Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Перекисное окисление липидов и антиоксидантная защита у лактирующих коров

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Перекисное окисление липидов и антиоксидантная защита у лактирующих коров"

На правах рукописи

Ппющик Илья Александрович

ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ И АИТИОКСИДАНТНАЯ ЗАЩИТА У ЛАКТИРУЮЩИХ КОРОВ

03.03.01 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 7 ИЮН 2015

005570128

Боровск —2015

005570128

Работа выполнена на кафедре анатомии и физиологии сельскохозяйственных животных федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Каширина Лидия Григорьевна

Официальные оппоненты: Ярован Наталья Ивановна, доктор

биологических наук, профессор, заведующая кафедрой химии ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет»

Душкин Евгений Васильевич, доктор биологических наук, профессор кафедры терапии и пропедевтики ФГБОУ ВПО «Донской государственный агарный университет».

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная

сельскохозяйственная академия».

Защита состоится «01» июля 2015 года в 10 00 часов на заседании диссертационного совета Д 006.030.01 при ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии и питания животных» .

Адрес: 249013, Калужская область, г.Боровск, пос.Институт, ВНИИФБиП, тел.: 8(495)996-34-15, факс : 8(48438)4-20-88, Е mail: bifip@kaluga.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии и питания животных».

Автореферат разослан «¿_£» мая 2015 г. и размещен в сети Интернет на сайте института www.bifip.ru

Учёный секретарь

диссертационного совета, / В.П. Лазаренко

кандидат биологических наук

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение продуктивности коров и сохранение их здоровья, а также улучшение качества молока невозможно без расширения знаний в области физиологии и биохимии лактации. По этой проблеме уже проведено много исследований (Алиев А. А., 1980; Медведев И. К., 1993; Каши-рина Л. Г., 2006). Одним из важнейших факторов, влияющих на лактационную функцию организма животных, является перекисное окисление липидов (ПОЛ).

Реакции ПОЛ играют важную роль в обмене веществ живых организмов. Они являются необходимым звеном таких жизненно важных процессов, как транспорт электронов в цепи дыхательных ферментов, синтез простагландинов, лейкотриенов, тромбоксанов, стероидных гормонов, фагоцитоз, метаболизм катехоламинов, регуляция кровяного давления, пролиферация и дифференциров-ка клеток, и т.д. (Барабой В. А., 1989; Владимиров Ю. А., 1975, 1998; Журавлёв А. И., 1975).

Но при повышенной интенсивности реакций ПОЛ число свободных радикалов, образующихся в ходе этих реакций, многократно возрастает, что приводит к повреждению органелл, а затем и клеток. Поэтому в живых организмах существует сложная система регуляции интенсивности процессов перекисного окисления, называемая антиоксидантной системой (АОС) (Плужников М. С. и др., 1991). В норме процессы образования и расхода его продуктов уравновешены, что обуславливает относительно низкое содержание конечных продуктов перекисного окисления в клетках. Однако, при длительном воздействии на организм животных неблагоприятных :факторов, способствующих усилению ПОЛ, функциональные резервы антиоксидантной системы организма могут истощиться, и в этом случае она не будет'в полной мере справляться с регуляцией свободнорадикальных реакций. Такое состояние организма называют окислительным стрессом (Кармолиев P. X., 2002).

В качестве биохимических маркеров состояния плазматических мембран можно использовать активность ферментов: аспартатаминотрансферазы (АсАТ или ACT), аланинаминотрансферазы (АлАТ или АЛТ) и креатинфосфокиназы (КФК). Так как большинство ферментов локализованы внутри клеток и мышечных волокон, в норме их активность в плазме крови весьма незначительна. Но при повышенной интенсивности ПОЛ биологические мембраны могут повреждаться, в результате чего ферменты выходят в кровь. Обычно считается, что активность ACT в плазме крови возрастает при поражении миокарда, АЛТ -печени, КФК - скелетных мышц (И. П. Кондрахин и др., 2004). Таким образом, по активности указанных ферментов в плазме можно судить о том, мембраны каких органов в данный момент наиболее подвержены разрушительному действию ПОЛ.

Степень разработанности. Из литературных источников известно, что интенсивность процессов ПОЛ связана с физиологическим состоянием организма животных. ПОЛ усиливается при беременности (Абдуллаходжаева И. М. и др., 1988) и на определенных стадиях лактации животных (Степанова И. П., 2004).

Наиболее заметные изменения по содержанию в крови продуктов ПОЛ и в состоянии отдельных звеньев АОС выявляются в период сухостоя и сразу после родов (Нежданов А. Г, 2004). Кроме того, у лактирующих животных, по сравнению с сухостойными, повышено содержание продуктов перекисного окисления в сыворотке крови и снижена перекисная резистентность эритроцитов (Цыганский Р. А., 2003).

Также учёными установлено, что процессы перекисного окисления липи-дов, происходящего в клетках и тканях организма, связаны и с молочной продуктивностью животных. Высокопродуктивные животные обычно отличаются большей интенсивностью перекисного окисления липидов, чем низкопродуктивные (Кушнир И. Ю., 2004). Но имеющиеся данные о динамике ПОЛ и состоянии АОС у коров различной продуктивности и на разных стадиях лактации зачастую противоречивы.

Достоверно установлено, что спад лактации сопровождается усилением аутофагоцитоза в молочной железе (Медведев И. К., 1993). Несомненно, в процессах фагоцитоза важная роль принадлежит перекисному окислению липидов (Клебанов Г. И. и др., 1988; Сидоров И. В., Костромитинов Н. А., 2003). Однако связь между динамикой ПОЛ и затуханием лактации до сих пор почти не исследована.

Одним из важнейших антиоксидантов является а-токоферол. Он содержится и в крови и в молоке. Однако закономерности его транспорта из крови в молоко исследованы недостаточно.

