Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Фармако-токсикологическая оценка наноразмерного бентонита и изучение его влияния на продуктивность цыплят-бройлеров и качество их продукции

ВАК РФ 06.02.03, Звероводство и охотоведение

Автореферат диссертации по теме "Фармако-токсикологическая оценка наноразмерного бентонита и изучение его влияния на продуктивность цыплят-бройлеров и качество их продукции"

На правах рукописи

Мотина Татьяна Юрьевна

Фармако-токсикологическая оценка наноразмерного бентонита и изучение его влияния на продуктивность цыплят-бройлеров и качество их продукции

06.02.03 - ветеринарная фармакология с токсикологией

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

- 6 НАР 2014

Казань-2014

005545724

У

005545724

Работа выполнена в ГНУ «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения Российской академии сельскохозяйственных наук» и ФГБОУ ВПО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана»

Научные руководители: Ежкова Асия Мазетдиновна

доктор биологических наук

Яппаров Ильдар Ахтамович кандидат сельскохозяйственных наук

Официальные оппоненты: Рахматуллин Эмиль Кассымович

доктор ветеринарных наук, профессор, заведующий лабораторией клинической фармакологии и лекарственной токсикологии ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина»

Семенов Эдуард Ильясович кандидат биологических наук, заведующий лабораторией микотоксикологии ФГБУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный

аграрный университет»

Защита состоится «01» апреля 2014 года в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д-220.012.01 при ФГБУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности» по адресу: 420075, г. Казань, Научный городок-2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности».

Автореферат разослан » алАлагьЬЯ.2014 г. Полный текст диссертации и автореферата, отзывы научный руководителей размещены на официальном сайте ФГБУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности» www.vnivi.ru: объявление о защите - на официальном сайте ВАК РФ www.vak2.gov.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат ветеринарных наук СГ^'ЭСтепанов Владимир Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Разработка теоретических основ и практических мероприятий, связанных с созданием наноматериалов и использованием их в агропромышленном комплексе, открывает новые возможности интенсификации сельскохозяйственного производства.

Природные минералы и их активированные аналоги в последние десятилетия получили широкое применение. В разных отраслях животноводства получены положительные результаты и внедрены технологии по применению природных минералов в качестве кормовых добавок и сорбентов для оптимизации минерального питания, коррекции обмена веществ, повышения количественных и

(Агроминеральные ресурсы Татарстана и перспективы их использования: монография / под общ. ред. A.B. Якимова. Казань: Фэн, 2002. 272 с. ; Папуниди К.Х., Шкуратова И.А., Донник И.М., Шушарин А.Д. Патогенетические аспекты применения сорбентов в районах экологического неблагополучия // Ученые записки КГАВМ. 2005. Т. 181. С. 174-180 ; Тремасова A.M., Бурдов Л.Г., Белецкий С.О., Митрохин М.Ю. Применение сорбентов при выращивании молодняка свиней // Ветеринарный врач. 2012. №6. С. 27-29).

Окончание XX века характеризуется началом третьей научно-технической революции, ключевой основой которой являются нанотехнологии. На рубеже XXI века ученые изыскивают возможность создавать реальные материалы непосредственно из атомов, ионов и электронов, используя их в качестве кирпичиков - наночастиц. Переход материи в наноразмерное состояние сопровождается изменением фундаментальных свойств вещества, поэтому применение терминов с приставкой «нано-» указывает на новую сферу деятельности, изучающую и использующую объекты наномира с очень специфическими свойствами и обладающую вследствие этого гигантским научно-технологическим и социально-экономическим потенциалом (Глушкова A.B., Радилов A.C., Рембовский В.Р. Нанотехнологии и нанотоксикология - взгляд на проблему // Токсикологический вестник. 2007. № 6. С. 4-8; Иванов A.B., Тремасов М.Я. Нанотехнологии: перспективы их использования // Ветеринарный врач. 2008. №5. С. 2-3 ; Головин Ю.И. Наномир без формул. М., 2011.547 е.).

улучшения

качественных показателей продуктивности

животных

Одним из перспективных и малоизученных направлений использования природных минералов является создание на их основе наноразмерных лекарственных средств, препаратов и кормовых добавок с более выраженными положительными свойствами и действием в организме животных. В связи с чем, изучение структуры, физико-химических, фармако-токсикологических свойств наноразмерных бентонитов региональных месторождений, определение их влияния на организм животных и разработка технологий применения в животноводстве являются актуальными, что послужило основанием для темы исследований.

Степень разработанности темы. В области применения наноструктур пых природных минералов сельскохозяйственным животным и птицам данные литературы весьма ограниченны. Имеющиеся источники сводятся, в основном, к исследованию сорбционных свойств нанострукгурных веществ (Лифанова С.П. Содержание токсикантов в молоке коров и продуктах его переработки при использовании наноструюурированного сорбента «Биокоретрон Форте» // Ветеринарный врач. 2010. № 5. С. 22-24 ; Фисинин В.И. Применение нанотехнологий в промышленном птицеводстве («МТох+» стратегия профилактики микотоксикозов): метод, реком. СПб., 2011. 34 е.).

В настоящее время возникает настоятельная необходимость проведения фармако-токсикологической оценки и биологического тестирования наноразмерных веществ, полученных из местных минеральных сырьевых ресурсов. Данные, полученные в ходе исследований, позволят выявить безопасные дозы применения нановеществ, изучить их влияние на метаболизм, показатели продуктивности животных и разработать методы и технологии использования для сельскохозяйственных животных.

Работа является частью комплексных исследований отделов животноводства и разработки био- и нанотехнологий в земледелии и животноводстве по плану «Фундаментальные и приоритетные прикладные исследования по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2011-2015 гг.», утвержденному постановлением Президиума Российской академией сельскохозяйственных наук, по заданию 02.

Цель и задачи исследований. Цель работы - получить наноразмерный бентонит, изучить его фармако-токсикологические свойства и влияние различных доз в качестве кормовых добавок на организм цыплят-бройлеров и качество их продукции.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1) получить наноразмерный бентонит, изучить его структуру и физико-химические свойства и провести сравнение с бентопорошком;

2) изучить потенциальные пути введения наноразмерного бентонита в организм животных;

3) провести фармако-токсикологическую оценку наноразмерного бентонита на лабораторных животных;

4) изучить влияние разных доз кормовых добавок наноразмерного бентонита на организм цыплят-бройлеров;

5) провести ветеринарно-санитарную оценку мяса цыплят-бройлеров, получавших кормовую добавку наноразмерного бентонита.

Научная новизна исследований. Впервые получен наноразмерный бентонит путем диспергирования бентопорошка ультразвуковым воздействием и последующей стабилизацией его в деионизированной воде. Проведен сравнительный анализ структуры, физико-химических свойств наноразмерного бентонита и бентопорошка с применением световой, атомно-силовой микроскопии и метода совмещенного термического анализа.

Изучены потенциальные пути введения наноразмерного бентонита в организм животных и его токсикологические и сорбционные свойства. Впервые разработаны оптимальные дозы применения животным наноразмерного бентонита в качестве кормовой добавки к рациону.

Впервые изучено влияние разных доз кормовых добавок наноразмерного бентонита на гематологические показатели цыплят-бройлеров, массу их тела, сохранность поголовья, морфометрию органов, ветеринарно-санитарную оценку мяса и сорбцию солей тяжелых металлов.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы состоит в обосновании возможности получения наноразмерных природных минералов на модели разработки наноразмерного бентонита. Установлена структура наноразмерного бентонита по размерам и форме частиц, адсорбционной емкости, устойчивости к агрегации. Выявлены оптимальные дозы наноразмерного бентонита в качестве кормовой добавки к рациону животных и птицы. Показано положительное влияние наноразмерного бентонита на организм цыплят-бройлеров, количественные и качественные показатели продуктивности, ветеринарно-санитарное качество мяса.

