Изучение эффективности кормовой добавки флавобетин при экспериментальном моделировании общей гипертермии у лабораторных животных

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
в начале пассивный, к концу среднеактивный

Количество посещенных квадратов

22,8±
1,0

21,4±
1,4

9,2±
0,9*

8,4±
1,6

17,4±
1,2*

15,2±
0,8*

Пристеночные стойки

11,2±
0,6

10,6±
0,9

6,3±
0,8

5,9±
0,4*

8,9±
0,5*

8,1±
0,7

Свободные стойки

6,1±
0,3

5,8±
0,2

3,3±
0,7

3,0±
0,2*

4,6±
0,4

4,9±
0,5

Дефекация, количество болюсов

1,4±
0,02

0,5±
0,01

3,3±
0,05*

2,4±
0,03*

2,0±
0,05

1,9±
0,04*

Груминг, число актов

4,0±
0,2

3,9±
0,1

4,1±
0,4

3,8±
0,5

4,2±
0,3

4,2±
0,2

Груминг, общая длительность сек.

20,1±
1,3

21,6±
0,7

14,1±
0,8*

15,9±
1,5

17,0±
1,1

18,4±
0,9

Примечание: * - р<0,05 степень достоверности в опытных группах по отно­шению к контролю

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:

  1. Абрашова Т.В., Гущин Я.А., Ковалева М.А. Физиологические, биохимичес­кие и биометрические показатели нормы экспериментальных животных: спра­вочник// Изд-во «ЛЕМА». 2013. 116 с.
  2. Маркель А.Л. К оценке основных характеристик поведения крыс в тесте открытого поля// Журн. высш. нервн. деятельности. 1981. т. 31. № 2. С. 301­307.
  3. Николаев В.Ю., Шахматов И.И., Киселев В.И., Москаленко С.В. Система гемостаза у крыс при долговременной гипертермической нагрузке// Сибир­ский научный медицинский журнал. 2015. Т. 35. № 2. С. 43-46.
  4. Сандаков Д.Б. Методика и методология физиологического эксперимента. Материалы для спецкурса. Учеб.-метод. пособие для студентов кафедры физио­логии человека и животных биологического факультета БГУ. 2007. 70 с.
  5. Судаков С.К., Назарова Г.А., Алексеева Е.В. Определение уровня тревож­ности у крыс в тестах «Открытое поле», «Крестообразный приподнятый лабиринт» и тесте Фогеля// Бюлл. экспериментальной биологии и медицины. 2013. т. 155. № 3. С. 268-270.
  6. Сумерова К.А., Байчурина А.И., Ленева М.Е. Информационный бюллетень № 88 «Изменение климата»// https://rgmo.net/tmp/Izmenenie_klimata_N88_ DecJan_2020.
  7. Суровцев В.Н., Паюрова Е.Н., Никулина Ю.Н., Пономар М.А. Адаптация сельскохозяйственного производства на Северо-Западе России к изменениям климата: монография// ГНУ СЗНИЭСХ. 2014. 176 с.
  8. Тимошенко В.Н., Музыка А., Москалев А. Тепловой стресс у коров. Как сохранить продуктивность?// Белорусское сельское хозяйство. 2016. № 7. С. 42-47.
  9. Baumgard L.H., Rhoads R.P. The effects of hyperthermia on nutrient partitioning// Ruminant nutrition symposium, Ithaca, NY. 2017. pp. 1855-1865.
  10. Semenenko M.P., Kuzminova E.V., Tyapkina E.V., Abramov A.A., Semenenko K.A. Molecules of medium mass as an integral indicator of endogenous intoxication in the diagnosis of hepatopathy and its effect on improving the economic efficiency of veterinary measures in the field of dairy farming// Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. 2017. Vol. 9. № 9. pp. 1573-1575.

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