Динамика активности ряда ферментов крови у молочных коров связана с уровнем молочной продуктивности и периодом лактации (Воронина Т. Ю., Кочуева Н. А., 2012). Также на их активность влияет и сезон года, т. е. изменение условий кормления и содержания (полноценность питания и отсутствие моциона) (Корякина Л. П., 2008). Интенсивность ПОЛ у коров в течение лактации также способна изменяется в довольно широких пределах. Но влияние этих изменений на состояние плазматических мембран в различных органах и тканях, а следовательно, на активность ферментов в плазме крови, изучено также недостаточно.

В то же время у животных с повышенным уровнем перекисного окисления в организме возрастает также содержание продуктов ПОЛ и в молоке (Цыганский Р. А., 2003). Это не может не влиять на состав липидов молока, а значит и на свойства молочного жира. Однако, ^работ, посвященных изучению влияния ПОЛ на лактационную функцию организма коров и на свойства молочного жира, на данный момент имеется мало, а результаты их противоречивы.

Цель и задачи исследований. Целью работы явилось изучение интенсивности процессов перекисного окисления липидов и функционального состояния антиоксидантной системы организма у молочных коров различной продуктивности на разных стадиях лактации, влияние этих процессов на молочную продуктивность, физико-химические свойства молочного жира и состояние плазматических мембран в разных органах и тканях.

Задачи исследований:

1. Определить уровень перекисного окисления липидов и функциональное состояние антиоксидантной системы у коров с различной молочной продуктивностью в период сухостоя и в первую половину лактации.

2. Изучить влияние перекисного окисления липидов и антиоксидантной системы на процессы затухания лактации.

3. Установить характер связи между содержанием витамина Е в крови и в молоке.

4. Изучить влияние перекисного окисления липидов на активность ферментов плазмы крови, являющихся маркерами состояния плазматических мембран.

5. Изучить влияние содержания продуктов перекисного окисления липидов в молоке на физико-химические показатели молочного жира.

Научная новизна. Выявлена роль перекисного окисления липидов и антиоксидантной системы в механизмах затухания лактации у коров. Исследовано влияние перекисного окисления липидов на активность ряда ферментов в плазме крови. Изучено влияние продуктов перекисного окисления липидов, содержащихся в молоке, на размер молочных жировых шариков. Получены новые данные о транспорте витамина Е из крови в молочную железу. Показано, что перекисное окисление липидов в организме коров не влияет на содержание ненасыщенных жирных кислот в молочном жире.

Практическая значимость. Полученные данные существенно дополняют имеющиеся сведения об участии продуктов перекисного окисления липидов в регуляции биосинтеза компонентов молока. Результаты исследований могут быть использованы в научно-исследовательской работе для поиска новых способов повышения молочной продуктивности коров и улучшения технологических свойств молока.

Теоретический материал используется в учебном процессе для студентов ФГБОУ ВПО «Костромская государственная сельскохозяйственная академия» и ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева» по курсам физиологии и биохимии животных.

Апробация результатов исследований. Материалы диссертационной работы доложены на:

- ежегодных научных конференциях ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет им. П. А. Костычева» (Рязань, 2012 -2014 гг.;

- 65-й международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе» (Караваево, 2014 г.).

Публикация материалов. По материалам диссертации опубликовано девять статей, в том числе четыре - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из следующих разделов: введение, обзор литературы, собственные исследования, заключение, выводы, практические предложения. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц и 38 рисунков, список литературы включает 197 источников, в том числе 28 иностранных.

Положения, выносимые на защиту.

1. У коров в период с 3-го по 5-й месяцы лактации повышается интенсивность перекисного окисления липидов. В ответ на это в плазме крови на 3-м месяце возрастает активность антиоксидантных ферментов, а затем - содержание а-токоферола.

2. Высокая интенсивность ПОЛ у лактирующих коров приводит к нарушению структуры биологических мембран, что сопровождается повышением активности ферментов в плазме крови на 3-м месяце лактации. Причем у низкопродуктивных коров возрастает активность ACT и КФК, а у высокопродуктивных - АЛТ. Следовательно, у высокопродуктивных животных больше всего повреждаются биологические мембраны в печени, а у низкопродуктивных - в миокарде и скелетных мышцах.

3. Высокое содержание в молоке продуктов перекисного окисления липидов (особенно диеновых конъюгатов и перекисей липидов) приводит к измельчению молочных жировых шариков за счёт уменьшения поверхностного натяжения в их мембранах. Наиболее сильно этот эффект выражен при одновременном повышении содержания диеновых конъюгатов и перекисей в молоке. На йодное число молочного жира перекисное окисление липидов практически не влияет.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

По теме исследований проведено 2 серии опытов. Исследования проводились в хозяйстве ЗАО «Московское» (пос. Поляны Рязанского р-на Рязанской области) на 24 коровах черно-пестрой породы. Кормление животных соответствовало зоотехническим нормам. С целью улучшения воспроизводительной функции коровам однократно, за 60 дней до предполагаемого отёла делали внутримышечные инъекции препарата «Е-селен» в дозе 10 мл/гол.

Схема исследований представлена на рис. 1. Первая серия исследований проведена в зимне-стойловый период с октября 2011 по апрель 2012 года на 14 коровах 6-7-летнего возраста, разделённых на две группы по 7 голов. В первую группу входили коровы с продуктивностью 4500-5500 кг молока за предыдущую лактацию, а во вторую — 3000-4000 кг молока за предыдущую лактацию.

