Рис. 1. Легкие (а) и сердце (б) крысы из второй опытной группы
УДК 619:615.4:615.076.9
DOI 10.33861/2071-8020-2021-6-21-23
Рудь Е.Н., Кузьминова Е.В., Семененко М.П., Долгов Е.П. Федеральное государственное бюджетное научное учреждение
«Краснодарский научный центр по зоотехнии и ветеринарии», г. Краснодар
Калошкин И.В. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина», г. Краснодар
Температура окружающей среды является важнейшим фактором воздействия на организм человека и животных. Глобальные климатические изменения, регистрируемые во всех регионах планеты, стали очевидными на рубеже XX-XXI веков. Последствия изменчивости климатических условий проявляются в росте приземной температуры воздуха, в изменении количества и пространственно-временного распределения осадков. Потепление на территории континентов в целом за XX век составило приблизительно 1,6°С, а в районе морской поверхности - около 0,8°С. Согласно климатическим моделям, в период до 2100 года ожидается глобальное потепление приблизительно на 1,4-5,8°С [6, 7].
Изменение климата представляет серьезную угрозу для животноводческой отрасли, поскольку высокая температура окружающей среды и относительная влажность снижает способность животных к поддержанию постоянной температуры тела. В случаях, когда внутренняя температура тела организма повышается выше физиологического уровня, развивается состояние теплового стресса. При этом длительное воздействие теплового стресса на организм коров обусловливает ухудшение состояния их здоровья, снижение резистентности, репродуктивных качеств и молочной продуктивности [8, 9, 10].
В связи с чем, изучение механизмов патологических процессов, развивающихся в результате воздействия высокой температуры окружающей среды на организм животных, и разработка на этой основе средств, направленных на увеличение адаптационного потенциала и минимизации последствий теплового стресса, является актуальным направлением ветеринарной фармакологии.
В ФГБНУ «Краснодарский научный центр по зоотехнии и ветеринарии» разработана и запатентована кормовая добавка флавобетин, компоненты которой - бетаин, таурин и трава репешка обыкновенного подобраны с учетом их физико-химической совместимости и фармакологической активности, проявляющейся комплексным воздействием на патогенез теплового стресса у животных.
Цель работы - изучить эффективность кормовой добавки флаво-бетин в условиях экспериментальной гипертермии на лабораторных животных.
Материалы и методы исследований. Исследования выполнены в условиях вивария Краснодарского научно-исследовательского ветеринарного института - обособленного структурного подразделения федерального государственного бюджетного научного учреждения «Краснодарский научный центр по зоотехнии и ветеринарии». Протокол экспериментальной части исследования на этапах содержания животных, моделирования общей гипертермии и выведения их из опыта соответствовал принципам биологической этики, изложенным в Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых с экспериментальной и научной целью (ETS № 123, Страсбург, 18.03.1986).
Для изучения фармакологических свойств флавобетина экспериментально воспроизводили общую гипертермию на нелинейных крысах путем помещения животных в климаткамеру на 30 минут при
температуре 41°С, ежедневно в течение 5 дней, при этом дополнительным стрессирующим фактором являлось ограничение подвижности крыс. Предусматривалась стабильная подача воздуха для предупреждения кислородной гипоксии у животных.
В основное время крысы содержались в стационарных условиях вивария института - в индивидуальных клетках при температуре 22- 24°С и регулируемым световым режимом (12 часов «день», 12 часов «ночь»). Животные получали стандартный сбалансированный пищевой рацион, доступ к воде был свободным.
В опыте участвовали 3 группы по 10 крыс в каждой (5 самок и 5 самцов), ранжированных по возрасту, полу и массе тела, разброс в группах по исходной массе тела не превышал ±10 %: первая контрольная - интактные животные, находящиеся в стандартных условиях вивария; вторая и третья опытная группы ежедневно в течение 5 дней подвергалась тепловому воздействию; крысам из третьей группы задавался флавобетин в режиме - 7 дней до и в течение 5 дней моделирования теплового стресса, в дозе 0,05 г/кг массы тела, индивидуально в форме болюсов.
В течение опыта оценивали выживаемость животных по группам, изменение их клинического статуса, взвешивание проводилось при формировании групп и в период моделирования гипертермии - за 1 час до и 1 час после процедуры.
