Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Обмен марганца и кальция в энтеральной среде молодняка кур

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Обмен марганца и кальция в энтеральной среде молодняка кур"

На правах рукописи

Барбосова Мария Евгеньевна

ОБМЕН МАРГАНЦА И КАЛЬЦИЯ В ЭНТЕРАЛЬНОЙ СРЕДЕ МОЛОДНЯКА КУР

Специальность 03.03.01 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидат биологических наук

1 6 МАП 2013

005058264

Москва 2013

005058264

Работа выполнена на кафедре физиологии, морфологии и биохимии животных ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет -МСХА имени К.А. Тимирязева»

Научный руководитель - кандидат биологических наук, доцент

Полякова Елена Павловна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

кафедры интенсивных технологий в жи вотноводстве

Ведущая организация: «ФГОУ ВПО Российский университет дружбы народов»

Защита состоится 19 июня 2013 г. в 14 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 220.043.09 при ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева» по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, 15 (тел./факс: 8 (499) 976 24 92).

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева.

Автореферат разослан 6 мая 2013 г.

ФГБОУ ВПО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева Османян Артём Карлович,

кандидат биологических наук, заведующий лабораторией фармакомоделирования

Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Научный центр биомедицинских технологий» Федерального медико-биологического агентства России

Ревякин Артём Олегович

Учёный секретарь диссертационного совета

А. А. Ксенофонтова

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Для повышения продуктивности сельскохозяйственных животных наряду с применением достижений генетики и селекции большое значение имеет полноценное, научно обоснованное кормление. Составление сбалансированных рационов должно основываться на глубоком понимании процессов пищеварения и обмена веществ у сельскохозяйственных животных. Не последнюю роль в этих физиологических процессах играет обеспеченность животного организма минеральными элементами в необходимом количестве и соотношении (Георгиевский В.И. и др., 1979; Кальницкий Б.Д., 1985; Фисинин В.И. и др., 2011; Тимофеева Э., 2012).

В конце 50-х годов прошлого столетия Уголев A.M. (1958) подробно описал пристеночное пищеварение и процессы всасывания. Однако полостное пищеварение до настоящего времени остаётся недостаточно изученным вопросом. В том числе много неясных моментов обнаруживается в процессах обмена и взаимодействия минеральных элементов на уровне энтеральной среды.

В 1986 г. были опубликованы данные об участии в полостном гидролизе и абсорбции питательных веществ слоя слизистых наложений (Гальперин Ю.М. и Лазарев П.И., 1986; Питран Б.В. и др., 1986; Морозов А.И. и др., 1988). Несколько позднее на кафедре физиологии и биохимии животных МСХА имени К.А. Тимирязева было обнаружено, что большую часть объёма химуса всех отделов желудочно-кишечного тракта у разных видов животных занимает полостная слизь (Полякова Е.П. и др., 1989; Ксенофонтов Д.А., 2001; Ксенофонтова A.A., 2004; Зобова Л.Н., 2006; Ревякин А.О., 2006; Казакова Л.Х., 2009). Было показано, что полостная слизь является упорядоченным образованием и участвует в формировании химуса. Также обнаружены места локализации в химусе макро- и микроэлементов, которые, по мнению исследователей, принимают участие в полостном пищеварении.

Марганец, являясь биотическим микроэлементом, в очень небольшом количестве содержится в теле сельскохозяйственной птицы, его роль в организме достаточно хорошо изучена, особенно важен он как активатор кальциевого обмена. Однако физиологический механизм влияния марганца на обмен кальция остаётся неясным. И менее всего изучено взаимодействие этих элементов в желудочно-кишечном тракте. Исследование описанных выше взаимодействий явилось основанием для проведения наших исследований.

Цель и задачи исследований

Цель работы: изучить взаимодействие марганца и кальция с полостной слизью в кишечнике кур при разном уровне марганца в рационе. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить структуру энтеральной среды химуса у цыплят-бройлеров.

2. Изучить распределение марганца и кальция по фракциям химуса у птиц при разном уровне марганца в рационе,

3. Изучить абсорбцию марганца у кур в отделах кишечника при разном уровне марганца в рационе.

Научная новизна и практическая значимость

Впервые получены данные о структуре химуса цыплят-бройлеров. Обнаружена способность плотной эндогенной фракции кур адсорбировать катионы кальция и марганца.

Показана динамика распределения кальция и марганца по фракциям химуса в разных отделах желудочно-кишечного тракта у кур. Установлено, что введение в стандартный рацион кур солей марганца положительно влияет на абсорбцию кальция и концентрацию кальция в печени, при этом сам марганец

во внутреннюю среду не поступает.

Полученные нами данные позволяют более гулубоко рассмотреть энтеральную среду и могут быть применены в дальнейшем при разработке концепции формирования структуры химуса и механизмов гомеостазирования энтеральной среды, при уточнении потребностей ремонтного молодняка кур яичных пород и цыплят-бройлеров в минеральных веществах, а также в учебных курсах по физиологии и биохимии животных при изучении обмена минеральных веществ в высших учебных заведениях.

Положения, выносимые на защиту

1. Содержимое кишечника кур - гомеостатичное и структурированное образование, в котором превалирует гидратированная ПЭФ.