Взятие крови у коров проводили из ярёмной вены утром до кормления за 1 месяц до ожидаемого отела, затем в конце 3-го, 4-го, 5-го и 6-го месяцев лактации. Одновременно с взятием крови у коров индивидуально брали пробы молока. В плазме крови и молоке определяли содержание продуктов ПОЛ: первичных -диеновых конъюгатов (ДК) (Гаврилов р. Б., Мишкорудная М. И., 1983) и вторичных - малонового диальдегида (МДА) (Андреева Л. И. и др., 1988), а также а-токоферола (Антонов А. В., 2010) В плазме определяли активность каталазы (Королюк М. А. и др., 1988), церулоплазмина (Кальницкий Б. Д. и др., 1988), аспартатаминотрансферазы (ACT), аланинаминотрансферазы (АЛТ) и креатин-фосфокиназы (КФК) (Кондрахин И. П. и др., 2004).

В пробах молока определяли содержание жира и белка на приборе «Лактан 1-4». В молочном жире определяли содержание перекисей липидов (перекисное

Рисунок 1 - Схема исследований

число) (Инихов Г. С., 1970) и содержание ненасыщенных жирных кислот (йодное число) (Шевченко В. В., 2009).

Вторую серию опытов проводили в зимне-стойловый период с ноября 2012 по февраль 2013 года на 10 коровах 3-4-летнего возраста: 2-х первотёлках и 8 коровах 2-й лактации, со средним удоем 5251 ± 280 кг за предыдущую лактацию.

У коров отбирали пробы молока утренней дойки в конце 1-го, 2-го, 3-го и

4-го месяцев лактации. В нём определяли массовую долю жира и белка, содержание диеновых конъюгатов (Гаврилов В. Б., Мишкорудная М. И., 1983) и малонового диальдегида (Андреева JI. И. и др., 1988), количество жировых шариков, их средний размер и фракционный состав (Алексеева Н. Ю., 1986). В сборном молоке определяли перекисное число молочного жира (Инихов Г. С., 1970).

Биометрическая обработка результатов исследований проведена с помощью компьютерных программ TBAS и "Excel".

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Первая серия опытов. Перекисное окисление липидов и антиоксидантная защита у коров разной продуктивности

В табл. 1 представлены данные о молочной продуктивности коров в 1-й серии опытов. Исходя из данных таблицы, видно, что у всех животных 1-й группы молочная продуктивность на 4-м месяце лактации, по сравнению с 3-м уменьшилась, причем в 1-й группе - достоверно. У животных 2-й группы тенденция к снижению молочной продуктивности наблюдалась и на 6-м месяце лактации. В результате, на 6-м месяце у коров 1-й группы удой был ниже, чем на 3-м.

Содержание ДК (табл. 2) в плазме крови у всех животных на 3-м месяце лактации по сравнению с сухостойным периодом достоверно возросло. На 4-м месяце у животных 1-й группы этот показатель практически не изменился, а у животных 2-й группы понизился. На 5-м месяце значительных изменений по обеим группам не последовало, а на 6-м у всех коров он понизился. Достоверная разница между группами наблюдалась только на 3-м месяце лактации (Р < 0,01).

Уровень МДА на 3-м месяце лактации по сравнению с сухостойным периодом у всех животных изменился недостоверно, а на 4-м значительно возрос, на

5-м снизился, а на 6-м почти не изменился.

Таким образом, на 3-м месяце лактации усилились первичные реакции ПОЛ (продукция ДК), а на 4-м вторичные (продукция МДА). На 5-м месяце снизилась интенсивность вторичных стадий, а на 6-м - и первичных. Полагаем, что усиление ПОЛ на 3-м и 4-м месяцах лактации было связано с начавшейся инволюцией секреторного эпителия в молочной железе у коров, которая и привела к снижению молочной продуктивности. Из литературных источников известно, что в механизме этой инволюции важная роль отводится процессам аутофагоцитоза, а они обычно сопровождаются повышенной интенсивностью ПОЛ (Медведев И. К., 1993).

Таблица 1 - Молочная продуктивность коров в 1-й серии опытов

Группы коров Суточный удой, кг. Количество молочного жира, г/сут. Количество молочного бежа, г/сут.

3-й месяц лактации

1 22,2±1,4 959,5±77,2 733,0±48,8

2 20,1±2,3 833,4±81,8 640,9±74,8

4-й месяц лактации

1 18,0±1,2* 757,7±56,0* 580,9±39,1*

2 18,8±2,3 714,0±63,8 599,3±75,4

5-й месяц лактации

1 18,2±1,2 749,2±58,6 583,7±41,2

2 18,9±0,9 799,8±52,9 601,6±28,3

6-й месяц лактации

1 18,7±1,1 776,5±46,1 596,6±30,8

2 15,8±1,6 695,4±75,8 508,9±52,3

Достоверность разницы с предыдущим месяцем лактации: * - Р < 0,05.

Таблица 2 - Содержание продуктов перекисного окисления липидов и антиоксидантов в плазме кроён у коров (1-я серия опытов)

Группы коров Диеновые конъюгаты, усл. ед.' Малоновый диальдегид, мкмоль/л а-тбкоферол, мкмоль/л Активность катал азы, мкмоль/л'С Активность церулоплазми-на, нмоль/л-с

Сухостойный период

1 80,2±4,1 2,78±0,14 182,0±13,3 110,4±18,5 109,1 ±4,9

2 81,8±1,8 1,91±0,33 Г51,4±7,9 95,1±12,4 109,9±7,4

3-й месяц лактации

1 165,5±4,5*** 2,49±0,48 55,2±3,5*** 118,3±6,4 292,4±27,0**

2 188,4±3,6*** 2,89±0,55 53,2±3,3*** 121,8±17,9 206,3±10,6***

4-й месяц лактации

1 163,8±3,5 4,98±0,51*** 82,8±4,0*** 75,0±4,9*** 114,1±11,3***

2 153,0±7,2*** " 5,56±0,23*** 67,3±5,1* 86,6±8,0 123,3±8,0***

5-й месяц.-лактации

1 166,7±7,0 3,77±0,21* 146,8±3,8*** 77,7±5,9 112,5±10,6

2 155,0±2,1 3,19±0,11*** 138,2±7,1*** 82,8±9,4 86,0±4,3**

6-й месяц' лактации

1 90,5±3,0*** 3,90±0,10 58,5±2,7*** 72,9±4,4 95,0±3,4

2 89,6±2,6*** 3,65±0,23 54,3±3,8*** 63,2±4,4 75,9±2,3

'1 усл. ед. - 1 единица оптической плотности, умноженная на 1000. Достоверность разницы с предыдущим взятием крови: -Р<0,05; -Р<0,01; - Р < 0,001.

