Содержание к диссертации
Введение
CLASS 1. Обзор литературы CLASS 8
1.1. Распространение селена в природе 8
1.2. Механизм действия селена в организме животных 14
1.3. Связь селена с другими элементами 22
1.4. Роль селена в организм е сельскохозяйственных животных 26
1.5. Нормы потребности селена в рационах животных 33
1.6. Использование препарата ДАФС-25 в кормлении сельскохозяйственных животных 36
1.7. Заключение по обзору литературы 39
2. Материалы и методы исследований 41
3. Результаты исследований и их обсуждение 47
3.1. Состав и питательность рационов бычков 47
3.2. Показатели рубцового метаболизма 50
3.3. Уровень пищеварительной деятельности 61
3.4. Переваримость питательных веществ 63
3.5. Переваривание питательных веществ по отделам желудочно-кишечного тракта 69
3.6. Баланс селена в организме бычков 74
3.7. Баланс азота в организме бычков 77
3.8.Биохимические показатели крови 80
3.9. Содержание селена в органах и тканях бычков 83
4. Заключение 86
5. Выводы 90
6. Практические предложения 91
Список литературы 92
- Распространение селена в природе
- Механизм действия селена в организме животных
- Состав и питательность рационов бычков
- Уровень пищеварительной деятельности
Введение к работе
Актуальность. Достижение высоких показателей в области животноводства может быть достигнуто при обеспечении поголовья кормов высокого качества, сбалансированности рациона по основным питательным веществам, где наряду с органическими и минеральными веществами важное место в кормлении животных занимают микроэлементы и ультрамикроэлементы, поскольку именно они играют важную роль во всех процессах обмена веществ, протекающих в организме.
Становление учения о минеральном обмене и минеральном питании животных, как самостоятельного раздела относится к 20-30-м годам XX столетия. Именно в этот период В.И.Вернадским было разработано учение о связи между химическим элементарным составом организмов и химическим составом земной коры. По мнению В.И.Георгиевского в организме нет ни одного важного биохимического процесса, в котором не принимали бы участие минеральные элементы.
Как правило, корма входящие в состав рациона крупного рогатого скота, по своему составу не удовлетворяют потребности животных в минеральных веществах. Нередко наблюдается избыток одних (например калия) и недостаток других (натрия, хлора). Из-за недостаточного поступления минеральных веществ с рационом, нарушений в минеральном обмене ухудшается поедаемость корма и его переваримость, уменьшаются приросты живой массы, молочная продуктивность, нарушается оплодотворяемость, возникают различные заболевания. Установлено, что общим для всех микроэлементов при избыточном или недостаточном поступлении является нарушение их функциональной роли в обмене веществ. Одним из таких элементов является селен.
На протяжении многих лет селен и его соединения считались ядовитыми для организма. Однако в последнее время он привлекает внимание специалистов не только как высокотоксичный элемент, но и как биотический элемент, выполняющий в очень малых количествах важные биологические функции, необходимые для роста и развития животных.
Его важная биологическая роль определяется возможностью замещения в некоторых случаях витамина Е, влиянием на процессы тканевого дыхания и иммунобиологическую реактивность организма, повышением выработки эндогенных антиоксидантов белковой и липидной природы. Даже в малых дозах селен способен ускорять метаболические процессы, что позволило применять его в качестве лечебно-профилактического средства. В настоящее время важная биологическая роль селена не вызывает сомнения, так как хорошо известны последствия селенодефицита: маститы, задержание последа, дегенерации яичников, снижению резистентности, некрозу печени, низкой устойчивости новорожденных, беломышечной болезни, нарушение воспроизводительных функций.
Дефицит данного элемента приводит к нарушению микроциркуляции и увеличению проницаемости капиллярных и клеточных мембран, что вызывает отечность и кровоизлияния. Соединения селена улучшают некоторые функции печени, способствуют увеличению содержания ко-энзима Q в сердечной мышце и тд.
