INFLUENCE OF SELENIUM ON THE CONTENT OF MICROELEMENTS IN THE LIVER OF WISTAR RATS

  • Authors: Sindireva A.V.1, Maydanyuk G.A.2, Golubkina N.A.3
  • Affiliations:
    1. Tyumen state University, Institute of Earth Sciences
    2. Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin
    3. Federal Scientific Center for Vegetable Growing
  • Issue: No 3 (2018)
  • Pages: 103-109
  • Section: Articles
  • URL: https://vestnik-vgik.com/2311-1402/article/view/49608
  • Cite item

Abstract


The aim of this research is to evaluate the influence of selenium on the balance of microelements (i.e. Fe, Zn, Cu, Cr, Co, I, Mo) in the liver of Wistar rats. The subjects of research were as follows: liver of Wistar rats, microelements (Fe, Zn, Cu, Cr, Co, I, Mo). The experimental animals received a standard laboratory diet, for four months selenium solution in the form of Na2SiO3 was daily included into the diet of the experimental group “Selenium”. Liver was used as a material for studies. The physiological role of selenium is a subject of extensive scientific research. The main function of selenium is, first of all, its participation in antioxidant processes. Despite numerous studies confirming the need for selenium presence in the organism of animals and people, there is also a proven evidence of its toxicity when its concentration exceeds the maximum accepted levels. While the influence of selenium on plants has been studied thoroughly; the mechanism of this microelement influence on animal or human bodies requires additional study. The following data have been obtained: when the solution of Na2SiO3 is introduced into the body of animals, an increase in the content of the following microelements takes place, i.e. Co - 121.14%, I - 21.41%, Mn - 23.19%, Fe - 35.39%. The content of chrome has decreased by 55.43% as a result of selenium influence. The content of copper and zinc in the rat liver has not changed significantly under the influence of selenium.