Достоверные межгрупповые различия по содержанию ДК в плазме отмечены только на 3-м месяце лактации: во 2-й группе оно было выше, чем в 1-й (Р < 0,01). Содержание МДА в 1-й группе животных было более высоким, чем во 2-й, в сухостойном периоде (Р < 0,05) и на 5-м месяце лактации (Р < 0,05). Это можно объяснить тем, что низкоудойные коровы вследствие меньшей интенсивности обменных процессов отличались пониженным уровнем вторичных стадий ПОЛ - окисления ДК до МДА.

Содержание а-токоферола в плазме крови у всех животных на 3-м месяце лактации по сравнению с сухостойным периодом резко снизилось, на 4-м и особенно на 5-м - возросло, на 6-м снова уменьшилось. Снижение этого показателя на 3-м месяце можно объяснить прекращением применения препарата «Е-селен», а последующее повышение - перераспределением витамина Е между плазмой и тканевыми резервами или же мобилизацией этих резервов в ответ на усиление ПОЛ (Колосова Н. Г. и др., 1986; Голиков П. П. и др., 1987). У коров 1-й группы в сухостойном периоде и на 4-м месяце лактации содержание а-токоферола в плазме крови было выше, чем у животных 2-й группы. Полагаем, что у коров 1-й группы в период сухостоя в тканях откладывалось меньше токоферола, а в середине лактации он более активно мобилизовался из тканевых резервов.

Активность каталазы у всех коров на 3-м месяце лактации по сравнению с сухостойным периодом незначительно возросла, а на 4-м месяце — снизилась. Активность церулоплазмина у всех животных на 3-м месяце лактации по сравнению с сухостойным периодом увеличилась, что должно было компенсировать последствия снижения уровня а-токоферола в плазме, а на 4-м месяце - вернулась к исходному уровню. На 5-м и 6-м месяцах лактации у коров 1-й группы величина этого показателя была практически стабильной, а во 2-й группе продолжала уменьшаться. Снижение активности антиоксидантных гормонов при усилении ПОЛ можно объяснить истощением функциональных резервов для их биосинтеза.

На 3-м, 5-м и 6-м месяцах лактации активность церулоплазмина у коров 1-й группы была выше, чем 2-й. Следовательно, высокопродуктивные коровы, во-первых, отличаются более значительными функциональными резервами биосинтеза этого фермента, а во-вторых, их антиоксидантная система работает с большим напряжением, так как выработка церулоплазмина увеличивается при недостатке прочих антиоксидантов (Алексеева Н. Ю. и др., 1986).

В табл. 3 представлены данные об активности ферментов в плазме крови у коров в 1-й серии опытов. Данные показателей таблицы свидетельствуют о том, что в сухостойном периоде межгрупповых различий по активности ACT и АЛТ почти не было.

Активность ACT в плазме крови у коров 1-й группы на всем протяжении опыта изменялась незначительно. У коров 2-й группы она повысилась на 3-м месяце лактации, на 4-м вернулась к исходному значению и снова возросла на 6-м месяце. Вследствие этого во 2-й группе она была достоверно выше, чем в 1-й:

Таблица 3 - Активность ферментов в плазме крови у коров в 1-й серии опытов,

нмоль/л-с

ACT АЛТ КФК

1 группа 2 группа 1 группа 2 группа 1 группа 2 группа

Сухостойный период 107,1±8,5 103,8±11,2 28,0±1,9 28^0±0,5 75,5±17,9 90,3±19,3

3-й месяц лактации 106,0±4,5 165,2±3,2* 35,1±1,2** 25,3±1,5 86,0±16,1 121,8±21,8

% к сухостой ному периоду 99,0 159,0 125,4 90,4 113,9 134,9

4-й месяц лактации 103,6±4,0 117,2±5,0 33,1±2,0 28,8±1,7 113,8±12,9 147,3±21,0

% к 3-му месяцу лактации 97,2 70,9 94,3 113,8 132,3 120,9

5-й месяц лактации 90,7±9,1 101,8±3,5 29,7±1,1 27,5±1,7 108,5±25,4 135,6±28,2

% к 4-му месяцу лактации 88,1 86,3 89,7 95,5 95,3 92,1

6-й месяц лактации 91,6±4,0 121,0±3,5*** 28,6±2,7 25,6±2,2 119,6±27,2 156,4±22,5

% к 5-му месяцу лактации 101,0 119,8 96,3 93,1 110,2 115,3

Достоверность разницы с предыдущим взятием крови: * - Р < 0,05; ** - Р < 0,01; ***-Р <0,001.

на 3-м месяце - на 55,7 %, на 4-м - на 13,6 % и на 6-м - на 9,6 % (во всех случаях Р < 0,05).

Активность AJIT на 3-м месяце лактации у животных 1-й группы возросла и превысила таковую во 2-й группе на 41,6 % (Р < 0,301), а последующие месяцы постепенно убывала. Активность АЛТ у коров 2-й группы оставалась стабильной. На 4-м, 5-м и 6-м месяцах лактации значительных различий между группами по активности АЛТ не было, но все же в 1-й группе она была несколько выше, чем во 2-й: на 4-м месяце - на 13,0 %, на 5-м - на 7,4 %, а на 6-м на 10,5 %.