2. ПЭФ химуса адсорбирует марганец и кальций по мере продвижения химуса по желудочно-кишечному тракту кур.

3. Марганец стимулирует абсорбцию кальция в тонком отделе кишечника кур.

Апробация

Основные положения диссертации доложены на Восемнадцатой Российской гастроэнтерологической неделе в 2012 г., на научной конференции «Научное наследие Н.И. Вавилова и современность» в РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева в 2012 г. и на V Международной научно-практической конференции преподавателей, молодых учёных, аспирантов и студентов «Инновационные процессы в АПК» в РУДЫ в 2013 г. По теме диссертации опубликованы 3 статьи, 2 из них - в журналах, рецензируемых ВАК.

Объём и структура диссертации

Диссертация изложена на 112 страницах компьютерного текста, включает в себя следующие разделы: введение, обзор литературы, материалы и методика исследований, результаты собственных исследований, заключение, выводы, предложения, список использованной литературы и приложения. Работа содержит 11 таблиц и 34 рисунка.

II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Первый опыт был проведён в 2001 г. на 2 группах ремонтного молодняка кур кросса «Хайсекс белый» до начала яйцекладки. Группа 1 (12 голов) получала комбикорм (ОР) с содержанием марганца 49 мг/кг, группе 2 (12 голов) добавляли сернокислый марганец до 99 мг/кг элемента (ОР+Мп). Через 1 месяц у кур брали кровь из v. brachialis, v. duodenalis и v. mesenterica anterior, образцы печени и желчи. Во всех отделах кишечника брали образцы серозно-мышечной и слизистой оболочек и химус, который по разработанной Поляковой Е.П. методике разделяли на фракции: растворимую (РФ), плотную эндогенную (ПЭФ) и пищевые частицы (ПЧ). В полученных образцах определяли содержание марганца и кальция атомно-абсорбционным методом.

Второй опыт проводили в 2009 г. на цыплятах-бройлерах кросса «Смена-7». Группа 1 (10 голов) получала комбикорм (ОР), содержащий в 1 кг 100 мг марганца. Цыплятам группы 2 (10 голов) увеличивали уровень марганца в рационе до 133 мг/кг путём введения цитрата марганца. Через 42 дня птицу убивали и из зоба, мускульного желудка и всех отделов кишечника отбирали образцы цельного химуса, которые разделяли на 3 фракции и высушивали при 105 °С, что позволило рассчитать соотношение фракций в цельном химусе. Дальнейшее исследование химуса проводила так же, как и в первом опыте. Статистическая обработка результатов выполнена с помощью пакетов программ «Excel».

Рис. 1. Схема опыта на цыплятах-бройлерах

Рис. 2. Схема опыта на ремонтном молодняке яичных кур

III. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Во время опытов все животные были клинически здоровы и их физиологические показатели (температура тела, частота сердцебиения и дыхания) находились в пределах нормы.

Содержание кальция в венозной крови (табл. 1) и печени было выше в крови кур, получавших добавку марганца в рационе. В желчи была отмечена обратная тенденция, т.е. концентрация кальция была выше у кур группы 1.

Таблица 1

Концентрация кальция в венозной крови кур после приёма корма

Группа V. ЬгасЫаИэ V. (1иос1епаН8 V. тезегйепса атепог

1 20,5±3,1 21,3±3,9 *17,6±1,5

2 24,9±2,6 26,2+2,6 25,7±1,2

Примечания: здесь и далее: * - разность с аналогичным значением показателя группы 2 достоверна при Р<0,05,

** - разность достоверна при Р<0,01.

Концентрация марганца в венозной крови и печени ремонтного молодняка кур яичных пород группы 1 была примерно на одном уровне и при повышении уровня элемента в рационе не изменялась (табл.2). Содержание марганца в желчи было немного выше у кур группы 1 во все периоды опыта.

Таблица 2

Концентрация марганца в венозной крови кур после приёма корма

(мг/кг сырой тканн) (М±т, п=3)

Группы V. ЬгасЫаНэ V. скюёепаНз V. тевегиепса аШепог

1 0,125±0,03 0,142±0,01 0,144±0,02

2 0,158±0,01 0,139±0,02 0,149±0,01

Как видно из табл. 3, концентрация кальция в серозно-мышечном слое кишечника ремонтного молодняка кур яичных пород менее всего зависела от времени, прошедшего после приёма корма, несколько увеличивалась в каудальном направлении и имела слабо выраженную тенденцию к повышению у кур группы 2 с достоверной разностью между группами в подвздошной кишке. Концентрация марганца (табл. 4) в серозно-мышечном слое по длине кишечника изменялась в меньшей степени. Максимальное значение этого показателя отмечено в тощей кишке. В слизистой оболочке кишечника кур

концентрация кальция и марганца была выше, чем в серозно-мышечной, и увеличивалась после приёма корма, особенно это было выражено в толстом отделе кишечника (табл. 3 и 4). По длине кишечника этот показатель изменялся скачкообразно с минимальным значением в двенадцатиперстной кишке и максимальным — в тощей.

