Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЭНТЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН И АБСОРБЦИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ У КОЗ ПРИ РАЗЛИЧНОМ СОДЕРЖАНИИ ЦИНКА В РАЦИОНЕ

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "ЭНТЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН И АБСОРБЦИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ У КОЗ ПРИ РАЗЛИЧНОМ СОДЕРЖАНИИ ЦИНКА В РАЦИОНЕ"

На правах рукописи

РЕВЯКИН Артем Олегович

ЭНТЕРЛЬНЫЙ ОБМЕН И АБСОРБЦИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ У КОЗ ПРИ РАЗЛИЧНОМ СОДЕРЖАНИИ ЦИНКА В РАЦИОНЕ

Специальность 03.00.13 - физиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2006

Работа выполнена на кафедре физиологии и биохимии животных Российского государственного аграрного университета - МСХА имени К А Тимирязева

Научный руководитель - кандидат биологических наук, доцент Полякова Елена Павловна

Официальные оппоненты доктор сельскохозяйственных наук.профессор Овсищер Борис Рувимович доктор биологических наук, профессор Максимов Владимир Ильич

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных

Защита диссертации состоится «_ в

» ^¿^¿^ 2006 г в ч на заседании диссертационного совета Д 220 043 09 при Российском государственном аграрном университете-МСХА имени К А Тимирязева по адресу 127550, Москва, ут Тимирязевская, 49 Ученый совет Российского государственного аграрного университета - МСХА имени К А Тимирязева

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ Российского государственного аграрного университета - МСХА имени К А Тимирязева

Автореферат разослан «_ » 2006 г

Ученый секретарь диссертационного совета

А А Ксенофонтова

1. Общая характеристика работы Актуальность темы

Одним из важнейших условий полноценного, сбалансированного по всем показателям, кормления является обеспечение организма животных, наряду с другими питательными веществами, минеральными элементами в определенных количествах и соотношениях. Входя в структуру многих ферментов и гормонов, они участвуют в регуляции разных сторон метаболизма, обеспечивают лучшее усвоение животными питательных веществ рациона, повышают резистентность организма.

Открытое в 1958 г. A.M. Уголевым пристеночное пищеварение показывает, что благодаря ферментам, фиксированным на щеточной кайме энтероцитов происходит финальный гидролиз органики и достаточно полно изучены механизмы всасывания в то время как в области полостного пищеварения остается много открытых вопросов, в том числе обмен и взаимодействие минеральных элементов на уровне энтеральной среды. Вместе с тем в полости кишечника обнаружены две новые реакционные зоны: слой слизистых наложений и полостная слизь, которые выполняют не только защитную функцию, но и участвуют в полостном гидролизе и абсорбции питательных веществ (Ю.М. Гальперин, 1986, А.И.Морозов, 1988). На кафедре физиологии и биохимии животных МСХА изучались свойства и функции слизистых образований пищеварительного тракта на птице (Е.П Полякова, 1986, В.И Георгиевский 1995), жвачных животных (Н.С Шевелев 1998-2000, Ксенофонтов Д. А, Ксенофонтова АЛ, 1999-2004, Е.П. Полякова). Было показано, что полостная слизь составляет основной объем химуса всех отделов желудочно-кишечного тракта и участвует в его формировании. Методом рентгеноструктурно-го анализа установлено, что полостная слизь это не бесформенная масса, а упорядоченное образование. Обнаружено, что макро- и микроэлементы в химусе имеют

РГАУМСХА имени К.А. Тимирязева , ЦНБ имени Н.И. Железнова Фонд научный литературы

определенные места юкализации, что вероятно, связано с их непосредственным участием в полостном пищеварении Установлено взаимодействие полостной сти-зи с катионами и влияние Мп, М§, и С<3 на распределение минеральных эчемеитов по фракциям химуса

Цинк относится к числу очень важных биотических элементов Его физиологическая роть в организме изучена достаточно хорошо Однако его доступность из корма и взаимодействие с другими макро- и микроэчементами на уровне гастро-энтерального метаболизма практически не изучена Это и послужило основанием для проведения наших и следований