Для восполнения данного микроэлемента в организме животных рекомендуется к основному рациону добавлять селенсодержащие препараты. На протяжении длительного времени использовали неорганические соединения, такие как селенит натрия. Неорганический селен накапливается в тканях в форме свободного гидроселенид аниона, который оказывает токсическое действие на организм животного. Поэтому в последнее время большой научный и практический интерес представляют органические формы селена, которые менее токсичны, включаются в большое число белков и обладают лучшей всасываемостью в кишечнике животных.
Анализ литературных данных показал, что несмотря на важное физиологическое и биологическое значение селена сведений о его применении в кормлении молодняка крупного рогатого скота недостаточно, а имеющиеся данные противоречивы.
На сегодняшний день остается актуальной проблема по вопросам нормирования селена в рационе крупного рогатого скота с учетом видовой принадлежности, возраста, типа кормления и биогеохимической зоны.
Цель и задачи исследования. На основании вышеизложенного, нами была поставлена цель - изучить влияние разного уровня селена на процессы пищеварения и обмена веществ у молодняка крупного рогатого скота.
В задачу исследований входило изучить: потребление питательных веществ рационов общий уровень пищеварения процессы рубцового метаболизма переваримость питательных веществ в различных отделах желудочно-кишечного тракта обмен и усвоение селена биохимический статус крови
Научная новизна. Впервые на основании комплексных исследований с использованием разного уровня селена в рационе, где в качестве источника селена применяли органический селенсодержащий препа- рата ДАФС - 25, были изучены процессы пищеварения и обмена веществ у молодняка крупного рогатого скота.
Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты исследований могут быть использованы при оптимизации рационов по селену с учетом физиологических показателей.
Основные положения, выносимые на защиту: В настоящей работе на защиту выносятся: процессы пищеварения в желудочно-кишечном тракте бычков при различном уровне селена в рационе; показатели переваримости питательных веществ у бычков; состояние обмена веществ и биохимические показатели крови; обмен и усвоение селена в организме.
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи.
Объем работы. Диссертация изложена на 105 страницах компьютерного текста, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов собственных исследований, заключения, выводов, предложений и списка использованной литературы, содержит 14 таблиц, 2 схемы, 3 рисунка, 3 графика, 2 диаграммы. Список литературы включает 152 источника, в том числе 36 на иностранных языках.
Распространение селена в природе
Селен был открыт шведским химиком Я. Берцелиусом в 1817 г. в шламах свинцовых камер сернокислого завода в Грипсхолме. Пытаясь выяснить не оказывают ли отложения вредного действия на кислоту, Берцелиус тщательно исследовал эти шламы. Они имели красный цвет, а при нагревании издавали неприятный запах гнилой редьки. Он предполагал присутствие в шламах мышьяка, но вместо него обнаружил новый элемент. Берцелиус считал, что этот элемент был родственен теллуру, открытому в 1798 г. и названному в честь Земли (Tellus — латинское название планеты Земля). Новый элемент он назвал селеном в честь Луны (Selene - богиня Луны в античной Греции) (128).
Анализ литературных данных показал, что селен является рассеянным элементом и входит в состав 40 микроминералов. Ьстественные месторождения селена в природе - явление редкое. В основном он встречается в виде примеси в рудах сульфидных, ураново-ванадиевых, молибденовых, фосфорных и серных месторождений (97).
В.И.Вернадский (18) отметил содержание селена в земной коре, равным п 10 %. Большое количество селена земной коры сосредоточено в рассеянных пиритах и сульфидных рудах. Аномальные его концентрации в осадочных породах биогеохимических селеновых провинций США можно отнести за счет попадания элемента в осадки с продуктами длительного вулканизма (132). Согласно описанию автора, во времена девона (260 млн лет назад) и включая миоцен (10 млн. лет) бассейн р. Миссисипи был связан с активной вулканической деятельностью.
Обычный западный ветер способствовал перенесению пепла и вулканических газов на территорию равнины. Выбрасываемый вулканами селен в форме двуокиси выпадал с атмосферными осадками и фиксировался в виде селенита железа или восстанавливался до элементарного селена. Если учесть полузакрытый характер моря, куда впадала река, то можно допустить аккумулирование селена донными отложениями моря, превратившимися в последующем в осадочные породы. Активность же бактерий на дне таких внутренних морей благоприятствовала дальнейшей локализации селена в осадках (41).
