doi: 10.15389/agrobiology.2019.2.304rus
УДК 591.132:57.084.1:579.6
Работа выполняется при финансовой поддержке подпрограммы «Изучение механизмов адаптации системы пищеварения млекопитающих животных и птицы к рационам с различным ингредиентным составом кормов» (Постановление Президиума РАН № 132 от 05.07.2017) в рамках государственного задания № 0761-2018-0031).
МОРФО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И АКТИВНОСТЬ
ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ У КРЫС ЛИНИИ WISTAR
ПОД ВЛИЯНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ХРОМА
С.В. ЛЕБЕДЕВ1,2, И.А. ГАВРИШ1,2, И.З. ГУБАЙДУЛЛИНА1
Высокоэнергетические рационы, многокомпонентные кормовые смеси и добавки в составе современных рационов требуют особого внимания при оптимизации лимитируемых микроэлементов. Хром используется для коррекции углеводного, жирового и липидного обмена. Ввиду низкого содержания хрома в компонентах рациона роль этого элемента в формировании микроэкологического статуса организма малоизучена. От источника хрома зависит его биологическая доступность в организме. В представленной работе на модельном объекте (крысы линии Wistar) мы впервые сравнили биологическое действие различных форм хрома (пиколинат, наноформы и хлорид) в дозах 300 и 500 мкг/кг корма по комплексу показателей (усвояемость, гематологические показатели крови, активность пищеварительных ферментов, состав кишечной микрофлоры), установив высокую биодоступность и более выраженный положительный эффект пиколината и наночастиц (НЧ) хрома в отношении массы тела и гематологических показателей и неоднозначное влияние изученных форм на активность пищеварительных ферментов и микрофлору кишечника. Целью настоящей работы было исследование биологического действия хрома в различной форме и дозировке на крыс линии Wistar. Исследования проводили на 105 белых крысах-самцах массой 70-80 г в стандартных условиях вивария (ФНЦ биологических систем и агротехнологий РАН). Животных разделили на семь групп (по n = 15). Контрольная группа содержалась на общем рационе. В рацион I группы включали НЧ Cr2О3 в дозе 300 мкг/кг корма (НЧ 300), II — CrCl3 в дозе 300 мг/кг (CrCl3 300), III — пиколинат хрома (CrPic) в дозе 300 мг/кг (CrPic 300), IV — НЧ Cr2О3 в дозе 500 мкг/кг корма (НЧ 500), V — CrCl3 в дозе 500 мг/кг (CrCl3 500), VI — CrPic в дозе 500 мг/кг (CrPic 500). Наночастицы вводили в комбикорм посредством ступенчатого смешивания. Введение CrPic и НЧ в дозе 500 мкг/кг на фоне одинакового расхода корма приводило к увеличению массы крыс на 22,6 и 22,2 % (р ≤ 0,05). При воздействии НЧ Cr2О3 реакция лимфоцитов, моноцитов и гранулоцитов отсутствовала, в остальных случаях их количество превышало контрольные значения на 14-45 %. В вариантах НЧ 300, CrCl3 300 и CrCl3 500 синтез гемоглобина был адекватен стимуляции эритропоэза, но увеличение количества тромбоцитов приводило к сладжированию крови, повышению вязкости и затруднению перфузии через сосуды. Высокая усвояемость CrPic и НЧ 500 (от 20,2 до 34,0 %) сопровождалась проявлением гепато- и нефротоксичности с признаками окислительного стресса, снижением активности амилазы и липазы в плазме крови, что свидетельствует о депрессирующем влиянии высоких доз хрома на энтеропанкреатическую циркуляцию пищеварительных ферментов и нарушении обмена Mg и Fe в крови. Количество триглицеридов снижалось при максимальных дозах хрома в форме хлорида и пиколината, что подтверждает их участие в липидном обмене. Отсутствие токсичности при низких дозах (НЧ 300 и CrРic 300) наглядно демонстрировали показатели билирубина и креатинина. Активность амилазы в поджелудочной железе увеличивалась при НЧ 300. Включение CrРic в аналогичной дозировке стимулировало активность липазы и протеазы. CrCl3 и CrРic в дозировке 500 мкг/кг снижали активность липазы в 12-перстной кишке. Специфическое действие НЧ 500 на микроэкологический статус организма проявилось в снижении численности лактобактерий на 55,9 %. Количество бифидобактерий было выше на 48,6 % (р ≤ 0,05) в группе PicCr 500. Численность энтеробактерий в группе НЧ 300 оказалась ниже контроля на 34,8 %, в то время как в остальных группах она увеличилась в 24,0-33,7 раза (р ≤ 0,05). Таким образом, хром (CrPic 500, НЧ 300) не проявляет выраженного токсического эффекта на организм и оказывает стимулирующее действие на рост, развитие, активность пищеварительных энзимов и микроэкологический статус организма, что ставит эти формы в разряд перспективных источников хрома для коррекции обмена веществ и микрофлоры желудочно-кишечного тракта животных.
