Содержание к диссертации
Введение
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 наноразмерного бентонита в организм животных 80
3.2.2 Определение острой токсичности на белых мышах 81
3.2.3 Изучение кумулятивных свойств наноразмерного бентонита 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 Влияние различных доз наноразмерного бентонита на продуктивность цыплят-бройлеров и качество их продукции 98
4.1 Влияние наноразмерных бентонитов на биохимические показателей крови 98
4.2 Изучение влияния наноразмерного бентонита на живую массу, сохранность поголовья, морфометрию внутренних органов 100
4.3 Ветеринарно-санитарная оценка мяса цыплят-бройлеров при применении кормовых добавок наноразмерного бентонита 104
4.3.1 Ветеринарно-санитарная экспертиза тушек и внутренних органов 104
4.3.2 Физико-химические и бактериоскопические исследования 106
4.3.3 Химический состав мышечной ткани 108
4.4 Влияние наноразмерных бентонитов на сорбцию солей тяжелых металлов в организме цыплят-бройлеров 111
Заключение 114
Список сокращений 130
Список литературы
- Основные понятия о нанотехнологии, наноразмерных материалах, способы их получения, методы и инструменты их исследования
- Применение наноразмерных материалов в сельском хозяйстве
- Определение острой токсичности на белых мышах
- Ветеринарно-санитарная оценка мяса цыплят-бройлеров при применении кормовых добавок наноразмерного бентонита
Введение к работе
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 перспективы их использования: монография / под общ. ред. А.В. 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 А.М., Бурдов Л.Г., Белецкий С.О., Митрохин М.Ю. Применение сорбентов при выращивании молодняка свиней // Ветеринарный врач. 2012. №6. С. 27-29).
Окончание ХХ века характеризуется началом третьей научно-технической революции, ключевой основой которой являются нанотехнологии. На рубеже ХХI 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 А.В., Радилов А.С., Рембовский В.Р. Нанотехнологии и нанотоксикология – взгляд на проблему // Токсикологический вестник. 2007. № 6. С. 4-8; Иванов А.В., Тремасов М.Я. Нанотехнологии: перспективы их использования // Ветеринарный врач. 2008. №5. С. 2-3 ; Головин Ю.И. Наномир без формул. М., 2011. 547 с.).
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 наноструктурных природных минералов сельскохозяйственным животным и птицам данные литературы весьма ограниченны. Имеющиеся источники сводятся, в основном, к исследованию сорбционных свойств наноструктурных 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 нанотехнологий в промышленном птицеводстве («MTox+» стратегия профилактики микотоксикозов): метод. реком. СПб., 2011. 34 с.).
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 медицмны 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 с.), основную часть (105 с.), заключение (16 с.), список сокращений и условных обозначений (1 с.), список литературы (27 с.), список иллюстративного материала (3с.) и приложения (7 с.). Работа изложена на 167 страницах компьютерного текста, содержит 19 таблиц, 18 рисунков. Список литературы включает 263 источника, в том числе 71 зарубежных.
Основные понятия о нанотехнологии, наноразмерных материалах, способы их получения, методы и инструменты их исследования
Нанообъекты (англ. nano-object или nano scale object) – это материальные объекты (естественные или созданные средствами нанотехнологий), имеющие, хотя бы, по одному из измерений линейный размер от 1 до 100 нм (1нм = 10-9м = 10 = 10-3 микрон) и структурно различимы от окружения (ГОСТ Р 54622-2011/ISO/TS 27687. Нанотехнологии. Термины и определения нанообъектов. Наночастица, нановолокно и нанопластина. Введ. 2013–07–01).
Нанообъект – дискретная часть материи или, наоборот, ее локальное отсутствие (пора, пустоты), размер которой хотя бы в одном измерении находится в нанодиапазоне (как правило, 1–100 нм). К нанообъектам могут быть отнесены как объекты, имеющие четкие пространственные границы и доступные для прямого наблюдения методами электронной и зондовой сканирующей микроскопии (наночастицы, нанопластины, нанотрубка, нанопора), так и прочие наноразмерные объекты, размер которых часто определяется косвенными методами (агрегаты, липосомы, мембраны, нанокапли и т.п.) (Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 528 с.; Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов [Электронный ресурс]. URL: http://thesaurus.rusnano.com/authors/ (дата обращения: 14.09.2013)).