По материалам диссертации разработаны два нормативно-технических документа: «Приемы применения местных природных сорбентов, обеспечивающих

производство качественной, нормативно соответствующей продукции сельского хозяйства» и «Усовершенствованные приемы получения экологически безопасной продукции животноводства в регионах техногенной нагрузки с применением местных агроминералов для сорбции солей тяжелых металлов из организма сельскохозяйственных животных», утвержденных ГНУ Татарский НИИАХП Россельхозакадемии «29» сентября 2010 г и «20» сентября 2012 г.

Методология и методы исследования. Предметом исследований стала фармако-токсикологическая оценка наноразмерного бентонита, диапазон безопасных доз, изучение влияния разных доз наноразмерного бентонита в виде кормовой добавки на организм животных.

Объектами исследований являлись бентопорошок Тарн-Варского месторождения, наноразмерный бентонит, мыши, кролики, цыплята-бройлеры, их органы и ткани.

Исследования проводили с использованием следующих методов: ультразвукового воздействия — диспергирование бентонита; сканирующей зондовой микроскопии — изучение структуры, физических и физико-химических свойств бентопорошка и наноразмерного бентонита; синхронного термического анализа — изучение физико-химических свойств бентонита и наноразмерного бентонита; клинических — оценка поведенческих реакций животных, визуальный осмотр кожи и волосяного покрова, слизистых оболочек, определение динамики массы тела, показателей среднесуточного, абсолютного и относительного прироста, продолжительность интоксикации и жизни; морфо-биохимических — прижизненное взятие крови у бройлеров из подкрыльцовой вены, в технологические сроки убоя — путем декапитации для исследования на содержание общего кальция, неорганического фосфора, общего белка, резервной щелочности; токсикологические — определение острой оральной и подострой токсичности, изучение кумулятивных свойств, раздражающего действия на кожу и слизистые оболочки глаза, сорбционных свойств; морфологические - определение массы туши и внутренних органов; физико-химические - определение в мышечной ткани химических элементов, влаги, минеральных веществ, жира, белка, расчет калорийности; микробиологические — исследование бактериологических показателей мяса; статистическая обработка данных с использованием программы Microsoft Excel 2007.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) характеристика наноразмерного бентонита, полученного диспергированием бентопорошка ультразвуковой обработкой со стабилизацией его в деионизированной воде;

2) фармако-токсикологическая оценка наноразмерного бентонита;

3) обоснование оптимальных доз кормовой добавки наноразмерного бентонита для увеличения сохранности поголовья, улучшения биохимических показателей крови и повышения продуктивности цыплят-бройлеров;

4) ветеринарно-санитарная оценка мяса цыплят-бройлеров, получавших кормовую добавку наноразмерного бентонита.

Степень достоверности и апробация результатов исследований. Достоверность научных исследований подтверждается комплексностью исследований, большим объемом проведенных анализов при изучении структуры и свойств наноразмерного бентонита - 11 проб и на животных 3453 пробы, испытаниями эффективности использования наноразмерного бентонита в лабораторных и производственных условиях на 314 мышах, 12 кроликах и 350 бройлерах.

Основные научные положения, выводы и рекомендации диссертации доложены, обсуждены и одобрены на годовых отчетах ГНУ «Татарский НИИАХП Россельхозакадемии» по итогам НИР за 2010-2013 гг., итоговых кафедральных заседаниях ФГБОУ ВПО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана», Международных, Межрегиональных и Всероссийских научно-практических конференциях (Казань 2008, 2010, 2012, 2013; Скол 2009; Ульяновск 2011; Саранск, 2012; Москва, 2013).

Результаты исследований апробированны в условиях производства в КФХ «МАРС» Зеленодольского района РТ.

Публикация результатов исследований. Основное содержание диссертации и ее научные положения опубликованы в 14 печатных работах, в том числе 3 статьи в изданиях, входящих в перечень рецензируемых научных журналов и изданий, определенных ВАК России.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает разделы: введение (5 е.), основную часть (105 е.), заключение (16 е.), список сокращений и условных обозначений (1 е.), список литературы (27 е.), список иллюстративного материала (Зс.) и приложения (7 е.). Работа изложена на 167 страницах компьютерного текста, содержит 19 таблиц, 18 рисунков. Список литературы включает 263 источника, в

том числе 71 зарубежных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Материалы и методы исследований

Работа выполнена в отделах животноводства и разработки био- и нанотехнологий в земледелии и животноводстве ГНУ Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения Россельхозакадемии по программам «Фундаментальные и приоритетные прикладные исследования по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006-2010 и 2011-2015 гг.», утвержденным Российской академией сельскохозяйственных наук и на кафедре патофизиологии ФГБОУ ВПО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана».

Экспериментальную часть работы и исследования бентопорошка, наноразмерного бентонита и биологического материала проводили в ГНУ ТатНИИАХП Россельхозакадемии; кафедре патофизиологии ФГБОУ ВПО «КГАВМ им. Н.Э. Баумана»; в Научно-исследовательском инновационно-прикладном центре «Наноматериалы и нанотехнологии» г. Казань; на базе вивария и отделах токсикологии, бактериологии и ветеринарно-санитарной экспертизы ФГБУ «ТМВЛ» г. Казань. Часть исследований выполняли при консультативной помощи заведующего отделом токсикологии ФГБУ «ФЦГРБ-ВНИВИ» доктора биологических наук, профессора М.Я. Тремасова и заведующего кафедрой физики ФГБОУ ВПО «КНИТУ» доктора технических наук профессора Е.С. Нефедьева, за что им признательны и благодарны.

Наноразмерный бентонит получали диспергированием бентопорошка (термоактивированная бентонитовая глина Тарн-Варского месторождения РТ) в ультразвуковой установке УЗУ-0,25 при частоте 18,5 кГц (±10,0%), выходной мощности установки 80 Вт и амплитуде колебаний ультразвукового волновода 5 мкм. Стабилизировали наноразмерный бентонит деионизированной водой в концентрации 1:4.

Структуру бентопорошка и наноразмерного бентонита изучали методом световой микроскопии на микроскопе МБИ-6 и на сканирующем зондовом микроскопе MultiMode V фирмы Veeco (США) с компьютерным программным

обеспечением. Микрофотографирование в световом микроскопе проводили с использованием цифровой фотокамеры «Pentax».

Физико-химические свойства наноразмерного бентонита исследовали методом синхронного термического анализа (совмещение DSC-TGA кривых) на совмещенном термоанализаторе SDT Q 600 фирмы ТА Instruments (США). Тип тигля-апюминевая фольга, среда-воздух, 100мл/мин.; режим съемки: 1 ¡Equilibrate at 22.00 °C/min to 500.00 °C.

Изучение потенциальных путей введения наноразмерного бентонита проводили согласно Методических рекомендации по изучению общетоксического действия фармакологических средств, утвержденных Управлением государственного контроля лекарственных средств и медицинской техники

Минздрава России 29 декабря 1997 г.

Острую оральную токсичность определяли на белых мышах согласно методике «Определение острой токсичности» по ГОСТу 28178-89 с учетом МУ 1.2.2520-09 по оценке безопасности наноматериалов.

Изучение кумулятивных свойств и подострой токсичности наноразмерного бентонита проводили на белых мышах с использованием теста по Lim R.K. et al. (1961) и МУ 1.2.2520-09 по оценке безопасности наноматериалов.

Раздражающее действие наноразмерных бентонитов изучали на кроликах, используя методику определения общей токсичности по ГОСТу Р 52337-2005 с учетом МУ 1.2.2520-09.

Сорбционные свойства наноразмерных бентонитов изучали на половозрелых мышах. Для экспериментальной интоксикации мышей использовали свинец азотнокислый Pb(N03)2 - ТУ 6-09-2008-77, кадмий уксуснокислый Cd(CH3CO2)2.2H0 - ГОСТ 5824-71, никель (II) азотнокислый 6-водный без кобальта Ni (N03)2. НО - ГОСТ 4055-78 в количестве 1 МДУ в корме.

Научно-производственный опыт с применением бентопорошка и наноразмерных бентонитов провели на цыплятах-бройлерах: I - контрольная - на основном рационе (OP), II - ОР+3,0% бентопорошка, III, IV, V, VI и VII получали к ОР 3,0; 2,4; 1,8; 1,2 и 0,6% наноразмерного бентонита соответственно. Массу прицы и внутренних органов бройлеров определяли индивидуальным взвешиванием на электронных весах IV класса точности Beurer GmbH Söflingerstr. 218,89077 Ulm, GERMANY с точностью до 0,01 кг.

