Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству
На правах рукописи
КАРЕЛИНА
юбовь Николаевна
МОРФОЛОГО-МЕТАБОЛИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ МАЛОНОВОЙ КИСЛОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОМ ПТИЦЕВОДСТВЕ
06.02.01 - диагностика болезней и терапия животных, патология, онкология и морфология животных
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук
Иркутск - 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Иркутская государственная сельскохозяйственная академия Министерства сельского хозяйства Российской Федерации
Научный консультант: доктор ветеринарных наук, профессор Ильина Ольга Петровна
Официальные оппоненты:
Труш Наталья Владимировна - доктор биологических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный аграрный университет, кафедра морфологии и патологии животных факультета ветеринарной медицины и зоотехнии, заведующая;
Рядинская Нина Ильинична - доктор биологических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Алтайский государственный аграрный университет, кафедра анатомии и гистологии, профессор;
Тармакова Светлана Степановна - доктор биологических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова", испытательный лабораторный центр, директор.
Ведущее учреждение: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Красноярский государственный аграрный университет"
Защита состоится 28 ноября 2012 года в 10.00 на заседании диссертационного совета Д 220.027.02 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Дальневосточный государственный аграрный университет на факультете ветеринарной медицины и зоотехнии, 5 корпус, аудитория 14 а, по адресу: 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, е-mail: ivmz_dalgau@mail.ru.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Дальневосточный государственный аграрный университет
Автореферат разослан л______ _____________2012 года
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат биологических наук, доцент Самусенко О.Л.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Увеличение производства высококачественных экологически чистых продуктов животноводства, и в частности птицеводства, во все времена имело принципиальное значение, поскольку от этого зависело снабжение населения биологически полноценными животными белками, в которых соотношение незаменимых аминокислот близко к таковому в тканях человека (Бобылева Г., 2009; Чуприна Н., 2009). В настоящее время эта проблема стоит еще более остро, так как от ее решения во многом зависит достижение такой стратегической цели, как обеспечение продовольственной и пищевой безопасности страны, а значит - и существование России в статусе независимого государства (Данкверт С.А., 2008; Фисинин В.И., 2009).
Как известно, организация научно обоснованного кормления сельскохозяйственных птиц вкупе с другими технологическими факторами (высокий генетический потенциал, содержание животных при оптимальных условиях среды в производственных помещениях) непосредственно влияет на уровень их продуктивности, определяет показатели рентабельности в этой важнейшей отрасли аграрного производства. Немаловажное значение имеет также четко спланированная система ветеринарных мероприятий, предохраняющая животных от воздействия инфекционных агентов и создающая предпосылки для профилактики незаразных заболеваний и высокой продуктивности (Шаптала И.П., 1977; Баланин В.И., 1979; Болотников И.А. и др., 1983; Митюшников В.М., 1985; Бессарабов Б.Ф., 1989; Благова В., 1991; Смирнов А.М., 1997; Уланов А.А., 1998; Кармолиев Р.Х. и др., 1999; Смирнов А.М. и др., 2001, Смирнов А.М., 2008; Котов И., 2002; Кожемяка Н.В., Самойлова Л.Ф., 2003; Кошич И.И. и др. 2003, 2004, 2005; Бессарабов Б.Ф. и др., 2005; Болезни сельскохозяйственных Е, 2005; Белик Е.В. и др., 2008; Прохорова Ю., 2009; Хлопицкий В.П. и др., 2009).
В последние десятилетия наряду с традиционными кормами, содержащими все компоненты, необходимые для построения и развития собственных тканевых структур животного, реализации его физиологических функций и хозяйственно полезных свойств, широкое применение нашли различные биостимуляторы, в том числе и в промышленном птицеводстве (Завьялов Н.В., Фролов В.П., 2004).
Среди этих биостимуляторов значительное место занимают многочисленные метаболиты и лекарственные препараты, позитивный эффект которых при выращивании сельскохозяйственных птиц обусловлен их антистрессовым действием (Хеннинг А., 1976; Яковлева Е.Г. и др., 1983; Бузлама В.С. и др., 1986; Паньков П., МихееваТ., 1987; Бузлама В.С. и др., 1988; Викторов П., и др., 1988; Вракин Б.Ф. и др., 1989; Околелова Т.М. и др., 1989; Фисинин В.И., Околелова Т.М., 1989; Абрамян Э., Костанян А., 1990; Крюков В., Кривцов В., 1990; Симонян А.Б. и др., 1998; Власов Б.Я. и др., 1999; Бурцева Е., 2001; Органические кислотыЕ, 2005; Гаврикова Л., 2007; Егорова А., 2007; Кочиш И.И. и др., 2007; Лукичева В., 2008; Ежова О. и др., 2009; Скворцова Л.Н., 2010; Balog J.M., Miller R.I., 1989).
Широкое применение в профилактике последствий производственных стрессов в условиях промышленного птицеводства получила янтарная кислота, поскольку Россия является лидером в изучении роли этой органической кислоты при функционировании разнообразных физиологических и патологических процессов (Силаева А.М., 1983; Капаян Л.Р. и др., 1986 а, б, в; Фисинин В.И. и др., 1986; Николаенко В.П., 1988, 1989; Вракин В.Ф. и др., 1989; Лузбаев К. и др., 1996; Чугунов А., 1997; Кармолиев Р.Х., Лукичева В.А., 1999; Кармолиев Р.Х., 2002; Найденский М.С. и др., 2002; Кармолиев Р.Х. и др., 2003; Янтарная кислотаЕ, 2005; Кармолиев Р.Х. и др., 2006).
Вместе с тем, повышение уровня метаболизма янтарной кислоты при напряженных физиологических состояниях и стрессовых воздействиях, которое проявляется в гиперактивации сукцинатдегидрогеназы [СДГ] (Окон Е.Б., 1979; Кондрашова М.Н., 1984; Синицкий В.М. и др., 1996) , может приводить к избыточной генерации активных форм кислорода и развитию оксидативного стресса (Микаэлян Э.М., Мкртчян С.Л., 1987; Герасимов А.М. и др., 1998; Меньщикова Е.Б. и др., 2006, 2008; Feinendegen L.E., 2000; Banfi B. et al., 2004).
Отмеченные теоретические представления о роли гиперактивации сукцинатдегидрогеназы в этиологии и патогенезе некоторых адаптивных и патологических процессов нашли подтверждение при изучении биологических эффектов ряда фармакологических препаратов, в основе действия которых лежит нормализация активности одного из ключевых ферментов цикла Кребса (Кондрашова М.Н., 1979; Ураков А.Л., 1982; Микаэлян Э.М., Мкртчян С.Л., 1987). В связи с этими данными была несколько пересмотрена роль янтарной кислоты как экзогенного биостимулятора: ее введение животным и человеку должно учитывать исходное состояние организма с тем, чтобы не форсировать метаболизм сукцината, который может сопровождаться гиперактивацией СДГ с указанными выше последствиями.
Исходя из вышеизложенного, мы предположили, что для коррекции стрессовых состояний у животных, компонентом которых, как правило, является дисбаланс в системе свободнорадикального окисления - антиоксидантной защиты, целесообразно использовать малоновую кислоту, которая является конкурентным ингибитором СДГ.
Цель и задачи исследования - изучить морфолого-метаболические механизмы защитного эффекта малоновой кислоты при различных стрессовых ситуациях у цыплят-бройлеров для разработки биологической основы использования малоната в промышленном птицеводстве.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Определить активность СДГ в мозге, печени и почках цыплят-бройлеров при световой депривации и на фоне добавления в корм малоновой кислоты в дозе из расчета 100 мг на 1 кг живой массы.
2. С помощью биохимических и морфолого-гистохимических подходов обосновать световую депривацию цыплят-бройлеров как стрессовую реакцию.
3. Изучить протективный эффект малоновой кислоты в условиях темнового стресса.
4. Установить защитный эффект кормовой малоновой кислоты при воспроизведении теплового стресса у цыплят-бройлеров.
5. Исследовать состояние показателей системы перекисного окисления липидов-антиоксидантной защиты (ПОЛ-АОЗ) при темновом стрессе, выявить антиоксидантное действие малоната и его витамин С - сберегающий эффект у цыплят-бройлеров на фоне световой депривации.
6. В экспериментах in vitro и при нарушении светового режима у цыплят-бройлеров выявить малонатподобный эффект фумаровой кислоты.
7. Исследовать у бройлеров при нарушении фотопериодизма механизмы деградации соединительнотканных структур, входящих в костную и мышечную ткань, и выявить профилактический эффект малоновой кислоты при этом стрессовом воздействии на состояние минерализованного органа и качество мяса.
8. В научно-хозяйственных опытах изучить эффективность включения малоната в рацион кур и телят в целях снижения их отхода и сохранения яичной и мясной продуктивности при разных видах производственных стрессов.
Научная новизна
Разработана и обоснована с помощью морфологических и метаболических исследований модель стрессовой реакции путем световой депривации кур в течение 27 часов и с перерывами в течение трех суток.
Приоритетными являются данные по обнаружению антиоксидантных свойств у малоновой кислоты, которые связаны с торможением гиперактивации СДГ и проявляются в снижении уровня продуктов ПОЛ (диеновые коньюгаты (ДК) и малоновый диальдегид, (МДА)) и повышением вклада системы антиоксидантной защиты (каталаза, пероксидазы, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа (Г-6ФДГ), общая антиокислительная активность (АОА), витамин Е, аскорбиновая кислота).
В опытах in vitro и на цыплятах-бройлерах при нарушении светового режима установлено, что малонатподобным эффектом при темновом стрессе обладает фумаровая кислота, которая широко применяется как антистрессовый препарат и анаболик в зооветеринарной практике.
Впервые показано, что малоновая кислота через свой антиоксидантный эффект оказывает витамин С-сберегающее действие при темновом стрессе. Новыми являются данные об антигипоксантном действии малоната при нарушении светового режима, которое характеризуется предотвращением накопления молочной кислоты, снижением содержания гликогена в печени, нормогликемией и нормализацией активности Г-6ФДГ.
Проведение морфолого-энзимогистохимических исследований показало, что малоновая кислота при световой депривации профилактирует нарушение микроскопической структуры печени и надпочечников, нормализует такие гистохимические показатели, как содержание гликогена, липидов, активность ЩФ и СДГ, что в целом подтверждает данные, полученные при биохимических исследованиях.
Установлено, что малоновая кислота в условиях двукратного лишения света при содержании цыплят предотвращает избыточное образование коллагеновых структур в грудных и бедренных мышцах, что сохраняет биологические и потребительские качества куриного мяса.
Защитный эффект малоната при темновом стрессе проявляется также в торможении деградации костной ткани у цыплят-бройлеров, происходящей при трехкратном воздействии световой депривации.
Применение малоновой кислоты у кур при других видах экстремальных воздействий (тепловой и кормовой стресс, снижение фронта кормления, изменение структуры корма) оказывает позитивный эффект, который проявляется в поддержании температурного гомеостаза, снижении отхода, сохранении и повышении исходной продуктивности.
Позитивный эффект малоната при выращивании молочных телят позволяет расширить применение этой кислоты у других видов сельскохозяйственных животных.
Теоретическая ценность и практическая значимость
Теоретическая ценность работы заключается в том, что на модели темнового стресса обнаружено новое свойство малоновой кислоты - ее антистрессовая и антиоксидантная активность, в основе которой лежит предотвращение гиперактивации СДГ.
На основании экспериментов in vitro и на цыплятах-бройлерах установлено, что широко применяемая в зооветеринарной практике фумаровая кислота при световой депривации оказывает тормозящее воздействие на активность СДГ печени, мозга и почек, т.е. проявляет ранее неизвестный малонатподобный эффект.