Таким образом, в нашем эксперименте повышение уровня марганца в 2 раза привело к увеличению абсорбции кальция, тем самым подтвердив ранее известный факт положительного влияния марганца на кальциевый обмен, однако механизм этого влияния пока неизвестен. Для объяснения этого явления мы предприняли попытку проследить взаимодействие марганца и кальция на уровне энтеральной среды.

Таблица 3

Концентрация кальция в кишечной стенке и фракциях химуса

молодняка яичных кур после приёма корма _|_(мг% в сухом веществе) (М±т, п= 3)_

Отдел кишечника Группа Серозно- мышечная оболочка Слизистая оболочка Фракции химуса

ПЧ РФ ПЭФ

12-перстная кишка 1 54±5 165±49 630±352 1268±694

2 68±13 162±50 610±123 450±15

Тощая кишка 1 75±15 450±45 972±427 1915±868 2240±898

2 95±15 438±198 905±281 2475±1442 1750±546

Подвздошная кишка 1 **51±2 *117±18 1091±430 4075±941 4590±2401

2 79±3 216±14 1300±359 4448±588 4946±1308

Прямая кишка 1 98±16 324±99 1079±498 6827±2203 4572±1427

2 104±11 373±59 2173±235 7197±798 6809±1014

Нами обнаружено, что содержание марганца и кальция во всех фракциях химуса существенно различается (табл. 3 и 4). Так наименьшая концентрация кальция и марганца наблюдалась в ПЧ. Содержание кальция и марганца в сухом веществе ПЧ химуса ремонтного молодняка яичных кур группы 1 по всей длине кишечника было примерно на одном уровне, а при добавлении марганца в рацион концентрация обоих элементов незначительно увеличивалась в каудальном направлении. В сухом веществе РФ концентрация кальция и марганца была существенно выше, чем в сухом веществе ПЧ. При этом концентрация кальция не зависела от времени, прошедшего после приёма корма, а содержание марганца_увеличивалось. Концентрация обоих элементов в сухом веществе РФ повышалась по мере эвакуации химуса. Содержание

кальция в сухом веществе РФ не зависело от уровня марганца в рационе, а содержание марганца - существенно увеличивалось. В ПЭФ обнаружена самая высокая концентрация кальция и марганца, которая закономерно увеличивалась по мере продвижения химуса в нижележащие отделы, достигая максимальных значений в прямой кишке. Содержание кальция в сухом веществе ПЭФ мало зависело от уровня марганца в рационе кур, а концентрация марганца увеличивалась в 1,5-2 раза в нижних отделах кишечника.

Таблица 4

Концентрация марганца в кишечной стенке и фракциях химуса молодняка яичных кур после приёма корма

Отдел кишечника Группа Серозно- мышечная оболочка Слизистая оболочка Фракции химуса

ПЧ РФ ПЭФ

12-перстная кишка 1 0,44±0,05 1,31±0,28 *6,0±1,1 6,9±3,0

2 0,62±0,11 2,09±0,84 9,4±2,3 5,1±1,4

Тощая кишка 1 0,47±0,07 *2,44±0,49 6,58±2,28 20,3±3,5 34,6±10,8

2 1,03±0,35 4,50±0,75 6,28±0,81 43,0±15,7 23,0±6,2

Подвздошная кишка 1 0,33±0,02 ** 1.05+0,16 6.51±],39 38,0±6,6 69,7±18,7

2 0,51±0,11 2,74±0,21 11,65±4,65 53,4±12,3 116,0±15,1

Прямая кишка 1 0,42±0,07 1,90±0,25 5,74±2,03 62,9±8,2 68,5±4,5

2 0,48±0,03 4,10±0,64 19,33±2,74 82,5±21,3 120,1±19,1

Таким образом, наши исследования показали, что марганец оказывает влияние на обмен кальция через увеличение концентрации кальция во внутренней среде путём активации абсорбции. При этом сам марганец во внутреннюю среду не всасывается, оставаясь в химусе в составе РФ и ПЭФ. Это говорит о том, что, по-видимому, взаимодействие марганца и кальция происходит на уровне энтеральной среды. Для уточнения полученных результатов мы провели опыт на цыплятах-бройлерах.

Установлено, что содержание сухого вещества в цельном химусе цыплят-бройлеров меняется по мере его продвижения по ЖКТ. Максимальное содержание сухого вещества было отмечено в зобе (38,5%), в мускульном желудке этот показатель снизился до 27,9%. В двенадцатиперстной кишке вследствие выделения в её полость панкреатического и кишечного соков и желчи содержание сухого вещества в цельном химусе снизилось до 22,5% и далее по длине кишечника оставалось примерно на одном уровне.

Однако динамика изменения сухого вещества содержимого зоба, мускульного желудка, а также фракций кишечного химуса выглядела иначе (рис. 3). Максимальное содержание ПЧ было отмечено в зобе и мускульном желудке (66,0 и 81,5 % соответственно). В сухом веществе химуса двенадцатиперстной кишки доля ПЧ снизилась до 18,0 % и далее постепенно повышалась, достигая максимума в прямой кишке (56,4 %). Доля РФ в зобе составила 17,0 %, в мускульном желудке она понизилась до 13,5 % и затем резко выросла в двенадцатиперстной кишке до 56,8 %, после чего закономерно снижалась до 34,4 % в прямой кишке. Содержание ПЭФ в сухом химусе ЖКТ цыплят-бройлеров изменялось в меньшей степени и во всех отделах находилось примерно на одном уровне.

