Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЭФФЕКТИВНОГО ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ ЦЫПЛЯТ-БРОЙЛЕРОВ ПРИ СОВМЕСТНОМ ПРИМЕНЕНИИ ВНУТРИМЫШЕЧНОЙ ИНЪЕКЦИИ НАНОФОРМ ЖЕЛЕЗА И АРГИНИНА В СОСТАВЕ РАЦИОНА

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к животноводству, и может быть использовано при внедрении нанотехнологий в отрасли птицеводства.

Нанодисперстные формы эссенциальных металлов и их соединений нашли широкое применение в животноводстве в качестве препаратов микроэлементов. Это определилось меньшей их токсичностью [1, 2, 3], более высокой биодоступностью из наноформ в сравнении с традиционными препаратами [4].

Особенностью действия наночастиц металлов на организм является способность легко проникать через все защитные барьеры организма во все органы и ткани и в биотических дозах стимулировать обменные процессы и т.д. [5, 6].

Введение в рацион сельскохозяйственных животных и птиц наночастиц меди стимулирует повышение продуктивности [5, 7, 8]. Известны работы, демонстрирующие ростостимулирующие и ранозаживляющие эффекты наножелеза [9, 10], продемонстрирована перспектива наночастиц железа и в качестве пищевой добавки [11, 12, 13].

Ранее проведенные исследования показали, что внутримышечное введение наночастиц железа, способствует повышению продуктивности и способствует повышению уровня аргинина в печени. Как известно, аргинин является наиболее распространенным носителем азота и основным фактором, регулирующим максимальный рост молодых животных [14].

В связи с поставленной целью, перспективным представляется исследование совместного использования внутримышечной инъекции наночастиц железа с введением аргинина в состав рациона, позволяющее повысить продуктивность цыплят-бройлеров. В литературных источниках новизна не представлена.

Материалы и методы

Наночастицы железа при проведении эксперимента были синтезированы методом высокотемпературной конденсации на установке Миген-3 в Институте энергетических проблем химической физики РАН г. Москва [15].

Биологическая доступность и активность была достоверно подтверждена в тесте ингибирования бактериальной биолюминесценции по существующему алгоритму [16].

По итогам аттестации частиц установлено, что наночастицы железа размером 80±5 нм, содержат кристаллического металла в ядре частиц 96,0±4,5%.

Исследования были проведены в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет» на цыплятах-бройлерах «Смена-7». Для эксперимента было отобрано 48 голов 11-дневных цыплят-бройлеров, которых методом аналогов разделили на 4 группы (n=12). Во время эксперимента вся птица находилась в одинаковых условиях содержания (табл. 1).

Формирование общих рационов (ОР) для подопытной птицы в ходе исследований проводилось с учетом рекомендаций ВНИТИП [17].

Микроклимат в помещении соответствовал требованиям ВНИТИП. Кормление опытной птицы проводилось 2 раза в сутки, учет поедаемости - ежесуточно. Поение осуществлялось вволю.

По достижении 15-дневного возраста в состав рационов II и III опытных групп были дополнительно включен: аргинин (10 г/кг), согласно схеме эксперимента (табл. 1). Птице I и II групп производились внутримышечные (в/м) инъекции в бедро лиозолей наночастиц железа в дозе 2 мг/кг живой массы разово в возрасте 15 и 29 суток. Повторная инъекция лиозолей наночастиц железа была произведена в возрасте 29 суток.

Препараты железа для инъекций готовили путем смешивания частиц с физраствором объемом 200 мкл. Полученный препарат стерилизовали ультрафиолетом, затем обрабатывали ультразвуком (частота 35 кГц; мощность - 300 (450) Вт, амплитуда колебаний - 10 мкм). Продолжительность ультразвуковой обработки - 30 мин. Дозировка железа составила 2 мг/кг живой массы птицы и обосновывалась ранее проведенными исследованиями [17].