Активность КФК у всех животных имела тенденцию к увеличению на 3-м и 4-м месяцах лактации, а на 5-м и 6-м она изменялась незначительно. При этом на всем протяжении опыта во 2-й группе она была выше, чем в 1-й: на 3-м месяце - на 29,4 %, на 4-м - на 22,7 %, на 5-м - на 20,0 % и на 6-м на 23,5 %. Хотя разница была недостоверной, но её постоянство дает нам основание не считать межгрупповую разницу случайной.

При высокой интенсивности ПОЛ нарушается структура плазматических мембран и повышается их проницаемость (Кармолиев P. X., 2002), вследствие чего ферменты, обычно локализованные внутри клеток и мышечных волокон, выходят в кровь, и активность их в плазме возрастает. Этим мы и объясняем повышение активности ACT, АЛТ и КФК в плазме на 3-м месяце лактации.

Причем на 3-м месяце у низкопродуктивных коров (2-я группа) возрастала активность ACT, а у высокопродуктивных (1-я группа) - AJ1T. Следовательно, у высокопродуктивных животных больше всего повреждались биологические мембраны в печени, а у низкопродуктивных — в миокарде. В последующие месяцы эти показатели стали возвращаться к исходному значению, что свидетельствует о восстановлении плазматических мембран в миокарде и печени. В то же время активность AJIT оставалось более высокой в 1-й группе, a ACT во 2-й. Это согласуется с литературными данными (Корякина JI. П., 2008; Воронина Т. Ю., Кочуева Н. А., 2012).

Можно предположить, что у низкопродуктивных коров к перекисному окислению наименее устойчивы мембраны в кардиомиоцитах, а у высокопродуктивных - в гепатоцитах. Анализ динамики активности КФК позволяет заключить, что проницаемость сарколеммы в скелетных мышцах из-за усиления ПОЛ повышалась на 3-м и 4-м месяцах лактации и впоследствии оставалась повышенной, особенно у животных 2-й группы.

Данные о содержании продуктов ПОЛ и а-токоферола в молоке у коров в 1-й серии опытов представлены в табл. 4.

Содержание диеновых конъюгатов в молоке у коров обеих групп изменялось в значительно более широких пределах, чем в плазме: на 4-м месяце резко возросло, на 5-м вернулось к исходному значению, а на 6-м снова повысилось. На 3-м месяце лактации у животных 2-й группы уровень ДК в молоке был на 19,8 % выше, чем у животных 1-й группы (Р < 0,01), что свидетельствует о более высокой интенсивности первичных реакций ПОЛ в молочной железе. Впоследствии это различие сохранилось: на 4-м месяце на 12,8 %, на 5-м месяце на 17,2 % и на 6-м месяце - на 13,1 %, хотя и стало статистически недостоверным.

Перекисное число молочного жира имело максимальное значение на 3-м месяце лактации, на 4-м резко снизилось, на 5-м и, более всего, на 6-м возросло, но так и не достигло исходного значения. Различия между группами мы не считаем закономерными и существенными.

Динамика уровня МДА в молоке у всех животных имела примерно такой же характер, как и в плазме. На 4-м месяце лактации, по сравнению с 3-м, он значительно повысился, на 5-м снизился, а на 6-м почти не изменился.

Достоверное различие между группами отмечено только на 5-м месяце лактации. В это время содержание МДА в молоке у коров 1-й группы было больше, чем у коров 2-й группы на 19,4 % (Р < 0,05).

Динамика перекисного числа имела противоположный характер по отношению к динамике уровня МДА в молоке. Между этими двумя параметрами установлена достоверная отрицательная корреляция (г = - 0,765; Р < 0,05). Какой-либо связи между динамикой перекисного числа и уровня ДК в молоке не найдено.

Таблица 4 — Содержание продуктов перекисного окисления липидов и а-токоферола в молоке у коров в 1-й серии опытов

Группы коров Диеновые конъюгаты, усл. ед.' Перекисное число жира, ммоль/кг Малоновый диальдегид, мкмоль/л а-токоферол, мкмоль/л

3-й месяц лактации

1 747,4±21,2 8,73 4,50±0,35 57,8±3,3

2 895,3±16,1 11,34 3,43±0,42 82,4±2,3

4-й месяц лактации

1 1196,1±75,2*** 2,12 6,31±0,27*** 51,4±3,7

2 1349,0± 125,3*** 1,72 6,66±0,18*** 40,9±3,0***

5-й месяц лактации

1 823,4±127,5* 3,92 5,10±0,33** 118,6±11,1***

2 965,1±115,8* 2,98 4,27±0,17*** 95,8±11,1***

6-й месяц лактации

1 1341,9±113,9** 4,44 4,60±0,28 70,2±4,3***

2 1517,3±108,0*** 3,51 4,89±0,35 67,8±8,0*

'1 усл. ед. - 1 единица оптической плотности, умноженная на 1000. Достоверность разницы с предыдущим взятием крови: * - Р < 0,05; - Р < 0,01; -Р <0,001.

Таким образом, на 4-м месяце лактации в организме у коров интенсивность вторичных стадий ПОЛ (продукции МДА) возросла, на 5-м же месяце она снизилась. Усиления первичных стадий ПОЛ (продукции ДК) не отмечено. Об этом свидетельствуют изменения содержания продуктов ПОЛ в плазме крови. В молоке содержание ДК и МДА на всем протяжении опыта было выше, чем в плазме крови. Поэтому мы считаем, что в молочной железе реакции ПОЛ шли интенсивнее, чем в организме в целом. В молочной железе на 4-м месяце лактации увеличилась, а на 5-м уменьшилась выработка и первичных, и вторичных продуктов ПОЛ. На 6-м месяце усилились только первичные стадии ПОЛ без усиления вторичных. Таким образом, изменения уровня МДА в плазме и в молоке по ходу лактации имели одинаковую направленность, чего нельзя сказать об изменениях уровня ДК. Полагаем, что интенсивность вторичных стадий ПОЛ в молочной железе регулируется теми же механизмами, что и в остальных органах и тканях, но механизмы регуляции первичных стадий ПОЛ в молочной железе и во вневыменных тканях могут быть разобщены.