Full Text

Введение Селен распространен повсеместно, однако неравномерное распределение этого элемента по поверхности земли приводит к существованию регионов с естественно повышенной и пониженной концентрацией селена в окружающей среде. Основное внимание стали уделять проблемам, связанным с возможностью его дефицита. Селен признан незаменимым, жизненно важным микроэлементом для организма животных и человека (Боев 2002; Синдирева 2011; Tapiero и др. 2003; Klotz и др. 2003). Особенности многих свойств селена позволяют считать, что он влияет на большинство процессов, определяющих основные функции человека и животных. Селен участвует в процессах воспроизводства, развитии и старении организма, а следовательно, во многом влияет на продолжительность жизни. Селен оказывает действие на ряд гликолитических и дыхательных ферментов. Установлена связь микроэлемента с окислительно-восстановительными ферментами (Боев 2002; Синдирева 2011; Горбачев, Горбачева 2002). Селен является одним из ключевых микроэлементов, обеспечивающих нормальную функцию ферментативной антиоксидантной системы организма. В отдельных случаях он может выполнять функции витамина Е, повышать выработку эндогенных антиоксидантов белковой и липидной природы, влиять на многие стороны метаболизма и синтеза в организме (Горбачев, Горбачева 2002). Селен участвует в формировании глутатионпероксидазы, предотвращает переокисление в результате восстановления гидроперекисей липидов или удаления низкомолекулярных перекисей. Считают, что селен является активным центром глутатионпероксидазы. Способность фермента образовывать комплексы с липоперекисями обусловлена наличием в нем атома селена. Этот процесс имеет большое значение для целостного организма, так как он препятствует накоплению в клетках продуктов переокисления. Последние, как известно, вызывают нарушение целости клеточных мембран и обмена многих биологически активных соединений (витамины, гормоны, аминокислоты), что может явиться причиной многих заболеваний (Боев 2002; Синдирева 2011; Горбачев, Горбачева 2002). Селен участвует в метаболизме других электролитов, в частности, железа. Так, одной из причин развития анемичных состояний может быть снижение уровня селена в организме. Имеются данные о влиянии селена на обмен йода и активность щитовидной железы, а также о его действии, защищающем от радиации (Горбачев, Горбачева 2002). Несмотря на множество работ, которые подтверждают необходимость присутствия селена в организме животных и человека (Георгиевский и др. 1979; Голубкина и др. 2017; Циммерманн 2006; Скальный, Рудаков 2004; Steinbrenner и др. 2006), существует также доказанный факт его токсического действия в концентрациях, превышающих допустимые (Каплин 2006; Räber и др. 2008). Выделенным решением Европейской экономической комиссии ООН селен был отнесен к группе наиболее опасных (и, следовательно, приоритетных для целей наблюдения, контроля и регулирования) элементов (Исидоров 2001). В настоящее время глобальные биогеохимические циклы данного элемента в сильной степени искажены человеческой деятельностью. Антропогенные выбросы микроэлемента в 2-5 раз превышают естественные уровни переноса селена из морей и океанов, поверхности Земли и с атмосферой (Голубкина и др. 2017). И если влияние селена на растения рассмотрено более обширно и подробно, то механизм действия микроэлемента на организм животных и человека требует дополнительных исследований. Малоизученным остается вопрос и о влиянии селена на химический элементный состав органов и тканей. Цель исследования - изучение влияния селена на содержание микроэлементов (Fe, Zn, Cu, Cr, Co, I, Mo) в печени крыс линии Wistar. Объекты и методы исследований Объекты исследования: печень крыс линии Wistar, микроэлементы: Se, Fe, Zn, Cu, Cr, Co, I, Mo. Выбор в качестве опытных животных крыс обусловлен тем, что белая лабораторная крыса имеет ряд преимуществ перед другими традиционными лабораторными животными. Организм крыс характеризуется приспособляемостью и устойчивостью к интеркуррентным инфекциям (Западнюк и др. 1974). Белые крысы менее требовательны в отношении пищевого рациона. Широкий диапазон их существования, особенности питания и деятельность органов пищеварения сходны с таковыми у человека (Западнюк и др. 1974). Использование животных, одинаковых по массе, возрасту и низкой индивидуальной вариабельности, является необходимой предпосылкой для получения достоверных результатов. Животные контрольной группы содержались на стандартном лабораторном рационе. Животные 2 группы получали стандартный лабораторный рацион и раствор селена в виде Na2SiO3 (доза селена составляла 1 мг/кг). Кормление животных осуществлялось в течение 4 месяцев. Животные содержались в стандартных лабораторных условиях и включались в эксперимент после двух недель адаптации к условиям вивария. Содержание, уход, кормление и выведение из эксперимента крыс осуществлялось в соответствии с требованиями об обеспеченности принципов гуманного обращения с животными, правилами проведения клинических испытаний в РФ, утвержденными Министерством здравоохранения РФ 29.12.98 г., положениями Хельсинской декларации (2000). Статистические методы. Математическая обработка результатов осуществлялась стандартными статистическими методами с использованием компьютерного пакета программ STATISTIKA, MATHCAD, EXCEL. Результаты исследований В качестве исследуемых химических элементов были выбраны микроэлементы. Эти элементы содержатся в организме в концентрациях от 0,00001% до 0,01%. Несмотря на столь низкие концентрации, они являются компонентами сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организма на всех этапах его развития (Скальный, Рудаков 2004). В настоящее время механизм влияния селена на данную группу элементов раскрыт слабо и располагает к более подробному изучению данного вопроса (см. таблицу). Таблица Содержание микроэлементов в печени исследуемых крыс, мг/кг Микроэлементы Содержание микроэлементов (мг/кг) Контроль Селен (Se) Селен (Se) 3,23±0,349 23,27±2,33 Железо (Fe) 1051±105 1423±142 Цинк (Zn) 104±10 96,76±9,68 Медь (Cu) 12,88±1,29 12,93±1,29 Хром (Cr) 0,175±0,021 0,097±0,015 Кобальт (Co) 0,173±0,021 0,387±0,046 Йод (I) 0,327±0,037 0,397±0,037 Марганец (Mn) 7,33±0,73 9,03±0.9 Соединения селена могут поступать в организм животного пероральным, ингаляционным путем, а также через кожу и слизистые оболочки, при