Assessment of the elemental and biochemical composition of blood serum after inclusion of chromium picolinate in Kazakh White-Headed bulls’ diet

Full Text

Введение.

Спектр использования химических элементов в питании животных зависит от особенности пищеварения, физиологического состояния организма, направления продуктивности и т. д. Одним из возможных элементов-катализаторов функциональной активности организма жвачных является хром, который участвует в метаболизме протеинов, липидов и сахаров, энзимов и в механизмах формирования новых клеток крови (Шейда Е.В. и др., 2019; Spears JW, 2019). Приемлемый уровень хрома в рационах полигастричных животных мотивирует образование в крови эритроцитов, гемоглобина, общего белка и его составляющих – альбуминов и глобулинов, общего кальция и фосфора. Именно по этим маркерам можно судить о характере обменных процессов и физиологическом состоянии животного (Кокорев В.А. и др., 2017; Smock TM et al., 2020). В ходе гемопоэза хром вместе с кристаллическим трипсином запускает в работу фермент – трипсин, который отвечает за расщепление пептидов и белков (Кислякова Е.М. и Ломаева А.А., 2017).

В отличие от неорганической формы пиколинат хрома обладает лучшей эффективностью, низкой токсичностью (Han M et al., 2021). Он представляет собой трёхвалентную форму в соединении с пиколиновой кислотой, а также могут быть получен из дрожжей (Kargar S et al., 2019; El Senosi YA et al., 2018; Shan Q et al., 2020).

Информации о метаболизме хрома в организме, воздействии его на продуктивность животных, течение обменных процессов в организме, в том числе на усвоение химических элементов и особенности их трансформации (Фабер В. и др., 2020; Soffa DR et al., 2023) недостаточно. Соответственно, актуальным направлением для проведения исследований в настоящее время является рассмотрение вопроса об оптимальной концентрации хрома в рационе жвачных и его роли в метаболических процессах организма.

Цель исследования.

Оценить влияние пиколината хрома на элементный и биохимический состав крови бычков.

Материалы и методы исследования.

Объект исследования. Бычки казахской белоголовой породы в возрасте 12-13 месяцев со средней массой 324 кг.

Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями и рекомендациями нормативных актов: Модельный закон Межпарламентской Ассамблеи государств-участников Содружества Независимых Государств "Об обращении с животными", ст. 20 (постановление МА государств-участников СНГ № 29-17 от 31.10.2007 г.), Руководство по работе с лабораторными животными (http://fncbst.ru/?page_id=3553). При проведении исследований были предприняты меры для обеспечения минимума страданий животных и уменьшения количества исследуемых опытных образцов.

Схема эксперимента. Физиологические исследования были проведены на базе лаборатории биологических испытаний и экспертиз и ЦКП БСТ РАН (http://цкп-бст.рф).

Эксперимент проводили на бычках (n=9), которые методом групп-аналогов были разделены на три группы: контрольная и две опытные. Рационы были сформированы с учётом рекомендаций (Калашников А.П. и др., 2003) (табл. 1). В рацион I опытной группы включали пиколинат хрома (органическая форма Биопромис хром пиколинат, Sichuan Sinyiml Biotechnology Co., Ltd., Китай) в дозе 7,2 мг/кг СВ рациона, во II группе – в дозе 8 мг/кг СВ. Представленные дозировки пиколината хрома были определены на основе содержания хрома в кормах, которое составляло 6,2 мг на 1 кг корма. При коррекции далее эти дозы были увеличены на 10 % и 20 % в пересчёте на чистый хром на основании определения оптимальной формы в искусственном рубце «in vitro» (Шейда Е.В. и др., 2019) и анализа литературных данных (Bin L et al., 2016). Продолжительность экспериментального исследования составила 28 дней.

 

Таблица 1. Состав и питательность рациона

Table 1. Composition and nutritional value of the diet

Показатели / Indicators	Возраст 12-13 месяцев/ Age 12-13 months
Сено злаковое, кг / Grain hay, kg	1
Сено бобовое, кг / Legume hay, kg	2
Силос кукурузный, кг/ Сorn silo, kg	11
Дроблёная зерносмесь, кг/ Crushed grain mixture, kg	2
Подсолнечный жмых, кг / Sunflower meal, kg	0,2
Патока кормовая, кг / Feed molasses, kg	0,6
Соль лизунец, г / Salt lick, g	40
Диаммоний фосфат, г / Diammonium Phosphate, g	60,4
Премикс ПК-60, г / Premix PK-60, g	20
Питательность рациона / Nutritional value of the diet
Сухого вещества, кг/ Dry matter, kg	7,7
ОЭ, МДж / ME, MJ	74,8
Сырая клетчатка, г/ Crude fiber, g	1575,9
Сырой жир, г / Crude fat, g	210,1
Сырой протеин, г / Crude protein, g	974,6

 

Забор крови у животных для гематологических исследований и элементного состава осуществлялся утром, натощак, из ярёмной вены в вакуумные пробирки с активатором свёртывания (тромбин).

Для оценки влияния хрома на метаболические процессы в организме телят были просчитаны: коэффициент Де Ритиса (отношение АСТ/АЛТ), билирубиновый индекс Мейленграхта: отношение прямого / непрямого билирубина в сыворотке крови.

Оборудование и технические средства. Исследования были проведены на базе лаборатории биологических испытаний и экспертиз и ЦКП БСТ РАН (http://цкп-бст.рф) с применением автоматического гематологического анализатора URIT-2900 VetPlus («URIT Medical Electronic Group Co., Ltd», Китай); автоматического анализатора CS-T240 («DIRUI Industrial Co., Ltd», Китай). Элементный анализ осуществляли на одноквадрупольном масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой Agilent 7900 ICP-MS (Agilent, США). Анализ V, Cr, Fe, Zn, Se и As проводили в гелиевом режиме с использованием столкновительной ячейки.

Стандартные растворы получали из мультиэлементной смеси («Merck», Германия), с добавлением вручную приготовленного стандарта макроэлементов (K, Na, Mg, Ca).

Статистическая обработка. Статистический анализ выполняли с использованием методик ANOVA c помощью офисного программного комплекса «Microsoft Office» с применением программы «Excel» («Microsoft», США) с обработкой данных в «Statistica 10.0» («Stat Soft Inc.», США) Статистическая обработка включала расчёт среднего значения (М) и стандартные ошибки среднего (±SEM). Достоверность различий сравниваемых показателей определяли по t-критерию Стьюдента. Уровень значимой разницы был установлен на Р≤0,05.

Результаты исследований.

Включение пиколината хрома в рацион способствовало снижению уровня глюкозы относительно контрольной группы на 8,0 % в I и 15,7 % во – II группах, увеличения мочевины – на 64,2 % (P≤0,001) и 154,5 % (P≤0,001) по сравнению с контролем. Деструкция белков и мочевой кислоты приводила к образованию креатинина, уровень которого возрастал в I группе на 7,7 %, а во II группе – на 2,2 %. Финальный продукт обмена пуриновых нуклеозидов – мочевая кислота значительно снижалась в I группе на 58,5 % (P≤0,01), а во II – на 51,3 % (P≤0,01).

Что касается общего белка, то его концентрация снижалась в I группе на 5,5 % с повышением альбуминов на 0,3 %, а во II группе увеличивалась концентрация общего белка на 6,0 %, со снижением альбуминов на 12,5 %.

Пиколинат хрома активизировал метаболизм жиров, в частности увеличился уровень холестерина на 28,7 % (P≤0,05) и на 7,7 %, при снижении триглицеридов на 73 % (P≤0,01) и 40 % (P≤0,001) соответственно в I и II группах относительно контрольных значений (рис. 1).

 

Рисунок 1. Параметры биохимии крови бычков с дополнением рациона пиколинатом хрома относительно контрольных значений, % (n=9, M±m)

Figure 1. Parameters of the blood biochemistry of bulls with the addition of chromium picolinate to the diet relative to the control values, % (n=9, M±m) 

Примечание: * – P≤0,05; ** – P≤0,01, *** – P≤0,001 при сравнении с контролем

Note: * – P≤0.05, ** – P≤0.01, *** – P≤0.001 when compared with the control group

 

При оценке билирубинового индекса (БИ) установлено, что уровень общего билирубина повышался в I группе на 40,1 %, а во II группе – на 190,5 %. Значения прямого билирубина увеличивались на 15,3 % и на 130,6 % в опытных группах соответственно. В итоге, БИ снижался в I группе на 18,5 %, а во II группе – на 20,9 % (рис. 2).