Кровь у цыплят-бройлеров брали путем декапитации у предварительно наркотизированных животных в возрасте 16, 22, 29 и 43 суток.

Гематологические показатели определяли с помощью автоматического гематологического анализатора URIT 2900 VET Plus (производитель - URIT MEDICAL ELECTRONIC CO., LTD, Китай). В стабилизированной гепарином крови определяли содержание эритроцитов и гемоглобина. Биохимический анализ крови проводился на автоматическом биохимическом анализаторе CS-Т240 (производитель - Dirui Industrial Co., Ltd., Китай). В сыворотке крови определяли содержание железа и общего белка.

С целью проверки связи обмена аргинина с действием наночастиц металлов изучен аминокислотный состав печени. Массовая доля аргинина в печени была определена методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель».

В течение эксперимента цыплят ежедневно взвешивали.

На основании полученных данных рассчитывали отложение в теле цыплят протеина и жира по периодам.

Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием программного пакета «Statistica 6.0». Полученные результаты достоверны при р≤0,05.

В исследованиях установлено ростостимулирующее действие отдельно как препаратов железа, так и при совместном применении с аргинином в составе рациона.

Динамика разницы (%) по живой массе между контрольной и опытными группами цыплят-бройлеров представлена на фиг. 1.

Так, введение наночастиц железа в первой группе спустя сутки после 1-й инъекции увеличивало живую массу в сравнении с контролем на 6,2%, спустя 7 суток на 7,01%, максимальный прирост отмечался на 4 сутки и составил 9,4%. Повторное введение наночастиц железа аналогично первой инъекции через сутки увеличивало прирост по сравнению с контролем на 5,86%, по окончании исследования живая масса второй группы превышала показатели массы контрольной группы на 7,12%.

Добавление в рацион аргинина в III группе без введения наночастиц железа способствовало увеличению живой массы на 4,18% через сутки после добавления аминокислоты, на 6,3% через 14 дней. По достижении 43-дневного возраста масса опытной птицы III группы превышала показатели контрольной на 6,1%.

Совместное использование внутримышечных инъекций наночастиц железа с включением в рацион аминокислоты аргинин увеличивало живую массу во II группе по сравнению с контролем на 7,82% через сутки после 1-й инъекции и на 6,36% через сутки после повторной инъекции, по окончанию эксперимента прирост составил 9,2% в сравнении с контролем.

Оценка динамики роста контрольной и опытных групп показала эффективность совместного применения внутримышечных инъекций наноформ железа и аргинина в рационе, по сравнению с их отдельным использованием.

Анализ морфологических показателей крови птицы показал повышение уровня эритроцитов и гемоглобина относительно контроля в первой и второй группах, которое уменьшалось по мере увеличения времени после инъекции, что показано в таблице 2. Так, содержание эритроцитов через сутки эксперимента превышало значения контрольной группы в I и II группах на 3,3% (Р<0,05) и 5,57% (Ρ<0,01), спустя 7 суток на 12,9 и 16% (Р<0,001) и к концу 3 недели практически не отличалось от контроля. Повторное введение наночастиц к концу эксперимента увеличивало уровень эритроцитов во II и III группах на 24,4 и 30,7% (Р<0,001).

Уровень гемоглобина у цыплят в первой и второй опытных группах был увеличен относительно контроля спустя сутки после введения наночастиц - на 9,86 и 13% (Р<0,01); через 7 суток - на 3,92 и 6,27% (Р<0,05), через 28 суток соответственно - на 14,2% и 15% (Ρ0,001).

Исследование биохимических показателей крови цыплят-бройлеров показало увеличение содержания общего белка и железа в первой и второй группах. Уровень железа был увеличен только через сутки после инъекции на 11 и 14% (Р<0,01) в первой и второй группах относительно контроля. Количество общего белка было увеличено через сутки на 12,8% (Р<0,01) в первой группе и на 11,3% (Р<0,01) во второй, через 7 суток на 15,5 и 15,1% (Р<0,05) в тех же группах соответственно.

