Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ЖИВОТНЫХ

Яушева Е.В. 1 Зелепухин А.Г. 1 Рябов Н.И. 1 Кван О.В. 2 Раменский В.А. 1 Заверюха А.Х. 1 Сиразетдинов Ф.Х. 1
1 ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства Россельхозакадемии
2 ФГБОУ ВПО "Оренбургский государственный университет"
В работе изучено влияние наночастиц меди, железа и их агломератов на морфологические показатели крови и прирост живой массы лабораторных животных. Из полученных результатов следует, что независимо от формы и элемента внутримышечной инъекции наблюдалось увеличение интенсивности роста опытных животных. Так, через 7 дней после инъекции это выражалось в повышении прироста живой массы на 7,31 и 5,62 (Р≤0,05) % при введении наночастиц меди и железа, и на 3,61 и 2,98 (Р≤0,05) % при введении агломератов этих наночастиц. В течение эксперимента было отмечено повышение уровня таких показателей как: эритроциты, концентрация гемоглобина, среднее содержание гемоглобина в эритроците – в случае использования для инъекций лиозолей наночастиц и снижение значений данных показателей при использовании суспензий агломератов этих наночастиц. Наблюдалось развитие воспалительного процесса как через сутки, так и через 7 суток после инъекции, что проявлялось в достоверном повышении уровня лейкоцитов. В результате наблюдалась ярко выраженная ответная реакция организма на введение наночастиц металлов и агломератов их наночастиц в живой организм.
лейкоциты
эритроциты
агломераты
наночастицы металлов
1. Богословская О. А. Изучение безопасности введения наночастиц меди с различными физико-химическими характеристиками в организм животных / О. А. Богословская, Е. А. Сизова, В. С. Полякова, С. А. Мирошников, И. Ю. Лейпунский, И. П. Ольховская, Н. Н. Глущенко // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2009. - № 2. - С. 124-127.
2. Борисевич В. Б., Каплуненко В. Г. Наноматериалы и нанотехнологии в ветеринарной практике. - К.: ВД Авiцена, 2012. - 512 с.
3. Вишняков А. И. Особенности костномозгового кроветворения при введении наночастиц меди peros и intramuscularly / А. И.Вишняков, А. С.Ушаков, С. В. Лебедев // Вестник мясного скотоводства. - 2011. - Т. 2. - № 54.- С. 96-102.
4. Ген М. Я., Миллер А. В. Авторское свидетельство СССР № 814432. Бюллетень изобретений. - 1981. - № 11. - С. 25.
5. Глущенко Н. Н. Физико-химические закономерности биологического действия высокодисперсных порошков металлов: Автореф. дис. ... д-ра биол. наук: 03.00.02 / Н. Н. Глущенко. - М., 1988. - 50 с.
6. Мирошников С. А. Влияние перорального приема препарата Bifidobacteriumlongum на величину эндогенных потерь ионов тяжелых металлов / С. А. Мирошников, О. В. Кван, Д. Г. Дерябин, С. В. Нотова // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2005. - № 2. - С. 44-46.
7. Скоркина М. Ю. Влияние наночастиц железа на дыхательную функцию крови / М. Ю. Скоркина, М. З.Федорова, Е. А. Сладкова, Р. В. Деркачев, Н. А. Забиняков // Ярославский педагогический университет. - 2010. - № 2. - С. 101-106.

Введение

Обеспеченность эссенциальными элементами является одним из ключевых факторов нормализации работы организма сельскохозяйственных животных в различных условиях, особенно когда речь идет о спортивных достижениях и высокой продуктивности. В этой связи очевидные перспективы имеют методы создания искусственных депо элементов в тканях тела через введение препаратов наночастиц металлов-микроэлементов.

