Научное обоснование применения микрокапсулированных пробиотических препаратов в животноводстве

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОКАПСУЛИРОВАННЫХ ПРОБИОТИЧЕСКИХ

ПРЕПАРАТОВ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ

Д.В. Трубников, О.Б. Сеин, А.А. Кролевец, В.А. Стариков

Аннотация. Рассматриваются перспективы применения комплексных микрокапсулированных препаратов на основе пробиотиков, в практике животноводства и ветеринарной медицины. Показано, что изготовленные микрокапсулировнные препараты по технологии разработанной авторами обладают выраженным биологическим действием.

Ключевые слова: пробиотики, селен, крупный рогатый скот, виньи, желудок, кишечник, микрокапсулиро-вание, симбионтная микрофлора.

Применение различных пробиотических препаратов в кормлении животных как способ нормализации физиологических процессов в организме, широко вошло в практику животноводства. В основе физиологического механизма действия пробиотических бактерий лежит их конкурентное вытеснение патогенных и условно патогенных микроорганизмов в кишечнике и продуцирование биологически активных веществ, положительно влияющих на физиологические, биохимические и иммунологические процессы. Вместе с тем известно, что порядка 70% и более пробиотических бактерий при скармливании животным гибнет в кислой среде желудка.

В следствии такого существенного снижения эффективности пробиотиков, в практике животноводства специалистам приходится прибегать к применению больших доз и высоких концентрации титров пробио-тических бактерий. Таким образом, актуальным является снижение влияния кислой среды желудочного сока на симбиотические микрооргаизмы. В этой связи эффективным для сохранения пробиотических бактерий является различные способы мирокапсулирования.

Микрокапсулирование - это процесс, при котором мельчайшие частицы жидкого или твердого ингредиента «упаковываются» в материал защищающий их от воздействия окружающей среды. Проще говоря, микрокапсула представляет собой миниатюрный контейнер, который защищает содержимое от испарения, окисления и разрушения до его высвобождения (рисунок 1).

12 3 4

Рисунок 1 - Различные варианты микрокапсул:

1. Обычная микрокапсула.

2. Микрокапсула с двойной оболочкой.

3. Микрокапсула в микрокапсуле с различными свойствами.

4. Множество микрокапсул в одной оболочкой в жидкой среде.

Использование микрокапсулирования в практике ветеринарной медицины весьма перспективно, так как микрокапсулированные лекарственные препараты имеют ряд существенных преимуществ перед препаратами, применяемыми в традиционной форме. Так, микрокапсулирование позволяет замедлять высвобождение действующего начала, что приводит к пролонгированию действия препарат, его экономии, и бо-

лее эффективному использованию. Микрокапсулы позволяет осуществлять запрограммированное высвобождение своего содержание в определенных условиях. Например, микрокапсулы могут разрушаться при температуре тела животного, при изменении величины рН, или при контакте с водой средой. Весьма перспективным направлением в микрокакпсулировании является высокоспецифическое высвобождение препарата, когда оболочка микрокапсул разрушается при взаимодействии встроенных в них рецепторов с молекулами-мишенями, например, со злокачественными клетками.

На сегодняшний день существует несколько основных способов микрокапсулирования препаратов, каждый из которых можно применять в зависимости от того какие факторы окружающей среды будут губительно воздействовать на пробиотические микроорганизмы. Нами была поставлена задача найти оптимальный способ доставки симбиотических бактерий в кишечник путем микрокапсулирования пробиотиков. Авторским коллективом был выбран способ простой коа-цервации [5], с применением которого, получаемые микрокапсулированные пробиотики имеют соответствующие физико-химические свойства.

Коацервация как один из физико-химических методов, используемых в технологии микрокапсулирования, позволяет получать микрокапсулы разных размеров с различными свойствами пленок (толщина, пористость, эластичность и др.). Получая микрокапсулы данным методом, пробиотические препараты диспергируют в растворе или расплаве пленкообразователя, с применением осаждения нерастворителем. При изменении какого-либо параметра дисперсной системы (температура, состав, значение рН) добиваются образования коа-церватов вокруг частиц диспергируемого вещества [3].

Одним из преимуществ данного метода является то, что физико-химические свойства получаемых микрокапсул зависят от отношения инкапсулируемого компонента и полимера, температуры среды, скорости перемешивания, природы и концентрации стабилизатора. Поэтому, изменяя данные параметры, можно получать микрокапсулы с заданными физико-химическими свойствами. Такой комплекс, как правило обладает высокой химической и термической устойчивостью [1].

Учитывая выше изложенное, нами было разработан технологический процесс микрокапсулирования биологически активных препаратов ветеринарного назначения (патенты на изобретение №2544169, №2543632, №2538719). В частности, были получены комплексные микрокапсулированные препараты, включающие пробиотики «Ветом 1.1» и «Лактобифадол». После чего мы поставили задачу по определению эффективности данных препаратов и степени их влияния на физиологические, биохимические и иммукннологические процессы у сельскохозяйственных животных.