Обнаружена связь антиоксидантной активности малоната с углеводным обменом и состоянием пула витамина С в организме кур при нарушении светового режима содержания, выявлена взаимосвязь между потреблением малоновой кислоты при световой депривации и процессами деградации соединительнотканных структур в составе мышечной и костной ткани.
Полученные результаты расширяют и дополняют концепцию свободнорадикальной патологии соединительной ткани на примере животных, имеющих практическое значение для обеспечения человека высококачественными продуктами питания.
Установленная защитная функция малоната при стрессовых воздействиях является теоретической основой в использовании этой карбоновой кислоты для поддержания высокого уровня здоровья птиц и других животных, минимизации отхода и сохранения их продуктивности при разнообразных технологических нарушениях их выращивания.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на научно - практических и международных конференциях:
- Конференция Агропромышленная неделя, Использование карбоновых кислот в рационах бройлеров и американской норки для повышения продуктивности животных. Иркутск, Сибэкспоцентр 2005;
- Конференция Зооиндустрия, использование малоновой кислоты в рационах бройлеров в условиях производственных стрессов. Иркутск, Сибэкспоцентр 2006;
- Конференция Агропромышленная неделя, Внедрение малоната в качестве антистрессовой добавки в кормление птиц. Иркутск, Сибэкспоцентр 2007;
- Конференция Актуальные вопросы развития регионального АПК (Иркутск 2006,2007);
- Проблемы устойчивого развития АПК (Иркутск 2008);
- Международная научно - практическая конференция Актуальные проблемы электрофизиологии и незаразной патологии животных, посвященной 70- летию профессора Ю.А. Тарнуева.-Улан-Удэ, 2009;
- 16-я конференция Достижения в современном птицеводстве исследования и инновации.- Всемирная научная ассоциация по птицеводству (ВНАП Российское отделение).- М., 2009;
- Международная научно - практическая конференция Природа и сельскохозяйственная деятельность человека.- Иркутск,2011;
- 17-ая международная конференция Инновационные разработки и их освоение в промышленном птицеводстве. - Всемирная научная ассоциация по птицеводству (ВНАП Российское отделение).- М., 2012;
Публикации
По теме диссертации опубликовано 31 научных статьи, в том числе 15 - в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Положения, вносимые на защиту:
1. Световая депривация у цыплят-бройлеров в течение 27 часов приводит к повышению активности СДГ по морфологическим и метаболическим параметрам, является моделью классической стрессовой реакции.
2. Малоновая кислота при скармливании ее в дозе 100 мг на 1 кг живой массы кур предотвращает развитие теплового и темнового стресса с нормализацией морфологических и энзимогистохимических показателей печени и надпочечников.
3. Малоновая кислота при световой депривации через торможение гиперактивации СДГ оказывает антиоксидантное действие, которое лежит в основе ее витамин С-сберегающего эффекта и протективного действия на деградацию соединительнотканных структур, входящих в состав мышечной и костной ткани.
4. Позитивный эффект малоната при темновом стрессе у цыплят-бройлеров проявляется в сохранении оптимального соотношения активности гликолиза и пентозофосфатного цикла.
5. По данным модельных и натурных экспериментов на бройлерах, фумаровая кислота при темновом стрессе обладает малонатподобным эффектом.
6. Включение малоновой кислоты в рационы яйценоских кур и цыплят-бройлеров при кормовых стрессах предотвращает снижение продуктивности, а также положительно влияет на качественные показатели мяса и яиц кур.
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 298 страницах компьютерного набора, состоит из введения, обзора литературы, описание материалов и методики исследований из 4 глав результатов собственных исследований и их обсуждения, 12 выводов, предложений производству и списка цитированной литературы. Работа иллюстрирована 19 таблицами, 33 рисунками. Библиографический указатель включает 556 источников из них отечественных 432 и 124 зарубежных.
СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалы и методы исследования
Экспериментальная и научно-хозяйственная части работы выполнялись в период с 2002 по 2011 годы. Объектом исследования были выбраны куры, поскольку продукция птицеводства в количественном и качественном отношении занимает одно из первых мест по снабжению населения высококачественными белками, обладающими по соотношению незаменимых аминокислот уникальной биологической ценностью. Не случайно, что в настоящее время эталоном биологической полноценности пищевого белка являются белки яиц, которые отодвинули на второе место белки молока.
Основной моделью эксперимента стрессовой реакции служило нарушение светового режима выращивания кур, которое заключалось в полном лишении животных света на разное время в зависимости от целей эксперимента. Обычно световую депривацию проводили однократно в течение 24 часов, а также производилось двукратное и трехкратное лишение птиц освещения с перерывом в 21 час. Учитывая, что свет оказывает разнообразное биологическое воздействие на развитие птиц в ранние периоды постнатального онтогенеза, для опыта использовали обычно цыплят-бройлеров в возрасте 14 - 15 дней, т.е. в период, когда они были адаптированы к режиму освещения 21С:3Т. (Следует отметить, что с учетом 3 часов темноты по режиму освещения, световая депривация в реальности продолжалась 27 часов). Преимущество данного метода перед другими способами вызывания стресс-реакции заключается в возможности строгого дозирования стрессового воздействия на каждое животное, находящееся в клетке, без выведения птиц из места их обычного обитания.
Для воспроизведения теплового стресса цыплята бройлеры выращивались при температуре 28оС.
Кормовой стресс моделировали путем смены гранулированного корма на рассыпной.
Всего в экспериментах было использовано 660 животных. Кормление и содержание бройлеров осуществляли в соответствии с паспортом кросса с ежедневным осмотром животных опытным ветеринарным врачом. Животные в зависимости от целей исследования (острый эксперимент или научно-хозяйственный опыт) получали малоновую кислоту в составе корма в пропорциях от 100 до 5 мг на 1 кг живой массы. Малонат добавлялся в корм за сутки до начала эксперимента и в течение проведения всего опыта. Малоновая кислота хорошо растворима в воде, она придает кисловатый вкус комбикорму, который хорошо поедается.
При проведении исследований животных забивали декапитацией с помощью остро заточенных портновских ножниц, собирали кровь, вскрывали бройлеров и забирали необходимые органы и ткани для морфо-гистохимических и биохимических исследований.
Схема проведения исследований
Морфолого-энзимогистохимические методы (Меркулов Г.А., 1969; Пирс Э., 1962)
После окончания эксперимента птиц забивали быстрой дислокацией головы, выделяли надпочечник, отбирали образец из надпочечника и левой внутренней доли печени, фиксировали в 10% растворе нейтрализованного формалина. Для оценки морфологической картины после соответствующей промывки фиксированный материал подвергали обезвоживанию, заливали в парафин и на санном микротоме получали срезы толщиной 7 - 10 мкм.
Для выявления лабильных компонентов тканей (липиды, гликоген, щелочная фосфатаза, СДГ) срезы толщиной 10 - 15 мкм получали на замораживающем микротоме.
Биохимические методы
Для оценки интенсивности ПОЛ в сыворотке крови определяли концентрацию диеновых конъюгатов (ДК; Гаврилов В.Б., Мишкорудная М.И., 1983) и малонового диальдегида (МДА; Стальная И.Д., Гаришвили Т.Г., 1977).
Из компонентов антиокислительной активности (АОА) измеряли активность каталазы и пероксидазы (Портяная Н.И. и др., 1990), общую АОА (Клебанов Г.И. и др., 1988), суммарную фракцию токоферолов и мочевую кислоту (Кондрахин И.П. и др.,2004), аскорбиновую кислоту по Тильмансу (2002), цитрат по Власову Б.Я. (1986).
Среди факторов, отражающих особенности структуры и функции изучаемых объектов определяли гидроксипролин и содержание коллагена (Замараева Т.В., 1977), концентрацию триптофана (Антипова Л.В. и др., 2001), содержание глюкозы (Камышников В.С.,2004), молекул средней массы (МСМ; Буинов Б.Б., Власов Б.Я.,1992), гликогена (Портяная Н.И. и др., 1990), компонентов костной ткани (Власов Б.Я., 1988), гемоглобина (Кондрахин И.П., 1985), метгемоглобина (Полякова В.К. и др.,1988), молочной кислоты с наборами фирмы Берингер (Германия).
В исследуемых органах измеряли активность Г6-ФДГ (КФ 1.1.1.49; Власов Б.Я., 1986), СДГ (КФ 1.3.99.1; Прохорова М.И., 1982), костный изофермент щелочной фосфатазы (КФ 3.1.3.1; Власов Б.Я.,1988), ферментов анаэробного гликолиза (Власов Б.Я., 1988).
Статистические методы исследования
Статистический анализ результатов исследования был проведен с помощью компьютерной программы и включал в себя описательную статистику результатов исследования (дескриптивный анализ) и корреляционный анализ. Вариационные ряды сравнивались по t-критерию Стьюдента с расчетом среднего значения (М), стандартного отклонения и средней квадратичной ошибкой (m). Выбранный критический уровень значимости равнялся (Р 0,05), что соответствует критерию, рекомендованному для биологических исследований (Гланц С., 1998).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Световая депривация как классический стрессовый фактор и защитный эффект малоната в отношении гиперактивации СДГ
На первом этапе нашего исследования было установлено, что добавление в корм курам малоновой кислоты даже в небольших дозах (5 - 10 мг на голову) предотвращает или значительно снижает психоэмоциональную реакцию животных на появление человека в помещении, дачу корма и воды, уборку клеток, отлов, хэндлинг, транспортировку в другое помещение, взвешивание. Такой поведенческой картины не наблюдается даже в том случае, если находящиеся в этом же помещении птицы, не получавшие малонат, ведут себя беспокойно, активно реагируя даже на незначительные изменения в окружающем их пространстве.
Для воспроизведения стресс-реакции у кур мы предложили использовать феномен нарушения светового режима выращивания кур, которое, по нашему мнению, должно являться удобной и строго стандартизированной формой экстремального воздействия на животных, аналогичной классической адаптивной реакцией по Г.Селье.
Действительно, как показывают данные таблицы 1, лишение цыплят света вызывает статистически значимое снижение содержание эозинофилов и повышения массы надпочечников, характерные для стадии тревоги по Селье. Важно отметить, что световая депривация цыплят-бройлеров сопровождается существенным (на 48,6 %) повышением содержания цитрата в крови, что является типичной реакцией птиц на стресс (Boushy, A. R.,1990).
Таблица 1- Маркеры стрессовой реакции при световой депривации у цыплят-бройлеров при потреблении малоновой кислоты, Мm
| Показатели* | Характер экспериментальной серии | ||
Интактные бройлеры | Темновой стресс | Темновой стресс + малонат | |
Эозинофилы, % | 4,9 0,3 | 3,8 0,1 | 4,8 0,2 |
Масса надпочечников (мг/100 г) | 7,4 0,2 | 10,8 0,8 | 7,9 0,2 |
Цитрат, мкмоль/л | 144 6 | 214 15 | 160 8 |
*в таблице представлены среднеарифметические данные из 8 кур
Можно полагать, что наблюдаемое в наших и цитированных исследованиях повышение концентрации лимонной кислоты при нарушении светового режима имеет компенсаторный характер, поскольку это повышает пул метаболита, активно участвующего в последующих синтетических процессах восстановительной фазы.
Морфолого-энзимогистохимические характеристики темнового стресса и его коррекция малоновой кислотой
Полученные нами данные подтверждаются результатами морфолого-энзимогистохимического исследования. Так, темновой стресс приводит к нарушению микроструктуры печени, которое выражается в расширении синусоид, проявлении белковой дистрофии и увеличении размеров клеток Купфера. Гистохимически выявляется повышение активности сукцинатдегидрогеназы и концентрации липидов, снижается содержание гликогена и уровень щелочной фосфатазы.