Так, уже известно, что нанокристалическое железо в биотических дозах ускоряет рост животных, усиливает регенерацию печени после частичной гепатэктомии, ускоряет заживление тканей. Показатели токсичности наночастиц селена, железа, меди и др. (d ≈100 нм) в МПД, ЛД50, ЛД 100 в десятки и сотни раз ниже в сравнении с минеральными солями этих металлов, а биодоступность наночастиц металлов микроэлементов, значительно превосходит соответствующий показатель для неорганических солей железа и органически связанных форм [1, 5, 6]. Однако, учитывая высокий потенциал наночастиц к агломерации, интерес представляет исследование не только биологической активности наночастиц, но и их агломератов.

В связи с этим целью работы являлась оценка влияния наночастиц различных металлов и их агломератов на организм животных.

Материалы и методы исследований

Исследования проводились на крысах-самцах линии Vistar (m = 150-180 г), 3-х месячного возраста находящихся на общевиварийном рационе кормления. Лабораторным животным в рамках отдельных групп аналогов (n=6) внутримышечно однократно вводили водные лиозолина ночастиц меди, железа; суспензии агломератов этих наночастиц размером от 900 до 1000 нм в дозе 2.0 мг/кг массы животного: 1 группе - наночастицы меди; 2 - наночастицы железа; 3 - агломераты наночастиц меди; 4 - агломераты наночастиц железа; 5 (контроль) - дистиллированную воду.

Кровь получали путем декапитации у предварительно наркотизированных животных через 1 и 7 суток после инъекции препаратов (n=3). Экспериментальные исследования на животных проводили в соответствии с инструкциями, рекомендуемыми Российским Регламентом, (1987) и «The Guideforthe Careand Use of Laboratory Animals (National Academy Press Washington, D.C. 1996)».

В эксперименте использовались наночастицы меди (103±2 нм) и железа (80±5 нм) сферической формы, полученные методом высокотемпературной конденсации на установке «МиГен» [4] и предоставленные д-рм биол. наук Н. Н. Глущенко (Институтом энергетических проблем химической физики РАН, Москва). Размеры наночастиц меди и железа были определены с помощью сканирующего электронного микроскопа JSM 7401F. Приготовление водных лиозолейнаночастиц проводили путем диспергирования (f - 35 кГц, N - 300 (450) Вт, А - 10 мкм) точной навески порошка в течение 30 мин. Водные суспензии агломератов готовились аналогичным образом, время диспергирования составило 20 с. Размеры агломератов были определены с использованием атомно-силовой микроскопии (атомно-силовой микроскоп SMM-2000).

Гематологические показатели определяли с помощью автоматического гематологического анализатора Medonic M16. В стабилизированной гепарином или трилоном Б крови определяли содержание лейкоцитов, эритроцитов, тромбоцитов, процентное отношение и количественное содержание отдельных видов лейкоцитов; концентрацию гемоглобина и среднее содержание гемоглобина в одном эритроците; гематокрит.

Статистическую обработку полученных данных проводили c использованием пакета программ Statistica 6.0 и программного пакета MS Excel 2007.

Результаты исследования и их обсуждение

Оценка размерности наночастиц и агломератов АСМ позволила установить средние величины частиц по группам:1- 103±2 нм; 2- 80±5 нм;3- 937±24,6; 4 - 923,7±29,6.

Полученные результаты свидетельствуют о неоднозначных изменениях морфологических показателей крови и прироста живой массы лабораторных животных в результате внутримышечного введения лиозолей наночастиц исследуемых металлов и суспензий агломератов этих наночастиц. Так, независимо от формы и элемента инъекции сопровождались повышением интенсивности роста опытных животных. В течение 7 дней это выражалось в повышении прироста живой массы в 1 группе на 7,31 (Р≤0,05) %, 2I- 5,62 (Р≤0,05) %, 3 - 3,61 (Р≤0,05) %,4 - 2,98(Р≤0,05) % относительно контроля.

Вероятно, что одной из косвенных причин этого действия стало увеличение содержания эритроцитов. Так, внутримышечное введение лиозолей наночастиц приводило к повышению содержания эритроцитов относительно контроля на 19,5 и 2,4 % в первой и второй группах спустя сутки, и на 5,3 и 9,5 % спустя 7 суток соответственно. Введение суспензий агломератов наночастиц сопровождалось снижением этого показателя на 12,3 и 14,5 % в 3 и 4 группе спустя сутки, и на 45,2 (Р≤0,05) и 14,1 % в 3 и 4 группах соответственно на 7 сутки. Аналогичным образом изменялись значения концентрации гемоглобина и среднего содержания гемоглобина в эритроците (табл. 1).

