Влияние пробиотических препаратов на обмен химических элементов в организме животных

Мирошников С.А., Кван О.В., Дерябин Д.Г., Лебедев С.В., Сипайлова О.Ю.

Институт биоэлементологии Оренбургского государственного университета

ВЛИЯНИЕ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА ОБМЕН ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ОРГАНИЗМЕ ЖИВОТНЫХ

В работе представлены результаты исследований влияния пробиотических препаратов на обмен отдельных элементов в организме животных. Описано различное селективное действие симбиотной микрофлоры на минеральный обмен, сделано предположение о причинах данного явления.

Экологически обусловленные изменения в среде обитания, необходимость коррекции микро-экологического статуса животных и целый ряд других обстоятельств стали объективными предпосылками к широкому использованию живых культур симбионтных микроорганизмов и продуктов их ферментации в животноводстве [6, 7, 8,10]. Между тем, не менее выраженным является действие микроорганизмов на обмен минеральных веществ.

Любые изменения в микробной экологии организма тотчас отражаются на всех процессах минерального обмена, это необходимо учитывать как при составлении рационов, так и при формировании комплексов пробиотиков и пребиотиков.

В этой связи нам представлялось необходимым изучить специфические особенности влияния пробиотических препаратов на обмен отдельных элементов, что, по-нашему мнению, в перспективе должно обеспечить эффективную коррекцию пробиотиксодержащих диет по комплексу микроэлементов.

Материалы и методы

Исследования были проведены в условиях вивария Оренбургского государственного университета и экспериментального цеха птицефабрики «Родина» Сорочинского района, Оренбургской области. Всего было проведено три серии исследований на модели крыс и кур-несушек.

В ходе пилотных исследований из 30 десятинедельных крыс-самцов методом пар-аналогов было сформировано 3 группы (п=10). В подготовительный период все подопытные животные находились в одинаковых условиях кормления и содержания. С 14-недельного возраста животные были переведены на режим основного учетного периода, предполагавшего содержание крыс опытных групп на рационах содержащих пробиотики:

I опытная - споробактерин, в дозе 2,5 мл/кг корма, II опытная - соя-бифидум, в дозировке 6,2 мл/ кг корма.

Пробиотик споробактерин, (культура Bac. Subtilis 534), с содержанием в 1 мл препарата 109

микробных тел (Гос. регистрация М3 РФ Р №000792/01-2001 от 01.11.2001 г.), оптимальная дозировка по [3], соя-бифидум, (штамм Bifidobacterium longum), в 1 мл препарата около 107 микробных тел, (Гос. регистрация М.3. РФ №77.99.11.3.У.5249.10.04 и №77.99.11.3.У.5246.10.04с включением в Федеральный реестр БАД), оптимальная дозировка по [11].

Кормление подопытных животных осуществляли в соответствии с рекомендациями [4].

Второй опыт выполнен на модели кур-несушек финального кросса «Родонит». Для проведения исследований было отобрано 90 курочек в возрасте 17 недель, из которых методом аналогов было сформировано три группы (n=30). В течение подготовительного периода вся подопытная птица находилась в одинаковых условиях кормления и содержания. Начиная с 21 недели две опытные группы, помимо основного рациона, получали пробиотические препараты: I опытная -соя-бифидум, 0,7 мл/кг корма, II опытная - споробактерин, в дозе 10,0 мл/кг корма.

Кормление подопытной птицы осуществлялось, в соответствии с рекомендациями ВНИТИ-Па (1998) по работе с кроссом «Родонит».

На заключительном этапе изучали влияние перорального приема пробиотика штамма Bifidobacterium longum на величину эндогенных потерь минеральных веществ из организма животных. Эксперимент включал в себя два периода: подготовительный и основной учетный. В ходе подготовительного периода, по принципу пар-аналогов было сформировано 3 группы 11-месячных крыс-самцов (n=10), выращенных в одинаковых условиях. Группы находились в условиях сбалансированного питания в соответствии с рекомендациями Института питания РАМН (2002).