Измерение ректальной температуры у крыс проводили в течение 5 дней перед гипертермией (за 10-20 минут) и сразу после осуществления процедуры, при помощи лабораторного электротермометра, у которого непосредственно перед замером термометрический датчик обрабатывали медицинским спиртом и вазелиновым маслом.
Совокупность адаптационных процессов, направленных на выживание вида в значительной степени определяет поведение животных. Поэтому тест «открытое поле» широко применяется в фармакологии при оценке новых лекарственных средств. Принцип метода заключался в количественном измерении двигательного компонента, ориентировочной реакции и эмоциональной реактивности животных [2, 5].
Для оценки фармакологической эффективности флавобетина на 5 день экспериментальной гипертермии, через час после завершающего воздействия, по 6 крыс из каждой группы (3 самки и 3 самца) проходили тест «открытое поле». Установка для тестирования представляет собой квадратную площадку площадью 1 м2, разделенную на 16 квадратов, ограниченную непрозрачными бортами высотой 20 см. В площадке имеется 9 отверстий, моделирующих норки. Животное помещалось в центр площадки (в условия, не типичные для обитания крыс - открытое, освещенное, полностью замкнутое пространство), эксперимент проходил в полной тишине без посторонних звуков. В течение 3 минут оценивались следующие элементы поведения крыс: двигательная активность - за показатель горизонтальной двигательной активности принимали число пересеченных квадратов; исследовательская активность - данный параметр оценивали по количеству вертикальных стоек на задних лапах (пристеночных и свободных стоек); эмоциональный статус оценивали по таким критериям как количество и продолжительность актов груминга (все разновидности данной реакции, заключающиеся, главным образом, в вылизывании и почесывании), количество дефекаций (общее количество болюсов).
Эксперимент проводился с помощью веб-камеры и автоматическим переносом видеозаписи на компьютер. После тестирования крысу помещали обратно в клетку, поле тщательно обрабатывалось спиртовым раствором и промывалось водой перед помещением следующей крысы.
В конце опыта из каждой группы выводили по 5 крыс, у которых проводили патологоанатомическое исследование органов.
Полученные в опытах цифровые данные обрабатывались с использованием пакета статистических программ Statistica 10.0. Достоверность различий между сериями определяли с помощью t-критерия Стьюдента.
Результаты исследований и их обсуждение. В результате проведенных исследований установлено, что многократное термическое воздействие на лабораторных крыс проявилось их общим угнетением, жаждой, снижением аппетита, учащением дыхания и сердцебиения - эти признаки во 2 опытной группе сохранялись в течение 1-1,5 часов, в дальнейшем происходила стабилизация состояния. У животных 3 группы, получавших флавобетин, клиническая выраженность стрессовой реакции при общей гипертермии была значительно слабее и проходила спустя 45-55 минут. Гибели крыс по группам за период опыта зарегистрировано не было.
Температура тела является комплексным показателем теплового состояния организма животных. По данным проведенной термометрии ректальная температура крыс в опытных группах сразу после термического воздействия повышалась во второй группе до 39,6±0,3°С и в третьей группе до 38,4±0,1°С. У интакных животных данный показатель регистрировался на уровне 37,2±0,2°С. При расчете разница между опытными и контрольными крысами составила: во второй группе - 6,45%; в третьей группе - 3,22%. Следовательно, адаптогенные свойства флавобетина способствуют оптимизации температурного баланса организма лабораторных животных, позволяя минимизировать изменения практически в 2 раза.
Динамика массы тела лабораторных животных на фоне перегревания демонстрирует, что к концу опыта в группе, получавшей флаво- бетин, отмечено увеличение массы тела на 3,45%, тогда как у крыс без фармакокоррекции зарегистрировано снижение приростов на 6,67%. У интактных аналогов масса тела за период опыта возросла на 4,28%.
По результатам проведенного теста «открытое поле» установлено, что после 5 суток ежедневного общего перегревания у крыс к концу опыта наблюдалось угнетение активно-поисковой составляющей поведения (табл. 1).
