Биогеохимические особенности метаболизма минеральных веществ в организме животных

Биогеохимические особенности метаболизма минеральных веществ в организме животных. Энтеросорбенты как фактор поддержания здоровья Шапошников Андрей Александрович Доктор биологических наук, профессор Лауреат премии Совета Министров СССР Благодарность: профессору Н. А. Мусиенко; кандидатам биологических наук: Н. Г. Габрук; Л. Р. Закировой, И. Н. Яковлевой, В. Д. Буханову, А. А. Присному, А. В. Посохову, В. Ю. Ковалевой, Т. С. Гусевой

План лекции 1. Биоэлементы в ветеринарной медицине. Движения макро- и микроэлементов в звеньях трофической цепи. 2. Метаболизм некоторых микроэлементов. Причины дефицита и избытка. Возможные заболевания метаболитической этиологии. 3. Токсические элементы. Молекулярные механизмы действия на живые системы. 4. Хелатные комплексы микроэлементов. 5. Нано- и микроструктурные энтеросорбенты. Создание принципиально новых сорбционно- и биологически-активных препаратов. 6. Превентивное действие сорбентов на биохимические процессы оксидативного повреждения ненасыщеннх липидов клеточных мембран металлами с переменной валентностью.

Концепции научного направления БИОТРАНСФОРМАЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ ХИМИЧЕСКОГО, БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО И ПРИРОДНОГО СИНТЕЗА ЭНТЕРОСОРБЦИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНООПАСНЫХ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ ВЕЩЕСТВ ПИЩИ

Специально ЭНТЕРОСОРБЦИЯ ЭКСКРЕЦИЯ Подобранные соединения или ВСАСЫВАНИЕ МЕТАБОЛИЗМ препараты в диете ПРОДУКТЫ ДЕПОНИРОВАНИЕ ПИТАНИЯ ЭЛИМИНАЦИЯ

АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ С Р Е Д С Т В А Х И М И З А Ц И И АТМОСФЕРНЫЕ ОСАДКИ ПОЧВА ЗЕМНАЯ КОРА В Ы С Ш И Е Р С Т Е Н И Я РЕСПИРАЦИЯ РАСТЕНИЕВОДЧЕСКАЯ ПРОДУКЦИЯ КОРМОВАЯ БИОМАССА ЕСТЕСТВЕННЫЕ И СИНТЕТИЧЕСКИЕ КОРМОВЫЕ ДОБАВКИ ОТКРЫТЫЕ ПРЕСНЫЕ ВОДОЕМЫ ПОДЗЕМНЫЕ ПРЕСНЫЕ ВОДОЕМЫ С Е Л Ь С К О Х О З Я Й С Т В Е Н Н Ы Е Ж И В О Т Н Ы Е П Р О Д У К Ц И Я Ж И В О Т Н О В О Д С Т В А Пути миграции тяжелых металлов, радионуклидов, и хлорорганических соединений в звеньях трофической цепи Ч Е Л О В Е К

Сан. Пи. Н Российской Федерации Токсичные элементы Zn Cu Pb Cd Hg As Радионуклиды 90 Sr 137 Cs

Обмен железа в организме животных

Причины дефицита железа: • недостаточное поступление (неадекватное питание, вегетарианская диета, недоедание); • снижение всасывания железа в кишечнике; • нарушение регуляции обмена витамина С; • избыточное поступление в организм фосфатов, оксалатов, кальция, цинка, витамина Е; • поступление в организм железосвязывающих веществ (комплексонов); • отравление свинцом, антацидами; • усиленное расходование железа (в периоды интенсивного роста и беременности); • потери железа связанные с травмами, кровопотерями при операциях, обильными менструациями, язвенными болезнями; • гормональные нарушения (дисфункция щитовидной железы); • гастриты с пониженной кислотообразующей функцией, дисбактериоз; • различные системные и опухолевые заболевания; • глистная инвазия.

Основные проявления дефицита железа: • развитие железодефицитных анемий; • непереносимость холода; • растрескивание слизистых оболочек в углах рта, покраснение и сглаженность поверхности языка, атрофия вкусовых сосочков; • извращение вкуса (тяга к поеданию непищевых веществ), затрудненное глотание, запоры; • угнетение клеточного и гуморального иммунитета; • повышение общей заболеваемости (простудные и инфекционные болезни у молодняка, гнойничковые поражения кожи, энтеропатии); • увеличение риска развития опухолевых заболеваний.

Причины избытка железа: • избыточное поступление извне (напр. , при повышенном содержании в питьевой воде); • заболевания печени, селезенки, поджелудочной железы; • нарушение регуляции обмена железа.