В надпочечниках при световой депривации у птиц наблюдается снижение базофильной окраски клеток коркового вещества, содержания липидов и активности СДГ. Добавление в корм цыплятам малоновой кислоты до и в течении стрессового воздействия предотвращает нарушение структуры печени и надпочечников, нормализует содержание метаболитов и активности ферментов в этом эндокринном органе.
Световая депривация при выращивании цыплят-бройлеров приводит к нарушению микроструктуры печени, которая выражается в расширении синусоид, проявлении белковой дистрофии и увеличении размеров клеток Купфера. (рис.2)
Рис 1. Печень интактного бройлера.
Рис 2. Печень бройлера при темновом стрессе.
Рис 3. Печень бройлера в условиях защиты от стресса малонатом.
Наибольший интерес в плане развиваемой нами концепции о роли янтарной кислоты и ее конкурентного ингибитора малоната представляют результаты повышения активности СДГ в печени по сравнению с интактным контролем (рис.1) и ее нормализация при введении в корм малоновой кислоты (рис.3). Кроме этого в серии с темновым стрессом отмечается повышение концентрации липидов, снижение содержания гликогена и уровня активности щелочной фосфатазы. Все эти изменения в значительной степени нормализуются под влиянием малоновой кислоты.
В надпочечниках при нарушении фотопериодизма у птиц наблюдается снижение степени базофильной окраски клеток коркового вещества, в отличие от печени в надпочечниках отмечается уменьшение содержания липидов и активности СДГ, что свидетельствует об истощении гормональной функции.
Добавление в корм цыплятам малоновой кислоты в течение стрессового воздействия предотвращает изменение структуры печени и тинкториальные свойства клеток коркового вещества надпочечников, нормализует (по гистохимическим показателям) содержание метаболитов и активности ферментов в главной пищеварительной железе и эндокринном органе.
Напротив, в надпочечниках при световой депривации гистохимически отмечается снижение активности СДГ (рис.4,5,6), что отражает торможение стероидогенеза, что следует рассматривать как неблагоприятный фактор, приводящий к нарушению гормональной функции этого важного эндокринного органа.
Рис 4.Гистоморфология надпочечников интактных бройлеров.
Рис 5. То же, но при темновом стрессе.
Рис 6. Гистоморфология надпочечников при защите птиц от темнового стресса малонатом.
На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что лишение света у молодых цыплят-бройлеров действительно представляет собой классическую стрессовую реакцию, которая характеризуется гипертрофией надпочечников, эозинопенией, повышением концентрации в крови лимонной кислоты и согласованными изменениями морфолого-гистохимических показателей, отражающих активацию катаболических процессов на первой стадии адаптивной реакции организма на чрезвычайное воздействие. Полученные в этом разделе данные, а также результаты по определению активности СДГ позволяют аргументировано рассматривать антиоксидантную функцию малоновой кислоты с точки зрения регуляции одного из ключевых ферментов цикла Кребса и его антистрессового эффекта.
Активность СДГ тканей мозга, печени и почек при темновом стрессе у цыплят бройлеров при добавлении в корм малоновой кислоты
При воспроизведении световой депривации, которая является удобной и строго стандартизированной формой экстремального воздействия на кур, было установлено (табл.2), что в тканях мозга, печени, почек наблюдается существенное статистически значимое повышение активности СДГ, которая соответственно составляет для этих органов 177.6, 230.4 и 173.7% от аналогичного уровня этих показателей у птиц, не подверженных световой депривации. Как можно видеть из результатов, представленных в таблице 2,
Таблица 2 - Влияние малоновой кислоты на активность СДГ (нмоль в мин на г ткани) в различных органах цыплят-бройлеров при темновом стрессе, М m
Характер опыта* | Мозг | Почки | Печень |
Контроль | 51840 | 80254 | 30616 |
Темновой тресс | 92076 | 172688 | 70548 |
Стресс+малонат | 64631 | 100761 | 36726 |
*в таблице представлены среднеарифметические данные из 8 опытов
введение в корм малоновой кислоты сопровождается статистически значимым снижением активности СДГ (вплоть до нормализации) по сравнению с уровнем этой величины у стрессированных животных. Важно отметить, что снижение активности этого фермента под влиянием малоната никогда не уменьшалось ниже аналогичного показателя, характерного для интактных цыплят. Другими словами, малоновая кислота в условиях стресса действует не просто как ингибитор СДГ, а является фактором, оптимизирующим данную ферментативную активность и снижающим вероятность дополнительной генерации активных форм кислорода, которые могут привести к оксидативному стрессу. Это приводит к тому, что активность фермента находится на достаточно высоком уровне, позволяющем эффективно использовать янтарную кислоту для энергетических и пластических целей. Кстати, гистохимические данные, о чем мы говорили выше, также подтверждают факт повышения активности СДГ в печени при темновом стрессе и ее сохранения при даче малоната.
Малонатподобный эффект фумаровой кислоты
Анализ литературных данных по регуляции активности СДГ показал, что среди естественных конкурентных ингибиторов фермента наибольшую активность проявляет щавелевоуксусная кислота (Виноградов А.Д., 1979). Квантомеханический анализ дикарбоновых кислот не исключает также возможность некоторого торможения активности СДГ фумаровой кислотой, которая одна из первых органических кислот стала широко применяться в зооветеринарной практике за рубежом и у нас в стране (Фисинин В.И., Околелова Т.М., 1989). Учитывая, что экзогенная фумаровая кислота как продукт катализа СДГ через механизм обратной связи и как структурный аналог субстрата может оказывать тормозящее действие на активность фермента, мы предположили, что в основе антистрессовых и антиоксидантных свойств фумарата лежит малонатподобный эффект.
Эксперименты, проведенные на модельной системе (10 % тканевые гомогенаты) in vitro показывают (табл. 3), что добавление в инкубационную среду малоновой кислоты вызывает заметное статистически значимое снижение активности фермента во всем диапазоне испытанных концентраций во всех органах.
В этих условиях фумаровая кислота оказывает также ингибиторное воздействие на активность СДГ во всех органах, хотя это влияние выражено не столь отчетливо (особенно в мозге), как в опытах с добавлением малоната. Тем не менее, при концентрации фумарата 0,001 М (реально достижимая величина в организме) активность СДГ снижается в мозге на 11,7%; в почках на 13,6%; а в печени на 25,5 % .
Таблица 3- Активность СДГ in vitro (нмоль в мин на г ткани) различных органов цыплят-бройлеров при добавлении в среду малоната или фумарата, М m
Ингибитор, кон-ция | Мозг | Почки | Печень |
Контроль | 485 9 | 7526 | 3023 |
Малонат, 0,01 М | 521 | 952 | 411 |
Малонат, 0,001 М | 3215 | 4416 | 1923 |
Малонат, 0,0001 М | 4157 | 6805 | 2462 |
Фумарат, 0,01 М | 4073 | 5966 | 1892 |
Фумарат, 0,001 М | 4304 | 6506 | 2253 |
Фумарат, 0,0001 М | 4636 | 7759 | 2854 |
Результаты, описанные выше и свидетельствующие о тормозящем влиянии фумаровой кислоты на активность СДГ в модельной системе, находят свое подтверждение в экспериментах по измерению активности этого фермента в органах цыплят-бройлеров, перенесших повторный темновой стресс. Как можно видеть из результатов таблицы 4, световая депривация вызывает у птиц статистически значимое повышение активности фермента в печени, мозге и почках соответственно на 131 , 78 и 115% , что согласуется с известными данными о гиперактивации СДГ при экстремальных воздействиях. В этих условиях фумаровая кислота статистически значимо снижает активность фермента в почках и печени по сравнению с аналогичной величиной, полученной в опытах с моделированием темнового стресса без защиты.
Таблица 4 - Влияние малоновой и фумаровой кислот на активность СДГ в различных органах цыплят-бройлеров при темновом стрессе, М m
Характер опыта* | Мозг | Почки | Печень |
Контроль | 51840 | 80254 | 30616 |
Темновой стресс | 92076 | 172688 | 70548 |
Стресс+малонат | 64631 | 100761 | 36726 |
Стресс+фумарат | 83556 | 132782 | 48629 |
*представлены среднеарифметические данные из 8 определений в группе
Несмотря на то, что эффективность экзогенного фумарата как ингибитора СДГ ниже, чем у малоновой кислоты (особенно в случае мозговой ткани), он может рассматриваться как соединение с малонатподобным действием.
Таким образом, результаты, представленные в настоящем разделе, позволяют заключить, что в модельных опытах in vitro фумаровая кислота, подобно малонату, снижает активность СДГ печени, почек и в меньшей степени - мозга. В условиях повторного темнового стресса у цыплят-бройлеров фумаровая кислота, как и малоновая, при добавлении в корм предотвращает гиперактивацию СДГ в печени и почках. В связи с этим выявленный малонатподобный эффект фумаровой кислоты необходимо учитывать в пратике ее применения в промышленном птицеводстве, особенно при использовании этого субстрата цикла Кребса для коррекции экстремальных состояний, сопровождающихся оксидативным стрессом за счет гиперактивации СДГ.
Влияние малоната на тепловой стресс у цыплят-бройлеров
Для подтверждения того факта, что малоновая кислота при пероральном поступлении в организм птиц предотвращает развитие выраженной стресс-реакции через нормализацию активности СДГ, мы для сравнения дополнительно провели серию исследований с использованием классического стрессирующего фактора, каким является повышение температуры. Основанием для проведения этих исследований послужило наше предположение о том, что использование этой органической кислоты для профилактики теплового стресса целесообразно из-за торможения переноса электронов по дыхательной цепи на уровне окисления янтарной кислоты и снижения вклада химической терморегуляции в температурный гомеостаз.
Кроме того, в отличие от световой депривации, которая является хорошей экспериментальной моделью стресса, повышение температуры при выращивании сельскохозяйственной птицы и способы защиты от ее негативного воздействия на организм животных имеют практическое значение в промышленном птицеводстве, особенно при выращивании птиц на ранних стадиях постнатального онтогенеза (Baarendse P.J.J. et al., 2007).
Исследования были проведены в отдельном цехе промышленного стада , расположенном на территории птичника одного из учреждений ГУФСИН. В этом помещении, температура которого искусственно поддерживалась на уровне 28С, в клетках выращивались две группы по 10 цыплят-бройлеров кросса Гибро-6 в каждой с возраста от 14 до 18 дней. Цыплята 1-ой подопытной группы вместе с кормом получали по 30 мг малоновой кислоты в сутки в течение всего времени проведения эксперимента (5 дней).
Из птиц, находящихся в общем птичнике, где температура поддерживалась на уровне 17С, были сформированы 2-я контрольная и 2-я подопытная группы (по 10 птиц); животные 2-ой подопытной группы также получали малоновую кислоту по 30 мг в сутки в течение всего эксперимента.
Температуру тела цыплят измеряли под крылом с помощью электротермометра ТЭМП-1.
До и после окончания эксперимента цыплят взвешивали, затем птицу забивали декапитацией; в тканях печени, грудной и бедренной мышц определяли активность СДГ, а в сыворотке крови определяли концентрацию лимонной, молочной кислот и содержание молекул средней массы.
Как показывают результаты, представленные в таблице 5, содержание цыплят при внешней температуре 28С, вызывает статистически значимое повышение температуры под крылом на 1,3С по сравнению с аналогичным показателем у кур, содержавшихся при температуре 17С. Добавление в корм малоновой кислоты птицам, содержащимся при высокой температуре, сопровождается снижением температуры на 1,1С (Р < 0,001) по сравнению с соответствующим показателем в 1-й контрольной группе; небольшой эффект в отношении температуры тела отмечается и при даче малоната бройлерам, растущим при комфортной температуре.