80

та

& 70 S

* 60 я

Я

0 50 ф

1 40

о

о 30

х >

" 20

г?

10

зоб мускульный 12-перстная тощая кишка прямая кишка

желудок кишка

- ♦ - ПЭФ —А —РФ —9—ПЧ

Рис. 3. Соотношение фракций в сухом веществе химуса цыплят-бройлеров

В нативном химусе ПЭФ и РФ составляют единое целое, формируя энтеральная среду (рис.4). И соотношение фракций в нативном химусе изменяется: на долю ПЧ приходится от 4,1 до 11,4 % объёма, а остальные 89-96 % занимает гидратированная ПЭФ. Это свидетельствует о том, что химус - это в основном эндогенное образование, формирование которого обеспечивает гидратированная ПЭФ.

100 80 60 40 20 0

95,9

74,5

77,3

88,6

11,4

1 •• ' ■

зоб мускульный 12-перстаная тощая кишка прямая кишка

желудок кишка

□ пищзвые частицы я гидратированная слизь

Рис. 4. Соотношение экзогенных и эндогенных составляющих химуса цыплят-бройлеров

Концентрация кальция и марганца по фракциям сухого химуса у цыплят-бройлеров была идентична тем же показателям у молодняка яичных кур с сохранением тех же тенденций (табл. 5 и 6).

Таблица 5

Концентрация кальция в сухом веществе фракций химуса цыплят-бройлеров (мг% в сухом веществе) (М±т, п=10)__

Фракция химуса Группа Отдел ЖКТ

зоб мускульный желудок 12-перстная кишка тощая кишка прямая кишка

ПЧ 1 280,0±32.1 360,3±70,5 763,0±90,8 1141,0±204,6 1674,0±205,7

2 368.6±40.3 435,0±96,7 1157,0±99,1 1539,0±130,1 1153,4±167,9

РФ 1 288,2±36,5 348.0±22.5 113,2±15,8 129,2±12,7 376,0±53,6

2 408,0±80,6 444,0±57,9 101,0±20,8 297,0±38,2 302,0±29,0

ПЭФ 1 222,0±38,4 157,0±18,9 170,0±26,7 728,0±89,1 1417,0±138,9

2 209,0±59.1 218,1±38,2 358,0±31,5 1502,0±53,0 3062,0±459,0

Таким образом, результаты опыта на цыплятах-бройлерах подтвердили данные, полученные нами на молодняке яичных кур, о том, что дополнительно введённый в рацион марганец оказывает положительное влияние на накопление кальция во внутренней среде (увеличение в костях - по данным А.Н. Ильяшенко (2011)), и что при этом сам элемент не всасывается и остаётся в

химусе в составе эндогенных образований.

Таблица 6

Концентрация марганца в сухом веществе фракций химуса цыплят-бройлеров (мг% в сухом веществе) (М±т, п=10)_

Фрак- Груп- Отдел ЖКТ

ция па зоб мускульный 12-перстная тощая кишка прямая

химуса желудок кишка кишка

1 8,73±0,82 2,56±0,52 6,68±0,73 !0,С4±2,84 29,62±3,21

ПЧ 2 *5,10±0,58 3,31±0,61 9,03±2,43 *24,66±3,35 25,57±4,54

1 13,45±5,3б 16,77±3,03 12,32±1,98 13,10±3,38 49,50±9,52

РФ 2 *56,10±1,54 24,22±1,79 14,65±2,17 *39,00±5,85 61,12±6,89

1 4.61±1,69 3.57±0.42 4,55+2.46 54,84±11,90 97,99±6,49

ПЭФ 2 4.31+0.63 4.14+0,55 6,32±0,57 39,69+6,86 *51,68±4,85

В наших экспериментах на молодняке яичных кур и цыплятах-бройлерах показано, что дополнительно введённый в рацион марганец оказывает положительное влияние на всасывание кальция во внутреннюю среду: концентрация элемента увеличивается в оттекающей от кишечника крови, он накапливается в печени, слизистой оболочке и костях, при этом сам марганец во внутреннюю среду не поступает, а остаётся в растворимой и плотной эндогенной фракциях химуса. Это свидетельствует о том, что влияние марганца на обмен кальция осуществляется на уровне желудочно-кишечного тракта.

По нашему мнению, такое взаимодействие кальция и марганца с ПЭФ может иметь физиологическое значение: с одной стороны кальций и марганец связываются с ПЭФ и выводятся с помётом, обеспечивая толерантность животных к высоким дозам элементов. С другой стороны кальций и марганец могут участвовать в структурировании самой ПЭФ и химуса в целом. В-третьих, концентрируясь в ПЭФ, кальций и марганец могут участвовать в активации гидролитических ферментов.

IV. выводы

1. Марганец влияет на энтеральный обмен кальция и стимулирует его абсорбцию в кишечнике молодняка кур. При двукратном увеличении уровня марганца в рационе концентрация кальция в оттекающей от кишечника крови (v. mesenterica anterior) и печени достоверно возросла, а в желчи достоверно снизилась. При этом изменения концентрации марганца в крови, печени и желчи не наблюдалось.