Если рассматривать распространение селена в почвах России, то можно увидеть, что его количество изменяется от 1,2 10 до 2,2 10 %. По данным Виноградова А.П. (19) в песчаных и подзолистых почвах Московской области обнаружено 1,2 10"6 - 32 10"6 % селена. Черноземы, дерново-подзолистые, серые лесные и торфяные почвы значительно богаче селеном (39).
Образование селена может происходить в результате восстановления селенитов органическими веществами, которые выделяют корни растений. Так, вносимые в почву водорастворимые соединения (селениты), переводятся в почве до менее растворимых и менее усвояемых растениями форм, что зависит от характера почв.
В результате исследований, проведенных В.В.Ковальским и В.В.Ермаковым (39) было выявлено, что селенит-ион доминирует в более глубоких слоях почвы (в анаэробных условиях), тогда как верхние богатые гумусом горизонты содержат селен в форме селенат-иона в незначительных количествах. Гамильтон и Бис (13) обнаружили, что органические соединения селена могут переводиться растениями в селенаты и обмениваться в почве. Многие микроорганизмы восстанавливают се-ленат до селенит-иона (71). Соотношение форм элемента в почве регулируется организмами. Миграция селена в природе зависит от химиче ского состава почв. Известно, что в условиях гумидного климата гавайские кислые почвы обогащены селеном, который прочно связан с железом и слабо усваивается растениями (133).
В результате разностороннего перемещения элементов в биосфере происходит миграция химических элементов: горные породы - почвы, природные воды - растения - животные организмы - человек. Последовательный путь миграции химических элементов составляет биогеохимическую пищевую цепь (51,52).
Высокие концентрации селена в почвах связаны с его миграцией из осадочных и вулканических пород (сланцев, песчаников, туфов) и значительной аккумуляцией растениями. В то же время в процессе разработки некоторых гидротермальных сульфидных месторождений селен, попадая в зону окисления, может мигрировать с водами, переосаждаясь и тем самым обогащать почвы. В результате повышенной миграции селена, в среде могут возникнуть селеновые биогеохимические провинции.
Отмирая, растения отдают почве разнообразные формы селена. Под влиянием климатических факторов, а также в результате деятельности аэробных аутотрофных бактерий происходит дальнейшая трансформация соединений элемента. Освобожденный из растений селен, легко переходит в более глубокие слои почвы с растворами, где он частично восстанавливается до элементного селена и селенидов (41).
Микроорганизмы обладают высокой аккумулятивной способностью селена. Так, почвенные бактерии, актиномицеты и грибы, культивируемые в среде Чапека с добавкой селенита, концентрируют в клетках до 0,18% селена на сухой вес биомассы (51). Существуют и другие организмы, накапливающие высокое количество селена. Уоткинс (147) выявил, что красный мухомор является концентратором селена. В.В.Ковальским и В.В.Ермаковым (42) установлено, что концентриро вание селена характерно для многих грибов, морских организмов, бурых водорослей.
Концентрирование селена организмами по сравнению со средой их обитания уменьшается в следующем порядке: микроорганизмы -высшие грибы - животные организмы - высшие растения. В последнем случае имелись в виду травянистые растения лугов вне селеновых провинций. Довольно высокий градиент концентрирования был отмечен В.В.Ермаковым и др. (41) для улиток; он равен 80. Много селена присутствует и в голом слизне. Возможно, что селен у этого организма входит в состав секрета слюнных желез, который содержит до4% серной кислоты. Снижение концентрации селена в тканях животных и организме человека обусловлено сравнительно низким градиентом концентрирования элемента высшими растениями. Последние выступают в роли своеобразного барьера при миграции селена в организмы животных. Тем не менее, в некоторых органах и тканях происходит дальнейшее аккумулирование элемента. По-видимому, это вызвано тем, что селен участвует в промежуточном обмене веществ, проявляя специфические функции. Касаясь животных организмов, более высокие концентрации селена отмечаются в органах и тканях плотоядных. Следует обратить внимание на обмен селена, существующий между организмами и атмосферой и между почвами и атмосферой (41).