Из результатов таблицы 5 можно видеть, что в условиях теплового стресса в печени, бедренной и грудной мышцах отмечается значительное (от 177% до 227 %) повышение активности СДГ по сравнению с аналогичной величиной 2-й контрольной группы. Введение ингибитора СДГ на фоне теплового стресса существенно снижает температуру тела цыплят (Р < 0,001), в то время как малонат практически не оказывает влияния на этот показатель у бройлеров, содержащихся при нормальной температуре.
Исследование содержания лимонной кислоты у птиц, находящихся в состоянии теплового стресса, доказало, что этот показатель существенно выше, чем у птиц во 2-ой контрольной группе; он статистически значимо снижается при потреблении малоната, который не оказывает заметного влияния на бройлеров, выращиваемых при комфортных температурных условиях в общем помещении птичника.
Таблица 5 - Влияние кормовой малоновой кислоты (30 мг на голову в сутки в течение 5 дней) на температуру тела и метаболические показатели цыплят-бройлеров при тепловом стрессе, М m
Показатели | Характер экспериментальных серий | |||
1-я контрольная группа (n=10) | 1-я подопытная группа (n=10) | 2-я контрольная группа( n=10) | 2-я подопытная группа (n=10) | |
Температура тела | 42,1 0,03 | 41.0 0,02 | 40,8 0,03 | 40,60,04 |
Активность СДГ печени* | 675 36 | 409 24 | 352 21 | 322 19 |
Активность СДГ бедренной мышцы | 402 21 | 276 24 | 227 18 | 203 13 |
Активность СДГ грудной мышцы | 261 14 | 146 12 | 115 9 | 128 11 |
имонная кислота, мкмоль/л | 293 18 | 185 13 | 156 10 | 169 8 |
Молочная кислота, ммоль/л | 3, 4 0,1 | 2,0 0,07 | 1, 5 0,08 | 1,60,07 |
МСМ (Е254), ед.экстинкци | 0,402 0,07 | 0,2980,05 | 0,2240,02 | 0,241 0,03 |
* активность фермента определяли в нмоль в мин на г ткани
Сходные результаты были получены и при исследовании других метаболических показателей: содержание молочной кислоты и молекул средней массы увеличивалось при тепловом стрессе, а малонат нивелировал это повышение, с другой стороны, малоновая кислота не оказывала существенного влияния при потреблении ее животными, выращиваемыми при 17С.
Анализ полученных результатов показывает, что торможение малоновой кислотой активности фермента энергетического обмена СДГ предотвращает повышение температуры тела, обусловленное снижением процессов химической терморегуляции, в основе которых лежат перенос электронов по дыхательной цепи и процессы использования АТФ, которые также сопровождаются выделением тепла (Рогожин В.В., 2009). Реальная возможность нормализации терморегуляторных процессов под влиянием малоновой кислоты обусловлена вовлеченностью в теплопродукцию таких крупных термогенераторов, какими являются грудные и бедренные мышцы, а также печень.
Избыточная тепловая нагрузка в наших исследованиях приводит не только к нарушению температурного гомеостаза, но и к развитию классического стресса, показателем которого у птиц, кроме увеличения содержания эозинофилов в крови, гипертрофии надпочечников (см. предыдущий раздел), является выявленное нами повышенное содержание лимонной кислоты, которое, как мы уже указывали выше, является высокоинформативным маркером стресс-реакции у птиц.
Данные, представленные в настоящем разделе, однозначно свидетельствуют о протективной роли малоновой кислоты при тепловом стрессе, добавление в корм которой препятствует повышению температуры тела у птиц за счет уменьшения вклада химической терморегуляции через торможение активности СДГ. О снижении системной стрессовой реакции при использовании в качестве кормовой добавки малоновой кислоты свидетельствует также снижение уровня цитрата и лактата, а также концентрации молекул средней массы, оказывающих токсическое влияние на многие органы и системы целостного организма.
Следует отметить, что малоновая кислота, добавленная в корм цыплятам, выращиваемым при комфортной температуре, практически не оказывает влияния на температуру тела и метаболические показатели у этих животных, что не является неожиданным: такая нормотимичность описана для других естественных метаболитов, применяемых у многих животных (Соколов В.Д. и др., 2000; Засецкий Н.Б. и др., 2006).
Влияние малоновой кислоты на пероксидацию липидов у цыплят-бройлеров при темновом стрессе
Как известно, ПОЛ является одним из важнейших свободнорадикальных процессов, выполняющих эссенциальные биологические функции (образование эйкозаноидов, обновление биологических мембран, ресетинг (перенастройка) разнообразных мембранных структур, участие в клеточной сигнализации и др.), а при чрезмерной активации становится патогенетическим фактором, сопровождающим и/или определяющим развитие у животных многих нозологических форм с поражением практически всех органов и систем (Сидоров И.В., Костромитинов Н.А., 2003).
Основным субстратом ПОЛ, которое обычно запускается под влиянием активных форм кислорода или под действием других эндогенных и экзогенных (жесткое излучение, озон, оксиды азота и др.) факторов, являются полиненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав фосфолипидов, в том числе и у сельскохозяйственной птицы (Glampietro A. et al., 2008).
Первичными продуктами ПОЛ является группа так называемых гидропероксидов липидов, среди которых для оценки процессов пероксидации липидов часто применяют определение интермедиатов, содержащих сопряженные двойные связи (диеновые коньюгаты, ДК). Оценка первичного этапа пероксидации липидов путем определения ДК широко применяется не только в России, но и за рубежом, в частности для контроля этого метаболического пути у сельскохозяйственной птицы ((Rocha J.S.R., et al., 2010).
Соединения с сопряженными двойными связями, к которым относятся ДК, при дальнейшем превращении образуют ряд соединений карбонильной природы, среди которых в качестве диагностического маркера интенсивности процесса пероксидации липидов используют определение малонового диальдегида (Бузлама В.С. и др., 1997; Cherian G. et al., 2007).
Как показали результаты наших исследований (табл. 6), нарушение светового режима выращивания цыплят-бройлеров приводит к статистически значимому (Р < 0,01) повышению показателя ДК у подопытных животных на 50,3% по сравнению с аналогичной величиной, полученной в группе интактных птиц.
В группе цыплят, получавших в течение эксперимента малоновую кислоту в составе корма, величина ДК хотя и превышала соответствующий уровень у бройлеров контрольной серии на 17,1%, но была статистически не значима ( Р > 0,05).
Сходная картина наблюдалась и при изучении изменений концентрации малонового диальдегида (МДА) при темновом стрессе и его коррекции малоновой кислотой. Так, при световой депривации в течение 27 часов в сыворотке крови цыплят-бройлеров содержание вторичного продукта ПОЛ статистически увеличилось на 70,0% (Р < 0,001) по сравнению с соответствующей величиной в серии интактных птиц.
Таблица 6- Показатели системы пероксидации липидов у цыплят-бройлеров в условиях нарушения светового режима при добавке в корм малоновой кислоты (100 мг на кг живой массы), М m
Показатели* | Характер экспериментальных групп | ||
Интактные животные | Темновой стресс | Темновой стресс+малонат | |
Диеновые коньюгаты, мкмоль/л | 1,81 0,16 | 2,72 0,26 | 2,12 0,16 |
Малоновый диальдегид, мкмоль/л | 3,0 0,16 | 5,1 0,37 | 3,4 0,32 |
*в таблице представлены среднеарифметические данные из 6 определений в группе
Эффект диетарной малоновой кислоты заключался, как и при исследовании диеновых коньюгатов, в снижении величины МДА по сравнению с показателем стрессовой серии (Р < 0,01) и некотором статистически не значимом превышении этой величины у контрольных животных на 9,7% (Р > 0,05).
Давая интерпретацию полученных в этом разделе результатов, необходимо заключить, что темновой стресс, несомненно, вызывает активацию ПОЛ, захватывая как первичный, так и вторичный этап пероксидации, хотя, по данным современных исследователей, для заключения о стимуляции ПОЛ достаточно повышение концентрации только одного промежуточного продукта (Appelberg R., 2006).
Образующиеся в процессе ПОЛ гидроперекиси, ненасыщенные альдегиды и МДА могут являться мутагенами и обладать цитотоксичностью (Ланкин В.З. и др., 2002)., однако реализация этих эффектов возможна только при условии неадекватного ответа низкомолекулярной и ферментативной антиокислительной системы на активацию системы пероксидации липидов или другого свободнорадикального процесса.
Влияние малоновой кислоты на состояние антиоксидантной системы у цыплят-бройлеров при лишении их света
Исследование одного из важнейших низкомолекулярных антиоксидантов, предохраняющего полиненасыщенные жирные кислоты от пероксидации в липидной фазе клеточного пространства, - витамина Е, или токоферолoв. при темновом стрессе у цыплят-бройлеров показало (табл.7), что световая депривация приводит к статистически значимому снижению (Р < 0,01) его концентрации в сыворотке крови на 24,4 % по сравнению с аналогичным показателем в серии интактных цыплят.
В группе бройлеров, перенесших темновой стресс на фоне потребления ингибитора СДГ, содержание суммы токоферолов практически не меняется по сравнению с контролем; эта величина не превышает ошибки, которая наблюдается при измерении любого биохимического или другого показателя. По сравнению с величиной в группе животных, перенесших темновой стресс, концентрация токоферолов в сыворотке крови бройлеров, потреблявших малонат, выше на 38,7 % при втором уровне статистической значимости (Р < 0,01).
Исследование аскорбиновой кислоты, которая функционирует в гидрофильном компартменте клетки и сыворотке, показало (табл. 7), что резкое нарушение светового режима сопровождается статистически значимым (Р < 0,001) снижением концентрации витамина С почти в два раза по сравнению с соответствующим показателем в серии интактных цыплят-бройлеров. В этих экспериментах поступление с кормом малоновой кислоты не только предупреждает отмеченное снижение аскорбиновой кислоты, но и приводит к статистически значимому (Р < 0,05) превышению уровня этого антиоксиданта в сыворотке крови интактных птиц на 30, 9 %.
Таблица 7- Показатели антиоксидантной защиты сыворотки крови цыплят-бройлеров в условиях световой депривации при даче с кормом малоната, М m
| Показатели* | Характер экспериментальных групп | ||
Интактные цыплята | Темновой стресс | Стресс + малонат | |
Витамин Е, мкмоль/л | 12,3 0,6 | 9,3 0,8 | 12,9 0,5 |
Витамин С, мкмоль/л | 55 3 | 29 2 | 72 5 |
Мочевая кислота, ммоль/л | 0,47 0,04 | 0,67 0,03 | 0,36 0,02 |
Общая АОА, усл. ед. | 19,0 1,2 | 13,5 1,2 | 19,8 1,3 |
Каталаза, каталазное число | 1,31 0,05 | 1,27 0,07 | 2,04 0,15 |
Пероксидаза, мкмоль/мин на мл | 172 9 | 213 15 | 288 11 |
Метгемоглобин, % | 2,2 0,1 | 4,2 0,2 | 2, 0 0,08 |
*в таблице представлены среднеарифметические данные из 6-8 определений в группе
При моделировании темнового стресса у цыплят-бройлеров в сыворотке крови наблюдается также статистически значимое (Р < 0,01) повышение содержания мочевой кислоты на 42,6% относительно аналогичной величины в серии интактных птиц. Поступление малоната в организм животных при световой депривации в течение 27 часов приводит к снижению концентрации мочевой кислоты, которая становится даже ниже контрольных величин на 23,4% (Р < 0,05).