В соответствии с принятой классификацией, к числу «наноразмерных» относят объекты, имеющие «наноразмер», по крайней мере в одном направлении – кристаллы, пленки, трубки (Павлов Н.Н. Неорганическая химия. Москва.: Высшая школа, 1988. С. 144-145).
Наночастица (англ. nanoparticle) – изолированный твердофазный объект, имеющий отчетливо выраженную границу с окружающей средой, размеры которого во всех трех измерениях составляют от 1 до 100 нм. Наночастица – один из наиболее общих терминов для обозначения изолированных ультрадисперсных объектов, во многом дублирующий ранее известные термины (коллоидные частицы, ультрадисперсные частицы), но отличающийся от них четко определенными размерными границами (IEC/N P TS 80004-2. Nanotechnologies – Vocabulary – Part 2: Nano–objects: Nanoparticle, nanofibre and nanoplate [Электронныйресурс]. URL: http://www.iso.org/iso/home/store. (дата обращения: 15.07.2003)).
Наночастица - аморфная или полукристаллическая структура, имеющая хотя бы один характерный размер в диапазоне от 1 до 100 нм (Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов [Электронный ресурс]. URL: http://http://thesaurus.rusnano.com (дата обращения: 15.07.2013)).
Термин «наночастица» в настоящее время остается предметом дискуссии относительно определения диапазона размеров и наличия размерных свойств частиц в определении термина. Термин относится к суб-классификации ультрадисперсных частиц с одним из размеров в диапазоне 0,1-0,001 мкм (100-1 нм), которые могут иметь (демонстрировать) или не иметь свойства, обусловленные своими размерами (квантово-размерные эффекты). Согласно международной классификации (IUPAC) предельный размер наночастиц – 100 нм, хотя это формальный критерий. Понятие наночастиц связано не с их размером, а с проявлением у них в этом размерном диапазоне новых свойств, отличных от свойств объемной фазы того же материала (Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 416 с.).
Наночастицы бывают двух типов. Первый – нанокластеры, или нанокристаллы – частицы упорядоченного строения (часто центросимметричные) размером 1-5 нм, содержащие до 1000 атомов. Второй – собственно наночастицы размером 5-100 нм, состоящие, в зависимости от типа вещества, из 103-1 08 атомов (Нанотехнологии. Азбука для всех. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 368 с.).
Наночастицы могут иметь самую разнообразную форму (сферы, конусы, зерна, капсулы, хлопья и др.).
Наносистема (англ. nanosystem) – это совокупность тел или частиц, которые взаимодействуют как между собой, так и с другими телами, в том числе из внешней среды, посредством обмена веществом и энергией. Характерный размер такой системы, по крайней мере, по одному из измерений лежит в нанодиапазоне (ГОСТ Р 54622-2011/ISO/TS 27687. Нанотехнологии. Термины и определения нанообъектов. Наночастица, нановолокно и нанопластина. Введ. 2013–07–01.). Согласно «Положению национальной нанотехнологической сети» (2010), термин «наносистема» – это система (в том числе наноматериалы и наноустройства), содержащая структурные элементы - нанообъекты, линейный размер которых хотя бы в одном измерении имеет величину, составляющую 1-100 нм, определяющие основные свойства и характеристики этой системы (Постановление Правительства Российской Федерации от 23 апреля 2010 г. № 282 «О национальной нанотехнологической сети» [Электронный ресурс]. URL: http://www.portalnano.ru/read/documents/government/282_10 (дата обращения: 01.10.2013)).