Механизм действия селена в организме животных
Проблема биологической роли микроэлементов была широко развернута трудами крупнейшего русского ученого, академика В.И.Вернадского, положившего начало этим исследованиям еще в 1891 г.(22).
В организме животных представлены почти все химические элементы таблицы Д.И.Менделеева. Биологическая роль микроэлементов, заключается в том, что при наличии в клетке микроэлементов в ней возникает электромагнитное поле кратковременного действия, которое является очагом биосинтеза белка и нуклеиновых кислот. Микроэлементы участвуют в транспортировке молекул аминокислот, как при синтезе, так и при распаде белка и аминокислот, с которыми микроэлементы вступают во взаимодействие.(ІЗ). Они прямо или косвенно влияют на ферменты через разные физико-химические системы, участвуют в регулировании процессов обмена, входят в состав крови, внутренних органов и тканей (13,103).Синтез селенопротеинов представлен на рисунке 1.
Согласно опытам Джонеса (126) при исследовании гистологических срезов внутренних органов мышей установлено убывание концентраций селена в следующем порядке: почка-печень - эндокринные железы - поджелудочная железа - сердце - селезенка - мозг.
Также было установлено проникновение селена через плацентарный барьер. Наиболее активно селен включался в ткани на поздних стадиях развития эмбрионов (134). По данным Ф.И.Абдулаева (1) на широкий спектр действия селена на метаболизм живой клетки влияют следующие причины: 1. Селен является более металлическим чем сера. 2. В отличие от тиолов (R-SH) селенолы (R-SeH) при нейтральных значениях рН ионизированы в большей степени и поэтому в ферментах они выступают как анионы. 3. Селенолы - хорошие нуклеофилы. 4. Низкий редокс-потенциал селенола по сравнению с соответствующими тиолами (Se-цистеин, S-цистеин) может объяснить присутствие селенолов в окислительно-восстановительных ферментах (формиад ДГ, гицинредуктаза, глутатионпероксидаза). 5. Селен-органические соединения, в основном, более реакционно способны, чем их S-аналоги.
Многие исследователи считают, что в живой ткани селен включен в цистеин, карбоновый скелет которого происходит из серина, последний после фосфолирования преобразуется в селенцистеин, а данная аминокислота включается в различные селенопептиды. Для активации этой редкой аминокислоты с целью ее дальнейшего использования в биосинтезе селенопротеинов в клетке имеется специальная т-РНК (95).
Все известные механизмы действия селена обеспечивают следующие благоприятные эффекты: 1. Антигистаминный, антиаллергический. 2. Антимутагенный, антитератогенный. 3. Антиканцерогенный. 4. Одновременно нормализуя обмен протеинов и нуклеиновых кислот, увеличивает репродуктивность животных, улучшает адапта цию организма к неблагоприятным факторам, в том числе а) защищает от последствий разных видов облучения; б) регулирует специфический и не специфический им мунитет за счет активации функций нейтрофилов, пролифера ции Т-,В-лимфоцитов, генерирования продукции антител, лим фокинов, естественных киллеров.
5. Стабилизируя мембрану эритроцитов, стимулируя синтез гемоглобина на последней стадии, увеличивает продолжительность жизни этих клеток.
6. Угнетая пероксидацию липидов и способствуя выработке эндогенных антиоксидантов белковой и липидной природы, обеспечивает нормальное проявление вышеперечисленных эффектов и предотвращает развитие окислительного стресса, свободно-радикальных болезней, в том числе атеросклероза и его осложнений, некрозов печени, панкреатитов, рассеянного склероза и других заболеваний.
7. Его предварительное или одновременное с ядовитыми веществами поступление в организм уменьшает их токсическое влияние; это характерно для солей тяжелых металлов, лекарств, и других ксенобиотиков.
8. Нормализует обмен простагландинов, простациклинов, дистантных гормонов, таких как гормон роста, тироидные.
9. Участвует в фотолизе зрительного пигмента за счет угнетения СРО в сетчатке, в результате запускается механизм преобразования световой энергии в электрическую (95).
Таким образом, селен включается в различные биологически актив-ные тканевые компоненты и клеточные органеллы, что свидетельствует об определенно функциональной роли этого элемента в организме животных.