Целью первого опыта являлось определение «поведения» микрокапсулированного пробиотика ВетСел-Н в различных участках желудочно-кишечного тракта свиней. Были получены фильтраты содержимого желудка, тонкого и толстого отделов кишечника. Для этого использовали керамические фильтры, что освобождало фильтраты от сопутствующей микрофлоры.

Как следует из рисунков 2 и 3 при внесении микро-капсулированного препарат ВетСел-Н в фильтрат из содержимого желудка с рН 1,1-1,6, в нем не содержалось пробиотических бактерий. То есть, микрокапсулы не разрушались и предохраняли свое содержимое от

кислой среды желудка. В то же время в фильтрах полученных из содержимого тонкого и толстого отделов кишечника обнаруживались пробиотические бактерии в большом количестве. Это указывает на то, что микрокапсулы разрушались под действием щелочной среды кишечника (рН 7,8 - 8,5) и их содержимое выходило в полость кишечника. Таким образом, микрокапсулиро-вание позволяет доставлять пробиотические бактерии непосредственно в кишечник животных.

Рисунок 2 - Влияние фильтаров из содержимого различных участков желудочно-кишечного тракта на микрокапсулированный препарат ВетСел-Н

Рисунок 3 - Схема поступления в кишечник свиней пробиотических бактерий при использовании некапсу-лированного пробиотика (I) и микрокапсулированного пробиотика

Второй опыт проводили на 2 видах сельскохозяйственных животных - поросятах крупной белой породы, в условиях свинокомплекса «Надежда» Курской области и свинокомплекса «Ивановский» Белгородской области и бычках, принадлежащих ООО «Молочник» Больше-солдатского района Курской области. Схема опыта предусматривала, скармливание пробиотиков поросятам - отъемышам и бычкам в дозе 50мг/кг массы тела.

Результаты исследования показали, что в период эксперимента животные были клинически здоровыми.

При этом в опытной группе поросят наблюдалась повышенная интенсивность роста, которая к 45 дням достигла разницы с контрольной группой в 1,3 кг, а среднесуточный прирост в опытной группе составил 278,0 г против 245,8 г в контрольной. Наряду с этим в опытной группе, несколько выше были показатели содержания эритроцитов, гемоглобина, общего белка, альбуминов, гамма глобулинов. Все эти показатели укладывались в физиологические пределы, однако наблюдалось достоверное различие, что может указывать

на высокую резистентность у поросят после применения пробиотиков.

Аналогичная картина наблюдалась при исследовании крови бычков на 12 месяц жизни. Кроме этого с использованием простой радиальной иммунодиффузии нами было определено содержание иммуноглобулинов А, G, М. Динамика изменений была следующей. До начала эксперимента уровень этих иммуноглобулинов был одинаковым у животных опытной и контрольной групп. К 12 месячному возрасту у бычков опытной группы достоверно повысился в 1,2 раза ^А, а к 18 месяцам почти в 2 раза IgG и ^М. Такуой иммуностимулирующий эффект очевидно был вызван как действием нуклеината натрия, являющимся специфическим стимулятором иммунной системы организма, так и самой пробиотической микрофлорой вызывающей иммуно-модулирующий эффект, за счет влияния на систему цитокинов. Т-лимфоциты и фагоцитарную активность лейкоцитов.

Третий опыт проводили на ремонтных свинках 4-х месячного возраста с целью определить влияние про-биотических препаратов на половое созревание, становление половой функции и развитие репродуктивной системы. С этой целью были сформированы три группы свинок -аналогов (по 10 голов в каждой). Свинки первой опытной группы получали препарат ВеетСел, свинки 2 опытной группы получали Ветом 1.1 и селенсо-держащий препарат Сел-Плекс. Свинки третьей группы являлись контрольными.

Свинки первой группы получали препарат в дозе 30 мг на 1 кг массы тела массы тела один раз в день через день в течение 10 дней. Животные второй группы получали пробиотик Ветом 1.1 в дозе 50 мг на 1 кг массы тела одновременно с препаратом Сел Плекс в дозе 200 мг на 1 кг подкормки.

Результаты опыта были следующие. У ремонтных свинок, получавших микрокапсулированный препарат ВетСел, половое созревание наступало в среднем н 174 сутки, у свинок , получавших препараты Ветом 1.1 и Сел Плекс на 186 сутки, а у контрольных животных на 189 сутки.

Первые два половые циклы у свинок всех групп были неполноценными и аритмичными. У свинок 1 группы их продолжительность находилась в пределах 19-28 суток, а количество неполноценных циклов составляла 40%., у свинок 2 опытной группы эти показатели составляли 9-27 суток и 60%, у свинок контрольной группы 60%.

