Влияние селена, содержащегося в кормах, на структурные и функциональные изменения органов животных

Вестник ОрелГАУ, 5(62), Октябрь 2016, http://dx.doi.org/10.15217/48484 УДК / UDK 631.95

ВЛИЯНИЕ СЕЛЕНА, СОДЕРЖАЩЕГОСЯ В КОРМАХ, НА СТРУКТУРНЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОРГАНОВ ЖИВОТНЫХ

THE INFLUENCE OF SELENIUM CONTAINED IN FEED ON THE STRUCTURAL AND FUNCTIONAL CHANGES IN ORGANS OF ANIMALS

Синдирева A.B., Доктор биологических наук, профессор ФГБОУ ВО «Омский государственный аграрный университет имени

П.А. Столыпина», Омск Sindireva A.V., Doctor of Biological Sciences, Professor

Omsk SAU, Omsk Путапова И.Н., Доктор медицинских наук, профессор ФГБОУ ВО «Омский государственный медицинский университет»

Минздрава России, Омск Putalova I.N., Doctor of Medical Sciences, Professor Omsk SMU, Omsk

Голубкина H.A., Доктор с.-х. наук, ведущий научный сотрудник, Москва Всероссийский НИИ селекции и семеноводства овощных культур

Golubkina N.A., Doctor of Agricultural Sciences, All-Russian Research Institute of Selection and Vegetable-Seed Industry Александровская Е.Ю., аспирант ФГБОУ ВО «Омский государственный аграрный университет имени

П.А. Столыпина», Омск Aleksandrovskaya E.Y., Post Graduate Student, Omsk SAU Зайко О. А., Кандидат медицинских наук, ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов», Москва Zayko O.A., Candidate of Medical Sciences, RUDN-University Конвай В.Д., Доктор медицинских наук, профессор, ФГБОУ ВО «Омский государственный медицинский университет»

Минздрава России, Омск Conway V.D., Doctor of Medical Sciences, Professor,

Omsk SMU E-mail: sindireva72@mail.ru

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

селен, яровая пшеница, антиоксидантная активность, перекисное окисление липидов, корма, крысы, почки.

KEY WORDS

selenium, spring wheat, antioxidant activity, lipid peroxidation, feeds, rats, kidney.

Необходимость микроэлемента селена для живых организмов на сегодняшний день не вызывает сомнений. В живом организме он выполняет функцию антиоксиданта. У человека и животных селен участвует в процессах детоксикации в печени, трофики мышц, образования кожи, волос, ногтей, роговицы глаз [1].

Установлено, что дефицит селена в продуктах питания возникает более чем в 80% случаях потребления пищи. В связи с этим разрабатываются мероприятия

по обогащению селеном продуктов питания и воды [2]. При этом одним из наиболее перспективных является агрохимический путь, т.е. обогащение микроэлементом растениеводческой продукции, поступающей в пищу животных и человека. Устранение дефицита селена - непростая задача, поскольку даже небольшое превышение дозы этого вещества может привести к передозировке его с последующим развитием интоксикации.

Поэтому возникает необходимость разработки методов и критериев оценки действия селена в системе почва-растение-животное, установление его оптимальных и токсичных доз, проведения исследований по изучению его влияния на животный организм [3].

Цель исследований, оценить особенности накопления селена, поступившего с кормами, в органах животных и выявить структурные и функциональные изменения органов и тканей животных под влиянием повышенных доз селена.

Полевые опыты с яровой мягкой пшеницей сорта Памяти Азиева проводили на опытном поле Омского ГАУ. Почвенный покров участка, на котором заложен полевой опыт, представлен лугово-черноземной маломощной тяжелосуглинистой почвой. Для основного внесения в почву использовали селен в виде селенита натрия, при этом дозы составляли 9, 12,15 кг/га. Опыт заложен в четырехкратной повторности с систематической последовательностью размещения вариантов. По окончании уборки растениеводческую продукцию вводили в рацион крыс-самцов породы Вистар согласно вариантам полевого опыта [4]. Кормление животных осуществляли в течение 6 месяцев.

