Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ И АНТИОКСИДАНТНАЯ ЗАЩИТА У СВИНЕЙ В ПРОЦЕССЕ ПОСТНАТАЛЬНОГО ОНТОГЕНЕЗА

Воробьев В.И. 1 Щербакова Е.Н. 1 Захаркина Н.И. 1
1 ГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет»
В работе впервые рассматриваются вопросы обмена липидов (общие липиды, холестерин, триглицериды), ПОЛ и АОС в постнатальном онтогенезе свиней в биогеохимических условиях низкого уровня в среде йода, селена, кобальта и частично меди (в почвах) в регионе Нижней Волги. Выяснены динамика показателей липидного обмена, продуктов пероксидации липидов и антиоксидантных ферментов в организме растущих свиней и влияние недостающих организму всеядных микроэлементов на их рост и развитие. Впервые комплексно рассмотрены показатели ПОЛ и активности каталазы, СОД и состояние перекисной резистентности эритроцитов. Рассмотрены вопросы аминокислотного обмена в мышцах свиней как показатель качества дополнительно (с помощью обогащения кормов рациона недостающими организму микроэлементами) получаемого высококачественного мяса с целью импортозамещения мясной продукции в Российской Федерации.
биогеохимия
микроэлементы
каталаза
супероксиддисмутаза
перекисная резистентность эритроцитов
диеновые конъюгаты
1. Владимиров Ю.А. Перекисное окисление липидов биологических мембран. / Ю.А. Владимиров, А.А. Арчаков // М.: Наука, 1989. – 267 с.
2. Воробьев Д.В. Влияние препаратов селена, йода и меди на процессы метаболизма растущих свиней при гипоэлементозах / Д.В. Воробьев // Аграрный вестник Урала. — Екатеринбург. – 2011. – № 12-1 (91). — С. 16–18.
3. Воробьев Д.В. Фармакокинетические аспекты применения селенорганического препарата ДАФС-25 в ветеринарии / Д.В. Воробьев, В.И. Воробьев // Естественные науки. – 2011. — № 2 (35). — С. 125–131.
4. Воробьев Д.В. Коррекция морфофизиологических показателей при комбинированном гипоэлементозе растущих свиней препаратами селена, йода и меди в биогеохимических условиях их недостатка / Д.В. Воробьев // Естественные науки. – 2011. – № 4 (37). — С. 92–97.
5. Воробьев Д.В. Разработка физиолого-биогеохимической парадигмы как теоретической основы применения микроэлементов в животноводстве региона Нижней Волги / Д.В. Воробьев, И.Х. Хисметов, В.И. Воробьев // Фундаментальные исследования, № 11 (часть 1). – М. – 2012. – С. 66–69.
6. Воробьев Д.В. Физиологический механизм влияния недостающих в среде микроэлементов на метаболизм и продуктивность жвачных и всеядных животных / Д.В. Воробьев. СПб.6 ЛАНЬ., 2013. – 279 с.
7. Окуневич И.В. Антиоксиданты: эффективность природных и синтетических соединений в комплексной терапии сердечно-сосудистых заболеваний / И.В. Окуневич, Н.С. Сапронов // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. Т. 3. — № 3. 2004. – С. 2–17.
8. Федин А.И. Оксидантный стресс и применение антиоксидантов в неврологии / А.И. Федин // Атмосфера. Нервные болезни. – М., 2002. – С. 15–18.
9. Цыганский Р.А. Циклы свободнорадикального окисления липидов и действие антиоксидантов у продуктивных животных / Р.А. Цыганский // Циклы природы и общества: Матер. IX междунар. конф. (г. Ставрополь, 25–28 сентября, 2001 г.) — Ставрополь, 2001. – С. 123–126.
10. Dembinski, S. Z. Wplyw podawa – nia selena na rosrod swin / S. Z. Dembinski, M.N. Browinski, A. Vandurski // P. 164–166.
11. Halliwell, B. Lipid peroxidation: its mechanism, measurement, and sig¬nificance / B. Halliwell, S. Chirico // Am J Clin Nutr Vol. 57, 1993. — P. 715–725.
Долгое время исследователи обменных процессов в организме животных считали, что липиды - это всего лишь строительный материал в жизнедеятельности клеток и своеобразная форма депонирования запасов метаболического топлива. Однако в последние десятилетия выяснилось, что липиды являются составной частью общего метаболизма и активно участвуют в процессах адаптации и регуляции многих функций в животном организме. При этом изменение обмена липидов является ведущим параметром патогенеза многих заболеваний, особенно эндемических (гипоэлементозы селена, йода, кобальта и т.п.). Важная роль сегодня отводится клеточным мембранам, основу которых составляют различные липиды. На этом уровне клеточных мембран и проявляется большая часть регуляторных функций липидов, в том числе и количество микроэлементов в органах и тканях, т.е. их метаболизм в организме растущих свиней [1].

