Способ определения содержания марганца в печени свиней Российский патент 2023 года по МПК G01N33/50 

Изобретение относится к животноводству, ветеринарии и экологии, используется в качестве теста для прижизненной оценки уровня марганца в печени свиней.

Химические элементы широко распространены в окружающей среде и не поддаются биологическому разложению, их количество может значительно увеличиваться в результате деятельности человека. Выделяют группу тяжелых металлов, куда входят химические элементы с удельным весом более 5 г/см³. Марганец так же, как свинец, ртуть, кадмий и другие химические элементы относится к этой группе [1].

Потенциальной проблемой безопасности пищевых продуктов является наличие в мясе, субпродуктах и продуктах переработки неоптимального количества отдельных химических элементов, куда они попадают по цепи питания [2]. Продукты питания являются основным источником марганца для человека. Этот химический элемент присутствует во всех органах и тканях, необходим для роста и здоровья животных, является незаменимым для разных видов, относительно высокие уровни марганца в печени, почках, поджелудочной железе, головном мозге и костной ткани [3]. Интоксикация марганцем связана с психиатрическими заболеваниями и когнитивными нарушениями [4, 5]. Значительные уровни марганца могут быть причиной нарушения функций почек, печени, эндокринной и сердечно-сосудистой систем, мужской репродуктивной сферы [6, 4].

Для обеспечения качества и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов, используемых человеком, необходим мониторинг за уровнем химических элементов в органах и тканях животных, особенно в печени и почках, где они накапливаются [1]. Для ряда металлов это может быть выполнено посмертно или прижизненно посредством анализа крови, мочи или некоторых производных кожи [8, 9]. Концентрация же марганца в крови противоречиво отражает статус организма по микроэлементу [10], а значит, оправдан поиск удобных маркеров для оценки его содержания в органах и тканях сельскохозяйственных животных, которые могут быть использованы в пищу человеком. У свиней концентрация металла в печени является биомаркером его содержания в организме [11].

В настоящее время известен способ определения марганца в субпродуктах. Он заключается в применении метода пламенной атомной абсорбции для определения массовой доли марганца в диапазоне измерений от 0,1 до 500,0 мг/кг в мясе, субпродуктах, жире-сырце, мясных и мясо содержащих продуктах, продуктах из шпика [12].

Однако для реализации данного способа оценки марганца в печени свиней прижизненно необходима биопсия печени. Она имеет ряд недостатков, а именно значительная стоимость, высокая степень инвазивности манипуляции и риск серьезных осложнений после вмешательства (кровотечение, внутрипеченочная гематома, желчный перитонит и др.). В сельском хозяйстве, чаще всего, подразумевается отбор проб для исследования уже после убоя животных, что не позволяет установить и корректировать прижизненно уровень концентрации марганца в печени свиней.

Известен способ определения марганца в печени по концентрации общего белка в сыворотке крови. Оценка уровня металла выполнена методом атомно-абсорбционной спектрометрии, коэффициент корреляции составляет - 0,5, приведено уравнение регрессии: y=-1,814+0,0435x [13].

В представленном способе слабая сила связи, концентрация марганца в печени определена на меньшем количестве животных в выборке.

Существуют способы определения других тяжелых металлов в печени свиней и крупного рогатого скота с использованием регрессионных моделей [14, 15].

Анализ прототипа [13] не показал признаков сходства с представляемым решением по конкретному химическому элементу. Заявляемый способ отличается более высоким коэффициентом корреляции.

Задачей данного изобретения является оценка количества марганца, аккумулированного в печени свиней после выполнения биохимического исследования сыворотки крови, полученной при жизни животных, и определения такого показателя, как мочевина, путем расчета концентрации марганца в печени свиней, используя уравнение регрессии.

Поставленная задача реализуется с помощью определения мочевины в сыворотке крови свиней с последующим расчетом концентрации марганца в печени с использованием уравнений регрессии: x=2,034+0,919y, где x - это содержание марганца в мг/кг, y - концентрация мочевины в ммоль/л в сыворотке крови.

Пример выполнения.

