Содержание к диссертации
Введение
Введение. Обзор литературы.
1.1. Современные представления о процессах полостного и пристеночного пищеварения.
1.2 Эндогенные образования желудочно-кишечного тракта. 13
1.2.1. Строение и функции слизистых наложений . 13
1.2.2. Роль плотной эндогенной фракции в полостном гидролизе. 16
1.2.3. Взаимодействие эндогенных структур энтеральной среды с минеральными веществами. 20
1.3 Биологическая роль магния и его участие в обмене других минеральных веществ 24
1.4 Современные представления об обмене кальция, фосфора, калия и натрия.31
Материалы и методика исследований 37
2.1. Условия и схема проведения опыта . 37
2.2. Физиологические методы исследований. 39
Результаты собственных исследований. 41
3.1. Содержание макроэлементов в органах и тканях . 41
3.2 Динамика макроэлементов (Mg, Са, Р, К, Na) во фракциях содержимого рубца.
3.3. Содержание макроэлементов в цельном химусе, его фракциях и в стенке разных отделов пищеварительного тракта.
3.3.1. Магний. 65
3.3.2. Кальций. 76
3.3.3. Фосфор. 87
3.3.4. Калий. 94
3.3.5. Натрий. 103
Заключение 111
Выводы 115
Предложения 117
Список литературы 118
Приложения 141
- Строение и функции слизистых наложений
- Биологическая роль магния и его участие в обмене других минеральных веществ
- Условия и схема проведения опыта
- Содержание макроэлементов в органах и тканях
Введение к работе
В последние годы в нашей стране и за рубежом продолжается работа по уточнению норм минерального питания сельскохозяйственных животных. Целью, проводимых экспериментов, является физиологическое обоснование потребностей с.-х. животных в минеральных веществах, разработка способов ранней диагностики их недостатка и критериев полноценного питания. Фундаментальной основой для создания сбалансированных рационов является более глубокое понимание пищеварительных процессов на всех уровнях обмена. В целом, физиология желудочно-кишечного тракта животных далека от полного понимания. Она требует серьезных физиологических исследований с использованием новых методических подходов и современного оборудования.
Кафедра физиологии и биохимии животных МСХА им. К.А.Тимирязева традиционно изучает физиологию пищеварения и обмена веществ у продуктивных сельскохозяйственных животных и птиц. Основываясь на различных концепциях об обменной функции пищеварительного тракта, а также о наличии в кишечнике пищеварительно-транспортного конвейера питательных веществ (Жеребцов П.И.,1957; Уголев A.M., 1963; Алиев А.А., 1966; Гальперин Ю.М., 1986;., Полякова Е.П., 1988; Георгиевский В.И., Шевелев Н.С., Полякова Е.П., 2000), сотрудники и аспиранты кафедры в последние годы сосредоточили внимание на изучении структуры и свойств химуса желудочно-кишечного тракта у разных видов сельскохозяйственных животных. Результаты этих исследований, а также анализ литературных источников позволяет заключить, что необходимо пересмотреть традиционные взгляды на химус, и следует его рассматривать как своеобразную внут-
реннюю среду организма, обеспечивающую поддержание не только энтерального, но и общего гомеостаза организма.
Особое значение в исследованиях придается полостной слизи, получившей название «плотной эндогенной фракции» (ПЭФ), которая в гидратированном состоянии занимает в форме геля основной объем химуса и, по-видимому, играет существенную роль в его структурировании. Уже исследованы отдельные фракции химуса, включая ПЭФ, в разных отделах пищеварительного тракта у птиц и крупного рогатого скота. Выяснены адсорбционные свойства ПЭФ - связывать такие элементы, как Mn, Zn , Си. Также предполагается, что ПЭФ образует реакционные зоны, упорядочивающие контакт гидролитических ферментов с пищевыми частицами в процессе полостного пищеварения.
Исследованию обмена и взаимодействия макроэлементов в организме посвящено много работ, однако взаимодействие их на уровне пищеварительного тракта практически не изучено, особенно в свете новых представлений о полостном пищеварении и гомеостазе химуса. Так магний, играющий важную роль во многих физиологических и биохимических процессах в организме животных, обнаруживается в составе всех тканей животных, причём значительная его часть связана с белковыми комплексами. Магний участвует в построении костей скелета, необходим при мышечных сокращениях, активирует ряд ферментов, при этом, предполагается антагонистическое взаимодействие между ним и кальцием. Содержащийся в кормах магний чаще всего полностью покрывает потребность животных, поэтому в практических условиях следует больше опасаться не недостатка, а избытка этого элемента в рационе, поскольку известно, что избыточное количество элемента отрицательно влияет на обмен кальция, Дальнейшее изучение этого вопроса представляет интерес для общей биологии, ветеринарии, зоотехнии и медицины.
Цель данной работы - изучить взаимодействие макроэлементов на уровне энтерального и внутреннего обмена веществ у быков, при естественном и повышенном уровне магния в рационе
Для достижения поставленной цели планируется решить следующие задачи:
Изучить влияние повышенного уровня магния в рационе на усвоение макроэлементов.
Проследить суточную динамику содержания макроэлементов во фракциях рубцового содержимого.
3. Выявить особенности распределения макроэлементов по фракциям
содержимого разных отделов пищеварительного тракта при нормаль
ном и повышенном уровне магния в рационе животных.
Наши исследования являются составной частью разрабатываемой на кафедре физиологии и биохимии с.-х. животных темы: " Метаболические пути и разработка эффективных способов повышения физиологического воздействия биологически активных веществ (биоэлементов, витаминов, тканевых препаратов, пробиотиков) на организм сельскохозяйственных и промысловых животных", № государственной регистрации - 01930005482.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. 1.1. Современные представления о процессах полостного и пристеночного пищеварения. Для увеличения продуктивности сельскохозяйственных животных наряду с использованием достижений генетики и селекции решающее значение имеет полноценное, научно обоснованное кормление. В основе составления сбалансированных рационов лежит глубокое понимание физиологических процессов пищеварения и обмена веществ у сельскохозяйственных животных. Пищеварение, как известно, представляет собой комплекс происходящих в желудочно-кишечном тракте процессов, которые характеризуются превращением сложных химических веществ, входящих в состав пищи, в простые соединения, способные всасываться в кровь и лимфу. На протяжении последних десятилетий в физиологии пищеварения накопились экспериментальные данные, которые указывали на то, что в организации пищеварительных процессов существенную роль играет формирование энтеральной среды, качественно отличающейся по составу от рациона.
Современная концепция постоянства состава химуса и представления о механизмах, обеспечивающих гомеостазирование состава энтеральной среды, впервые была сформулирована А.Д. Синещековым (1965). Проводя сравнение рациона и химуса по составу и массе питательных основных веществ у сельскохозяйственных, главным образом жвачных животных, А.Д. Синещеков обнаружил, что при различных рационах в 12-перстной кишке формируется среда, состав которой относительно постоянен, особенно в отношении воды и электролитов, и резко отличается от имеющегося состава в рационе. Результаты исследований привели его к выводу о том, что «жидкая часть содержимого двенадцатиперстной кишки - это больше внутренняя, чем внешняя среда организма».
Желудочно-кишечный тракт является тем местом, где происходит соприкосновение внешней и внутренней сред организма. Формирование на уровне 12-перстной кишки среды, близкой по составу к внутренней среде организма, является важнейшим механизмом поддержания постоянства её состава. В этом заключается огромная роль пищеварительной системы, обеспечивающей связь животного организма с внешним миром. Обобщая результаты многолетних исследований, А.Д. Синещеков приходит к выводу, что нарушения постоянства состава химуса, обусловленные длительным несбалансированным питанием или расстройством функций пищеварительных органов, вызывая расстройства обменных процессов, ведут к нарушению постоянства состава внутренней среды и, в конечном счете, к гибели животных.
Пищеварительные и транспортные процессы на поверхности кишечных клеток могут осуществляться, лишь благодаря специальной организации её апикальной плазматической мембраны, которая характеризуется наличием специфических выростов, получивших название микроворсинок (Комисарчик Я.Ю., 1970, Granger В., Baker R.F. 1950). Специальные расчеты показали, что если наличие ворсинок увеличивает пищеварительно-транспортную поверхность тонкой кишки в 8 раз, то, благодаря присутствию микроворсинок, она возрастает в 30-60 раз по сравнению с гладкой мембраной (Уголев A.M., 1967, Wilson Т.Н., 1962). Над поверхностью микроворсинок энтероцитов выступают тонкие, формирующие разветвленную сеть нити толщиной 2,5-5 им, получившие название «гликокаликс» (Bennet H.S. 1959).
