Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Антиоксиданты в ветеринарии. Монография
.pdf
41
3. Биологические функции селена в организме и перспективы
его использования в качестве средства нормализации
свободнорадикального баланса у сельскохозяйственных животных
Известно, что дисбаланс микроэлементов в окружающей среде
оказывает непосредственное влияние на функционирование практически
всех органов и систем организма животных. Они принимают участие в
синтезе, метаболизме гормонов, образовании ферментов, влияют на их
активность, оказывают действие на функционирование сердечнососудистой, нервной, эндокринной систем, гемопоэз, от их концентрации
зависит протекание обменных процессов в организме, кислотно-основное
равновесие.
Многими учеными отмечается особый статус по содержанию
отдельных минеральных веществ в почвах в некоторых территориальных
пределах – биогеохимических провинциях. К настоящему времени
доказано, что распределение микроэлементов в различных регионах
земного шара неравномерно. В связи с этим в организме человека и
живых существ происходит развитие приспособительных механизмов,
обеспечивающих их адекватное существование. В задачи ветеринарных
работников входит контроль и коррекция баланса микроэлементов у
животных с введением в составе лечебно-профилактических средств.
Селен (Se), 34-й элемент периодической системы, был открыт в 1817
г. шведским химиком Дж. Я. Берцелиусом. Селен представляет собой
металлоид, который близок к сере по свойствам. Концентрация его в
почве зависит от типа, текстуры и содержания органического вещества в
почве и осадков. Его ассимиляция растениями зависит от физикохимических свойств почвы (окислительно-восстановительный статус, рН
и микробная активность). Наличие селена в атмосфере связано с
природной и антропогенной активностью. Селенопротеины в которых
селен присутствует, такие например как селеноцистеин, играют важную
роль во многих функциях организма и в частности в антиоксидантной
защите и образовании гормонов щитовидной железы. Неорганический
селен присутствует в природе в четырех состояниях окисления: селенате,
селените, элементном селене и селениде в порядке уменьшения
окислительно-восстановительного статуса. Эти формы преобразуются
всеми биологическими системами в более биологически доступные
органические формы, главным образом в виде селеноциноиновых кислот
селеноцистеина и селенометионина.
На протяжении многих лет селен считался токсичным элементом,
вызывающим многочисленные заболевания, но исследования последних
50 лет выявили «яркую сторону» этого элемента. Ведущий механизм
42
биологического действия селена, его органических и неорганических
соединений – антиоксидантный. Он входит в состав антиоксидантных
селенопротеинов, таких как глутатионпероксидазы,
тиоредоксинредуктазы и селенопротеин P. Селен является мощным
антиоксидантом. Он контролирует окислительно-восстановительные
процессы на клеточном уровне (обмен глюкозы, цикл Кребса, калиевонатриево-кальциевый обмен и др.). В последнее время поступает
информация об участии селена в иммунных реакциях в составе
селенопротеинов, обмене тиреоидных гормонов, что позволяет
использовать препараты этого микроэлемента в качестве
иммуностимуляторов.
Селен может модулировать широкий спектр ключевых
биологических процессов, включая клеточный ответ на окислительный
стресс, окислительно-восстановительную сигнализацию, клеточную
дифференциацию, иммунный ответ и коагуляцию белка. Биохимические и
клеточные эффекты селена достигаются за счет активности
селеноцистеинсодержащих селенопротеинов. Эта небольшая, но
существенная группа включает белки, кодируемые 25 генами у людей,
например, оксидоредуктазы.
Селен содержится во всех тканях организма, кроме жировой,
участвует во многих биологических процессах, обладает выраженным
антиоксидантным свойством. В организме его обнаруживают в виде
селенопротеидов, участвующих в переносе токоферола. Вместе с
витамином Е селен предупреждает окисление полиненасыщенных
жирных кислот. Предполагается, что взаимодействие между селеном и
витамином Е заключается в их влиянии на образование перекисей.
Следует отметить, что селен и витамин Е не взаимозаменяемы, каждый из
них обладает специфическими свойствами. Экспериментально доказано,
что патологию, вызванную недостатком селена, нельзя устранить
введением в организм витамина Е.
Селен и его производные – это весьма активные соединения,
необходимые для регулирования многих функций и систем организма,
помимо того, что он выступает в качестве синергиста витамина Е и входит
в состав ряда ферментов, он принимает участие в структуре белков
мышечной ткани, в том числе миокарда, а в виде селенопротеина является
компонентом тестикулярной ткани.
