Биохимические основы взаимосвязи некоторых витаминов и микроэлементов в онтогенезе у птиц

ЗАЮЛЮЧ1Е1Н1М1Е.

Важнейшая функция токоферола в организме животных состоит в ингибировании им перекисного окисления липидов в мембранах. Процесс перекисного окисления липидов в мембранах происходит постоянно с небольшой скоростью в различных мембранных структурах любой клетки. 1ричем на фоне низкого, но вполне определенного стационарного уровня перекисного окисления, присущего всем тканям интактных животных, активно метаболизнрующие ткани отличаются более высокой степенью интенсивности числительных процессов.

Известно, что при нормальном потреблении железа и дефицита витамина или избытке железа и нормальном! потреблении витамина Е, возникает ыраженная недостаточность витамина Е одинаково в обоих случаях И. К. Надиров, 1991). Даже 3-х кратное увеличение в рационе витамина Е не страняло нарушений, вызванных в митохондриях от избытка железа корма В. Bacon et al, 1989), а избыток Fe2C03 связан со снижением альфа-токофе-ола, а не его эфира, в просвете тонкого отдела кишечника у крыс.

Полученные нами данные (табл. 13, 25) по разным! соотношениям! итамин Е/железо в ОР, свидетельствует о том, что в первую декаду жизни цыплят в плазме крови наиболее высокие коэффициенты корреляции отмеченыльфа-токоферол — железо (a-T/Fe, г=0,45) и альфа-токоферилхинон — железо (а-i'X/Fe, г=0,73), при р<0,05, во 2 гр. (табл. 13) при соотношении a-T/Fe в ОР -/15. Однако а-ТХ имел тесную связь в 4 и 5 гр. (г=0,72 и г=0,65), а также в 5 гр. табл. 25, г=0,70), где соотношение в указанных группах в ОР было ©-ответственно 1/3, 1/15 и 1/24. А, так как в 4 и 5 группах, на фоне в 150 мг/кг орма железа добавляли витамин Е и прямая связь а-Т с Fe в этих группах фактически отсутствовала (г=0,06 и г=0,2 соответственно табл. 13), можно предположить, что, по-видимому, это связано с влиянием витамина Е на распределение Fe (L.H.Chen et al, 1987), а следовательно высокая доза железа в рационе увеличивает концентрацию а-ТХ по пути окисления субстратов и превращения а-Т в его окисленную форму. Известно, (В.Б.Спиричев и др., 1989) что обязательным условием биологической активности витаминов труппы Е является наличие гидроксильной группы в ароматическом кольце ксихромана. Именно с этой группой связаны антиоксидантные свойства токоферолов, их способность инактивировать свободные радикалы. Простые фиры токоферола, не способные к его освобождению, обладают очень низкой ктивностью. В условиях in vitro и в модельных системах антиоксидантной ктивностью обладает только токоферол со свободной гидроксильной группой.

Существенное значение для биологической активности токоферолов iMeer химическая структура боковой цепи их молекулы. Укорочение этой цепи ia одну изопреноидную группу снижает биологическую активность на 10%- деление двух или более, — приводит к полной или почти полной утрате иолошческой активности (В.Б.Спиричев и др., 1989).

Данные по изменению концентрации железа и витамина Е в печени у ыплят (табл. 14, 26- рис. 12, 13) подтверждают литературные данные G.L.Catigan! et al., 1975; Р. В. Чаговец и др., 1976; R.S.Britton et al., 1987) и видетельствугот о переменах внутриклеточного транспорта железа и альфа-окоферола. Наиболее заметная связь по коэффициенту корреляции в первые 10 ут жизни цыплят наблюдалась во 2 гр., (a-TX/Fe, г=0,77 при р<0,05, табл. 14). днако при более высоких дозах железа в ОР, когда соотношение a-T/Fe было /24, уже начинала просматриваться и возрастная зависимость алъфа-окоферола от железа (г=0,53, 5 гр. табл. 26). В этом случае, вероятно рабатывал механизм торможения всасывания, т. е. наступала «блокада» в лизистой тонкого отдела кишечника, на что и указывает коэффициент орреляции (r=0,58 по a-T/Fe и г=0,53 по a-TX/Fe в 5 гр. табл. 26) в первую екаду, чего не происходит в 49 сут, когда r=0,32 по a-T/Fe и r=0,62 по a-TX/Fe, то по-видимому, является результатом введения большого количества железа.

В этом случае концентрация железа з плазме крови резко снизилась и составила 3,38+0,16 мкг/л (5 гр. табл. 25) в 10 сут возрасте, а в конце периода выращивания, уже — 2,56+0,14 мкг/л, что по сравнению с суточным возрастом в.

1.8 раза меньше. В печени! было отмечено увеличение концентрации железа в.

4.9 раза, в указанный возрастной период (табл. 26).

Ц 11 о Ц 5 о g 11© [g 2О jjgg ж. 12о Концентрация а-ТХ я печени цыплят разного возраста в зависимости от уровня селезш (а) на витамина Е (б) в рационето оси X — возраст цыплят, сут и его бозтаченше, ш также группы (1-S гр) — по оси У ~ концентрациям, мкг/г свежей тжанш. а) мс&bdquoВ. Кетщеммршщшя желеш <�в течении щымляш разного тзраамш <�в зштсшмости от ютя железа (а) и ттшмшнш Е (б) ® ршщшже. По оси X — тзраст цыплят, сут м его бозпшченше, ш также группы (1−5 гр) — по жи У — штщентращш, мкг/г свежей тшни.

В связи с этим имеет смысл мнение Сусловой Т. Б. и Владимирова ГО.В. 1973) о том, что в биосистемах с низким содержанием гидроперекисей и олышгой концентрацией Fe" ферроионы играют роль антиоксиданта. В случае овышения концентрации гидроперекисей в биосистеме, в которой содержание.

Fe не превышает их концентрацию, ферроионы превращаются в довольно мощный катализатор перекисного окисления липидов.

В такой ситуации перекисные продукты быстро накапливаются и разрушают биополимеры и клетку в целом (A.M.Белоус и др. 1991).

С увеличением содержания железа в ОР на 10 сутки в стенке тонкого отдела кишечника наблюдали уменьшение концентрации а-ТХ (рис. 14), что отразилось на соотношении а-ТХ/а-Т, которое снизилось приблизительно в 3 аза. В то время, как в аналогичных группах опыта 3, с увеличением! ©-держания альфа-токоферола в ОР, было отмечено увеличение концентрации 'льфа-токоферола в 1,6 раза (соответственно, со 2 по 5 гр, табл. 15- рис. 14).

С увеличением добавок железа к ОР четко отмечено увеличение меди в статочном желтке 5 сут цыплят с 1 по 5 гр. в 1,4 раза и увеличение цинка в 2 аза, а в 10 сут возрасте картина не менялась. Однако во всех группах было тмечено увеличение концентрации как Си, так и Zn с 1 сут до 10 сут возраста в статочном желтке (табл. 16, 28). С увеличением добавок витамина В к ОР в 5 ут возрасте произошло увеличение концентрации меди в 1,6 раза и цинка в 1,3 аза (5 против 1 гр.), а в 10 сут возрасте картина сменилась на обратную- -ыижение концентрации меди и цинка в 2,5 и 4,4 раза соответственно. Интересно, что с возрастом цыплят увеличение витамина В в рационе по-раз-гому отражалось на содержании Fe, Си и Zn в остаточном желтке.

