Обмен марганца и кальция в энтеральной среде молодняка кур

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидат биологических наук

Обмен марганца и кальция в энтеральной среде молодняка кур

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Для повышения продуктивности сельскохозяйственных животных наряду с применением достижений генетики и селекции большое значение имеет полноценное, научно обоснованное кормление. Составление сбалансированных рационов должно основываться на глубоком понимании процессов пищеварения и обмена веществ у сельскохозяйственных животных. Не последнюю роль в этих физиологических процессах играет обеспеченность животного организма минеральными элементами в необходимом количестве и соотношении (Георгиевский В.И. и др., 1979; Кальницкий Б.Д., 1985; Фисинин В.И. и др., 2011; Тимофеева Э., 2012).

В конце 50-х годов прошлого столетия Уголев А.М. (1958) подробно описал пристеночное пищеварение и процессы всасывания. Однако полостное пищеварение до настоящего времени остаётся недостаточно изученным вопросом. В том числе много неясных моментов обнаруживается в процессах обмена и взаимодействия минеральных элементов на уровне энтеральной среды.

В 1986 г. были опубликованы данные об участии в полостном гидролизе и абсорбции питательных веществ слоя слизистых наложений (Гальперин Ю.М. и Лазарев П.И., 1986; Питран Б.В. и др., 1986; Морозов А.И. и др., 1988). Несколько позднее на кафедре физиологии и биохимии животных МСХА имени К.А. Тимирязева было обнаружено, что большую часть объёма химуса всех отделов желудочно-кишечного тракта у разных видов животных занимает полостная слизь (Полякова Е.П. и др., 1989; Ксенофонтов Д.А., 2001; Ксенофонтова А.А., 2004; Зобова Л.Н., 2006; Ревякин А.О., 2006; Казакова Л.Х., 2009). Было показано, что полостная слизь является упорядоченным образованием и участвует в формировании химуса. Также обнаружены места локализации в химусе макро- и микроэлементов, которые, по мнению исследователей, принимают участие в полостном пищеварении.

Марганец, являясь биотическим микроэлементом, в очень небольшом количестве содержится в теле сельскохозяйственной птицы, его роль в организме достаточно хорошо изучена, особенно важен он как активатор кальциевого обмена. Однако физиологический механизм влияния марганца на обмен кальция остаётся неясным. И менее всего изучено взаимодействие этих элементов в желудочно-кишечном тракте. Исследование описанных выше взаимодействий явилось основанием для проведения наших исследований.

Цель и задачи исследований

Цель работы: изучить взаимодействие марганца и кальция с полостной слизью в кишечнике кур при разном уровне марганца в рационе.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить структуру энтеральной среды химуса у цыплят-бройлеров.

2. Изучить распределение марганца и кальция по фракциям химуса у птиц при разном уровне марганца в рационе.

3. Изучить абсорбцию марганца у кур в отделах кишечника при разном уровне марганца в рационе.

Научная новизна и практическая значимость

Впервые получены данные о структуре химуса цыплят-бройлеров.

Обнаружена способность плотной эндогенной фракции кур адсорбировать катионы кальция и марганца.

Показана динамика распределения кальция и марганца по фракциям химуса в разных отделах желудочно-кишечного тракта у кур. Установлено, что введение в стандартный рацион кур солей марганца положительно влияет на абсорбцию кальция и концентрацию кальция в печени, при этом сам марганец во внутреннюю среду не поступает.

Полученные нами данные позволяют более гулубоко рассмотреть энтеральную среду и могут быть применены в дальнейшем при разработке концепции формирования структуры химуса и механизмов гомеостазирования энтеральной среды, при уточнении потребностей ремонтного молодняка кур яичных пород и цыплят-бройлеров в минеральных веществах, а также в учебных курсах по физиологии и биохимии животных при изучении обмена минеральных веществ в высших учебных заведениях.

