Воздействие наночастиц комплекса металлов на организм карпа

Воздействие наночастиц комплекса металлов на организм карпа

А.Е. Аринжанов, аспирант, Е.П. Мирошникова, д.б.н., профессор, Ю.В. Килякова, к.б.н., Оренбургский ГУ

Несмотря на интенсивное развитие исследований свойств наноматериалов в последнее десятилетие, наука располагает достаточно скудными сведениями по влиянию наночастиц металлов на физиологическое состояние рыб [1, 2].

Ранее нами было установлено, что нано-кристаллические частицы отдельных металлов обладают высокой биологической активностью и могут быть использованы как стимуляторы обменных процессов [3, 4].

В этой связи определённый интерес могут представлять исследования по оценке действия на организм рыбы комбинированных и модифицированных комплексов наночастиц широкого спектра действия, одним из которых является комбинация эссенциальных элементов, в частности железа и кобальта [5].

Методика исследований. Исследования выполнены в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) Оренбургского государственного университета.

Объектом исследований являлись карпы, возраст (0+), с навеской 10—15 г, выращенные в условиях ООО «Ирикларыба».

Использованные комбикорма являлись производными от РГМ-8В. После подготовительного периода группы были переведены на рационы:

I гр. — основной рацион (ОР) (РГМ — 8В);

II гр. — ОР + наночастицы Fe, Со (20 мг/кг корма); III гр. — ОР + наночастицы Fe, Со (30

мг/кг корма); IV гр. — ОР + наночастицы Fe, Со (40 мг/кг корма); V гр. — ОР + FeSO4 7^0 (30 мг/кг корма) + CoS04 7^0 (0,08 мг/кг корма).

Наночастицы комплекса железа и кобальта в соотношении 7 : 3 синтезировались методом высокотемпературной конденсации на установке Миген. Размер частиц 100±2 нм. Исследования проводили в условиях аквариумного стенда, состоящего из пяти аквариумов (объём аквариума 300 л), оборудованных системой фильтрации и насыщения воды кислородом при температуре воды 28±1 °С. Условия содержания и кормления рыб регламентировались рекомендациями М.А. Щербина и др. [6] и ГОСТом Р 52346-2005.

Для определения гематологических показателей проводили отбор крови рыб согласно методическим указаниям [7]. Показатели крови изучали в независимом аккредитованном испытательном центре «Всероссийский НИИ мясного скотоводства РАСХН» г. Оренбурга (аттестат аккредитации И.Ц. № РОСС RU 0001 21ПФ59).

Результаты исследований. В ходе исследований отклонений от нормы по внешним признакам обнаружено не было. Для всех рыб была свойственна характерная окраска. Чешуя блестящая, цельная, с перламутровым оттенком. Тело эластичное и плотное. Глаза блестящие, не запавшие в орбиту. Плавники цельные.

Различия в кормлении подопытной рыбы отразились на интенсивности её роста. Наилучшие показатели по динамике живой массы за весь период эксперимента были получены в группах, в рационе которых содержались наночастицы

металлов: во II, III и IV Живая масса рыб в этих группах к концу исследований увеличилась на 76,6%, 78,7% и 72,6% соответственно.

Исследование биохимических показателей крови карпа представлено в таблице 1.

Уменьшение содержания гемоглобина—основной симптом анемии. Количество гемоглобина в крови рыб напрямую зависит от температуры воды, концентрации в ней кислорода, содержания железа, фосфатов и ряда других факторов [8].

Показатель концентрации гемоглобина у обследованных рыб находился за границами физиологической нормы (78,1±4,5), характерной для сеголеток карпа, в течение первых десяти недель эксперимента, что может быть связано с условиями питания и общим физиологическим состоянием организма. Количество гемоглобина в начальный период исследования обеспечивало нормальное протекание процессов дыхания и метаболизма.