С увеличение возраста свинок половые циклы становились регулярными и их продолжительность у первой опытной группы находилась в пределах 19-23 суток. Второй опытной группы 19-25 суток, третьей контрольной группы 17-26 суток. При этом на неполноценные циклы у свинок получавших биологически активные препараты приходилось 30%, а у свинок контрольной группы 60%.

Для выяснения влияния микрокапсулированных препаратов на рост и развитие репродуктивных органов у ремонтных свинок, поучивших препарат ВетСел, после убоя были проведены исследования линейных параметров и массы яичников у пяти животных каждой группы.

У свинок получавших микрокапсулированные про-биотические препараты репродуктивные органы были развиты лучше, чем у контрольных животных. Так длина рогов у свинок первой опытной группы была больше по сравнению с контролем на 26,5 см, площадь рогов на 124,0см. длина яйцеводов на 9,9 см, масса матки на 41,0 г. У свинок второй опытной группы данные параметры тоже были больше, чем у контрольных животных соответственно на17, 2 см, 89,2 кв.см и 7,7 см. При

этом все выявленные различия являлись статистически достоверными (р<0,05).

При исследовании яичников было установлено, что у свинок опытной группы их масса и объем превышали таковые у свинок контрольной групп: у свинок первой опытной группы соответственно на 2.2 г., и 2,1 см 3, у свинок второй опытной группы на ) 1,8 г. и 1,7 см 3. Однако в данном случае выявленные различия являлись статистически достоверными (р<0,05) только в соотношении объема яичников.

Четвертый опыт был проведен в условиях ветеринарной клиники «У охоты» (г. Мурманск). Объектом исследований являлись собаки разных пород 2-10 -летнего возраста. Собакам скармливали микрокапсули-рованный препарат, включающий пробиотик «Лакто-бифадол», микроэлемент селен и витамины А и Е. Препарат собакам индивидуально один раз в день в течение 10 дней подряд. Контролем являлись животные которые препарат не получали. У всех собак включенных в опыт брали кровь до постановки на опыт, а затем на 10 и 20 день. В крови определяли показатели, отражающие антиоксидантные свойства организма: молоновый ди-альдегид (МДА), диенкетоны (ДК) и кетодиены (КД).

Результаты исследований показали, что используемый нами микрокапсулированный препарат обладает выраженными антиоксидантными свойствами. Так, после его скармливания содержание МДА в крови собак опытной группы понизилось на 20 день опыта в среднем на 3,9 мкмоль/л, КД - на 0,07 ед. А/мл, ДК - на 0,12 ед. А/мл. При этом выявленное уменьшение было статистически достоверным (p< 0,05). В то же время у собак контрольной группы содержание данных компонентов крови находилось практически на одном уровне.

Определение витаминов А,С и Е показало, что их содержание в крови собак опытной группы после скармливания препарата на 20 день опыты повысилось по сравнению с фоновыми значениями соответственно на 0,40 мкмоль/л, 6,50 мкмоль/л и 6,8 ± мкмоль/л. У собак которые препарат не получали, содержание исследуемых витаминов в период опыта изменялось незначительно.

Таким образом, результаты проведенных нами опытов свидетельствуют о том, что эффективность применения микрокапсулированных пробиотических препаратов выше по сравнению с традиционными формами пробиотиков, а их применение дает положительный эффект и существенно влияет на обмен веществ, общую резистентность, становление половой функции животных, рост и развитие организма.

Список использованных источников

1 Медвецкий А.И., Компанцев В.А., Щербакова Л.И. Полимерные соединения: методы получения и характеристики основных типов транспортных систем на их основе // Современные проблемы науки и образования. - №3. - 2013.

2 Пантюхин А.В. Разработка оптимальной технологии и исследование процесса микрокапсулирования гидрофобных веществ // Вестник ВГУ, серия: химия, биология, фармация. -2006. - № 2. - С. 338-339.

3 Ростовская Н.С. Разработка состава эмульсионной мази «Эльтон»/ Н.С. Ростовская, И.В. Плетнева, А.В. Симо-нян, Д.А. Манина // Фармация. - 2011. - № 5. - С. 38-40.

4 Влияние нанокапсулированного биологически активного препарата на репродуктивную функцию свиноматок / О.Б. Сеин, А.А. Кролевец, В.Е. Чернов, Д.О. Сеин // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии.-2013. - №5. - С. 73-75.

5 Солодовник В.Д. Микрокапсулирование. М.: Химия. - 1980.-С.54.

Информация об авторах

Трубников Денис Владимирович, кандидат биологических наук, доцент, декан факультета ветеринарной медицины ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА», тел. 8(4712) 53-14-04.

Сеин Олег Борисович, доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой терапии и акушерства ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА», тел.8 (4712) 53-15-55.

Кролевец Александр Александрович, доктор химических наук, старший научный сотрудник, Национальный Исследовательский Университет ФГБОУ ВПО «Бел ГУ» 8-919283-36-19.

Стариков Виктор Александрович, аспирант кафедры терапии и акушерства ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА», тел. 8 (4712) 53-15-55.