Селен оказывает влияние на ряд гликолитических и дыхательных ферментов. На основании проведенных многочисленных исследований ферменты были разделены на три группы:
1. Ферменты, относительно не чувствительные к селениту, включая глюкозо-, лактатпируватоксидазы, головного мозга и 1-тирозиназу, ксантин-алкогольоксидазы печени.
2. Ферменты, в которых селен катализирует деструкцию активной группы, включая сукциноксидазу, холиноксидазу, 1-пролиноксидазу и тираминоксидазу.
3. 1-пролиноксидаза, инактивирование которой связано с быстрым блокированием активной группы фермента. Исследование влияния различных веществ на окисление гемоглобина показало, что при недостатке селена в рационе крыс в эритроцитах снижалось количество глутатиона. Впоследствии выяснилось, что это явление связано с уменьшением активности глутатионпероксидазы (139).
Благоприятное влияние терапевтических доз селенита натрия на животных Георгиевский В.И. и Аюпов Ф.Г. (27) объясняют активированием селенитом ферментов белкового обмена. Так, при добавлении 10 % селенита натрия протеолитическая активность желудочного сока заметно возрастала, а при высоких дозах соединения увеличивалась активность амилазы слюны.
Состав и питательность рационов бычков
При организации полноценного кормления сельскохозяйственных животных важная роль отводится витаминам и микроэлементам. К числу незаменимых микроэлементов для крупного рогатого скота в настоящее время относят и селен, важная биологическая роль которого не вызывает сомнения. Благодаря тому, что данный элемент обладает высокой химической активностью, он способен образовывать соединения, участвующие во всех биохимических процессах живого организма (107). Но несмотря на многочисленные исследования, проведенные российскими и зарубежными учеными, отсутствуют рекомендации по нормированию данного элемента.
Основу рациона опытных бычков составил злаково-разнотравный силос. Предварительно корма были исследованы на содержание в них селена. В комбикорме содержание селена на 1кг сухого вещества составило 0,049 мг., а в силосе злаково-разнотравном 0,043 мг /кг сухого вещества.
Введение в рацион селена несколько повысило среднесуточное потребление сухого вещества кормов в опытных группах по сравнению с контролем. Особенно это было заметно в 1 опытной группе, что составило 6456 г, во второй опытной и контрольной группах - 6215 и 6140 г соответственно.
Потребление сухого вещества животными 1-й и 2-й опытных групп было выше на 5,1% и 1,2%, чем в контроле, вероятнее всего эти различия связаны с лучшей переваримостью питательных веществ у животных данных групп.
При анализе рационов одним из важных показателей является обменная энергия - это та часть энергии корма, которую организм животного использует для обеспечения своей жизнедеятельности (86). В наших исследованиях уровень обменной энергии в корме бычков опытных групп был выше, чем в контроле, разница составила 6,9% и 1,6 %.
Что касается органического вещества, то у животных, получавших в составе рациона селенорганический препарат ДАФС — 25, его количество возросло на 347 г (6,1%) в 1-й опытной и на 100 г (1,8%) во 2-опытной группах по сравнению с контролем.
Содержание сырого жира соответственно в рационах опытных животных также было выше, чем в контроле в 1-й опытной на 31г (15,4%), во 2 - на 25г (12,4%).
Потребление сырого протеина в 1-й опытной группе было выше, по сравнению с контролем на 3,2%. Это прежде всего связано с более высоким потреблением сухого вещества животными этой группы. Количество перевариваемого протеина в рационе животных 1-й опытной группы превышало аналогичный показатель у бычков контрольной и 2-й опытной групп. Это связано с лучшей перевариваримостью сырого протеина этими бычками. Содержание БЭВ и клетчатки было несколько более высоким в рационах животных 1 опытной группы на 7,5 % и 3,4 % соответственно.
Таким образом, анализируя данные таблицы 1, можно сделать вы вод, что на протяжении всего физиологического опыта животные полу чали рацион, соответствующий детализированным нормам кормления. Введение в рацион селена в изучаемой нами дозировке 0,3 и 0,45 мг/кг СВ оказало стимулирующее влияние на организм бычков и привело к повышению уровня потребления СВ кормов рационов и других питательных веществ. Химический состав, соотношение питательных веществ, эффективность использования обменной энергии кормов рациона оказывают непосредственное влияние на процессы рубцового метаболизма.
