СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА В ОРГАНИЗМЕ ЭМБРИОНОВ КУР ПРИ ИСКУССТВЕННОЙ ИНКУБАЦИИ
METHOD FOR OPTIMIZING ENERGY METABOLISM IN THE BODY OF CHICKEN EMBRYOS DURING ARTIFICIAL INCUBATION

Данное изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к птицеводству (орошение инкубационных яиц водным раствором водорастворимой формы убихинона в оптимальной концентрации).
Энергообмен, как непрерывный биохимический процесс, протекающий в двух взаимообратных и взаимосвязанных направлениях распада и синтеза, лежит в основе существования любой живой системы. Стресс в онтогенезе выступает в качестве фактора, тем или иным образом нарушающего стабильность естественных условий, к которым стремится система, и в которых энергообмен совершается наиболее эффективно. Воздействие негативных агентов влечет за собой запуск адаптационных механизмов, которые иначе можно определить как специфическое изменение метаболизма с целью стабилизации организма, его гомеостаза. Заявленное зачастую предполагает масштабный перерасход субстратов энергетических синтезов, и вместе с тем дополнительные затраты энергии, исключая тем самым возможность поступления необходимого количества макроэргов на обеспечение качественного и интенсивного развития особи, а в дальнейшем для полноценной реализации ее воспроизводительных и продуктивных качеств [3, 10].
Сущность любого стресса заключается в нарушении прежде всего функциональности митохондриальной дыхательной цепи; а зачастую и субстратного фосфорилирования, ведущие к тяжелым гипоэнергетическим состояниям, в ряде случаев к летальному исходу) [8, 10].
Как известно, эта проблема особенно остро стоит в промышленном птицеводстве. По данным Л.К. Бусловской (2004), по сравнению с другими сельскохозяйственными животными интенсивность обменных процессов, а вместе с тем их напряженность, у взрослой птицы и у эмбрионов значительно выше [3]. Таким образом, становится очевидным тот факт, что затраты энергии в их организме очень высоки даже в отсутствии факторов стресса, а при действии последних дефицит макроэргов просто неизбежен. Поддержание жизни возможно лишь до тех пор, пока нехватка энергии не достигнет критических величин [10]. В этой связи не вызывает сомнений значимость оптимизации энергобаланса организма, прежде всего, для эмбрионов сельскохозяйственной птицы в условиях производства.
Процесс искусственной инкубации на птицеводческом предприятии построен таким образом, чтобы на всех его этапах максимально точно воспроизвести условия естественного насиживания. Режим инкубации охватывает множество возможных показателей, от скорости движения воздуха, кратности, частоты и градуса поворота яиц до вариабельности формы инкубационного лотка [9]. Однако, несмотря на все усилия технологов создать оптимальные для жизнедеятельности зародыша условия, это до сих пор не представляется возможным, так как промышленная инкубация предполагает слишком большое количество параметров, определяющих невозможность воссоздания нативного эмбриогенеза в полной мере. В их число входят: нередко встречающееся длительное, а в ряде случаев неправильное хранение яиц, различия температур в разных зонах инкубатора, человеческий фактор и ряд других. В совокупности это приводит к инициации оксидативного стресса на клеточном уровне в организме эмбриона, гипоэнергетическим состояниям, что в дальнейшем обуславливает заведомо низкое качество становления тканей и систем органов, а в ряде случаев приводит к гибели эмбрионов [2, 9].
Как известно, развитие оксидативного стресса предполагает мобилизацию всех систем организма для нивелирования его негативных последствий. При этом многократно возрастают энергетические потребности клеток и тканей, что обуславливает перерасход субстратов синтеза макроэргов. Наиболее часто это происходит в критические периоды развития зародыша. Доказано, что именно в эти периоды организм эмбриона в той или иной степени сталкивается с масштабным развитием тяжелых гипоэнергетических состояний, которые зачастую не способен преодолеть самостоятельно [1].
