990. С. 13-29.

3. Герасев А.Д. Особенности транспорта ионов К+ в кишечнике крыс при использовании природных цеолитов в качестве пищево й добавки / А.Д. Герасев, С.Н. Лука-нина, Р.И. Айзман // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2003. Т. 89. № 8. С. 972-981.

4. Панин Л.Е. Влияние хонгурина на химический состав и биологическую ценность мяса птицы / Л.Е. Панин, Т.А.

Таблица 1

Суточное поступление минеральных веществ в организм контрольных и экспериментальных животных (M±m)

Элемент Содержание макро- и микроэлементов

^рм без ПЦ (мкг/сут) Вода (мкг/сут) Kорм + вода мкг/сут (контроль) Kорм + вода+ ПЦ мкг/сут (опыт)

Al 3988,0± 102,0 0,2± 0,002 3988,2± 102,0 35б9б,б±1972,8 *

As б,0± 0,б 0,003±0,00003 б,0± 0,б б8,7±2,0 *

Be 3,2± 0,2 0,0002±0,000002 3,2± 0,2 4,8±0,3 *

Ca 229502,0±279б,0 321,7± 3,2 229823,7±279б,0 248975,4± 3131,0

Cd 1,8± 0,08 0,0001±0,000001 1,8± 0,08 2,0± 0,08

Co 18,0± 3,б 0,00002±0,0000002 18,0± 3,б 22,0± 3,7

Cr 29,8± 3,б 0,0009±0,00001 29,8± 3,б 31,7± 3,7

Cu 282,4± б,4 0,04±0,0004 282,4± б,4 290,7± б,б

Fe 40070,0± 531,0 57,2± 0,б 40127,2± 531,0 57871,0±1799,4*

Hg 0,1± 0,02 0,0003±0,000003 0,1± 0,02 0,1± 0,02

K 1б5024,0± б750,0 22,1± 0,2 1б504б,1± б750,0 180бб3,0±7947,0

Li 9,0± 1,0 0,04±0,0004 9,0± 1,0 18,3± 1,7 *

Mg 5б03б,0± 17бб,0 В2,4± 0,8 5б118,4± 17бб,0 б00бб,3± 1938,5

Mn 33бб,0± 178,0 0,б± 0,00б 33бб,б± 178,0 б710,4±22б,3 *

Na 25ббВ,0±2322,0 92,2± 0,9 257б0,2±2322,0 33842,8±2524,1

Ni 102,б± 22,б 0,02±0,0002 102,б± 22,б 109,2± 22,8

P 143038,0± 2134,0 0,2± 0,002 143038,2± 2134,0 143б91,5± 2188,б

Pb б,0± 0,б 0,00005±0,000001 б,0± 0,б 3б,3± 1,2 *

Se 4,1± 0,б 0,00б±0,0000б 4,1± 0,б 4,2± 0,б

Si 12б5В,0± 21б,0 13,1± 0,1 12б71,1± 21б,0 13882,8± 291,9

Sn 1,4± 0,2 0,00009±0,000001 1,4± 0,2 1,5± 0,2

Ti 842,0± 75,0 0,02±0,0002 842,0± 75,0 852,9± 75,0

V 12,б± 1,2 0,0002±0,000002 12,б± 1,2 21,1 ± 1,7 *

Zn 20Вб,0± 124,0 0,05±0,0005 208б,0± 124,0 21бб,7± 129,б

Примечание. * - достоверные отличия показателей животных, потреблявших ПЦ по сравнению с контрольными.