В сыворотке крови определяли содержание: общего кальция -трилонометрическим методом, неорганического фосфора - колориметрическим,

резервной щелочности - диффузионным методом по И.П. Кондрахину, общий белок - рефрактометрическим методом.

Послеубойный ветеринарно-санитарный осмотр тушек цыплят проводили руководствуясь «Правилами ветеринарного осмотра убойных животных и ветеринарно-санитарной экспертизы мяса и мясных продуктов» (1988). В мясе определяли содержание влаги - по ГОСТу Р 51479-99; количество жира - методом Сокслета по ГОСТ 23042-86; количество белков - по Кьельдалю ГОСТ 25011-81; содержание минеральных веществ — сжиганием в фарфоровом тигле. Содержание токсичных элементов в мясе изучали на атомно-абсорбционным спектрометре «Aanalist 400» с предварительной минерализацией проб по ГОСТ 26929-94. Цифровые показатели, полученные при выполнении работы, анализировали по стандартным программам вариационной статистики согласно пакету программ Microsoft Office Excel-2007.

2 Получение наноразмерного бентонита и изучение его свойств

Изучение бентонита методом световой микроскопии показало, что он состоит из конгломератов частиц размером менее 0,002 мм. Исследование структуры бентонита с применением сканирующего зондового микроскопа показало, что он состоит из частиц трех размеров: мелкие частицы с размером 0,12-0,8 мкм составляли 20-25%, средние - имели размер 0,9-1,3 мкм и были представлены до 70%, и крупные, занимающие в структуре около 5%, были размером 1,3-22,0 мкм. Большие и средние частицы имели конусовидную форму с рельефной поверхностью, мелкие частицы имели форму сглаженных бугорков. Четкой организации расположения частиц бентонита не отмечали.

Изучение наноразмерного бентонита с применением сканирующего зондового микроскопа показало, что его структура представлена частицами трех различных размеров: мелкие образования с размером 33-35 нм, их доля несколько превышала 50,0%, средние частицы имели размер 55-82 нм и около 10% частиц были величиной 85-95 нм. В структуре наноразмерного бентонита частицы имели форму расплющенных, стекающих бугорков с хаотичным их расположением.

При изучении свойств наноразмерного бентонита установлено увеличение физической площади вещества в 15-19 раз в сравнении с макроаналогом. С уменьшением размера частиц минерала от 22,0 до 2,0 мкм полная поверхностная площадь бентонита увеличилась примерно в 10 раз, уменьшение размера частиц

бентонита до 200 нм способствовало увеличению его площади в 90-100, а уменьшение до 20 нм - в 800-1000 раз. Установлено, что наноразмерный бентонит не растворяется в воде, образует водно-дисперсную суспензию. При определении устойчивости наноразмерного бентонита к агрегации выявили, что конгломераты с размерами более 100 нм образовывались на 30-32 суг с постепенным увеличением агрегации частиц до больших размеров 350-1600 нм. Изучение свойств наноразмерного бентонита методом совмещенного термического анализа (DSC-TGA) показало, что происходящий тепловой эффект является реакцией разложения вещества. Отмечали активное снижение массы наноразмерного бентонита на участке с температурой шкалы до 35-40°С. При исходной температуре 26°С масса наноразмерного бентонита была 100%, при нагревании его до 40°С она снизилась до 98,4%. Этот процесс, экстраполированный на животных, показывает распад и высвобождение микро- и макроэлементов, и объясняет механизм ионного обмена изучаемого вещества в этом диапазоне температур.

3 Токсикологическая и фармакологическая оценка наноразмерного бентонита

3.1 Потенциальные пути введения в организм животных

Опыты проведены на 40 белых мышах, разделенных на четыре группы. Апробированы внутрижелудочное введение водной суспензии наноразмерного бентонита агравматичным зондом (0,5 мл/гол) и введение путем внутримышечной (0,5 мл/гол), подкожной (1,0 мл/гол) и внутрибрюшинной (1,0 мл/гол) инъекций. В группе мышей, получивших наноразмерный бентонит внутрибрюшинно, отмечали падеж четырех особей, у мышей инъецированных наноразмерным бентонитом внутримышечно и подкожно падеж не зафиксирован. С диагностической целью спустя пять суток провели вскрытие животных. Установлено, что в подкожном пространстве, мышечной ткани и в брюшной полости наноразмерный бентонит не рассосался и явился причиной воспалительных реакций со стороны контактных тканей и органов. У мышей, получавших наноразмерное вещество внутрижелудочно, не выявляли наноразмерный бентонит в органах желудочно-кишечного тракта, однако слизистая оболочка желудка и тонкого отдела кишечника была гиперемирована в различной степени проявления.

3.2 Определение острой токсичности

В эксперименте использовали 70 половозрелых самок белых мышей в возрасте 4 месяцев, массой тела 19-20 г, разделенных на 7 групп и предварительно прошедших карантин в течение 10 сут. Наноразмерный бентонит вводили внутрижелудочно в виде водной суспензии атравматичным зондом в диапазоне доз от 0,1 г/кг до 0,5 г/кг массы тела. Контролем сравнением были мыши, получавшие аналогичным путем водную суспензию бентопорошка в дозе 0,5 г/кг живой массы и мыши, получавшие дистиллированную воду в количестве 0,5 мл.

Однократное внутрижелуцочное введение наноразмерного бентонита в дозах 0,5 и 0,4 г/кг живой массы, обусловило у мышей общее угнетение, малоподвижность и отказ от корма и воды. Отмечали летальность двух мышей при дозе 0,5 г/кг. При патологоанатомическом вскрытии наблюдали гиперемию слизистой органов желудочно-кишечного тракта с точечными кровоизлияниями различной степени интенсивности, отмечали изъязвления фундальной части желудка. Введение наноразмерного бентонита в дозе 0,3 г/кг живой массы обусловило изменение общего состояния животных с угнетением жизненно важных функций. Наблюдали малую подвижность, осторожное передвижение, диспепсию, цианоз видимых слизистых оболочек. Перечисленные признаки уменьшались и нормализовались на 4-5 сут. Однократное внутрижелудочное введение белым мышам дистилированной воды, водной суспензии бентопорошка в дозе 0,5 г/кг и наноразмерного бентонита в дозах 0,1 и 0,2 г/кг массы тела не повлияло на поведенческие реакции и общее состояние животных.

3.3 Изучение кумулятивных свойств

Эксперименты проведены на 20 белых мышах с массой тела 20-21 г., прошедших карантин в течение 10 сут. Опытным животным (п=10) внутрижелудочно при помощи атравматического зонда в течение 24 сут ежедневно вводили наноразмерный бентонит, контрольным - дистиллированную воду. В первые 4 сут доза вводимого наноразмерного бентонита была равна 0,05 г/кг (1/10 часть от максимально введенной в опыте по определению острой оральной токсичности), далее каждые 4 сут дозу увеличивали в 1,5 раза. Первые клинические признаки наблюдали на 14 сут эксперимента. Мыши собирались в группы, были малоподвижны, не проявляли интереса к воде и корму. Спустя 4 ч после введения

нановещества общее состояние животных было удовлетворительное и возвращалось к норме. На 21-24 сут введения наноразмерного бентонита у мышей отмечали угнетение общего состояния, волосяной покров был взъерошен, кожа и видимые слизистые цианотичны, у некоторых мышей возникала диарея. На 21 и 23 сут опыта выявили падеж двух мышей. При вскрытии патологоанатомические изменения характеризовались цианозом видимых слизистых оболочек, кагарально-геморрагическим гастроэнтеритом с изъязвлениями слизистой желудка и тонкого отдела кишечника. Симптомы интоксикации имели обратимый характер и длились 6-7 ч после введения нановещества, затем состояние мышей стабилизировалось. Таким образом, при длительном применении наноразмерного бентонита в возрастающих дозах кумулятивные свойства его не проявлялись.