В организме нет такого органа или системы где не использовался бы
селен. Он участвует в реакциях иммунитета, воспаления и регенерации.
Селеносодержащие белки формируют костную и хрящевую ткани,
поддерживают работу скелетных и гладких мышц, контролируют
43
гормональный баланс. Все перечисленные выше свойства делают селен
интересным объектом для изучения и использования в фармакологии.
О синергидном действии селена и витамина Е сообщают многие
ученые, которые указывают на усиление эффекта от применения этих
двух природных антиоксидантов в комбинации. Сообщается, что их
сочетанное введение в организм животных и птицы сопровождается более
выраженным протекторным эффектом на ферментативное звено системы
антиоксидантной защиты организма, нежели раздельное применение.
Селен – жизненно важный микроэлемент с уникальными
биологическими функциями и широким спектром биологического
действия его соединений. Как известно, селен активно взаимодействует с
белками, и наиболее высокая эффективность отмечается при комплексном
использовании селенсодержащих препаратов с белковыми кормовыми
веществами и жирорастворимыми витаминами А, D, E. Установлены
такие виды отношений селена с другими биологически активными
веществами, как индифферентные отношения, синергизм, явления
торможения и антагонизм.
Животные в разной степени обеспечены биологически доступными
формами селена. Дефицит этого химического элемента, как и его избыток,
способен вызвать серьезные нарушения функций систем и органов
животного.
Органические селенсодержащие аминокислоты, такие как
селеноцистеин / селеноцистин и селенометионин реализуют
антиоксидантные свойства, действуя как в качестве прямых
антиоксидантов, так и в качестве источника селена для синтеза
селензависимого антиоксиданта и восстанавливающие белки (например,
глутатионпероксидазы, тиоредоксинредуктазы,
метионинсульфоксидредуктазы).
Установлено, что селен обладает широким спектром действия,
участвует в различных биохимических процессах. Его основная функция
заключается в участии в качестве кофактора во многих ферментативных
реакциях организма, поддерживая активность селенсодержащих
ферментов и селенопротеинов. Он проявляет свои клинические и
биохимические эффекты прежде всего благодаря повышению активности
ряда ключевых ферментов, а также при взаимодействии с другими
неферментативными механизмами. Участие селена в окислительных
процессах и особенно в работе ферментативных антиоксидантов является
основой его антиоксидантных свойств. В этом случае функциональная
роль селена как антиоксиданта реализуется путем включения его в
качестве кофактора в ферментативную систему глутатиона.
Использование селена для синтеза селензависимой глутатионпероксидазы
44
является важным для процесса свободнорадикального окисления, так как
этот фермент, разрушающий гидро- и липопероксиды, играет основную
роль в механизмах защиты клетки и активно участвует в метаболических
процессах связанных с детоксикацией. Будучи неотъемлемой частью
глутатионпероксидазы, селен участвует в защите мембранных липидов и
других клеточных компонентов от окислительного повреждения
свободными радикалами. В экспериментах L. Pavlata et all. (2012)
установлена тесная зависимость между активности глутатионпероксидазы
от концентрации селена в крови овец.
Одними из главных антиоксидантов и антитоксикантов являются
селено-зависимые ферменты и селенопротеины, вполне вероятно, что
селенопротеины являются основным звеном в регуляции антиоксидантной
системы в организме. Например, селенопротеин P представляет собой
высокогликозилированный, богатый селеном плазменный белок. Помимо
роли в качестве белка-носителя селена, была предложена его
антиокислительная функция. Cеленопротеин P содержит приблизительно
50% общего количества селена в сыворотке крови, доказано, что он
защищает липопротеины низкой плотности от окисления в бесклеточной
in vitro системе.
Способность селена ингибировать процессы свободно-радикального
окисления помогает понять его роль в усилении естественной
резистентности организма к инфекциям. При недостатке селена в
организме нарушается углеводный, липидный и жировой обмен, в тканях
и органах накапливаются перекиси, наступает инфильтрация и дистрофия
печени, происходят деструктивные изменения в скелетных и сердечной
мышцах. Замедляется рост птицы, снижается репродуктивная функция и
общая иммунная резистентность. Известно, что при недостатке селена,
возникает более 20 заболеваний, характеризующихся нарушением
микроциркуляции и увеличением проницаемости капиллярных и
клеточных мембран. Это ведет к отечности, кровоизлияниям и изменению
структуры клеток организма.