Активность каталазы в цельной крови 10 сут цыплят (рис. 16) резко меньшалась с увеличением! железа в ОР, в 2,3 раза (5 против 2 гр., табл. 29). Однако, в опыте 3 также отмечено снижение в указанных группах в 1,2 раза в вязи с увеличением витамина В (табл. 17). Такая же, картина была и в печени, ¦ричем в 49 сут наблюдали такое же снижение, хотя и в меньшей степени. Тем ie менее следует отметить, что наибольшая активность каталазы в цельной рови была в 5 сут возрасте, а затем плавно снижалась к концу периода ыращивания. Рассматривая 4 и 5 группы двух опытов видно, что с 5 по 10 сут олыиие добавки железа к ОР снижали в 1,46 раз активность каталазы, в то ремя как витамин В практически не изменил её. а) иа 14о Концентрация а-ТХ в опенке топкого отдела кишечника цыплят разного щшсжа в зависимости от уровня железа (а) и витамина Е (б) в рационе= По оси бсцисс — дни тостшаталтого онтогенезапо оси ординат — грунтыно оси аппликат ~ онцентрация (мкг/г свежей ткани% а) ша 1§" Концентрация железа is стенке топкого отдела кишечника у цыплят равного озраста в зажсммосжш от уровня железа (а) и витамина Е (б) в рационе. По оси Xтраст щымлмш, сут и его обозначение, а также группы (1−5 гр) — по оси Уопцентрацшя, мкг/г свежей ткани&bdquoua 16о Активность каталазы в кржш цытлят разного возраста в зависимости от теня железа (а) и витамина Е (б) в рационе&bdquoПо ост абсцисс — дни постпатального нтогенезшпо оси ординат — грунтыто оси аппликат — активность фермента (мкМ ' '2O2 /мин/л).

В печени обоих случаев (табл. 17, 29) в целом отмечена тенденция к увеличению активности фермента, В связи с этим, имеет смысл мнение П. А. Верболович (1967) и О. Я. Кейланд (1990), что переход ферриформы в ферроформу железа у каталазы происходит значительно труднее, чем у пероксидазы и метгемоглобина, и вызывает снижение активности фермента. Концентрация железа в сыворотке и способность сыворотки к связыванию тличаются, поскольку это свойство зависит от концентрации траысферрина -" •елка с М 20 к Да. Поэтому лечение железодефицитных анемий препаратами: елеза оказывается неэффективным, если общая связывающая способность ывороточных белков очень низкая. При железодефицитных состояниях, когда ровень сывороточного железа резко снижается, в энтероцитах повышается интез железосвязывающего белка апоферрина. Это способствует повышению? вязей с пищевым железом, его адсорбции на щеточной кайме (А.М.Белоус и •р., 1991; АЛ. Авцын и др., 1991).

Полученные данные (табл. 18, 30) показали, что большие добавки итамина Е (100 мг/кг корма) к ОР, приводили к увеличению келезосвязывающей способности с 5 по 20 сут возраст в 2,05 раза и снижению насыщенности трансгаеррина в 1,7 раза. В то время как большая добавка елеза к ОР (600 мг/кг корма), снижала железосвязывающую способность в 1,7 аза и повышала насыщенность трансферрина в 1,4 раза с большим пиком в 10 ут возрасте по насыщенности трансферрина. По-видимому, повышение сасызанкя при уменьшении уровня плазменного железа и увеличении келезосвязывающей способности со снижением процента её насыщения железом, при сохраненном гемоглобиновом фонде железа наблюдаемое при ведении больших доз витамина Е в основной рацион, свидетельствует об тчетливом уменьшении резервов железа в организме. В литературе известно З. Н. Петров, 1982), что существует обратная зависимость, — при скрытом! ефиците железа повышение усвоения меченого железа коррелирует с меньшением его запасов в костном мозге.

При добавлении в рационы органических солей меди всасываемость железа в кровь повышается на 20−25% (Г.А.Удрис и др., 1990).

31 ®(r) же с 17.1 Динамит концентрации железа (а) ш тьфа-токоферолш (б) ж печени цыплят ри разном уровне витшшша, А с штышешшт фоном железа в рационе&bdquo-° по оси Xщраст и обозначение групп цыплятпо оси Уконцентрация, мкг/г сырой ткани„

Дефицит меди в организме приводит к снижению активности итохромоксидазы, которая синтезируется в эпителиальных клетках ишечника, а следовательно нарушается синтез тема, процесс адсорбции железа и железосодержащих комплексов в гликокаликсе и микроворсинках энтероцитов (А.М.Белоус и др., 1991).

Известно, (Д.Хенниг, 1975), что при А-авитамиеозе у крыс уменьшается в их органах и тканях содержание железа и меди, кальция, натрия, фосфора и марганца. А при избытке витамина А, — уменьшается содержание Са, Na, Fe и тогда как содержание Мп увеличивается. При введении витамина, А в количестве 500 ИЕ в сутки на А-авитаминозную крысу приводило к полной юрмализации меди и цинка в тканях глаз, костях и головном! мозге. В наших кспериментах введение разных уровней витамина, А на повышенном фонекелеза показано (опыт 5, рис 17, табл. 5 и 8) достоверное увеличение онцентрации альфа-токоферола и снижение железа в печени цыплят 47 сут озраста (в 2,03 и 1,63 раза с 3 гр по 5 гр соответственно).

Полученные данные (табл. 32) показали, что с увеличением добавок хелеза к ОР, в печени с 5 по 20 сут возраст у цыплят наблюдалось увеличение онцентрации меди. Однако, сравнивая добавку железа в 150 и 600 мг/кг, (2 и 5 р. табл. 31) обнаружена существенная разница. Если во 2 гр. увеличение в 1,88 I 1,6 раза соответственно табл. 19, 31, но цифры более низкие, что говорит об гнетении меди железом. Витамин Е в печени оказывал аналогичное действие, отя в стенке тонкого отдела кишечника было наоборот. В 10 сут возрасте езко возросла концентрация меди, а в 20 и 49 суток — снижалась. Однако в лучае с железом, (кроме 5 гр.) с возрастом концентрация меди увеличивалась о 20 сут а, ближе к концу периода выращивания картина менялась.

Возвращаясь к механизму сопряженного антагонизма меди и цинка, еобходимо указать, что он реализуется на уровне кишечного всасывания, инк мешает абсорбции меди из кишечника. Медь защищает цинк и охраняется в слизистой оболочке только до тех пор, пока ока (медь) не далится вместе с энтероцитами в просвет кишечника (А.П.Авцын и др, 1991). лиментарный дефицит меди вызывает повышение уровня холестерина и шглицеридов плазмы крови в эксперименте. Klevay (1987) выдвинул гипотезу зависимости сердечно-сосудистых заболеваний от медно-цинкового статуса организма. Транспорт цинка, вероятно, осуществляют непрочные комплексы цинка с сывороточным альбумином и белками эритроцитов (В.Л.Леоиов и др, 1971). Заметна дозовая зависимость между цинком и железом и/или витамином Е (табл. 20, 32), где полученные результаты показали, что с увеличением, как витамина Е так и железа концентрация цинка увеличивалась в печени 10 сут цыплят (5 против 2 гр. табл. 20, 32). В стенке тонкого кишечника отмечена [алозначительная разница по 2 гр. обоих опытов, где отмечен ник концентрации цинка с 10 по 20 днейв случае с железом, — 51,92+6,34 и провал в лучае с витамином! Е, — 33,44+0,95 мкг/г сырой ткани. По-видимому, это вязано с накоплением непрочных цинковых комплексов в просвете слизистой белочки и, что скорее всего токоферолы способствуют укреплению связей инка с этими белковыми комплексами.

В целом, необходимо отметить, что как витамин Е, так и витамин, А шеют непосредственное отношение к метаболизму железа, на что указывает зд авторов и собственные исследования (рис 18).

Как известно, существуют две системы перекисного окисления липидов в летке: ферментативное (NAOPH-зависимое) и неферментативное аскорбатзависиммюе), отличающиеся главным обоазом использованием азличных восстановителей железа. В основе обеих систем перекисного ¦кисления липидов лежит цепной свободнорадикальиый механизм, арактерный вообще для реакций окисления органических соединений епосредственно молекулярным кислородом. Токоферол, взаимодействуя со вободньшш радикалами, одинаково эффективно подавляет образование ерекисей как в реакциях NADPH-зависимош, так и аскорбатзависимого кисления липидов не вызывает сомнения и может рассматриваться как аиболее существенная его роль. Убедительные доказательства нтиокислительного действия витамина Е в ингибировании им перекисного кисления полиненасыщенных липидов содержатся во многих работах. Так, ехоторые проявления Е-авитаминоза можно ослабить с помощью соединений, бладающих антиокислительными свойствами.

Гормоны щитовидной железы тироксин Л трийодтиронин.

Увеличенный поток свободных радикалов.

Пониженная протекция г-,.

УВитамик, А (2) уВитаминЕ (1) УВитамин С (14) у Каротин (3).

Катализ.

Безвредные соединения.

Диен.

Эпоксид.

Карбонил.

Меркапто кислоты Д.

V Нормальный метаболизм Д Инфекция Травма Токсины.

Кишечные бактерии Железная нагрузка Облучение.

Рис. 18. Схема механизмов образования радикалов и последующие сдвиги в метаболизме. V или Д стрелка возле субстратов, продуктов ферментов демонстрирует увеличение или снижение. На схеме приняты следующие обозначения: (1) витамин Е, (2) витамин А, (3) каротин, (4) сульфо-аминокислоты, (5) медь, (6) цинк, (7) марганец, (8) селен, (9) железо, (10) рибофлавин, (11) никотиновая кислота, (12) магний и фосфор, (13) тиамин, (14) витамин С. Си SOD, СиZn супероксндцксмутаза (НС 1.15.1.1) — Мп SOD, марганец супероксиддисмутазаZn МТН, Zn металлотионеинGST, глутатион-8-транефераза (ЕС 2. 5. 1. 18) — GPX, глутатион пероксидаза (ЕС 1.11.1.9) — GSH, глутатион (восстановленный) — GSSG, глутатион (окисленный) — GR, глутатион редуктаза (NAD (P)H) (ЕС 1.6.4.2) — НМР, гексозо-монофосфатный шунт (глюкозо-6—фосфат дешдрогеназа) (ЕС 1.1.49), 6-фосфоглюконовая кислота дегидрогеназа (ЕС 1.1. 1. 43. 1. 1. 1.44) — CAT, каталаза (ЕС 1Л1Л. 6], (D.D. RAMDATH and M.H.N. GOLDEN, 1989 г, a также результаты собственных исследований). этой связи особый интерес представляет работа, где было нстрировано, что ацетат синтетического аналога а-токоферола с и антирадикальными характеристиками оказался в.

1,' более эффективным, чем dl-a-токоферилацетат в тесте предотвращения миопатии у крыс. Кроме того, при развитии Е-авитаминоза в мембранных структурах различных тканей накапливаются продукты перекисного окисления липидов in vivo, что свидетельствует о более интенсивном протекании вободнорадикальных процессов окисления липидов в условиях дефицита токоферола. На основании химических свойств a-токоферола и механизма действия антиокислителей можно представить участие токоферола в ингибировании свободнорадикального перекисного окисления липидов путем брыва цепи. Реакция продолжения цепи, в которой полиненасыщенный липид RH подвергается перекисному окислению, эффективно ингибируется отрывом одорода от a-токоферола (aTH) и/или ингибирование происходит в ходе •бразования комплекса a-токоферола с перокси-оадикалом i олиненасыщенного липида. Простейший механизм реакции сводится к кислению а-токойферола в a-токоферилхинон (aTQ). Продукты окисления а-окоферола сложны. Так установлено, что кроме токоферолхинона, in vivo образуются дии тримерные высокополярные продукты окисления.