3.4 Определение острой токсичности при накожном применении

Использовали шесть годовалых самок кроликов весом 2,6 кг, у которых на участках кожи размером 6x6 см в области бедра, бока и лопатки тщательно выстригали волосяной покров до полного обнажения. В качестве контроля использовали симметрично выстриженные участки тела этих же кроликов. Диапазон наносимых доз водной суспензии наноразмерного бентонита составил от 2 до 10 мг/см2, водной суспензии бентопорошка - 10 мг/см2, дистилированной воды — 10 мг/см2. Через 72 ч после накожной апликации наноразмерного бентонита в дозе 10 мг/см2 установлена гиперемия кожи с корочками подсыхания; в дозе 8 мг/см2-незначительная гиперемия; в дозах от 2 до 6 мг/см2 не установлено раздражающего действия на кожу. Водная суспензия бентопорошка в дозе 10 мг/см2 не вызывала кожно-раздражающего действия. При накожном нанесении бентопорошка и наноразмерного бентонита в этих дозах гибели кроликов не наблюдали, поэтому можно считать, что они не обладают токсичностью.

3.5 Изучение раздражающего действия на слизистую оболочку глаза

В эксперименте использовали шесть самок кроликов в возрасте 2 лет с живой массой 2,800-2,900 кг, разделенных на две группы. В конъюнктивальный мешок левого глаза кроликов первой группы вносили - 0,05 мг наноразмерного бентонита в виде 25% водной взвеси, кроликам второй группы аналогично - 5 мг бентопорошка, правый глаз — контрольный. По окончании первого ч у всех опытных животных

наблюдали гиперемию, отек слизистой оболочки глаза средней степени, отчетливо выраженные кровенаполненные капилляры, обильное слезотечение; у кроликов второй группы - бентопорошок собрался в конгломерат, у животных отмечали обильное слезотечение и незначительно выраженную гиперемию склеры и слизистой оболочки глаза. По истечении суток каких-либо структурно-функциональных изменений на конъюнктиве глаз кроликов обеих групп выявлено не было, что указывало на отсутствие у бентопорошка и наноразмерного бентонита в этих дозах раздражающих свойств.

3.6 Определение подострой токсичности

Были сформированы семь групп мышей 3-х недельного возраста по 12 в каждой, прошедшие карантин в течение 10 суг. Опытным животным к основному рациону добавляли от 0,6 до 3,0% наноразмерного бентонита, контролем были мыши, получавшие к основному рациону 3,0% бентопорошка и мыши на основном рационе. Длительность эксперимента 90 - сут.

За период опыта падежа мышей ни в одной опытной группе группе не выявили, отклонений в их внешнем виде и поведении не обнаружили, животные сохранили реакцию на внешние раздражители, физическую активность, кормовую и водную возбудимость, имели блестящий без загрязнений волосяной покров, кожа и видимые слизистые были розового цвета. К концу эксперимента мыши, получавшие к основному рациону 1,2% наноразмерного бентонита, имели наибольшую живую массу, что было выше показателей контрольных животных на 27,7% (Р<0,05). Наименьший показатель прироста живой массы установлен в группах у мышей, получавших 2,4 и 3,0% наноразмерного бентонита, что было больше контроля на 4,1 и 1,1%. Примерно одинаковые результаты получены у мышей, потреблявших к основному рациону 0,6 и 1,8% наноразмерного бентонита, где превышение живой массы в сравнении с контрольными составило 20,0 и 22,7% соответственно. Использование бентопорошка в дозе 3,0% к рациону обусловило повышение живой массы на 8,2% в сравнении с контрольными. При диагностическом вскрытии видимых патологических изменений органов и тканей у мышей всех групп не наблюдали.

3.7 Фармакологическая оценка сорбционных свойств

При изучении сорбционных свойств использовали дозу 1,2% наноразмерного бентонита к основному рациону, так как она обусловила наибольший прирост массы. Было сформировано 10 групп белых мышей в возрасте 4 месяцев, массой тела 20,0-21,0 г., прошедших карантин в течение 10 сут. Схема опыта, скармливаемые компоненты и дозы представлены в Таблице 1. Таблица 1- Схема опыта по применению токсикантов и сорбентов

Группы 1У=10

Токсикант

Доза компонентов

I - биол. контр.

Основной рацион (ОР)

II - контр, на токсины

ОР + С<1

III - опытная

С4

ОР + С(1 + 3% бентонита

IV- опытная

V- контр- на токсины

ОР + Сё + 1,2% наноразмерного бентонита

ОР + РЬ

VI — опытная

РЬ

ОР + РЬ + 3% бентонита

VII - опытная

КЛ I 1 и ' ^/ЦЦУПШШИЦ _ _

ОР + РЬ + 1,2% наноразмерного бентонита

VIII - контр- на токсины

IX — опытная

ОР + №

№

ОР + № + 3% бентонита

X — опытная

ОР + № + 1,2% наноразмерного бентонита

К концу эксперимента у мышей, длительно получавших токсические вещества, установлено повышение в печени, почках и мышечной ткани допустимого уровня по содержанию кадмия в 1,1-3,2 раза, свинца 1,4-4,3 и никеля - в 1,8-2,0 раза в сравнении с биологическим контролем. Применение наноразмерного бентонита способствовало снижению солей кадмия в печени на 44,9% (с 0,98 до 0,54 мг/кг), почках 88,9% (с 1,08 до 0,12 мг/кг) и мышечной ткани - 71,4% (с 0,07 до 0,02 мг/кг) (Р<0,05), при этом использование бентопорошка обусловило снижение солей кадмия в печени на 36,0%, в почках на 45,4 и мышечной ткани - на 28,6%. Аналогичную тенденцию наблюдали в динамике свинца: применение наноразмерного бентонита снизило содержание этого элемента в печени на 43,3% (с 1,04 до 0,59 мг/кг), почках - 90,1% (с 1,99 до 0,18 мг/кг), мышечной ткани - на 95,3% (с 2,13 до 0,10 мг/кг), в то же время использование бентопорошка снизило количество свинца в этих же органах на 14,4%, 63,3 и 62,5% соответственно. Скармливание наноразмерного бентонита мышам, длительно получавшим соли никеля, обусловило уменьшение этого элемента в печени на 73,2% (с 0,56 до 0,15 мг/кг), почках - 82,3% (с 1,13 до 0,20 мг/кг), мышечной ткани - на 78,0% (с 0,91 до 0,20 мг/кг), при этом применение бентопорошка способствовало снижению в этих же органах на 57,1%, 44,3 и 42,8% соответственно.

4 Влияние различных доз наноразмерного бентонита на продуктивность цыплят-бройлеров и качество их продукции

В научно-производственных опытах по изучению влияния разных доз наноразмерного бентонита на рост, развитие, сохранность поголовья бройлеров, их биохимические показатели крови и качество мяса было сформировано 7 групп цыплят кросса «Смена-7». Птицу I контрольной группы содержали на основном рационе. Подопытные цыплята из П; Ш; IV; V; VI и VII групп с 10 суточного возраста получали в виде кормовых добавок к основному рациону (ОР) соответственно, 3,0% бентопорошка; 3,0; 2,4; 1,8; 1,2 и 0,6% наноразмерного бентонита. Длительность применения 30 сут — до технологического убоя бройлеров на мясо.

4.1 Изучение влияния на биохимические показатели крови

Исследовали некоторые показатели крови в динамике опыта в 18 и 31 сут опыта. Анализ полученных данных выявил, что изучаемые параметры были в пределах возрастных и физиологических границ для бройлеров. К концу опытного периода увеличение содержания общего кальция в крови бройлеров при использовании бентопорошка составило 5,1%, а применение разных доз наноразмерного бентонита способствовало увеличению на 1,2-8,2%. Аналогичную тенденцию отмечали в динамике неорганического фосфора: при применении бентопорошка увеличение составило 8,3%, наноразмерных бентонитов - 3,1-14,0% (Р<0,05). Показатель резервной щелочности повысился на 5,8% у получавших бентопорошок и на 1,6-7,8% у получавших наноразмерные бентониты.