Положения, выносимые на защиту

1. Содержимое кишечника кур - гомеостатичное и структурированное образование, в котором превалирует гидратированная ПЭФ.

2. ПЭФ химуса адсорбирует марганец и кальций по мере продвижения химуса по желудочно-кишечному тракту кур.

3. Марганец стимулирует абсорбцию кальция в тонком отделе кишечника кур.

Апробация

Основные положения диссертации доложены на Восемнадцатой Российской гастроэнтерологической неделе в 2012 г., на научной конференции «Научное наследие Н.И. Вавилова и современность» в РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева в 2012 г. и на V Международной научно-практической конференции преподавателей, молодых учёных, аспирантов и студентов «Инновационные процессы в АПК» в РУДН в 2013 г. По теме диссертации опубликованы 3 статьи, 2 из них - в журналах, рецензируемых ВАК.

Объём и структура диссертации

Диссертация изложена на 112 страницах компьютерного текста, включает в себя следующие разделы: введение, обзор литературы, материалы и методика исследований, результаты собственных исследований, заключение, выводы, предложения, список использованной литературы и приложения. Работа содержит 11 таблиц и 34 рисунка.

Содержание работы

курица бройлер марганец рацион

Первый опыт был проведён в 2001 г. на 2 группах ремонтного молодняка кур кросса «Хайсекс белый» до начала яйцекладки. Группа 1 (12 голов) получала комбикорм (ОР) с содержанием марганца 49 мг/кг, группе 2 (12 голов) добавляли сернокислый марганец до 99 мг/кг элемента (ОР+Mn). Через 1 месяц у кур брали кровь из v. brachialis, v. duodenalis и v. mesenterica anterior, образцы печени и желчи. Во всех отделах кишечника брали образцы серозно-мышечной и слизистой оболочек и химус, который по разработанной Поляковой Е.П. методике разделяли на фракции: растворимую (РФ), плотную эндогенную (ПЭФ) и пищевые частицы (ПЧ). В полученных образцах определяли содержание марганца и кальция атомно-абсорбционным методом.

Второй опыт проводили в 2009 г. на цыплятах-бройлерах кросса «Смена-7». Группа 1 (10 голов) получала комбикорм (ОР), содержащий в 1 кг 100 мг марганца. Цыплятам группы 2 (10 голов) увеличивали уровень марганца в рационе до 133 мг/кг путём введения цитрата марганца. Через 42 дня птицу убивали и из зоба, мускульного желудка и всех отделов кишечника отбирали образцы цельного химуса, которые разделяли на 3 фракции и высушивали при 105 ^оС, что позволило рассчитать соотношение фракций в цельном химусе. Дальнейшее исследование химуса проводила так же, как и в первом опыте. Статистическая обработка результатов выполнена с помощью пакетов программ «Excel».

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Схема опыта на цыплятах-бройлерах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Результаты собственных исследований

Во время опытов все животные были клинически здоровы и их физиологические показатели (температура тела, частота сердцебиения и дыхания) находились в пределах нормы.

Содержание кальция в венозной крови (табл. 1) и печени было выше в крови кур, получавших добавку марганца в рационе. В желчи была отмечена обратная тенденция, т.е. концентрация кальция была выше у кур группы 1.

Таблица 1. Концентрация кальция в венозной крови кур после приёма корма (мг% в сырой ткани) (M±m, n=3)

Примечания: здесь и далее: * - разность с аналогичным значением показателя группы 2 достоверна при Р<0,05,

** - разность достоверна при Р<0,01.

Концентрация марганца в венозной крови и печени ремонтного молодняка кур яичных пород группы 1 была примерно на одном уровне и при повышении уровня элемента в рационе не изменялась (табл. 2). Содержание марганца в желчи было немного выше у кур группы 1 во все периоды опыта.