В исследованиях, проведенных профессором Боряевым Г.И. с
соавторами (2015), определено выраженное снижение интенсивности
образования продуктов перекисного окисления липидов у новорожденных
ягнят, получавших препараты селена, что свидетельствует об
эффективной регуляции свободнорадикальных процессов с их
применением и дает основание сделать выводы о значительной роли
соединений селена в формировании антиоксидантного статуса.
Был установлен цитопротективный эффект добавления селена для
различных типов клеток, включая нейроны и астроциты, а также
эндотелиальные клетки. Введение селена на уровне надрецептора
45
использовалось для профилактики рака: считается, что антиоксидантные
селеноферменты, а также прооксидантные эффекты селеносоединений на
опухолевые клетки обусловливают антиканцерогенное действие селена.
Значение селена для нормальной жизнедеятельности и
функционального состояния организма приобрело актуальность в
ветеринарной, но и в гуманитарной медицине. Принимая во внимание
эссенциальность, важнейшую роль в антиоксидантной системе организма
селена и сообщение института питания РАМН о том, что 80% населения
РФ испытывают дефицит данного микроэлемента, решение проблемы
селенодефицита у населения становится весьма актуальной задачей.
Возможны несколько способов решения этой проблемы: 1) внесение
селеносодержащих удобрений в почву; 2) употребление БАД, содержащих
селен; 3) прямое обогащение продуктов питания селеном; 4) получение
обогащенных продуктов питания посредством скармливания животным и
птицам специальных рецептов премиксов. Наиболее оптимальным
является четвертый способ с двумя основными положительными
моментами: 1) исключается вероятность отравления селеном населения,
так как животные выполняют буферную роль 2) применяемые добавки
оказывают положительное влияние на функциональное состояние и
продуктивность животных и птиц.
С дефицитом селена ассоциируется множество различных
заболеваний человека и животных. Некоторые из них известны многие
десятилетия. Например, еще в 1930-х годах впервые в Китае была описана
связанная с кардиотомией Кешанская болезнь (Keshan), в этиологии
которой лежит дефицитом селена. У домашних животных гипоселенозы
проявляются в виде некрозов печени, экссудативных диатезов у цыплят,
беломышечной болезни у овец, крупного рогатого скота и лошадей,
атрофии поджелудочной железы у цыплят, нарушения роста, снижения
бактерицидности нейтрофилов, миопатии миокарда и скелетных мышц.
Поражение мышц – главный признак недостаточности селена,
особенно у молодняка. У взрослых животных дефицит селена, помимо
этого, вызывает дистрофические изменения в половых органах, печени,
почках. При этом снижается репродуктивная функция, возникают
послеродовые осложнения. Характерными симптомами селенодефицита у
коров являются метриты, задержание последа, увеличение сервиспериода, маститы, гепатиты, рождение слабых либо мертвых телят.
В исследованиях В.В. Ковзова с соавт. (2013) установлено, что
ведущим этиологическим фактором развития эндемического зоба и
беломышечной болезни у телят на территории Республики Беларусь
является низкое содержание йода и селена в почвах, кормах и воде.
Недостаток йода обусловливает гипофункцию щитовидной железы, что
46
проявляется обменными нарушениями, снижением привесов живой
массы, теплопродукции, репродуктивной функции и негативно влияет на
развитие организма. Недостаточность селена усугубляет дефицит йода.
Установлено, что наличие симметричных, безболезненных отеков в
области корня хвоста у супоросных свиноматок указывает на нарушение
минерально-витаминного обмена, которое приводит к рождению
ослабленных поросят и возникновению у них беломышечной болезни.
Применение препаратов фероселенита и Е-селена в комплексной схеме
лечения поросятам положительно влияет на их общее состояние, рост и
развитие, состояние эритроцитопоэза и повышает неспецифическую
резистентность организма, на что указывают показатели крови.