Основные проявления избытка железа: • отложение железа в тканях и органах, сидероз; • пигментация кожи; • изжога, тошнота, рвота, боли в желудке, запор или диарея, изъязвление слизистой оболочки кишечника; • печеночная недостаточность, фиброз; • повышенная насыщенность железом трансферрина; • снижение уровня сывороточного железа (в 1, 5 -3 раза); • повышение риска развития атеросклероза, болезней печени и сердца, артритов, диабета и т. д. • угнетение клеточного и гуморального иммунитета; • увеличение риска развития инфекционных и опухолевых заболеваний; • потеря аппетита, уменьшение массы тела.

Обмен цинка в организмеживотных

Основные проявления избытка цинка: • Нарушения функций иммунной системы, аутоиммунные реакции; • Нарушения состояния кожи, волос, когтей, копыт ; • Болезненная чувствительность желудка, тошнота; • Снижение содержания в организме железа, меди, кадмия; • Ослабление функций предстательной железы; • Ослабление функций поджелудочной железы; • Ослабление функций печени.

Обмен меди в организме животных

Основные проявления избытка меди: • функциональные расстройства нервной системы; • при вдыхании паров может проявляться «медная лихорадка» (озноб, высокая температура, проливной пот, судороги в икроножных мышцах); • воздействие пыли и окиси меди может приводить к слезотечению, раздражению конъюнктивы и слизистых оболочек, чиханию, жжению в зеве, слабости, болям в мышцах, желудочно-кишечным расстройствам; • нарушения функций печени и почек; • поражение печени с развитием цирроза и вторичным поражением головного мозга, связанным с наследственным нарушением обмена меди и белков; • аллергодерматозы; • увеличение риска развития атеросклероза; • гемолиз эритроцитов, появление гемоглобина в моче, анемия.

Основные проявления избытка кадмия: • • простатопатия; кардиопатия, гипертония; эмфизема легких; остеопороз, деформация скелета; нефропатия; анемия; развитие дефицита цинка, селена, меди, железа, кальция.

Основные проявления избытка мышьяка: • раздражительность; • нарушение функций печени, развитие жирового гепатоза; • кожные аллергические реакции, экзема, дерматит, зуд, язвы, депигментация кожи, гиперкератоз, конъюнктивит; • поражение системы дыхания (фиброз, аллергозы, прободение носовой перегородки, опухоли); • поражение сосудов (в первую очередь нижних конечностей, эндоангиит); • нефропатия; • увеличение риска развития новообразований кожи, печени, легких; • при острой интоксикации, — внутрисосудистый гемолиз, острая почечная, печеночная недостаточность, кардиогенный шок; • отдаленные последствия, — снижение остроты слуха у детей, поражения нервной системы (энцефалопатии, нарушения речи, координации движений, судороги, психозы, полиневриты с болевым синдромом), нарушение трофики мышц, иммунодефицит. • тормозит усвоение Zn, Se, витаминов С, А , Е, аминокислот

Механизм ингибирования ионами Pb ОДПВК

Пероксид водорода в эритроцитах расщепляется каталазой 2 Н 2 О 2 2 Н 2 О + О 2 или глутатионпероксидазой 2 GSH + H 2 O 2 GSSG + 2 H 2 O в присутствии ионов ТМ глутатион не способен участвовать в реакции 2 GSH + Me 2+ GS – Me – SG + 2 H+

Синергисты и антагонисты (на примере кальция) • Избыток Ca приводит к дефициту Zn и P • Избыток P, Pb, Zn, Mg, Co, Fe, K, Na приводит к дефициту кальция • Ca костной ткани близок к Sr и Ba, поэтому их ионы могут замещать Са в костях • Pb, Cd, Al, Mg, Fe, ненасыщенные ВЖК, избыток углеводов, белков, гипо- и гипертиреоз, дефицит D 2 и D 3 приводят к снижению уровня Ca в организме

Сезонная динамика тяжелых металлов и ХОП в молоке, мг/л

1. Мелкодисперсный аморфный Si. O 2 - Аэросил-500; - Белая сажа; - Аэросил + имидазолы 2. Древесные угли - Отработанный при производстве тиамина активированный уголь; - Отработанный при производстве витамина С активированный уголь; - Аскосорб (комплекс цинка с аскорбинатом); 3. Гидроалюмосиликаты месторождений Белгородской области - Карбосил; - Экос + цинка, марганца, железа и кобальта аскорбинаты; - Экос + клеточный сок лекарственных растений; - Экос + имидазолы

А Б Зависимость степени извлечения Pb 2+ (А) и Cu 2+(Б) в системах HNO 3+Na. NO 3 (1); HCl+Na. Cl+глицин (2); HCl+Na. HCO 3 (3)

А Б Зависимость степени извлечения стронция-90 (А) и цезия 137 (Б) от p. H раствора

Процентная доля свинца, эскретированного с калом, мочой и молоком Контроль Атокс Белая сажа