По окончании проведения эксперимента у животных контрольной и опытных групп «Селен» проводили забор органов. В органах определяли содержание селена флюорометрическим методом во ВНИИССОК. Ткани органов фиксировали в 10%-ном нейтральном забуференном формалине (рН=7,2-7,4), проводили по спиртам возрастающей концентрации и осуществляли заливку в парафин-воск по общепринятой методике. Из парафиновых блоков изготавливали серийные срезы толщиной 4-5 мкм с использованием ротационного микротома Microm HM-340E (Carl Zeiss, Германия). Микропрепараты окрашивали гематоксилином и эозином с использованием рутинной методики [5].

При проведении биохимических исследований из ткани почек готовили надмитохондриальную фракцию, в которой определяли активность супероксиддисмутазы [КФ 1.15.1.1] (СОД), каталазы [КФ 1.11.1.6], глутатионпероксидазы [КФ 1.11.1.9] (ГлПО), содержание глутатиона (G-SH) и малонового диальдегида (МДА). В приготовленных из почек липидных экстрактах исследовали содержание диеновых конъюгатов (ДК) и липофусциноподобного пигмента (ЛФПП). Используемые в работе биохимические методы исследования описаны в статье [6]. Результаты исследования обработаны статистически с использованием критерия Стьюдента и непараметрических методов математического анализа.

Судьба селена, поступающего из почвы в растение различна. Растения -неаккумуляторы способны синтезировать селенсодержащие аминокислоты и из них соответствующие белки, что при высоких концентрациях селена приводит к дезактивации значительной части ферментов и, как следствие, гибели растения. Считается, что яровая пшеница не относится к растениям-аккумуляторам селена, в то же время наши исследования показали значительное увеличение содержания этого микроэлемента в зерне пшеницы в условиях проведенных

исследований (рис. 1). Согласно представленным данным, на период уборки наибольшее содержание селена отмечено на варианте с внесением этого микроэлемента в дозе Seis и составляет 6257мкг/кг сухого вещества [4].

К

s

ф

I

о. «

п СП

0 £ X я

1

ф Л О

и

7000 6000 -j 5000 4000 5000 -! 2000 1000

9 12

Дозы селена, кг/га

15

Рисунок 1- Содержание селена в зерне яровой пшеницы в зависимости от дозы его внесения в лугово-черноземную почву

Селен, накапливаясь в продукции растениеводства, поступает по пищевой цепи в организм человека и животных, вызывая как положительные, так и негативные последствия.

Избыточное поступление селена в организм животных (человека) может вызвать токсический эффект (селеноз). В литературе довольно часто приводятся данные о селенозах животных, потреблявших растения со значительным содержанием селена. Однако механизм токсического действия этого элемента изучен недостаточно. В данной статье приводятся данные по оценке влияния кормов, обогащенных селеном в максимальной дозе 15 кг/га, на метаболизм крыс породы Вистар.

Соединения селена могут поступать в организм животного пероральным, ингаляционным путем, а также через кожу и слизистые оболочки, при парентеральном введении. В крови селен циркулируют в виде ионов в комплексе с аминокислотами, жирными кислотами. Ведущую роль в транспорте селена играют белки, образующие с ним прочную связь [1].

Селен выделяется через почки, печень, слизистую оболочку желудка и кишечника, потовыми и слюнными железами, что сопровождается, как правило, поражением выделительных аппаратов этих органов. Существует тесная связь между токсичностью элемента и его физико-химическими свойствами. Токсичность селена зависит от способности к диссоциации его комплексов с белками, от растворимости соединений в воде и липидах [1].

У животных с нормальным обеспечением селеном, самыми богатыми этим элементом органами (в расчете на сухое вещество) являются почки, что объясняется высоким содержанием в паренхиме этих органов особого белка металлотионина, богатого тиоловыми группами.

Наши исследованиями показали, что содержание селена в органах крыс в условиях повышенного поступления этого микроэлемента с кормами

значительно увеличивается в печени, почках, селезенке, семенниках и в шерсти (табл. 1). Наиболее существенное изменение отмечено в почках.

