Изучение влияния ультрадисперсных частиц меди и железа на минеральный обмен в организме цыплят-бройлеров, находящихся на полусинтетической диете
Проблема несбалансированного питания – одна из наиболее серьезных проблем, с которой сталкивается животноводство, результатом этого может стать хроническое недоедание, адаптационная перестройка метаболизма, что может привести к эндокринной недостаточности, нарушению микроциркуляции в тканях, снижению неспецифических факторов защиты организма, а также нарушениям со стороны желудочно-кишечного тракта, что приводит к изменению биоценоза кишечника животных.
В экспериментальных исследованиях in vivo, особенно связанных с изучением влияния алиментарных факторов, исключительно важным компонентом является формирование базового рациона, обеспечивающего адекватное поступление макро- и микронутриентов. Оптимизация рационов для животных представляет собой важную задачу и требует постоянного внимания.
Для повышения воспроизводимости научных результатов, получаемых в разных лабораториях, в середине 70-х годов ХХ в. учеными были предложены несколько вариантов полусинтетических диет для биомедицинских исследований in vivo, в том числе — диета AIN-76, разработанная Американским институтом питания (American Institute of Nutrition, AIN). В Институте питания АМН СССР также были созданы несколько вариантов базовых рационов, включающих казеин, маисовый крахмал, лярд, сухие пивные дрожжи, витамины А и D, смесь минеральных солей, — первые прототипы полусинтетического казеинового рациона (ПКР).
В настоящий момент активно изучаются потенциально перспективные эффекты УДЧ, в том числе металлов. При этом большое значение придается наноматериалам как перспективным компонентам рациона животных. Препараты металлических наночастиц находят все более широкое применение в качестве источников микроэлементов и различных добавок, для повышения иммунитета животных, а также в качестве стимулирующих рост антибиотиков. Это определяет необходимость изучения косвенного воздействия наноматериалов на гомеостаз сельскохозяйственных животных и птицы и кишечную микробиоту.
Применение и анализ макро- и микронутриентного состава полусинтетических рационов позволит в дальнейшем расширить современные представления о физиологических потребностях в нутриентах сельскохозяйственных животных.
В связи с этим, целью данного исследования было изучить влияние ультрадисперсных частиц меди и железа на минеральный обмен в организме цыплят-бройлеров, находящихся на полусинтетическом рационе.
Материалы и методы исследования
Экспериментальные исследования на птице цыплятах-бройлерах кросса Арбор Айкрес проведены в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) ФНЦ БСТ РАН (https://цкп-бст.рф/).
Для оценки влияния ультрадисперсных частиц Cu и Fe на обмен веществ в организме животных, находящихся на полусинтетическом рационе, было отобрано 120 голов недельных цыплят-бройлеров, которых методом-пар аналогов разделили на 4 группы (n=30). Во время эксперимента вся птица находилась в одинаковых условиях содержания и кормления. Продолжительность эксперимента составила 28 суток. Для решения поставленных задач использовали полусинтетический рацион, рекомендованный Scott (1969) (К1) и полусинтетический рацион, дефицитный по микроэлементам, в нашей модификации (К2). I опытная группа получала УДЧ Cu в дозировке 2,5 мг/кг корма, а II опытная группа, УДЧ Fe в дозировке 2,5 мг/кг корма. Поение цыплят дистиллированной водой без ограничения.
В экспериментальных исследованиях в качестве источников микроэлементов были использованы модифицированные ультрадисперсные частицы (УДЧ) Fe, Cu, предоставленные д.б.н. Н.Н. Глущенко (Институт энергетических проблем химической физики РАН, Москва). Материаловедческая аттестация препаратов включала: электронную сканирующую и просвечивающую микроскопию на приборах – JSM 7401F и JEM-2000FX («JEOL», Япония). Рентгенофазовый анализ выполнен на диафрактометре ДРОН-7.
В ходе экспериментальных исследований УДЧ были приготовлены путем диспергирования водных смесей частиц ультразвуком (f – 35 кГЦ, N — 300 (450) Вт, А – 10 мкм) в течение 30 минут, смешивание проводилось ступенчато.
Анализ элементного состава кормов и биосубстратов бройлеров включал определение 25 химических элементов: Ca, Cu, Fe, Li, Mg, Mn, Ni, As, Cr, K, Na, P, Zn, I, V, Co, Se, Ti, Al, Be, Cd, Pb, Hg, Sn, Sr.
Исследование элементного состава кормов и биосубстратов животных производили в лаборатории АНО «Центр биотической медицины», г. Москва (аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.22ПЯ05, от 24 декабря 2010) атомно-эмиссионным и масс–спектральным методами исследования.
Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью программы Statistica 10.0 («StatSoft, Inc.», США). Результаты представлены в виде среднего арифметического значения (M) и стандартной ошибки среднего (±SEM). Различия считали статистически значимыми при р £ 0,05 (t–критерий Стьюдента).
Результаты
Анализ эссенциальных и условно-эссенциальных элементов показал наличие достоверных различий таких элементов, как: литий, бор, хром, марганец, кобальт, медь, мышьяк и селен (табл. 1).
Дополнительное включение УДЧ Cu в I опытной группы привело к достоверному увеличению (р≤0,05) лития, в 2,00 и 1,64 раз, в сравнении с контрольными группами. Применение УДЧ Fe, способствовало достоверному снижению бора в 1,84 раз (р≤0,05), по отношению к К2. Концентрация железа, никеля и цинка в опытных группах была снижена, по отношению к контрольным группам, но изменения носили недостоверный характер.
Включение в полусинтетический рацион УДЧ Cu и Fe приводит к достоверному снижению (р≤0,05) марганца в 1,98 и 1,94 раз, кобальта в 15,0 и 15,70 раз и меди в 1,50 раза, соответственно, относительно К1. По отношению к К2 достоверное снижение (р≤0,05) в опытных группах кобальта в 1,50 раза, селена в 1,50 и 4,83 раза, соответственно, а во II опытной группе мышьяка в 1,50 раза. Однако показатель хрома в I опытной группе превысил контрольные группы в1,90 раза (р≤0,05), соответственно.
По содержанию токсичных элементов в теле цыплят-бройлеров получены следующие результаты (табл. 2).
Включение УДЧ Cu и Fe в полусинтетический рацион цыплят-бройлеров способствовало снижению токсичных элементов. Так, в I опытной группе выявлено достоверное снижение стронция в 1,60 раз и 1,52 раз, (р≤0,05) соответственно, относительно контрольных групп. Уровень свинца, также достоверно уменьшился в I опытной группе в 2,06 раз (р≤0,05), относительно К1.
Содержание олова в опытных группах также достоверно снизилось в 1,86 и в 2,60 раз (р≤0,05), относительно К1, а также в 1,71 и в 2,40 раза, соответственно, по отношению к К2. Концентрация алюминия также достоверно уменьшилось в 2,06 и в 2,67 раз, соответственно (р≤0,05), в сравнении с К1, а также достоверное снижение во II опытной группе в 1,85 раз (р≤0,05), по отношению к К2.
Установлено, что длительное введение УДЧ Fe не приводило к статистически значимому изменению уровня железа в теле птицы, что согласуется с результатами нашего исследования.
Включение УДЧ Cu и Fe в полусинтетический рацион цыплят-бройлеров способствовало снижению ряда токсичных элементов, а также цинка. Наше исследование показало, что введение УДЧ Cu цыплятам уменьшало содержание цинка в теле. Это может быть связано с тем, что концентрация цинка регулируется металлотионеинами, которые представляют собой низкомолекулярные белки, богатые остатками цистеина. Одна молекула металлотионеина способна связывать семь двухвалентных ионов цинка и до 12 одновалентных ионов меди. Избыточное поступление меди с пищей и повышенное связывание меди с металлотионеинами может привести к внеклеточному и внутриклеточному дисбалансу цинка. Эти данные свидетельствуют о том, что изменение количества меди, содержащейся в рационе, может привести к нарушению обмена веществ. Предполагается, что медь, накопленная в кишечнике, снижает всасывание цинка, но не влияет на всасывание железа, что согласуется с полученными результатами.
Вывод
Поглощение и метаболизм ультрадисперсных частиц в теле птицы зависят от физико-химических свойств последних, что является важным показателем возможностей применения УДЧ в качестве эффективного источника Cu и Fe для бройлеров и дальнейшего их использования в кормлении сельскохозяйственной птицы.
Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта Российского научного Фонда № 20-16-00078.
Кван О. В., Сизова Е. А., Вершинина И. А., Камирова А. М. ФГБНУ Федеральный научный центр Биологических систем и Агротехнологий Российской Академии Наук, 460000, Россия, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29. E-mail: kwan111@yandex.ru
УДК 631.95/.58.12:612.1
doi.org/10.32634/0869-8155-2022-360-6-48-51
Сельское хозяйство, ветеринария, зоотехния, агрономия, агроинженерия, пищевые технологии