Таблица 1. Отдельные морфологические и биохимические характеристикикрови крыс-самцов линии Vistar при однократно введении в организм наночастиц меди и железа и их агломератов

Показатель

Группа

Время после инъекции, сут.

1

7

Эритроциты, 1012

1

7,41±0,12

5,98±1,26

2

6,35±0,3

6,22±0,58

3

5,51±0,1

3,11±0,1

4

5,37±0,3

4,88±1,9

5 (контроль)

6,2±0,09

5,68± 0,61

 

МНС1, пг

1

23,4± 0,17

22,57±3,88

2

23,5±0,29

22,1±1,7

3

19,40±0,03

19,70±0,1

4

19,75±0,3

19,70±9,5

5 (контроль)

20,4±0,7

21,7±0,74

Концентрация гемоглобина, г/л

1

201,3±10,4*

127,3±10,3

2

175,3±14,1

135,7±11,7

3

99,3±23,5

107,3±3,28

4

117,3±14,9

112,3±11,3

5 (контроль)

145,5±10,5

133±2

Тромбоциты, 1012

1

518,5±38,4

507,7±86,51

2

504,5±145,2

533±4,04

3

635±114,9

591,3±90,6

4

590±76,8

599±172,2

5 (контроль)

717±39

798,5±161,5

Гематокрит, %

1

33,1±0,20

25,9±3,49

2

30,1±5,25

27,4±1,07

3

26,8±0,66

20,1±0,64

4

26,7±1,07

20,5±9,43

5 (контроль)

27,9±8,16

23,3±3,56

Примечание: * - Р≤0,05; 1МНС - средне содержание гемоглобина в 1 эритроците.

Наличие подобных изменений в содержании эритроцитов находит свое отражение в показателях гематокрита. Так, было отмечено повышение значений гематокрита на 5,2 и 2,2 % в первой и второй группах соответственно спустя сутки и на 2,6 и 4,1 % через 7 суток в этих же группах. В третье и четвертой группах наблюдалось снижение значений гематокрита на 1-2 % спустя сутки и на 2-3 % спустя 7 суток соответственно относительно контроля. Следует отметить, что эффект наночастиц металлов по увеличению кислородной емкости крови был описан ранее. Так, в работе М. Ю. Скоркиной с соавтор. [7] констатировано, что однократное интрагастальное введение железоокисных наночастиц приводит к достоверному увеличению концентрации гемоглобина на 58,36 % (р≤0,05) и кислородной емкости крови на 58,4 % (р≤0,05).

Анализ количества тромбоцитов не выявил достоверных различий и показал снижение содержание тромбоцитов как спустя сутки так и через 7 суток во всех опытных группах.

Введение лиозолей наночастиц и суспензий агломератов исследуемых наночастиц привело к достоверному увеличению уровня лейкоцитов относительно контрольных значений на 39,2 (р≤0,05) % в 1 группе, на 50 (р≤0,05) % в третьей и четверной группах спустя сутки, и через 7 суток в 2,5 раза в третьей группе и на 7,9 (р≤0,05); 16,4 (р≤0,05); 53,9 (р≤0,05) % в первой, во второй и четвертой соответственно (табл. 2).

Таблица 2. Показатели количества лейкоцитов и их отдельных видов в крови крыс-самцов линии Vistar при однократно введении в организм наночастиц меди и железа и их агломератов

Показатель

Группа

Время после инъекции, сут.