Межгрупповые различия содержания продуктов ПОЛ и в плазме, и в молоке не наложили отпечатка на динамику этих показателей, общий характер которой у всех животных был примерно одинаковым. Следовательно, найденные нами закономерности характерны для коров как высокой, так и низкой продуктивности.

Содержание а-токоферола в молоке у коров в первой серии опытов на 4-м месяце лактации несколько снизилось, на 5-м месяце у всех коров резко возросло, а на 6-м столь же резко уменьшилось. Во 2-й группе на 3-м месяце лактации

оно было на 42,6 % выше, чем в 1-й (Р < 0,001), а на 4-м месяце - на 20,4 % ниже (Р < 0,001).

На 4-м и 5-м месяцах лактации уровень а-токоферола в молоке был ниже, чем в плазме: в 1-й группе на 37,9 % (Р < 0,001) и на 19,2 % (Р < 0,05), во 2-й - на 39,2 % (Р < 0,001) и на 30,7 % (Р <0,01) соответственно. В остальные месяцы лактации его концентрация у коров обеих групп изменялась по-разному. На 3-м месяце лактации у коров 1-й группы концентрация а-токоферола в молоке существенно не отличалась от концентрации его в плазме, а у коров 2-й группы она была выше на 54,9 % (Р < 0,001). На 6-м месяце лактации концентрация си-токоферола в молоке у коров 1-й группы, напротив, была выше, чем в плазме, на 20 % (Р < 0,05), а у коров 2-й группы существенно не отличалась от концентрации его в плазме.

Коэффициент корреляции между содержанием а-токоферола в плазме и молоке составил: на 3-м месяце лактации -0,03, на 4-м +0,525 (Р < 0,05), на 5-м -0,21, на 6-м -0,620 (Р < 0,05).

Объяснить полученные результаты можно так. Обычно токоферол переносится из крови в молоко способом активного транспорта против градиента концентрации. Для этого в мембранах клеток секреторного эпителия молочной железы есть специфические белки-рецепторы. Поступление витамина Е из крови в молоко в этом случае зависит не только от уровня витамина Е в плазме, но также от количества и связывающей способности рецепторов (Jensen S. К. et al., 1999). Вот почему на 3-м, 5-м и 6-м месяцах лактации между концентрацией а-токоферола в плазме и в молоке не было положительной корреляции. Но на 4-м месяце лактации из-за усиления ПОЛ мембраны клеток железистого эпителия были разрыхлены. Вследствие этого, во первых, снизилась секреторная активность молочной железы н уменьшилась молочная продуктивность, а во вторых, уменьшилось количество рецепторов токоферола и нарушилась их структура, что и затруднило его активный транспорт из крови в молоко. Вероятнее всего, на 4-м месяце лактации токоферол попадал в молоко с помощью неспецифических механизмов, поэтому его содержание в молоке было ниже, чем в плазме, и напрямую зависело от последнего. Разрыхление мембран облегчило пассивный перенос токоферола в клетки молочной железы. Усиление же ПОЛ в молочной железе было вызвано усилением аутофагоцитоза, которое обычно имеет место в начале инволюции молочной железы и приводит к затуханию лактации (Медведев И. К., 1993). Мобилизация тканевых резервов токоферола (наиболее активная у высокоудойных коров) способствовала последующему уменьшению активности ПОЛ, восстановлению структуры клеточных мембран в молочной железе, а значит, и механизмов активного транспорта витамина Е в молоко. Оно завершилось только на 6-м месяце лактации.

Данные о йодном числе, которое отражает содержание в молочном жире ненасыщенных жирных кислот, показывают, что на 4-м месяце лактации по сравнению с 3-м оно изменилось незначительно, причем в 1-й группе оно было выше, чем во 2-й. На 5-м месяце лактации в 1-й группе оно уменьшилось, а во 2-й увеличилось; на 6-м - уменьшилось в обеих группах.

Таблица 5 - Йодное число молочного жира, г йода/1 ООг жира в молочном жире у коров в 1-й серии опытов, ммоль/кг

Группа коров

1 2

3-й месяц лактации 29,4 23,3

4-й месяц лактации 31,0 20,8

% к 3-му месяцу лактации 105,4 89,3

5-й месяц лактации 22,8 27,9

% к 4-му месяцу лактации 73,5 134,1

6-й месяц лактации 18,8 21,3

% к 5-му месяцу лактации 82,5 76,3

Разницу между группами на 3-м и 4-м месяцах лактации можно объяснить тем, что ненасыщенные жирные кислоты поступают в молочную железу только из жировой ткани при мобилизации резервов жира. Олеиновая кислота образуется в молочной железе из стеариновой, но источник последней - также тканевые резервы организма. У высокопродуктивных коров, особенно в начале лактации, эти процессы идут интенсивнее (Алиев А. А., 1980). Поэтому у коров 1-й группы на 3-м и 4-м месяцах лактации содержание ненасыщенных жирных кислот в молочном жире было более высоким, чем у животных 2-й группы, а затем снизилось. У коров же 2-й группы изменения йодного числа не имели закономерного характера. Но у всех животных не отмечено какой-либо связи между динамикой йодного числа и показателями ПОЛ.

3.2. Вторая серия опытов. Влияние перекисного окисления липидов на дисперсное состояние молочного жира

Проанализировав данные о молочной продуктивности коров во 2-й серии опытов (табл. 6), можно заметить, что в течение первых четырёх месяцев лактации молочная продуктивность коров имела тенденцию к снижению.