Цель и задачи исследовании Изучить взаимодействие минеральных элементов на \ ровне энтерального и внутреннего обмена веществ у коз при разном уровне цинка в рационе Для достижения цели, были поставлены следующие задачи

1 Изучить структуру химуса коз по всем отделам желудочно-кишечного гракта

2 Выявить особенности распределения минеральных элементов по фракциям содержимого разных отделов пищеваритепьного тракта коз при разном уровне цинка в рационе

3 Изучить влияние уровня цинка в рационе на всасывание и усвоение /п Си Са, К, N8

Научная новизна и практическая ценность

Впервые получены данные по соотношению в химусе коз пищевых частиц. плотной эндогенной, растворимой и инфузорной фракций

Установлена способность птотной эндогенной фракции химуса коз в значительном количестве кумулировать двухвалентные катионы - цинк, медь, кальций, и в гораздо меньшей степени связывать одновалентные калий и натрий

Прослежена динамика распределения минеральных элементов по фракциям химуса во всех отделах желудочно-кишечного тракта. Экспериментально показано, что введение в рацион легкоусвояемой соли цинка влияет на освобождение минеральных элементов из пищевых частиц, распределение их по фракциям химуса и всасывание.

Результаты наших исследований позволяют с иных позиций рассматривать энтеральную среду в целом и могут быть использованы: в дальнейшей разработке концепции формирования структуры химуса и механизмов поддержания гомео-стаза кишечной среды, учебных курсах при изучении минерального обмена веществ и уточнении показателей усвоения минеральных элементов из рациона.

Научные положения>выносимые на защиту

- Химус коз - это гомеостазированное, упорядоченное образование в котором существенную роль играет гидратированная плотная эндогенная фракция.

- Минеральные элементы в химусе коз имеют места локализации.

- Введение в рацион коз легкоусвояемой соли цинка влияет на перераспределение минеральных элементов по фракциям и их абсорбцию.

Апробация

Основные положения диссертации доложены на конференции молодых ученых МСХА им. К.А. Тимирязева 2002 г., международной Русско-Иранской конференции 2002 г., МСХА им. Тимирязева, 9-й Российской Гастроэнтерологической неделе 2003, Москва РГА. По теме диссертации опубликовано 3 работы.

Объем и структура диссертации

Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, методику эксперимента, результаты исследований, заключение, выводы, предложения, список использованной литературы и приложения. Диссертация изложена на 12^ стр. машинописного текста, содержит ^ таблиц, 3$ рисунка. Список использованной литературы включает 15 4 наименований, в том числе иностранных.

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Опыты проводились с 1 11 2000 по 1 03 2002г в условиях вивария кафедры физиологии и биохимии животных на 6 козах в возрасте с 12 до 18 месяцев, живой массой 25-30 кг Животные подбирались по принципу пар-аналогов с учетом возраста, массы, физиологического состояния

Основной рацион (ОР) был сбалансирован по всем питательным веществам за исключением цинка (табл 1)

Табл 1

Рацион для лактируюших коз

1 1 сено рал

нотрав овес Картофель 1 итого в раиио

норма ное кг кг сырой кг морковь КГ ЖМЫХ КГ 1 не

К Е кг 1 0 44 о 1« I057 001 | 0 22 1 44

ОЭмДж И 6 85 1 3 5 ' 0 "9 ' 2 1 16 '4

С Вг 1 8^0 161 418 1 24 180 | 1613

С П г | 240 « 21 34 2 2 4 81 ! 233 6

П П г 145 14 1 6 ¡6, 1<6 6

Г С К г 163 18 1е2 >'84

vaxap г ,101 К1 < 1 20 7 12 ^ | М <

крахмал г 1 6. | 266 ч 42

соль г п 1 13

кальций г 7 0 13 0 21 0 14 08 6 63

фосфор г 2 69 0 65 1 " » 0 19 29 !