Наноматериалы (англ. nanomaterial) – это материалы, созданные с использованием наночастиц и (или) посредством нанотехнологий, обладающие какими-либо уникальными свойствами, обусловленными присутствием этих частиц в материале. К наноматериалам относят объекты, один из характерных размеров которых лежит в интервале от 1 до 100 нм (Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 528 с. ; BS PAS 136:2007. Terminology for nanomaterials. British standarts. 9 p.; ISO/DTS 80004-6. Nanotechnologies – Vocabulary – Part 6: Nano–object characterization [Электронный ресурс]. URL: http://www.iso.org/iso/home/store. (дата обращения: 15.07.2003) ; ISO/T S 80004-4:2011. Nanotechnologies – Vocabulary – Part 4: Nanostructured materials [Электронный ресурс]. URL: http://www.iso.org/iso/home/store. (дата обращения: 15.07.2003)). По способам получения наноматериалов можно разделить на две группы: 1) «сборка из атомов» и 2) «диспергирование макроскопических материалов» (Нанотехнологии. Азбука для всех. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 368 с. ; Таланов В.М., Ерейская Г.П., Юзюк Ю.И. Введение в физику и химию наноструктур и наноструктурированных материалов. М.: Изд-во «Академия Естествознания», 2008. 389 с.).
К наноматериалам принято относить объемные материалы, макроскопические свойства которых определяются химическим составом, строением, размерами и (или) взаимным расположением наноразмерных структур. В последнее время значительное внимание уделяется нанокристаллическим материалам, что вызвано, как минимум, двумя причинами. Во-первых, уменьшение размера кристаллитов – традиционный способ улучшения таких свойств материала, как каталитическая активность, активность в твердофазных реакциях
Применение наноразмерных материалов в сельском хозяйстве
Исходя из выше изложенного, можно сделать заключение о том, что прежде чем внедрять наноразмерные материалы в широкое производство необходимо создать систему оценки наноматериалов, изучить риски для здоровья животных и человека и разработать систему безопасности при использовании наноматериалов.
Учитывая высокую проницаемость наночастиц через биологические и клеточные барьеры организма животных, человека и микроорганизмов необходимо разрабатывать способы присоединения к наноматериалам лекарственных средств и изыскивать возможные пути для адресной доставки препаратов к месту назначения (Kim H.R. [e t al.] // Cell Mol Life Sci. 2007. V.64. P. 356-364; Kreuter N.J. Nanoparticles and microparticles for drug and vaccine delivery // J. Anat. 1996. V.189, № 8. P. 503-505 ; Reis C.P., Neufeld R.I., Ribeiro A.J. Nanoencapsulation II. Biomedical applications and current status of peptide and protein nanoparticulated elivery systems // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. 2006. V.2. P. 53-65 ; Youssef J. [at al.] // Int J Pharm. Jun 22 2007). В связи с чем, в последние годы особую актуальность приобретает нанофармакология.
Нанофармакология (англ. nanopharmacology) – раздел фармакологии, изучающий механизмы действия, биологические эффекты и фармакокинетику нанолекарств (Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 528 с.). Авторами показан механизм проникновения наноразмерных веществ через биологические барьеры, в том числе, и гематоэнцефалический (Борисов Н.М. Наночастицы, нанопрепараты и гематоэнцефалический барьер // Материалы пленума Методологические проблемы изучения и оценки био- и нанотехнологий в экологии человека и гигиене окружающей среды. Москва, 2007. С. 41-42). Лекарственные формы, представляющие собой молекулы или кластеры молекул лекарственного агента, «упакованы» в «капсулу» из двумерной наноструктуры. Если такая упаковка является химически нейтральной, то она способна переносить лекарственное вещество-«начинку» без растворения молекул лекарства в кровотоке (Malik D.K. [e t al .] // Curr Drug Deliv. 2007. V.4. P.141-151). К наночастицам, способным проникать через гематоэнцефалический барьер, относятся твердые липидные наночастицы (Brioschi A., Zenga F., Zara G.P., Gasco M.R., Ducati A., Mauro A. Solid lipid nanoparticles: could they help to improve the efficacy of pharmacologic treatments for brain tumors? // Neurological Research. 2007. V.29(3). P. 324-330 ; Kuo Y.C. [et al.] // Int J Pharm. 2007. V.340. P.143-152), полиэстеры в комплексе с олигопептидами (Tosi G. [et al.] // J Control Release. May 26 2007), нанокапсулы из полиэтиленгликоля-полимолочной кислоты (Gao X. [et al.] // J Control Release. Jun 2, 2007). Наночастицы поли (метилоксиполиэтиленгликоль-цианоакрилат-ко-гексадецилцианоакрилата) могут проходить гематоэнцефалический барьер, используя механизм эндоцитоза (Kim H.R. [et al.] // Electrophoresis. 2007. V. 28. P. 2252-2261).