Данный микроэлемент является критическим фактором в
нормальном функционировании щитовидной железы. Было описано 25
селенопротеинов, которые играют разные роли в организме и имеют
фундаментальное значение в синтезе и функционировании гормонов
щитовидной железы. В медицинских исследованиях установлено, что
низкая концентрация селена вызывает аутоиммунные процессы в
щитовидной железе, поэтому его дефицит – часть патогенеза
аутоиммунного тиреоидита или болезни Грейвса у людей, а также
этиологический фактор в развитии рака щитовидной железы. Селен в виде
селеноцистеина находится в каталитическом центре ферментов,
участвующих в защите щитовидной железы от свободных радикалов,
возникающих при синтезе гормонов щитовидной железы, а также в трех
различных йодотирониновых дейодазах, катализирующих активацию и
инактивацию гормонов щитовидной железы. Исследования иранских
ученых B. Dalir-Naghadeh и S.A.Rezaei (2008) показали, что
селенодефицит у овец приводит к значительным изменениям количества
циркулирующих гормонов щитовидной железы в крови. Авторы
сообщают о том, что селенодефицитные изменения в метаболизме
гормонов щитовидной железы могут стать причиной развития
неонатальной смертности у животных.
В исследованиях А.С. Фроловичева с соавт. (2013) установлено, что
селен в форме диацетофенонилселенида оптимизирует
воспроизводительную функцию свиноматок, проявляет
гепатопротекторную активность, и проявляет иммуномодулирующее
действие у поросят.
Профессор Авдеенко В.С. и его соавторы (2016) в проведенных
экспериментах доказали, что внутримышечное применение суягным
овцематкам селеноорганического препарата «Селенолин® снижает
частоту возникновения гестоза суягных овцематок.
47
Исследователями из Польши M. Stepińska et all. (2012) изучено
влияние добавок селена на эмбриональное развитие индейки. Авторами
установлено, что их применение положительно сказалось на
эмбриогенезе, способствовало увеличению среднего веса яйца, ускорению
ретракции желточного мешка, повышению показателей вылупления
птенцов, снижению коэффициентов смертности эмбрионов. Эти данные
подтверждаются результатами исследований индийских ученых K.
Rajashree et all. (2014), которые в эксперименте на бройлерах помимо
положительного влияния на показатели воспроизводства и яйценоскость
птицы доказали, что скармливание родительскому стаду добавок селена
приводит к увеличению концентрации микроэлемента в яйце и
способствует повышению активности глутатионпероксидазы в яичном
белке и желтке.
В обзоре литературы, опубликованном под авторством бельгийских
ученых Y. Mehdi и I. Dufrasne (2016), подробно описывается влияние
селена на эмбриональное и постнатальное развитие крупного рогатого
скота. Авторы статьи сообщают, что введение селена коровам может
снизить частоту случаев возникновения метритов и кист яичников в
послеродовом периоде, а также приводит к сокращению эмбриональной
смерти в течение первого месяца беременности. Высказано мнение о том,
что использование препаратов селена коровам может способствовать
увеличению его уровня у телят накапливаясь как в период
внутриутробного развития, так и при скармливания им молока после
рождения, содержащего микроэлемент в различных формах и имеющего
более высокие показатели питательной ценности. Акцентировано
внимание на ферменте 5-йодтиронин-дейодиназа, являющимся
селенопротеином, при дефиците которого наблюдается задержка роста и
развития, чем обусловлен положительный эффект применения
селенсодержащих препаратов на мясную продуктивность животных.
Данные, подтверждающие возможность попадания селена в
организм животных во время внутриутробного развития и в процессе
молочного вскармливания после введения селенсодержащих препаратов
беременным и кормящим самкам, были получены чешскими
исследователями L. Sevcikova et all. (2011), которые в эксперименте на
козах зафиксировали его накопление у трехмесячных козлят во
внутренних органах.
В своих исследованиях американскими учеными – сотрудниками
Университета Штата Орегона W.C. Stewart et all. (2013) было
подтверждено предположение о том, что введение селена приводит к
увеличению концентрации иммуноглобулинов в сыворотке крови телят и
ягнят. Помимо этого исследователи опытным путем установили, что
48
применение препаратов селена овцематкам во время беременности
способствует увеличению иммуноглобулина G в организме рожденных
ими ягнят.
Немецкие ученые S. Salman et all. (2009) установили взаимосвязь
между уровнем селена в организме коров и состоянием молочной железы.
Ими отмечена прямая зависимость иммунной функции молочной железы
и частоты развития патологии вымени, в частности маститов, от
обеспеченности животным этим микроэлементом. Исследователи
полагают, что препараты селена могут использоваться для повышения
сопротивляемости молочной железы коров в ответ на инфекцию.
Китайскими учеными Guo-qing Wang et al. (2012) установлено, что
дефицит селена стимулирует дегенерацию тучных клеток и освобождение
гистамина.