Таблица 2. Концентрация марганца в венозной крови кур после приёма корма (мг/кг сырой ткани) (M±m, n=3)

Как видно из табл. 3, концентрация кальция в серозно-мышечном слое кишечника ремонтного молодняка кур яичных пород менее всего зависела от времени, прошедшего после приёма корма, несколько увеличивалась в каудальном направлении и имела слабо выраженную тенденцию к повышению у кур группы 2 с достоверной разностью между группами в подвздошной кишке. Концентрация марганца (табл. 4) в серозно-мышечном слое по длине кишечника изменялась в меньшей степени. Максимальное значение этого показателя отмечено в тощей кишке. В слизистой оболочке кишечника кур концентрация кальция и марганца была выше, чем в серозно-мышечной, и увеличивалась после приёма корма, особенно это было выражено в толстом отделе кишечника (табл. 3 и 4). По длине кишечника этот показатель изменялся скачкообразно с минимальным значением в двенадцатиперстной кишке и максимальным - в тощей.

Таким образом, в нашем эксперименте повышение уровня марганца в 2 раза привело к увеличению абсорбции кальция, тем самым подтвердив ранее известный факт положительного влияния марганца на кальциевый обмен, однако механизм этого влияния пока неизвестен. Для объяснения этого явления мы предприняли попытку проследить взаимодействие марганца и кальция на уровне энтеральной среды.

Таблица 3. Концентрация кальция в кишечной стенке и фракциях химуса молодняка яичных кур после приёма корма (мг% в сухом веществе) (M±m, n= 3)

Нами обнаружено, что содержание марганца и кальция во всех фракциях химуса существенно различается (табл. 3 и 4). Так наименьшая концентрация кальция и марганца наблюдалась в ПЧ. Содержание кальция и марганца в сухом веществе ПЧ химуса ремонтного молодняка яичных кур группы 1 по всей длине кишечника было примерно на одном уровне, а при добавлении марганца в рацион концентрация обоих элементов незначительно увеличивалась в каудальном направлении. В сухом веществе РФ концентрация кальция и марганца была существенно выше, чем в сухом веществе ПЧ. При этом концентрация кальция не зависела от времени, прошедшего после приёма корма, а содержание марганца увеличивалось. Концентрация обоих элементов в сухом веществе РФ повышалась по мере эвакуации химуса. Содержание кальция в сухом веществе РФ не зависело от уровня марганца в рационе, а содержание марганца - существенно увеличивалось. В ПЭФ обнаружена самая высокая концентрация кальция и марганца, которая закономерно увеличивалась по мере продвижения химуса в нижележащие отделы, достигая максимальных значений в прямой кишке. Содержание кальция в сухом веществе ПЭФ мало зависело от уровня марганца в рационе кур, а концентрация марганца увеличивалась в 1,5-2 раза в нижних отделах кишечника.

Таблица 4. Концентрация марганца в кишечной стенке и фракциях химуса молодняка яичных кур после приёма корма (мг% в сухом веществе) (M±m, n=3)

Таким образом, наши исследования показали, что марганец оказывает влияние на обмен кальция через увеличение концентрации кальция во внутренней среде путём активации абсорбции. При этом сам марганец во внутреннюю среду не всасывается, оставаясь в химусе в составе РФ и ПЭФ. Это говорит о том, что, по-видимому, взаимодействие марганца и кальция происходит на уровне энтеральной среды. Для уточнения полученных результатов мы провели опыт на цыплятах-бройлерах.

Установлено, что содержание сухого вещества в цельном химусе цыплят-бройлеров меняется по мере его продвижения по ЖКТ. Максимальное содержание сухого вещества было отмечено в зобе (38,5%), в мускульном желудке этот показатель снизился до 27,9%. В двенадцатиперстной кишке вследствие выделения в её полость панкреатического и кишечного соков и желчи содержание сухого вещества в цельном химусе снизилось до 22,5% и далее по длине кишечника оставалось примерно на одном уровне.

Однако динамика изменения сухого вещества содержимого зоба, мускульного желудка, а также фракций кишечного химуса выглядела иначе (рис. 3). Максимальное содержание ПЧ было отмечено в зобе и мускульном желудке (66,0 и 81,5% соответственно). В сухом веществе химуса двенадцатиперстной кишки доля ПЧ снизилась до 18,0% и далее постепенно повышалась, достигая максимума в прямой кишке (56,4%). Доля РФ в зобе составила 17,0%, в мускульном желудке она понизилась до 13,5% и затем резко выросла в двенадцатиперстной кишке до 56,8%, после чего закономерно снижалась до 34,4% в прямой кишке. Содержание ПЭФ в сухом химусе ЖКТ цыплят-бройлеров изменялось в меньшей степени и во всех отделах находилось примерно на одном уровне.

Рис. 3. Соотношение фракций в сухом веществе химуса цыплят-бройлеров

В нативном химусе ПЭФ и РФ составляют единое целое, формируя энтеральная среду (рис. 4). И соотношение фракций в нативном химусе изменяется: на долю ПЧ приходится от 4,1 до 11,4% объёма, а остальные 89-96% занимает гидратированная ПЭФ. Это свидетельствует о том, что химус - это в основном эндогенное образование, формирование которого обеспечивает гидратированная ПЭФ.

Рис. 4. Соотношение экзогенных и эндогенных составляющих химуса цыплят-бройлеров

Концентрация кальция и марганца по фракциям сухого химуса у цыплят-бройлеров была идентична тем же показателям у молодняка яичных кур с сохранением тех же тенденций (табл. 5 и 6).

Таблица 5. Концентрация кальция в сухом веществе фракций химуса цыплят-бройлеров (мг% в сухом веществе) (M±m, n=10)

Таким образом, результаты опыта на цыплятах-бройлерах подтвердили данные, полученные нами на молодняке яичных кур, о том, что дополнительно введённый в рацион марганец оказывает положительное влияние на накопление кальция во внутренней среде (увеличение в костях - по данным А.Н. Ильяшенко (2011)), и что при этом сам элемент не всасывается и остаётся в химусе в составе эндогенных образований.

Таблица 6. Концентрация марганца в сухом веществе фракций химуса цыплят-бройлеров (мг% в сухом веществе) (M±m, n=10)

В наших экспериментах на молодняке яичных кур и цыплятах-бройлерах показано, что дополнительно введённый в рацион марганец оказывает положительное влияние на всасывание кальция во внутреннюю среду: концентрация элемента увеличивается в оттекающей от кишечника крови, он накапливается в печени, слизистой оболочке и костях, при этом сам марганец во внутреннюю среду не поступает, а остаётся в растворимой и плотной эндогенной фракциях химуса. Это свидетельствует о том, что влияние марганца на обмен кальция осуществляется на уровне желудочно-кишечного тракта.

По нашему мнению, такое взаимодействие кальция и марганца с ПЭФ может иметь физиологическое значение: с одной стороны кальций и марганец связываются с ПЭФ и выводятся с помётом, обеспечивая толерантность животных к высоким дозам элементов. С другой стороны кальций и марганец могут участвовать в структурировании самой ПЭФ и химуса в целом. В-третьих, концентрируясь в ПЭФ, кальций и марганец могут участвовать в активации гидролитических ферментов.

Выводы

1. Марганец влияет на энтеральный обмен кальция и стимулирует его абсорбцию в кишечнике молодняка кур. При двукратном увеличении уровня марганца в рационе концентрация кальция в оттекающей от кишечника крови (v. mesenterica anterior) и печени достоверно возросла, а в желчи достоверно снизилась. При этом изменения концентрации марганца в крови, печени и желчи не наблюдалось.

2. Дополнительный алиментарный марганец стимулировал накопление кальция в слизистом и серозно-мышечном слоях кишечника молодняка яичных кур. Повышенная концентрация марганца отмечена лишь в слизистой оболочке тощей и подвздошной кишок.