В основе многих метаболитических процессов в организме лежат окислительно-восстановительные реакции. Среди них особую роль играют свободнорадикальные реакции, при которых образуются перекисные соединения [6]. Процессам свободнорадикального окисления (СРО) подвержены определенные белки, аминокислоты, углеводы и особенно липиды за счет входящих в их состав полиненасыщенных жирных кислот. СРО начинается с образования первичного активного центра реакций - свободного радикала (СР), имеющего в одном из атомов кислорода один или несколько неспаренных электронов на внешней орбитали [1, 9, 11]. Свободные радикалы (СР) принимают участие в модуляции специфической активности ряда мембранных ферментов, синтезе простагландинов и лейкотриенов, метаболизме катехоламинов и стероидных гормонов, а также обладают антибактериальным действием, активируют процессы клеточной пролиферации и дифференцировки, инициируют реакцию окисления субстратов. Этот нормальный физиологический процесс может быть опасен, так как возможна неконтролируемая «утечка» СР, приводящая к повреждению липидных, белковых и нуклеиновых молекул и повреждению мембранных структур, нарушению функции ионных насосов и активности мембраносвязанных ферментов [8]. Поэтому понимание механизмов регуляции процессов свободнорадикального окисления может дать новые подходы к профилактике и терапии эндемических заболеваний, например скрытых форм комбинированных гипоэлементов животных, как в нашем случае с растущими свиньями (синдром дефицита Se, J и Cu в кормах и организме).

Известно, что на первом этапе свободнорадикального окисления полиненасыщенных жирных кислот в клетке происходит накопление промежуточных продуктов-гидроперекисей, которые называют первичными продуктами ПОЛ [7]. Среди различных классов реакций липидного обмена процессы СРО играют решающую роль в нормальной физиологии и биохимии, а также являются различными классами реакций липидного обмена. Процессы СРО играют решающую роль в нормальной физиологии и биохимии, а также являются универсальным неспецифическим звеном физиологических механизмов развития различных патологических синдромов, в том числе скрытых комбинированных гипомикроэлементозов животных.

Гидроперекиси метаболизируют во вторичные продукты перекисного окисления - малоновый альдегид (МДА), ацетон, гексаналь (карбонильные соединения) и ряд других вторичных продуктов ПОЛ. Альдегидные группы этих веществ способны вступать в реакцию с аминогруппами белков и нуклеотидов с образованием прочных сшивок (типа шиффовых оснований), что сопровождается повреждением биополимеров и нарушением их нормального функционирования. Вторичные соединения - диеновые конъюгаты (ДК), МДА и иные - являются «конечными» продуктами ПОЛ. Поэтому, изучая СРО и ПОЛ, мы в качестве критериев исследовали антиоксидантные ферменты - каталазу, супероксиддисмутазу и продукты пероксидации липидов: ДК, МДА, а также перекисную резистентность эритроцитов (ПРЭ), которая характеризует общее состояние антиоксидантной системы в организме.

С целью исследования липидного обмена отобрали по 20 поросят-аналогов в каждую группу и изучали влияние применяемых нами органических препаратов недостающих микроэлементов на состояние ПОЛ и антиоксидантной системы в течение месяца, когда применяли микроэлементы.