Экспериментальная часть работы выполнялась в условиях крупного свинокомплекса, расположенного в Западной Сибири. Животных содержали по стандарту для данного вида, на мясном откорме. Свиньи вакцинированы в соответствии с планами ветеринарно-профилактических мероприятий. Животных обеспечивали типовым кормлением полнорационным комбикормом в зависимости от живой массы животных. Рационы сбалансированы по питательным, минеральным веществам и витаминам. Контроль комбикормов по номенклатуре гарантированных и дополнительных показателей осуществляли в установленном порядке. Поение животных выполняли из собственных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, при этом качество воды соответствовало второму классу.

Забор крови выполняли у клинически здоровых свиней в возрасте 6 месяцев из ушной вены острым методом с соблюдением правил асептики после 12-18 часовой голодной диеты. Кровь не стабилизировали для получения сыворотки.

Далее проводился убой животных, после чего отбирались пробы печени, они замораживались и хранились при температуре 18°С. Определение уровня марганца в данном органе выполнялось на базе Аналитического центра коллективного пользования Института геологии и минералогии им. B.C. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой с использованием спектрометра iCAP-6500 фирмы Thermo Scientific (USA). Навеску пробы массой 100 г измельчали до однородной массы, высушивали в печи в условиях температуры 60-70°С 12 часов. Из имеющегося сухого остатка отбирали 3 г, озоляли в муфельной печи при температуре 500-550°С. Минерализация завершалась за 10-15 часов, зола становилась серого или белого цвета. Пробы остывали при комнатной температуре, зольный остаток растворяли в 3-х мл 50% соляной кислоты, выпаривали до сухого остатка на электроплите, который переносили в мерную колбу, разведя его в 25 мл дистиллированной воды. Полученный раствор исследовали на концентрацию марганца.

Биохимические исследования сыворотки крови выполнялись на базе лаборатории кафедры ветеринарной генетики и биотехнологии ФГБОУ ВО Новосибирский ГАУ, с применением унифицированных методов исследования крови, на анализаторе Photometer 5010 (Германия) с использованием наборов реактивов компании ЗАО «Вектор-Бест».

С помощью указанного способа можно определить содержание марганца в печени свиней. Это можно сделать посредством установления такого параметра сыворотки крови, как мочевина, с последующим расчетом концентрации марганца в печени с использованием уравнения регрессии. Следовательно, по величине мочевины в сыворотке крови устанавливают содержание марганца в печени свиней.

Данные по содержанию марганца в печени свиней представлены в табл. 1. Соотношение крайних вариант концентрации марганца в печени составило 1:7,3. Установленные значения, касающиеся среднего популяционного уровня марганца в печени клинически здоровых свиней можно предварительно считать нормативными показателями для данного вида животных в условиях Западной Сибири.

В табл. 2 представлены данные по величине мочевины в сыворотке крови свиней, коррелирующей с уровнем марганца в печени свиней.

Мочевина образуется из аммиака в печени млекопитающих и является стандартным конечным продуктом обмена белков в организме, который экскретируется почками. Содержание азота мочевины было в пределах физиологической нормы, которая у откормочных свиней составляет от 2,57 до 8,57 ммоль/л.

На примере свиней в физиологических условиях между представленными показателями получили корреляцию высокого уровня, представленную в таблице 3, рассчитали уравнение регрессии для прогнозирования содержания марганца в печени свиней:

x=2,034+0,919y, где y - содержание мочевины в ммоль/л в сыворотке крови, x - содержание Mn в мг/кг в печени.

Использование уравнения регрессии позволяет прижизненно у свиней прогнозировать содержание марганца в печени, установив концентрацию мочевины в сыворотке крови.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет провести прижизненную оценку интерьера животных по содержанию марганца в указанном паренхиматозном органе, используя только пробы крови.

Источники информации:

1. Khan Z.I. Potential toxic metal accumulation in soil, forage and blood plasma of buffaloes sampled from Jhang, Pakistan/ Z.I. Khan, I. Ugulu, S. Umar et al.// Bull. Environ. Contam. Toxicol. - 2018. - Vol.101(2). - pp. 235-242.

2. Nastasescu V. Heavy metal and pesticide levels in dairy products: Evaluation of human health risk/ V. Nastasescu, M. Mititelu, M. Goumenou et al.// Food Chem. Toxicol. - 2020. - Vol.146(13). - 111844.

3. Rondanelli M. Essentiality of manganese for bone health: an overview and update. Review/ M. Rondanelli, M.A. Faliva, G. Peroni et al.// Natural Product Communications - 2021. - Vol. 16(5).