В табл. 7 представлены данные о содержании в молоке продуктов ПОЛ. Они показывают, что содержание ДК на 2-м и 3-м месяцах лактации было ниже, чем на 1-м, на 4-м месяце величина этого показателя достоверно увеличилась и приблизилась к исходному значению.

Перекисное число молочного жира, то есть концентрация в нём перекисей липидов, на 2-м месяце лактации уменьшилось, на 3-м повысилось и на 4-м снова снизилось. Все эти изменения были достоверными.

Таблица 6 - Молочная продуктивность коров во 2-й серии опытов

Месяц лактации

1 2 3 4

Удой, кг 20,9±1,8 20,2±1,8 19,2±1,4 19,8±1,6

Массовая доля жира, % 4,03±0,11 4,07±0,15 4,13±0,18 3,89±0,11

Количество жира, г 843,3±79,0 812,1±75,0 792,8±75,3 768,6±68,7

Массовая доля белка, % 3,24±0,02 3,26±0,02 3,26±0,03 3,21±0,03

Количество белка, г 678,4=58,4 657,0±60,1 628,1±47,4 636,5±52,0

Таблица 7 - Содержание продуктов перекисного окисления липидов в молоке у коров во 2-й серии опытов

Месяц лактации

1 2 3 4

Диеновые конъюгаты, усл. ед.1 1144,6±93,5 693,2±77,4** 675,3±97,5 1078,4±118,5**

Перекисное число жира, ммоль/кг 6,18±0,30 3,76±0,01*** 5,46±0,22*** 4,26±0,07***

Малоновый диальдегид, мкмоль/л 7,68±С,40 6,44±0,26** 12,71±0,84*** 9,29±0,59***

'1 усл. ед. - 1 единица оптической плотности, умноженная на 1000. Достоверность разницы с предыдущим месяцем лактации: **-Р<0,01,***-Р< 0,001.

Концентрация малонового диальдегида в молоке на 2-м месяце лактации по сравнению с первым, уменьшилась, на 3-м возросла почти в 2 раза, на 4-м снова понизилась. Изменение его уровня происходило почти с такой же динамикой, что и перекисного числа, но на 4-м месяце лактации, по сравнению с 1-м перекисное число было ниже, а содержание МДА в молоке - наоборот, выше.

Исходя из вышесказанного, на 1-м месяце лактации в молочной железе у коров и в жировых шариках наиболее активно протекали реакции первичных и вторичных стадий ПОЛ - образование ДК и перекисей. На 2-м месяце активность всех стадий ПОЛ снизилась. На 3-м месяце она опять возросла, причём особенно усилилось окисление ДК до перекисей, а перекисей - до МДА. На 4-м месяце продукция ДК возросла, но интенсивность вторичных стадий ПОЛ заметно снизилась. Также отмечено, что окисление перекисей до МДА в ходе опыта имело общую тенденцию к усилению.

В табл. 8. представлены основные показатели дисперсности молочного жира у коров 2-й серии опытов.

Таблица 8 - Показатели дисперсности молочного жира у коров во 2-й серии опытов

Количество молочных жировых шариков, млрд/мл Средний диаметр жирового шарика, мкм Доля мелких шариков (до 2 мкм), % Доля средних шариков (2-3 мкм), % Доля крупных шариков (> 3 мкм), %

1-й месяц лактации 2,742±0,141 4,24±0,06 8,16 15,46 76,38

2-й месяц лактации 2,614±0,153 5,33±0,06*** 3,46 9,92 86,62

% к 1-му месяцу 95,3 125,7 42,4 64,2 113,4

3-й месяц лактации 3,091±0,168* 5,18±0,06 3,95 9,53 86,52

'/о к 2-му месяцу 118,2 97,2 114,2 96,1 99,9

4-й месяц лактации 3,231±0,226 5,2±0,06 4,76 12,3 82,94

'/о к 3-му месяцу 104,5 100,4 120,5 129,1 95,9

Достоверность разницы с предыдущим месяцем лактации: * - Р < 0,05, *** - Р < 0,001.

Данные таблицы свидетельствуют о том, что наименьший средний диаметр молочных жировых шариков и наибольшее содержание их мелкой фракции выявлено на 1-м месяце лактации, когда в молоке содержалось много ДК и перекисей. Эти вещества, как известно, могут уменьшать поверхностное натяжение биологических мембран, что неблагоприятно сказывается на размере молочных жировых шариков и способствует переходу части молочного жира в нестабильное состояние, то есть в частицы, не покрытые мембраной. В этом случае молоко по качеству мало подходит для сепарирования сливок и сбивания масла. Наибольший средний диаметр молочных жировых шариков и наибольшее содержание их крупной фракции отмечено на 2-м месяце лактации, при низкой интенсивности всех стадий ПОЛ. На 3-м и 4-м месяцах лактации интенсивность ПОЛ несколько увеличилась, что сопровождалось небольшим измельчением жировых шариков, но не достигающим уровня, 1-го месяца лактации. Предполагаем, что сильнее всего шарики измельчаются под действием ДК в сочетании с перекисями, как это было на 1-м месяце лактации. ДК или перекиси в отдельности также способствуют дроблению шариков, но не настолько сильно, как это было видно на 3-м и 4-м месяцах лактации.

Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что высокая интенсивность перекисного окисления липидов в молочной железе и в молочных жировых шариках способствует измельчению этих шариков, а значит, и ухудшению технологических свойств молока.

4. ВЫВОДЫ

1. У коров в конце сухостойного периода наблюдается уменьшение интенсивности перекисного окисления липидов и повышение активности антиокси-дантной системы. В период с 3-го по 5-й месяцы лактации у них усиливаются первичные стадии перекисного окисления липидов, а на 4-м месяце - и вторичные. Таким образом, наиболее интенсивно реакции перекисного окисления липидов протекают на 4-м месяце лактации.