Полупроводниковые нанокристаллы (квантовые точки), содержащие CdSe/ZnS, являются ультратонкими наночастицами с диаметром 3,2 нм способными проникать при ингаляционном пути поступления через обонятельный тракт в головной мозг и центральную нервную систему.
Животных подвергали воздействию аэрозоля водного раствора фосфолипид инкапсулированных CdSe/ZnS квантовых точек в концентрации 7 мг/м3 интраназально в течение 3 ч с использованием небулайзера (ингалятора) со скоростью потока 8 л/мин. В период до 5 ч после экспозиции было обнаружено проникновение наночастиц по ольфакторному нерву через гематоэнцефалический барьер в кору головного мозга (Глушкова А.В., Радилов А.С., Рембовский В.Р. Нанотехнологии и нанотоксикология – взгляд на проблему // Токсикологический вестник. 2007. № 6. С. 4 -8 ; Oberdorster G., Oberdorster E., Oberdorster J. Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles // Environ. Health Perspect. 2005. V.113, № 8. P. 823-839). Наночастицы, проникшие через гематоэнцефалический барьер, могут служить важным терапевтическим или диагностическим агентом (Борисов Н.М. Наночастицы, нанопрепараты и гематоэнцефалический барьер // Материалы пленума Методологические проблемы изучения и оценки био- и нанотехнологий в экологии человека и гигиене окружающей среды. Москва, 2007. С. 41-42). Так, наночастицы оксида железа предназначены служить меткой при ЯРМ-томографии движения макрофагов головного мозга (Petry K.G. [e t al.] // Neurotherapeutics. 2007. V.4. P. 434-442). Для диагностики фармакокинетики самих наночастиц можно применять радиоактивные метки внутри нанокапсул (в частности, 99mТс и 188 Re) (Ballot S. [e t al.] // Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2006. V.33. P. 602-607).
В литературе представлены современные тенденции внедрения достижений нанотехнологии в фармацевтике, в частности наноструктурированных частиц диоксида кремния, обладающих низкой токсичностью и легко биодеградируемых in vivo, для направленной доставки лекарственных препаратов, а именно антибиотиков. Показана перспективность разработки комплекса наноструктурированных частиц диоксида кремния с антибиотиками для направленной доставки лекарственных веществ для терапии гнойно-септических процессов у млекопитающих, в том числе и человека (Ангельский А.А., Лаврикова Т.В., Родионов П.П. Нанотехнологии и наноматериалы для биологии и медицины. Новосибирск, 2007. С. 7-13 ; Балоян Б.М., Колмаков А.Г., Алымов М.И. Наноматериалы. Классификация, особенности свойств, применение и технологии получения. Москва, 2007. 124 c. ; Белоусов Ю.Б., Гуревич К.Г. Общая и частная клиническая фармакокинетика. Москва, 2006. 807 с. ; Лыков А.П., Ларина О.Н., Гольдина И.А. Актуальные проблемы ветеринарной фармакологии, токсикологии и фармации. СПб, 2011. С. 319-320 ; Лыков А.П., Гайдуль К.В., Коненков В.И. Комплекс антибактериальных препаратов с наночастицами диоксида кремния для направленной доставки лекарственных веществ (обзор) // Биофармацевтический журнал. 2012. Т.4, № 6. С. 3-12 ; Медико-биологические требования и санитарные нормы качества продовольственного сырья и пищевых продуктов. М.: Изд-во стандартов, 1990. 185 с. ; Старостин В.В. Материалы и методы нанотехнологии. Москва, 2008. 431 с. ; Суздалев И.П. Нанотехнология: физикохимия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. М.: КомКнига, 2006. 592 с. ; Dushkin A.V. Mechanochemical Processing of Nanopowders. Oxford: Woodhead Publ. Ltd., 2010. P. 249-273).