Изучение общей антиокислительной активности сыворотки крови показало, что при темновом стрессе наблюдается снижение уровня этого показателя на 28,9% по сравнению с величиной общей АОА, определенной у интактных цыплят-бройлеров (Р < 0,01). Введение в корм птицам малоновой кислоты в течение темновой стресс-реакции приводит к полной нормализации величины общей АОА, которая статистически значимо не отличается от соответствующего показателя в группе интактных животных (Р > 0,05).
Таким образом, резюмируя раздел исследования, посвященный антиоксидантной защите в жидкой части крови, можно отметить, что темновой стресс вызывает снижение концентрации в сыворотке как липидного (витамин Е), так и гидрофильного низкомолекулярного антиоксиданта - аскорбиновой кислоты. Потребление экспериментальными животными в течение стрессового воздействия малоновой кислоты предупреждает отмеченное снижение концентрации (витамин Е) или даже сопровождается своеобразной суперкомпенсацией, приводящей к превышению содержания антиоксиданта над уровнем этого показателя в интактной серии (аскорбиновая кислота). Последний феномен мы обозначили как витамин С-сберегающий эффект малоната.
В условиях темнового стресса также происходит снижение величины общей АОА, уровень которой полностью нормализуется при потреблении животными малоната. Содержание мочевой кислоты, напротив, повышается при темновом стрессе и снижается ниже контрольного уровня под влиянием ингибитора СДГ.
Исследование ферментативного звена АОЗ в гемолизате при нарушении светового режима у цыплят-бройлеров показало (табл. 7), что темновой стресс не сопровождается изменением активности каталазы, уровень которой остается практически неизменным (Р > 0,05) по сравнению с соответствующим показателем у животных интактной серии. Однако поступление малоновой кислоты в организм стрессированных животных сопровождается статистически значимым (Р < 0,001) превышением активности этого фермента над уровнем показателя у интактных и стрессированных цыплят (соответственно 155, 7% и 160,6 %).
При изучении активности пероксидазы было установлено, что темновой стресс в отличие от каталазы повышает активность пероксидазы на 23,8 % (Р < 0,05) по сравнению с уровнем этого показателя у интактных животных.
Потребление цыплятами-бройлерами малоновой кислоты в этих экспериментах сопровождается дальнейшим повышением активности этого антиоксидантного фермента до величины 288 11 мкмоль/мин на мл гемолизата, что статистически значимо (Р < 0,001) превышает уровень соответствующего показателя интактных и стрессированных животных.
Изучение концентрации метгемоглобина при темновом стрессе, которая в интегральной форме отражает направленность окислительно-восстановительных процессов в эритроцитах, показало, что при смене светового режима у цыплят-бройлеров отмечается повышение содержания восстановленной формы гемоглобина на 90,9% (Р < 0,001), хотя оно остается в диапазоне референтных значений для кур. Потребление птицей малоновой кислоты на фоне темнового стресса приводит к снижению концентрации метгемоглобина до уровня, характерного для интактных животных. Отметим, что содержание гемоглобина в трех экспериментальных сериях было практически одинаковым, небольшие изменения в концентрации этого дыхательного белка были статистически не значимы.
Таким образом, изучение антиоксидантных ферментов эритроцитов показало, что их активность при темновом стрессе или остается неизменной (каталаза), или повышается (пероксидаза). Коррекция метаболических нарушений светового режима малоновой кислотой у цыплят-бройлеров приводит к повышению активности обоих ферментов как по отношению к группе контроля, так и по сравнению с серией темнового стресса. Световая депривация приводит также в этих экспериментах к повышению содержания метгемоглобина, уровень которого сохраняется в серии животных с применением малоната.
Анализируя результаты по определению показателей системы пероксидации липидов - антиоксидантной защиты при темновом стрессе у цыплят-бройлеров, мы должны сделать однозначное заключение о том, что нарушение светового режима содержания птиц приводит к активации ПОЛ, о чем свидетельствуют данные по повышению концентрации сопряженных диенов и малонового диальдегида. Малоновая кислота в этих экспериментах приводит к нормализации показателей ПОЛ.
Влияние малоновой кислоты на метаболизм глюкозы у цыплят-бройлеров в условиях темнового стресса
В реализации активности единой функциональной и метаболической системы нейрон-нейроглия головного мозга в физиологических условиях важнейшую роль играет глюкоза (Лабори Г., 1974) не только как поставщик энергии, но и как предшественник для биосинтеза медиаторов (глутамат, гамма-аминомасляная кислота) и других соединений, нуждающихся в восстановительных эквивалентах (нуклеиновые и жирные кислоты, компоненты клеточных мембран, миелин и др.). Любопытно, что эти и другие многочисленные функции глюкозы у животных и человека в современной научной терминологии получили обобщенное название джокерная роль, подразумевая, по аналогии с холестеролом, ее поливалентные эффекты (Бернштейн Л.М., 2005).
Особую роль глюкоза играет в жизни птиц (Riesenfield G.A. et al., 1982), концентрация которой у них в зависимости от размеров животного и уровня метаболизма превышает аналогичную величину у человека от 2 (куры) до 6 раз (колибри) без повышения уровня гликированного гемоглобина (Beuchat C.A., Chong C.R.1997), причем птицы устойчивы к действию агентов (аллоксан, стрептозотоцин), которые у лабораторных животных вызывают поражения инсулярного аппарата с развитием тяжелого диабета (Stellenwere W.A., Hazelwood R.L., 1979).
Вероятно, высокое содержание глюкозы в сочетании с гиперурикемией обусловливает высокую продолжительность жизни птиц по сравнению с млекопитающими такой же массы. Так, максимальная продолжительность жизни льва составляет 27 - 29 лет, в то время как сизый голубь, имеющий массу в сотни раз меньше, чем у царя зверей, живет до 35 лет. Согласно современным представлениям (Алимова А.Ф., Казанцева Т.И., 2008), продолжительность жизни - это одна из составляющих жизненной стратегии - К или r-отбора. В случае К-стратегии плодовитость невелика, зато имеет место забота о потомстве и долгая жизнь. Организм может иметь высокую плодовитость, но не заботиться о потомстве - это стратегия r-отбора, в этом случае продолжительность жизни невелика.
В разных таксономических группах соотношение К и r видов неодинаково. С позиции известных зависимостей продолжительности жизни от разных параметров организмов и популяций птицы представляют замечательное исключение. Они, имея низкую массу, высокую плодовитость и высокую скорость метаболизма, теоретически должны жить недолго.
Учитывая фундаментальную роль глюкозы в метаболизме клеточных элементов ЦНС, структуры которой являются центральным звеном стресс-реализующих систем, и ключевую роль печени в гомеостазе углеводного обмена, мы предположили, что механизм протективного действия малоновой кислоты при нарушении режима освещения и других экстремальных воздействиях должен включать в себя оптимизацию обмена этого моносахарида, в частности процессы гликолиза и пентозофосфатного цикла, в головном мозге и печени.
Как показывают результаты, представленные в таблице 8, однократное лишение цыплят-бройлеров освещения в течение 27 часов сопровождается статистически значимым (Р < 0,001) повышением скорости анаэробного гликолиза мозговой ткани в 2,8 раза по сравнению с аналогичным параметром в серии интактных животных. В этих экспериментах отмечается
Таблица 8 - Показатели метаболизма глюкозы печени и мозга у цыплят-бройлеров при световой депривации в течение 27 часов, М m
Исследуемые показатели* | Характер опытных серий | ||
Интактные птицы | Темновой стресс | Темнота+ малонат | |
Скорость гликолиза головного мозга** | 0,76 0,05 | 2,15 0,18 | 1,21 0,14 |
Скорость гликолиза печени | 0,23 0,03 | 0,42 0.05 | 0,29 0,06 |
Активность Г-6-ФДГ печени | 4,20,50 | 2,2 0,18 | 3,3 0,24 |
Активность Г-6-ФДГ мозга | 8,40,48 | 4,8 0,49 | 8,1 0,44 |
Активность ЛДГ мозга | 370 39 | 718 58 | 499 48 |
Активность ЛДГ печени | 596 64 | 995 87 | 702 62 |
Содержание гликогена в печени, мг/г ткани | 43,43,6 | 28,5 2,3 | 38,4 2,9 |
Концентрация лактата в сыворотке, ммоль/л | 1,26 0,06 | 2,04 0,11 | 1,33 0,06 |
Концентрация глюкозы в сыворотке, ммоль/л | 11,20,22 | 9,7 0,20 | 11,0 0,25 |
*представлены среднеарифметические данные из 6-10 наблюдений в каждой серии;** активность гликолиза выражали в мкмолях лактата в мин на мг белка, а активность Г-6-ФДГ и ЛДГ - в нмолях в мин на мг белка.
также и превышение величины анаэробного расщепления гомогената печени над контрольным уровнем на 82,6 % (Р < 0,05).
Параллельно с активацией гликолиза в мозговой и печеночной тканях в сыворотке крови при темновом стрессе у цыплят выявлено увеличение концентрации молочной кислоты на 61,1% (Р < 0,001) по сравнению с соответствующим показателем, измеренным у животных контрольной группы.
Активация анаэробного расщепления глюкозы при темновом стрессе у цыплят-бройлеров подтверждается статистически значимым повышением активности ЛДГ в мозге и печени (соответственно на 94,1% и 66,9 %).
При исследовании в условиях темновой депривации у цыплят-бройлеров активности лимитирующего фермента пентозофосфатного цикла установлено, что уровень Г-6-ФДГ в печени в этих экспериментах статистически значимо (Р < 0,05) снижается на 47,6 % относительно соответствующей величины контрольной группы. Активность этого фермента в мозговой ткани снижается в этих условиях статистически значимо на 56,7 % . Согласно результатам, приведенным в таблице 8, в условиях нарушения светового режима при содержании экспериментальных птиц отмечается снижение содержание гликогена в печеночной ткани на 34,3% (Р < 0,01) по отношению к аналогичному показателю животных интактной серии.
Таким образом, полученные нами данные при моделировании однократного темнового стресса у цыплят-бройлеров, адаптированных к освещению в течение 21 часа в сутки, указывают на активацию гликолиза в печени и головном мозге, что сопровождается накоплением молочной кислоты в сосудистом русле, снижением содержания гликогена в печени, умеренной гипогликемией и падением активности Г-6-ФДГ. Введение в состав рациона малоновой кислоты практически полностью предотвращает наступление указанных изменений, что способствует сохранению исходного соотношения анаболических и катаболических процессов и более мягкому течению приспособительной реакции организма животных на нарушение фотопериодических процессов. Поскольку течение темнового стресса в своих главных проявлениях соответстветствует классической картине этой адаптивной реакции, малоновая кислота может применяться при различных производственных стрессах, которые зачастую наблюдаются при промышленном выращивании сельскохозяйственной птицы. Весьма перспективным представляется также более широкое использование при выращивании домашних птиц кормовой свеклы, которая кроме высокого содержания углеводов и других питательных веществ является богатым источником малоновой кислоты в форме N-малонил-D-триптофана (Башкатова-Юшкевич Т.И., 2002).