Основываясь на вышеуказанном, становится очевидным, что использование антиоксидантов, позволяющих блокировать инициацию и масштабирование оксидативного стресса, позволит снизить неоправданные энергетические расходы, сохранив субстраты исключительно для обеспечения полноценного, своевременного становления особи. Вместе с тем, трансовариальное введение антиоксидантов - участников энергетических процессов - заведомо обеспечит необходимые условия для успешного протекания таковых [11, 12].
В этой связи, наше внимание привлек естественный метаболит, быстро истощающийся при стрессе - убихинон. Для проведения исследований была взята его водорастворимая форма, что обусловлено особенностями проведения эксперимента. Следует отметить, что по данным О.С. Медведева (2012) таковой вариант не уступает по эффективности действия жирорастворимой форме заявленного витаминоподобного вещества [8].
Мотивацией для выбора служило следующее. Убихинон является мобильным донором электронов, активно участвующим в формировании окислительно-восстановительного клеточного баланса, и именно он служит переносчиком электронов в митохондриальной дыхательной цепи, обеспечивая ее биоэнергетическую функцию. Известно, что наиболее высокие концентрации обсуждаемого метаболита отмечены исследователями в тех органах, где энергообмен наиболее интенсивен - в сердце, мозге, печени и почках [4, 8].
Убихинон, как мобильный донор, способен реанимировать свою восстанавливающую активность (в отличие, например, от витамина Е и ряда других витаминов и витаминоподобных веществ), что определяет дополнительное преимущество использования именно этого антиоксиданта. В свою очередь гидрофобный изопреноидный хвост позволяет ему проникать в билипидную клеточную мембрану и липопротеины очень низкой и низкой плотности, препятствуя свободно-радикальному окислению [8]. Наряду с этим, по данным Дадали Ю.В. (2012), убихинон способен через участие в изменении антиоксидантно-прооксидантного клеточного баланса запускать редокс-зависимые сигнальные каскады, которые регулируют активацию транскрипционных факторов (в том числе, NF-κВ, универсального фактора транскрипции, контролирующего экспрессию генов иммунного ответа, апоптоза и клеточного цикла) [5, 13].
Учитывая изложенное выше и тот факт, что в доступной нам литературе отсутствуют данные по траносовариальному использованию данного естественного метаболита, определенный научный интерес вызывает разработка способа оптимизации энергетического обмена в организме эмбрионов кур в условиях искусственной инкубации.
С целью выявления эффективности действия однократной обработки инкубационного яйца убихиноном была проведена вышеуказанная обработка куриных яиц водным раствором исследуемого метаболита в диапазоне концентраций от 1% до 0,0001% методом орошения перед закладкой в инкубатор. Для осуществления эксперимента был взят химически чистый убихинон без дополнительных формообразующих примесей.
В качестве прототипа данного способа взят опыт применения препарата АСД-2Ф (стимулятора энергообмена и интенсивности общего метаболизма) на инкубационных яйцах кур. При использовании раствора в оптимальной концентрации опытная группа превосходила контрольную по критериям вывода молодняка и выводимости яиц на 1,4% и на 1,2% соответственно [7]. Задача изобретения: разработать способ оптимизации энергетического обмена в организме эмбрионов кур при искусственной инкубации для повышения их жизнеспособности, качества и интенсивности развития.
Технический результат состоит в том, что однократная прединкубационная обработка яиц водным раствором убихинона методом орошения способствовала повышению выводимости яиц и вывода цыплят в опытной группе на 4,26% и 4,37% соответственно, живой массы на 2,17%», бальной оценки по шкале «Оптистарт+» на 0,8 балла. Полученные позитивные биологические эффекты были обусловлены снижением интенсивности липопероксидации, определяя сохранение синтеза энергии на физиологически необходимом уровне, что выразилось в снижении ключевых токсичных продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ), достоверном повышении АОА в лучшей группе на 7% (р<0,001) и АТФ на 21% (р<0,001) соответственно (относительно контроля).
Способ осуществляется следующим образом. На поверхность скорлупы за 3-4 часа до начала инкубации наносят оптимальный, выявленный в серии предшествующих экспериментов, водный раствор убихинона методом орошения в концентрации 0,001%). Предварительно водорастворимый убихинон в форме химически чистого порошка растворяют и смешивают в дистиллированной воде при 18-22°С.