Определение острой токсичности на белых мышах
По прошествии 4 ч после введения наноразмерного бентонита животные III группы стали реагировать на воду, тогда как у мышей в I и II группах эти признаки практически отсутствовали, у них появились симптомы диспепсии, что выражалось в испачканной взъерошенной шерсти вокруг ануса, диарее. Отклонений в поведении у животных остальных групп не наблюдали.
Спустя сут зафиксировали падеж двух мышей из I группы. При паталогоанатомическом вскрытии павших животных установлена гиперемия органов желудочно-кишечного тракта с точечными кровоизлияниями на слизистой различной степени интенсивности, наблюдали изъязвления на фундальной части желудка. Паренхиматозные органы имели напряженную капсулу, почки на разрезе не имели четкой границы коркового и мозгового слоев. У павших мышей I группы отмечали точечные кровоизлияния под капсулой печени. Мыши IV, V и VI опытных групп были активны, сохраняли кормовую и водную возбудимость, и были идентичны по поведенческим реакциям аналогам из контрольной группы.
Животные I, II и III опытных групп восстанавливались постепенно, при этом четко отмечали дозозависимый характер интоксикации – чем выше была доза, тем интенсивней было проявление отклонений. У мышей этих групп наблюдали малую подвижность, осторожное передвижение, диспепсию, цианоз и анемию видимых слизистых оболочек. Отмечали слабовыраженную кормовую и водную возбудимость, отсутствие или слабую реакцию на внешние раздражители. Перечисленные признаки уменьшались и заканчивались к 4-5 суткам после введения наноразмерных бентонитов.
В период наблюдения до 14 сут общее состояние мышей опытных групп было удовлетворительное, кормовая и водная возбудимость сохранены, поведенческие реакции, состояние волосяного покрова, видимых слизистых оболочек и кожи были без изменений.
Таким образом, однократное внутрижелудочное введение белым мышам водной суспензии бентонита в дозе 0,5 г/кг и наноразмерного бентонита в дозах 0,1 и 0,2 г/кг живой массы не повлияло на общее состояние животных. Использование наноразмерного бентонита в дозе 0,3 г/кг живой массы способствовало изменению общего состояния животных с угнетением жизненно важных функций. Дозы, превышающие 0,4 г/кг живой массы, обусловили летальность отдельных мышей с преимущественным поражением органов желудочно-кишечного тракта.
3.2.3 Изучение кумулятивных свойств наноразмерного бентонита
Для изучения кумулятивных свойств наноразмерного бентонита использовали 20 белых мышей с массой тела 20-21г., прошедших карантин в течение 10 сут. Опытным (n=10) внутрижелудочно при помощи зонда в течение 24 сут ежедневно вводили наноразмерный бентонит, контрольным – дистиллированную воду в количестве 0,5 мл. Схема опыта представлена в таблице 6.
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), следующие 4 сут дозу увеличивали в 1,5 раза, в следующие 4 дня - еще в 1,5 раза и т.д.
В течение первых 13 сут наблюдения отмечали временное угнетение мышей после введения нарастающих доз наноразмерного бентонита и воды, которое можно объяснить возникновением болевого шока вследствие механического воздействия. Животные собирались в группы, были малоподвижны, не проявляли интереса к воде и корму, через час вышеописанные призники исчезали. На 14-20 сут спустя 4 ч после введения наноразмерного бентонита у мышей восстанавливались водная и кормовая возбудимость, общее состояние было удовлетворительное, двигательня активность и реакция на внешние раздражители сохранены.
В период с 21 по 24-ые сут восстановление реакции мышей на внешние раздражители, кормовую и водную возбудимость отмечали в течение 6-7 ч, после введения наноразмерного бентонита. Волосяной покров был взъерошен, кожа и видимые слизистые цианотичны, у некоторых мышей возникала диарея.
На 21 и 23 сут опыта через 4 ч после введения наноразмерного бентонита выявили падеж двух мышей. При вскрытии павших животных патологоанатомические изменения характеризовались цианозом видимых слизистых оболочек, катарально-геморрагическим гастроэнтеритом с изъязвлениями слизистой желудка и тонкого отдела кишечника, дистрофическими изменениями почек, печени и миокарда. Учитывая, что в ходе опыта не было зафиксировано падежа половины опытных животных, коэффициент кумуляции не вычисляли. Определение острой токсичности при накожном применении
Для изучения кожно-раздражающего действия применяли методику определения токсичности при помощи биопробы на кроликах, которая основана на возможном дермонекротическом действии исследуемых веществ. Опыт проводили открытым способом при температуре окружающей среды +190С, при этом использовали шесть годовалых самок кроликов весом 2,6 кг, у которых на участках кожи размером 6х6 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. Кожа была неповрежденная, без пигментации и признаков шелушения. На приготовленные участки при помощи стеклянной лопатки наносили, слегка втирая, бентонит и наноразмерный бентонит в виде суспензии, на контрольные участки наносили дистиллированную воду (табл. 7).
Ветеринарно-санитарная оценка мяса цыплят-бройлеров при применении кормовых добавок наноразмерного бентонита
Были изучены сорбционные свойства наноразмерных бентонитов в организме цыплят-бройлеров при использовании наивысшей дозы, средней и наименьшей – 3,0%, 1,8 и 0,6%, соответственно, и бентонита 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 (табл.19).
Научно-производственные опыты проводили в регионе значительной степени техногенной нагрузки, где выброс загрязняющих веществ в атмосферу составлял от 1,336 до 3,252 тыс. т. в год (Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2011 году» [Электронный ресурс]. URL: http://www.mnr.gov.ru/regulatory/list.php?part=1450. (дата обращения: 15.07.2013)). Несмотря на то, что во внешней среде было повышенное количество загрязнителей, в мясе бройлеров содержание кадмия и свинца было в пределах значений предъявляемых СанПиН 2.3.2.1078-01 Пр.1 п. 1.1.9. к мясу, что, по нашему мнению, обусловлено привозными комбинированными кормами, которые по содержанию этих элементов соответствовали показателям допустимого уровня этих веществ в них (СанПиН 2.3.2.1078-01. Продовольственное сырье и пищевые продукты. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. Утв. главным государственным санитарным врачом РФ 06.11.2001. М., 2002. 272 с.).
Использование бентонита в кормлении бройлеров способствовало снижению содержания солей кадмия и свинца в белом мясе на 22,2 и 21,4%, в красном – на 21,1 и 27,3%, соответственно (рис. 17 и 18).
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. В сравнении с контролем снижение содержания солей кадмия и свинца у птиц этой группы составило в белом мясе 66,7 и 64,3%, красном – 63,2 и 59,1%, соответственно. В белом мясе бройлеров, получавших 1,8% наноразмерного бентонита к основному рациону, наблюдали снижение содержания солей кадмия и свинца на 50,0 и 57,1%, в красном – на 52,6 и 45,5% соответственно, в сравнении с контрольными. Наименьшую сорбцию солей кадмия и свинца отмечали в мясе цыплят, получавших 0,6% наноразмерного бентонита, которая составила в белом мясе 33,4 и 46,4%, в красном – 31,6 и 36,4%, соответственно, в сравнении с контролем.
Следует особенно отметить, что количество сорбированных токсинов в мясе птиц, получавших разные дозы наноразмерного бентонита было значительно выше, в сравнении с получавшими бентонит. И даже наименьшая доза наноразмерного вещества (ОР+0,6%) по своим сорбционным свойствам проявляла больший эффект, чем оптимальная доза бентонита – 3,0% к массе корма.
Таким образом, наилучшей дозой наноразмерного бентонита, проявившей наивысшие сорбционные свойства была доза 3,0% наноразмерного бентонита к сухому веществу рациона с показателем сорбции солей кадмия и свинца – 59,1-66,7%, при применении бентонита, соответственно, 21,1-27,3% в сравнении с контрольными.