Остеорезорбтивный эффект темнового стресса у цыплят-бройлеров его коррекция и профилактика малоновой кислотой
Создание и внедрение в промышленное птицеводство новых высокопродуктивных кроссов птицы, имеющих более интенсивный метаболизм (примерно в 1,3 раза), при параллельном ухудшении кормовой базы обусловило массовое проявление таких заболеваний, как расклев и мочекислый диатез (подагра). С точки зрения специалиста промышленного птицеводства их следует рассматривать как изменение обмена веществ, инициированное нарушением кормления и содержания или их неадекватностью потребностям птицы. Аналогичными изменениями метаболизма следует считать и нарушение роста, развития и гомеостаза в опорно-двигательной системе, что чаще всего наблюдается у быстро растущего молодняка: бройлеров, индюшат, утят, но подверженных этим нарушениям и ремонтный молодняк яичных и мясных кур; несушки клеточного содержания, имеющие высокую интенсивность яйценоскости, как правило, подвержены остеопорозу (Имангулов Ш.А. и др., 2002)..
К настоящему времени в процессе длительной селекционной работы были получены высокопродуктивные кроссы кур, у которых в разные периоды постэмбрионального остеогенеза развиваются разнообразные поражения костей ног, обозначаемые рабочим термином слабость конечностей (англ. leg weakness; syn. leg lameness), причем эти явления могут наблюдаться без заметного влияния на прирост живой массы и использование кормов (Фисинин В.И. и др., 1999) . Тем не менее, это приводит к повышенному отходу животных, ухудшению качества тушек убойной птицы и снижению экономических показателей птицехозяйств (Butterworth A., 1999; Bouzari M., Falsafimanesh M., 2000).
Учитывая полиэтиологичность возникновения слабости конечностей только у яичных кроссов с их напряженным фосфорно - кальциевым обменом, мы предположили, что и у мясных цыплят определенную роль в возникновении и развитии костной патологии играют производственные стрессы, с которыми животные встречаются практически ежедневно при их промышленном выращивании. Важно отметить, что, исходя из общебиологических представлений, доместикация птиц и продолжительная селекция хозяйственно - полезных признаков, результатами которых является закрепление анаболической направленности метаболизма и повышение массы скелетной мускулатуры бройлеров с отставанием развития ее опорных компонентов, могут служить самым мощным артифициальным стрессовым фактором, провоцирующим деформацию скелета у этого вида животных даже при незначительных отклонениях параметров внешней и внутренней среды.
В данной серии исследований цыплята-бройлеры 16 - дневного возраста подвергались процедуре лишения света дважды по 27 часов с интервалом 21 час. Вывод экспериментальных животных проводили через 7 дней после окончания опыта. Такие особенности эксперимента были обусловлены необходимостью более жесткого воздействия на организм птиц, поскольку костная ткань отличается определенной инерционностью на воздействие внешних факторов, и ее ответ на эти воздействия может проявляться через некоторый лаг-период (Корнилов Н.В., Аврунин А.С., 2001).
Нарушение фотопериодических процессов в организме бройлеров приводит к значительному статистически значимому (Р < 0,001) повышению концентрации в сыворотке крови специфического компонента коллагена гидроксипролина в 1,57 раза по сравнению с аналогичным показателем у птиц интактной серии (табл.). Повышение концентрации маркерной аминокислоты коллагена в сосудистом русле сопровождается небольшим (на 19,0%), но достоверным (Р < 0,05) снижением содержания коллагена в образцах костной ткани, что происходит на фоне выраженной тенденции к снижению содержания в диафизе бедра кальция и фосфора соответственно на 18,2% и 24,4% по сравнению с соответствующим показателем у животных контрольной серии.
Параллельно со значительным увеличением концентрации гидроксипролина при темновом стрессе в сыворотке крови повышается и активность костного изофермента ЩФ в 1,87 раза (Р < 0,001).
Кроме того, двукратная световая депривация цыплят-бройлеров, перенесших экстремальное воздействие 7 дней назад, сопровождается снижением концентрации лимонной кислоты в костной ткани на 16,3% (Р < 0,05) и повышением ее содержания в сыворотке крови на 51,0% (Р < 0,01) по сравнению с аналогичным показателем в серии интактных цыплят-бройлеров. Следует заметить, что такое изменение конценцентрации субстрата цикла Кребса при экстремальном воздействии было нами отмечено в разделе, посвященном защитному эффекту малоновой кислоты при тепловом стрессе.
Таблица 9 - Влияние диетарной малоновой кислоты на состояние компонентов костной ткани в сыворотке крови и пробах диафиза бедра у цыплят-бройлеров при темновом стрессе, М m
Показатели* | Характер экспериментальных серий | ||
Интактная | Темнота | Темнота + малонат | |
Гидроксипролин сыворотки, мкмоль/л | 49 7 | 126 8 | 74 6 |
ЩФ сыворотки, мкмоль в мин на л | 40 3,1 | 115 8,3 | 49 4,3 |
Общий кальций, % | 15,9 0,8 | 13,0 1,0 | 16,3 1,7 |
Общий фосфор, % | 8,2 0,9 | 6,2 0,5 | 7,8 0,6 |
Коллаген, % | 13,7 0,6 | 11,1 0,8 | 13,1 0,5 |
Цитрат костной ткани мкмоль/г | 16,1 0,9 | 12,7 0,8 | 15,2 0,6 |
Цитрат сыворотки мкмоль/л | 149 11 | 225 19 | 165 10 |
*представлены среднеарифметические данные из 8 определений в каждой серии
Добавление в корм малоновой кислоты перед и на фоне протекания стресс-реакции предотвращает резкое повышение концентрации гидроксипролина в сыворотке крови цыплят-бройлеров, вызванное световой депривацией, хотя уровень этого показателя статистически значимо выше на 51,0% по сравнению с аналогичной величиной у животных контрольной серии (Р < 0,05).
При потреблении экспериментальными животными малоната во время проведения опыта наблюдается нормализация активности костного изофермента, а небольшое превышение ее величины над уровнем интактной серии статистически не значимо (Р > 0,05).
Малонат оказывает также эффект предотвращения снижения концентрации в кости коллагена, лимонной кислоты и минеральных компонентов, величины которых статистически значимо не отличаются от аналогичных величин у животных интактной серии..
Содержание цитрата при потреблении цыплятами-бройлерами малоновой кислоты на фоне двукратного нарушения светового режима достоверно снижено относительно серии со стрессом, но несколько повышено по сравнению с аналогичным показателем контрольной группы, но это превышение статистически не значимо (Р >0,05).
Анализ полученных результатов позволяет прийти к методологически важному выводу о том, что кратковременные и незначительные на первый взгляд негативные воздействия, которые имеют место во все периоды выращивания бройлеров, могут оказывать отрицательный эффект на глубинные метаболические процессы даже такой относительно бедной клеточными элементами структуры, какой является костная ткань. Важно также подчеркнуть, что такие влияния могут иметь аддитивный характер, что приводит к включению триггерных механизмов резорбции костных элементов опорно-двигательного аппарата у птиц без механических или иных жестких воздействий на него.
Добавление в корм бройлерам малоната существенно предупреждает выход гидроксипролина в сосудистое русло и практически полностью нормализует активность костного изофермента ЩФ и другие показатели костного метаболизма (содержание коллагена, лимонной кислоты, кальция, фосфора), величины которых изменялись под влиянием темнового стресса.
Конкретное рассмотрение выявленного профилактического эффекта малоната при нарушении фотопериодизма у цыплят-бройлеров предполагает анализ явления с учетом обнаруженного нами антиоксидантного действия малоновой кислоты, которое реализуется через предотвращение гиперактивации СДГ и проявляется на уровне мембранных (метгемоглобин, витамин Е) и клеточных факторов (каталаза и пероксидаза), а также низкомолекулярных соединений (мочевая и аскорбиновая кислоты), которые функционируют в гидрофильной фазе крови.
Влияние малоновой кислоты на качество мяса и активность СДГ грудной и бедренной мышц у цыплят-бройлеров при темновом стрессе
Хорошо известно, что на качество мяса влияют самые разнообразные факторы, включая режим инкубации, качественные и количественные характеристики кормов, их структура, условия содержания, физиологическое состояние животных, методы кулинарной обработки, наличие производственных стрессов, особенно в условиях промышленного птицеводства (Половинцева Т.М., 2008).
Таким образом, для получения высококачественного мяса птицы, пригодного не только для обычных потребителей, но и для создания высокоценных функциональных продуктов, применяемых в детском, профилактическом и лечебном питании, необходимо при выращивании создавать комфортные условия их кормления и содержания, которые бы исключали контакт птиц с вредными технологическими факторами при промышленном производстве или повышали естественную резистентность к их неблагоприятному влиянию.
В этом аспекте представляется весьма актуальным изучение характера нарушения состава грудных и бедренных мышц цыплят-бройлеров при световой депривации, представляющей модель производственных стрессов, и выяснение эффективности кормовой малоновой кислоты в сохранении биологической ценности мяса бройлеров.
Для моделирования стрессовой реакции с целью выявления статистически значимых биохимических изменений в мясе цыплят-бройлеров световую депривацию проводили трехкратно с двумя перерывами, а малоновую кислоту птицы потребляли за день до начала эксперимента и в течение его продолжения.
Как можно видеть из результатов таблицы 10, при темновом стрессе коэффициент биологической полноценности мяса (КБП), который представляет собой соотношение триптофана к гидроксипролину (Цыганова О.С., Щацких, Е.В., 2008), в грудной мышце цыплят-бройлеров снижается на 16,7% (Р < 0,05), причем этот коэффициент уменьшался только вследствие повышения концентрации гидроксипролина. В аналогичных условиях в бедренных мышцах величина КБП снижалась на 24,8% (Р < 0,01) так же в основном за счет увеличения знаменателя.
Результаты таблицы 10 также показывают, что световая депривация приводит к повышению активности СДГ в грудных и бедренных мышцах соответственно на 79,8% и 62,8% (Р < 0,001) по сравнению с аналогичными величинами в контрольной группе. Любопытно отметить, что исходный уровень активности этого фермента трикарбонового цикла в бедренной мышце существенно превышает этот показатель в грудной мышце, что, вероятно, объясняется физиологическими особенностями домашних птиц, которые практически не пользуются крыльями и у которых система кровоснабжения и мышечной биоэнергетики не приспособлена к выполнению значительной механической работы.
Таблица 10 - Влияние малоновой кислоты на содержание гидроксипролина в сыворотке крови, коэффициент биологической полноценности (КБП) и активность сукцинатдегидрогеназы (СДГ) мышц цыплят бройлеров при темновом стрессе, М m
| Показатели* | Контроль | Темновой стресс | Темновой стресс + малоновая кислота |
Гидроксипролин сыворотки, мкмоль/л | 54 4 | 112 9 | 65 6 |
Грудная мышца | |||
КБП | 12,6 0.5 | 10,5 0.4 | 12,2 0.5 |
СДГ** | 124 7 | 223 9 | 111 6 |
Бедренная мышца | |||
КБП | 2,11 0,11 | 1,53 0,09 | 2,06 0,07 |
СДГ | 218 11 | 355 18 | 251 16 |
*представлены среднеарифметические данные из 8 определений **активность фермента выражена в нмолях в мин на г ткани
Добавление в корм малоновой кислоты на фоне трехкратного затемнения, как это следует из результатов в представленной таблице, сопровождается сохранением величины КБП в средних пробах грудной и бедренной мышц (Р > 0.05). Сохранение указанной величины при темновом стрессе наблюдается одновременно со снижением до контрольного уровня активности СДГ (отклонения статистически не значимы). О тесной взаимосвязи между двумя изученными показателями (значения КБП и активности СДГ) в процессе проведения моделирования стрессового воздействия говорит и сильная отрицательная корреляционная зависимость, рассчитанная для разных групп по Спирмену (R = - 0.870 0.26; P < 0,01).