Гидролиз и всасывание питательных веществ в желудочно-кишечном тракте представляет собой сложный процесс, осуществление которого обеспечивается кроме общефизиологических закономерностей, ещё и структурой тканей. Методом электронной микроскопии было установлено, что содержащиеся внутри микроворсинок зернистое
вещество образует микроканальцы, через которые возможно всасывание различных веществ (Уголев A.M., 1967; Скородинский З.П., 1968). Усиление потребления кислорода кишечником, морфологические изменения в клетках и изменение электрических потенциалов слизистой оболочки кишечника во время всасывания питательных веществ свидетельствуют об активной деятельности слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта (Файтельберг P.O. 1960).
В результате синтеза идей мембранного пищеварения и трансмембранного переноса нутриентов возникло представление о пищева-рительно-транспортном конвейере, как механизме сопряжения гидролитических и транспортных процессов на поверхности мембраны микроворсинок энтероцитов (Уголев A.M., 1960,1970). Однако мембранный гидролиз у сельскохозяйственных животных начал исследоваться несколько позже, впервые в лаборатории кафедры физиологии Алма-Атинского зооветеринарного института. В проведении исследований участвовали Т.У. Измаилов (1970-1979), Р.М.Сейфулина (1967), Д.У. Жукенов (1973), И.А. Кунтасов (1975), A.M. Муталиев (1983). Было установлено наличие мембранного пищеварения у крупного рогатого скота, овец, верблюдов, лошадей, свиней, а также кур и уток.
Главная роль в теории мембранного пищеварения отводится пристеночному слою кишечного эпителия, основным структурным компонентом которого является слизь, секретируемая бокаловидными экзок-риноцитами и придающая ему вязкость (И.Е.Митин, К.В.Мазо и др., 1984). В литературе прилегающий к поверхности слизистой оболочки тонкой кишки пристеночный слой обозначают как «mucus layer», или «слизистый слой» (Nimmerfall F., Rosentaller J., 1980). В некоторых работах он получил название «слоя слизистых наложений» (Гальперин Ю.М. Лазарев П.И. Иванова Т.З. Руденская М.В., 1982). Иногда его отождествляют с неперемешиваемым водным слоем (Winne D., 1976).
В течение длительного времени пристеночный слой полости желудочно-кишечного тракта рассматривали в основном как защитную систему, предохраняющую кишечный эпителий от механического или химического повреждения со стороны веществ, находящихся в просвете кишки. При этом ведущую роль отводили слизи (К.М.Быков, А.В.Раккиль,1935). По мере изучения состава и свойств кишечной слизи начали складываться представления и о значении пристеночного слоя как диффузионного барьера на пути веществ из просвета кишки к поверхности эпителия (A. Allen et al., 1982; К.Е. Carr et al, 1983; А.И. Морозов, 1988). Считается, что слизь в значительной степени определяет строение и свойства пристеночного слоя и его проницаемость (Гальперин Ю.М., Лазарев П.И. 1986.; Allen A.,et. al.. 1984). Прилегающая к поверхности эпителия слизь представляет собой вязкоэла-стичный водорастворимый гель, 95% которого составляет вода (Allen А., 1983).
Пристеночный слой условно выполняет несколько функций, которые также могут проявляться и в полости желудочно-кишечного тракта. Механическая функция, которая определяется вязкоэластичными и смазывающими свойствами слизи и проявляется в защите эпителия от повреждающего действия пищи и агрессивных факторов внутриполо-стной среды (НС1, пепсин и другие протеазы) (Allen A. et al.,1984). При потреблении грубой пищи секретируется больше слизи (Г.Й.Азимов,1954). При этом, по-видимому, необходимо учитывать, что протекторными свойствами обладает и слизь, находящаяся в составе химуса. Слизь химуса облегчает его продвижение, уменьшая механическое воздействие на поверхность эпителия.
Буферная функция пристеночного слоя заключается также в поддержании или формировании определенного микроклимата, рН, ионной силы и других параметров среды в химусе и на поверхности эпителия.
Показано, что если рН в просвете кишки изменяется от 5,0 до 9,0, то в пристеночном слое проксимального отдела тонкой кишки она составляет 7,08±0,14 , а дистального 6,91±0,14 (C.P.Read,1967). Среди функционально активных включений существенная роль в пристеночном слое принадлежит небелковым компонентам, к которым можно отнести ионы Na+, К+, НСО3', Cu2+ (C.K.Pearson, М.М., Barnes, 1970). В результате в слое формируется градиент рН. Если величина рН химуса в условиях активного пищеварения в тонкой кишке составляет 5,0- 7,0, то вблизи мембраны она может равняться 8,0-9,0 (Е. Kivilaakso, et al. 1984, М. Lucas 1984). Наличие градиента микроионов в пристеночном слое должно приводить к формированию напряженности электрического поля в этом районе, что может иметь отношение к электродиффузии макромолекул (П.И.Лазарев, 1984),
Морфологические исследования 80-х годов прошлого столетия показали, что слой слизистых наложений гетерогенен. Методами световой микроскопии было установлено, что в процессе жизнедеятельности эпителиальный пласт отторгает в слой слизи. Таким же путем в слой слизи поступают ферменты, синтезируемые эпителиоцитами. На поверхности слоя могут адсорбироваться ферменты, растворенные в жидкой фазе энтеральной среды. Показано, что в пристеночном слое содержится широкий спектр ферментов поджелудочной железы (трипсин, хемотрипсин, амилаза, липаза, карбоксипептидаза) и энтероцитов (ди-пептидазы, аминопептидаза, трипептидаза, щелочная фосфатаза, саха-раза, L-глюкозидаза, лактаза и др.) (Руденская М.В. 1981, Ю.М. Гальперин и др. 1982, И.П. Медкова и др. 1983). Сорбция ферментов на слизи может существенно влиять на их распределение в поверхностном слое эпителия, на кинетику и гидролиз всасываемых субстратов и, следовательно, на функцию пристеночных структур. Наряду со структурами, отторгающимися от поверхности слизистой оболочки, в состав слоя
могут входить элементы плотной фазы химуса, которые осаждаются на его люминальной поверхности; хлопья геля, пищевые частицы и растительные волокна. Постоянная секреция слизи и отторжение элементов структур слизистой оболочки, а также постоянное обновление гликока-ликса наращивают слой слизистых наложений со стороны поверхности стенки кишки (Гальперин Ю.М., 1985, 1986 гг.). На внешнюю поверхность пристеночного слоя, граничащую с химусом, непрерывно воздействуют вещества, находящиеся в просвете кишки. В результате этого слизь вместе с другими компонентами пристеночного слоя постоянно отторгается с поверхности эпителия (Л.Н. Бандурко 1983).
Таким образом, на поверхности кишки находится постоянно обновляющийся гетерогенный слой, участвующий в гидролизе и транспорте питательных веществ через кишечный барьер. Условия транспорта определяются физико-химическими свойствами этого слоя и его компонентов. Слизь, секретируемая бокаловидными клетками, не растворяется ни в воде, ни в физиологическом растворе. С физической точки зрения, слизь - вязкоупругий секрет, около 95% веса которого составляет вода. 1% приходится на соли и другие диализуемые компоненты, 0,5—2% составляют в сумме свободные белки, нуклеиновые кислоты и липиды и около 3% составляют муцины (Crepin М., Porchet N., Aubert J., 1990). Электролитный состав слизи напоминает состав сыворотки или желчи, и суммарная концентрация электролитов дает ионную силу около 0,2 М. Свободные белки слизи состоят из двух групп — секретируемых и белков, являющихся продуктами распада «отшелушивающихся» клеток подслизистой оболочки и бактерий, а также продуктами синтеза бактерий (например, нейраминидаза в кишечнике). Состав секретируемых белков также напоминает сыворотку, однако концентрация этих белков в слизи незначительна; основным белком всех ели-
зей является IgA; в кишечной слизи вдобавок много альбумина и присутствуют также разного рода гидролазы.
Слизь - это вязкоупругое вещество; с одной стороны, ей присуще свойство жидкости - она может течь, а с другой, - ей присуще свойство твердого тела, так как она может выдержать определенную нагрузку. (Железная Л .А., 1997). Слизь обладает высокой вязкостью, механическими защитными свойствами, способностью снижать скорость диффузии проходящих через слой веществ, водоудерживающими свойствами, а также сепарирующими свойствами в отношении молекул различной массы (Edwards P.A.W., 1978)
В пищеварительной системе различают две фазы слизистого сектора: (1) первичный секрет -гидрофобный гель, и (2) полостная слизь , которая может быть отмыта от поверхности слизистого слоя, она в основном водорастворима и содержит деградированный липкий слизистый гель (A. Allen, A. Leonard, 1985).
1.2 Эндогенные образования желудочно-кишечного тракта. 1.2.1. Строение и функции слизистых наложений.
Имеющиеся в настоящее время экспериментальные данные убеди
тельно свидетельствуют, что основным компонентом, формирующим
слизь и определяющими её реологические свойства (вязкость, упру
гость), являются глико протеины, несмотря на то, что они составляют
всего несколько процентов от массы слизи. Электронно-
микроскопическими и гидродинамическими методами получены доказательства, что глико протеиды слизи имеют гибкую структуру и протяженную форму в растворе (Harding S. et al. 1983).
Все гликопротеиды слизи характеризуются высоким содержанием углеводов и относительно низким содержанием белка, а также включают липиды. На каждую молекулу интактных глико протеидов прихо-
дится 600-800 углеводных цепочек, в каждую из них могут входить от 2 до 22 молекул моносахаридов (галактоза, фу коза, сиаловая кислота, га-лактозоамин и др.). Количественный и качественный состав Сахаров зависит от вида животных. Белковое ядро гликопротеидов содержит до 50% серина, треонина и пролина от суммы всех аминокислот (А. Allen, 1978).
В настоящее время выделены гликопротеины из слизи тонкой кишки свиньи (Mantle М, 1978, 1981) крысы (Fahim R.E.F., 1979; Forsthner J.F., 1973) и человека (Forsthner J.F. et al. 1979; Jabbal I., Kells D.I.C. et al. 1979; Robertson A.M., et al. 1989; Wesley A., 1985), однако охарактеризованы они не полностью.
Согласно результатам механической спектрометрии (Sellers L.A. et al. 1983) гликопротеины слизи тонкой кишки свиньи обладают высокой характеристической вязкостью, которая возрастает по мере очистки гликопротеинов от белков и достигает величины порядка 500 мг/мл для очищенных гликопротеинов. При концентрации 10-12 мг/мл, близкой к концентрации гликопротеинов в нативной слизи, они образуют гель, по реологическим свойствам (вязкость, упругость) сходный с нативной слизью. Таким образом, структура слизи тонкой кишки формируется собственно гликопротеинами, а нековалентно связанные с гликопро-теинами белки, по-видимому, лишь модулируют свойства слизи.
Молекулярная масса гликопротеиновой молекулы, определенная на основе константы седиментации и коэффициента диффузии, составляет 1,72 106; на долю углеводов приходится около 77% массы молекулы, 21% составляют белки и около 3% - сульфаты (Mantle М., Allen А.А. 1981). Углеводный состав гликопротеинов слизи тонкой кишки сходен с углеводным составом гликопротеинов других слизей. Он представлен N-ацетил галактозам ином, N-ацетилглюкозамином, галактозой, фукозой и сиаловыми кислотами. Гликопротеины содержат
большое количество отрицательно заряженных групп, представленных сиаловыми кислотами и сульфатами. Анализ относительного содержания различных Сахаров и ряд других экспериментальных данных указывают на то, что сахара образуют разветвленные олигосахаридные цепочки, состоящие из 6 - 8 моносахаридных звеньев. Исходя из состава Сахаров и общего количества углеводов в молекуле, можно рассчитать, что на одну молекулу приходится не менее 600 таких цепочек! Все цепочки связаны с белком х 0-гликозидной связью, которая образуется между N-ацетилгалактозамином и ги дроке ильной группой серина или треонина. Наличие в гликопротеиновой молекуле большого количества олигосахаридных цепочек и их связывание только с серином и треонином приводят к тому, что аминокислотный состав белка, входящего в гликопротеиновую молекулу, имеет характерную особенность. Серин, треонин и пролин составляют до 52% от всего количества аминокислот, составляющих белок молекулы (Mantle М., Allen А. 1981, Carlson D.M., 1977). Предполагается, что большое количество пролина необходимо для формирования растянутой конфигурации полипептидной цепи, так как известно, что пролин препятствует сворачиванию полипептидной цепи в спираль. Помимо этой особенности, связанной с наличием большого количества олигосахаридных цепочек, аминокислотный состав гликопротеиновой молекулы обладает еще двумя особенностями: во-первых, он представлен значительно большим по сравнению с обычными глобулярными белками количеством таких аминокислот, как аспарагиновая и глутаминовая кислоты, валин, глицин и лейцин; во-вторых, в белке присутствует большое количество остатков цистеина -130 на молекулу, 56 из которых образуют между собой S - S-связи (ди-сульфидные мостики) (Mantle М., Allen А. 1979).
Биохимические данные продемонстрировали субъединичное строение гликопротеиновой молекулы и позволили высказать предпо-
ложение о форме "гликозилированной" субъединицы (Allen A., et al. 1984, Bloomfield V.A. 1983). Гликозилированную субъединицу можно представить как ёршик для мытья бутылок длиной около 200 нм: стержнем ёршика является вытянутый белок, а щетинками - олигосаха-ридные цепочки (Allen А. 1981,1983).
1.2.2. Роль плотной эндогенной фракции в полостном гидролизе.
Главным и неожиданным результатом морфологических исследований химуса явилось то, что пищевые частицы и растительные волокна составляют не более 30% от объема его плотной фракции, тогда как основная её часть состоит из рыхлых структур, которые не идентифицируются с экзогенными компонентами химуса. Большую часть этих структур составляют хлопья разной величины, беловатые скопления частиц, которые при встряхивании легко распадаются, а при стоянии образуют крупные скопления, оседающие в виде рыхлого осадка. Морфологическая характеристика хлопьев и отношение её к другим компонентам химуса меняется как на протяжении процесса активного пищеварения, так и по мере продвижения по кишке. В ранние сроки (30-60 мин от начала пищеварения) хлопья дуоденального химуса, осаждаясь, образуют агломераты, в состав которых включаются пищевые частицы. По мере увеличения срока от начала пищеварения и продвижения химуса по кишке связь между этими флокулярными структурами и пищевыми частицами становится все более прочной и переваривание пищевых частиц происходит в объеме окружающих их флокулярных структур. В результате образования агломератов пищевые частицы утрачивают свою автономию: извлечь их из объема химуса удается только вместе с окружающими их флокулами. Для выяснения вопроса о том, являются ли обнаруженные флокулярные структуры продуктами переваривания пищевых частиц или эндогенными компонентами химуса,
исследовались пробы содержимого тощей кишки, взятые в период голодной периодической активности. При этом установлено, что в плотной фракции, осаждающейся при центрифугировании содержимого 12-перстной кишки, хотя и в значительно меньшем количестве, содержатся хлопья, которые ни по структуре, ни по величине не отличаются от аналогичных структур, выделяемых из химуса накормленного животного. Итак, результаты морфологических исследований показали, что наряду с пищевыми частицами в состав нативного химуса входят фло-кулярные структуры геля эндогенного происхождения, которые составляют более 70% объема его плотной фазы. В целом структура химуса может быть охарактеризована следующим образом: в жидкой фазе, составляющей около 80% его объема, которая представляет собой золь, содержащий электролиты, взвешены агломераты, которые представляют собой пышные флокулярные гелевые структуры, включающие в свой объем более плотные элементы- пищевые частицы и растительные волокна (Гальперин Ю.М., Лазарев П.И. 1986).
В результате модельных экспериментов было обнаружено, что появление фл окулярных г елевых структур при слиянии кислого желудочного (рН 1,8-2,2) и слабощелочного дуоденального (рН 7,1-7,6) содержимого есть следствие образования коацервата, представляющего систему двух фаз - гелевой и золевой, находящихся в равновесии (Carlstedt I. et al., 1983). Обнаруженные в нативном химусе флокулярные структуры геля, составляющие около 70% объема плотной фазы химуса, являются коацерватными хлопьями, образующимися в результате быстро возникающих изменений рН энтеральной среды при закислении её желудочным содержимым. Таким образом, в полости кишечника обнаружена новая реакционная зона, получившая название плотной эндогенной фракции химуса, которая не имеет четко выраженной границы с пристеночным слоем слизистых наложений.
Полученные В.И. Георгиевским и Е.П. Поляковой (1986, 1990, 1995) данные свидетельствуют о том, что основной объём химуса представлен именно плотной эндогенной фракцией. Основу плотной эндогенной фракции у птиц и крупного рогатого скота составляет слизь, которая в нативном состоянии вследствие гидратации увеличивает свой объём в несколько раз, чего не происходит с пищевыми частицами. Сухая же масса плотной эндогенной фракции в кишечнике цыплят увеличивается в каудальном направлении и составляет: в дуоденуме 2-3%, в тощей кишке 2-6%, в подвздошной 9-10%, в прямой 8-16% от сухой массы всех структур и фракций. Аналогичные данные получены и у жвачных - в рубце, сетке, книжке и сычуге 62-70 %, в двенадцатиперстной и в начале тощей кишок этот показатель резко снижается до 18-23 и 8 %, в толстом отделе кишечника 52-62%.
В состав плотной фазы химуса входит плотная часть кишечного сока, в состав которой включены клетки кишечного эпителия, отторгающиеся от эпителиального пласта, расположенного на поверхности ворсинок (Руденская М.В. 1976). Степень интенсивности отторжения эпи-телиоцитов характеризует тот факт, что смена всего эпителиального пласта люминальной поверхности тонкой кишки осуществляется за 2-3 дня. При этом у человека масса отторгающихся эпителиоцитов составляет 200 - 250 г ежесуточно (Berraianfry F.D., 1958).
По данным, имеющимся в литературе, основными компонентами, вырабатываемыми клетками эпителия поверхности пищеварительного тракта и секреторных желез, способными к гелеобразованию при изменениях характеристик раствора, являются гликопротеины (Cochran W., Crick F., 1952), которые и определяют структуру флокул. Морфологическое исследование плотной фазы химуса в процессе пищеварения позволило обнаружить ускорение переваривания пищевых частиц, находящихся в объёме флокулярных структур, по сравнению с частицами,
взвешенными в жидкой фазе. Согласно литературным данным, образующиеся структуры геля являются носителями гидролитических ферментов, в частности амилазы (Моравец Г. 1967) , липазы (Медкова И. Л. и др. 1983, Азаров Я.Б., 1990), щелочной фосфатазы (Бернавская Е.П. и др. 1984) , кислой фосфатазы (Cornell H.J., Rolles C.J. 1978) и протеоли-тических ферментов (Гальперин Ю.М. и др. 1988). Обнаружение в кишечной слизи активных ферментов позволяет считать её важным отделом в системе пищеварительно-транспортного конвейера, в котором завершается гидролиз питательных веществ перед их попаданием в область щёточной каймы энтероцитов.
Представляет интерес сравнение состава гликопротеинов пристеночной и полостной слизи. В опытах на собаках было показано, что основные характеристики очищенного гликопротеина полостной слизи полностью соответствуют характеристикам гликопротеина пристеночной слизи того же отдела. Структурной основой плотной фазы кишечного секрета являются отторгнутые эпителиоциты и слизистый гель. Благодаря межмолекулярному взаимодействию между олигосахарид-ными цепочками гликоконъюгатов гликокаликса и пристеночной слизи связь между ними должна быть достаточно прочной. Вероятно, одним из механизмов перехода пристеночной слизи кишечника в полость является десквамация эпителиоцитов, увлекающих за собой сопредельный слой слизи и в результате постоянного обновления слоя слизистых наложений попадающих в полость. По-видимому, большое значение имеет то обстоятельство, что состав гелеобразной полостной слизи отражает состав пристеночной слизи. Это может оказаться очень полезным в области диагностики и изучения патогенеза некоторых заболеваний. Еще в 1978 г Шрегер и Оутс (1978) отмечали, что до сих пор новообразования в желудочно-кишечном тракте классифицируют по их морфологическим свойствам, но в будущем классификацию
можно будет проводить по составу их гликопротеинов. Применение аналитических методик для количественной и структурной характеристики гликопротеинов может стать методом диагностики врожденных и приобретенных дефектов и опухолей, а также поиска эффективных фармакологических препаратов, действующих на синтез гликопротеинов (Gad А. 1981).
Таким образом, полостная слизь выполняет не только протекторную и защитную роль, но и, благодаря специфическому строению гли-копротеидов, является важным структурным компонентом химуса, обеспечивающим гомеостазирование энтеральной среды.
1.2.3. Взаимодействие эндогенных структур энтеральной среды с минеральными веществами.
Обычно говоря о гомеостазе живой системы, подразумевают гомеостаз внутренней среды организма, понимая под этим в первую очередь, поддержание в определенных пределах состава крови и клеточного содержимого. Одна из первых формулировок понятия гомеостаза была сделана в 1932 году (Cennon W. 1932). В следующие годы понятие гомеостаза было пересмотрено и включило в себя также и сами процессы, поддерживающие постоянство внутренней среды. Кроме того, подвергалось критике понятие «постоянство внутренней среды» поскольку, в действительности, речь идет о стабильности циклических процессов, протекающих в живом организме. В то же время, до последнего времени говоря о роли ЖКТ в гомеостазе, имели в виду только барьерную функцию эпителия кишечника, корректирующую состав среды, поступающей во внутреннюю среду организма (Кассиль Г.Н. 1983).
Впервые данные о гомеостазировании состава энтеральной среды появились в 1965 году (Синещеков А, Д. 1965). В конце 70-х годов Гальперин Ю.М. с сотрудниками обратил внимание на механизмы го-
меостазирования содержимого ЖКТ и на его роль в общей системе го-меостаза организма (Попова Т.С. и др. 1979, Азаров Я.Б. и др. 1984, Гальперин Ю.М., Лазарев П.И. 1986)
Гомеостазирование энтеральной среды подразумевает в первую очередь, химус такого состава (как по химическому, так и по структурному принципу) который обеспечивал бы оптимальное пополнение внутренней среды нутриентами. В работах Гальперина Ю.М., Лазарева П.И. (1986) было показано, что процессы гомеостатирования химуса, в первую очередь, направлены на создание электролитного состава и поддержания осмотичности, подобно составу крови. Основную роль в процессе гомеостазирования играют желудок и 12-перстная кишка, в которых происходит разбавление энтерального содержимого секретами поджелудочной железы, кишечника и желчью. (Гальперин Ю.М., Попова Т.С. 1979). Кроме того, в работе Поповой Т.С. и др. (1983) указывается на роль эвакуаторной функции желудка и кишечника в регуляции всасывания из тонкой кишки. Гомеостазирование химуса происходит поэтапно, начиная с желудка, и к моменту активного всасывания диапазон изменения концентрации компонентов химуса изменяется в 3-8 раз, по сравнению с рационом (Гальперин A.M. и др. 1985). Аналогичные изменения касаются рН химуса и осмотичности. В работе Shi X. et al. (1994) показана стабилизация осмотичности смеси по мере продвижения вдоль кишечника и отсутствие корреляции между осмо-тичностью химуса и величиной всасывающегося потока воды, в то время как, потоки воды, глюкозы и натрия коррелировали между собой.
Процессы гомеостатирования связаны в первую очередь, с эндогенной водой, поступающей в химус из внутренней среды и разбавляющей содержимое кишечника в необходимой пропорции. Однако обмен воды в пищеварительном тракте тесно взаимосвязан с минеральными веществами, поступающими с кормом и экскретируемыми в полость
ЖКТ. Роль макро- и микроэлементов заключается в поддержании определенного осмотического давления кислотно-щелочного равновесия, а также определенным образом влияют на коллоидное состояние высокомолекулярных органических соединений. Несмотря на то, что минеральные вещества и их кислоты составляют всего 1% слизистого секрета, их взаимосвязь с компонентами плотной фазы химуса имеет большое значение в процессах пищеварения. Имеющиеся в литературе данные о взаимодействии минеральных веществ с высокомолекулярными органическими соединениями касаются, прежде всего, белков переносчиков и связано с транспортом через слой слизистых наложений и слой энтероцитов. В то же время данные о том, как макро- и микроэлементы взаимодействуют с гликопротеидами, практически отсутствуют.
Наличие сиаловых кислот, имеющих достаточно большие рК, а также сульфатных группировок у галактозы и N-ацетилглюкозамина (Hablek Н. 1984, Pearson С.К. et at. 1982) приводит, к образованию фиксированного заряда, величина которого зависит от значений рН в слизи. Ионная сила свободного электролита в слизи при физиологических условиях колеблется в диапазоне 10 - 100 мм и, таким образом, толщина ионной атмосферы (дебаевская длина) имеет порядок от 1 А до 4 А. По данным рентгенографии СОО— группы в достаточной степени экранированы содержащимся в слизи свободным электролитом. Свойства муцинов могут легко меняться при изменении рН, ионной силы и других факторов окружающей их среды, что будет приводить к изменению свойств структурированного пространства (Zhelesnaya L.A., Denisova Е.А. 1992).
Утверждается, что для ионов Na+, Са2+, Fe3+ существуют два различных центра связывания, обладающие различными концентрациями и достоверно различающимися константами связывания (Growther R.S., Marriot S. 1984), при этом ион Са способен образовывать комплексные
соединения, связывая несколько функциональных групп. Однако нельзя считать окончательно установленным факт связывания Са именно с СОО'-группами, так как данные по связыванию кальция с гликопротеи-дами, предварительно инкубированными с нейраминидазой, показывают лишь слабое уменьшение количества связанного кальция по сравнению со связыванием с нативными гликопротеидами. Сорбционные свойства слизи могут проявляться для других макро- и микроэлементов. Полученные В.И. Георгиевским, Е.П. Поляковой и др. (1990) данные показали, что плотная эндогенная фракция химуса в значительном количестве кумулирует марганец, цинк, медь, железо и кальций. Их содержание в плотной эндогенной фракции составляет соответственно 70, 50 и 45 % общего содержания элементов в химусе. По мнению Е.П. Поляковой и др. (1990,1996) катионы, имеющие сродство к мукополи-сахаридам, участвуют в структурировании химуса через плотную эндогенную фракцию. Это, несомненно, имеет большое значение в процессах полостного гидролиза и транспорта нутриентов к апикальной поверхности энтероцитов. Согласно Bremner I. (1980), цинк и марганец в содержимом желудка, тощей и подвздошной кишки овец образуют протеине вязы вающие комплексы с молекулярной массой от 2600 до 100000 дальтон. Показано также, что в содержимом тонкого кишечника крыс присутствуют низко- и высокомолекулярные вещества, обладающие способностью связывать определенное количество радиоактивного железа (Huncerford D.M, 1983). На способность гликопротеиновых молекул слизи, имеющих разветвленные боковые углеводные цепи с многочисленными отрицательно заряженными группами, связывать значи-тельные количества Са указывали Бауман В.К., и др. (1978), Forstner J.F., Forstner C.G. (1975), Crowther R.S., Marriott С. (1984).