Нами было констатировано, что на пятой неделе эксперимента показатели гемоглобина в опытных группах были ниже, чем в контроле: во II гр. - на 19,1% (Р<0,01), в III - на 8,9% (Р<0,05), в IV - на 20% (Р<0,01) ив V - на 12,2% (Р<0,01).

Наибольшие показатели гемоглобина отмечены на 8-й неделе эксперимента. В III и IV гр. наблюдалось повышение уровня гемоглобина на 18,4% (Р<0,001) и 19,2% (Р<0,001) соответственно по отношению к контролю.

На десятой неделе уровень гемоглобина во всех группах незначительно уменьшился, а на двенадцатой неделе снижение продолжилось. Наилучшие показатели по сравнению с контролем были получены в группах, в рационе которых содержались наночастицы металлов: во II гр. - на 7,8% (Р<0,05), в III - на 24% (Р<0,01) и в IV -на 11,2% (Р<0,01). В V гр. на 12-й неделе было констатировано снижение уровня гемоглобина практически в три раза по сравнению с 10-й неделей, а по сравнению с контролем показатель был ниже на 49,8% (Р<0,001).

Высокие показатели гемоглобина на протяжении всего периода эксперимента говорят об интенсивных обменных и дыхательных процессах в организме сеголеток карпа.

Белки составляют основную часть сухого вещества плазмы крови. Они поддерживают нормальный объём крови и постоянное количество воды в тканях. Как крупномолекулярные коллоидные частицы, белки не могут проходить через стенки капилляров в тканевую жидкость [7, 8].

Количество белка у рыб зависит от возраста, времени года, физиологического состояния. Для сеголеток карпа физиологическая норма составляет 25—30 г/л.

Достоверные различия по концентрации белка наблюдалось на пятой и десятой неделях исследований. На пятой неделе эксперимента уровень белка был выше уровня контроля во II гр. — на 10% (Р<0,01), в III - на 10% (Р<0,01) и в V - на 6,9% (Р<0,05). На восьмой неделе содержание белка во всех опытных группах было на одном уровне. На десятой неделе количество белка имело оптимальные значения лишь в группах, в рацион которых вводили наночастицы металлов. Показатель общего белка в этих группах был выше, чем в контроле: во II гр. — на 38% (Р<0,001), в III — на 25% (Р<0,05) и в IV — на 27% (Р<0,001).

На двенадцатой неделе наилучшие значения белка по сравнению с контролем также были получены в группах, в рационе которых содержались наночастицы металлов. Во II гр. уровень белка был выше контроля на 13,6% (Р<0,01), а в III — на 68% (Р<0,001). В IV и V гр. зафиксировано снижение белка по сравнению с контрольной группой на 13,6% (Р<0,01) и на 9% (Р<0,05) соответственно. Количество белка ниже физиологической нормы отмечалось лишь на двенадцатой неделе эксперимента в контрольной группе, IV и V гр.

Высокое содержание белка свидетельствует о нормальном физиологическом состоянии подопытных рыб и хорошей усвояемости кормов.

1. Гематологические показатели карпа

Период Группа

I II III IV V

Гемоглобин, г/л

До начала эксперимента 99,4±0,75 99,3±0,95 98,5±1,31 98,8±1,16 99,4±1,07

5-я неделя 101,0±2,00 81,7±2,50** 92,0 ±2,00* 80,7 ± 2,10** 89,7±1,50**

8-я неделя 90,4±0,51 90,4±0,51 110,8±0,64*** 111,9±0,65*** 103,8±0,45

10-я неделя 90,3±2,50 87,0±2,00 94,0±1,50 95,0±1,00 101,7±1,50**

12-я неделя 71,7±1,50 77,3±2,50* 89,0±2,00** 79,7±1,50** 35,7±1,50***

Общий белок, г/л

До начала эксперимента 35,3±0,3 35,3±0,3 35,5±0,5 35,4±0,6 35,6±0,7

5-я неделя 27,0±0,4 30,0±0,8** 30,0±0,6** 26,0±0,7 29,0±0,6*

8-я неделя 35,7±0,6 35,3±0,6 35,3±0,6 35,3±0,6 35,3±0,6

10-я неделя 24,0±0,6 39,0 ±0,6*** 32,0 ±0,6*** 33,0 ±0,6*** 23,0±0,6

12-я неделя 22,0±0,6 25,0±0,6** 37,0±1,0*** 19,0±0,6** 20,0±0,6*

Примечание: * - Р<0,05; ** - Р<0,01; *** - Р<0,001. Сравниваемые пары групп: ]-П, Т-Ш, I—IV, Х-У