магнии г 1 0 0 24 |0<6 0 08 1 68 1 3 86

ЖС1СЗО мг 88 264 «52 37 8 * "'2 | 24 8 " (42

медь мг 1 14 30 1 (1 '7 2.09 04 204 И 4

цинк мг | 88 106 4 34 ¡701 1 14 189 |

марганеи.мг 88 128 | 7 62 ' 4 73 0 4 '44 | 148

каротин мг 17 И 0.2 04 11)8 I04 26 8

вит Д МЕ 650 160 1 г 161

вит Е ЧЕ 1 <0 25 Г 03 1 "6 ч

Животные были разделёны на 2 группы: первая группа получала ОР (цинк -43 мг\гол\сут, 25 мг\кг сухого вещества), вторая - ОР + цинк до рекомендуемого уровня - 88 мг\гол\сут, 50 мг\кг сухого вещества в виде раствора сульфата цинка (перорально).

Спустя 1 месяц после окота в опытах ¡п под наркозом у коз отбирали кровь из аорты, портальной вены (у.роЛае), рубцовой (у.гипппаПз), дуоденальной (у.сЬюскпаНв), брыжеечной (у^ипаНв) вен и оттекающую от слепой (у.соИса ёес-51га) и ободочной (у.соесаПз) кишок. Затем животные обескровливались, извлекали желудочно-кишечный тракт и брали образцы химуса и стенки кишки. Кроме этозо у животных брали на анализ бедренную кость, мышцу и печень.

Рис 1

Схема опыта

Химус фракционировали по методике, разработанной на кафедре физиологии и биохимии животных на пищевые частицы, плотную эндогенную фракцию инфузорную и растворимую фракции Рассчитывали соотношение фракций в химусе В образцах определяли содержание минеральных элементов - Zn, Си, Са, К, Ма атомно-абсорбционным методом

Полученные резучьтаты были статистически обработаны

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Структура химуса

Полученные в ходе эксперимента данные показывают, что содержание сухого вещества в цельном химусе меняется по мере продвижения его по желудочно-кишечному тракту от 9,50/о в 12-перстной кишке до 35,9% в прямой Увеличение сухого вещества мы наблюдаем в тех отделах, где идет активное всасывание воды книжка и толстый отдел В тонком отделе и сычуге, вследствие выделения в пищеварительную полость желчи, сычужных ферментов, панкреатических и кишечных соков, происходит разжижение химуса и соответственно уменьшение сухого вещества

Разложение химч-са на фракции, разработанное нами, позволяет по-новому оценить формирование химуса и механизмы полостного пишеварения в разных отделах желудочно-кишечного тракта При фракционировании химуса нами впервые вылечена инфузорная фракция, которую в предыдущих опытах проводимых на кафедре относили к плотной эндогенной фракции В преджелудках она представлена живыми инфузориями, в тонком отделе основная масса тела инфузорий, а в тотстом отдете — как живые, так и тела

Из наших данных следует, что на долю пищевых частиц приходится до 72% в сухом веществе цельного химуса, плотной эндогенной фракции -от 9 до 21%, растворимой фракции - 9-51% и инфузорной фракции - 6-16%. Рис 1. Динамика сухого вещества пищевых частиц и растворимой фракции тесно взаимосвязаны и имеют противоположную направленность. Доля сухого вещества плотной эндогенной и инфузорной фракций, подвержены меньшим изменениям на протяжении пищеварительного тракта.

В нативном химусе плотная эндогенная и растворимая фракции составляют единое целое, и благодаря гидратации плотной эндогенной фракции увеличивают свой объем в несколько раз, в то время как пищевые частицы увеличиваются значительно меньше. Таким образом основной объем химуса будет представлен гид-ратированной плотной эндогенной фракцией.