Таким образом, малоновая кислота, являясь конкурентным ингибитором СДГ, при введении цыплятам-бройлерам сдерживает гиперактивацию фермента, что определяет ее антиоксидантный эффект, а через него позитивно влияет и на течение классической стрессовой реакции с нарушением макро- и микроциркуляции с развитием гипоксического состояния. В свою очередь, предотвращение циркуляторной, гемической и тканевой гипоксии и связанной с ней дисбаланса в системе свободнорадикального окисления-антиоксидантной защиты под влиянием кормовой малоновой кислоты препятствует накоплению соединительнотканных структур, что сохраняет биологическую ценность, кулинарные качества и потребительскую привлекательность куриного мяса.
Кроме проведения фундаментальных исследований, касающихся изучению морфолого-метаболических особенностей действия кормового малоната на цыплят-бройлеров, нами в научно-хозяйственных опытах были изучены эффекты этой органической кислоты при различных видах производственных стрессов, нарушение структуры корма, и фронта кормления. Было установлено, что изучаемая кормовая добавка в большей или меньшей степени снижает негативный эффект от нарушения режима содержания. Показано также, что добавление в корм небольшого количества малоновой кислоты (5 мг на кг живой массы) положительно влияет на яичную продуктивность.
Влияние малоновой кислоты при выращивании телят молочного периода
Нами ранее указывалось (раздел Введение), что янтарная кислота является облигатным компонентом практически всех аэробных организмов, являясь промежуточным продуктом цикла трикарбоновых кислот (Кребса). В этом смысле не составляет исключения и крупный рогатый скот, но при ее применении в качестве кормовой добавки возникают принципиальные трудности в связи с существованием у этих животных мощного микробиального барьера в преджелудках, который непредсказуемым образом метаболизирует сукцинат и другие биологически активные соединения. Все это в полной мере относится и к малоновой кислоте, что может являться препятствием в попытке ее испытания как антистрессового фактора у этих важнейших в хозяйственном отношении животных.
С учетом сходства в метаболизме разных видов животных и их стратегии защиты от стрессовых факторов целью настоящего раздела исследования явилось изучение возможности применения малоновой кислоты в кормлении молочных телят для обеспечения более благоприятного течения этого критического периода их онтогенеза.
Для проведения исследования на племенной ферме филиала Хайтинское, входящего в состав СХОАО Белореченское, было сформировано две группы телят 15-дневного возраста по 6 животных в каждой (контрольная и подопытная), которые были переведены из индивидуальных клеток профилактория в групповые телятники. Живая масса телят контрольной группы составляла 43,2 1,1 кг (диапазон от 40 до 47 кг), соответствующий показатель для телят подопытной группы был 43,7 0,8 кг (диапазон от 41 до 46 кг).
Кормление и содержание сформированных групп было идентичным за исключением того, что телята подопытной группы в течение 42 дней получали малоновую кислоту из расчета 10 мг на кг живой массы. Малонат телятам в первые две недели эксперимента спаивали из бутылочки в виде водного раствора, а в последующем добавляли к зерносмеси. Взвешивание телят контрольной группы проводили в начале и в конце опыта, а животных подопытной группы взвешивали еженедельно для корректировки дозы препарата.
Как показали наши наблюдения, телята подопытной группы по сравнению с контрольными быстрее адаптировались к новым условиям, они были более активными, лучше поедали корм. В контрольной группе два теленка переболели легкой формой бронхопневмонии, а животные подопытной серии в течение всего эксперимента оставались клинически здоровыми.
Как можно видеть из результатов, представленных в таблице 11, малоновая кислота при добавлении ее в рацион телятам молочного периода приводит к статистически значимому повышению живой массы на 18,7% по сравнению с аналогичным показателем у животных контрольной группы. Превышение живой массы у телят подопытной группы над этой величиной в контрольной серии обусловлено более высоким среднесуточным приростом живой массы (на 52,7%, Р < 0,01).
Таблица 11 - Показатели прироста живой массы и среднесуточного прироста при добавлении в рацион телятам-молочникам малоновой кислоты, М m
Показатели, период опыта | Характер экспериментальных групп | Р (t) | |
Контрольная (n=6) | Подопытная (n=6) | ||
Живая масса, кг: Начало опыта Конец опыта (42 дня) | 43,2 1,1 56,2 1,8 | 43,7 0,8 66,7 2,8 | >0,05 <0,01 |
Среднесуточный прирост, г: | 309 14 | 548 29 | <0,01 |
Полученные нами данные свидетельствуют о том, что малоновая кислота при выращивании молочных телят оказывает анаболический эффект, вероятно, вследствие того, что она препятствует развитию оксидативного стресса через нормализацию активности СДГ. Гиперактивация СДГ у телят, как и в проведенных ранее экспериментах на цыплятах-бройлерах, обусловлена нарушением режима кормления и содержания , т.е. факторами, которые могут иметь место и при выращивании молочных телят.
Следует отметить, что гиперактивация СДГ, отражая дисбаланс в системе свободнорадикальное окисление - антиоксидантная защита, является одним из звеньев классической стресс-реакции, которая может переходить из адаптивной в предпатологическую и даже провоцировать возникновение самых разнообразных нозологических форм. Не случайно, что два теленка из контрольной группы перенесли бронхопневмонию, а животные, получавшие конкурентный ингибитор СДГ, оставались клинически здоровыми. В этом смысле анаболический эффект малоновой кислоты может способствовать профилактике многочисленных заболеваний, характерных для телят молочного периода с учетом того, что живая масса животного является важнейшим интегральным показателем естественной резистентности к действию неблагоприятных факторов, индикатором его благополучия и комфортного содержания, что специалисты по биоэтике определяют термином welfare.
Преимуществом малоновой кислоты перед другими кормовыми добавками является и отсутствие ее аккумуляции даже при длительном применении, поскольку возможный избыток этого соединения превращается в малонил-КоА, который утилизируется при биосинтезе жирных кислот и липидов.
Таким образом, применение малоновой кислоты у молочных телят с 15-дневного возраста в течение 42 дней в дозе 10 мг на 1 кг живой массы в сутки приводит к повышению прироста живой массы почти в два раза. Следует заметить, что применение малоната не только у сельскохозяйственной птицы, но и у крупных животных не имеет принципиальных ограничений в связи с возможностью этой кислоты включаться в естественные пути метаболизма.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, результаты проведенного диссертационного исследования со всей очевидностью показали, что малоновая кислота, которая является конкурентным ингибитором фермента, участвующего в дегидрировании янтарной кислоты, в стрессовых ситуациях (световая депривация, перегревание, нарушение режимов кормления) у цыплят-бройлеров и яичных кур предотвращает негативные поведенческие, морфологические и биохимические показатели организма птиц и связанные с ними отрицательные воздействия на соединительнотканные структуры, мясную и яичную продуктивность. Механизм действия малоната в этих случаях обусловлен нормализацией (не угнетением) гиперактивности СДГ, которая является генератором активных форм кислорода и которая при истощении механизмов антиоксидантной защиты может привести к развитию оксидативного стресса. Последний, являясь одним из важнейших патогенетических звеньев классического (по Г. Селье) стресса, отягощает его течение окислительной модификацией мембранных и молекулярных структур клетки, приводя ее к апоптозу или некробиозу.
Описанные выше основные результаты выполненной диссертационной работы нашли свое отражение в представленной концептуальной схеме, которая намечает основные пункты воздействия малоновой кислоты на организм кур, находящихся в состоянии стресса.
Рис. 7 Концептуальная схема пато- и саногенетических механизмов при стрессовых воздействиях на животных и защитная роль малоновой кислоты (по результататам собственных исследований и данных литературы). + - активирующий эффект; - - тормозящее действие; С - стресс; М - малонат.
Как можно видеть на представленном рисунке, разнообразные производственные стрессы, включая темновую депривацию, интегрируются в ассоциативной зоне высших корковых структур и лимбических образованиях, трансформируясь в активацию так называемого лэмоционального мозга. Путем симпатической эфферентации происходит возбуждение клеток мозгового слоя надпочечника. Эти (хромаффинные) клетки, являясь частью симпатического отдела автономной нервной системы, очень быстро высвобождают катехоламины (адреналин и норадреналин), которые вызывают оперативную мобилизацию энергетических и пластических ресурсов (на схеме показано пунктиром). Такая же катаболическая мобилизация ресурсов, но в более поздние сроки происходит с участием гипоталамуса, передней доли гипофиза (аденогипофиза) и клеток коркового слоя надпочечников, синтезирующих лантистрессовые гормоны кортикостерон (преимущественно у птиц) и кортизол (показано непрерывной линией).
Высокий уровень мобилизации энергетических ресурсов сопровождается значительным повышением активности СДГ (гиперактивация), вследствие чего существенная часть электронов от янтарной кислоты отвлекается на образование АФК (супероксидный анион-радикал, синглетный кислород, гидроксильный радикал, пероксид водорода и др.). Избыточное образование этих частиц приводит к активации ПОЛ, которое также генерирует радикальные продукты, обладающие, как и АФК, высокой тканеповреждающей способностью. Генерация АФК, активация ПОЛ в совокупности с истощением факторов АОЗ (окислительный стресс) усиливает развитие дистрофических изменений органов и систем, что закономерно сопровождается снижением уровня здоровья животного, его адаптивного и воспроизводительного потенциала, обесценивает экономические затраты на получение хозяйственно полезного продукта.
Кроме того, согласно современным представлениям, генерация АФК, неадекватная мощности систем антиоксидантной защиты, сама по себе является стрессовым фактором, которая по механизму обратной связи усугубляет воздействие производственных и иных стрессовых факторов.
Саногенетический эффект малоновой кислоты, как это отражено на рисунке, заключается в предотвращении чрезмерной активации СДГ, что прерывает цепь патогенетических механизмов на уровне образования дополнительного количества АФК, не сбалансированных достаточным образованием низкомолекулярных и ферментативных антиоксидантов. Торможение процессов мобилизации энергетических и пластических ресурсов при потреблении животными малоновой кислоты создает благоприятную основу для постстрессорного восстановления структур и функций организма и развития стойкого адаптивного эффекта. Кроме того, баланс свободнорадикальных процессов и системы антиоксидантной защиты при потреблении малоната не приводит к дополнительному негативному эффекту за счет действия оксидативного стресса на высшие регуляторные структуры и структуры, которые подвергаются контролю (клетки, ткани, органы).
ВЫВОДЫ
- Установлено, что световая депривация цыплят-бройлеров в течение 27 часов приводит к статистически значимому (Р <0,05) повышению активности СДГ в печени, почках и мозге (соответственно на 130,4%; 115,2% и 77,6 %), которая значительно снижается (мозг, почки) или нормализуется (печень) при потреблении животными малоновой кислоты с кормом из расчета 35 мг на голову в сутки.
- При моделировании нарушения фотопериодизма у кур было показано, что это воздействие приводит к эозинопении, увеличению массы надпочечников на 3,4 мг/110г и концентрации лимонной кислоты в сыворотке крови на 70 мкм/л по сравнению с контролем.
- Морфологически световая депривация в печени проявляется расширением синусоид, нерезко выраженной белковой дистрофией и увеличением размеров клеток Купфера, а в надпочечниках отмечается снижение базофильной окраски клеток коркового слоя.
- При лишении цыплят-бройлеров света в печени гистохимически выявлено повышение активности СДГ и снижение уровня ЩФ, уменьшение содержания гликогена и накопления липидов; в надпочечниках отмечается уменьшение активности СДГ и содержания липидов.
- Потребление экспериментальными животными с кормом малоновой кислоты (100 мг на кг живой массы) в условиях темнового стресса сопровождается более или менее выраженной нормализацией биохимических и морфолого-гистохимических показателей, нарушенных световой депривацией.