4.2 Изучение влияния на показатели сохранности поголовья, массу тела и внутренних органов

Сохранность поголовья бройлеров получавших наноразмерный бентонит была в III группе 96%, IV, V и VII - 98%, VI - 100, против показателей контроля -92% и получавших бентопорошок — 96%.

У бройлеров, получавших разные дозы наноразмерного бентонита, масса тела была выше контрольных на 13,3-26,6%, что выражалось в дополнительном приросте массы на 213,0-420,0 г на одну птицу (Рисунок 1). Наивысшая масса тела была у

бройлеров, получавших с основным рационом 1,8% наноразмерного бентонита, наименьшая была у птицы, получавшей 0,6 и 3,0% наноразмерного агроминерала. У цыплят, потреблявших бентопорошок, живая масса была на 7,2% или на 113,3 г больше контроля. Следует особенно отметить, что показатели массы тела были в пределах физиологических границ для этого кросса бройлеров, однако в опытных группах они были выше, чем в контрольной.

2100-1 Г

1400

700

0

_В УД ОР+Р,б%НБ__________

Рисунок 1 - Изменение показателей живой массы цыплят-бройлеров при использовании в кормлении бентопорошка и наноразмерного бентонита, г

Сравнительный анализ влияния бентопорошка и разных доз наноразмерного бентонита на весовые показатели некоторых внутренних органов выявил аналогичную тенденцию больших значений у опытной птицы в сравнении с таковыми у контрольной. Полученные данные сопоставимы с показателями увеличения живой массы бройлеров. Увеличение веса печени у птиц, получавших бентопорошок, составило 3,8% (1,5 г), разные дозы наноразмерного бентонита - 4,216,3% (1,6-6,1 г) (Р<0,05); сердца - соответственно на 7,4% (0,8 г) и 1,0-15,1% (0,11,6 г) (Р<0,05); желудка - 9,0% (3,7 г) и 8,4-12,7% (3,5-5,2 г) (Р<0,05); кишечника -8,8% (14,7 г) и 13,3-124,5% (22,1-40,7 г). Весовые показатели желчного пузыря, селезенки и кутикулы у птиц опытных групп в сравнении с контролем достоверно не изменялись.

1026

192 192 195 193 193 198 195

сутки опыта 1

□ I контроль а IV ОР+2,4%НБ

В и ОР+3,0% бентопор. СП V ОР+1,8%НБ

31 (технологический убой)

ШШ С)Р+3,0%НБ И VI ОР+1,2%НБ

Таким образом, при изучении влияния разных доз наноразмерного бентонита на массу бройлеров наибольшие показатели были получены при использовании 1,8 и 2,4% вещества к основному рациону. По показателям сохранности поголовья наилучшие результаты были при применении 2,4% наноразмерного бентонита, а по весовым показателям внутренних органов у птицы — при дозе 1,8% наноразмерного бентонита.

4.3 Ветеринарно-санитарная оценка мяса

При предубойном осмотре птицы и послеубойной ветеринарно-санитарной экспертизе тушек и внутренних органов бройлеров, получавших разные дозы наноразмерного бентонита, видимых патологоанатомических изменений не установлено: степень обескровливания была хорошей, тушки и органы визуально не отличались от таковых контрольной группы и получавших бентопорошок. Комиссионная дегустационная оценка бульона из мяса бройлеров опытных групп по 5-ти бальной шкале с учетом показателей аромата, вкуса, прозрачности и крепости показала, что бульоны не отличались от таковых контрольной группы и соответствовали требованиям стандарта. Наивысшие балы — 4,60; 4,63 и 4,59 были у бульонов от бройлеров получавших 1,2 и 1,8% наноразмерного бентонита и 3,0% бентопорошка соответственно. Показатель рН красных мышц у бройлеров контрольной и опытных групп колебался от 5,7 до 5,8, рН белых мышц - 5,8-6,1. Активность пероксидазы в мышечной ткани опытных и контрольных цыплят не имела различий. Количество аминоаммиачного азота в мясе опытных и контрольных бройлеров было в пределах 0,93-1,07мг. В среднем показатели мяса опытных групп были в пределах допустимых границ для созревшего, свежего мяса, что отражало его хорошее санитарное состояние, и не имели существенных отличий от мяса бройлеров контрольной группы. Результаты испытания мяса птицы получавшей наноразмерный бентонит и бентопорошок по показателю КМАФАнМ были от lxlO'-lxlO2 КОЕ/г, патогенные микроорганизмы, в т. ч. сальмонеллы и Listeria monocytogenes не выделяли. При бактериологическом исследовании мяса контрольных бройлеров патогенной микрофлоры не обнаруживали, а КМАФАнМ составило 1х102 КОЕ/г, при допустимом уровне 1х105 КОЕ/г. Проведен химический анализ мяса бройлеров контрольной и опытных групп. При включении в рацион бройлеров бентопорошка и разных доз наноразмерного бентонита в белом мясе отмечали незначительное снижение содержания жира на 2,9-3,6%, влаги на 0,5-

0,8%, увеличение содержания белков на 0,3-4,1% и минеральных веществ на 5,612,7% (Р<0,05), повышение калорийности на 0,2-4,3% к показателям контрольных бройлеров. Аналогичная тенденция увеличения содержания минеральных веществ на 2,6-4,3%, белка на 0,8-2,8% и калорийности на 0,5-1,7% в сравнении с контролем отмечена при анализе показателей красного мяса опытных бройлеров. В то же время, в отличие от белого мяса, выявляли увеличение содержания жира на 0,9-8,6% (р<0,05). Наиболее оптимальные значения были достигнуты при использовании к основному рациону 0,6; 1,2 и 1,8% наноразмерного бентонита. Отмечали, что даже меньшая доза наноразмерного бентонита (ОР-Ю,6%) обусловила более высокое содержание минеральных веществ в мясе бройлеров в сравнении с таковым при применении бентопорошка (ОР+3,0%).

4.4 Изучение влияния на сорбцию солей тяжелых металлов в органихче ц ыплят-бройлеров

Изучали сорбционные свойства наноразмерного бентонита в организме цыплят-бройлеров в условиях промышленного содержания при использовании наивысшей, средней и наименьшей доз - 3,0%, 1,8 и 0,6% соответственно и бентопорошка в дозе 3,0% к рациону. На 30-ые сут скармливания различных форм бентонитов провели исследования белого и красного мяса бройлеров на содержание

солей кадмия и свинца.

Установлено, что сорбция у наноразмерных бентонитов носила дозозависимый характер: чем выше была доза наноразмерного бентонита, тем больше было количество сорбированных токсинов. Наибольшую сорбцию солей кадмия и свинца в мясе отмечали у бройлеров, получавших 3,0% наноразмерного бентонита к основному рациону - 63,2-66,7 и 59,1-64,3% соответственно к контролю. В мясе бройлеров, получавших 1,8% наноразмерного бентонита к основному рациону, наблюдали снижение содержания солей кадмия на 50,0-52,6% и свинца - на 45,5-57,1%, в сравнении с контрольными. Наименьшую сорбцию солей кадмия и свинца отмечали в мясе цыплят, получавших 0,6% наноразмерного бентонита, которая составила 31,6-33,4 и 36,4-46,4% соответственно в сравнении с контролем. Использование бентопорошка в кормлении бройлеров способствовало снижению содержания солей кадмия на 21,1-22,2% и свинца на 21,4-27,3% соответственно.

Таким образом, наноразмерный бентонит и бентопорошок в дозах 3,0% к основному рациону проявили наивысшие сорбционные свойства с показателями сорбции солей кадмия и свинца — 59,1-66,7% и 21,1-27,3% соответственно, в сравнении с контрольными аналогами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Ультразвуковым диспергированием бентопорошока получен наноразмерный бентонит с частицами нанометрового диапазона, существенно отличающимися по форме, величине, физико-химическим свойствам, адсорбционной емкости, устойчивости к агрегации от показателей исходного макроаналога.

2. Оптимальным способом поступления наноразмерного бентонита в организм животных является желудочно-кишечный тракт. При подкожном, внутримышечном введении происходит инкапсуляция наноразмерного бентонита, при внутрибрюшинном - воспалительная реакция со стороны контактных тканей и органов.