Пример 1. Эксперимент проводили на шести партиях яиц, из которых пять опытных и одна контрольная. Опытные обрабатывали однократно водорастворимой формой убихинона в концентрациях: 1%, 0,1%, 0,01%, 0,001%, 0,0001%, контроль оставался интактным. Яйца бройлерных кур кросса «Росс 308» были сформированы в экспериментальные группы по принципу аналогов, откалиброваны по массе, размеру, срокам хранения, времени снесения, получены от одного родительского стада. Количество яиц в каждой группе составило 252 штуки.
Данные таблицы 1 указывают на тенденцию к снижению большинства токсичных продуктов липопероксидации и во всех опытных группах по сравнению с контролем. Так, в лучшей опытной группе уровень ИДС был ниже на 13,33%, ДК - на 9,52%, ТК - на 9,09%, ОДК - на 9,67%, ОШ - на 14,28%, при увеличении АОА на 7% (р<0,001). Данные результаты позволяют утвердить факт присутствия антиоксидантных свойств у исследуемого метаболита, определившего условия для сохранения функциональности всех метаболических процессов, в том числе сопряженных с синтезом энергии [4].
Пример 2. Данные таблицы 2 свидетельствуют об интенсификации белкового и углеводного обмена у цыплят, полученных из яиц, которые были подвергнуты прединкубационной обработке 0,001%-м раствором убихинона. Так, общий белок в лучшей опытной группе был выше контроля - на 8,58%, альбумин в 1,2 раза. Учитывая преимущество таковой относительно контроля по массе молодняка суточного возраста (таблица 4), не вызывает сомнений, что повышение интенсивности белкового обмена первостепенно сопряжено с необходимостью набора массы, по данным Н.И. Кудрявец (2016) коррелирующего с качеством, интенсивностью развития в дальнейшем онтогенезе, а также реализацией воспроизводительных и продуктивных качеств особи [6]. Наряду с этим также фиксировали увеличение глюкозы на 10,36% (р<0,001) при снижении ЛДГ на 4,6% (р<0,05) по сравнению с контролем соответственно, что указывает на более быстрый переход особей после предвыводной гипоксии к более энергетически выгодному относительно анаэробного - аэробному гликолизу. По данным Бусловской Л.К. (2004) заявленное необходимо для недопущения развития некомпенсированного ацидоза и наращивания темпов развития, а также повышения качества становления особи [3].
В свою очередь, изменений интенсивности липидного обмена не выявлено. Заявленное указывает на тот факт, что реализация антиоксидантных возможностей обсуждаемого метаболита наряду с участием в митохондриальной дыхательной цепи позволяет сохранить синтез энергии на физиологически необходимом для организма уровне и на данный момент времени углеводный обмен позволяет его обеспечить в полной мере. Очевидно, что факт именно сохранения функциональности прежде всего митохондриальной дыхательной цепи и более быстрый переход к аэробному гликолизу позволили увеличить энергообеспечение организма цыплят лучшей опытной группы, что выразилось в достоверном увеличении АТФ на 21% (р<0,001).
Пример 3. Нивелирование оксидативного стресса и оптимизация энергообмена обусловили повышение качества молодняка суточного возраста. Так, по шкале «Оптистарт+» особи опытной группы достоверно превосходили контроль на 0,8 балла.
Повышение качества было сопряжено с увеличением живой массы по сравнению с контролем на 4,88%, соответственно.
Пример 4. Коррекция интенсивности липопероксидации, а вместе с тем организация энергетического обеспечения особей на физиологически необходимом уровне определили условия сохранения жизнеспособности зародышей в лучшей опытной группе на всех этапах эмбриогенеза, в том числе в критические периоды их развития. Так, выводимость яиц по сравнению с контролем в ней была выше на 4,26%, вывод цыплят - на 4,37%.
Следует отметить, что только лучшая группа продемонстрировала устойчивый позитивный биологический эффект на протяжении всего эмбриогенеза, тогда как остальные лишь к концу инкубации. Заявленное позволяет свидетельствовать о том, что убихинон может быть эффективен лишь в очень узком диапазоне концентраций. При этом стойкое позитивное воздействие на эмбрион перед выводом всех заявленных концентраций исследуемого биостимулятора позволяет заключить, что исследуемый метаболит проявил на этом этапе выраженные антигипоксические свойства, что особенно важно для успешной реализации энергосинтетических возможностей организма на выводе.
Вывод: прединкубационная однократная обработка инкубационных яиц водным раствором убихинона в оптимальной концентрации по предложенной схеме определила снижение интенсивности липопероксидации, повышение антиоксидантных защитных резервов, оптимизацию и сохранение метаболических процессов таким образом, чтобы энергосинтез был близок к физиологически необходимому уровню, что позволило эмбрионам развиваться более интенсивно и качественно, при этом сохранив высокую жизнеспособность особей на всех этапах эмбриогенеза.
Литература:
1.Азарнова, Т.О. Научно-практические аспекты профилактики оксидативного стресса, как способа оптимизации условий инкубации и акселерации эмбрионов кур: дис.…доктора биол. наук. / Т.О. Азарнова; МГАВМиБ - М., 2013. - 309 с.
2. Бессарабов, Б.Ф. Инкубация яиц сельскохозяйственной птицы / Б.Ф. Бессарабов, А.А. Крыканов, А.Л. Киселев. - Санкт-Петербург [и др.]: Лань, 2015. - 160 с: ил. (+вклейка, 16 с.). - (Учебник для вузов. Специальная литература).
3. Бусловская, Л.К. Обмен энергии и кислотно-щелочной баланс у сельскохозяйственных животных при адаптации к стрессорам: дис.…доктора биол.наук. / Л.К. Бусловская; Белгородская сельскохозяйственная академия - Белгород., 2004. - 352 с.
4. Горошко, О.А. Значение редокс-статуса Коэнзима Q10 как биомаркера окислительного стресса / О.А. Горошко, Л.М. Красных, В.Г. Кукес, В.И. Зозина // Ведомости Научного центра экспертизы средств медицинского применения, том 9. - 2019. - №3. - С. 146-152.
10
5. Дадали, Ю.В. Каталитический синтез формы редукции коэнзима Q и ее водорастворимых молекулярных комплексов с β-циклодекстрином / Дадали Ю.В., Дадали В.А., Макаров В.Г. // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии, том 10. - 2012. - №2. - С.45.
6. Кудрявец, Н.И. Инкубация с основами эмбриологии: учебно-методическое пособие для студентов / Н.И. Кудрявец, С.В. Косьяненко // Белорусская государственная сельскохозяйственная академия. - Горки: [б. и.], 2016. - 207 с.
7. Линник, А.А. Эффективность прединкубационной обработки яиц стимуляторами для повышения жизнеспособности цыплят / Линник А.А., Алексеева С.А., Кузнецов О.Ю. // Сельскохозяйственные науки. - 2016. - №4. - С. 47-51.
8. Медведев, О.С. Замедление процессов старения: в фокусе коэнзим Q10 / O.C. Медведев // Трудный пациент, том 10. - 2012. - №4. - С. 50-58.
9. Отрыганьев, Г.К. Технология инкубации: Учебное пособие / Г.К. Отрыганьев, А.Ф. Отрыганьева. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Росагропромиздат, 1989. - 189 с.
10. Слепнева, Л.В. Механизм повреждения энергетического обмена при гипоксии и возможные пути его коррекции фумаратсодержащими растворами / Слепнева Л.В., Хмылова Г.А. // Трансфузиология. - №2. - 2013. -С. 49-65.
11. Сурай, П.Ф. Современные методы борьбы со стрессами в птицеводстве: от антиоксидантов к сиртуинам и витагенам / П.Ф. Сурай, В.И. Фисинин //  - 2012. - №8. - С.8-13.
12. Тагиров, М.Т. Питание и основные метаболические пути в развивающемся зародыше птицы / М.Т. Тагиров, А.В. Терещенко //  2009. - №878. - С. 48-57.
13. DeanP. Jones. Redox theory of aging / Dean P. Jones // Redox Biology. - 2015. - №5. - P. 71-79.