Таблица 1 Результаты тестирования лабораторных крыс в тесте «открытое поле» (M±m; n=6)
| Показатели | Группы | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 - Контроль | 2 - Опытная | 3 - Опытная | ||||
| самки | самцы | самки | самцы | самки | самцы | |
| Начало активности | с первых секунд | спустя 30-45 секунд | с первых секунд | |||
| Характер активности на протяжении эксперимента | оптимально активный | пассивный | Смешанный | |||
| Количество посещенных квадратов | 22,8± | 21,4± | 9,2± | 8,4± | 17,4± | 15,2± |
| Пристеночные стойки | 11,2± | 10,6± | 6,3± | 5,9± | 8,9± | 8,1± |
| Свободные стойки | 6,1± | 5,8± | 3,3± | 3,0± | 4,6± | 4,9± |
| Дефекация, количество болюсов | 1,4± | 0,5± | 3,3± | 2,4± | 2,0± | 1,9± |
| Груминг, число актов | 4,0± | 3,9± | 4,1± | 3,8± | 4,2± | 4,2± |
| Груминг, общая длительность сек. | 20,1± | 21,6± | 14,1± | 15,9± | 17,0± | 18,4± |
Начало активности крыс в первой контрольной группе начиналось с первых секунд помещения на площадку. Животные из второй группы проявляли незначительное исследовательское поведение в течение первой минуты тестирования, при этом наблюдалась низкая двигательная активность и расположение особей преимущественно на периферии площадки, общий характер активности на протяжении эксперимента характеризовался как пассивный. Применение адаптогенной добавки способствовало улучшению общего состояния крыс и оптимизации их двигательной активности при разнице с интактными аналогами в 10-15 секунд.
Что касается динамики двигательной активности, то количество посещенных квадратов в опытных группах относительно интактных крыс снизилось во второй опытной группе - на 59,6% (самки) и на 61,1% (самцы); в третьей опытной группе - на 23,7% (самки) и на 28,9% (самцы).
Количество вертикальных стоек свидетельствует о степени выраженности исследовательской активности крыс. За стойку мы принимали положение животного, когда оно отрывало передние лапы от пола и оставалось лишь на задних лапах. Результаты исследований указывают на различия в исследовательской деятельности по изучаемым группам животных - при общем перегревании крысы реже вставали на задние лапы при разнице относительно контроля: по пристеночным стойкам во второй опытной группе - на 43,8% (самки) и на 44,3% (самцы), в третьей опытной группе - на 20,5% (самки) и на 23,6% (самцы); по свободным стойкам во 2 опытной группе - на 45,9% (самки) и на 48,2% (самцы), в третьей опытной группе - на 24,6% (самки) и на 15,5% (самцы). Таким образом, применение флавобетина при тепловом стрессе лабораторных животных приводит к повышению исследовательской активности крыс, хотя и не достигает уровня контрольных аналогов.
Из литературных источников известно, что груминг у животных - важный поведенческий акт и естественный груминг относят к категории комфортного поведения. Помимо прямой биологической функции груминг часто используется как адаптивная реакция при боли, стрессе и т.д., являясь у грызунов специфической общепризнанной поведенческой реакцией на стресс. Известно, что сильный стресс приводит к снижению двигательной активности животных на фоне возросшего груминга, то же касается и реакции дефекации [1, 3, 4].
Анализ параметров эмоциональности крыс при многократном общем перегревании показывает разноплановое изменение исходных поведенческих реакций, которые отражают тревожность, депрессию, страх и эмоциональность, проявляющиеся как положительными, так и отрицательными паттернами. Зарегистрировано, что в опытных группах отмечались более частые акты дефекации по сравнению с контролем, при этом адаптогенное действие флавобетина способствовало снижению актов дефекации крыс относительно животных второй группы на 39,4% (самки) и на 20,8% (самцы). В количестве актов груминга установлено незначительное снижение эпизодов в опытных группах относительно контроля, при этом зафиксировано снижение его длительности: во 2 опытной группе - на 29,9% (самки) и на 26,4% (самцы); в третьей опытной группе - на 5,4% (самки) и на 14,8% (самцы).
При патологоанатомическом исследовании установлено, что при тепловом стрессе крыс наиболее выраженные патологические изменения происходят в органах кровеносной и дыхательной системы, с максимальными проявлениями во второй опытной группе.
Рис. 1. Легкие (а) и сердце (б) крысы из второй опытной группы
Рис. 2. Легкие (а) и сердце (б) крысы из третьей опытной группы
У всех крыс из второй группы отмечались признаки эмфиземы легких с множественными кровоизлияниями на поверхности паренхимы, местами выявлены абсцессы легкого (рисунок 1 а). В группе с применением флавобетина у трех животных из пяти обследованных в легких отмечались признаки гиперплазии, застойные явления легочной ткани в виде скопления жидкости в бронхиолах и альвеолах, у некоторых животных точечные кровоизлияния в паренхиме легких, у второй - признаки воспаления легких (рисунок 2 а).