Интересными являются данные, из которых следует, что связывание кальция гликопротеидами приводит к уменьшению растворимости
слизи (Forsthner J.F., et al. 1977). Также установлено, что при некотором значении концентрации Са2+ достигается максимальное число кальциевых мостиков в молекуле гликопротеида, а при увеличении и при уменьшении концентрации Са + число солевых мостиков уменьшается. Уменьшение числа мостиков при увеличении концентрации Са2+ объясняется конкуренцией за СОО'- группы. (Bell А.Е., et al. 1985, Growther R-S.,MarriotS. 1984).
Таким образом, движение субстратов в полости пищеварительного тракта можно представить как их транспорт в гликопротеидном слое высокой сорбционной ёмкости посредством подвижных переносчиков, слабо взаимодействующих со структурными компонентами слизи. При этом структурным компонентам слизи отводится роль ионообменного, избирательного фильтра с гетерогенными по селективности связывания центрами.
1.3. Биологическая роль магния и его участие в обмене других
минеральных веществ Магний относится к тем элементам, которые встречаются во всем организме животного. Однако обмен магния не стал предметом изучения в такой степени, как обмен некоторых других элементов, имеющих большое значение для жизни. Это явилось следствием того, что редко наблюдались паталогические явления, вызванные недостатком или избытком магния в пище.
Магний щелочноземельный элемент, составляющий по массе 2,35% земной коры. В природе встречается в виде карбонатов (магне-3HT-MgC03, доломит-MgCOj-CaCOj), силикатов (оливин^М^е^ЮД сульфатов (KH3epHT-MgS04 Н2О). Всего насчитывается более 200 минералов, содержащих магний. Магний является необходимым компонентом растительных и животных организмов. Из растительных кормов
наиболее богаты магнием отруби, жмыхи, шроты (4-8 мг на 1кг сухого вещества). В сене содержится в среднем 2-3 мг, в траве 2 мг магния в 1 кг сухого вещества.
Содержание магния в тканях зависит от поступления его в организм с кормом, от интенсивности обмена и состояния центральной нервной, гуморальной и выделительной систем. По данным Капланско-го С. Я. (1938), Aikawa J.K. (1965), магний депонируется в основном в костной ткани (30-190 мг%) и в коже (20-30 мг%). Из других тканей крупного рогатого скота и свиней значительное количество магния содержат скелетная мускулатура (24-28 мг%), головной мозг (23-41 мг%), спинной мозг (48 мг%). В остальных тканях млекопитающих концентрация магния колеблется в пределах от 5 до 21 мг%. В костях ионы магния сосредоточены в гидратной оболочке кристаллов и, возможно, на их поверхности. Поверхностные ионы связаны слабо и могут быть удалены путём десорбции или гетерогенного обмена (Е.Н. Слесарева, 1965).
В крови магний содержится в двух формах ионизированной и связанной с белками, главным образом с альбуминами, причем обе фракции находятся в динамическом равновесии (Ю.К. Олль, 1967), В работающих органах, где происходит усиленный гликолиз, обмен магния между клеткой и окружающей средой происходит более интенсивно. Высказывается предположение, что внутриклеточный магний содержится в двух формах: быстро обменивающейся и медленно обменивающейся (Mac Intyre I., 1983).
Магний всасывается главным образом в тонком отделе кишечника. Наилучшие условия для его всасывания имеются в желудке и двенадцатиперстной кишке, так как в кислой среде от 80 до 100 % Mg находится в ультрафильтрующейся форме; в дистальных же отделах кишечника магний преимущественно находится в форме, неспособной к
ультрафильтрации (Хенниг А., 1976, Poncelent L, 1983). У молодых животных интенсивность видимого всасывания магния составляет 40%, а у взрослых только 20%. По данным Smith R.H. (1959) 25-40 % магния, входящего в рацион, всасывается в толстом отделе кишечника. У телят старше 2-4-недельного возраста способность этого отдела кишечника всасывать магний снижается.
Выделение эндогенного магния с калом невелико. Имеются сведения, что в расчете на 1кг массы тела в среднем экскретируется 3,5 мг у телят и 1,5 мг магния у коров (A.D. Саге, 1963). По-видимому, главным каналом выведения метаболического магния из организма являются почки. В ранних исследованиях М.И. Дьякова (1947) было установлено, что с мочой в течении суток выделяется 6,4-9 мг магния в расчете на 1кг массы тела. При скармливании сухостойным коровам синтетических рационов с добавками различных солей магния выведение элемента с мочой в среднем составляет 5,7 г в сутки (Stony J.E., 1963). В зимний период, при силосно-корнеплодном типе кормления, магния с мочой выделялось 5,26-7,63 г (Поцелуйко Н.П., 1972). У овец увеличение количества магния до 2 г/сутки, введенного в 12-ти перстную кишку, не приводило к повышению магния в плазме крови, а выведение с мочой и всасывание увеличивалось в линейной зависимости (Field A.S.1978)
Физиологическое значение магния заключается в том, что в клетках его ионы участвуют в межуточном метаболизме как специфические активаторы или кофакторы ряда ферментных систем. В частности он является активатором ферментов, переносящих фосфорные группы в обменных реакциях, например аденилатциклазы (Colowik S.P. et al.,1943) и креатинфосфокиназы (Kuby S.A et al., 1954). В митохондриях клеток ионы магния участвуют в процессах окислительного фосфори-лирования, активируя аденозинтрифосфатазу (Bemfeld P. et al.,1953). Им активируются также карбоксилаза (Green D.E. et al., 1941) и окси-
даза пировиноградной кислоты (Hager L.P. et al., 1954), которые участвуют в реакциях цикла Кребса. Важную роль магний играет в обмене нуклеиновых кислот и нуклеотидов. Он активирует полинуклеазу, рибонуклеазу и дезоксирибонуклеазу (Brummond D.O., 1957; Dawidson J.N., 1953; Kunitz М,, 1948). Высказывается мнение, что ряд вышеуказанных ферментов представляют собой магнийпротеиновые комплексы (Балаховский С.Д., Балаховский И.С., 1953).
В мышцах магний участвует в соединении актина с миозином, образуя активный магний-белковый комплекс (СИ. Афонский, 1959). Магний входит в комплекс миозина и АТФ, выполняя роль своеобразного мостика между этими веществами, и активирует распад макро-эргических связей АТФ. Ионы магния принимают активное участие в окислительном фосфорилировании. Они активируют включение фосфора в его органические соединения и стимулируют образование аде-нозинтрифосфорной кислоты (Scossa I., Pinchot, 1963). Согласно Ко-ротковой Н.П. и. Игнатович А.В (1961), магний активирует процесс биосинтеза протеинов и выработку антител. Он также необходим для нормальной жизнедеятельности рубцовой микрофлоры у жвачных, являясь, по мнению Ярнова А.А. (1987), активатором её ферментов.
Потребность в магнии для птиц составляет от 0,4 до 0,5 г/кг сухого вещества корма. Растущему молодняку недостаточность по магнию практически не угрожает. Явление дефицита магния отмечены в опытах при содержании 0,09 г на 1кг корма (H.Gurtler,1971). Результаты, полученные Л.В. Ба-бышевой (1986) показывают, что оптимальная потребность цыплят-бройлеров в магнии при скармливании им полусинтетического рациона составляет 1000-2000 мг/кг корма, а граница толерантности организма к уровню макроэлемента находится в пределах 4000-6000 мг/кг. Потребность растущего крупного рогатого скота в магнии по данным А.П. Дмитрочен-ко (1968) составляет 6,65 мг/сутки при приросте 0,33 кг/сутки и 7,95
мг/сутки при привесе 1кг. Исследования, проведенные Кальницким Б.Д. (1985) выявили, что при введении в рацион коров 1,5 г магния на 1 кг сухого вещества корма в сутки в период сухостоя, потребность животных в этом элементе не обеспечивается, а увеличение уровня содержания до 1,8 г приводило к положительному балансу. В период лактации коровам требуется 2,0-2,6 г магния на 1 кг сухого вещества рациона.