Методики определения продуктов ПОЛ и активности ферментов АОС были общепринятыми [1, 7, 9, 11], а их принципы подробно изложены в наших работах [2, 3, 4, 6]. Препараты микроэлементов мы применяли перорально, так как специфические опыты J. Dembinski et al. [10] по выяснению эффективности действия препаратов селена, вводимого в виде инъекций и per os, показали, что более высокая эффективность наблюдалась при пероральном введении селена. Применяли органические препараты селена - ДАФС-25 (в дозе 0,2 мг/кг), йода - ЙОДДАР (в дозе 0,2 мг на голову в сутки) и 0,5 мг/кг CuSO4 ежедневно в течение месяца с месячным перерывом в течение всего периода откорма поросят.

Результаты и обсуждение

Мы установили, что у контрольных животных на откорме параметры общих липидов, общего холестерина и триглицеридов находились в пределах физиологической нормы для поросят и после периода I опыта несколько выросли к 8 месяцам откорма (II опыт), что объясняется возрастными особенностями (табл. 1).

Таблица 1

Липидный статус поросят и его изменение под влиянием препаратов селена, йода и меди

Группы, n

Показатели

Результаты исследований

Возраст 85-115 дней

(I опыт)

Возраст 8 месяцев (II опыт)

До применения микроэлементов

Через 48 ч

15 суток

30 суток

До применения микроэлементов

Через 48 ч

15 суток

 

30 суток

I контрольная (ОР),

n=20

Общие липиды, г/л

2,81±

0,04

2,8± 0,05

2,77±

 0,15

2,69± 0,07

2,96± 0,17

2,83± 0,04

2,81± 0,06

2,82± 0,07

Общий холестерин,  ммоль/л

1,92±

0,8

1,89± 0,09

1,92± 0,17

1,94± 0,16

1,92± 0,15

1,88± 0,13

1,74± 0,03

1,69± 0,06

Триглицериды, ммоль/л

0,59±

0,03

0,58± 0,04

0,53± 0,04

0,59± 0,002

0,62± 0,04

0,59± 0,08

0,59± 0,06

0,59± 0,02

II опытная (ОР+ДАФС-25),

n=20

Общие липиды, г/л

2,82± 0,11

2,88± 0,07

2,94± 0,05

3,01± 0,17

2,81± 0,04

3,09± 0,12

3,09± 0,14

3,11± 0,16*

Общий холестерин, ммоль/л

2,4± 0,09

2,31± 0,14

2,39± 0,11

2,58± 0,26

2,83± 0,03

2,61± 0,13

2,72± 0,11

2,76± 0,05

Триглицериды, ммоль/л

0,61± 0,05

0,67± 0,13

0,67± 0,16

0,78± 0,02*

0,62±  0,06

0,81± 0,08

0,86± 0,01

0,88± 0,09*

III опытная (ОР+ДАФС-25

+ЙОДДАР),

n=20

Общие липиды, г/л

2,79±

0,07

2,90± 0,08

3,04± 0,17

3,17± 0,08*

3,09± 0,02

3,33± 0,07

3,34± 0,05

3,55± 0,12*

Общий холестерин, ммоль/л

2,14± 0,12

2,24±

0,15

2,61±

0,05

2,85±

0,03*

2,01±

0,03

2,89±

0,12

2,91±

0,04

3,04±

0,07*

Триглицериды, ммоль/л

0,64±

0,03

0,71±

0,12

0,88±

0,03

0,81±

0,07*

0,68±

0,07

0,95±

0,04

0,94±

0,050

0,99±

0,03*

Уровень холестерина после 30 дней подкормки ДАФС-25 у опытных свиней не отличался от аналогичных результатов контроля, а количество триглицеридов у опытных поросят стало больше, чем в контроле и на начало опыта. В III группе уровень всех липидных параметров достоверно выше, чем в контроле (р<0,05).