На фоне многократного общего перегревания у крыс из второй группы сердце было дряблой консистенции, коронарные артерии расширены, полнокровны, миокрад истончен и увеличен в размере, признаки гиперплазии органа и миокардита (рисунок 1 б). В группе с применением флавобетина патологические изменения макроскопически выявлены не были, за исключением перикардита у двух крыс, по-видимому, связанного с наличием воспаления легких у этих животных (рисунок 2 б).
Заключение. На основании анализа результатов проведенного исследования можно сделать вывод, что применение флавобетина лабораторным крысам на фоне длительного воздействия высоких температур уменьшает клинические признаки общей гипертермии, проявление эмоциональной тревожности и изменения в ориентировочно-исследовательской деятельности животных, снижает патологические изменения в сердце и легких. Полученные результаты позволяют рекомендовать кормовую добавку флавобетин в качестве регулятора адаптационных реакций организма животных при воздействии высоких температур.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-316-90009.
Список литературы:
Резюме. Высокие температуры окружающей среды оказывают негативное воздействие на молочное поголовье. Гипертермия вызывает снижение резистентности, репродуктивных качеств и молочной продуктивности скота. Для увеличения адаптационного потенциала животных и минимизации последствий теплового стресса на базе ФГБНУ «Краснодарский научный центр по зоотехнии и ветеринарии» разработана и запатентована кормовая добавка флавобетин. В статье описан опыт по изучению эффективности флавобетина на лабораторных животных в условия экспериментальной гипертермии. В опыте участвовало 3 группы по 10 крыс в каждой: контрольная и две опытные группы. Оценивали выживаемость животных, изменение клинического статуса и поведенческих реакций в тесте «Открытое поле», в конце опыта проведено патологоанатомическое исследование. Установлено, что многократное термическое воздействие на лабораторных крыс проявилось их общим угнетением, снижением аппетита, учащение дыхания и сердцебиения. У животных, получавших флавобетин за 7 дней до и в течение 5 дней моделирования теплового стресса, уменьшаются клинические признаки общей гипертермии, эмоциональной тревожности, происходят изменения в ориентировочно-исследовательской деятельности животных, снижаются патологические изменения в сердце и легких. Полученные результаты позволяют рекомендовать кормовую добавку флавобетин в качестве регулятора адаптационных реакций организма животных при воздействии высоких температур.
Ключевые слова: ветеринарная фармакология, гипертермия, комплексная кормовая добавка, экспериментальное моделирование, патогенез, метаболизм, профилактика, тепловой стресс, фармакологическая коррекция, флаво- бетин.
Сведения об авторах:
Кузьминова Елена Васильевна, доктор ветеринарных наук, доцент, главный научный сотрудник отдела фармакологии ФГБНУ «Краснодарский научный центр по зоотехнии и ветеринарии»; 350004, г. Краснодар, ул. 1-я Линия, д. 1; тел.: 8-918-4198369; е-mail: niva1430@mail.ru.
Семененко Марина Петровна, доктор ветеринарных наук, доцент, заведующая отделом фармакологии ФГБНУ «Краснодарский научный центр по зоотехнии и ветеринарии»; 350004, г. Краснодар, ул. 1-я Линия, д. 1; тел.: 8-918-4612663; е-mail: sever291@mail.ru.
Долгов Евгений Петрович, научный сотрудник отдела фармакологии ФГБНУ «Краснодарский научный центр по зоотехнии и ветеринарии»; 350004, г. Краснодар, ул. 1-я Линия, 1; тел.: 8-902-4061527; е-mail: edolgov93@mail.ru.
Калошкин Игорь Владимирович, аспирант кафедры терапии и фармакологии ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина»; 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13; тел.: 8-918-2513000; e-mail: kaloshkinigor@mail.ru.
Ответственный за переписку с редакцией: Рудь Екатерина Николаевна, аспирант отдела фармакологии ФГБНУ «Краснодарский научный центр по зоотехнии и ветеринарии»; 350004, г. Краснодар, ул. 1-я Линия, 1; тел.: 8-918-9590349; e-mail: rudkaterina@bk.ru.
http://vetkuban.com/num6_202120.html