2. Морфологический состав крови карпа

Период Группа

I II III IV V

Лейкоциты, тыс/мкл

До начала эксперимента 23,8±0,7 24,1±0,6 23,6±1,2 23,6±1,4 24,8±0,8

5-я неделя 112,9±2,5 111,2±2,2 111,9±1,5 104,1±1,6* 124,9±1,7**

8-я неделя 94,5±1,4 105,5±1,0** 111,5±1,1*** 103,5±1,2** 119,9±1,7***

10-я неделя 110,0±1,7 80,3±1,8*** 113,9±1,5 98,6±1,3** 101,2±1,7**

12-я неделя 66,1±1,8 98,3±1,8*** 109,4±1,2*** 94,0±1,5*** 34,7±1,4***

Эритроциты, млн/мкл

До начала эксперимента 2,44±0,034 2,45±0,018 2,62±0,239 2,43±0,021 2,49±0,053

5-я неделя 1,32±0,105 0,65±0,045** 0,51±0,055** 0,46±0,055** 0,74±0,055**

8-я неделя 0,65±0,021 1,01±0,026*** 0,98±0,035*** 0,81±0,025** 0,87±0,035**

10-я неделя 1,25±0,035 1,16±0,046 1,19±0,035 0,97±0,051** 1,05±0,04**

12-я неделя 0,70±0,036 1,01±0,045** 1,05±0,035** 1,05±0,046** 0,18±0,031***

Примечание: * — Р<0,05; ** — Р< 0,01; *** — Р< 0,001. Сравниваемые пары групп: I—II, І—Ш, I—IV, 1-У

Морфологический состав крови карпа представлен в таблице 2.

Лейкоциты выполняют в организме в основном защитную функцию. Количество лейкоцитов в крови рыб, как правило, больше, чем у высших позвоночных, что связано с необходимостью усиления защитных резервов организма [8].

Количество белых клеток в крови сеголеток карпа до начала эксперимента было ниже физиологической нормы, которая составляет 37,5±5,2. Однако на пятой неделе эксперимента этот показатель имел максимальные значения во всех исследуемых группах и в I, II и III группах существенно не отличался (112,9—111,2 тыс/мкл), что свидетельствует о напряжении иммунитета, связанного с адаптацией к новым условиям нутриентной обеспеченности. В IV и V группах констатировали достоверные различия по сравнению с контрольной группой: в IV гр. наблюдалось снижение уровня лейкоцитов на 8,5% (Р<0,05), а в V — увеличение на 9,6% (Р<0,01).

На 8-й неделе отмечено увеличение уровня лейкоцитов во всех опытных группах по сравнению с рыбой из контрольной группы: во II гр. — на 10,4 (Р<0,01), в III - на 15,2% (Р<0,001), в

IV - на 8,7% (Р<0,01) и в V - на 21,2% (Р<0,001). Однако на 10-й неделе наблюдалось снижение количества лейкоцитов по сравнению с контролем: во II гр. — на 36,9% (Р<0,001), в IV — на 11,6% (Р<0,01) и в V - на 8,7% (Р<0,01).

На 12-й неделе произошло увеличение числа лейкоцитов по сравнению с контролем в группах, в рационе которых содержались наночастицы металлов: во II гр. - на 48,7% (Р<0,001), в III -на 65,5% (Р<0,001) и в IV - на 42,2% (Р<0,001). В V группе наблюдалось снижение уровня лейкоцитов практически в три раза по сравнению с 10-й неделей, а по сравнению с контролем показатель был ниже на 47,5% (Р<0,001).