4. Taylor C.A. Maintaining translational relevance in animal models of manganese neurotoxicity/ C.A. Taylor, K. Tuschl, M.M. Nicolai et al.// Journal of Nutrition. - 2020. - Vol. 150(6). - pp. 1360-1369.

5. Zoroddu M.A. The essential metals for humans: a brief overview/ M.A. Zoroddu, J. Aaseth, G. Crisponi et al.// Journal of Inorganic Biochemistry - 2019 - Vol. 195. - pp. 120-129.

6. Bjorklund G. Interactions between iron and manganese in neurotoxicity/ G. Bjorklund, M. Dadar, M. Peana et al.// Archives of Toxicology - 2020 - Vol. 94(3). - pp. 725-734.

7. Silva A.P.G. Could male reproductive system be the main target of subchronic exposure to manganese in adult animals?/ A.P.G. Silva, M.D.A. Santiago, L.A. Maranho et al.// Toxicology.- 2018. - Vol. 409. - pp. 1-12.

8. Keil D.E. Testing for toxic elements: a focus on arsenic, cadmium, lead, and mercury/ D.E. Keil, J. Berger-Ritchie, G.A. McMillin// Lab. Med. - 2011. - Vol. 42. - pp. 735-742.

9. McGeehan S. Interlaboratory comparison of heavy metal testing in animal diagnostic specimens and feed using inductively coupled plasma-mass spectrometry/ S. McGeehan, T. Baszler, C.J. Gaskill et al.// Vet. Diagn. Investig-2020. - Vol. 32(2). - pp. 291-300.

10. Dorman D.C. Metabolomic Analyses of Body Fluids after Subchronic Manganese Inhalation in Rhesus Monkeys/ D.C. Dorman, M.F. Struve, A. Norris, A.J. Higgins// Toxicological Sciences.- 2008. - Vol. 106(1). - pp. 46-54.

11. Pallauf J. Impact of dietary manganese concentration on status criteria to determine manganese requirement in piglets/ J. Pallauf, C. Kauer, E. Most et al.// Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition - 2012 - Vol. 96(6). - pp. 993-1002.

12. ГОСТ P 55484-2013. Издания. Определение содержания натрия, калия, магния и марганца методом пламенной атомной абсорбции [Текст]. - Введ. 2014-07-01.-М.: Стандартинформ, 2014. - 11 с.

13. Зайко О.А. Изменчивость и корреляция химических элементов в органах и тканях свиней скороспелой мясной породы СМ-1: дис… канд. биол. наук. - Новосибирск, 2014. - 183 с.

14. Пат.№2591825 С1 Российская Федерация, МПК G01N 33/48. Способ определения содержания кадмия в печени крупного рогатого скота/ Короткевич О.С., Нарожных К.Н., Коновалова Т.В. и др.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный аграрный университет - №2015116391/15; заявл. 29.04.2015; опубл. 20.07.2016, Бюл. №20. - 5 с.

15. Пат. №2342659 С1 Российская Федерация, МПК G01N 33/50. Способ определения содержания кадмия в органах и мышечной ткани свиней/ Петухов В.Л., Желтикова О.А., Желтиков А.И. и др.; заявитель и патентообладатель Новосибирский государственный аграрный университет. - №2007111437/15; заявл. 28.03.2007; опубл. 27.12.2008, Бюл. №36. - 7 с.

Изобретение относится к животноводству, ветеринарии и экологии, используется в качестве теста для прижизненной оценки уровня марганца в печени свиней. Способ заключается в том, что в сыворотке крови при помощи биохимического анализа устанавливают уровень мочевины и рассчитывают уравнение регрессии: x=2,034+0,919y, где у - содержание мочевины в ммоль/л в сыворотке крови, x - содержание Mn в мг/кг в печени. Способ вызывает минимальный уровень стресса и обеспечивает точную прижизненную оценку марганца в печени животных. 3 табл., 1 пр.

Способ определения содержания марганца в печени свиней, отличающийся тем, что в качестве биосубстрата используется сыворотка крови, в которой при биохимическом анализе устанавливают уровень мочевины и рассчитывают уравнение регрессии:

x=2,034+0,919y, где у - содержание мочевины в ммоль/л в сыворотке крови, x - содержание Mn в мг/кг в печени.