1

7

Лейкоциты, 1012

1

13,6±1,4*

8,2±4,45

2

9,9±1,5

8,85±0,55

3

14,80±1,4*

19,4±5,04*

4

14,70±0,6**

11,7±2,07

5 (контроль)

9,76±0,409

7,6±3,371

Лимфоциты, 103 мм3

1

10,6±0,01***

6,46±0,03***

2

8,1±0,04***

7,05±0,02***

3

11,70±0,01**

15,30±0,04***

4

10,60±0,1

8,31±0,04***

5 (контроль)

8±0,01

5,95±0,04

 

Гранулоциты, 103 мм3

1

1,2±0,7

0,89±0,01

2

0,9±0,001

0,95±0,01***

3

1,38±0,1**

2,35±0,1***

4

1,00±0,05

1,84±0,1***

5 (контроль)

0,78±0,05

0,86±0,02

Моноциты, 103 мм3

1

1,8±0,03***

0,85±0,002***

2

1,±0,01***

0,9±0,01***

3

1,60±0,02***

1,77±0,1***

4

2,10±0,02***

1,55±0,1***

5 (контроль)

0,84±0,02

0,79±0,01

Примечание: * - Р≤0,05; ** - Р≤0,01; *** - Р≤0,001.

Содержание гранулоцитов было достоверно выше контрольных значений на 53,8 и 15,3 (р≤0,001) в первой и второй группах, и на 76,9 и 28,2 (р≤0,001) % - в третьей и четверной группах соответственно через сутки; и на 3,5 и 10,5 (р≤0,001) - в первой и второй группах, и в 2,7 и 2,1 (р≤0,001) раза - в 3 и 4 группах соответственно через 7 суток.

Количество лимфоцитов достоверно увеличивалось относительно контроля во всех опытных группах, а именно: на 32,5 (р≤0,001); 1,25 (р≤0,001); 46 и 32,5 (р≤0,001) % - в 1, 2, 3 и 4 группах соответственно спустя сутки, и на 7,6; 17,6; 39, 7 (р≤0,001) % - в первой, второй, четвертой группах, и в 2,5 раза - в третьей группе через 7 суток.

Уровень моноцитов в 1, 3 и 4 группах достоверно (р≤0,001) превышало контрольные значения в 1,9 и 2,5 раза, а во второй группе - на 19,1 (р≤0,001) % спустя сутки, и на 7,6 (р≤0,001) % - в первой, 13,9 (р≤0,001) % - во второй, и практически - в 2 раза в 3 и 4 группах через 7 суток.

В процентном отношении отдельных видов лейкоцитов наблюдался сдвиг в сторону увеличения процента моноцитов на 1,2-4,5 % - в 1, 2 группах и 3-6 % - в 3, 4 группах и гранулоцитов на 1,5-2,5 % - в 1, 2 группах и 2-10 % - в 3, 4 группах, и снижения процента лимфоцитов на 3-7 % - в 1, 2 группах и 6-13 % - в 3, 4 группах относительно контрольных значенийспустя сутки, тогда как на 7 сутки, наоборот, наблюдалось незначительное увеличение количества лимфоцитов на 1,5-2 % в 1, 2 группах и 4-10 % в 3 и 4 группах и снижение количества моноцитов и гранулоцитов на 0,2-1 и 0,3-1 % - в 1, 2 группах, и на 2-3 и 3-9 % - в 3 и 4 группах соответственно.

В результате, мы наблюдали ярко выраженную ответную реакцию организма на введение как наночастиц металлов так и их агломератов.

Проводя сравнение данных по влиянию наночастиц и их агломератов на живой организм, можно отметить некоторые сходства и отличия. Так, при введении агломератов наночастиц металлов также как и при введении наночастиц этих металлов наблюдалось достоверное увеличение уровня лейкоцитов и их отдельных видов относительно контрольных значений через сутки, и повышение их количества через 7 суток после инъекции во всех опытных группах. При этом наиболее выраженную воспалительную реакцию в случае наночастиц спустя сутки вызывают инъекции меди, тогда как в случае агломератов воспалительная реакция практически одинакова. Сила реакции организма за тот же промежуток времени выше при введении агломератов наночастиц, на 12,3 (медь) и 49,2 (железо) %, чем при введении соответствующих наночастиц. Через 7 суток уровень лейкоцитов выше при введении агломератов наночастиц меди и наночастиц железа, при этом воспалительная реакция также протекает сильнее при введении агломератов наночастиц более чем в 3 раза. В результате отмечается развитие воспалительного процесса уже спустя сутки, сила которого через 7 суток снижается в случае наночастиц и увеличивается в случае агломератов этих наночастиц.