Высокий показатель уровня лейкоцитов объясняется интенсивным питанием при данной температуре воды (28±1°С), а также усилением защитных реакций организма.

Включение в рацион карпа микроэлементов железа и кобальта в форме наночастиц и солей оказало неоднозначное влияние на красную кровь сеголеток. Нами были получены следующие данные: до начала исследований количество эритроцитов в крови подопытных карпов существенно не отличалось и находилось в диапазоне 2,43—2,62 млн/мкл (физиологическая норма 1,35±0,4). Вместе с тем количество эритроцитов на 5-й неделе эксперимента в опытных группах было значительно ниже по сравнению с контролем, так, во II гр. — на 103% (Р<0,01), в

III - на 158% (Р<0,01), в IV - на 186% (Р<0,01) и в V - на 78% (Р<0,01).

В последующий период исследований число красных кровяных клеток на 8-й и 10-й неделях эксперимента постепенно увеличивалось. Количество эритроцитов на 8-й неделе эксперимента в опытных группах уже превышало показатели в контрольной группе: во II гр. — на 35,6% (Р<0,001), в III - на 33,7% (Р<0,001), в IV - на 19,7% (Р<0,01) и в V - на 25,3% (Р<0,01). На 12-й неделе было установлено увеличение числа эритроцитов в группах, в рационе которых содержались наночастицы металлов: во II гр. - на 44% (Р<0,01), в III - на 50% (Р<0,01) и в IV -на 50% (Р<0,01). В V гр. наблюдалось снижение уровня эритроцитов практически в четыре раза по сравнению с 10-й неделей, а по сравнению с контрольной группой показатель был ниже на 74% (Р<0,001). В литературе [7, 8] отмечают, что падение концентрации гемоглобина и содержания эритроцитов, как правило, протекает параллельно, что мы и констатировали в V гр.

Стоит отметить, что к концу эксперимента в

V гр. наблюдалось резкое снижение гематологических показателей крови рыб. Это говорит о том, что при продолжительном действии солей железа и кобальта происходит истощение гемо-поэтической функции красного костного мозга, угнетение их физиологического состояния.

Выводы. Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о положительном влиянии

наночастиц металлов на биохимические и морфологические показатели крови и на организм рыб в целом. Наноразмерные частицы металлов способствовали мобилизации защитных резервов организма, активному росту и обмену веществ. Полученные данные говорят о том, что при использовании наночастиц металлов железа и кобальта в кормах для рыб предпочтительней применять наночастицы в концентрации 20 и 30 мг/кг корма.

Литература

1. Коваленко Л.В. Биологически активные нанопорошки железа. М.: Наука, 2006. 124 с.

2. Распопов Р.В. Биодоступность и биокинетические характеристики некоторых приоритетных наноматериалов в

эксперименте: автореф. дисс. ... канд. биол. наук. М., 2011. 26 с.

3. Мирошникова Е.П. Обмен химических элементов в организме карпа при использовании наночастиц кобальта и железа в корме // Вестник Оренбургского государственного университета. 2012. № 6. С. 170-175.

4. Аринжанов А.Е. Использование экструдированных кормов с добавлением наночастиц металлов в кормлении рыб // Вестник Оренбургского государственного университета. 2012. № 10. С. 143-147.

5. Глущенко Н.Н. Изучение безопасности введения наночастиц меди с различными физико-химическими характеристиками в организм животных // Вестник Оренбургского государственного университета. 2009. № 2. С. 124—128.

6. Щербина М .А. Кормление рыб в пресноводной аквакультуре. М.: Изд-во ВНИРО, 2006. 360 с.

7. Сборник инструкций по борьбе с болезнями рыб. Ч. 2. М.: Отдел маркетинга АМБ-агро, 1999. 234 с.

8. Иванов А.А. Физиология рыб. СПб: Лань, 2011. 288 с.