Таблица 1. Содержание селена в органах крыс, мкг/кг

Орган, ткань Группа животных

контрольная Опытная «селен»

Печень 1824±64 24431±2005***

Селезенка 1057±82 8649±283**

Почки 4755±313 48360±4930***

Семенники 2375±68 4500±406*

Шерсть 1539±156 16515±689 ***

Примечание: *, **, *** - достоверность различий по сравнению с контролем

В литературе имеются многочисленные сведения о попытках установления критических уровней селена, при которых происходят патологические изменения в организме животных. Однако реакция организма на определенную концентрацию какого-либо токсиканта различна в зависимости от возраста, вида, физиологических особенностей животного. Кроме того, одна и та же концентрация элемента способна вызвать необратимые морфологические, гистологические и другие изменения определенных органов и не влиять на другие системы организма. В результате гистологических исследований выявлены структурные преобразования органов животных.

При микроскопическом исследовании в тканях печени отмечали полнокровие центральных цен. В просвете центральных отделов синусоидов обнаруживали скопления эритроцитов, купферовских клеток. У животных группы «Селен» в печени определяли признаки слабой мононуклеарной воспалительной инфильтрации портальных трактов. В паренхиме органа выявляли белковую дистрофию гепатоцитов различной степени распространенности [3].

В ходе хронического эксперимента в ткани селезенки у животных группы «Селен» изменения заключались в нарастании признаков полнокровия и накопления гемосидерина в красной пульпе. В большинстве случаев наблюдали равное соотношение элементов красной и белой пульпы. В красной полнокровной пульпе, окружающей лимфоидные узелки, преобладали эритроциты, эллипсоиды и венозные синусы были растянуты кровью. Лимфоидные узелки окружали центральную артерию, расположенную несколько эксцентрично от геометрического центра узелка, занятого центром размножения.

В семенниках патологических изменений не выявлено. На базальной мембране располагался сперматогенный эпителий, состоящий из сперматогенных и поддерживающих клеток. Между канальцами - небольшое количество рыхлой соединительной ткани, содержащей крупные интерстициальные клетки Лейдига.

Исследование ткани почек в условиях повышенного поступления селена позволило выявить полнокровие сосудов, наличие гиалиново-капельной дистрофии клеток проксимальных канальцев, отмечали участки мононуклеарной воспалительной инфильтрации в строме канальцев.

В целом полученные данные свидетельствуют о наличии воспалительных и деструктивных процессов в органах животных. Негативное воздействие

повышенных количеств селена может быть связано с прямым токсическим воздействием селена на сульфгидрильные группы, входящие в состав ферментов, и опосредованным - через продукцию активных форм кислорода [712]. Поскольку почки являются основным «депо» селена в организме животных, нами были исследованы процессы перекисного окисления липидов в данном органе (табл. 2).

Таблица 2. Показатели перекисного окисления липидов в почках крыс при введении в рацион кормов, обогащенных Ээ, Х±т, п=10

Показатели Группа животных

Контроль Селен

Супероксиддисмутаза, ед./мг белка 16,8±0,96 15,7±3,35

Каталаза, Ед./мг белка-мин 8,41+0,72 8,60±0,98

Диеновые конъюгаты, мэкв/мг липидов 0,27+ 0,03 0,32+0,05***

Малоновый диальдегид, ед.оптич. плотн./мг белка 0,20+0,04 0,22+0,04

Липофусциноподобный пигмент, ед. флуор./мг липидов 7,63+0,78 10,8+1,39 ***

Глутатионпероксидаза, Моль/(мг белкахмин) 2,69+0,51 3,78+0,56***

Глутатион (О-БИ), мкмоль/мг белка 430+35,6 392,3+44,3

Примечание: *, **, *** - достоверность различий по сравнению с контролем

Наши исследования показали, что усиленная продукция активных кислородных метаболитов в условиях селеновой интоксикации приводит к чрезмерной пероксидации мембранных структур, что выражается в увеличении в почках концентрации диеновых коньюгат, малонового диальдегида, липофусциноподобного пигмента (соответственно на 18,5% (р<0,001), 10% (р >0,05), 41% (р<0,001). В то же время не установлено снижения активности ферментов антиоксидантной защиты (супероксиддисмутазы, каталазы, глутатионпероксидазы).

Таким образом, применение селена в качестве микроудобрения должно сопровождаться тщательным санитарно-эпидемиологическим контролем. Исследования показали, что селен, интенсивно накапливаясь в растениях, поступает в значительных количествах в организм животных [3,8, 13-15]. Оценка распределения микроэлемента в органах крыс показала, что основным «депо» микроэлемента являются почки. При этом в данном органе отмечаются признаки воспалительных и деструктивных процессов. Резорбтивное действие повышенных количеств селена мы связываем с нарушением энергетического обмена, нарастанием тканевой гипоксии, развитием оксидативного стресса вследствие токсического воздействия этого элемента на молекулы белков, ферментов и других органических соединений.

БИБЛИОГАФИЯ

1. Микроэлемент селен: роль в процессах жизнедеятельности / И. В. Гмошинский [и др.]. // Экология моря. - 2000. - №54. - С.5-19.

2. Синдирева А.В. Оценка селенового статуса территории Омской области / А.В. Синдирева, Н.А. Голубкина // Омский научный вестник. - 2011.

- № 1 (104). - С. 192-196

3. Синдирева, А. В. Критерии и параметры действия микроэлементов в системе почва-растение-животное : автореф. дис. ... д-ра биол. наук : 03.02.08 / А.В. Синдирева. - Тюмень, 2012. - 32 с.

4. Александровская Е.Ю. Влияние селена на урожайность и показатели качества зерна яровой мягкой пшеницы в условиях южной лесостепи Омской области / Е.Ю. Александровская, А.В. Синдирева, Н.А. Голубкина, и др. // Вестник Омского государственного аграрного университета. - 2016. - № 1 (21). - С. 98-104.

5. Сапожников А.Г. Гистологическая и микроскопическая техника : руководство / А. Г. Сапожников, А. Е. Доросевич. - Смоленск: САО, 2000. - 476 с.

6. Конвай В.Д. Роль острого нарушения метаболизма пуринов в развитии постреанимационной патологии печени/ В.Д. Конвай, П.П. Золин// Омский научный вестник.- 2003.- №3 (24), сентябрь.- С. 168-171.

7. Зайко О.А.Влияние токсических доз селена на процессы перекисного окисления липидов в крови и брыжеечных лимфатических узлах крыс / О.А. Зайко, А.В. Синдирева, И.Н. Путалова, В.Д. Конвай // Медицинская наука и образование Урала. -2009. -Т. 10. № 2. -С. 57-59.

8. Синдирева А.В. Влияние селена на показатели качества рапса ярового в условиях южной лесостепи Омской области / А.В. Синдирева // Вестник Буряткой ГСХА. - 2011. - № 4. - С. 85-89.

9. Зайко О.А. Структурно-функциональные преобразования брыжеечных лимфатических узлов и печени после перорального применения высоких доз селенита натрия и при коррекции: дис. канд. мед. наук / О.А. Зайко -Новосибирск., 2012. - 197 с.

10. Синдирева А. В. Влияние повышенного содержания селена в почве на накопление его в рапсе яровом и состояние антиоксидантной активности в печени крыс/ А. В. Синдирева, О. А. Зайко // Достижения науки и техники АПК.

- 2009. - № 3 - С. 45-47.

11. Arch J.R.S. Activities and some properties of 5v-nucleotidase, adenosine kinase and adenosine deaminase in tissues from vertebrates and invertebrates in relation to the control of the concentration and physiological role of adenosine/ J.R.S. Arch, E.A. Newsholm// Biochem. J.- 1978.- V. 174, No3.- P. 965-977.

12. Wu G. Phagocyte-induced lipid peroxidation of entravenous first emulsions and counteractive effect of vitamin E / G. Wu, C. Jarstrand, J. Nordenstrom // Nutrition.

- 1999. - Vol. 15. - P. 359-364.

13. Голубкина H. А. Селен в питании: растения, животные, человек / Н. А. Голубкина, Т. Т. Папазян. - М.: Изд-во Печатный город, 2006. - 254 с.

14. Синдирева А. В. Эколого-токсикологическая оценка действия кадмия, цинка, селена в условиях южной лесостепи Омской области / А. В. Синдирева // Вестник Красноярского ГАУ. - 2011. - Вып. 10. - С. 118-123.

15. Ylaranta T. Selenium fertilizers in Finland: selenium soil incretion / T. Ylaranta // Norw. J. Agr. Sci. -1993. - № 11. - P. 141-194.