Концентрация водородных ионов в рубцовой жидкости является одним из показателей интенсивности и направленности микробиологических процессов в рубце жвачных животных. Данный показатель напрямую связан с соотношением летучих жирных кислот, концентрацией аммиака, ростом и активностью бактерий и инфузорий.
В изменении показателя рН рубцовой жидкости существует определенная закономерность: до кормления - слабощелочная или нейтральная среда, после кормления — слабокислая. Данная закономерность наблюдается у животных всех групп и связана с процессами брожения и образования кислых метаболитов в рубце после приема корма.
Уровень пищеварительной деятельности
Методика дуоденального анастомоза, разработанная А.Д.Синещековым позволяет следить за состоянием пищеварения в области двенадцатиперстной кишки, вести учет количества химуса, проходящего через анастомоз и изучить его физиологические свойства, а также получить представление о процессах пищеварения в области двенадцатиперстной кишки у подопытных животных.
Применение данной методики позволило более подробно изучить уровень пищеварительной деятельности у подопытных животных (таблица 6).
Количество образовавшегося химуса составило в 1-й опытной группе 90,9 л что на 8,3% больше по сравнению с контролем, чуть меньше во 2-й опытной - 87,3, что на 4,0% больше по сравнению с контролем. Более активное всасывание происходит у животных 1-й опытной группы на 8,6 л или 11,9% по сравнению с контролем и на 5л или 6,6% по сравнению со 2-й опытной группой.
Этот факт связан с большим количеством химуса, образовавшегося у этих опытных животных. Анализ данных таблицы 6 показывает возрастание общего уровня пищеварительной деятельности у опытных животных. Так, количество образовавшегося химуса на 1 кг сухого вещества составило 14,08 и 14,05 в 1 и 2 опытной группах соответственно. Это на 0,42 и 0,39л больше, чем в контроле. Количество всосавшегося химуса на 1 кг сухого вещества корма был также выше, чем в контроле -0,76 и 0,44л, соответственно в 1 и 2 опытных группах.
На наш взгляд, повышение уровня пищеварительной деятельности у животных, получавших в составе рациона селен, связано со следующим: у опытных животных, в рубце которых уровень бактериальной массы был выше ( таблица 5), гидролиз углеводов происходил более интенсивно, о чем свидетельствуют данные по концентрации ЛЖК в руб-цовой жидкости (таблица 3). Как следствие, повышается эвакуация содержимого из рубца в кишечник, увеличивается потребление корма (таблица 1) и это вызывает повышение количества химуса.
Таким образом, введение в рацион селеноорганического препарата ДАФС-25 способствовало повышению уровня пищеварительной деятельности.
Преобразование корма в организме животного начинается с его поедания. Уровень потребления питательных веществ является главной определяющей продуктивности жвачных и доказано многими авторами (22,86).
Животные, получавшие с основным рационом селен в количестве 0,3 мг/кг СВ, потребляли 6456 г сухого вещества корма, бычки в рационе которых селен составлял 0,45 мг/кг СВ потребляли 6215 г сухого вещества корма, в коїггрольной группе потребление животными сухого вещества корма составило 6140 г.
В первой опытной группе количество потребленного сухого вещества повысилось на 316 г (5,1%) и на 75 г (1,2%) во второй опытной группе по сравнению с контролем.
Аналогичные показатели и по органическому веществу в опытных группах. В первой опытной группе 5965 г, во второй опытной 5718 г, в контроле 5618 г. Они превышают контрольные показатели на 6,1% -1,8% в первой и второй опытной группах соответственно.
Исследования показали, что введение в рацион селенсодержащего препарата в дозе 0,3 мг/кг СВ вызвало повышение потребления переваримого протеина на 66,3 г, сырого протеина на 31 г по сравнению с контролем. Увеличение потребления сырого протеина связано с увеличением содержания переваримого протеина в рационе животных опытных групп.