Рис.2

содержание фракций в сухом веществе химуса коз

во

^ 40

70

60

20

50

30

10

•РФ

- ПЭф| -Инф

пч ;

О

рубец сетка книжка сычуг 12- пер. той« подвзд. слепая обод, прямая отделы ЖКТ

Это позволяет нам рассматривать химус как сложное образование эндогенного происхождения, в котором гидратированная плотная эндогенная фракция играет

ведущую роль Функция этой фракции практически не изучена В связи сТГРгм, опредетение свойств этого эндогенного образования представляет интерес Распределение элементов по фракциям химуса Нами обнаружено, что содержание минеральных элементов во всех фракциях существенно различается с характерной для каждого элемента динамикой Так наименьшая концентрация всех элементов наблюдалась в пищевых частицах ¿п и Си кумулировались в плотной эндогенной фракции Са - в плотной эндогенной и растворимой фракции Рис 3,4,5 Мы полагаем, что накопление катионов в плотной эндогенной фракции является биологической необходимостью которая может объясняться либо влиянием их на структурирование химуса, либо таким образом обеспечивается толерантность животных к некоторым минеральным элементам, (излишки связываются плотной эндогенной фракцией и удаляются из организма) Однако, скорее всего работают оба механизма

Рис 3

концентрация цинка во фракциях химуса коз

о

отделы ЖКТ

концентрация меди во фракциях химуса коз

О 450

о и. 400

350

2 300

а: 250

та 200

а. н 150

а 100

X 50

о * 0

^ У

.о/

отделы ЖКТ

концентрация кальция во фракциях химуса коз

25

отделы ЖКТ

Другую картину мы наблюдаем по распределению натрия и калия. Показано, что одновалентные катионы, не связывающиеся плотной эндогенной фракцией локализуются в растворимой фракции, что по видимому способствует поддержанию осмотического давления энтеральной среды в целом. Рис 6,7.

Рис.6

концентрация калия во фракциях химуса коз

50 -]

ь_ 45 ■

40 -

К 35 -1

г ЗП

<в Р- 25 -

X 20 -

о я 15 -

X о 10 -

к Ь -

0 -

-п.ч

----р.ф

--пэф

-инф;

^ ✓ с/

¿г

р/

отделы ЖКТ

Рис.7

концентрация натрия во фракциях химуса коз

,_ 160 -| •Н 140 -|

отделы ЖКТ

При добавлении к ОР минерального, зегкодоступного цинка обнаружено перераспределение минеральных элементов по фракциям химуса Так в непереваренных пишевых частицах наблюдается тенденция к снижению содержания цинка по всем отделам желудочно-кишечного тракта за исключением преджелудков, что свидетельствует об улучшении высвобождения элемента из них

В плотной эндогенной и инфузорной фракциях концентрация цинка закономерно увеличивается В растворимой фракции межгрупповых отличий не наблюдается

При увечичении цинка в рационе отмечена тенденция к снижению содержания меди в пищевых частицах и накопление ее в инфузорной фракции На концентрацию элемента в растворимой и плотной эндогенной фракциях, добавление цинка влияния не оказало

Аналогично цинку и меди отмечено снижение содержания кальция в пищевых частицах, и увеличение в растворимой и инфузорной фракциях В плотной эндо генной фракции, межгрупповых отличий замечено не было

На содержание калия во фракциях добавка цинка заметного влияния не оказала

Г1о натрию отмечено снижение концентрации в пищевых частицах и растворимой фракции По плотной эндогенной и инфузорной фракциям достоверной разницы не наблюдалось

Таким образом, нами показано, что введение легкоусвояемого цинка в энте ральную среду приводит к увеличению содержания в эндогенных образованиях элемента Это способствует некоторому перераспределению меди, кальция, калия и натрия во фракциях химуса Абсорбция минеральных элементов

Проведенные нами исследования по всасыванию минеральных элементов показали что разный уровень цинка в рационе оказал влияние на всасывание всех

изучаемых минеральных элементов. Введение в рацион минерального цинка увеличило концентрацию в крови всех изучаемых элементов при достоверной разнице по цинку и натрию. Рис. 8

Рис.8

2,5 2

к х

я 1.5

а. ь

X ф

I 1

к

0.5

концентрация элементов в артериальной крови

ш

ЦИНК, мг\л

медь, мг\л

кальций, г\л элементы

калий, г\л

11

натрий, г\л

;.ОР I □ ОР+цинк

В группе коз получающих ОР, наблюдалась тенденция к увеличению концентрации цинка в крови у^е^аИв, у.соНса ёесБУа и у-соесаНэ. При введении в рацион неорганического цинка обнаружена тенденция к увеличению его в крови у.с1иос1епаН5 и у.соесаНэ, что свидетельствует о всасывании легкодоступного элемента в этих отделах. В крови, притекающей к тощей кишке, концентрация была выше, чем в оттекающей, что не позволяет говорить об абсорбции минерального цинка в этом отделе. Табл. 2

Концентрация меди в крови, оттекающей от всех отделов желудочно-кишечного тракта у коз, получавших ОР, была выше, чем в артериальной, что указывает на абсорбцию меди.

При добавлении в рацион минерального цинка, концентрация меди увеличивается тишь в крови V с1ио(1епа118, что указывает на ее абсорбцию в этом отделе В тощей и степой кишке концентрация в притекающей крови выше, чем в оттекающей, что может свидететьствовать об ее экскреции, а в рубце и ободочной кишке артерио-венозная разница равна нулю

I аблица 2

Концентрация эчементов в крови коз

Кровь ' V гиттаЫ V <1иос1е- у^ипаИБ V со]|са V соеса- 1 аоПа

эпементы паЬв decstra

¿п ОР | 1 >=0 I 1*0 14 12*01 1 17 + 011 1 22 + 0 32 о91 + ос; ,

мг\кт ОР+2п М5г0 17 1 84 I 0 3 1 21 + 0 * 1 66 + 0 23 1 99 + 0 48 | 1 5 +0 22

си ОР | 1 42+0 14 1 27 £0 21 1 44 * 0 41 1 26 + 0 17 1 44 + 0 24 1 08 + 0 23 1

иг кг ОР+7п ' 1 '1 '0 26 1 89 + и 42 1 24 + 0 28 1 46 + 01 1 71 +0 7 I I 72 "042 1 1 | 87 + 19 5

^110 + 32

Са ОР ^86+195 101 -с 25 89 + 20 111+31

мг^кг ОР+гп 1 102 Ь 5 142 + 2* 88 + 8 2 104 + ^2 1 114 + 14 1_ 1 105 + I* * |

к ОР 2X8 ±148 282 1151 225+ 125 34+185 305+ ГЗ | М0+ 154

мг кг ор+гп 1 282 И 11 175+ 128 429 + 213 489- 23 * ' 498 + 67

Ча ОР 1123 ь ->0"* Ч|3±2% 1126+ 144 1142 + 465 9М + 4*8 1008+ 165 |

мг кг ОР+гп 1474*371 189* ь "'б6 1762 + 601 1<29 + 478 1260+ -99 | 2173 + 281

Динамика всасывания кальция в обеих группах похожа Это может указывать на локализированную абсорбцию элемента, вне зависимости от уровня цинка в рационе В группе коз получавших ОР прослеживалась тенденция к увеличению концентрации элемента в крови V ёиос1епа||5, V соЬса ¿ес-эЦа и V соесаЬз что может указывать на абсорбцию в этих отделах В рубце и тощей кишке разница по концентрации кальция в притекающей и оттекающей крови не установлена

При добавлении к ОР цинка мы наблюдаем увеличение концентрации кальция в крови у.ёиоёепаНБ и у.соесаПз. В рубце и слепой кишке всасывания не наблюдалось, а в тощей, по-видимому, шел процесс экскреции, так как концентрация кальция в притекающей к этому отделу крови была выше, чем в оттекающей. •

Анализ притекающей и оттекающей крови у коз получающих ОР не выявил мест интенсивной абсорбции калия и натрия.

При добавлении к ОР цинка активной абсорбции калия и натрия в изучаемых отделах не наблюдается, так как в притекающей артериальной крови концентрация элементов выше, чем в оттекающей.

Мы предполагаем, что основное всасывание калия и натрия происходит не в изучаемых отделах, а в прямой кишке, вена от которой не попадает в воротную систему печени, либо элементы абсорбируется в лимфу. Соответственно этот вопрос требует дополнительных исследований.

Таким образом, нами показано, что введение в рацион минерального цинка влияет на абсорбцию элементов, а так же изменяет места их всасывания.

Выводы

1. Продвижение химуса по желудочно-кишечному тракту сопровождается изменениями концентрации сухого вещества цельного химуса - в рубце, сетке и сычуге — 11-16 %, книжке - 20-25 %. По мере продвижения химуса в каудальном направлении происходит повышение концентрации сухого вещества от 9,5 % в 12-перстной до 35,9 % в прямой кишке.

2. Установлено, что химус коз, является сложным образованием, представленным пищевыми частицами, плотной эндогенной, растворимой и инфузорной фракциями, с определенным соотношением фракций для каждого отдела желудочно-кишечного тракта.

3 Установлено, что минеральные элементы 7.п, Си, Са, К, Ыа тесно взаимодействуют со структурными компонентами химуса, и имеют характерные для каждого из них места локализации

- плотная эндогенная фракция кумулирует 7,п, Си

- К и Ыа локализуются в растворимой фракции

- Са накапливается как в плотной эндогенной, так и в растворимой фракциях

4 Введение в рацион минеральной соли цинка приводит к изменению концентрации элементов во фракциях

- концентрация 7л\ увеличивается во всех фракциях кроме пищевых частиц

- концентрация Си и Ыа увеличивается в инфузорной фракции и снижается в растворимой фракции и пищевых частицах

- концентрация Са и К уветичивается в растворимой и инфузорной фракциях и снижается в пищевых частицах

- на концентрацию элементов - Си, Са, К, Ыа в плотной эндогенной фракции добавка 7л\ заметного влияния не оказала

5 Добавка ¿х\ в рацион достоверно увеличивает концентрацию в артериальной крови гп и Ыа, и тенденциозно Си, Са и К.

6 Основными местами всасывания 2.П у коз, получающих ОР, является тощая кишка и толстый отдел, Са - 12-перстная и толстый отдел, Си всасывается по всему желудочно-кишечному тракту, у К. и Ыа не выявлено приоритетных мест абсорбции

7 При введении в рацион минерального 2п отмечено, что основное всасывание 7.п, Си и Са преимущественно происходит в дуоденуме

Практические предложения

1 Методика разделения химуса на пищевые частицы, плотную эндогенную, растворимую и инфузорную фракции представляет научный и практический инте-

рес для изучения процессов переваримости, абсорбции и экскреции органических и минеральных веществ у разных видов животных. Следует продолжить изучение свойств плотной эндогенной фракции химуса, с целью выяснения ее роли в формировании химуса и влиянии минеральных элементов на эти процессы.

2. Установленные нами новые показатели энтерального обмена Zn, Си, Са, К, Na в разных отделах пищеварительного тракта коз могут быть использованы при уточнении показателей усвоения минеральных элементов из рациона.

Список опубликованных работ

1. Е.П. Полякова, А.А. Иванов, А.О. Ревякин, JI.H. Зобова

Взаимодействие Zn и Са на уровне желудочно-кишечного тракта у кроликов.

Материалы 9 гастроэнтерологической недели. Российский журнал Гастроэнтерологии, Гепатологии и Колопроктологии. приложение 21, М.2003. с. 128

2. Е.П. Полякова, АЛ. Иванов, А.О. Ревякин, JI.H. Зобова

Фильтрация минеральных элементов молочной железой коз при разной обеспеченности животных цинком. Труды 3-ей международной Русско-Иранской конференции «Agriculture and Naturel Resource» 2003.

3. А.О. Ревякин

Абсорбция минеральных элементов в желудочно-кишечном тракте коз при разной обеспеченности животных цинком. ВНИИТЭИагроггром. 2002 г.

Зак. 311.

Тир. 100 экз.

1,0 печ. л.

Центр оперативной полиграфии ФГОУ ВПО РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44