По мнению многочисленных экспертов, XXI век ознаменуется новой научно-технической революцией, связанной с так называемыми нанотехнологиями и наноматериалами. Хотя для понятия «нанотехнология», введенного, как известно, Ричардом Фейнманом в 1959 г, нет четкого однозначного определения, из аналогии с существующими ныне микротехнологиями следует, что нанотехнологии – это технологии, оперирующие величинами порядка нанометра. Другими словами, это технологии высочайшего уровня, позволяющие работать с небольшими группами атомов или молекул и даже с отдельными атомами. Основная идея нанотехнологии заключается в том, что практически любая химически стабильная структура может быть, если это не запрещено физическими законами, построена путем соответствующей манипуляции с отдельными атомами или их группами. Поэтому переход от «микро» к «нано» – это уже не количественный, а качественный переход – скачок от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами (Давидович Г.Н., Богданов А.Г. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ // пер. с англ. М., 1984. Т. 1-2 ; Ежков В.О. Изучение структуры бентонита и нанобентонита методом сканирующей зондовой микроскопии // Механизмы и закономерности индивидуального развития организма человека и животных: материалы междунар. науч.-практ. конф. Саранск, 2012. С. 235-237 ; Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2005. 134 с. ; Куейт Ф. Вакуумное туннелирование: новая методика в микроскопии // Физика за рубежом. Сер. А. М.: Мир, 1988. С. 93-111).
Нанотехнологии определяют как набор технологий или методик, основанных на манипуляциях с отдельными атомами и молекулами (т.е. методик регулирования структуры и состава вещества) в масштабах 1-100 нм. Использование характерных особенностей веществ порядка нанометров создает дополнительные, совершенно новые возможности для разработки технологических приемов, связанных с электроникой, материаловедением, химией, механикой и многими другими областями науки. Получение новых материалов и развитие на их основе новых методик обещает интенсивное развитие научно-технического прогресса в информационных технологиях, производстве конструкционных материалов, конструировании сверхточных устройств, изготовлении фармацевтических препаратов, в том числе новых эффективных энтеросорбентов, и т.д. (Гайнуллина М.К., Василевский И.Н. Применение природных сорбентов в норководстве // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. Казань, 2004. Т. 177. С. 43-51 ; Ежков В.О. Наноисследования печени норок, получавших кормовую добавку природного сорбента, с применением атомно-силовой микроскопии // Механизмы и закономерности индивидуального развития организма человека и животных: материалы междунар. науч.-практ. конф. Саранск, 2012. С. 237-240).
В последние годы в животноводстве широко используются, как природные агроминералы, так и их активированные аналоги. Исследованиями многих авторов разработаны дозы, сроки, способы и технологии применения агроминералов в виде препаратов и кормовых добавок сельскохозяйственным животным и птице (Абузяров Р.Х., Идиатуллин Ф.И., Ахметов Ф.Г., Аблямитов П.А. Агроминеральные ресурсы Татарстана и перспективы их использования: монография. Казань: Фэн, 2002. 272 с. ; Гайнуллина М.К., Василевский И.Н. Применение природных сорбентов в норководстве // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. Казань, 2004. Т. 177. С. 43-51 ; Иванов А.В., Тремасов М.Я. Нанотехнологии: перспективы их использования // Ветеринарный врач. 2008. № 5. С. 2-3 ; Папуниди К.Х., Иванов А.В., Зухрабов М.Г. Патология обмена веществ и пути его коррекции // Ветеринарный врач. 2000. № 1. С. 62-65 ; Яппаров А.Х., Ежкова А.М., Яппаров И.А., Ежков В.О., Нефедьев А.Е., Мотина Т.Ю., Низамеев И.Р., Кипрова А.В. Повышение сорбционной активности бентонита при преобразовании его в наноразмерное вещество // Матер. Междунар. науч.-прак. конф. «Достижения и перспективы развития биотехнологий». Саранск, 2012. С. 111-112). Использование их обусловлено наличием широкого спектра легкодоступных для организма животных биогенных макро- и микроэлементов, и специфической структурой агроминералов, обуславливающей высокие ионообменные и сорбционные свойства.