2. Дополнительный алиментарный марганец стимулировал накопление кальция в слизистом и серозно-мышечном слоях кишечника молодняка яичных кур. Повышенная концентрация марганца отмечена лишь в слизистой оболочке тощей и подвздошной кишок.

3. У молодняка кур марганец активнее всасывался в тощей кишке, максимальная абсорбция кальция фиксировалась в двенадцатиперстной кишке.

4. Химус цыплят-бройлеров является сложным образованием, представленным пищевыми частицами, растворимой и плотной эндогенной фракциями с определенным их соотношением и динамикой для каждой фракции в каждом отделе желудочно-кишечного тракта. В сухом веществе химуса доля пищевых частиц составила от 18 до 56%, растворимой фракции - от 36 до 57% и плотной эндогенной фракции - от 14 до 25%. В нативном химусе на долю пищевых частиц приходится от 4 до 11% объема цельного химуса. Гидратированная плотная эндогенная фракция занимает 85 - 96% объема цельного химуса.

5. В процессе энтерального метаболизма молодняка кур плотная эндогенная фракция выступает аккумулятором кальция и марганца. Концентрация в сухом веществе плотной эндогенной фракции кальция в 2-3 раза, а марганца - в 5-6 раз превышает концентрацию этих элементов в пищевых частицах. В сухом веществе растворимой фракции содержание кальция в 2 раза, а марганца - в 3-4 раза превышает их концентрацию в пищевых частицах.

6. По мере продвижения химуса по желудочно-кишечному тракту молодняка кур концентрация марганца, и кальция в плотной эндогенной фракций химуса нарастает. Так, если в химусе тонкого отдела кишечника концентрация кальция и в сухом веществе плотной эндогенной фракции составила 170-1280 мг%, а марганца - 4-90 мг%, то в плотной эндогенной фракции толстого отдела - 7008500 мг% и 20-160 мг% соответственно. При этом концентрация кальция и марганца в растворимой фракции химуса увеличивалась соответственно в 5-8 и 3-5 раз.

7. Увеличение уровня марганца в рационе молодняка кур не оказало существенного влияния на содержание кальция во фракциях химуса, но

вызвало повышение концентрации марганца во всех трех фракциях химуса: в пищевых частицах в !,5 раза, в растворимой фракции в 2 раза, в плотной эндогенной фракции в 2-3 раза, то есть большая часть поступившего с кормом марганца осталась в химусе.

8. Нормирование обеспечения молодняка кур минеральными элементами следует проводить с учетом уровня марганца в рационе. В условиях опыта повышение уровня марганца в рационе до 100-130 мг/кг корма стимулировало доступность алиментарного кальция, концентрация которого в паренхиме печени молодняка яичных кур возрастала на 68%, в оттекающей от кишечника крови - на 48%, в большеберцовой кости цыплят-бройлеров на 8-10%.

Практические предложения

1. Предлагается продолжить исследования процессов полостного пищеварения, в частности свойств плотной эндогенной фракции, касающихся формирования химуса и её взаимодействия с минеральными элементами.

2. Полученные нами данные о взаимодействии марганца и кальция в энтеральной среде разных отделов желудочно-кишечного тракта молодняка кур могут быть использованы при уточнении норм потребности сельскохозяйственной птицы в минеральных элементах.

Список опубликованных работ

1. Полякова Е.П., Ксенофонтов Д.А., Барбосова М.Е. Сорбция марганца полостной слизью // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. Приложение № 40. Мат. Восемнадцатой Российской Гастроэнтерологической Недели 8-10 окт. 2012 г. Т. XXII, № 5, 2012, С. 131.

2. Полякова Е.П., Ксенофонтов Д.А., Барбосова М.Е. Изменение структуры химуса цыплят-бройлеров по мере его продвижения по желудочно-кишечному тракту // Известия ТСХА, 2012, № 5, С. 93-96.

3. Полякова Е.П., Ксенофонтов Д.А., Барбосова М.Е. Абсорбция аминокислот, кальция и марганца в разных отделах желудочно-кишечного тракта кур в зависимости от уровня марганца в рационе // Проблемы биологии продуктивных животных, 2013, №1

Отпечатано с готового оригинал-макета

Формат 60х84'/16. Усл. печ. л 0,93. Тираж 100 экз. Заказ 195.