 

Рисунок 2. Индекс билирубина сыворотки крови бычков, %

Figure 2. Bilirubin index of blood serum in bulls, % 

Примечание: * – Р≤0,05, при сравнении контрольной группой

Note: * – P≤0.05, when compared with the control group

 

Дополнительное включение пиколината хрома в рацион жвачных, во всех изучаемых дозировках, сопровождалось достоверным увеличением концентрации в крови мышьяка на 78,6 % (Р≤0,001) и 158,1 % (Р≤0,001), меди – на 4,5 % (Р≤0,01) и 6,2 % (Р≤0,01), селена – на 6,6 % (Р≤0,01) и 9,1 % (Р≤0,01), цинка – на 4,5 % (P≤0,05) и 6,3 % (P≤0,05), натрия – на 2,3 % (P≤0,05) и 3,4 % (P≤0,05) в I и II группах соответственно.

В результате, с увеличением дозировки пиколината хрома концентрация химических элементов в крови изменялась разнонаправленно, на основании чего был составлен следующий элементный профиль:

Cr (7,2 мг/кг СВ / 7.2 mg/kg DM)

Cr (8,0 мг/кг СВ / 8.0 mg/kg DM)

На основании определения элементного состава корма и кала была рассчитана биодоступность антагонистов и синергистов хрома, которая представлена в таблице 2. В результате, с включением в рацион пиколината хрома в дозировке 7,2 мг/кг СВ повышалось усвоение Cd, Cr, Mn, Si, I, K, Mg, Na, P, снижалось – Co, Cu, Pb, Se, Zn, V, Fe, Ca. Дозировка пиколината хрома 8 мг/кг СВ рациона повышала усвоение в организме Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Pb, Zn, V, I,Fe, Ca, K, Mg, Na, P и снижала Se, Si.

 

Таблица 2. Биодоступность химических элементов в организме бычков казахской белоголовой породы, %

Table 2. Bioavailability of chemical elements in the body of Kazakh White-Headed bulls, %

Показатель / Indicator	Группа / Group
	I опытная / I experimental	II опытная / II experimental
Кадмий / Cadmium	3,59	8,70
Кобальт / Cobalt	-8,64	21,25
Хром / Chrome	36,63	19,64
Медь / Copper	-3,56	4,28
Марганец / Manganese	7,17	11,13
Свинец / Lead	-4,84	21,15
Селен / Selenium	-50,29	-37,54
Кремний / Silicon	1,12	-1,95
Цинк / Zinc	-30,51	7,29
Ванадий / Vanadium	-17,89	20,12
Йод / Iodine	1,80	2,02
Железо / Iron	-22,35	27,97
Кальций / Calcium	-5,32	1,74
Калий / Potassium	2,64	6,35
Магний / Magnesium	0,46	1,93
Натрий / Sodium	24,24	134,60
Фосфор / Phosphorus	0,31	1,42

 

Обсуждение полученных результатов.

Научные труды многих учёных свидетельствуют о том, что хром занимает одну из важных позиций в биосистеме: почва – растение – животное – человек (Edwards KC et al., 2020; Алексеева Л.В. и др., 2021). Уровень этого элемента в почве и кормах колеблется с учётом географического положения, агротехнологических условий выращивания и хранения растительных культур, однако концентрация его в готовых кормовых продуктах незначительна, при этом метаболизм данного элемента в организме животных характеризуется высоким уровнем.

Отличительная особенность хрома в том, что он меняет в лучшую сторону показатели продуктивности, реакции иммунной системы, нивелирует обменные процессы глюкозы и жирных кислот, а также антиоксидантный статус жвачных. В некоторых исследованиях добавки хрома улучшали потребление сухого вещества, молочную продуктивность и состав молока дойных коров, продуктивность растущего молодняка, иммунный ответ и некоторые параметры крови (Chauhan DK et al., 2023; Lashkari S et al., 2018).