Кобальта, цинка, марганца и железа аскорбинаты (патенты РФ № 2078519, 2085087, 2099965, 2105498)

Калия и натрия аскорбинаты (патент РФ № 2066960)

Другие пути использования энтеросорбентов • Нанесение клеточных соков лекарственных растений на наноструктурные сорбенты • Инкапсулирование лекарственных препаратов с использованием наноструктурных сорбентов • Удаление токсичных пептидов и полепептидов с помощью сорбентов (патент РФ № 2372982)

–––– Контроль Часы после отела –––– Опыт (фитоминералосорбент) Динамика изменения концентрации тяжелых металлов и нитрат- ионов в молозиве коров

Концентрация витаминов в сыворотке крови

Активность ферментов сыворотки крови, % к контролю

Концентрация малонового диальдегида (МДА) в сыворотке крови

Возможный механизм инициации процесса перекисного окисления ROOH + Me(n)+ ROO* + Me(n-1)+ + H+ Антиоксиданты Превентивные Каталазы, пероксидазы Агенты, хелатирующи е металл Прерывающие цепь (in vivo) Энтеро сорбент ы Супероксид дисмутаза Витамин Е, ураты

Микроскопическая фотография диоксида кремния (4997 : 1)

Энергодисперсионный анализ сорбента

1 ИК-спектры: 1 -сок алоэ, 2 -фитосорбент 2

Данные опыта по выяснению лечебной эффективности фитоминералосорбента (ФАМС) Группа Количество животных Количество выздоровевших животных % Сочетанное применение ФАМС с фармазином при колибактериозе телят I 5 5 100 III 5 4 80 5 100 Контроль IV 5 Терапевтическая эффективность ФАМС при дизентерии свиней I 20 7 35 II 20 12 60 III 20 19 95 Контроль IV 5 - - V 10 8 80

А В Полутонкий срез печени цыплят контрольной (А) и опытной (В) групп. Азур II. Микмед-2. 1600 х. 1. синусоиды; 2. печеночная трубочка; 3. желчный капилляр.

А В Срез тонкой кишки цыплят контрольной (А) и опытной (В) групп. Гематоксилин +эозин. Микмед-2. 250 х. 1. основа ворсинки; 2. каемчатый эпителий; 3. крипта; 4. лимфоидные скопления; 5. мышечный слой слизистой оболочки.

А В Срез тонкой кишки цыплят контрольной (А) и опытной (В) групп. Альциановый синий. Микмед-2. 250 х. 1. основа ворсинки; 2. крипты; 3. бокаловидные клетки ворсинки; 4. бокаловидные клетки крипт.

А В Срез селезенки цыплят контрольной (А) и опытной (В) групп. Гематоксилин+эозин. Микмед-2. 640 х. 1. центральная артерия; 2. селезеночное тельце; 3. красная пульпа.

А В 1 3 1 2 4 Срез щитовидной железы цыплят контрольной (А) и опытной (В) групп. Гематоксилин+ эозин. Микмед-2. 250 х. 1. малые фолликулы с разжиженным коллоидом; 2. средние фолликулы; 3. вакуоли; 4. строма.

Схема биосинтеза каротиноидов Ликопин -Каротин OH OH -Криптоксантин Зеиноксантин OH HO Лютеин HO OH Зеаксантин

Динамика изменения концентрации витаминов А, Е и каротиноидов в желке яиц Витамин А Каротиноиды Витамин Е

Tagetes erecta L.

Содержание ксантофиллов в свежих лепестках цветков различных сортов бархатцев мг/г 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Сорта: 1 – Сиера оранжевый (T. erecta), 2 – Родос (T. erecta), 3 – Оранжевый снег (T. erecta), 4 – Оранжевое пламя краевые цветки окрашенные антоцианами (T. patula), 5 – Коландо абрикосовый (T. erecta), 6 – Оранжевое пламя (центральные цветки – оранжевые) (T. patula), 7 – Оранжевое пламя махровые (T. patula), 8 – Гармония (среднее содержание в цветках разной интенсивности окраски антоцианами) (T. patula), 9 – Лимонные (T. erecta). Бархатцы выращены в сезоне 2006 г. Содержание ксантофиллов – в пересчете на лютеин 49

Рис. 1. а - желток куриного яйца без применения кормовой добавки; б - цветок бархатцев; в – разработанная кормовая добавка, г – желток после применения кормовой добавки (патент РФ № 2372982)

Пигментация желтков яиц

Соотношение лютеина и зеаксантина в желтке яиц кур-несушек Группа Соотношение лютеина к зеаксантину Контрольная 3, 28: 1, 00 Препарат «ОРО ГЛО» 3, 72: 1, 00 Добавка растит. ксантофил. 3, 95: 1, 00 Препарат «Бета-Рост» 3, 47: 1, 00

Спасибо за внимание