Низкое содержание магния в рационе, по тем или иным причинам, влечет за собой истощение резервов магния в организме и развивающуюся гипомагнезию, которая в тяжелых случаях может закончиться тетанией, В экспериментах с помощью радиоактивного магния (Mg28) и кинетического анализа было установлено, что в организме животных имеется определённое количество элемента 70-75г, с относительно высокой скоростью обновления (Simesen M.G. et all965,1972). Учитывая эндогенные потери элемента из организма» имеющихся запасов магния может хватить всего на 2-3 недели.
Ранние стадии недостаточности проявляются в расширении периферических сосудов, гиперемии и повышенной частоте пульса; для дальнейшего течения типичны поражения кожи и обычно отчетливое снижение уровня сывороточного магния (Хенниг А. ,1976).
Явления "хронической" недостаточности по магнию у молочных коров были описаны впервые австралийскими учеными Onderscheka К. et al. (1967). Пастбищная тетания, связанна с гипомагниемией, появляется чаще весной после выгона скота на пастбище. Тетания сопровождается дисфункцией пищеварительного тракта: диареей, энтеритом с выделением 50% не переваренного корма (Seekles L., 1958). Кишечные яды оказывают воздействие на физиологический механизм, регулирующий содержание магния в крови. У взрослых жвачных гипомаг-ниемия (пастбищная тетания) не является типичным проявлением маг-
ниевого дефицита. Одной из причин возникновения заболевания считают избыток калия, особенно при больших дозах удобрения. Для профилактики гипомагниемии Simpson К. et al. (1958) предлагает ежедневно скармливать животным минеральную смесь, содержащую 20 % окиси магния в дозах: крупному рогатому скоту по 113 г, овцам 14-28 г. В профилактических целях при появлении тетании нужно давать коровам по 50 г окиси магния в день.
Стоит отметить, что жвачные животные лучше переносят избыток магния в рационе, чем животные с однокамерным желудком. Большие дозы магния вызывают понос и снижают потребление корма, способствуют образованию камней. Введение в рацион свиней окиси магния способствовало улучшению абсорбции в организме натрия и калия, причем их концентрация в крови опытных животных была ниже, чем в контроле (Gunter K.-D., Mohme Н., 1985) В производственных условиях вредное влияние магния не является значительным. Определенный интерес представляет взаимодействие магния с другими минеральными элементами. Нередко во многих биологических реакциях магний конкурирует или взаимодействует с ними. Магний, как обычный активатор многих ферментов, действующих на фосфорилированные субстраты, почти во всех случаях может быть заменён марганцем, однако другие металлы его обычно заменить не могут (Dawson R.M.C., 1956). Также магний тормозит действие аденозинтрифосфотазы миозина, активатором которого служит кальций (Bernfeld P. et al.,1953). В некоторых случаях обнаружено, что ионы железа в присутствии магния действуют как активаторы, но обычно сами по себе они не являются активаторами (SticklandL.H., 1949).
Широко известно существование антагонизма между магнием и кальцием. После изучения антагонизма между Са и Mg в питании растений было допущено существование этого антагонизма в питании жи-
вотных. Основанием для этого допущения послужили опыты, при которых поступление магния через рот привело к увеличенному выделению кальция. У собак и кроликов при вспрыскивании под кожу соли магния обнаружили повышенное выделение с мочой кальция (Линцель В. 1935).
Выделение кальция в большинстве случаев вызывает уксуснокислый магий, меньше углекислый и сернокислый магний. Поэтому антагонистическое действие магний-кальций нельзя приписывать одному только иону магния; по-видимому, особое значение имеет также характер той соли, которую применяют. При скармливании хлористого магния Малькольм (Malcolm, 1930) обнаружил у собак незначительное повышение выделения кальция, в то время как хлористый и сернокислый магний, даваемые через рот, вызывают повышенное выделение кальция через кишки и почки.
Повышение уровня магния в рационе у жвачных животных также оказывает влияние на обмен кальция. В опытах на бычках сименталь-ской породы установлено, что на рационе с высоким уровнем магния (0,27%),снижалось абсолютное и относительное отложение кальция в теле (Чавкина Л.И., Басалина Л.А., 1989). При скармливании ягнятам окиси магния наблюдали высокую абсорбцию кальция в желудке и секрецию в кишечнике, при этом в плазме крови повышалась концентрация магния, калия и фосфора (Rahnema S.H., Fontenot J.P., 1983). Выявлено влияние магния и на обмен кальция в сложном желудке крупного рогатого скота. При введении в рубец хлорида магния в количестве 5, 10 и 20 мг Mg/ЮОмл в течении Зч снижалось всасывание кальция на 20, 30 и 70% от контроля, соответственно (Timet D., Stojevic1 Z„, 1982). Введение сернокислого магния у КРС в целом ухудшает баланс кальция (Waterman D.F., Swenson Т. S., 1991)
Изменение обмена одного из двухвалентных катионов обычно сопровождается изменением метаболизма другого. Известно, что магниевая недостаточность часто приводит к усиленной задержке кальция в организме за счет снижения его экскреции с мочой и увеличением всасывания в кишечнике. (Smith W.O., et al. 1962; Alcock N., 1962). Ha основании этих наблюдений выдвинута гипотеза об общей системе транспорта кальция и магния, как в клетках кишечника, так и в клетках почечных канальцев. В пользу данного факта свидетельствует участие паратгормона и кальцитонина, альдостерона в регуляции обмена магния (Саге А., 1967).
Строение и функции слизистых наложений
Имеющиеся в настоящее время экспериментальные данные убеди тельно свидетельствуют, что основным компонентом, формирующим слизь и определяющими её реологические свойства (вязкость, упру гость), являются глико протеины, несмотря на то, что они составляют всего несколько процентов от массы слизи. Электронно микроскопическими и гидродинамическими методами получены доказательства, что глико протеиды слизи имеют гибкую структуру и протяженную форму в растворе (Harding S. et al. 1983). Все гликопротеиды слизи характеризуются высоким содержанием углеводов и относительно низким содержанием белка, а также включают липиды. На каждую молекулу интактных глико протеидов приходится 600-800 углеводных цепочек, в каждую из них могут входить от 2 до 22 молекул моносахаридов (галактоза, фу коза, сиаловая кислота, га-лактозоамин и др.). Количественный и качественный состав Сахаров зависит от вида животных. Белковое ядро гликопротеидов содержит до 50% серина, треонина и пролина от суммы всех аминокислот (А. Allen, 1978).
В настоящее время выделены гликопротеины из слизи тонкой кишки свиньи (Mantle М, 1978, 1981) крысы (Fahim R.E.F., 1979; Forsthner J.F., 1973) и человека (Forsthner J.F. et al. 1979; Jabbal I., Kells D.I.C. et al. 1979; Robertson A.M., et al. 1989; Wesley A., 1985), однако охарактеризованы они не полностью.
Согласно результатам механической спектрометрии (Sellers L.A. et al. 1983) гликопротеины слизи тонкой кишки свиньи обладают высокой характеристической вязкостью, которая возрастает по мере очистки гликопротеинов от белков и достигает величины порядка 500 мг/мл для очищенных гликопротеинов. При концентрации 10-12 мг/мл, близкой к концентрации гликопротеинов в нативной слизи, они образуют гель, по реологическим свойствам (вязкость, упругость) сходный с нативной слизью. Таким образом, структура слизи тонкой кишки формируется собственно гликопротеинами, а нековалентно связанные с гликопро-теинами белки, по-видимому, лишь модулируют свойства слизи.
Молекулярная масса гликопротеиновой молекулы, определенная на основе константы седиментации и коэффициента диффузии, составляет 1,72 106; на долю углеводов приходится около 77% массы молекулы, 21% составляют белки и около 3% - сульфаты (Mantle М., Allen А.А. 1981). Углеводный состав гликопротеинов слизи тонкой кишки сходен с углеводным составом гликопротеинов других слизей. Он представлен N-ацетил галактозам ином, N-ацетилглюкозамином, галактозой, фукозой и сиаловыми кислотами. Гликопротеины содержат большое количество отрицательно заряженных групп, представленных сиаловыми кислотами и сульфатами. Анализ относительного содержания различных Сахаров и ряд других экспериментальных данных указывают на то, что сахара образуют разветвленные олигосахаридные цепочки, состоящие из 6 - 8 моносахаридных звеньев. Исходя из состава Сахаров и общего количества углеводов в молекуле, можно рассчитать, что на одну молекулу приходится не менее 600 таких цепочек! Все цепочки связаны с белком х 0-гликозидной связью, которая образуется между N-ацетилгалактозамином и ги дроке ильной группой серина или треонина. Наличие в гликопротеиновой молекуле большого количества олигосахаридных цепочек и их связывание только с серином и треонином приводят к тому, что аминокислотный состав белка, входящего в гликопротеиновую молекулу, имеет характерную особенность. Серин, треонин и пролин составляют до 52% от всего количества аминокислот, составляющих белок молекулы (Mantle М., Allen А. 1981, Carlson D.M., 1977). Предполагается, что большое количество пролина необходимо для формирования растянутой конфигурации полипептидной цепи, так как известно, что пролин препятствует сворачиванию полипептидной цепи в спираль. Помимо этой особенности, связанной с наличием большого количества олигосахаридных цепочек, аминокислотный состав гликопротеиновой молекулы обладает еще двумя особенностями: во-первых, он представлен значительно большим по сравнению с обычными глобулярными белками количеством таких аминокислот, как аспарагиновая и глутаминовая кислоты, валин, глицин и лейцин; во-вторых, в белке присутствует большое количество остатков цистеина -130 на молекулу, 56 из которых образуют между собой S - S-связи (ди-сульфидные мостики) (Mantle М., Allen А. 1979).