В ходе основного учетного периода крысы контрольной группы содержались на дефицитной по минералам диете, что достигалось через поение дистиллированной водой и скармливание приготовленного особым способом риса (варка полированного риса в течение 15 минут с последующим удалением отвара и промывкой дистиллированной водой). С целью профилактики авитами-

нозных состояний в данный рацион вводили поливитаминный комплекс, содержавший витамины A, D, C, K, E, B„ B2, B3, B4, B5, B6, Bc, B12. Кроме того крысы I опытной группы, перорально получали жидкий пробиотический препарат соя-бифи-дум в дозировке 0,3 млн. мкб. тел/кг корма.

Оценка элементного состава биосубстратов крыс осуществлялась методом спектрального анализа на «Спектрографе СТЭ-1» в ООО «Центральной лаборатории» г. Оренбурга (ФГУ «Оренбургский Центр стандартизации, метрологии и сертификации», свидетельство об оценке состояния измерений в лаборатории №676, от 18 апреля 2003). Оценка биосубстратов кур-несушек на содержание химических элементов осуществлялась в лаборатории АНО «Центр биотической медицины» г. Москвы (ISO 9001:2000, Certificate number 4017) методами ИСП-АЭС и ИСП-МС (МУК4.1.1482-03).

Полученные результаты были статистически обработаны с помощью РС («Excel», «Statistica 6.0») определением средней арифметической величины, ошибки средней арифметической и стандартного отклонения. Для выявления статистически значимых (достоверных) различий использовали критерий Стьюдента-Фишера по [5].

Результаты и их обсуждение

По данным наших исследований, включение в рацион крыс пробиотических препаратов сопровождалось достоверными изменениями содержания в теле животных целого ряда химических веществ (табл. 1).

Т ак, пероральный прием споробактерина был сопряжен со снижением уровня меди - в 2,3 раза (Р<0,001); свинца - в 2,4 раза; олова - в 1,4 (Р<0,05); серебра - в 2 раза (Р<0,05) и повышени-

ем количества титана - на 87,5%. Скармливание соя-бифидум способствовало увеличению уровня меди в 2 раза относительно I опытной группы, и титана - в 1,9 раза (Р<0,01), а также снижению ряда токсичных элементов - свинца, олова и серебра - на 70,6% (Р<0,05); 29,7% (P<0,05) и на 50,0% (Р<0,05), соответственно.

Таким образом, полученный фактический материал по содержанию микроэлементов в теле подопытных животных позволил нам сделать вывод о селективном действии пробиотических препаратов на минеральный обмен в организме животных.

Более детальное изучение действия пробиотических препаратов было осуществлено на модели кур-несушек. Использование пробиотиков сопровождалось, как правило, снижением ретенции токсичных элементов в теле подопытной птицы (табл. 2). При рассмотрении содержания эссен-циальных элементов, не было выявлено столь выраженных изменений в их показателе, по отношению к контролю.

Так, пероральный прием препарата штамма Bifidobacterium longum в I опытной группе способствовал снижению содержания токсичных и потенциально токсичных элементов в тканях птицы: серебра - на 7,7% (Р<0,001), стронция - на 22,7% (Р<0,05), кадмия - на 31,7% (Р<0,01), свинца - в 2,05 раза (Р<0,001) относительно контрольной группы. Вместе с тем в тканях тела птицы этой группы отмечалось и повышение содержания алюминия - на 69,0% (Р<0,01).

Использование в кормление кур споробакте-рина также привело к увеличению содержания в тканях тела алюминия, причем значительно - в 3,3 раза (Р<0,001). Не менее выраженным было

Таблица 1. Влияние перорального приема Bacillus subtilis и Bifidobacterium longum на содержание микроэлементов в теле

подопытных животных, мг/гол

Г руппа Элемент

Cu Ni Ti Pb Sn Ag

контрольная 0,361±0,029 0,046±0,004 0,016±0,005 0,017±0,002 8,98±0,555 0,002±0,0002

I опытная 0,155±0,005*** 0,022±0,004* 0,030±0,002 0,007±0,053 6,36±0,206* 0,001±0,000*

II опытная 0,313±0,014 0,019±0,001** 0,030±0,005** 0,005±0,001* 6,31±0,454* 0,001±0,0003*

Примечание: - Р<0,001; ** - Р<0,01; * - Р<0,05

Таблица 2. Содержание токсичных элементов в теле подопытной птицы, мг/гол

Г руппа Элемент

Ag Sr Al Cd Pb

Контрольная 0,013±0,0003 6,04±0,17 9,04±0,19 0,04±0,09 0,08±0,002

I опытная 0,012±0,0006** 4,67±0,18* 15,2 ±0,88** 0,03±0,03** 0,04 ±0,002***

II опытная 0,018±0,0003** 6,48±0,04** 29,5±0,54*** 0,03±0,05** 0,04±0,06***

Примечание: * P<0,05; ** P<0,01;*** P<0,001

действие перорального приема Bacillus subtilis на ретенцию свинца в тканях тела, что выражалось в более, чем в 2-х кратном его снижении (Р<0,001), аналогичное снижение уровня кадмия составило 1,4 раза (Р<0,01), относительно контрольной группы.

Однако в отличие от Bifidobacterium longum использование в кормлении штамма сенной палочки способствовало повышению содержания токсичных микроэлементов в тканях тела подопытной птицы: серебра - на 38,5% (Р<0,01) и стронция - на 7,2% (Р<0,01), относительно контроля.

При этом между опытными группами, отмечались достоверные различия по таким токсичным элементам, как серебро - 50,0% (Р<0,01), стронций - 38,6% (Р<0,05), кадмий - 7,2% (Р<0,01), а также алюминий - 93,6% (Р<0,001). Имевшее место увеличение содержания свинца на 7,3% во II опытной группе, относительно I опытной, было статистически недостоверным.

Помимо этого, критическая оценка результатов позволяет в общих чертах представить, насколько значительна роль симбиотической микрофлоры в защите организма хозяина. В частности, снижение кадмия и свинца в тканях тела кур-несушек, вследствие действия Bifidobacterium longum, сопровождалось меньшим его выносом с яйцом, в среднем, на 7,7%, и на 4,1%, меньше, чем в контроле.

Напротив, прием споробактерина per os способствовал повышению содержания в яйце такого токсичного элемента, как серебро - до 0,10 мкг/ гол, или почти в 2 раза, в сравнении с контролем и

II опытной группой.

С позиции концепции [1], о функциональной нагрузке желудочно-кишечного тракта как аппарата по приведению в соответствие состава всасываемых метаболитов с генетически запрограммированными потребностями организма и с учетом фактического материала [2, 12], об оптимизации состава дефицитной экзогенной составляющей энтеральной среды за счет минеральных веществ эндогенного происхождения. Вполне очевидно, что гомеостатирование энте-

рального обмена является одним из механизмов, приводящих к потере минеральных веществ из организма.

В ходе исследования было установлено селективное действие бактерий Bifidobacterium longum на эндогенные потери минеральных веществ, выражавшееся в более интенсивном выведении из организма животных опытной группы целого ряда тяжелых металлов и стабилизации уровня, отдельных эссенциальных элементов (табл. 3).

Так, на фоне дачи пробиотика в тканях тела крыс отмечалось снижение уровня тяжелых металлов: свинца - на 11,1%, никеля - в 2 раза; олова - на 8,6% и серебра на 50,0%, относительно контрольной группы.

Пероральный прием Bifidobacterium longum, являющийся одним из основных компонентов нормального кишечного микробиоценоза, способен свести к минимуму эндогенные потери минеральных веществ из организма крыс, что может объясняться влиянием данного микроорганизма на значения внутрикишечного рН и тем самым на степень растворимости катионов [13, 14]. Однако, как следует из результатов наших исследований, далеко не все пробиотики, разрешенные к применению, способствуют оптимизации минерального обмена в организме человека и животных, в частности, как было показано выше, при оценке воздействия Bifidobacterium longum и Bacillus subtilis 534 на ретенцию минеральных веществ из пищи в ткани тела. Аналогичные результаты были получены и в исследованиях [9].

