Введение
Пристальный интерес исследователей к железу связан не столько с распространённостью железа в природе, сколько с участием его в сложных метаболических процессах человеческого организма [9]. Немаловажен тот факт, что концентрация железа регулируется исключительно поглощением, а не выделением.
По данным Jacobs, Worwood (1974), в организме человека массой тела 70 кг имеется 4,5 г железа. Железо как биометалл играет важную роль в митозе клеток, окислительно-восстановительных реакциях, в синтезе ДНК и т.д.
В организме его содержание можно условно разделить на клеточное, неклеточное и железо запаса. Клеточное железо выявляется в следующих соединениях.
1. В первую очередь, в гемопротеинах, основным компонентом которых является гем (гемоглобин, миоглобин, цитохромы, каталаза и пероксидаза).
2. Железосодержащие ферменты негеминовой группы (сукцинатдегидрогеназа, ацетил-коэн зим-А-де - гидро геназа, НАДН-цитохром, С-редуктаза и т.д.). (И.И. Садовникова Железодефицитная анемия: патогенез, диагностический алгоритм и лечение // Русский медицинский журнал. - 2010. - № 9, Т.18. - С. 540-543).
Самое активное участие в регуляции сорбции и экскреции анионов, катионов, воды принимает микрофлора кишечника. Однако неоднозначно влияние пробиотиков на минеральный обмен человека и животных [1; 2]. Так, для ряда бактерий потребление железа в организме хозяина затруднено из-за его нерастворимости при нейтральных и слабощелочных значениях рН. Рядом авторов доказано, что пробиотические штаммы способны усиливать эндогенные потери минеральных элементов за счёт инкорпорации и выведения.
На основании вышеизложенных данных перед нами была поставлена цель: изучение эффективности применения пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus в системе доставки и выведения железа. Для достижения поставленной цели были выдвинуты следующие задачи: изучить способность исследуемых пробиотических штаммов микроорганизмов к биоаккумуляции в тканях исследуемых животных.
Материалы и методы исследования
Исследования были выполнены в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) Оренбургского государственного университета на модели групп-аналогов лабораторных крыс.
В работе были использованы три пробиотических препарата: «Споробактерин жидкий», «Ветом-2» и «Бактисубтил». Основу выбранных препаратов составляют бактерии рода Bacillus.
Препарат «Споробактерин» - представляет собой взвесь биомассы живых бацилл B. subtilis 534, белого или слегка желтого цвета со специфическим запахом и соленым вкусом, при отстаивании образуется рыхлый осадок разных оттенков от белого до светло-коричневого цвета.
Препарат «Бактисубтил» - твердые желатиновые капсулы молочно-белого цвета, содержащие аморфный порошок бело-сероватого или бело-желтоватого цвета - споры B. cereus IP 5832. Со специфическим запахом, при растворении образует гомогенную взвесь беловато-сероватого цвета.
Препарат «Ветом-2» - представляет собой бинарный препарат из живых бактерий B. Subtilis 7048 и B. Lisheniformis 7038, лиофильно высушенных в сахарозо-желатиновой среде, и имеет вид кристаллической или пористой массы разных оттенков белого и бежевого цвета, без запаха, сладковатого вкуса [3].
В качестве токсиканта была использована соль тяжелого металла - сульфат железа.
Исследования были выполнены на модели групп-аналогов лабораторных крыс. При распределении животных на группы необходимо придерживаться общепринятых принципов подбора аналогов, сходных по полу, возрасту, физиологическому состоянию, живой массе. Важное преимущество белых крыс как лабораторных животных заключается в том, что они довольно устойчивы к инфекционным заболеваниям и дают большой приплод.
Исходя из поставленных задач, нами выбран метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии.
С целью проведения исследования из 72 особей было сформировано восемь групп - пять контрольных и три опытных. Первая контрольная группа получала основной рацион (К0), вторая - основной рацион с добавлением сульфата железа из расчёта 150 мг/кг веса тела (К1), третья - основной рацион с добавлением «Споробактерина» (К2), четвертая - основной рацион с добавлением «Ветом-2» (К3), пятая - основной рацион с добавлением «Бактисубтил» (К4). Три опытные группы получали основной рацион с добавлением сульфата железа и пробиотиков - «Споробактерин» (О1), «Ветом-2» (О2), «Бактисубтил» (О3). Дозировки пробиотиков соответствовали аннотациям препаратов. Подопытные животные находились в одинаковых условиях содержания.