Биохимические данные продемонстрировали субъединичное строение гликопротеиновой молекулы и позволили высказать предположение о форме "гликозилированной" субъединицы (Allen A., et al. 1984, Bloomfield V.A. 1983). Гликозилированную субъединицу можно представить как ёршик для мытья бутылок длиной около 200 нм: стержнем ёршика является вытянутый белок, а щетинками - олигосаха-ридные цепочки (Allen А. 1981,1983).
Биологическая роль магния и его участие в обмене других минеральных веществ
Магний относится к тем элементам, которые встречаются во всем организме животного. Однако обмен магния не стал предметом изучения в такой степени, как обмен некоторых других элементов, имеющих большое значение для жизни. Это явилось следствием того, что редко наблюдались паталогические явления, вызванные недостатком или избытком магния в пище.
Магний щелочноземельный элемент, составляющий по массе 2,35% земной коры. В природе встречается в виде карбонатов (магне-3HT-MgC03, доломит-MgCOj-CaCOj), силикатов (оливин М е ЮД сульфатов (KH3epHT-MgS04 Н2О). Всего насчитывается более 200 минералов, содержащих магний. Магний является необходимым компонентом растительных и животных организмов. Из растительных кормов наиболее богаты магнием отруби, жмыхи, шроты (4-8 мг на 1кг сухого вещества). В сене содержится в среднем 2-3 мг, в траве 2 мг магния в 1 кг сухого вещества.
Содержание магния в тканях зависит от поступления его в организм с кормом, от интенсивности обмена и состояния центральной нервной, гуморальной и выделительной систем. По данным Капланско-го С. Я. (1938), Aikawa J.K. (1965), магний депонируется в основном в костной ткани (30-190 мг%) и в коже (20-30 мг%). Из других тканей крупного рогатого скота и свиней значительное количество магния содержат скелетная мускулатура (24-28 мг%), головной мозг (23-41 мг%), спинной мозг (48 мг%). В остальных тканях млекопитающих концентрация магния колеблется в пределах от 5 до 21 мг%. В костях ионы магния сосредоточены в гидратной оболочке кристаллов и, возможно, на их поверхности. Поверхностные ионы связаны слабо и могут быть удалены путём десорбции или гетерогенного обмена (Е.Н. Слесарева, 1965).
В крови магний содержится в двух формах ионизированной и связанной с белками, главным образом с альбуминами, причем обе фракции находятся в динамическом равновесии (Ю.К. Олль, 1967), В работающих органах, где происходит усиленный гликолиз, обмен магния между клеткой и окружающей средой происходит более интенсивно. Высказывается предположение, что внутриклеточный магний содержится в двух формах: быстро обменивающейся и медленно обменивающейся (Mac Intyre I., 1983).
Магний всасывается главным образом в тонком отделе кишечника. Наилучшие условия для его всасывания имеются в желудке и двенадцатиперстной кишке, так как в кислой среде от 80 до 100 % Mg находится в ультрафильтрующейся форме; в дистальных же отделах кишечника магний преимущественно находится в форме, неспособной к ультрафильтрации (Хенниг А., 1976, Poncelent L, 1983). У молодых животных интенсивность видимого всасывания магния составляет 40%, а у взрослых только 20%. По данным Smith R.H. (1959) 25-40 % магния, входящего в рацион, всасывается в толстом отделе кишечника. У телят старше 2-4-недельного возраста способность этого отдела кишечника всасывать магний снижается.
Выделение эндогенного магния с калом невелико. Имеются сведения, что в расчете на 1кг массы тела в среднем экскретируется 3,5 мг у телят и 1,5 мг магния у коров (A.D. Саге, 1963). По-видимому, главным каналом выведения метаболического магния из организма являются почки. В ранних исследованиях М.И. Дьякова (1947) было установлено, что с мочой в течении суток выделяется 6,4-9 мг магния в расчете на 1кг массы тела. При скармливании сухостойным коровам синтетических рационов с добавками различных солей магния выведение элемента с мочой в среднем составляет 5,7 г в сутки (Stony J.E., 1963). В зимний период, при силосно-корнеплодном типе кормления, магния с мочой выделялось 5,26-7,63 г (Поцелуйко Н.П., 1972). У овец увеличение количества магния до 2 г/сутки, введенного в 12-ти перстную кишку, не приводило к повышению магния в плазме крови, а выведение с мочой и всасывание увеличивалось в линейной зависимости (Field A.S.1978)
Физиологическое значение магния заключается в том, что в клетках его ионы участвуют в межуточном метаболизме как специфические активаторы или кофакторы ряда ферментных систем. В частности он является активатором ферментов, переносящих фосфорные группы в обменных реакциях, например аденилатциклазы (Colowik S.P. et al.,1943) и креатинфосфокиназы (Kuby S.A et al., 1954). В митохондриях клеток ионы магния участвуют в процессах окислительного фосфори-лирования, активируя аденозинтрифосфатазу (Bemfeld P. et al.,1953). Им активируются также карбоксилаза (Green D.E. et al., 1941) и оксидаза пировиноградной кислоты (Hager L.P. et al., 1954), которые участвуют в реакциях цикла Кребса. Важную роль магний играет в обмене нуклеиновых кислот и нуклеотидов. Он активирует полинуклеазу, рибонуклеазу и дезоксирибонуклеазу (Brummond D.O., 1957; Dawidson J.N., 1953; Kunitz М,, 1948). Высказывается мнение, что ряд вышеуказанных ферментов представляют собой магнийпротеиновые комплексы (Балаховский С.Д., Балаховский И.С., 1953).
В мышцах магний участвует в соединении актина с миозином, образуя активный магний-белковый комплекс (СИ. Афонский, 1959). Магний входит в комплекс миозина и АТФ, выполняя роль своеобразного мостика между этими веществами, и активирует распад макро-эргических связей АТФ. Ионы магния принимают активное участие в окислительном фосфорилировании. Они активируют включение фосфора в его органические соединения и стимулируют образование аде-нозинтрифосфорной кислоты (Scossa I., Pinchot, 1963). Согласно Ко-ротковой Н.П. и. Игнатович А.В (1961), магний активирует процесс биосинтеза протеинов и выработку антител. Он также необходим для нормальной жизнедеятельности рубцовой микрофлоры у жвачных, являясь, по мнению Ярнова А.А. (1987), активатором её ферментов.
Условия и схема проведения опыта
На протяжении обоих опытных периодов для контроля состояния животных определяли клинико-физиологические показатели - температуру тела, пульс, частоту дыхания и руминацию; гематологические показатели - количество эритроцитов, лейкоцитов и гемоглобин. Образцы крови и цельного рубцового содержимого брали по схеме - через 3 и 10 часов после кормления. Для получения рубцовой жидкости цельное рубцовое содержимое, взятое из фистулы рубца, процеживали через четыре слоя марли.
Образцы содержимого преджелудков, сычуга, тонкого и толстого кишечника по разработанной Поляковой Е.П. методике разделяли на отдельные фракции: очищенные от эндогенных примесей непереваренные пищевые частицы (ПЧ), растворимая фракция (РФ) и плотная эндогенная фракция химуса (ПЭФ). Для фракционирования навеску химуса предварительно взвешивали, поочередно разбавляли, используя специальные изоосмотические растворы, получали в осадок ПЧ. Надосадочную жидкость центрифугировали при определенной скорости, получая центрифугат - ПЭФ и надосадочную жидкость -РФ.
Стенки преджелудков, сычуга и кишечника, полученные после убоя, разделяли на серозно-мышечный слой и слизистую оболочку с помощью шпателя. После высушивания всех исследуемых биологических проб в сушильном шкафу при температуре +105,0 С , до постоянного веса, определяли содержание сухого вещества, а после озоления в муфельной печи при температуре +520 С0 - содержание золы. Зоотехнический анализ кормов осуществляли по общепринятым методикам (Раецкая Ю.И., Дрозденко Н.П., Лип-ман СИ., 1975)
Концентрацию магния, кальция, калия, натрия и фосфора определяли атомно-абсорбционным методом на приборе "Руе Unicam SP-1900". Навески золы исследуемых веществ (50 мг) растворяли в 2 мл 30% соляной кислоты, подогревали до кипения и доводили объем раствора до 10 мл дистиллированной водой.