Т аким образом, вся совокупность полученных данных позволяет с новых позиций взглянуть на роль микрофлоры в минеральном обмене, констатируя неоднозначный характер подобного воздействия на эндогенные потери минеральных веществ. В этой связи перспективной представляется разработка нового поколения пробиотических препаратов, содержащих специально отобранные живые бактериальные культуры, способные предупреждать или корректировать минеральный дисбаланс в организме животных и человека, возникающий в результате воздействия неблагоприятных внешних факторов или старения.

Таблица 3. Содержание элементов в теле подопытных животных в конце опыта, мг/гол

Группа Содержание элементов в теле крыс

Cu Zn Pb Ni Mo Sn Ag Mn

Контрольная 0,089±0,003 5,0±0,245 0,009±0,0001 0,004±0,0009 0,009±0,0007 5,12±0,45 0,002±0,000 0,012±0,001

Опытная 0,254±0,009*** 8,26±0,47** 0,008±0,0004 0,002±0,001 0,006±0,0001* 4,682±0,099 0,001±0,000 0,045±0,0046**

Примечание: *** - Р<0,001; ** - Р<0,01; * - Р<0,05

Список использованной литературы:

1. Алиев А.А. Современные концепции пищеварения. Энтеральный гомеостаз и плазмоформирующая функция пищеварительной системы. // Роль ЖКТ в межуточном обмене веществ. Сб. науч. тр. ВНИИФБиП - т. XXX - Боровск, 1985. - с. 3-10.

2. Гальперин Ю.М., Лазарев П.И. Пищеварение и гомеостаз - М.: Наука, 1986. - 304 с.

3. Искусственное питание в неотложной хирургии и травматологии. Под общ. ред. А.С. Ермолова и М.М. Абакумова. М.: НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифософского, 2001. - С. 103-131.

4. Лакин Г.Ф. Биометрия - М.: изд-во «Высшая школа», 1990 - 352 с.

5. Первова А.М. Эффективность использования пробиотиков в промышленном птицеводстве // Сельскохозяйственная биология. -2003. - №4. - С.26-29.

6. Плохушко Е.Н., Ларионов Л.П., Литусов Н.В. и др. Влияние лактобактерий, перспективных для создания новых пробиотиков, на неспецифическую резистентность организма // Иммунология Урала / Мат. конф. иммунологов Урала. - 2002. - №2. - С. 13-14.

7. Сидоров М.А., Субботин В.В. Нормальная активность микрофлора животных и ее коррекция пробиотиками // Ветеринария. - 2001. - №11. - С. 17-22.

8. Смирнов В.В., Резник С.Р., Сорокулова И.Б., Вьюницкая В.А. Дискуссионные вопросы создания и применения бактериальных препаратов для коррекции микрофлоры теплокровных. // Микробиологический журнал. - 1992. - Вып.54. - №6. - С. 82-94.

9. Тараканов Б.В. Использование пробиотиков в животноводстве // Калуга. 1998.-54 с.

10. Цинберг М.Б. Опыт фирмы «Экобиос» в разработке, согласования и организации производства новых БАД «Соя-бифидум», «Соя-лактум». /М.Б. Цинберг, И.М. Цинберг, И.В. Денисова / Материалы I областной науч.-практич. конф. «Проблемы рационального питания и использования БАД в практическом здравоохранении». - Оренбург, 2001. - С. 56-58.

11. Шлыгин Г.К. Участие желудочно-кишечного тракт в общем обмене // Физиология пищеварения: Руководство по физиологии - Л., 1974. - С. 571-593.

12. Momcilovic B. The epistemology of trace element balance and interaction // TEMA - 6. Pacific Grove, California, 1987. - New York: Plenum Press. - P. 173-176.

13. Underwood E.J. Trace Elements in Human and Animal Nutrition / E.J. Underwood. - 3th ed. - N.Y. Acad. Press, 1971. - 620 p.

14. Жданов П.И. Ветеринария // Применение споробактерина жидкого поросятам, №7. - 1997.