3. Наноразмерный бентонит согласно ГОСТу 12.1.007.76 относится к малоопасным средствам (4 класс опасности по классификации химических соединений) и не обладает кумулятивными свойствами и может быть использован в вцде кормовой добавки животным.

4. Сравнительная оценка сорбционных свойств наноразмерного бентонита и бентопорошка в изучаемых органах и мышечной ткани белых мышей показала, что эффективность наноразмерного бентонита по сорбции кадмия составляла 44,988,9%, против показателей бентопорошка - 28,6-45,4%. При сорбции свинца: у наноразмерного бентонита - 43,3-95,3%, бентопорошка - 14,4-63,3%; никеля - 43,478,1 и 42,8-57,1% соответственно.

5. При применении в кормлении бройлеров разных доз наноразмерного бентонита увеличилась сохранность поголовья на 4-8%, масса тела - на 13,3-26,6%, масса внутренних органов - на 1,0-24,5%, в сравнении с контрольными. В сыворотке крови увеличилось содержание общего кальция на 1,2-8,2%, неорганического фосфора - на 3,1-14,0%, показатель резервной щелочности повысился на 1,6-7,8% в сравнении с таковыми у аналогов.

6. При ветеринарно-санитарной экспертизе мяса цыплят-бройлеров, получавших наноразмерный бентонит, установлены лучшие показатели по

сравнению с таковыми у получавших бентопорошок и контрольной птицы по: ветеринарно-санитарному качеству тушек и органов, физико-химическим и бактериологическим показателям и химическим свойствам мышечной ткани.

7. Сорбционные свойства наноразмерных бентонитов имеют ярко выраженную дозозависимую тенденцию, и даже самая меньшая доза наноразмерного бентонита - 0,6% к рациону обеспечивает больший сорбционный эффект, чем доза 3,0% бентопорошка. Разные дозы наноразмерных бентонитов в организме цыплят-бройлеров при промышленном содержании способствуют снижению солей кадмия в мясе на 31,6-66,7% и свинца - на 36,4-64,3%, против показателей беншпорошка - 21,1-22,2% и 21,4-27,3% соответственно.

Предложения производству

На основании экспериментальных данных разработаны оптимальные дозы применения наноразмерного бентонита в виде кормовой добавки к основному раилону бройлеров для повышения их продуктивности и улучшения качества

продукции.

Результаты исследований отражены в нормативно-технических документах:

1) Приемы применения местных природных сорбентов, обеспечивающих производство качественной, нормативно соответствующей продукции сельского хозяйства (2010).

2) Усовершенствованные приемы получения экологически безопасной продукции животноводства в регионах техногенной нагрузки с применением местных агроминералов для сорбции солей тяжелых металлов из организма

сельскохозяйственных животных (2012).

Перспективы дальнейшей разработки темы заключаются в расширении изучения фармако-токсикологического действия наноразмерного бентонита с исследованием иммунологических реакций организма, оценкой потенциальной аллергенности и определением отдаленных эффектов действия наноминерала. Схему наших исследований можно брать за основу при создании наноразмерного материала из других природных минералов, изучении их свойств, разработке сроков и доз применения на различных видах сельскохозяйственных животных.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Мотина, Т.Ю. Биологическая безопасность продуктов животноводства Среднего Поволжья / Т.Ю. Мотина // Матер, науч.-пракг. конф. НИИАХП РАСХН. -Казань, 2008.-С. 119-121.

2. Мотина, Т.Ю. Влияние степени техногенеза на некоторые ветеринарно-санитарные показатели мяса / Т.Ю. Мотина, A.M. Ежкова, А.Х. Яппаров // Матер. IV Всеукраинской науч.-пракг. конф. молодых ученых «Экологические проблемы сельскохозяйственного производства». - Скол, 2010. — С. 26-28.

3. Ежкова, А.М. Сравнительная оценка действия бентонита в организме животных из регионов с различной степенью техногенной нагрузки / А.М. Ежкова, А.Х. Яппаров, Р.Н. Файзрахманов, Т.Ю. Мотина // Матер. II Межд. науч.-пракг. конф. «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения». —Ульяновск, 2010. —Т. 4,- С. 48-51.

4. Яппаров, А.Х. Приемы применения местных природных сорбентов, обеспечивающих производство качественной, нормативно соответствующей продукции сельского хозяйства / А.Х. Яппаров, A.M. Ежкова, В.О. Ежков, И.А. Яппаров, Н.П. Кириллов, Р.Н. Файзрахманов, Т.Ю. Мотина // Утв. ГНУ Татарский НИИАХП Россельхозакадемии. - Казань, 2010. - 28 с.

5. Мотина, Т.Ю. Влияние бентонитов на показатели продуктивности цыплят-бройлеров, качество их мяса и субпродуктов в регионе техногенеза / Т.Ю. Мотина, А.Х. Яппаров, А.М. Ежкова // Сб. трудов Всеросс. науч-практ. конф. «Основы формирования адагггивно-ландшафтной системы земледелия, обеспечивающие повышение эффективности сельскохозяйственного производства». - Казань, 2012. — С. 240-251.

6. Яппаров, А.Х. Изучение структуры бентонита и нанобентонита методом сканирующей зондовой микроскоп™ / А.Х. Яппаров, В.О. Ежков, И. А. Яппаров, A.M. Ежкова, Т.Ю. Мотина, А.Е. Нефедьев // Матер. Межд. науч.-пракг. конф. «Механизмы и закономерности индивидуального развития организма человека и животных». - Саранск, 2012. — С. 185-189.

7. Яппаров, А.Х. Использование кормовой добавки наноразмерного бентонита как фактор улучшения качества животноводческой продукции / А.Х. Яппаров, A.M. Ежкова, И.А. Яппаров, В.О. Ежков, Т.Ю. Мотина // Матер. Межд. науч.-практ. конф. «Достижения и перспективы развития биотехнологий». - Саранск, 2012. — С. 112-113.

8. Яппаров, А.Х. Повышение сорбционной активности бентонита при преобразовании его в наноразмерное вещество / А.Х. Яппаров, А.М. Ежкова, И.А. Яппаров, В.О. Ежков, А.Е. Нефедьев, Т.Ю. Мотина, И.Р. Низамеев, А.В. Кипрова // Матер. Межд. науч.-пракг. конф. «Достижения и перспективы развития биотехнологий». - Саранск, 2012.-С. 111-112.

9. Ежкова, A.M. Усовершенствованные приемы получения экологически безопасной продукции животноводства в регионах техногенной нагрузки с применением местных агроминералов для сорбции солей тяжелых металлов из организма сельскохозяйственных животных / A.M. Ежкова, А.Х. Яппаров, В.О. Ежков, И.А. Яппаров, Т.Ю. Мотина, А.Е. Нефедьев, Н.П. Кириллов, Р.Н. Файзрахманов // Утв. ГНУ ТагНИИАХП РАСХН. - Казань, 2012. - 40 с.

10. Ежкова, A.M. Влияние наноразмерного бентонита на продуктивность, сохранность и качество мяса бройлеров / A.M. Ежкова, Д.А. Яппаров, В.О. Ежков, И.А. Яппаров, Т.Ю. Мотина, Г.О. Ежкова, А.Е. Нефедьев, И.Р. Низамиев // Материалы IV Межд. Казанского инновационного канотехнологического форума. - Казань, 27-29 ноября 2012. - С. 325-327.

11. Ежкова, A.M. Влияние кормовой добавки наноразмерного бентонита на качество мяса цыплят-бройлеров / A.M. Ежкова, А.Х. Яппаров, Т.Ю. Мотина, И.А. Яппаров, В.О. Ежков // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. - Казань, 2012. - Т. 212. - С. 285-289.*

12. Яппаров, А.Х. Влияние бенгопорошка и наноразмерного бентонита на общее поведение и состояние некоторых органов белых мышей / А.Х. Яппаров, В.О. Ежков, И.А. Яппаров, Т.Ю. Мотйна, A.M. Ежкова // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. - Казань, 2012.- Т.212.- С. 230-236*

13. Ежкова, A.M. Потенциальные пути введения наноразмерного бентонита в организм животных / A.M. Ежкова, Т.Ю. Мотина, И.А. Яппаров // Матер. IV съезда ветеринарных фармакологов и токсикологов России. - Москва, 2013. - С. 231-233.