Содержание протеина в теле цыплят I группы по окончанию исследования превышало уровень контроля на 5,33%, II группы на 7,3%, что показано в таблице 3. Показатели жира в теле были снижены в I и II группах на 4 и 3,5% (Р<0,05) относительно контроля. Изменений по содержанию протеина и жира в теле третьей опытной группы в сравнении с контролем не наблюдалось. Эта разница и определила большой прирост массы I опытной группы. Отложение в организме одного грамма белка приводит к повышению массы тела на величину около 5 грамм [18].

Анализ уровня аргинина показал увеличение показателя в первой группе на 3,83% (Р<0,05), во второй и третьей группах изменений не отмечалось. Известно, что аргинин является одной аминокислот способствующих увеличению белка и также стимулирует гормон роста [19, 20]. Внесение дополнительных доз аргинина в рацион исключало необходимость дополнительного синтеза аргинина организмом для увеличения прироста (фиг. 2).

Повышение концентрации аргинина в печени могло стать следствием активизации синтеза макрофагов в ответ на введение частиц железа. Известно, что путем синтеза полиаминов и белка, аргинин определяет пролиферацию лейкоцитов [21]. В наших исследованиях количество лейкоцитов достоверно увеличивалось спустя сутки после инъекций на 8,12 и 10,5% (Р<0,05) в первой и второй группах соответственно, на 7,3 и 8,19% (Р<0,05) в первой и во второй группах относительно контроля через 7 суток.

Таким образом, результаты исследования показали, что совместное использование наночастиц железа с аргинином является эффективным способом повышения прироста живой массы, эритроцитов и гемоглобина крови бройлеров. Сочетание наночастиц железа и аргинина может быть рекомендовано как препарат для повышения продуктивности сельскохозяйственной птицы.

Список литературы

1. Zhang J, Wang H, Yan X, Zhang L. 2005.Comparison of short-term toxicity between Nano-Se and selenite in mice.LifeSci. Jan 21; 76(10):1099-109.

2. Hao L, Wang Z, Xing B. 2009.Effect of sub-acute exposure to TiO2 na-noparticles on oxidative stress and histopathological changes in Juvenile Carp (Cy-prinuscarpio).J EnvironSci (China).; 21(10): 1459-66.

3. Wang H, Sun X, Liu Z, Lei Z. 2014.Creation of nanopores on graphene planes with MgO template for preparing high-performance supercapacitor elec-trodes.Nanoscale. May 7.

4. Rohner F, Ernst FO, Arnold M, Hilbe M, Biebinger R, Ehrensperger F, Pratsinis SE, Langhans W, Hurrell RF, Zimmermann MB. 2007.Synthesis, characterization, and bioavailability in rats of ferric phosphate nanoparticles. J Nutr.Mar; 137(3):614-9.

5. World Health Organization 2008. Global Database on Anaemia, World Health Organization, Geneva, Switzerla

6. Cancelo-Hidalgo M. J., Castelo-Branco C, Palacios S., Haya-Palazuelos J., Ciria-Recasens M., Manasanch J., L. 2013. Tolerability of different oral iron supplements: a systematic review. Curr. Med. Res. Opin.29, 291-303.

7. Peña-Rosas Juan P., De-Regil Luz M., Dowswell T., Viteri Fernando E. 2012. Daily oral iron supplementation during pregnancy. In Cochrane Database of Systematic Reviews, John Wiley & Sons, Ltd., Chichester, UK.Zimmermann M.В., С

8. Zimmermann M.B., Chassard C, Rohner F., N′Goran E., Nindjin C, Dostal Α., Utzinger J., Ghattas H., Lacroix С, Hurrell R. F. 2010. The effects og iron fortification on the gut microbiota in African children: a randomized controlled trial in Cote d′Ivoire. Am. J. Clin. Nutr. 92., 1406-1415.