В опытах in vitro показано, что молекула витамина, А также может легко ¦рисоединять и отдавать электроны. На этом! основании возникло редетавление, что витамин А, возможно, является составным компонентом ыхательной цепи. Этим и объясняются многочисленные попытки найти точку приложения витамина, А в энергетическом обмене. Изучение дыхания при Авитаминозе проводилось на целом организме, на срезах и гомогенатах азличных органов, на митохондриях и отдельных ферментативных системах.. М. Леутский и Е. Любович исследовали дыхание срезов мозга, печени, почек ! мышц. По данным этих авторов, поглощение кислорода при А-внтаминной едостаточности увеличивается в печени, почках и мозге и не изменяется в нышцах. По данным других исследователей, потребление кислорода срезами диафрагмальных ножек увеличивается по мере развития А-авитаминоза. Redfem et al., также обнаружили увеличение потребление кислорода шмогенатами печени А-авитаминозных крыс. Но по их данным, оно происходит в первые 30 мин инкубации, а затем резко уменьшается. Отношение Р:0 в митохондриях по мере развития А-авитаминознош состояния снижалось как при использовании з качестве субстрата сукцината (окисление которого не связано с НАД), так и p-гидроксибутирата. Добавление in vivo и in iftro ретинилацетата (но не ритиноевой кислоты) приводило к нормализации кислительного фосфорилирования. De Luca et al. считают, что нарушение ыхания и окислительного фосфорилирования связано со структурными вменениями в митохондриях, которые были подтверждены микроскопически, юсвенным подтверждением этого вывода является увеличение активности ТФазы митохондрий, что также считают мерой нарушения их структуры. Для юрмального функционирования митохондриальных мембран, по мнению 'второе, требуется определенный оптимум витамина А. Отклонение от этого птимума в ту или иную сторону делает мембрану нестабильной, что приводит изменению активности ферментов, связанных с окислительным рюсфорилированием. Высказывается также предположение, что изменениероницаемости мембран при А-авитаминозе связано с изменением сульфатации, А Г, которые необходимы для обеспечения целостности мембранной трухтуры. Изучение энергетического обмена в митохондриях печени крыс при недостатке витамина, А проводили Рош, Henri. Крысята со дня отъема до становки роста получали лишенный витамина, А полусинтетический рацион, онтрольные животные получали такой же рацион с добавкой ежедневно 250 Е витамина А. Митохондрии печени А-авитаминозных крыс при спользовании сукцината в качестве субстрата более интенсивно поглощали ислород, чем контрольные. Стимуляция дыхания АДФ была менее сраженной при А-витаминной недостаточности по сравнению с контролем!, ри добавлении в инкубационную среду альбумина разница в поглощении^{слорода} сглаживалась. Активность АТФазы при недостатке витамина А.

208 была примерно в два раза больше, чем в контроле. Большие дозы витамина, А приводят к уменьшению основного обмена и массы. щитовидной железы, при этом масса надпочечников возрастает. Изучение срезов печени и почек показало, что потребление ими кислорода в присутствии сукцината или ацетата в качестве субстрата не увеличивается.

При интерпретации результатов биохимических исследований следует • читывать, что структура и функция митохондрий существенно меняются как при гипо-, так и при гипервитаминозе А. Многие метаболические процессы существляются с помощью ферментов, упорядочение встроенных в мембраны. < такому типу структурированных метаболических процессов относится и кислительное фосфорилирование. Естественно, что при нарушении структуры мембран будет нарушаться и метаболизм тех или иных веществ. В наших исследованиях было показано, что как витамин Е, так и витамин, А в пределенных концентрациях и с одновременным добавлением повышенных ровней железа и/или витамина С практически одинаково могут влиять на елый ряд биохимических процессов. Параллельно с ними при определенных словиях кормления цыплят аскорбиновая кислота совместно с тем или иным итамином оказывает существенное влияние на рост и развитие птицы. Последний факт можно вполне использовать в сельском хозяйстве для > ©-лучения высокой продуктивности.