2. Содержание а-токоферола в плазме крови у коров на 3-м месяце, по сравнению с сухостойным периодом снижается, но на 4-м и 5-м оно возрастает вследствие перераспределения витамина Е между тканевыми резервами и плазмой или же мобилизацией его резервов в ответ на усиление перекисного окисления липидов. На 6-м месяце содержание а-токоферола в плазме снова снижается.

3. Активность церулоплазмина в плазе крови у коров на 3-м месяце лактации возрастает, активность каталазы в это время также имеет тенденцию к повышению. Это происходит в ответ на усиление перекисного окисления липидов на фоне дефицита витамина Е в плазме. Впоследствии активность обоих ферментов снижается из-за истощения резервов для их биосинтеза. Высокопродуктивные коровы в большинстве случаев отличаются повышенной активностью церулоплазмина.

4. На 3-м месяце лактации усиление перекисного окисления липидов приводит к повышению проницаемости плазматических мембран в различных органах у коров, о чём можно судить по увеличению активности ферментов в плазме крови. При этом у высокопродуктивных животных больше всего повреждаются мембраны в печени, а у низкопродуктивных - в мышечных тканях. На 4-м месяце лактации проницаемость мембран в печени и миокарде снижается, но в скелетных мышцах остаётся повышенной.

5. В молочной железе на 4-м месяце лактации все стадии перекисного окисления липидов усиливаются. Это сопровождается снижением секреторной активности молочной железы и вызвано усилением аутофагоцитоза в её клетках. На 5-м месяце лактации интенсивность перекисного окисления липидов в молочной железе снижается.

6. Усиление перекисного окисления липидов в молочной железе на 4-м месяце лактации приводит к повреждению мембран в её клетках, а значит, и к нарушению механизмов активного транспорта витамина Е в этот период. Это выражается в снижении уровня а-токоферола в молоке, а также в положительной корреляции между его уровнями в молоке и в плазме.

7. Изменения показателей перекисного окисления липидов в организме коров и в молочной железе не оказывают видимого влияния на йодное число молочного жира, то есть на содержание в нём ненасыщенных жирных кислот.

8. Повышенное содержание диеновых конъюгатов и перекисей в молоке приводит к нарушению структуры мембран молочных жировых шариков, а значит, к их измельчению. Это наблюдается главным образом на 1-м месяце

лактации. Повышенный уровень малонового диальдегида в молоке на диаметр молочных жировых шариков не влияет.

5. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Результаты исследований могут быть использованы в научно-исследовательской работе для поиска новых способов повышения молочной продуктивности коров и улучшения технологических свойств молока.

2. Основные положения диссертации рекомендуется использовать в курсе физиологии и биохимии животных как дополнение к имеющимся сведениям о роли перекисного окисления липидов в метаболизме и в механизмах затухания лактации.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Каширина Л. Г. Перекисное окисление липидов и антиоксидантная защита организма у молочных коров разной продуктивности / Л. Г. Каширина, А. В. Антонов, И. А. Плющик // Вестник РГАТУ имени П. А. Костычева. - 2013. -№1. - С. 8-12.

2. Каширина Л. Г. Влияние перекисного окисления липидов в организме лактирующих коров на качество молочного жира / Л. Г. Каширина, А. В. Антонов, И. А. Плющик // Вестник РГАТУ имени П. А. Костычева. - 2013. -№3. - С. 24-27.

3. Плющик И. А. Влияние перекисного окисления липидов на дисперсность молочного жира у коров / И. А. Плющик // Проблемы биологии продуктивных животных. - 2014. - №1. - С. 53-58.

4. Антонов А. В. Влияние перекисного окисления липидов на активность ферментов в плазме крови у сухостойных и лактирующих коров / А. В. Антонов, И. А. Плющик // Актуальные вопросы ветеринарной биологии. - 2014. - №3. - С. 13-17.

Публикации в других научных изданиях:

5. Каширина Л. Г. Перекисное окисление липидов у коров разной продуктивности / Л. Г. Каширина, А. В. Антонов, И. А. Плющик [и др.] // Сборник научных работ студентов РГАТУ имени П. А. Костычева. - 2012. - С. 374-378.

6. Каширина Л. Г. Влияние перекисного окисления липидов на качество молочного жира у коров / Л. Г. Каширина, А. В. Антонов, И. А. Плющик [и др.] // Сборник научных работ студентов РГАТУ имени П. А. Костычева. - 2012. - С. 378-381.

7 Антонов А. В. Динамика уровня а-токоферола в плазме крови и в молоке у коров / А. В. Антонов, И. А. Плющик, М. А. Храпова // Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе. Сб. статей 65-й межд. науч.-практ. конф. в трёх томах. - Караваево, 2014. - Т. 1. - С. 66-70.

8. Плющик И. А. Влияние перекисного окисления липидов на молочную продуктивность и дисперсность молочного жира у коров / И. А. Плющик, Л. Г. Каширина // Современная наука глазами молодых учёных: достижения, проблемы, перспективы. Мат. межвуз. науч.-практ. конф. 27 марта 2014 г. - Рязань,

2014.-Ч. И.-С. 98-104.

9 Антонов А. В. Влияние перекисного окисления липидов на активность

ферментов в плазме крови у сухостойных и лактирующих коров / А. В. Антонов, И А Плющик // Научное сопровождение инновационного развития агропромышленного комплекса: теория, практика, перспективы. Мат. 65-й межд. науч.-практ. конф. 20-21 мая 2014 г. - Рязань, 2014. - Ч. III. - С. 7-11.

Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать лазерная Усл. печ. л.1 Тираж 100 экз. Заказ № 1259 подписано в печать 12.05.2015 г. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет

имени П. А. Костычева» 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1 Отпечатано в издательстве учебной литературы и учебно-методических пособий ФГБОУ ВПО РГАТУ 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1