9. Dostal Α., Chassard C, Hilty F.M., Zimmermann M.В., Jaeggi T., Rossi S., Lacroix С. 2012. Iron depletion and repletion with ferrous sulfate or electrolytic iron modifies the composition and metabolic activity of the gut microbiota in rats. J. Nutr. 142, 271-277.

10. Глушенко H.H., Богословская Ο.Α., Ольховская И.П., Лобаева Т.А 2002. Влияние наночастиц цинка на процессы ранозаживления Материалы VI международной конференции "Биоантиоксидант". - Москва,. - С. 114-11

11. Sizova Ε., Miroshnikov S., Polyakova V., Glushchenko Ν., Skalny A. 2013. Biological effects connected with metal nanoparticles entry into organism / //Ann BiolClin, vol. 71, n° 5, septembre-octobre, 568-569.

12. Mohamad F. Aslam, David M. Frazer, NunoFaria, Sylvaine F. A. Brug-graber, Sarah J. Wilkins, Cornel Mirciov, Jonathan J. Powell,Greg J. Anderson, and Dora I. A. Pereira 2014. Ferroportin mediates the intestinal absorption of iron from a nanoparticulate ferritin core mimetic in mice FASEB J. Aug; 28(8): 3671-3678.

13. Hilty FM, Arnold M, Hilbe M, Teleki A, Knijnenburg JT, Ehrensperger F, Hurrell RF, Pratsinis SE, Langhans W, Zimmermann MB.. 2010. Iron from nano-compounds containing iron and zinc is highly bioavailable in rats without tissue ac-cumulation.NatNanotechnol. May; 5(5):374-80. doi: 10.1038/nnano.2010.79. Epub 2010 Apr 25.

14. Nairz M, Schleicher U, S enroll A, Sonnweber T, Theurl I, Ludwiczek S, Talasz H, Brandacher G, Moser PL, Muckenthaler MU, Fang FC, Bogdan C, Weiss GJ 2013. Nitric oxide-mediated regulation of ferroportin-1 controls macrophage iron homeostasis and immune function in Salmonella infection. ExpMed. May 6; 210(5):855-73. doi: 10.1084/jem.20121946. Epub 2013 Apr 29.

15. Ген М.Я., Миллер A.B. Авторское свидетельство СССР №814432 // Бюллетень изобретений. - 1981. - №11. - С. 25.

16. Дерябин Д.Г., Алешина Е.С., Дерябина Т.Д., Ефремова Л.В 2011. Биологическая активность ионов, нано- и микрочастиц Cu и Fe в тесте ингибирования бактериальной биолюминесценции // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химий. №6. С. 31-36.).

17. Фисинин В.И., Имангулов Ш.А., Егоров И.А., Околелова Т.М. и др. Рекомендации по кормлению сельскохозяйственной птицы. Сергиев Посад, 2000-67 с.

18. Miroshnikov S.Α. 2008.Transformation of Blaxter′s Law for Determining the Amount of Work by an Organism for Building Body Tissue Russian Agricultural Sciences,, Vol.34, No. 3, pp.193-195. AllertonPress, Inc., 2008.

19. J, Ε, Tuboly Τ, A, Weisz A, Ν, I. 2014. Effect of arginine or glutamine supplementation on production, organ weights, interferon gamma, interleukin 6 and antibody titre of broilers. Acta Vet Hung. Sep;62(3):348-61. doi: 10.1556/AVet.2014.017.

20. Ekmay RD, De Beer M, Mei SJ, Manangi M, Coon CN. Amino acid requirements of broiler breeders at peak production for egg mass, body weight, and fertility. Poult Sci. 2013 Apr; 92(4):992-1006. doi: 10.3382/ps.2012-02554.

21. Suchner U, Heyland DK, Peter K. 2002. Immune-modulatory actions of arginine in the critically ill. Br J Nutr.; 87:S121-S132. doi: 10.1079/BJN2001465.