3. У молодняка кур марганец активнее всасывался в тощей кишке, максимальная абсорбция кальция фиксировалась в двенадцатиперстной кишке.

4. Химус цыплят-бройлеров является сложным образованием, представленным пищевыми частицами, растворимой и плотной эндогенной фракциями с определенным их соотношением и динамикой для каждой фракции в каждом отделе желудочно-кишечного тракта. В сухом веществе химуса доля пищевых частиц составила от 18 до 56%, растворимой фракции - от 36 до 57% и плотной эндогенной фракции - от 14 до 25%. В нативном химусе на долю пищевых частиц приходится от 4 до 11% объема цельного химуса. Гидратированная плотная эндогенная фракция занимает 85 - 96% объема цельного химуса.

5. В процессе энтерального метаболизма молодняка кур плотная эндогенная фракция выступает аккумулятором кальция и марганца. Концентрация в сухом веществе плотной эндогенной фракции кальция в 2-3 раза, а марганца - в 5-6 раз превышает концентрацию этих элементов в пищевых частицах. В сухом веществе растворимой фракции содержание кальция в 2 раза, а марганца - в 3-4 раза превышает их концентрацию в пищевых частицах.

6. По мере продвижения химуса по желудочно-кишечному тракту молодняка кур концентрация марганца, и кальция в плотной эндогенной фракций химуса нарастает. Так, если в химусе тонкого отдела кишечника концентрация кальция и в сухом веществе плотной эндогенной фракции составила 170-1280 мг%, а марганца - 4-90 мг%, то в плотной эндогенной фракции толстого отдела - 700-8500 мг% и 20-160 мг% соответственно. При этом концентрация кальция и марганца в растворимой фракции химуса увеличивалась соответственно в 5-8 и 3-5 раз.

7. Увеличение уровня марганца в рационе молодняка кур не оказало существенного влияния на содержание кальция во фракциях химуса, но вызвало повышение концентрации марганца во всех трех фракциях химуса: в пищевых частицах в 1,5 раза, в растворимой фракции в 2 раза, в плотной эндогенной фракции в 2-3 раза, то есть большая часть поступившего с кормом марганца осталась в химусе.

8. Нормирование обеспечения молодняка кур минеральными элементами следует проводить с учетом уровня марганца в рационе. В условиях опыта повышение уровня марганца в рационе до 100-130 мг/кг корма стимулировало доступность алиментарного кальция, концентрация которого в паренхиме печени молодняка яичных кур возрастала на 68%, в оттекающей от кишечника крови - на 48%, в большеберцовой кости цыплят-бройлеров на 8-10%.

Практические предложения

1. Предлагается продолжить исследования процессов полостного пищеварения, в частности свойств плотной эндогенной фракции, касающихся формирования химуса и её взаимодействия с минеральными элементами.

2. Полученные нами данные о взаимодействии марганца и кальция в энтеральной среде разных отделов желудочно-кишечного тракта молодняка кур могут быть использованы при уточнении норм потребности сельскохозяйственной птицы в минеральных элементах.

Список опубликованных работ

1. Полякова Е.П., Ксенофонтов Д.А., Барбосова М.Е. Сорбция марганца полостной слизью // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. Приложение №40. Мат. Восемнадцатой Российской Гастроэнтерологической Недели 8-10 окт. 2012 г. Т. XXII, №5, 2012, С. 131.

2. Полякова Е.П., Ксенофонтов Д.А., Барбосова М.Е. Изменение структуры химуса цыплят-бройлеров по мере его продвижения по желудочно-кишечному тракту // Известия ТСХА, 2012, №5, С. 93-96.

3. Полякова Е.П., Ксенофонтов Д.А., Барбосова М.Е. Абсорбция аминокислот, кальция и марганца в разных отделах желудочно-кишечного тракта кур в зависимости от уровня марганца в рационе // Проблемы биологии продуктивных животных, 2013, №1

Размещено на Allbest.ru