парентеральном введении. В крови селен циркулирует в виде ионов в комплексе с аминокислотами, жирными кислотами. Ведущую роль в транспорте селена играют белки, образующие с ним прочную связь. У животных с нормальным обеспечением селеном самыми богатыми этим элементом органами (в расчете на сухое вещество) являются почки и печень. Наши исследования показали, что при дополнительном поступлении селена в организм животных он интенсивно накапливается в печени. Так, в условиях эксперимента отмечено превышение содержания селена у животных группы «селен» в 7,2 раза по сравнению с животными контрольной группы. Кобальт входит в структуру молекулы витамина В12. В составе этого витамина содержится до 4-15% кобальта. Кобальт стимулирует кроветворение, способствует усвоению организмом железа и его преобразованию в утилизируемые формы (образование белковых комплексов, синтез гемоглобина и др.). Микроэлемент нормализует эритропоэтическую активность костного мозга. Кобальт стимулирует синтез белков и совместно с йодом ускоряет образование гормонов щитовидной железы. Совместно с цинком, медью, железом кобальт участвует в процессах роста и размножения (Горбачев, Горбачева 2002). В основном кобальт концентрируется в печени, селезенке, костной ткани, мышечной ткани и крови (Скальный, Рудаков 2004). Хром имеет большое значение в метаболизме углеводов и жиров, а также участвует в процессе синтеза инсулина. Предполагается, что дефицит хрома может вызывать развитие атеросклероза и сахарного диабета, артериальной гипертензии. Хром и его препараты имеют низкую токсичность, которая частично объясняется тем, что этот элемент в организме плохо усваивается (Горбачев, Горбачева 2002). Йод обладает высокой физиологической активностью и является обязательным структурным компонентом тиреотропного гормона и тиреоидных гормонов щитовидной железы. Основные функции йода в организме: участие в регуляции скорости биохимических реакций, участие в регуляции обмена некоторых витаминов, индукция повышения потребления кислорода тканями и т. д. (Скальный, Рудаков 2004). На графике видно, что в сравнении с группой контроля количество кобальта и йода в организме крыс группы «селен» увеличилось на 121,14% и 21,41% соответственно. Согласно литературным данным селен оказывает положительный эффект на накопление йода в организме человека и животных (Горбачев, Горбачева 2002). В данном случае полученные данные наглядно подтверждают это явление. Содержание хрома в группе «селен (Se)» снизилось на 55,43%. (рис. 1). Рис. 1. Содержание микроэлементов Cr, Co, I в печени крыс линии Wistar, мг/кг Медь является жизненно необходимым микроэлементом. В организме медь необратимо связана с некоторыми белками, в состав которых она входит в качестве простетического элемента (Горбачев, Горбачева 2002). Максимальная концентрация меди отмечена в печени, почках, мозге, крови, однако медь можно обнаружить и в других органах и тканях (Скальный, Рудаков 2004). Марганец относится к важнейшим биоэлементам (микроэлементам) и является компонентом множества ферментов, выполняя в организме многочисленные функции: участвует в синтезе и обмене нейромедиаторов в нервной системе, обеспечивает нормальное функционирование мышечной ткани, снижает уровень липидов в организме, усиливает гипогликемический эффект инсулина и т. д. (Скальный, Рудаков 2004). Марганец входит в состав ферментных систем и необходим для поддержания нормальной структуры костей (Горбачев, Горбачева 2002). Согласно полученным данным показатели меди у обеих групп практически равны. В подопытной группе отмечено повышение содержания марганца на 23,19% (рис. 2). Рис. 2. Содержание микроэлементов Сu, Mn в печени крыс линии Wistar, мг/кг Основной функцией железа в организме является перенос кислорода и участие в окислительных процессах. Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, цитохромов (Скальный, Рудаков 2004). Железо играет важную роль в поддержании достаточного уровня иммунной резистентности, адекватное его содержание в организме способствует полноценному функционированию факторов неспецифической защиты, клеточного и местного иммунитета (Горбачев, Горбачева 2002). В группе «селен» наблюдается заметное увеличение содержания железа на 35,39% (рис. 3). В данном случае подтверждается тот факт, что селен участвует в метаболизме данного микроэлемента в организме. Согласно литературным источникам увеличение концентрации селена в организме способствует повышению содержания железа (Горбачев, Горбачева 2002). Рис. 3. Содержание железа (Fe) в пече Рис. 4. Содержание цинка (Zn) в печени крыс линии Wistar, мг/кг ни крыс линии Wistar, мг/кг Цинк является кофактором большой группы ферментов, участвующих в белковом и других видах обмена, поэтому он необходим для нормального протекания многих биохимических процессов. Этот элемент требуется для синтеза белков, в т. ч. коллагена, и формирования костей (Горбачев, Горбачева 2002). Цинк имеет значение в регенерации тканей. Цинкозависимыми являются такие жизненно важные гормоны, как инсулин, кортикотропин, соматотропин, гонадотропины. Цинк служит составной частью более 80 ферментов в организме человека, он необходим для образования эритроцитов и других форменных элементов крови (Скальный, Рудаков 2004). Цинк и селен оказывают интенсивное антиоксидантное действие, оба стимулируют всасывание, усвоение йода, синтез гормонов щитовидной железы, положительно влияют на репродуктивную систему. В то же время они антагонистично тормозят всасывание и усвоение друг друга. На графике видно, что снижение цинка в подопытной группе «селен» незначительно и составляет 6,96%, однако полученные значения находятся в пределах ошибки (рис. 4). Выводы 1. При введении в организм животных раствора селена в виде Na2SiO3 наблюдается повышение содержания по сравнению с животными контрольной группы следующих микроэлементов: Fe - 35,39%, I - 21,41%. В данном случае подтверждается тот факт, что селен участвует в метаболизме этих микроэлементов в организме животных и человека. 2. Содержание микроэлементов кобальта и марганца в группе «селен» увеличилось на 121,14 и 23,19% соответственно. Механизмы влияния селена на данные микроэлементы требуют дополнительного изучения. 3. Содержание микроэлемента хрома в печени крыс под влиянием селена снизилось на 55,43%. 4. Количество меди и цинка в печени крыс под влиянием селена достоверно не изменялось.

About the authors

A. V. Sindireva

Tyumen state University, Institute of Earth Sciences


Doctor of Biological Sciences, Professor

G. A. Maydanyuk

Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin


post-graduate at the Department of Ecology, Nature Management and Biology at the Faculty of Agrochemistry, Soil Science, Ecology, Environmental Engineering and Water Management

N. A. Golubkina

Federal Scientific Center for Vegetable Growing


Doctor of Agricultural Sciences, Leading Researcher

References

  1. Боев В. М. 2002. Среда обитания и экологически обусловленный дисбаланс микроэлементов у населения урбанизированных и сельских территорий // Гигиена и санитария 5, 3-8.
  2. Георгиевский В. И., Анненков Б. Н., Самохин В. Т. 1979. Минеральное питание животных. Москва: Колос.
  3. Голубкина Н. А., Синдирева А. В., Зайцев В. Ф. 2017. Внутрирегиональная вариабельность селенового статуса населения // Юг России: экология, развитие. Т. 12, № 1, 107-127.
  4. Горбачев В. В., Горбачева В. Н. 2002. Витамины, микро- и макроэлементы. Справочник Минск: Книжный Дом; Интерпрессервис.
  5. Западнюк И. П., Западнюк В. И., Захария Е. А., Западнюк Б. В. 1974. Лабораторные животные. Киев.
  6. Исидоров В. А. 2001. Экологическая химия. Санкт-Петербург: Химиздат.
  7. Каплин В. Г. 2006. Основы экотоксикологии. Москва: КолосС.
  8. Синдирева А. В. 2011. Эколого-токсикологическая оценка действия кадмия, цинка, селена в условиях южной лесостепи Омской области // Вестник Красноярского гос. аграрного ун-та 10, 118-122.
  9. Синдирева А. В., Красницкий В. М., Ермохин Ю. И. 2012. Региональные особенности кадмия и цинка в почвах Омской области // Плодородие 1, 47-50.
  10. Скальный А. В., Рудаков И. А. 2004. Биоэлементы в медицине. Москва: ОНИКС 21 век; Мир и Образование.
  11. Циммерманн Майкл. 2006. Микроэлементы в медицине (по Бургерштайну) / Пер с нем. Москва: Арнебия.
  12. Andrew McCartor J. D., Dan Becker B.A. 2010. The worst pollution problems in the world. Top six toxic threats.
  13. Klotz L. O., Kroncke K. D., Buchczyk D. P., Sies H. 2003. Role of copper, zinc, selenium, tellurium in the cellular defense against oxidative and nitrosative stress // Journal of Nutrition 133 (5), 1448-1451.
  14. Räber M., Geyer H., Kessler J., Gutzwiller A. 2008. Effects of high selenium intake on selenium status, liver function and claw health of fattening bulls // SAT Schweizer Archiv für Tierheilkunde, 56-57.
  15. Steinbrenner H., Alili L., Bilgic E., Sies H., Brenneisen P. 2006. Involvement of selenoprotein P in protection of human astrocytes from oxidative damage // Free Radic Biol Med. 40, 1513-1523.
  16. Tapiero H., Townsend D. M., Tew K. D. 2003. The antioxidant role of selenium and seleno-compounds // Biomed Pharm. 57, 134-144.

Statistics

Views

Abstract - 0

Article Metrics

Metrics Loading ...

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies