В статье анализируется эффективность применения пробиотических препаратов «Споробактерин», «Ветом 2», «Бактисубтил» при лечении экспериментальной интоксикации лабораторных животных (белых крыс).
Особенностью металлов по сравнению с другими элементами является их тенденция к биоаккумуляции. Способность концентрировать металлы, в том числе и тяжелые, очень широко распространена в природе среди различных организмов. Большой интерес вызывает изучение данной способности среди микроорганизмов, входящих в состав пробиотических препаратов, в частности, у бактерий рода Bacillus. Важным свойством является антитоксическое действие пробиотиков, в частности проявляющееся в накоплении и активном выведении тяжелых металлов (кадмия) из организма [3, 4].
Оренбургская область является крупным многоотраслевым промышленным комплексом и занимает одно из первых мест среди регионов России по загрязнению окружающей среды. Это наиболее распространенная проблема Оренбургской области, так как на ее территории расположено основное количество предприятий электроэнергетики, добычи и переработки минерального сырья, нефтепереработки, что приводит к загрязнению вредными веществами атмосферного воздуха, почвенного покрова, поверхностных водных объектов. Эколого-геохимические исследования выявили высокий уровень загрязнения кадмием в Тоцком, Светлинском районах. Чрезвычайно опасны загрязнения кадмием в Гайском районе.
Кадмий может попадать в организм и с пищей, и при вдыхании. Контаминация кадмием пищевых продуктов может быть результатом его накопления в почвах. Кадмий при дыхании поступает из загрязненного воздуха или табачного дыма. Некоторые исследования показали, что курение является основным источником кадмиевой нагрузки на организм [2, 3].
Содержащийся в пище кадмий может всасываться в верхних отделах тонкого кишечника. Там абсорбируется менее 5 % поступающего с пищей кадмия. Количество всосавшегося из пищи кадмия может меняться в зависимости от присутствия в пище других пищевых компонентов. Вдыхаемый кадмий усваивается полностью и эффективно удерживается в организме. Слизистая оболочка выступает на пути усвоения кадмия некоторым барьером за счет связывания его внутри клеток металлотионеином или другими сульфидными группами и последующего слущивания этих клеток. Было подсчитано, что вместе с дымом каждой сигареты вдыхается приблизительно 0,1 мкг кадмия [7].
Кадмий накапливается в основном в печени, почках и двенадцатиперстной кишке. Это кумулятивный токсин, количество которого в организме увеличивается с возрастом. Было показано, что кадмий in vitro активирует несколько ферментов – триптофаноксигеназу, δ-aминoлевулинатдегидрогеназу и карбоксипептидазу. Все они в норме являются цинксодержащими энзимами. До сих пор не было обнаружено ферментов, которые можно с уверенностью считать кадмийзависимыми [1].
Благодаря относительно продолжительному сроку биологического полувыведения кадмия возможны два типа отравления: острое и хроническое. Кадмий токсичен почти для всех систем организма человека и животных.
Цель: в связи с вышеперечисленным материалом целью нашего исследования является изучение эффективности применения пробиотических препаратов на основе бактерий рода Bacillus при лечении экспериментальной интоксикации кадмием.
Перед нами была поставлена задача – изучить способность спорообразующих бактерий рода Bacillus к накоплению кадмия по средству определения его концентрации в тканях лабораторных животных.
Материалы и методы исследования
Нами было использовано 3 пробиотических препарата: «Ветом 2» (Bacillus subtilis 7048, Bacillus licheniformis 7038, «Бактисубтил» (Bacillus cereus IP 5832), «Споробактерин» (Bacillus subtilis 534). В качестве токсиканта была использована соль тяжелого металла – сульфат кадмия.
Исследования были выполнены 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.
С целью проведения исследования эксперимента из 96 особей было сформировано восемь групп – пять контрольных и три опытных. Первая контрольная группа получала основной рацион (К0), вторая – основной рацион с добавлением сульфата кадмия 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 кадмия и пробиотиков – «Ветом 2» (О1), «Споробактерин» (О2), «Бактисубтил» (О3).
Дозировки пробиотиков соответствовали аннотациям препаратов. Подопытные животные находились в одинаковых условиях содержания. Сульфат кадмия задавался в первый день эксперимента, а пробиотики с первого по седьмой день с интервалом в 12 часов. Взятие материала проводилось с периодичностью в семь дней (фоновое исследование, седьмой, четырнадцатый и двадцать первый дни) путём убоя животных методом декапитации.
Результаты исследования
и их обсуждение
В наших исследований нами была проанализирована способность бактерий рода Bacillus к накоплению и выведению кадмия (для этого нами исследовались следующие биологические материалы: кости, мышцы и шкура лабораторных животных). Исследования проводились с помощью атомно-абсорбционной спектрофотометрии, определялась концентрация кадмия в исследуемых тканях.
В результате эксперимента было установлено, что содержание кадмия в костной ткани лабораторных животных на 7 день исследования в опытных группах (О1, О2, О3) превышало значения К0 на 61,37 и на 91 % соответственно, однако уровень показателей оказался ниже значений К1 в О1 на 44 %, в О2 на 20 % и в О3 на 30 % [2, 5].
Далее наблюдается стабильное снижение содержания кадмия к 14 и 21 дню эксперимента, при этом на 14 день эксперимента показатели опытных групп ниже показателей 7 дня в О1 на 8 %, в О2 на 7 % и в О3 на 45 %, а также данные показатели остаются выше при сравнении с К1, а именно К1 превышает О1(14 день) на 43 %, О2 (14 день) на 38 % и О3 (14 день) на 65 %.
К 21 дню эксперимента снижение показателей содержания кадмия происходит по отношению к 14 дню уже заметно в малых количествах, чем в предыдущие дни, а именно на 6 и 11 % соответственно.
Аналогичная зависимость была рассчитана для шкуры и мышечной ткани.
Количество кадмия в мышечной ткани лабораторных животных на 7 день исследования в опытных группах (О1, О2, О3) превышало значения К0 на 89, 61 и на 84 %
соответственно, однако уровень показателей оказался ниже значений К1 в О1 на 17 %, в О2 на 10 % и в О3 на 7 %.
После 14 дня эксперимента содержание кадмия уменьшилось по сравнению с опытными группами 21 дня в О1 на 25 %, в О2 на 6 % и в О3 на 11 % соответственно. Как и при выведении кадмия из костной ткани к 21 дню эксперимента наблюдается уменьшение количества выведенного кадмия из мышечной ткани, при этом на 21 день эксперимента по сравнению с 14 днем содержание кадмия уменьшилось в опытных группах на 6,7 и 7 % соответственно. К 21 дню К1 превышает показатели опытных групп на 40 % для О1, на 43 % для О2 и на 20 % для О3.
Содержание кадмия в шкуре лабораторных животных на 7 день эксперимента превышало значения К0 в группе О1 на 27 %, в О2 на 42 % и в О3 на 41 %, при этом данные показатели оставались ниже, чем К1 на 25, 24 и 18 % соответственно [6].
Значения опытных групп 14 дня эксперимента ниже от 7 дня на 8, 12 и 15 %, а разница между К1 и опытными группами увеличилась на 5, 11 и 6 % соответственно.
К 21 дню эксперимента также наблюдался снижение выведения количества кадмия; показатели опытных групп 21 дня отличаются от 14 дня для группы О1 на 3 %, для группы О2 на 12 % и для группы О3 на 18 %. К 21 дню эксперимента показатели К1 превышали значения содержания кадмия в опытных группах на 44, 53 и 50 % соответственно.
В таблице представлены значения содержания кадмия в тканях лабораторных животных к 7 дню эксперимента при применении пробиотических препаратов «Бактисубтил», «Ветом 2» и «Споробактерин».
Содержание кадмия к 7 дню эксперимента в тканях лабораторных животных (21 день)
|
Препарат |
Бактисубтил |
Споробактерин |
Ветом 2 |
||||||
|
Исследуемая ткань |
кости |
мышцы |
шкура |
кости |
мышцы |
шкура |
кости |
мышцы |
шкура |
|
Кол-во выведенного кадмия |
46,4 |
34,9 |
39,4 |
44,5 |
30,2 |
35,4 |
30,2 |
29,3 |
64,6 |
|
Итого: |
48,3 |
42,2 |
37,2 |
||||||
Выводы
В результате проведенных исследований было установлено, что наиболее активно кадмий накапливается в костной ткани, а наименее ‒ в шкуре. Максимум выведения кадмия из организма лабораторных животных при применении пробиотических препаратов на 7 день эксперимента. Затем происходит стабильное снижение количества выведенного кадмия и наиболее эффективно кадмий выводится из костной ткани. При этом наиболее эффективным оказался пробиотичекий препарат «Споробактерин», «Бактисубтил» в свою очередь эффективен при выведении кадмия всего на 6,12 %, а наименее эффективен «Ветом 2».
Рецензенты:Барышева Е.С., д.м.н., доцент, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», г. Оренбург;
Мирошников С.А., д.б.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», г. Оренбург.