Согласно современным представлениям, общей регулируемой
формой селена в организме является селенид, который образуется из
селеноцистеина под действием Sec-α-лиазы. Предшественником
селеноцистеина может являться селенометионин. Неорганический селен
(селенит) реагирует с восстановленной формой глутатиона (GSH) также с
образованием селенида. Последний частично включается в биосинтез СБ
и тРНК в результате реакции с селенфосфатсинтетазой (SPS), частично
экскретируется из организма преимущественно в виде метилированных
форм с мочой и дыханием. Фосфорилирование селенида осуществляется с
участием АТФ. Регулирование реакции фосфорилирования селенида
определяет возможность депонировать селен - явление, наблюдаемое при
дефиците микроэлемента. Ингибирование реакции приводит к
увеличению концентрации селенида и как следствие, к увеличению
экскреции селена. Эта ситуация наблюдается, когда селен доступен в
количествах больших, чем необходимо для синтеза селенопротеинов.
Ряд исследователей сходятся во мнении о том, что применение
животным и птице препаратов содержащих в своем составе селен в
органической форме сопровождается большим полезным эффектом по
сравнению с использованием лекарственных средств включающих
неорганический селен. Органический селен (на примере селенометионина)
быстрее усваивается и накапливается в организме по сравнению с
неорганическим.
Французские ученые M. Briens et all. (2014) испытали новый
источник органического селена, в качестве которого выступала 2гидрокси-4-метилселенбутановая кислота. Ими установлено, что она в
организме бройлеров полностью превращается в селенометионин и
селеноцистеин и имеет большую биологическую доступность по
49
сравнению с селенитом натрия и селенированными дрожжами и
соответственно значительно превосходит их по эффективности.
Существенной особенностью органического селена является то, что
он, в отличие от неорганического, который выводится с мочой, может
входить в состав молока, повышая его качество. Это важно, так как
сегодня большое внимание начинают уделять производству так
называемых функциональных продуктов питания, в частности
обогащенных селеном молока и мяса.
Внимание многих ученых в настоящее время привлекает изучения
влияния наночастиц селена на организм теплокровных. Есть сведения о
положительных результатах применения лекарственных форм препаратов
на их основе. Приводятся данные о выраженном антиоксидантном
действии наночастиц селена введенных в организм животных.
Вместе с этим многие вопросы, касающиеся влияния коллоидного
селена на иммунную систему до сих пор остаются недостаточно
изученными. Коллоидные частицы имеют некоторое преимущество перед
другими наночастицами, благодаря своему мелкому размеру (от 5 до 100
нм), большой свободной поверхности, низкой токсичности, клеточной
пенетрабельности и возможности поверхностной модификации.
В литературе приводятся данные об иммуностимулирующем
действии наночастиц селена введенных в организм лабораторных
животных заключающемся в значительной индукции иммунного ответа
при различных заболеваниях в том числе и онкологического характера.
В некоторых научных работах указывается, что применение селена в
форме наночастиц позволяет добиться значительного снижения
токсичности данного микроэлемента для организма человека и животных
и повышения терапевтического эффекта.
Многие ученые сходятся во мнении о том, что селен в
наноразмерном состоянии является эффективным антиоксидантом и
может использоваться в качестве лекарственного средства для
профилактики и лечения свободнорадикальных нарушений у
сельскохозяйственных животных. Описаны эксперименты с применением
нано-селена лабораторным и продуктивным животным, птице и рыбам в
которых подтверждается, что его введение способствует нормализации
основных показателей редокс-гомеостаза.
Обобщая данные мировой литературы о функциях селена в
организме, его роли в поддержании нормального редокс-гомеостаза,
незаменимости данного микроэлемента и дефицитности по этому
показателю множества биогеохимических провинций и его недостатке в
организме человека и животных можно сделать вывод о том, что
существует необходимость разработки средств и методов экзогенного
50
введения селена в фармакологически приемлемых формах в составе
лекарственных средств и кормовых добавок. Данный химический элемент
должен рассматриваться в качестве перспективного антиоксиданта как
самостоятельно, так и в составе комплексных действующих веществ
ветеринарных препаратов. На его основе можно создавать эффективные и
экономически доступные средства коррекции антиоксидантного статуса
сельскохозяйственных животных. Именно, исходя из этого, в
практической части данной работы мы занялись разработкой способов
нормализации свободнорадикального баланса с учетом использования
селена в составе некоторых новых ветеринарных препаратов.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]