Ключевые слова: крысы, концентрация хрома, продуктивность, биохимические показатели крови, пищеварительные ферменты, кишечная микрофлора.
S.V. Lebedev1, 2, I.A. Gavrish 1, 2 , I.Z. Gubaydullina1
Nowadays, issues of mineral nutrition of humans and animals are quite relevant. High-energy rations, multicomponent feed mixtures and additives in the diets require special attention when optimizing limited microelements. A priori, chromium, being an important trace element in animals, is used to correct carbohydrate, fat and lipid metabolism. Due to its low content in the components of diets, its role in the formation of the microecological status of the body is poorly understood. At the same time, its biological availability in the body depends on the source of chromium. In the present work, using a model object, the Wistar rats, we for the first time compared the biological effects of various chromium sources, i.e. picolinate (CrPic), nanoform (NP Cr2О3) and chloride (CrCl3) at doses of 300 and 500 μg/kg feed, according to a set of indicators (feed digestibility, hematological parameters, activity of digestive enzymes, composition of intestinal microflora) and established greater bioavailability and more pronounced positive effect of picolinate and chromium nanoparticles on body weight and hematological parameters and ambiguous influence of the studied forms on the activity of digestive enzymes and intestinal microflora. The purpose of this work was to study the biological effect of chromium in various forms and dosages on Wistar rats. The studies were carried out on 105 white male rats weighing 70-80 g under standard vivarium conditions (Federal Scientific Center for Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences). Animals were divided into seven groups (n = 15 each). The control group was fed a common diet. The group I diet included Cr2О3 NPs at a dose of 300 µg/kg feed (NP 300), group II — CrCl3 at a dose of 300 mg/kg (CrCl3 300), group III — chromium picolinate (CrPic) at a dose of 300 mg/kg (CrPic 300), group IV — Cr2О3 NPs at a dose of 500 µg/kg of feed (NP 500), group V — CrCl3 at a dose of 500 mg/kg (CrCl3 500), and group VI — CrPic at a dose of 500 mg/kg (CrPic 500). Nanoparticles were introduced into the feed by mixing. The introduction of chromium in the form of CrPic and Cr2О3 NPs at a dose of 500 μg/kg, under the same feed consumption, was accompanied by an increase in the body weight of rats by 22.6 and 22.2 % (p ≤ 0.05). The effect of Cr2О3 NPs expressed as the absence of the reaction of lymphocytes, monocytes and granulocytes, in other cases their level exceeded control values by 14 to 45 %. Synthesis of hemoglobin was adequate to stimulation of erythropoiesis, but an increase in the number of platelets resulted in blood sludging, an increase in viscosity and difficulty in perfusion through vessels. This symptom was typical for NP Cr2О3 300, CrCl3 300 and CrCl3 500 (the difference with the control is from 70 to 90 %, p £ 0.05). High digestibility of CrPic and NPs Cr2О3 500 (from 20.2 to 34.0 %), accompanied by manifestation of hepato- and nephrotoxicity, with signs of oxidative stress, decreased activity of amylase and lipase in the blood plasma, indicating a depressant effect of high doses of chromium on enteropancreatic circulation of the digestive enzymes and metabolic disorders of Mg and Fe in the blood. Triglycerides, like true fats, decreased at maximum doses of chromium in the form of chloride and picolinate, confirming their participation in lipid metabolism, causing splitting of excess fat in the body, and reducing the ratio of fat to body weight ratio from 2 (control group) to 0.82 (NP Cr2О3 500). The indicators of bilirubin and creatinine clearly demonstrate the absence of toxicity at low doses, i.e. Cr2О3 NPs 300 and CrPic 300. Amylase activity in the pancreas is increased at a dose of 300 µg/kg of Cr2О3 NPs. Dietary CrPic in a similar dosage stimulated the activity of lipase and protease, whereas in the 12 duodenal ulcer it led to a decrease in the activity of amylase and lipase. CrCl3 and CrPic at a dosage of 500 µg/kg reduced the activity of lipase in the duodenum. The specific effect of Cr NPs 500 µg/kg on the microecological status of the organism was manifested in a decrease in the number of lactic acid bacteria by 55.9 %. The number of bifidobacteria was significantly higher, by 48.6 % (p ≤ 0.05), in the PicCr 500-fed group. The number of enterobacteria in the NP 300-fed group was 34.8 % lower than the control, while in the other groups their number increased 24.0-33.7 times (р ≤ 0.05). From the totality of the estimated parameters of the intestinal microflora, the use of nanoparticles in the composition of the diet is promising due to the lack of resistance. Thus, chromium of CrPic 500, NP Cr2О3 300 does not show a toxic effect on the body, and has a stimulating effect on growth, development, digestibility of chromium, the activity of the digestive enzymes and microecological status of the organism, which puts these forms in the category of promising sources of chromium for the correction of metabolism and the microbial composition of the gastrointestinal tract of animals.
Keywords: rats, chromium concentration, productivity, blood biochemical parameters, digestive enzymes, intestinal microflora.
1ФГБНУ ФНЦ биологических систем |
Поступила в редакцию |