14. Яппаров, А.Х. Влияние нановещества на интенсивность роста и мясные качества цыплят-бройлеров /А.Х. Яппаров, A.M. Ежкова, В.О. Ежков, И.А. Яппаров, Д.А. Яппаров, Т.Ю. Мотина / Достижения науки и техники АПК. - М., 2013. - № 8. -С. 46-48.*

* - публикации в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, определенных ВАК России.

Отпечатано в ООО «Печатный двор», г. Казань, ул. Журналистов, 2А, оф.022

Тел: 295-30-36, 564-77-41, 564-77-51. Лицензия ПД №7-0215 от 01.11.2001 г. Выдана Поволжским межрегиональным территориальным управлением МПТР РФ. Подписано в печать 11.02.2014 г. Печл. 1,4 Заказ № К-7366. Тираж 100 экз. Формат 60x841/16. Бумага офсетная. Печать-ризография.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Мотина, Татьяна Юрьевна, Казань

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ТАТАРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АГРОХИМИИ И ПОЧВОВЕДЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ КАЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ

МЕДИЦИНЫ ИМЕНИ Н.Э. БАУМАНА

456995

На правах рукописи

Мотина Татьяна Юрьевна Фармако-токсикологическая оценка наноразмерного бентонита и изучение его влияния на продуктивность цыплят-бройлеров и качество их продукции

06.02.03 — ветеринарная фармакология с токсикологией

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук Ежкова Асия Мазетдиновна

Научный руководитель:

кандидат сельскохозяйственных наук

Яппаров Ильдар Ахтамович

Казань - 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................... 4

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.............................................................. 9

1 Обзор литературы.............................................................. 9

1.1 Основные понятия о нанотехнологии, наноразмерных материалах, способы их получения, методы и инструменты их исследования .................................................................... 9

1.2 Биологическая безопасность........................................... 25

1.2.2 Нанотоксикология................................................ 29

1.2.1 Нанофармакология................................................ 40

1.3 Применение наноразмерных материалов в сельском хозяйстве.......................................................................... 44

2 Материалы и методы исследований...................................... 62

3 Получение наноразмерного бентонита и изучение его свойств........................................................................... 70

3.1 Физические, физико-химические свойства, микро- и наноструктура наноразмерного бентонита.............................. 70

3.2 Токсикологическая и фармакологическая оценка наноразмерного бентонита..................................................... 80

3.2.1 Потенциальные пути введения в организм животных................................................................... 80

3.2.2 Определение острой токсичности на белых мышах........ 81

3.2.3 Изучение кумулятивных свойств............................... 86

3.2.4 Определение острой токсичности при накожном применении................................................................. 87

3.2.5 Изучение раздражающего действия на слизистую оболочку глаза............................................................. 89

3.2.6 Определение подострой токсичности.......................... 90

3.2.7 Фармакологическая оценка сорбционных свойств.......... 95

4 Изучение влияния различных доз наноразмерного бентонита на

продуктивность цыплят-бройлеров и качество их продукции... 98

4.1 Изучение влияния на биохимические показателей крови............................................................................... 98

4.2 Изучение влияния на показатели сохранности поголовья, массу тела и внутренних органов............................................................... 100

4.3 Ветеринарно-санитарная оценка........................................ 104

4.3.1 Ветеринарно-санитарная экспертиза тушек и внутренних органов......................................................................... 104

4.3.2 Физико-химические и бактериологические исследования............................................................... 106

4.3.3 Химический состав мышечной ткани.......................... 108

4.4 Изучение влияния на сорбцию солей тяжелых металлов в организме цыплят-бройлеров................................................. 111

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................... 114

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ....... 130

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................... 131

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА....................... 158

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................... 161

1 Приложение А «Приемы применения местных природных сорбентов, обеспечивающих производство качественной, нормативно соответствующей продукции сельского хозяйства» (с. 7)................... 162

2 Приложение Б «Усовершенствованные приемы получения экологически безопасной продукции животноводства в регионах техногенной нагрузки с применением местных агроминералов для сорбции солей тяжелых металлов из организма сельскохозяйственных животных» (с. 7)...................................................................... 165

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Разработка теоретических основ и практических мероприятий, связанных с созданием наноматериалов и использованием их в агропромышленном комплексе, открывает новые возможности интенсификации сельскохозяйственного производства.

Природные минералы и их активированные аналоги в последние десятилетия получили широкое применение. В разных отраслях животноводства получены положительные результаты и внедрены технологии по применению природных минералов в качестве кормовых добавок и сорбентов для оптимизации минерального питания, коррекции обмена веществ, повышения количественных и улучшения качественных показателей продуктивности животных (Агроминеральные ресурсы Татарстана и перспекшвы их использования: монография / под общ ред. АВ. Якимова. Казань: Фэн, 2002. 272 с.; Папуниди К.Х., Шкуратова ИА, Донник ИМ., Шушарин АД Патогенетические аспекты применения сорбентов в районах экологического неблагополучия // Ученые записки КГАВМ. 2005. Т. 181. С. 174-180 ; Тремасова AM., Бурдов Л.Г., Белецкий С.О., Митрохин М.Ю. Применение сорбентов при выращивании молодняка свиней//Ветеринарный врач. 2012. №6. С. 27-29).

Окончание XX века характеризуется началом третьей научно-технической революции, ключевой основой которой являются наногехнологии. На рубеже XXI века ученые изыскивают возможность создавать реальные материалы непосредственно из атомов, ионов и электронов, используя их в качестве кирпичиков - наночастиц. Переход материи в наноразмерное состояние сопровождается изменением фундаментальных свойств вещества, поэтому применение терминов с приставкой «нано-» указывает на новую сферу деятельности, изучающую и использующую объекты наномира с очень специфическими свойствами и обладающую вследствие этого гигантским научно-технологическим и социально-экономическим потенциалом (Глушкова АВ., Радилов А.С., Рембовский В.Р. Наногехнологии и наногоксикология - взгляд на проблему // Токсикологический вестник. 2007. № 6. С. 4-8; Иванов А.В., Тремасов МЛ. Наногехнологии: перспективы их использования // Ветеринарный врач. 2008. №5. С. 2-3 ; Головин Ю.И. Наномир без формул. М., 2011.547 е.).

Одним из перспективных и малоизученных направлений использования природных минералов является создание на их основе наноразмерных лекарственных средств, препаратов и

кормовых добавок с более выраженными положительными свойствами и действием в организме животных. В связи с чем, изучение структуры, физико-химических, фармако-токсикологических свойств наноразмерных бентонитов региональных месторождений, определение их влияния на организм животных и разработка технологий применения в животноводстве являются актуальными, что послужило основанием для темы исследований.

Степень разработанности темы. В области применения нанострукгурных природных минералов сельскохозяйственным животным и птице данные литературы весьма ограниченны. Имеющиеся источники сводятся, в основном, к исследованию сорбционных свойств нанострукгурных веществ (Лифанова С.П. Содержание токсикантов в молоке коров и продуктах его переработки при использовании наноструктурированного сорбента «Биокоретрон Форте» // Ветеринарный врач. 2010. № 5. С. 22-24 ; Фисинин В.И. Применение нанотехнолошй в промышленном птицеводстве («МГох+» стратегия профилактики микотоксикозов): метод, реком. СПб., 2011.34 е.).

В настоящее время возникает настоятельная необходимость проведения фармако-токсикологической оценки и биологического тестирования наноразмерных веществ, полученных из местных минеральных сырьевых ресурсов. Данные, полученные в ходе исследований, позволят выявил, безопасные дозы применения нановещесгв, изучить их влияние на метаболизм, показатели продуктивности животных и разработать методы и технологии использования для сельскохозяйственных животных.

Работа является частью комплексных исследований отделов животноводства и разработки био- и нанотехнологий в земледелии и животноводстве по плану «Фундаментальные и приоритетные прикладные исследования по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2011-2015 гг.», утвержденному постановлением Президиума Российской академией сельскохозяйственных наук, по заданию 02.

