Актуальность. Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных. В токе крови медь переносится главным образом белком церулоплазмином. После усваивания меди кишечником она транспортируется к печени с помощью альбумина.
Загрязнение окружающей среды различными токсичными соединениями привело к накоплению опасных и ядовитых веществ в земле и водоемах, и как следствие к резкому снижению биопотенциала экосистем и загрязнению пищевых продуктов, что в свою очередь ведет к загрязнению внутренней среды организма человека и животных через пищу, воздух, воду. Одно из ведущих мест среди химических поллютантов занимают тяжелые металлы, особенностью которых является их тенденция к биоаккумуляции [1, 2, 3].
Способность к биоадсорбции тяжелых металлов изучена и для некоторых представителей рода Bacillus. Необходимо заметить, что входящие в состав пробиотических препаратов микроорганизмы рода Bacillus, являются самоэлеминирующимися антагонистами, они не только подавляют развитие патогенной и условно-патогенной микрофлоры, но и способны оказывать антитоксическое действие, проявляющееся в активном выведении токсичных веществ из организма, в частности тяжелых металлов [4, 6].
Медь встречается в большом количестве ферментов, например, в цитохром-с-оксидазе, в содержащем медь и цинк ферменте супероксид дисмутазе, и в переносящем молекулярный кислород белке гемоцианине. Здоровому взрослому человеку необходимо поступление меди в количестве 0,9 мг в день. При недостатке меди в бластах и остеобластах снижается активность ферментных систем и замедляется белковый обмен, в результате замедляется и нарушается рост костных тканей [4, 5].
Некоторые соединения меди могут быть токсичны при превышении предельно допустимой концентрации (ПДК) в пище и воде. Содержание меди в питьевой воде не должно превышать 2 мг/л (средняя величина за период из 14 суток), однако недостаток меди в питьевой воде также нежелателен.
Эколого-геохимические исследования выявили высокий уровень загрязнения медью в Бузулукском (4,1 ПДК), Бугурусланском (4,6 ПДК), Илекском (4,3 ПДК), Октябрьском (4,0 ПДК) и Сакмарском (6 ПДК) районах. Чрезвычайно опасное загрязнение медью установлено в Медногорском (от 12 до 230 ПДК) районе.
Исходя из вышеизложенного, следует, что изучение способности бактерий рода Bacillus, входящих в состав пробиотиков, к накоплению тяжелых металлов, является одной из основных задач с целью оценки эффективности применения препаратов на их основе для лечения и профилактики отравлений токсичными металлами.
Цель: изучить эффективность применения пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus при лечении экспериментальной интоксикации медью.
Материалы и методы: в работе были использованы три пробиотических препарата: «Споробактерин жидкий», «Ветом 2» и «Бактисубтил» на основе бактерии рода Bacillus.
В качестве токсиканта использовался сульфат меди (CuSO4).
Исследования выполнялись в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) Оренбургского государственного университета на модели групп-аналогов лабораторных крыс. При распределении животных на группы придерживались общепринятых принципов подбора аналогов, сходных по полу, возрасту, физиологическому состоянию, живой массе. Важное преимущество белых крыс как лабораторных животных заключается в том, что они довольно устойчивы к инфекционным заболеваниям и дают большой приплод.
С целью проведения исследования из 96 особей были сформированы в восемь групп - пять контрольных и три опытных. Первая контрольная группа получала основной рацион (К0), вторая - основной рацион с добавлением сульфата меди из расчёта 150 мг/кг веса тела (К1), третья - основной рацион с добавлением «Споробактерина» (К2), четвертая - основной рацион с добавлением «Ветома 2» (К3), пятая - основной рацион с добавлением «Бактисубтила» (К4). Три опытные группы получали основной рацион с добавлением сульфата меди и пробиотиков - «Ветом 2» (О1), «Споробактерин» (О2), «Бактисубтил» (О3).
Сульфат меди задавался в первый день эксперимента, а пробиотики с интервалом в 12 часов в течение семи дней. Взятие материала проводилось с периодичностью в семь дней (фоновое исследование, седьмой, четырнадцатый и двадцать первый дни) путём убоя животных методом декапитации.
Результаты исследования
В результате проведенных исследований нами была проанализирована способность бактерий рода Bacillus к накоплению и выведению меди (для этого исследовались следующие биологические материалы: кости, мышцы и шкура лабораторных животных) и с помощью атомно-абсорбционной спектрофотометрии, определялась концентрацию меди в исследуемых тканях.