В организме животных основными индикаторами физиологического состояния являются показатели уровня общего белка, мочевины и глюкозы. (Lalhriatpuii M et al., 2023; Zhao C et al., 2023). Нами установлено, что метаболизм белков усиливался в организме животных на основании эскалации уровня мочевины в опытных группах на 64,2 % (P≤0,001) и 154,5 % (P≤0,001) соответственно по сравнению с контролем. Глюкоза снижалась в отношении контроля в группах I и II на 8,0 % и 15,7 %. Так, под действием хрома общий белок повышается, за счёт снижения уровня кортизола в крови или от повышения чувствительности тканей к инсулину (Stępniowska A et al., 2020). Хром стимулирует гомеостаз глюкозы путём активации рецепторов инсулина через олигопептид хромудулин, тем самым увеличивая передачу сигнала инсулина и чувствительность к нему (Zhao F et al., 2022).

Креатинин, образующийся в результате распада белка в организме, идёт на обновление тканей печени через мышечную систему, в которой он фосфорилируется до креатинфосфата, и в дальнейшем происходит окисление и образование самого креатинина (Assis JR, 2021). В нашем эксперименте уровень креатинина возрастал в обеих группах на 7,7 % и 2,2 %.

Алексеева Л.В. с коллегами (2021) выявили, что в результате добавления в рацион бычкам чёрно-пёстрой породы гемовита (53 мл) в сочетании с хелатированной формой хрома (5,2 мг) общий белок составил 92 г/л при стабильном значении глюкозы 3,2-4,2 ммоль/л. Аналогичная динамика подтверждена в проведённом нами эксперименте, где содержание общего белка в сыворотке крови составило 85,3-90,8 г/л, глюкозы – 3,3-3,7 ммоль/л, что входит в пределы физиологической нормы.

В работах Bin-Jumah M с соавторами (2020) показано, что при включении в рацион лактирующих коров хрома в количестве 4 мг/сут не наблюдали выраженного эффекта на показатели мочевины и глюкозы в сыворотки крови, при снижении концентрации общего белка.

Нами установлено, что пиколинат хрома активизировал метаболизм жиров – увеличился уровень холестерина на 28,7 % (P≤0,05) и на 7,7 %, при снижении триглицеридов на 73 % (P≤0,01) и 40 % (P≤0,001) в двух группах, что свидетельствует о влиянии хрома на липидный обмен, вызывая расщепление избыточного жира в организме (Лебедев С.В. и др., 2018).

Исследования по изучению дополнительного включения хрома в ультрадисперсной форме в рационы жвачных показали неоднозначную картину изменения билирубинового индекса. При использовании в составе рациона подсолнечного жмыха билирубиновый индекс повышался на 52,6-63,1 % относительно контроля, а при использовании соевого шрота, напротив, снижался на 33 % (Шейда Е.В. и др., 2020). В проведённом эксперименте установлено, что уровень общего билирубина повышался в группе I на 40,1 %, а в группе II – на 190,5 %. Значения прямого билирубина увеличивались в группах I и II на 15,3 % и 130,6 %. В итоге, билирубиновый индекс снижался в группе I на 18,5 %, а в группе II – на 20,9 % по сравнению с контрольной группой.

Заключение.

Установлено, что дополнение рациона органической формой хрома позитивно воздействует на метаболизм веществ в организме. Наиболее конкурентной является дозировка пиколината хрома 8 мг/кг СВ, в результате чего отмечено увеличение концентрации большинства элементов в сыворотке крови, в частности As – на 158,1 % (Р≤0,001), Cu – на 6,2 % (Р≤0,01), Se – на 9,1 % (Р≤0,01), Zn – на 6,3 % (Р≤0,05), Na – на 3,4 % (Р≤0,01), а также подъёма общего белка на 6,0 %, мочевины – на 154,5 % (P≤0,001) и креатинина – на 2,2 %.

About the authors

Oksana V Shoshina

Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: oksana.shoshina.98@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4104-3333

Junior Researcher, Department of Farm Animal Feeding and Feed Technology named after Leushin SG

Russian Federation, 29, 9 Yanvarya St., Orenburg, 460000

References

Supplementary files