Издательство РГАУ - МСХА 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44 Тел.: (499) 977-00-12, 977-26-90,977-40-64

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Барбосова, Мария Евгеньевна, Москва

ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет -

МСХА имени К. А. Тимирязева»

На правах рукописи

04201357966

Барбосова Мария Евгеньевна

ОБМЕН МАРГАНЦА И КАЛЬЦИЯ В ЭНТЕРАЛЬНОЙ СРЕДЕ

МОЛОДНЯКА КУР

Специальность: 03.03.01 - физиология

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: кандидат биологических наук доцент Е.П. Полякова

Москва-2013

СОДЕРЖАНИЕ

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

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................9

1.1. Биологическая роль и значение марганца для сельскохозяйственной птицы...........................................................................................9

1.1.1. Биологическая роль марганца..............................................9

1.1.2. Содержание марганца в организме млекопитающих и птиц......12

1.1.3. Потребность кур в марганце.............................................14

1.1.4. Взаимодействие марганца и кальция в организме млекопитающих и птиц.................................................................................19

1.2. Биологическая роль и значение кальция для сельскохозяйственной птицы.........................................................................................21

1.2.1. Биологическая роль кальция и его распределение в организме кур.....................................................................................21

1.2.2. Потребность кур в кальции...............................................23

1.3. Современные представления о процессах полостного и пристеночного пищеварения................................................................................25

1.3.1. Процессы гидролиза и абсорбции в свете пристеночного пищеварения.........................................................................25

1.3.2. Строение и функции слизистых наложений...........................29

1.3.3. Строение и функции плотной эндогенной фракции химуса.......36

1.3.4. Взаимодействие эндогенных структур энтеральной среды с минеральными веществами........................................................40

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.............................45

3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ..........................51

3.1. Минеральный обмен в энтеральной среде у молодняка яичных кур.... 51

3.1.1. Зоотехнические показатели выращивания молодняка яичных кур....................................................................................51

3.1.2. Влияние уровня марганца в рационе на абсорбцию кальция......51

3.1.3. Влияние уровня марганца в рационе на абсорбцию марганца.. .62 3.2. Минеральный обмен в энтеральной среде у цыплят-бройлеров.........72

3.2.1. Физиолого-клинический статус цыплят-бройлеров.................72

3.2.2. Зоотехнические показатели выращивания цыплят-бройлеров....73

3.2.3. Соотношение фракций в сухом веществе химуса цыплят-бройлеров............................................................................75

3.2.4. Влияние уровня марганца в рационе на распределение кальция по фракциям химуса цыплят-бройлеров..........................................82

3.2.5. Распределение марганца по фракциям химуса цыплят-бройлеров при разном уровне марганца в рационе.......................................86

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................91

ВЫВОДЫ....................................................................................96

ПРЕДЛОЖЕНИЯ...........................................................................98

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...................................99

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................117

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. С 60-70 гг. прошлого столетия в связи с увеличением производства продукции птицеводства и интенсификацией этой отрасли животноводства значительно возросли требования к полноценности минерального питания птицы. Поэтому возникла необходимость детального изучения потребностей птицы в минеральных веществах в зависимости от направления продуктивности, породных и половозрастных особенностей, условий содержания и выращивания, состава и качества основных кормовых средств. По данному вопросу было проведено множество исследований, как в России, так и за её пределами. Результаты этой работы помогли дополнить и детализировать нормы кормления сельскохозяйственной птицы. Однако до настоящего времени некоторые аспекты минерального питания кур остаются не до конца ясными. Одним из таких аспектов является проблема усвоения марганца в теле продуктивной птицы. Марганец, являясь жизненно важным микроэлементом, содержится в организме сельскохозяйственной птицы в очень небольшом количестве, однако его добавка в рацион положительно влияет на рост, процессы оссификации, размножения, кроветворения, функции желёз внутренней секреции. Особенно важен марганец для птицы как активатор кальциевого обмена. У яйценоской птицы он влияет на качество скорлупы яиц, у бройлеров - улучшает минерализацию костной ткани.

Вместе с тем известно, что содержание марганца в кормах для птицы находится на уровне 20 - 50 мг/кг, примерно на одном уровне с цинком. А содержание марганца в органах и тканях птицы на порядок ниже, чем цинка. Тем не менее, внесение марганца в корм птицы положительно влияет на скорлупу и костную ткань, но при этом снижается усвоение элемента.

Это явление давно отмечается исследователями и объясняется тем, что 1) марганец плохо усваивается из корма; 2) марганец задерживается

слизистой оболочкой и не всасывается; 3) марганец всасывается, поступает в печень и снова выводится с желчью в полость кишки.

Отсюда следует, что физиологический механизм влияния марганца остаётся неясным. И менее всего изучено его преобразование в желудочно-кишечном тракте.

Традиционно на кафедре физиологии, морфологии и биохимии животных РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева изучается физиология пищеварения и обмена веществ у продуктивных сельскохозяйственных животных. Сотрудники и аспиранты кафедры, основываясь на различных концепциях об обменной функции пищеварительного тракта, а так же о наличии в кишечнике пищеварительно-транспортного конвейера питательных веществ (Уголев, 1963; Алиев, 1972; Гальперин и Лазарев, 1986; Георгиевский и Полякова, 1997; Георгиевский и др., 2000), уделяют всё больше внимания изучению структуры и свойств химуса желудочно-кишечного тракта у разных видов сельскохозяйственных животных. Экспериментально полученные данные и анализ литературных источников позволяют сделать вывод о необходимости пересмотреть сложившиеся взгляды на химус, и рассматривать его как сложное, в основном эндогенное образование, обеспечивающее поддержание не только энтерального, но и общего гомеостаза организма.