Таблица 2

Влияние ПЦ на содержание микро- и макроэлементов в плазме крови и тканях (M±m)

Элемент Tонкий кишечник (мкг/г сух. ткани) Печень (мкг/г сух. ткани) Плазма крови (мкг/мл)

Группы животных

контроль опыт контроль опыт контроль опыт

Al 2,1± 0,3 2,5± 0,5 1,5± 0,2 1,7± 0,2 0,07± 0,01 0,13±0,03 *

As 0,04± 0,003 0,05± 0,005 0,1± 0,01 0,2±0,02 * 0,018±0,0008 0,03±0,005 *

Be 0,002±0,0003 0,002±0,0003 0,002±0,0005 0,002±0,0003 0,001± 0,000 0,001± 0,000

Fe 11б,б± 7,3 215,б±22,9 * 213,8± 13,5 235,5± 12,8 5,5± 0,9 б,7± 1,5

Li 0,03± 0,005 0,01± 0,002 0,02± 0,004 0,02± 0,007 0,004±0,0002 0,007±0,0005

Mn 3,б± 0,4 4,9± 0,1 * 4,1± 0,2 4,3± 0,1 0,0б± 0,01 0,08± 0,03

Pb 0,07± 0,02 0,04± 0,01 0,04± 0,002 0,02± 0,002 0,03± 0,008 0,04± 0,02

Примечание. * - достоверные отличия показателей экспериментальных животных по сравнению с контрольными.

Таблица 3

Изменение содержания минеральных

элементов в желудочном соке

под влиянием природных цеолитов (M±m)

Содержание элементов

Элемент в желудочном соке (мкг/мл)

без ПЦ с ПЦ

Al 9,1± 0,2 23,7± 0,5*

As 0,014±0,0003 0,017±0,0008*

Be 0,001±0,0001 0,021±0,0008 *

Fe 4,1± 0,07 3,9± 0,2

Li 0,1± 0,003 0,2± 0,008

Mn 0,2± 0,005 1,2±0,03 *

Pb 0,2± 0,003 0,04±0,004 *

Третьякова // Физико-химические и медико-биологические свойства природных цеолитов. Новосибирск. 1990. С. 72-83.

5. Паничев А.М. Литофагия в мире животных и человека / А.М. Паничев. М., 1990. 224 с.

6. Шадрин А.М.Влияние пегасина в составе кормосмеси с карбамидом на продуктивность, обмен веществ и качество мяса бычков / А.М. Шадрин, В.С. Сафронов // Физико-химические и медико-биологические свойства природных цеолитов. Новосибирск, 1990. С. 90-99.

7. Natural zeolite clinoptilolite: new adjuvant in anticancer therapy / K. Pavelic, M. Hadzija, L. Bedrica et al. // J Mol Med. 2001. Vol.78 (12). P. 708-720.

8. The effect of the zeolite clinoptilolite on serum chemistry and hematopoesis in mice / I. Martin-Kleiner, Z. Fle-gar-Mestric, R. Zadro et al. // Food Chem Toxicol. 2001. Vol. 39(7). P. 717-727.

Примечание. * - достоверные отличия показателей экспериментальных животных по сравнению с контрольными.

Таблица 4

Влияние ПЦ на экскрецию микро- и макроэлементов с калом и мочой (M±m)

Элемент Экскреция с калом Экскреция с мочой

(мкг/100 г/сут) (мкг/100 г/сут)

контроль опыт контроль опыт

Al 528,1± 44,0 803,б± 103,5 * 0,3± 0,04 0,4± 0,1

As 0,7± 0,03 б,0± 1,2 * 0,3± 0,03 0,4± 0,1

Be 0,07± 0,01 0,1± 0,01 0,004± 0,001 0,003±0,0003

Fe 10б9,б± 84,5 80б,7± 15б,4 5,9± 2,8 2,5± 0,7

Li 1,1± 0,09 1,2± 0,1 0,3± 0,03 0,3± 0,08

Mn 0,3± 0,03 0,2± 0,03 0,1± 0,02 0,2± 0,08

Pb 7,5± 2,9 5,1± 0,7 0,2± 0,09 0,1± 0,02

Примечание. * - достоверные отличия показателей экспериментальных животных по сравнению с контрольными.