Цель и задачи исследований. Цель работы - получить наноразмерный бентонит, изучить его фармакснтоксикологаческие свойства и влияние различных доз в качестве кормовых добавок на организм цыплят-бройлеров и качество их продукции.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1) получить наноразмерный бентонит, изучить его структуру и физико-химические свойства и провести сравнение с бентопорошком;

2) изучить потенциальные пути введения наноразмерного бентонита в организм животных;

3) провести фармако-токсикологическую оценку наноразмерного бентонита на лабораторных животных;

4) изучить влияние разных доз кормовых добавок наноразмерного бентонита на организм цыплят-бройлеров;

5) провести ветеринарно-санитарную оценку мяса цыплят-бройлеров, получавших кормовую добавку наноразмерного бентонита.

Научная новизна исследований. Впервые получен наноразмерный бентонит путем диспергирования бентопорошка ультразвуковым воздействием и последующей стабилизацией его в деионизированной воде. Проведен сравнительный анализ структуры, физико-химических свойств наноразмерного бентонита и бентопорошка с применением световой, атомно-силовой микроскопии и метода совмещенного термического анализа

Изучены потенциальные пути введения наноразмерного бентонита в организм животных и его токсикологические и сорбционные свойства. Впервые разработаны оптимальные дозы применения животным наноразмерного бентонита в качестве кормовой добавки к рациону.

Впервые изучено влияние разных доз кормовых добавок наноразмерного бентонита на гематологические показатели цыпляг-бройлеров, массу их тела, сохранность поголовья, морфомеприю органов, ветеринарно-санитарную оценю/ мяса и сорбцию солей тяжелых металлов.

Теореппеская и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы состоит в обосновании возможности получения наноразмерных природных минералов на модели разработки наноразмерного бентонита. Установлена структура наноразмерного бентонита по размерам и форме частиц, адсорбционной емкости, устойчивости к агрегации. Выявлены оптимальные дозы наноразмерного бентонита в качестве кормовой добавки к рациону животных и птиц. Показано положительное влияние наноразмерного бентонита на организм цыплят-бройлеров, количественные и качественные показатели продуктивности, ветеринарно-санитарное качество мяса

По материалам диссертации разработаны два нормативно-технических документа: «Приемы применения местных природных сорбентов, обеспечивающих производство

качественной, нормативно соответствующей продукции сельского хозяйства» и «Усовершенствованные приемы получения экологически безопасной продукции животноводства в регионах техногенной нагрузки с применением местных агроминералов для сорбции солей тяжелых металлов из организма сельскохозяйственных животных», утвержденных ГНУ «Татарский НИИАХП Россельхозакадемии» 29 сентября 2010 г и 20 сентября 2012 г.

Методология и методы исследования. Предметом исследований стала фармако-токсикологическая оценка наноразмерного бентонита, диапазон безопасных доз, изучение влияния разных доз наноразмерного бентонита в виде кормовой добавки на организм животных.

Объектами исследований являлись бенгопорошок Тарн-Варского месторождения, наноразмерный бентонит, мыши, кролики, цыплята-бройлеры, их органы и ткани.

Исследования проводили с использованием следующих методов: ультразвукового воздействия - диспергирование бентонита; сканирующей зондовой микроскопии - изучение структуры, физических и физико-химических свойств бентопорошка и наноразмерного бентонита; синхронного термического анализа - изучение физигсо-химических свойств бентонита и наноразмерного бентонита; клинических - оценка поведенческих реакций животных, визуальный осмотр кожи и волосяного покрова, слизистых оболочек, определение динамики массы тела, показателей среднесуточного, абсолютного и относительного прироста, продолжительность интоксикации и жизни; морфо-биохимических - прижизненное взятие крови у бройлеров из подкрыльцовой вены, в технологические сроки убоя - путем декапитации для исследования на содержание общего кальция, неорганического фосфора, общего белка, резервной щелочности; токсикологические - определение острой оральной и подострой токсичности, изучение кумулятивных свойств, раздражающего действия на кожу и слизистые оболочки глаза, сорбционных свойств; морфологические - определение массы тушки и внутренних органов; физико-химические - определение в мышечной ткани химических элементов, влаш, минеральных веществ, жира, белка, расчет калорийности; микробиологические - исследование бактериологических показателей мяса; статистическая обработка данных с использованием программы Microsoft Excel 2007.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) характеристика наноразмерного бентонита, полученного диспергированием бентопорошка ультразвуковой обработкой со стабилизацией его в дежм шированной юде;

2) фармако-токсикологическая оценка наноразмерного бентонита;

3) обоснование оптимальных доз кормовой добавки наноразмерного бентонита для увеличения сохранности поголовья, улучшения биохимических показателей крови и повышения продуктивности цыплят-бройлеров;

4) ветеринарно-санитарная оценка мяса цыплят-бройлеров, получавших кормовую добавку наноразмерного бентонита

Степень достоверности и апробация результатов исследований. Достоверность научных исследований подтверждается комплексностью исследований, большим объемом проведенных анализов при изучении структуры и свойств наноразмерного бентонита-11 проб и на животных - 3453 пробы, испытаниями эффективности использования наноразмерного бентонита в лабораторных и производственных условиях на 314 мышах, 12 кроликах и 350 бройлерах.

Основные научные положения, выводы и рекомендации диссертации доложены, обсуждены и одобрены на годовых отчетах ГНУ «Татарский НИИАХП Россельхозакадемии» по итогам НИР за 2010-2013 гг., итоговых кафедральных заседаниях ФГБОУ ВПО «Казанская государственная академия ветеринарной медицмны имени Н.Э. Баумана», Международных, Межрегиональных и Всероссийских научно-практических конференциях (Казань 2008, 2010, 2012,2013; Скол 2009; Ульяновск2011; Саранск, 2012; Москва, 2013).

Результаты исследований апробированны в условиях производства в КФХ «МАРС» Зеленодольского района РТ.

Публикация результатов исследований. Основное содержание диссертации и ее научные положения опубликованы в 14 печатных работах, в том числе 3 статьи в изданиях, входящих в перечень рецензируемых научных журналов и изданий, определенных ВАК России.

Структура и объел 1 диссертации. Диссертация включает разделы: введение (5 е.), основную часть (105 е.), заключение (16 е.), список сокращений и условных обозначений (1 е.), список литературы (27 е.), список иллюстративного материала (Зс.) и приложения (7 е.). Работа изложена на 167 страницах компьютерного текста, содержит 19 таблиц, 18 рисунков. Список литературы включает263 источника, в том числе 71 зарубежный.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1 Обзор литературы

1.1 Основные понятия о нанотехнолопш, наноразмерных материалах, способы их получения, методы и инструменты их исследования

В Послании Президента Федеральному Собранию 2008 г. - документе, определяющем приоритеты развития государства, сказано: «Россия должна стать крупным экспортером интеллектуальных услуг. Для этого необходимо обеспечить лидерство в нанотехнологиях» (Послание Президента Российской Федерации Федеральному Собранию // Российская газета. 2008. 6 ноября. С. 2 ; Постановление Правительства Российской Федерации от 23 апреля 2010 г. № 282 «О национальной нанотехнологической сети» [Электронный ресурс]. URL: hUpy/www.portalnano.ru/ira^ (дата обращения: 01.10.2013)).

Нанотехнология возникла в результате «освоения» и практического применения многих фундаментальных достижений науки, полученных за долгое время и только сейчас ставших основой новых технологий (Нанотехнология. М.: Изд. Большая российская энциклопедия, 1998. С. 781). Наука, изучающая нанотехнологии, выделилась в качестве отдельной дисциплины лишь в XXI веке, хотя многие из давно используемых человечеством материалов и процессов фактически связаны с ними (Баженов Ю.М., Королев Е.В. Нанотехнология и наномодифицирование в строительном материаловедении. Зарубежный и отечественный опыт// Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова 2007. №2. С. 16-19 ; Генералов М.Б. Криохимическая нанотехнология. М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. 325 с. ; Королев Е.В. Технология наномодифицирования строительных м