В ходе эксперимента было установлено, что содержание меди в костной ткани лабораторных животных на 7 день исследования в опытных группах (О1, О2, О3) превышало значения К0 на 65, 99 и на 91 %, соответственно, однако, уровень показателей оказался ниже значений К1 в О1 на 34 %, в О2 на 18 % и в О3 на 24 %.
В дальнейшем наблюдается стабильное снижение содержания меди к 14 и 21 дням эксперимента, при этом на 14 день эксперимента показатели опытных групп ниже показателей 7 дня в О1 на 10 %, в О2 на 4 % и в О3 на 31 %, а также данные показатели остаются выше при сравнении с К1, а именно: К1 превышает О1 (14 день) на 43 %, О2 (14 день) на 25 % и О3 (14 день) на 50 %.
К 21 дню эксперимента снижение показателей содержания меди происходит по отношению к 14 дню уже заметно в меньших количествах, чем в предыдущие дни, а именно - на 8, 2 и 13 % соответственно. Следует отметить, что К1 еще больше превышает показания опытных групп на 51 % по отношению к О1 (21 день), на 31 % к О2 (21 день) и на 59 % к О3 (21 день).
Содержание меди в мышечной ткани лабораторных животных на 7 день исследования в опытных группах (О1-О3) превышало значения К0 на 99 %, 52 % и на 86 %, соответственно, однако, уровень показателей оказался ниже значений К1 в О1 на 15 %, в О2 на 12 % и в О3 на 7 %.
После 14 дня эксперимента содержание меди уменьшилось по сравнению с опытными группами 7 дня в О1 на 19 %, в О2 на 8 % и в О3 на 9 %, и, соответственно, увеличилась разница между опытными группами и К1 на 2, 16 и 6 %.
Как и при выведении меди из костной ткани к 21 дню эксперимента наблюдается уменьшение количества выведенной меди из мышечной ткани, при этом на 21 день эксперимента по сравнению с 14 днем содержание меди уменьшилось в опытных группах на 8, 1 и 5 %, соответственно. К 21 дню К1 превышает показатели опытных групп на 29 % для О1, на 33 % для О2 и на 22 % для О3.
Содержание меди в шкуре лабораторных животных на 7 день эксперимента превышало значения К0 в группе О1 на 30%, в О2 на 39 % и в О3 на 47 %, при этом данным показатели оставались ниже, чем К1 на 27, 22 и 17 %, соотвественно.
Значения опытных групп 14 дня эксперимента ниже таковых от 7 дня на 10, 15 и 14 %, а разница между К1 и опытными группами увеличилась на 5, 10 и 3 % соотвественно.
К 21 дню эксперимента также наблюдался упадок выведения количества меди; показатели опытных групп 21 дня отличаются от 14 дня для группы О1 на 1 %, для группы О2 на 10 % и для группы О3 на 20 %. К 21 дню эксперимента показатели К1 превышали значения содержания меди в опытных группах на 53, 59 и 48 %, соотвественно.
В таблице 1 представлены значения содержания меди в тканях лабораторных животных к 21 дню эксперимента при применении пробиотических препаратов «Бактисубтил», «Ветом 2» и «Споробактерин».
Таблица 1. Содержание Cu к 21 дню эксперимента в тканых лабораторных животных (21 день)
|
Препарат |
Бактисубтил |
Споробактерин |
Ветом 2 |
|||||||||
|
Исследуемая ткань |
кости |
мыш-цы |
шкура |
кости |
мыш-цы |
шкура |
кости |
мыш-цы |
шкура |
|||
|
Количество выведенной меди |
59,37 |
22,91 |
48,27 |
51,56 |
29,16 |
53,44 |
31,25 |
33,33 |
58,62 |
|||
|
Итого: |
45,29 |
45,88 |
41,17 |
|||||||||
Заключение. В результате исследований было установлено, что наиболее активно медь накапливается в костной ткани, а наименее - в шкуре. При этом наблюдался максимум выведения меди из организма лабораторных животных при применении пробиотических препаратов на 7 день эксперимента, далее происходило стабильное снижение количества выведенной меди. Наиболее эффективно медь выводится из костной ткани. При этом наиболее эффективным оказался пробиотичекий препарат «Споробактерин»; «Бактисубтил» менее эффективен при выведении меди всего на 0,59 %, а наименее эффективен «Ветом 2».
Рецензенты:
Лебедев С.В., д.б.н., профессор, заведующий лабораторией сельскохозяйственной биоэлементологии, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», г. Оренбург.
Дерябин Д.Г., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой микробиологии, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», г. Оренбург.