Соль металла задавалась в первый день эксперимента, а пробиотики с первого по седьмой день. Взятие материала проводилось с периодичностью в семь дней (фоновое исследование, седьмой, четырнадцатый и двадцать первый дни) путём убоя животных методом декапитации.
Взятие материала проводилось с периодичностью в семь дней (фоновое исследование, седьмой день) путём убоя животных методом декапитации.
Исследования по определению содержания железа в тканях лабораторных животных проводились во Всероссийском научно-исследовательском институте мясного скотоводства (ВНИИМС ГНУ РАСХН) с помощью атомно-абсорбционной спектрофотометрии.
Полученные результаты были статистически обработаны с помощью PC (Excel, Statistica 6.0) с определением средней арифметической величины, ошибки средней арифметической и стандартного отклонения. Для выявления статистически значимых достоверных различий использовали критерий Стъюдента-Фишера по [9].
Результаты и обсуждение
В результате проведенных исследований нами была проанализирована способность бацилл к накоплению железа в тканях (для этого брали такие биологические материалы, как кости, мышцы и шкура лабораторных животных), и с помощью атомно-абсорбционной спектрофотометрии определяли концентрацию железа в исследуемом биосубстрате.
Из таблицы 1 мы видим, что в шкуре лабораторных животных наблюдалось достоверное повышение концентрации в контрольной группе с дополнительным введением сульфата железа, а также во II и III опытных группах.
Так, в К1 через 7 дней концентрация железа достоверно повысилась на 14,3% (р≤0,01), в группе с дополнительным включением пробиотического препарата и сульфата железа наблюдалось достоверное повышение содержания железа на 10,0% (р≤0,01) через 14 дней эксперимента и в III опытной группе - достоверно повысился уровень железа на 11,0% и 3,5% (р≤0,01), через 14 и 21 день эксперимента соответственно.
Таблица 1 - Концентрация железа в шкуре лабораторных животных, мкг/кг
|
Группы |
Фоновое исследование |
через 7 дней |
через 14 дней |
через 21 день |
|
К0 |
5,73±0,06 |
5,77±0,07 |
5,64±0,18 |
5,56±0,13 |
|
К1 |
5,64±0,10 |
6,58±0,04** |
6,48±0,03* |
6,78±0,03 |
|
K2 |
5,76±0,05 |
5,52±0,12 |
4,9±0,03 |
5,08±0,05 |
|
K3 |
5,47±0,07 |
5,62±0,07 |
5,22±0,04 |
5,93±0,05 |
|
K4 |
6,00±0,04 |
5,93±0,07 |
5,64±0,06 |
5,7±0,03 |
|
О1 |
5,86±0,05 |
6,88±0,03 |
7,13±0,04 |
5,72±0,02 |
|
О2 |
5,46±0,06 |
6,24±0,06 |
6,07±0,03** |
5,82±0,02 |
|
О3 |
5,81±0,09 |
6,81±0,05 |
6,53±0,02** |
6,02±0,02** |
Примечание: *р < 0,05; **р < 0,01
К0 - контрольная группа (фоновая), К1 - контрольная группа с металлом (Fe), К2 -«Споробактерин», К3 - «Ветом-2», К4 - «Бактисубтил», О1 - «Споробактерин» + металл, О2 - «Ветом-2» + металл, О3 - «Бактисубтил» + металл.
Таблица 2 - Концентрация железа в мышечной ткани лабораторных животных, мкг/кг
|
Группы |
Фоновое исследование |
через 7 дней |
через 14 дней |
через 21 день |
|
К0 |
5,68±0,03 |
5,65±0,04 |
5,66±0,04 |
5,63±0,04 |
|
К1 |
5,63±0,03 |
5,89±0,04 |
6,64±0,03** |
6,72±0,02** |
|
K2 |
5,69±0,04 |
5,70±0,03 |
5,68±0,03 |
5,65±0,04 |
|
K3 |
5,63±0,03 |
5,79±0,03 |
5,67±0,02 |
5,65±0,04 |
|
K4 |
5,67±0,02 |
5,71±0,04 |
5,64±0,02 |
5,67±0,03 |
|
О1 |
5,69±0,04 |
5,81±0,03 |
4,74±0,04* |
4,15±0,04** |
|
О2 |
5,56±0,05 |
5,91±0,05 |
5,55±0,02 |
5,04±0,03 |
|
О3 |
5,69±0,04 |
6,26±0,04 |
6,54±0,02** |
6,56±0,03** |
Примечание: *р < 0,05; **р < 0,01
К0 - контрольная группа (фоновая), К1 - контрольная группа с металлом (Fe), К2 -«Споробактерин», К3 - «Ветом-2», К4 - «Бактисубтил», О1 - «Споробактерин» + металл, О2 - «Ветом-2» + металл, О3 - «Бактисубтил» + металл.
При анализе мышечной ткани экспериментальных животных было определено, что уровень железа достоверно повышался через 14 и на 21 день эксперимента в контрольной группе с дополнительным включением сульфата железа на 15,2 и 16,2% (р≤0,01). В группе с включением в рацион пробиотического препарата «Споробактерин» - концентрация железа через 14 дней снизилась на 16,7% (р≤0,05), а через 21 день - на 27,1% (Р≤0,01). В III опытной группе наблюдалась сходная картина как по содержанию железа в шкуре, через 14 дней и на 21 день - на 13,3% (Р≤0,01) соответственно. В остальных группах изменения были не достоверными (табл. 2).
Таблица 3 - Концентрация железа в костной ткани лабораторных животных, мкг/кг
|
Группы |
Фоновое исследование |
через 7 дней |
через 14 дней |
через 21 день |
|
К0 |
5,64±0,04 |
5,85±0,06 |
5,85±0,07 |
5,88±0,05 |
|
К1 |
5,68±0,06 |
6,37±0,05 |
6,13±0,03** |
6,06±0,02** |
|
K2 |
5,52±0,05 |
5,6±0,03 |
5,55±0,05 |
5,56±0,02 |
|
K3 |
5,62±0,04 |
5,65±0,04 |
5,82±0,05 |
5,86±0,04 |
|
K4 |
5,69±0,04 |
5,73±0,04 |
5,7±0,04 |
5,60±0,07 |
|
О1 |
5,54±0,04 |
6,10±0,04 |
6,01±0,02 |
5,68±0,02 |
|
О2 |
5,51±0,05 |
5,91±0,05 |
5,36±0,03 |
4,03±0,02 |
|
О3 |
5,53±0,05 |
5,69±0,04 |
6,12±0,02** |
6,11±0,03* |
Примечание: *р < 0,05; **р < 0,01
К0 - контрольная группа (фоновая), К1 - контрольная группа с металлом (Fe), К2 -«Споробактерин», К3 - «Ветом-2», К4 - «Бактисубтил», О1 - «Споробактерин» + металл, О2 - «Ветом-2» + металл, О3 - «Бактисубтил» + металл.
При анализе костной ткани исследуемых животных в I контрольной группе мы наблюдаем также повышение концентрации железа через 14 дней эксперимента на 7,3% и на 6,3% на 21 день эксперимента (Р≤0,01). Картина в III опытной группе была следующая: через 14 дней уровень железа повысился от 5,53 до 6,12 мкг/кг (Р≤0,01) и через 21 день до 6,11 мкг/кг (р≤0,05) в абсолютном значении (табл. 3).
Выводы
1. В результате исследования было выявлено, что пробиотические препараты не оказывают усиленного влияния на биосубстраты (мышечная и костная ткани, шкура), за исключением группы контроля, с дополнительным включением сульфата железа.
2. В результате определения способности бактерий рода Bacillus, входящих в состав исследуемых пробиотиков, к накоплению тяжелых металлов в тканях лабораторных животных выявили, что препараты способствуют снижению токсического действия иона железа в биологических тканях экспериментальных животных. Наибольшей аккумулирующей способностью обладает костная ткань и шкура.
Рецензенты:
Дерябин Д.Г., д.м.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», г.Оренбург.
Лебедев С.В., д.б.н., ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», г.Оренбург.