Однако ведение наночастиц используемых металлов в отличие от агломератов этих наночастиц не приводит к снижению таких показателей как эритроциты, концентрация гемоглобина, среднее содержание гемоглобина в 1 эритроците и гематокрит, а оказывает противоположный эффект.

При ведении лиозолей количество эритроцитов выше через сутки при введении наночастиц меди, на 19,1 % чем при введении наночастиц железа, а через 7 суток, наоборот, на 4,2 % при введении наночастиц железа по сравнению наночастицами меди. В случае использования для инъекций суспензий агломератов наночастиц содержание эритроцитов было ниже через сутки при введении агломератов наночастиц железа на 2,53 %, чем при введении агломератов наночастиц меди, а через 7 суток при введении агломератов наночастиц меди на 31,2 % по сравнению с агломератами наночастиц меди.

Концентрация гемоглобина через сутки при использовании агломератов была ниже после введения агломератов наночастиц меди, на 14,9 % ниже по сравнению с агломератами наночастиц железа, тогда как через 7 сут. величина данного показателя ниже при введении агломератов наночастиц меди, на 4,06 % ниже, чем при введении агломератов наночастиц железа. При использовании лиозолей наночастиц концентрация гемоглобина через сутки была выше после введения наночастиц меди, на 21,6 % по сравнению с наночастицами железа, а через 7 суток величина данного показателя, наоборот, выше при введении наночастиц железа на 6,8 %.

В отношении среднего содержания гемоглобина в 1 эритроците можно отметить, что его количество при использовании суспензий агломератов спустя сутки ниже при введении агломератов наночастиц меди, на 1,6 %, чем при использовании агломератов наночастиц железа, и не отличается между суспензиями агломератов через 7 суток. В случае использования для инъекций лиозолей наночастиц наблюдаются примерно одинаковые превышения по сравнению с контролем для обоих элементов.

Следует отметить, что данные эффекты описываются не впервые. Так, Вишняковым А. И. с соавтор. [3] получены данные, согласно которым использование наночастиц меди в составе основного кормового рациона для цыплят-бройлеров (1,7 мг/кг корма) приводит к достоверному увеличению содержания лейкоцитов на 39,63 % (р≤0,001). Сведения, полученные Борисевич В. Б ссоавтор. [2], свидетельствуют об увеличении фагоцитарной активности лейкоцитарных клеток при использовании в качестве кормовой добавки для бройлеров смеси наноаквахелатовAg, Cu, Zn, Mg, Co.

Заключение

Таким образом, из полученных результатов следует, что внутримышечное введение наночастиц меди и железа и их агломератов приводит к воспалительной реакции и изменению уровня таких показателей как эритроциты, концентрация гемоглобина, среднее содержание гемоглобина в 1 эритроците, гематокрит и тромбоциты.

Работа выполнена при поддержке Президента Российской Федерации, стипендия для молодых ученых и аспирантов (КонкурсСП-2012;СП-102.2012.4).

Рецензенты:

Лебедев Святослав Валерьевич, д-р биол. наук, зав. с.-х. лаб. института биоэлементологии ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», г. Оренбург.

Ранделин Александр Васильевич, д-р с.-х. наук, профессор, заместитель директора по научной работе ГНУ Поволжский научно-исследовательский институт производства и переработки мясомолочной продукции Россельхозакадемии, г. Волгоград.


Библиографическая ссылка

Яушева Е.В., Зелепухин А.Г., Рябов Н.И., Кван О.В., Раменский В.А., Заверюха А.Х., Сиразетдинов Ф.Х. ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ЖИВОТНЫХ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=10180 (дата обращения: 26.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252