ДАФС-25 и особенно комплексное влияние препаратов селена, йода и меди (III гр.) оказывали положительное влияние на параметры липидного обмена во втором опыте. Следует отметить, что достоверное влияние недостающие микроэлементы оказывают через 15 дней и в конце экспериментов, когда в III группе было общих липидов в период 85-115 дней жизни на 17,8%, общего холестерина на - 46,9% и триглицеридов - 37,3% больше, чем в контроле (р<0,05). К концу выращивания свиней (второй опыт) в III группе количество общих липидов на 30-й день вскармливания микроэлементов возросло на 23,9%, общего холестерина - на 79,9% и триглицеридов - на 67,8% относительно контроля (р<0,05). Во II группе, где применяли только один селеноорганический препарат, достоверное увеличение наблюдалось только по общим липидам (10,2%) и триглицеридам (49,2%).

Для дальнейшего выяснения физиологического механизма влияния Se, J и Cu на процессы ПОЛ и состояние АОС мы исследовали показатели перекисного окисления липидов и состояния антиоксидантной защиты животных в возрасте 3-4 и 8-9 месяцев жизни (табл. 2).

Таблица 2

Влияние селена, йода и меди на показатели ПОЛ и АОС растущих поросят

Гру-ппы, n=5

Показа-тели

Результаты исследований

Возраст 85 дней (I опыт)

Возраст 8 месяцев (II опыт)

До применения микроэлеме-нтов

Через 48 ч

15 суток

30 суток

До применения микроэлеме-нтов

Через 48 ч

15 суток

30 суток

I

ДК,

мкМ/л

2,04±0,13

2,11±

0,15

2,07±

0,27

2,03±

0,11

2,42±0,19

2,24±

0,16

2,44±

0,18

2,34±

0,19

II

2,01±0,08

2,12±

0,04

1,99±

0,07*

1,82±

0,13*

2,39±0,07

2,03±

0,04

1,95±

0,05

1,72±

0,04*

III

1,92±0,02

1,72±

0,03*

1,63±

0,05*

1,49±

0,07*

2,41±0,03

2,14±

0,05

1,76±

0,08*

1,54±

0,07*

I

МДА,

мкМ/л

3,54±0,16

3,52±

0,24

3,47±

0,31

3,37±

0,09

3,66±0,08

3,51±

0,65

3,49±

0,16

4,19±

0,27

II

3,63±0,08

3,42±

0,22

3,60±

0,07

3,02±

0,04*

3,71±0,05

3,29±

0,07*

2,62±

0,08*

2,61±

0,05*

III

 

3,57±0,14

3,62±

0,21*

2,48±

0,02

2,26±

0,02*

3,59±0,04

3,34±

0,04

3,07±

0,03*

2,01±

0,08*

I

Катала-за,

мкМ/л

5,81±3,1

5,79±

4,3

5,69±

0,31

5,75±0,2

5,73±0,2

5,90±0,3

5,72±0,4

5,75±0,4

II

5,8±2,9

5,99±

2,1

6,11±

2,2*

5,96±0,8

5,62±0,5

5,89±0,3

6,05±

0,3*

5,87±0,2

III

5,91±1,2

6,08±

4,6*

6,48±

0,39*

6,23±

0,1*

5,71±0,2

5,95±0,1

6,48±

0,2*

6,15±

0,3*

I

Суперо-ксидди-смутаза,

ед/мин

281±14

279±15

282±17

281±13

246±19

241±22

245±16

251±23

II

279±18

292±13

313±12*

315±13*

241±21

269±20

278±15

288±12*

III

282±15

299±19

346±16*

345±15*

247±16

279±21

279±11

298±17*

I

ПРЭ,

%

3,63±0,16

3,61±

0,09

3,62±

0,07

3,62±

0,04

3,72±0,13

3,72±

0,09

3,72±

0,09

3,74±

0,07

II

3,75±0,09

3,52±

0,15

3,27±

0,04*

3,51±

0,06*

3,47±0,13

3,22±

0,14

3,06±

0,04*

2,35±

0,04

III

3,84±0,07

3,54±

0,12

3,42±

0,07*

2,63±

0,15*

3,79±0,14

3,31±

0,06

3,02±

0,09*

2,26±

0,08*

р<0,05 относительно контроля

Диеновые конъюгаты (ДК) у животных в первом опыте уменьшились во II группе на 10,0%, в III - на 22,4%. А во втором эксперименте во II группе - соответственно: на 28,1% и в III - на 36,1% (р<0,05) от начала опыта. Уровень малонового диальдегида (МДА) уменьшается у 85-115-дневных поросят в первом опыте на 16,8% во II группе, а в III - на 26,2%. Во втором опыте (возраст 8 месяцев) МДА у свиней II группы снизился на 29,7%, а в III - на 36,7%. Уровень ДК и МДА у контрольных животных не изменялся в течение всего времени исследования (р>0,5), а в опытных группах ДК достоверно снизился (р<0,05). Недостающие Se, J и Cu положительно влияли на антиоксидантный статус животных. Активность каталазы опытных животных повысилась на 2,8% в первом опыте и на 4,5% во втором опыте во II группе, а в III группе соответственно на 5,4% и 4,1%, а СОД - 6,1% и 19,5%; 22,3% и 20,6% относительно  контрольных показателей (р<0,05).

Процент гемолизируемых эритроцитов в крови животных в первом опыте во II группе к концу эксперимента снизился на 3,7%, а в III группе - на 26,2%, а во втором эксперименте - соответственно на 33,7% и на 40,4% относительно исходных данных. В контроле ПРЭ в течение опытов не изменился (р>0,5).

Следовательно, применение органических препаратов, недостающих в среде и кормах селена (II группа) и Se, Cu и J (III группа), в течение месяца per os с месячным перерывом снижает число эритроцитов, подверженных гемолизу, перекисью водорода, т.е. стабилизирует антиоксидантную систему. Лучший результат всех исследуемых параметров ПОЛ и АОС получен в III группе поросят на откорме, где применяемые комплексно Se, J и Cu снижают интенсивность течения процессов ПОЛ в организме и стабилизируют работу антиоксидантной системы, повышая активность антиоксидантных ферментов. Это однозначно способствует улучшению процессов метаболизма, повышению интегративной функции роста, развития и прироста массы растущих поросят.

Функция прироста живой массы животных опытных групп относительно контроля обусловлена их лучшим общим физиологическим состоянием: высоким уровнем метаболизма, улучшением процессов гемопоэза [4], повышением функций антиоксидантной и эндокринной систем организма растущих животных II и III групп. Подопытные животные II группы, особенно III группы, в 9-месячном возрасте имели лучшую функцию переваримости корма, более крупные и хорошо развитые важнейшие внутренние органы в сравнении с результатами контроля (печень в контроле - 1,57±0,04; II группа - 1,72±0,03 и III группа - 1,92±0,06 кг; сердце - соответственно: 0,28±0,01; 0,31±0,01 и 0,41±0,02 кг; легкие - 0,68±0,02; 0,81±0,02 и 0,96±0,03кг; селезенка - 0,15±0,03; 0,16±0,02 и 0,21±0,03 кг и внутренний жир - 1,64±0,03; 1,93±0,01 и 2,21±0,04 кг).

Таблица 3

Аминокислотная характеристика мышц свиней (в мг/100г ткани мышц спины)

Название аминокислот

Контроль (ОР)

I опытная группа (ОР+ДАФС-25)

II опытная группа (ОР+ДАФС-25+ CuSO4+  «ЙОДДАР»)

Незаменимые аминокислоты

Лейцин

1299±29,4

1501±18,8

1403±26,6

Изолейцин

1014±28,1

1068±19,4

1104±23,3

Валин

972±24,2

1124±16,8

1218±29,8

Метионин

521±13,1

609±8,2

628±19,1*

Лизин

1614±32,6

1711±28,6

1716±28,7

Треонин

1012±17,7

1141±38,5

1201±24,9

Фенилаланин

808±12,9

809±10,1

822±10,7

Триптофан

235±11,4

249±14,7

268±7,86

Сумма:

7457±19,9

8153±16,7

8245±23,7*

Заменимые аминокислоты

Аргинин

1061±18,6

1106±17,3

1111±12,4

Аланин

1106±19,7

1112±18,8

1132±16,4

Аспарагин

1603±24,7

1601±16,8

1609±16,4

Глицин

815±11,6

825±10,5

832±10,5

Гистидин

762±14,8

811±14,2

831±8,81*

Глутамин

3201±24,8

3202±24,8

3211±32,8

Пролин

498±8,9

491±10,4

511±12,2

Оксипролин

47±3,5

50±2,8

45±1,4

Цистин

244±13,7

252±9,94

257±15,3*

Тирозин

671±15,5

662±14,7

691±12,2

Серин

668±8,5

675±9,8

689±11,5

Сумма:

10476±15,9

10739±19,1

10879±18,0*

Общее количество аминокислот:

18064±29,1

18762±15,2

19158±14,5*

Суммарно аминокислотная характеристика мышц животных опытных групп (II - 18762±15,2; III - 19158±14,5 мг/100 г) превосходила контроль - 18064±29,1 мг/100 г (р<0,05). При этом количество заменимых аминокислот опытных и контрольных животных было выше суммы незаменимых. Учитывая, что общее количество аминокислот и микроэлементов в опыте было выше контрольных показателей, можно считать, что мясо опытных животных было более полноценным, особенно в III группе. Каких-либо патологических изменений в гистологическом строении печени и почек у животных опытных групп не было обнаружено, а увеличение объема клеток и их ядер, наличие мелкой зернистости (цитоплазмы), светлой кариоплазмы указывает на усиление обмена веществ в этих клетках печени по сравнению с состоянием  аналогичных клеток животных контрольных групп [4].

Количество меди, железа, кобальта, цинка, селена и йода в органах и тканях животных в конце опыта в опытных группах было выше, чем у животных контрольной группы [2-6]. Увеличение уровня метаболитических процессов у растущих опытных всеядных животных, получавших недостающие в кормах Se (II группа) и особенно Se, I и Cu (III группа) дополнительно к основному рациону, позволило животным III группы достичь массы контроля на один месяц раньше. Масса животных в конце опыта в контроле составила 91,01±2,58 кг, во II группе - 98,02±5,39 кг и III группе- 107,09±3,9 кг (р<0,05). При этом рентабельность производства в III группе была на 15% выше контроля, где этот показатель был равен 28%, что весьма экономически выгодно.

Заключение

Общее функциональное состояние растущих свиней в геохимических условиях региона Нижней Волги характеризуется низким уровнем практически всех физиологических процессов. При этом организм животных постоянно испытывает стресс-факторы недостаточного количества микроэлементов (Sе, Со, I и частично Сu) в среде и кормах. Это приводит к нарушениям метаболизма микроэлементов, гемопоэза, работы ПОЛ и антиоксидантной системы и, как следствие, к скрытым формам комбинированных гипомикроэлементозов у животных, в том числе у растущих свиней, что следует корректировать обогащением кормов рациона недостающими микроэлементами (Se, J и Cu) в биогеохимической ситуации Астраханской области. Все вышеизложенное предопределяет повышения интегративной функции роста, развития и продуктивности поросят, уменьшает сроки откорма и способствует дополнительному получению высококачественного мяса, что вносит вклад в решение проблемы импортозамещения и продовольственной безопасности России.

Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 14-08-01292 а.

Рецензенты:

Пучков М.Ю., д.с.-х.н., профессор, директор Всероссийского научно-исследовательского института орошаемого овощеводства и бахчеводства, г. Астрахань;

Федорова Н.Н., д.м.н., профессор, профессор кафедры «Гидробиология и общая экология» Астраханского государственного технического университета, г. Астрахань.


Библиографическая ссылка

Воробьев В.И., Щербакова Е.Н., Захаркина Н.И. ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ И АНТИОКСИДАНТНАЯ ЗАЩИТА У СВИНЕЙ В ПРОЦЕССЕ ПОСТНАТАЛЬНОГО ОНТОГЕНЕЗА // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-3. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=23407 (дата обращения: 07.12.2021).

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 = 1.074