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили методом вариантной статистики (Плохинский Н.А.,1969). Полученные нами экспериментальные данные, характеризующие отдельные показатели обмена макроэлементов у быков-кастратов, являются частью комплексных исследований по влиянию магния на минеральный Щ$ШЙГ у жвачных животных. В ходе ранее проведенных исследований Ксенофонто-вым Д.А. (2001) уже установлены определенные закономерности в обмене микроэлементов (Си, Mn, Zn, Fe).
В течение всего эксперимента состояние быков-кастратов опытной и контрольной групп было удовлетворительным. Животные содержались в соответствии с зоогигиеническими требованиями. Перед каждым опытным периодом животные тщательно готовились. С этой целью мы наблюдали за их клиническим состоянием. Быки-кастраты имели среднюю упитанность, блестящий, прилегающий к коже волосяной покров, эластичную подвижную кожу. Лимфатические узлы были подвижны и безболезненны. Пульс был умеренного наполнения с частотой у животных контрольной группы 61,3±0,67; опытной - 67,2±1,9 ударов в минуту; температура тела - 39,5± 1,16 и 39,1±2,40 С; частота дыхания - 20,1±0,39 и 25±0,41, соответственно, что соответствует физиологическим нормам. Гематологические показатели у животных обеих групп также соответствовали нормам. Количество гемоглобина составило у животных контрольной группы 9,5±0,4 г%, опытной - 10,2±1,5 г%; содержание эритроцитов - 6,2±1,4 и 6,8 ±0,8 млн. в 1 мм3, резервная щелочность сыворотки крови подопытных животных находилась в пределах от 46,8±1,45 до 48,9±3,25 об% СОг, соответственно. Все это свидетельствует о том, что животные были клинически здоровы. Таким образом, увеличение магния в рационе опытной группы с 2,1 до 3,0 г/кг сухого вещества не оказало на животных видимого отрицательного влияния на клинико-гематологические показатели. По-видимому, добавка магния оказала влияниє на внешний и внутренний этапы обмена веществ в организме быков-кастратов.
В обычных условиях содержание биогенных минеральных элементов в органах и тканях животных находится на относительно постоянном уровне, и средние показатели служат исходным материалом при определении их минерального статуса и полноценности минерального питания. К основным критическим органам для большинства минеральных элементов в организме относятся печень, кровь, мышцы, кости скелета. На минеральный состав тела и отдельных тканей оказывают влияние многие факторы - возраст животного, сезон года, физиологическое состояние. Проведенный в конце эксперимента анализ органов и тканей показал, что среднее содержание магния, кальция, калия, натрия и фосфора в органах и тканях у всех животных находилось в пределах нормы.
Наши исследования показали, что у животных контрольной группы магний депонируется в основном в костной ткани (0,67-1,22 г/кг сух в-ва) (табл. 1). Из других тканей значительное его количество содержится в сердце (0,86 г/кг сух в-ва), почках (0,75 г/кг сух в-ва), поджелудочной железе (1?0 г/кг сух в-ва), где магний участвует в межуточном метаболизме как специфический активатор или кофактор ферментов процессов окислительного фос-форилирования, реакциях - цикла Кребса. И тем самым обеспечивает энергетический обмен в клетках этих органов. В распределении кальция по органам нами установлено, что основным местом его концентрации в теле животных контрольной группы является костная ткань и, прежде всего, участок диафиза трубчатых и тела плоских костей, несущий основную опорную функцию. Пониженный уровень кальция в эпифизах трубчатых, относительно области диафиза, у животных этой группы в 1,7 раза связан с более низкой минерализацией этой части кости и наличием хрящевой ткани.
Содержание макроэлементов в органах и тканях
В первые часы после приема корма у животных обеих групп основная часть фосфора высвобожденного из ПЧ и поступившего со слюной находится в виде растворимых форм. Уже через 10 часов после кормления, в отличие от остальных изучаемых элементов, четкой локализации фосфора во фракциях не обнаруживается. Он равномерно распределяется между РФ, ПЭФ и ПЧ. Стоит отметить, что у животных опытной группы общий уровень фосфора в инфузорной фракции был меньше на 18 % в пик пищеварения, и на 40 % через 10 часов после кормления.
Таким образом, проведенный анализ содержания макроэлементов в руб-цовом содержимом выявил определенные закономерности минерального обмена в рубце жвачных животных. Нами установлено, что в рубце жвачных животных в первые часы после приема корма из него экстрагируется основное количество макроэлементов. При увеличении уровня магния в 1,5 раза в рационе быков-кастратов в рубце снижается высвобождение из корма кальция, магния и фосфора. В тоже время экстрагирование калия и натрия возрастает в два раза.
Анализ содержимого рубца позволяет утверждать, что макроэлементы имеют строгую локализацию в полученных нами фракциях. Так основная часть магния, калия, натрия и фосфора, которая высвобождается из пищевых частиц, обнаруживается, прежде всего, в виде растворимых форм. Причем, калий и натрий, поступающие не только с кормом, но и в основном со слюной в составе фосфорнокислых солей, являются главными одновалентными катионами в растворимой фракции содержимого рубца и способствуют поддержанию кислотно-щелочного равновесия в пик пищеварения. При повышенном уровне магния в рационе, прежде всего, заметно снижается уровень натрия и фосфора в РФ содержимого рубца, что свидетельствует об их преобладающей абсорбции, относительно контроля.
Плотная эндогенная фракция кумулирует в основном двухвалентные катионы. Прежде всего, это - кальций, который, возможно, как активный комплексообразователь способен связываться с отрицательными группировками гликопротеидов и таким образом влиять на свойства самой ПЭФ. Кро-ме этого ПЭФ связывает и катионы Mg2 . Наличие кальция и магния в ПЭФ в определенном соотношении, по-видимому, является физиологически необходимым для её нормального функционирования. Дополнительно введённый в рацион магний, уже в рубце взаимодействует с гликопротеидами ПЭФ. По-видимому, он замещает кальций и, вытесняя его в РФ, изменяет соотношение Ca:Mg в этих фракциях. На наш взгляд, это следует рассматривать, как отрицательное воздействие магния. Симбиотическая микрофлора при повышенном уровне магния способна усваивать дополнительное количество, как магния, так и кальция.
Для получения более полной картины обмена макроэлементов на уровне энтерального обмена нами было изучено их содержание во фракциях содержимого разных отделов желудочно-кишечного тракта после убоя животных. В данном опыте Ксенофонтовым Д. А. (2001) ранее установлено, что у животных обеих групп доля пищевых частиц в цельном содержимом предже-лудков и химусе сычуга составляет 62-70 %. Однако уже в двенадцатиперстной и в начале тощей кишки она резко снижалась. Начиная со средней трети тощей кишки, доля непереваренных пищевых частиц закономерно возрастает, достигая в конце толстого отдела кишечника 52-62%, вследствие активного всасывания воды и питательных веществ. Доля сухого вещества растворимой фракции содержимого преджелудков и сычуга, в противовес не переваренным кормовым частицам, наименьшая и составляет 8-15%. Но уже в начале тонкого кишечника она значительно увеличивается, а затем, начиная с последней трети тощей кишки, вновь снижается до 15-22% в толстом отделе кишечника. Следует отметить, что очевидные изменения в соотношении долей сухого вещества непереваренных пищевых частиц и растворимой фракций химуса взаимообусловлены и связаны с функциональными особенностями разных отделов пищеварительного тракта. Несмотря на значительные изменения в соотношении растворимой фракции и пищевых частиц, содержание плотной эндогенной фракции в сухом веществе химуса на протяжении кишечника остается относительно постоянным, в пределах 23-26% В начале тощей кишки её доля возрастает до 35-41%. Таким образом, в ходе проведенных исследований уже было установлено два принципиально новых момента: 1) в формировании химуса важную роль играет гидратированная плотная эндогенная фракция, которая начинает формироваться в дуоденуме в результате слияния кислого желудочного содержимого со щелочным кишечным и десквамируемым слоем слизистых наложений; 2) растворимая фракция химуса сычуга и кишечника включает в себя жидкую часть секретов пищеварительных желез и эндогенную экскрецию растворимых веществ; 3) микроэлементы имеют четкую локализацию в содержимом разных отделов пищеварительного тракта, и, возможно, имеют отношение к формированию структуры химуса.
Сравнительный анализ концентрации макроэлементов не только в цельном химусе, но и в его фракциях в разных отделах пищеварительного тракта быков кастратов позволил выявить некоторые закономерности их обмена на уровне энтеральной среды. В ходе эксперимента нами установлено, что у животных контрольной группы концентрация магния в цельном химусе изменяется на протяжении всего желудочно-кишечного тракта в зависимости от абсорбции и эндогенной экскреции элемента в разных отделах (табл. 9, рис. 7, 8).