Полостной слизи, названной «плотная эндогенная фракция» (ПЭФ), придаётся особое значение в исследованиях. Эта фракция, представляющая в гидратированном состоянии гель, занимает основной объем химуса и, по-видимому, играет существенную роль в его структурировании. Сотрудниками кафедры изучены фракции химуса в разных отделах желудочно-кишечного тракта у птиц, рыб и млекопитающих. Обнаружена способность плотной эндогенной фракции связывать некоторые минеральные элементы (Са, Мп, Ъп, Си, К, Ыа) и высказано предположение, что она образует реакционные зоны, способные упорядочивать контакт

гидролитического фермента и частиц корма в процессе полостного пищеварения.

Существует множество исследований, посвященных изучению обмена и взаимодействия макро- и микроэлементов в организме, однако их взаимодействие на уровне желудочно-кишечного тракта практически не изучено, особенно в свете новых данных о полостном пищеварении и гомеостазе химуса.

Наша работа является частью разрабатываемой на кафедре физиологии, морфологии и биохимии животных темы: «Метаболические пути и разработка эффективных способов повышения физиологического воздействия биологически активных веществ (биоэлементов, витаминов, тканевых препаратов, пробиотиков) на организм сельскохозяйственных и промысловых животных», № государственной регистрации: 01930005482.

Цель и задачи исследований.

Цель нашей работы - изучить взаимодействие марганца и кальция с полостной слизью в разных отделах кишечника кур при разном уровне марганца в рационе.

Для достижения поставленной цели планируется решить следующие задачи:

1. Изучить структуру содержимого зоба и мускульного желудка и энтерального химуса у цыплят-бройлеров.

2. Изучить распределение марганца и кальция по фракциям химуса у кур при разном уровне марганца в рационе.

3. Изучить абсорбцию кальция и марганца у кур в отделах кишечника при разном уровне марганца в рационе.

Научная новизна и практическая значимость. Впервые получены данные по структуре химуса цыплят-бройлеров. Обнаружена способность плотной эндогенной фракции кур адсорбировать катионы кальция и марганца.

с

Показана динамика распределения кальция и марганца по фракциям химуса в разных отделах желудочно-кишечного тракта у молодняка кур. Установлено, что введение в стандартный рацион молодняка кур солей марганца положительно влияет на абсорбцию кальция и концентрацию кальция в печени, при этом сам марганец во внутреннюю среду не поступает.

Полученные нами данные позволяют рассмотреть энтеральную среду с иных позиций и могут быть применены в дальнейшем при разработке концепции формирования структуры химуса и механизмов гомеостазирования энтеральной среды, при уточнении потребностей ремонтного молодняка яичных кур и цыплят-бройлеров в минеральных веществах, а также в учебных курсах по физиологии и биохимии животных при изучении обмена минеральных веществ в высших учебных заведениях.

Апробация. Основные положения диссертации доложены на Восемнадцатой Российской гастроэнтерологической неделе в 2012 г., на научной конференции «Научное наследие Н.И. Вавилова и современность» в РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева в 2012 г. и на V Международной научно-практической конференции преподавателей, молодых учёных, аспирантов и студентов «Инновационные процессы в АПК» в РУДН в 2013 г. По теме диссертации опубликованы 3 статьи, 2 из них - в журналах, рецензируемых ВАК:

1. Полякова Е.П., Ксенофонтов Д.А., Барбосова М.Е. Сорбция марганца полостной слизью // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. Приложение № 40. Мат. Восемнадцатой Российской Гастроэнтерологической Недели 8-10 окт. 2012 г. Т. XXII, № 5, 2012, С. 131.

2. Полякова Е.П., Ксенофонтов Д.А., Барбосова М.Е. Изменение структуры химуса цыплят-бройлеров по мере его продвижения по желудочно-кишечному тракту // Известия ТСХА, 2012, № 5, С. 93-96.

3. Полякова Е.П., Ксенофонтов Д.А., Барбосова М.Е. Абсорбция аминокислот, кальция и марганца в разных отделах желудочно-кишечного тракта кур в зависимости от уровня марганца в рационе // Проблемы биологии продуктивных животных, 2013, №1, С. 75-84.

Положения, выносимые на защиту

1. Содержимое кишечника кур - гомеостатичное и структурированное образование, в котором основной объём занимает плотная эндогенная фракция химуса.

2. Плотная эндогенная фракция химуса адсорбирует марганец и кальций по мере продвижения химуса по желудочно-кишечному тракту кур.

3. Марганец стимулирует абсорбцию кальция в тонком отделе кишечника кур.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Биологическая роль и значение марганца для сельскохозяйственной птицы

1.1.1. Биологическая роль марганца

Марганец относится к тем элементам, которые содержатся во всех тканях и являются необходимыми для жизни животных. Марганец (лат. Manganum) - химический элемент побочной подгруппы седьмой группы четвёртого периода периодической системы, поэтому для него характерны окислительно-восстановительные реакции (Георгиевский и др., 1979). Многообразие химических свойств марганца является одним из ведущих факторов его активного участия в биохимических процессах (Оберлис и др., 2008). Марганец имеет восемь различных состояний окисления, однако в организме находится лишь в виде двух- и трёхвалентных соединений. Двухвалентный катион марганца предпочитает сравнительно слабых доноров, например карбоксильную и фосфатную группировки, и является активатором некоторых ферментов. Марганец присутствует во всех живых организмах, причём его концентрация в растениях на порядок выше, чем в организме животных (Георгиевский и др., 1979; Уильяме, 1975).

Специфической потребностью в двухвалентном катионе марганца обладают многие ферменты. К ним относятся галактозил- и N-ацетилгалактозаминилтрансферазы, участвующие в синтезе мукополисахаридов, а также лактозосинтетаза. Большинство гликозилтрансфераз, участвующих в синтезе мукополисахаридов, активизируются ионами марганца. Марганец входит в состав некоторых ферментов. К таким ферментам относятся пируваткарбоксилаза и орнитаза, необходимые для активации дегидрогеназ изолимонной и яблочной кислот, декарбоксилазы пировиноградной кислоты (синтез гликозаминогликанов хрящевой ткани, эритропоэз и образование гемоглобина), дипептидазы. Кроме того, марганец активирует окислительное фосфорилирование и

стимулирует активность двухвалентного катиона кальция АТФ-азы эритроцитов. В процессе гликолиза марганец участвует в четырёх реакциях из тринадцати, а также катализирует пять из одиннадцати реакций цикла трикарбоновых кислот (Панина, 2006).

Имеются различные экспериментальные данные о нормализующем влиянии марганца на азотистый, кальциево-фосфорный и энергетический обмен. По исследованиям Георгиевского и др. (1979) роль марганца в процессах окислительного фосфорилирования подтверждается быстрым накоплением Мп54 в митохондриях печеночных клеток (Панина, 2006; Жуков, 2007; Мирошниченко и др., 2008).

Оберлис и др. (2008) пишут, что марганец усиливает усвоение белка и жира в организме, ускоряет процессы кроветворения, укрепляет скорлупу яиц птиц, улучшает состояние эмбрионов, оказывает дезинфицирующее действие в желудочно-кишечном тракте, способствует функционированию желёз внутренней секреции и оказывает виляние на действие минеральных веществ (Fe, Са, Р) и витаминов В, Е и С (Оберлис и др., 2008).

Многие авторы (Георгиевский, 1970; Кальницкий и Харитонова, 1978; Георгиевский и др., 1979; Хухрянский и др., 1990; Микулец и др., 2002) полагают, что марганец принимает непосредственное участие в процессе кальцификации скелета и обеспечивает развитие соединительной ткани и хрящей, так как при его дефиците в рационе происходит снижение содержания золы в костях и ухудшение прочности костей.

Марганец стимулирует синтез холестерина и жирных кислот, проявляя липотропное действие (Мирошниченко и др., 2008), повышает утилизацию жиров и противодействует жировой дегенерации печени (Георгиевский, 1970). Ионы марганца наряду с коэнзимом А, дифосфопиридинуклеотидом, ионами кобальта и магния активизируют расщепление жиров в тканях. Исследованиями Miller et al. (1988) показано снижение липогенеза при удалении из рациона КоА, АТФ и двухвалентного катиона марганца.

Марганец также участвует в синтезе витамина Е и стимулирует биосинтез аскорбиновой кислоты (Оберлис и др., 2008).

Марганец входит в состав некоторых белков, участвует в синтезе защитного гликопротеина, покрывающего клетки, обеспечивает нормальное функционирование мышечной ткани, а также он необходим организму для создания естественного противовирусного агента интерферона, активно участвуя в нормализации иммунной защиты организма (Кальницкий, 1985).

Марганец участвует в регуляции нейрохимических процессов в центральной нервной системе (синтез и обмен нейромедиаторов). При экспериментальной недостаточности марганца у животных возникают нейрологические симптомы, структурные и функциональные повреждения митохондрий, а также нарушения свёртывания крови и обмена глюкозы. При избытке марганца в мозгу наступают нарушения функциональной активности лизосомальных ферментов. Предполагается, что развивающийся мозг чувствителен к изменению концентрации марганца (Георгиевский и др., 1979).

Значение марганца в размножении особенно велико. Он оказывает влияние на развитие и нормальную функцию половых органов, на оплодотворяемость и на жизнеспособность потомства. Исследования показывают, что недостаток марганца в рационах проводит к атрофии семенников у производителей и к прекращению овуляции и молочности у самок млекопитающих, а так же к ухудшению структуры яичников, яйценоскости и качества скорлупы у птиц. Потомство от самок, получавших недостаточное количество марганца, оказывалось нежизнеспособным и быстро погибало. В опытах на крупном рогатом скоте было выявлено, что добавка солей марганца к основному рациону ускоряет половую зрелость у животных, способствует нормальному наступлению течки, улучшает оплодотворяемость коров и снижает количество абортов. Марганец повышает жизнеспособность плода и обеспечивает получение телят с более

крепким костяком. У птиц добавки марганца положительно влияют на яйценоскость, оплодотворяемость яиц и выводимость цыплят. При недостаточном содержании марганца в рационах кур-несушек у эмбрионов цыплят развивается кормовая хондродистрофия, приводящая к высокой эмбриональной смертности в конце инкубационного периода (Георгиевский, 1970).

Известна связь марганца с гормонами. Так механизм действия двухвалентных ионов марганца на щитови