- В условиях воспроизведения у цыплят-бройлеров теплового стресса потребление малоновой кислоты предотвращает повышение температуры тела животных (Р <0,001), что сопутствует снижению активности СДГ печени, грудных и бедренных мышц с одновременной нормализацией содержания лактата, цитрата и показателя эндогенной интоксикации в сыворотке крови.
- Малоновая кислота при моделировании нарушения фотопериодизма у цыплят-бройлеров предотвращает развитие дисбаланса системы ПОЛ - АОЗ и оксидативного стресса, наблюдающихся при световой депривации, и оказывает витамин С-сберегающий эффект при этом экстремальном воздействии.
- В экспериментах in vitro и при нарушении светового режима у цыплят-бройлеров установлено торможение активности СДГ фумаровой кислотой, т.е. обнаружен малонатподобный эффект этой широко применяемой в зооветеринарной практике кормовой добавки.
- Установлено, что малоновая кислота при темновом стрессе оказывает профилактический эффект на деградацию соединительнотканных структур, предотвращая повышение содержания гидроксипролина статистически значимо (Р< 0,05) на 51% и активности ЩФ в сыворотке крови на 57,4%.
- Применение малоновой кислоты тормозит остеорезорбтивное действие, наблюдаемое при темновом стрессе, с сохранением количества минеральных компонентов кости, коллагена и лимонной кислоты на уровне показателей интактных животных.
- Малоновая кислота при добавлении в корм цыплятам-бройлерам в условиях нарушения фотоперидических процессов предовтращает накопление в грудных и бедренных мышцах коллагеновых структур, что сохраняет коэффициент биологической полноценности куриного мяса на исходном уровне.
- Проведенные научно-хозяйственные опыты по изучению влияния малоновой кислоты на мясную продуктивность цыплят-бройлеров и молочных телят при разных видах производственных стрессов (изменение режима и структуры кормления, уменьшение фронта кормления, внутрихозяйственные перемещения) и для профилактических целей показали, что малонат предотвращает негативный эффект нарушения режима выращивания птиц и телят молочного периода. Малонат, добавленный в рацион курам-несушкам профилактически в качестве кормовой добавки снижает отход птицы и увеличивает ее продуктивность.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Птицефабрикам и птицехозяйствам различных форм собственности рекомендуем применять малоновую кислоту кормовую добавку с целью профилактики и защиты организма птиц от негативного влияния стрессовых факторов.
Использование малоновой кислоты позволяет регулировать обменные процессы в организме животных, что приводит к увеличению яичной и мясной продуктивности на 15 - 25%, а так же улучшению качества мяса.
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
- Власов Б.Я. Кормовые добавки для сельскохозяйственных животных как генераторы дозированного стресса// Б.Я. Власов, Ю.Н. Носырева, Л.Н. Карелина. Сборник Актуальные проблемы ветеринарной медицины Иркутск 2002г.
- Власов Б.Я. Системные и метаболические ответы сельскохозяйственных птиц при стрессовом воздействии / Б.Я. Власов, Л.Н. Карелина, О.П.Ильина, М.О. Максимов// Материалы региональной научно-практической конференции, посвящ. 50-летию аспирантуры ИрГСХА Иркутск.-2003 г. С.10-11
- Карелина Л.Н. Малонат, как перспективная кормовая добавка для сельскохозяйственных животных и птиц.// Л.Н. Карелина, Б.Я. Власов Материалы региональной научно - практической конференции Актуальные проблемы АПК 24-28.01.2005г. Иркутск С.30-31
- Власов Б.Я. О роли малоната в метаболизме животных // Б.Я. Власов, А.Г. Булавинцев, Л.Н. Карелина Материалы региональной научно - практической конференции Актуальные проблемы АПК 24-28.01.2005г. Иркутск С.13-14
- Карелина Л.Н. Анаболический эффект малоновой кислоты при включении в рационы бройлеров// Л.Н.Карелина Б.Я. Власов Материалы научно - практической конференции Проблемы устойчивого развития регионального АПК Иркутск, 2006 г.с. 48-50
- Карелина Л.Н.Эффективность применения антистрессовой добавки Малонат в рационах кур - бройлеров в ООО Саянский бройлер ОП Мегетская //Л.Н. Карелина, Б.Я. Власов Материалы научно - практической конференции Проблемы устойчивого развития регионального АПК Иркутск, 2006 г.с. 53-55
- Власов Б.Я. Антиоксидантные свойства молоновой кислоты при темновом стрессе у цыплят - бройлеров// Б.Я. Власов, Л.Н. Карелина, О.П. Ильина Вестник Российской сельскохозяйственной академии № 4, Москва 2006г. С. 91-92
- Карелина Л.Н.Стресс лимитирующее действие малоновой кислоты у цыплят - бройлеров при кормовом стрессе //Л.Н. Карелина Б.Я. Власов, О.П. Ильина. Материалы научно - практической конференции Актуальные вопросы развития регионального АПК Иркутск 2007 с.55-58
- Карелина Л.Н. Деградация соединительнотканных структур при темновом стрессе у цыплят - бройлеров и ее профилактика малоновой кислотой// Л.Н. Карелина Материалы международной, научно - практической конференции посвященной 100- летию профессора И.А. Спирюхова Актуальные вопросы экологической, сравнительной, возрастной и экспериментальной морфологии 22 - 23.06 2007г., г. Улан -Удэ с. 213.
- Карелина Л.Н. Влияние малоновой кислоты на углеводный обмен в условиях темнового стресса у цыплят - бройлеров // Л.Н. Карелина Материалы международной, научно - практической конференции посвященной 100- летию профессора И.А. Спирюхова Актуальные вопросы экологической, сравнительной, возрастной и экспериментальной морфологии 22 - 23.06 2007г., г. Улан- Удэ с.210
- Карелина Л.Н. Витамин С - сберегающий эффект малоната у цыплят - бройлеров при темновом стрессе (тезисы)// Л.Н. Карелина, Б..Я. Власов, О.П. Ильина Материалы первого международного конгресса ветеринарных фармокологов Эффективные и безопасные лекарственные средства посвященного 200-летию высшего ветеринарного образования в Санкт - Петербургской государственной академии ветеринарной медицины. Санкт - Петербург 2008г.с.66-67
- Карелина Л.Н. Витамин С Ц сберегающий эффект малоновой кислоты у цыплят при темновом стрессе журнал Ветеринария №5 2008г. С.44-45
- Карелина Л.Н. Влияние диетарной малоновой кислоты на биохимические маркеры качества мяса у цыплят - бройлеров при темновом стрессе// Л.Н. Карелина, Б.Я. Власов г. Москва, Сергиев Посад, Всемирное научная по птицеводству (ВНАП Российское отделение) 2009г. Материалы XVI конференции. С. 202-204
- Карелина Л.Н. Использование малоновой кислоты для профилактики остеорезорбтивного эффекта темнового стресса у цыплят Ц бройлеров// Л.Н. Карелина, Б.Я. Власов, О.П. Ильина, А.К. Османян Г. Москва, Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук, научно теоретический журнал №2 (март-апрель) 2009г. с. 44-46
- Карелина Л.Н. Малонатподобный эффект фумаровой кислоты при темновом стрессе у цыплят Ц бройлеров//Л.Н. Карелина, Б.Я. Власов Сибирский Вестник СО РАН 2009г С. 100-102
- Карелина Л.Н. Результаты морфолого-гистохимического исследования печени и надпочечников у цыплят-бройлеров у условиях применения малоновой кислоты при темновом стрессе// Л.Н. Карелина, Б.Я. Власов, О.П. Ильина . Иркутск Вестник ИрГСХА, выпуск 40, 2010г. С.100-106
- Карелина Л.Н. Антистрессовый эффект малоновой кислоты в кормлении цыплят// Л.Н. Карелина г. Москва, научно Ц производственный журнал Птицеводство №11, 2010г. С.17-18
- Карелина Л.Н. Влияние янтарной и малоновой кислот на активность сукцинат дегидрогеназы и содержание молекул средней массы у цыплят Ц бройлеров при темновом стрессе// Л.Н. Карелина , Б.Я. Власов, О.П. Ильина , Вестник КрасГАУ, № 11, 2010, С.125-128
- Карелина Л.Н. Соотношение дихотомического и апотомического путей окисления глюкозы у цыплят Ц бройлеров в условиях световой депривации при скармливании малоновой кислоты// Л.Н. Карелина, Б.Я. Власов , О.П. Ильина Вестник ИрГСХА, 2010г. С. 46-48
- Карелина Л.Н. Влияние малоновой кислоты на качество мяса и активность СДГ у цыплят Ц бройлеров при темновом стрессе// Л.Н. Карелина, Б.Я. Власов, О.П. Ильина Вестник БГСХА 2010г.
- Карелина Л.Н. Уменьшение фронта кормления у цыплят Ц бройлеров и защитный эффект малоновой кислоты //Л.Н. Карелина, журнал Комбикорма №7 2010г.С.85
- Карелина Л.Н. Влияние малоната не рост и развитие молодняка крупного рогатого скота.// Л.Н. Карелина, Б.Я. Власов, А.С. Плотников. Международная научно - практическая конференция 23-27.05.2011г. ИрГСХА. С. 37-39
- Карелина Л.Н.Защитное действие малоновой кислоты при тепловом стрессе у цыплят Ц бройлеров// Л.Н. Карелина, Б.Я. Власов, О.П. Ильина Вестник № 1 БГСХА им. Филиппова 2011г. С.14
- Карелина Л.Н. Исследование молекулярных механизмов в повышении продуктивности сельскохозяйственных животных, повышение уровня их здоровья Л.Н. Карелина, Б.Я. Власов, А.Г. Булавинцев, А.К. Подшивалова. Научный отчет № регистрации 02201163073 ИрГСХА, 2011г.
- Карелина Л.Н. Биохимические маркеры качества мяса у цыплят Ц бройлеров при темновом стрессе и защитная роль малоновой кислоты// Л.Н. Карелина, Б.Я. Власов, О.П. Ильина Вестник БГУ №
- Карелина Л.Н. Малоновая кислота как ингибитор метгемоглобинобразования при темновом стрессе у цыплят Ц бройлеров // Л.Н. Карелина, Б.Я. Власов, О.П. Ильина НГАУ, 2011г.
- Власов Б.Я. Некоторые принципиальные вопросы практического применения янтарной кислоты в качестве кормовой добавки// Б.Я. Власов, Л.Н.Карелина, Н.В. Суслопарова, Объединенный научный журнал №7,8 2011г. с. 78-79
- Власов Б.Я. Экспериментальное обоснование возможности применения малоновой кислоты для коррекции психоэмоционального стресса // Б.Я. Власов, Л.Н. Карелина. Бюл. ВСН - СО РАМН, 2011г. с. 95-97
- Власов Б.Я., Световой режим, как экологический и стрессовый фактор в развитии сельскохозяйственных птиц// Б.Я. Власов, Л.Н. Карелина, Н.В. Суслопарова. Объединенный научный журнал №11,12 2011г. с. 111-113
- Карелина Л.Н. Стресс-реакции у сельскохозяйственных животных как теоретическая основа разработки эффективных технологий и их промышленного выращивания// Л.Н. Карелина, Б.Я. Власов, В.И. Иляшевич. Вестник ИрГСХА выпуск 49, 2012г. с. 69-72
31. Карелина Л.Н. Перспективы применения малоновой кислоты в промышленном птицеводстве// Л.Н. Карелина, Б.Я. Власов. 17-ая международная конференция Инновационные разработки и их освоение в промышленном птицеводстве. - Всемирная научная ассоциация по птицеводству (ВНАП Российское отделение).- М., 2012; с.204-206
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству