Использование препарата наночастиц SiO2 в кормлении карпа

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Выполнена серия исследований на моделе карпа по оценке биологических свойств и продуктивного действия препарата наночастиц (nanometers particles (NPS)) диоксида кремния (SiO2). Использован препарат NPS SiO2, полученный методом плазмохимического синтеза (d=126,5±9,7 нм, Z-потенциал – 29±0,1 мВ). Препарат NPS SiO2 характеризовался отсуствием токсичности в диапазоне от 1,5•10-5 до 5•10-1 г/л (модель биосенсора Escherichia coli K12 TG1). Изучено действие NPS SiO2 в трёх дозировках (100, 200, 300 мг/кг корма) на продуктивность и обмен веществ в организме карпа. Установлена оптимальная дозировка NPS SiO2, составившая 200 мг/кг. При включении NPS SiO2 в полнорационный комбикорм с содержанием сырого протеина 23 % установлен факт повышения интенсивности роста карпа на величину 10,2-14,1 %. При этом зафиксировано увеличение содержания общего белка в сыворотке крови рыб, и рост содержания ряда аминокислот в печени карпа. Во втором эксперименте изучена продуктивность и обмен минеральных веществ у карпа при совместном скармливании NPS SiO2 и аминокислот (лизин, митеонин, аргинин).

Полный текст

Введение.

Кремний (Si) – металлоид с атомной массой 28, является важным микроэлементом для организма человека, животных и растений. Термины «кремний» и «кремнезём» относятся к материалам природного или антропогенного происхождения, состоящим из диоксида кремния (SiO2), который встречается в двух основных формах – кристаллической и аморфной. Частицы кремния существуют в природе в больших количествах, и признано, что на протяжении всей человеческой эволюции они были компонентами рациона питания (Jurkić LM et al., 2013; Мусабаева Л.Л. и Сизова Е.А., 2022).

Интерес к кремнию в последние годы растёт всё больше и связан с его важностью для организма (Arthur-Ataam J et al., 2019; Камирова А.М. и др., 2024; Мусабаева Л.Л. и др., 2024). В 1970 году впервые на цыплятах и крысах было установлено, что Si необходим для нормального роста и развития, а дефицит Si может привести к дефектам в костной и соединительной тканях и нарушению минерального баланса (Martin KR, 2007; Jugdaohsingh R et al., 2008). В частности, у цыплят с недостатком кремния в рационе отмечались деформации черепа, а также более короткие, тонкие и гибкие кости конечностей, которые легко ломались. У крыс также наблюдались выпадение шерсти и потеря мышечного тонуса (Nieves JW et al., 1998; Francis RM et al., 2006).

Следует отметить, что впервые биологическая роль кремния была установлена Carlisle EM (1970, 1972) в исследованиях по оценке действия этого элемента на процесс минерализации костей. В последующем эти знания были дополнены данными о действии кремнесодержащих кормовых добавок на прочность и плотность костей цыплят-бройлеров и перепелов (Merkley JW and Miller ER, 1983; Sahin K et al., 2006). Биологическое действие кремния характеризуется снижением количества остеокластов, нивелированием резорбции и потери костной массы (Rodella LF et al., 2014). Кроме того, высказано предположение, что кремний участвует в формировании костей посредством синтеза и/или стабилизации коллагена. Было обнаружено, что высокие уровни Si прочно связаны с соединительными тканями и их компонентами, а именно гликоаминогликанами, полисахаридами и мукополисахаридами (Jugdaohsingh R et al., 2007).

В организме рыб функции кремния изучены ещё далеко не в полной мере. Известно о путях поступления и круговорота кремния в организме рыб, в литературе есть указания на токсичность этого элемента (Lall SP and Kaushik SJ, 2021). Описан механизм действия кремния на опорно-двигательную систему радужной форели (Küçükbay FZ et al., 2008).

Наукой накоплен значительный багаж знаний о биодоступности кремния из различных источников, в том числе минеральных и органических соединений. В последние годы вышли в свет работы о биодоступности этого элемента из нанодисперсий (NPS) кремния. Так, наибольшее распространение на практике получил препарат NPS кремния E551, который широко применяется в различных отраслях пищевой промышленности и сельского хозяйства для сохранения качества продукта, защиты от слёживания. Детальные исследования качественных характеристик E551 подтвердили его биологическую инертность или малотоксичность (Van der Zande M et al., 2014; US Food and Drug Administration, 2018).

Как следует из анализа литературных данных, наноматериалы в силу своих уникальных свойств найдут широкое применение в аквакультуре и животноводстве. Исследования показывают, что применение NPS в кормлении повышает продуктивность и иммунный статус животных (Pieszka M et al., 2019). Несмотря на огромный потенциал NPS кремния в аквакультуре, исследования по его использованию в качестве кормовых добавок проводились только на тиляпии (Bashar A et al., 2021; Alandiyjany MN et al., 2022).

 

Цель исследования.

Изучить биологическое и продуктивное воздействие NPS SiO2 на модели карпа (Cyprinus carpio).

 

Материалы и методы исследования.

Объект исследования. Годовики карпа (Cyprinus carpio).

Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями и рекомендациями российских нормативных актов, протоколами Женевской конвенции и принципами надлежащей лабораторной практики (Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 53434-2009). При проведении исследований были предприняты меры для обеспечения минимума страданий животных и уменьшения количества исследуемых опытных образцов. Все экспериментальные методы и методики были одобрены Комитетом по этике Федерального научного центра биологических систем и агротехнологий РАН.

Схема эксперимента. Экспериментальные исследования проведены в условиях аквариумного стенда (6 аквариумов по 300 литров), оборудованного системой жизнеобеспечения. В рамках первого эксперимента методом пар-аналогов были сформированы четыре группы годовиков карпа (n=30; m=15-25 г). Карпов кормили полнорационным комбикормами с содержанием 23 % сырого протеина. В рацион рыбы I, II и III опытных групп дополнительно вводили препарат наночастиц SiO2, в дозировке 100; 200 и 300 мг/кг корма соотвественно. В исследовании использовали NPS SiO2, синтезированные методом плазмохимического синтеза (d=126,5±9,7 нм, Z-потенциал –29±0,1 мВ). Водные лиозоли NPS SiO2 подвергали ультразвуковой обработке частотой 35 кГц (мощность – 300 (450) Вт, амплитуда колебаний – 10 мкм) в течение 30 мин с последующим напылением на комбикорм.

Для проведения II эксперимента методом пар-аналогов из годовиков карпа (n=25; m=45-55 г) были сформированы 4 группы. Карпов кормили полноценным комбинированным кормом, идентичным по составу корму, использованному в I эксперименте. Карпы I опытной группы дополнительно получали NPS SiО2 (200 мг/кг); II – аминокислоты (аргинин (25 г/кг)+лизин (21 г/кг)+ метионин (10 г/кг)); III – NPS SiО2 (200 мг/кг) и аминокислоты (аргинин (25 г/кг)+лизин (21 г/кг)+метионин (10 г/кг)).

Продолжительность каждого эксперимента составила 56 суток.

Контроль над интенсивностью роста рыбы в период исследований осуществлялся путём еженедельного индивидуального взвешивания утром, до кормления (±1 г) и определения линейно-массовых показателей.

Оборудование и технические средства. Аминокислотный состав биосубстратов рыбы, гемотологические показатели крови оценивались в ЦКП БСТ РАН (г. Оренбург) (https://цкп-бст.рф/) по стандартным методикам с помощью капиллярного электрофореза «Капель-105 М», анализатора CS-T240 («Dirui Industrial Co., Ltd.», Китай), анализатора URIT-2900 Vet Plus, («URIT Medial Electronic Co.», Китай) с использованием коммерческих биохимических наборов для ветеринарии («Randox Laboratories Ltd», Великобритания).

Анализ элементного состава мышечной ткани проведён в лаборатории АНО «Центр биотической медицины» (г. Москва) (аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.22ПЯ05) методом атомно-эмиссионной и масс-спектрометрией с индуктивно связанной плазмой (Optima 2000 V, Elan 9000, «PerkinElmer» США).

Биологическая экспертиза NPS SiO2 проводилась по Deryabin DG et al. (2012) на модели биосенсора Escherichia coli K12 TG1, на микропланшетном ридере TECAN Infinite F200 (Tecan Austria GmbH, Австрия).

Статистическая обработка. Данные выражены в виде средних значений ± стандартной ошибки среднего (M±m). Статистический анализ проводился с помощью офисного программного комплекса «Microsoft Office» («Microsoft», США) с применением «Excel» («Microsoft», США) с обработкой данных в «Statistica 10.0» («Stat Soft Inc.», США). Значимость групповых различий оценивали с помощью t-критерия Стьюдента при P≤0,05, который считался значимым.

 

Результаты исследования.

В ходе исследований на модели биосенсора Escherichia coli K12 TG1 установлено, что препарат NPS SiO2 не проявлял токсического действия в диапазоне от 1,5•10-5 до 5•10-1 г/л. При этом относительные значения биолюминесценции колебались в диапазоне допустимых нетоксичных показателей – в пределах от 82,4 до 104,8 %.

Введение препарата наночастиц кремнезёма в рацион карпов оказывает влияние на их продуктивность, что выражалось повышением живой массы рыбы при окончании эксперимента на 10,2 % (P≤0,05) в I, на 14,1 % (P≤0,05) – во II и на 11 % (P≤0,05) – в III опытных группах (рис. 1).

 

Рисунок 1. Разница по живой массе рыб опытных групп по сравнению с контрольной, % (I эксперимент)

Figure 1. Difference in live weight of fish of experimental groups compared to control group, % (I experiment)

 

Применение NPS SiO2 сопровождалось изменениями уровня лимфоцитов с 83,3±3,0 в контроле до 99,8±5,3 (P≤0,05) в I опытной группе; 111,9±10,2 (P≤0,05) – во II и 95,7±9,5 109/л (P≤0,05) – в III опытных группах; моноциты: 2,1±0,06; 2,2±0,2; 3,4±0,4 (P≤0,05); 2,7±0,35 109/л (P≤0,05) соотвественно.

В ходе исследований был установлен рост концентрации гемоглобина в крови карпов при применении NPS SiO2 с 95±3,0 г/л в контроле до 102±3,5 (P≤0,05) в I опытной группе; 119±4,7 (P≤0,01) – во II и 113±2,8 (P≤0,05) – в III опытных группах.

Скармливание препарата наночастиц кремнезёма сопровождалось достоверным повышением содержания общего белка в сыворотке крови карпов I опытной группы на 6,89; II – на 5,44; III – на 4,13 г/л.

 В печени подопытной рыбы нами отмечались достоверные изменения в содержании большинства аминокислот (табл. 1).

 

Таблица 1. Концентрация аминокислот в печени подопытных карпов, % (I эксперимент)

Table 1. Concentration of amino acids in the liver of experimental carps, % (I experiment)

Аминокислота / Amino acid

Группа / Group

опытная / experimental

контроль / control

I

II

III

Аргинин / Arginine

1,00 ± 0,01

0,98 ± 0,006

0,88 ± 0,006

1,04 ± 0,02

Гистидин / Histidine

0,81 ± 0,03*

0,78 ± 0,03*

0,69 ± 0,02

0,71 ± 0,02

Глицин / Glycine

2,12 ± 0,06*

2,16 ± 0,07*

1,99 ± 0,05

1,96 ± 0,05

Лейцин + изолейцин / Leucine + Isoleucine

4,88 ± 0,3*

4,93 ± 0,3*

4,52 ± 0,2

4,28 ± 0,1

Лизин / Lysine

0,93 ± 0,01

1,00 ± 0,02

0,87 ± 0,01

0,89 ± 0,01

Валин / Valine

2,34 ± 0,04*

2,40 ± 0,05**

2,22 ± 0,03

2,13 ± 0,03

Тирозин / Tyrosine

1,19 ±0,02***

1,22 ±0,03***

1,09 ± 0,04

1,03 ± 0,01

Метионин / Methionine

1,04 ± 0,04**

1,03 ± 0,03**

0,97 ± 0,01*

0,88 ± 0,01

Пролин / Proline

1,69 ± 0,02*

1,67 ± 0,01*

1,65 ± 0,01*

1,56 ± 0,01

Фенилаланин/Phenylalanine

1,54 ± 0,03**

1,57 ± 0,04**

1,42 ± 0,03

1,35 ± 0,03

Примечание: разница достоверна по отношению к контролю: * – Р≤0,05; ** – Р≤0,01;

*** – Р≤0,001

Note: the difference is reliable in relation to the control: * – P≤0.05; ** – P≤0.01; *** – P≤0.001

 

Введение NPS SiO2 в рацион оказало влияние на содержание химических элементов в филе карпов (табл. 2).

 

Таблица 2. Содержание макроэлементов в филе карпов, мкг/г (I эксперимент)

Table 2. Macronutrient content in carp fillets, mcg/g (I experiment)

Элемент / Element

Группа / Group

опытная / experimental

контроль / control

I

II

III

Ca

285 ± 29*

297 ± 20*

428 ± 53***

209 ± 21

K

4849 ± 485

4991 ± 500

4708 ± 468

5565 ± 556

Na

521 ± 52

589 ± 57

442 ± 46*

574 ± 55

Mg

160 ± 16

171 ± 17

172 ± 18

185 ± 18

P

1661 ± 165*

1895 ± 190

2273 ± 221

2139 ± 214

Примечание: разница достоверна по отношению к контролю: * – Р≤0,05; *** – Р≤0,001

Note: the difference is reliable in relation to the control: * – P≤0.05; *** – P≤0.001

 

В филе карпов I опытной группы констатировали достоверное повышение содержание кальция на 36,4 %, что имело место на фоне снижения пула фосфора на 22,4 % относительно контроля. В филе карпов III опытной группы зафиксировано повышение содержания кальция в 2 раза. Действующий фактор оказал непосредственное влияние и на обмен жизненно необходимых и условно-жизненно необходимых химических микроэлементов (табл. 3).

 

Таблица 3. Концентрация жизненно необходимых и условно-жизненно необходимых химических микроэлементов в филе подопытных карпов, мкг/г (I эксперимент)

Table 3. Concentration of vital and conditionally vital chemical trace elements in fillets of experimental carps, mcg/g (I experiment)

Элемент / Element

Группа / Group

опытная / experimental

контроль / control

I

II

III

Si

1,4 ± 0,14

1,53 ± 0,11*

1,55 ± 0,12*

1,32 ± 0,13

Se

0,13 ± 0,006*

0,13 ± 0,005*

0,15 ± 0,018

0,16 ± 0,009

Zn

12,1 ± 0,22**

13,01 ± 0,05*

13,22 ± 0,43

13,82 ± 0,10

Cu

0,94 ± 0,12

1,08 ± 0,11

0,95 ± 0,11

1,15 ± 0,11

Fe

6,01 ± 0,6*

4,98 ± 0,5

4,7 ± 0,5

4,55 ± 0,46

Co

0,002 ± 0,0003

0,002 ± 0,0004

0,002 ± 0,0004

0,002 ± 0,0005

Mn

0,31 ± 0,037*

0,25 ± 0,030

0,39 ±0,047**

0,22 ± 0,026

I

0,05 ± 0,007**

0,05 ± 0,006**

0,06 ± 0,008

0,07 ± 0,001

B

0,76 ± 0,091

0,82 ± 0,098

0,77 ± 0,092

0,67 ± 0,08

V

0,003 ± 0,0006

0,003 ± 0,0005

0,005 ±0,001*

0,003 ± 0,0005

Примечание: разница достоверна по отношению к контролю: * – Р≤0,05; ** – Р≤0,01

Note: the difference is reliable in relation to the control: * – P≤0.05; ** – P≤0.01

 

Как следует из полученных результатов в филе карпов I опытной группы отмечалось достоверное повышение содержание марганца на 40,9 % и железа – на 32,1 %. При этом в этой группе происходило трудно объяснимое уменьшение концентрации йода, селена и цинка на 28,6; 18,8 и 9,16 % соотвественно. Аналогичное снижение пулов этих элементов в филе карпов II опытной группы составило 28,6; 18,8 и 2,3 %.

Анализ содержания токсических элементов в филе не выявил негативного воздействия действующего фактора на рыб (табл. 4).

 

Таблица 4. Концентрация токсических элементов в филе подопытных карпов, мкг/г (I эксперимент)

Table 4. Concentration of toxic elements in fillets of experimental carps, mcg/g (I experiment)

 

Элемент / Element

Группа / Group

опытная / experimental

контроль / control

I

II

III

As

0,01 ± 0,002

0,01 ± 0,001

0,01 ± 0,002

0,01 ± 0,002

Al

1,7 ± 0,17

2,33 ± 0,24

1,39 ± 0,14

1,56 ± 0,16

Sn

0,008 ± 0,0017

0,005 ± 0,0009

0,005 ± 0,0008

0,005 ± 0,0001

Sr

0,71 ± 0,085

0,54 ± 0,065

1,38 ± 0,33*

0,73 ± 0,088

Cd

0,002 ± 0,0004

0,001 ± 0,0002

0,003 ± 0,0006*

0,001 ± 0,0003

Hg

0,05 ± 0,007

0,04 ± 0,006

0,04 ± 0,005

0,03 ± 0,004

Pb

0,02 ± 0,003

0,01 ± 0,002*

0,007 ± 0,0014**

0,03 ± 0,006

Примечание: разница достоверна по отношению к контролю: * – Р≤0,05; ** – Р≤0,01

Note: the difference is reliable in relation to the control: * – P≤0.05; ** – P≤0.01

 

В ходе второго эксперимента наибольшая живая масса карпа, на 13,7 % (P≤0,05) превышающая уровень контроля, установлена при скармливании препарата наночастиц кремнезёма в дозе 200 мг/кг корма (рис. 2).

Живая масса при совместном использовании комплекса аминокислот и NPS SiO2 только на 6,6 % (Р≤0,05) превзошла контроль.

 

Рисунок 2. Разница по живой массе рыб опытных групп по сравнению с контрольной, % (II эксперимент)

Figure 2. Difference in live weight of fish of experimental groups compared to control group, % (II experiment)

 

Скармливание наночастиц кремнезёма сопровождалось повышением концентрации гемоглобина в крови карпов I, II и III опытных групп на 26,5 (Р≤0,001), 20,9 (Р≤0,001) и 12,7 % (Р≤0,01) соотвественно.

В ходе исследований нами констатировано повышение концентрации общего белка в сыворотке крови карпов опытных групп на 19,4 % (Р≤0,01) в I; 4,0 – во II и 6,8 % – в III опытных группах.

Анализ аминокислотного состава печени подопытных карпов во II эксперименте в целом подтвердил выявленный в I эксперименте факт повышения уровня незаменимых и заменимых аминокислот (табл. 5).

 

Таблица 5. Концентрация аминокислот в печени подопытных карпов (II эксперимент), %

Table 5. Concentration of amino acids in the liver of experimental carps (II experiment), %

Аминокислота /

Amino acid

Группа / Group

опытная / experimental

контроль / control

I

II

III

Аргинин / Arginine

1,02 ± 0,01

1,48 ± 0,03***

1,25 ± 0,03***

1,01 ± 0,01

Гистидин / Histidine

0,81 ± 0,04*

0,73 ± 0,03

0,82 ± 0,04*

0,69 ± 0,02

Глицин / Glycine

2,19 ± 0,06*

2,23 ± 0,08*

2,25 ± 0,09*

1,93 ± 0,04

Лейцин + изолейцин /

Leucine + Isoleucine

4,96 ± 0,28*

4,67 ± 0,33

4,98 ± 0,42*

4,25 ± 0,12

Лизин / Lysine

0,98 ± 0,02

1,23 ± 0,03***

1,15 ± 0,02***

0,87 ± 0,02

Метионин / Methionine

1,05 ± 0,03**

1,03 ± 0,03**

1,06 ± 0,04**

0,86 ± 0,02

Валин / Valine

2,45 ± 0,04**

2,50 ± 0,05**

2,44 ± 0,04**

2,11 ± 0,05

Тирозин / Tyrosine

1,73 ± 0,05*

1,14 ± 0,02***

1,22 ± 0,04***

1,01 ± 0,01

Треонин / Threonine

1,26 ±0,04***

1,88 ± 0,06**

1,91 ± 0,07**

1,61 ± 0,05

Фенилаланин / Phenylalanine

1,59 ± 0,05**

1,44 ± 0,04

1,60 ± 0,05**

1,34 ± 0,04

Пролин / Proline

1,71 ± 0,05*

1,83 ± 0,04**

1,86 ± 0,06**

1,55 ± 0,04

Примечание: разница достоверна по отношению к контролю: * – Р≤0,05; ** – Р≤0,01;

*** – Р≤0,001

Note: the difference is reliable in relation to the control: * – P≤0.05; ** – P≤0.01; *** – P≤0.001

 

В мышечной ткани рыб опытных групп установлено повышение содержания кальция на 42,2 % (P≤0,01) во II опытной и снижение концентрации натрия на 25,3 % (P≤0,05) – в III опытной группах (табл. 6).

 

Таблица 6. Концентрация макроэлементов в филе подопытных карпов, мкг/г (II эксперимент)

Table 6. Concentration of macronutrients in fillets of experimental carps, mcg/g (II experiment)

Элемент /

Element

Группа / Group

опытная / experimental

контроль /

control

I

II

III

Ca

200 ± 26

293 ± 40**

213 ± 22

206 ± 19

K

4897 ± 489

4446 ± 445

4871 ± 469

5559 ± 548

Na

578 ± 52

501 ± 53

429 ± 44*

574 ± 51

Mg

174 ± 16

168 ± 17

171 ± 18

179 ± 19

P

1911 ± 193

1983 ± 196

2115 ± 212

2143 ± 221

Примечание: разница достоверна по отношению к контролю: * – Р≤0,05; ** – Р≤0,01

Note: the difference is reliable in relation to the control: * – P≤0.05; ** – P≤0.01

 

В ходе оценки концентрации жизненно необходимых и условно-жизненно необходимых химических микроэлементов в филе карпов выявлен факт достоверного повышения содержания кремния в биосубстрате рыбы I и III опытных групп (табл. 7).

 

Таблица 7. Концентрация жизненно необходимых и условно-жизненно необходимых химических микроэлементов в филе подопытных карпов, мкг/г (II эксперимент)

Table 7. Concentration of vital and conditionally vital chemical trace elements in fillets of experimental carps, mcg/g (II experiment)

 

Элемент / Element

Группа / Group

опытная / experimental

контроль / control

I

II

III

Si

1,54 ± 0,14*

1,2 ± 0,13

1,53 ± 0,12*

1,29 ± 0,11

Se

0,13 ± 0,003*

0,13 ± 0,008*

0,12 ± 0,011*

0,15 ± 0,004

Zn

12,74 ± 0,09*

12,7 ± 0,18*

12,5 ± 0,25*

13,25 ± 0,11

Cu

1,13 ± 0,11

0,85 ± 0,10*

1,21 ± 0,12

1,17 ± 0,12

Fe

4,92 ± 0,47

3,49 ± 0,4*

3,78 ± 0,35

4,61 ± 0,43

Co

0,002 ± 0,0004

0,001 ± 0,0003

0,002 ±0,0004

0,002 ± 0,0005

Cr

0,03 ± 0,006

0,03 ± 0,005

0,06 ± 0,009*

0,03 ± 0,005

Mn

0,23 ± 0,030

0,30 ± 0,036*

0,26 ± 0,031

0,21 ± 0,023

I

0,05 ± 0,005*

0,04 ± 0,007*

0,05 ± 0,009*

0,06 ± 0,002

B

0,78 ± 0,096

0,64 ± 0,076

0,76 ± 0,091

0,71 ± 0,08

Li

0,02 ± 0,0035

0,02 ± 0,0025

0,03 ± 0,0037

0,02 ± 0,0038

Ni

0,04 ± 0,006

0,05 ± 0,008*

0,04 ± 0,006

0,03 ± 0,004

V

0,004 ± 0,0006

0,004 ± 0,0008

0,003 ±0,0005

0,003 ± 0,0005

Примечание: разница достоверна по отношению к контролю: * – Р≤0,05

Note: the difference is reliable in relation to the control: * – P≤0.05

 

В филе карпов II опытной группы нами отмечалось достоверное снижение содержание меди и железа, тогда как отмечался рост марганца и никеля.

В филе карпов I, II и III опытных групп отмечалось достоверное (Р≤0,05) снижение концентрации цинка на 3,8; 4,2; 5,7 %, селена – на 13,3; 13,3; 20 % и йода – на 16,7; 33,3; 16,7 % соотвественно.

Достоверные различия между группами были выявлены нами и по уровню токсических элементов (табл. 8).

 

Таблица 8. Концентрация токсических элементов в филе подопытных карпов, мкг/г (II эксперимент)

Table 8. Concentration of toxic elements in fillets of experimental carps, mcg/g (II experiment)

Элемент / Element

Группа / Group

опытная

контроль /

control

I

II

III

As

0,01 ± 0,001

0,01 ± 0,001

0,01 ± 0,002

0,01 ± 0,002

Al

2,17 ± 0,34

1,02 ± 0,11

2,22 ± 0,21*

1,6 ± 0,16

Sn

0,005 ± 0,0008

0,004 ± 0,0007

0,004 ± 0,0008

0,004 ± 0,0001

Sr

0,51 ± 0,068*

1,47 ± 0,15*

0,71 ± 0,086

0,75 ± 0,096

Pb

0,01 ± 0,001**

0,02 ± 0,002

0,03 ± 0,004

0,03 ± 0,005

Cd

0,001 ± 0,0003

 0,0006 ± 0,00019

0,001 ± 0,0003

0,001 ± 0,0002

Hg

0,04 ± 0,009

0,03 ± 0,007

0,03 ± 0,008

0,04 ± 0,004

Примечание: разница достоверна по отношению к контролю: ** – Р≤0,05; ** – Р≤0,01

Note: the difference is reliable in relation to the control: * – P≤0.05; ** – P≤0.01

 

Во мышечной ткани карпов I опытной группы обнаружено достоверное снижение стронция на 32 % (Р≤0,05) и свинца – на 66,7 % (Р≤0,01) относительно контроля.

 

Обсуждение полученных результатов.

При планировании исследований мы исходили из того, что кремнийсодержащие NPS одобрены для использования в пищевой и фармацевтической промышленности (Knight D et al., 2015; Karavolos M and Holban A, 2016; da Silva AB et al., 2020). Очевидно, что это открывает новые перспективы для применения NPS SiO2 в рыбоводстве. Между тем представление о биологической роли кремния в организме – далеко не полное (Götz W et al., 2019), что сдерживает практику примененения кремния и его соединений в аквакультуре. В литературе есть данные, указывающие на эффективность NPS SiO2 при выращивании нильской тиляпии (Alandiyjany MN et al., 2022). Однако механизмы действия кремнийсодержащих наночастиц на организм рыбы и водные экосистемы пока не ясны, что не позволяет в полной мере оценить их влияние на гидросферу. По некоторым оценкам объёмы выбросов в окружающую среду техногенного кремния, содержащего NPS, составляют 83 300 метрических тонн, из которых, очевидно, не менее 2 100 попадают в водные системы (Keller AA et al., 2013).

В первом эксперименте при выращивании карпа на рационах с содержанием сырого протеина 23 % скармливание NPS SiO2 сопровождалось повышением интенсивности роста рыбы на 10,2-14,1 %.

Анализируя полученные результаты можно прийти к выводу, что продуктивное действие NPS SiO2 на организм рыбы определяется целым рядом факторов, в числе которых действие на процессы переваривания корма и пищеварительную систему; синтез и обмен белка; обмен химических элементов (снижение пула токсических элементов и нивелирование эффектов «нагруженного метаболизма»).

Действие NPS SiO2 на организм рыбы реализуется с изменением метаболитов плазмы крови. В исследованиях на крысах (Landsiedel R et al., 2022) показаны изменения значений 18 из 231 оцениваемых метаболитов крови на фоне применения NPS SiO2. Это может быть связано с влиянием NPS SiО2 на усвоение целого ряда веществ, в том числе железа, цинка, глюкозы и липидов, описанным другими авторами (Guo Z et al., 2018).

В наших исследованиях мы констатировали факт достоверного увеличения содержания общего белка в сыворотке крови карпов на 4,13-6,89 г/л. Ранее стимулирующее действие добавок кремния на белковый обмен и синтез коллагена было отмечено в ряде работ (Reffitt DM et al., 2003; Nakhon S et al., 2019). Анализ экспрессии генов показал, что NPS SiО2 изменяют уровни экспрессии транспортных белков, что сопряжено с обменом аминокислот (Guo Z et al., 2018).

Как следует из полученных результатов, препарат NPS SiО2 оказывает значительное влияние на белковый обмен, что, в том числе, выражалось увеличением содержания в печени опытной рыбы отдельных аминокислот, метионина и пролина.

Механизм этого явления связан со стимулированием кремнием роста костной и хрящевой тканей (Pietak AM et al., 2007), пролиферации остеобластов и уселением экспрессии гена коллагена I типа (Shie MY et al., 2011), что сопровождается активизацией синтеза остеобластами белков со значительным содержанием пролина (Shen L et al., 2021). Поглощение и встраивание пролина в белок увеличивается во время дифференцировки остеобластов. Аналогичные результаты по связи активного роста костной и хрящевой тканей с потребностью в пролине показаны в других исследованиях (Shen L et al., 2022).

Факт повышения концентрации метионина в печени рыбы можно объяснить данными о роли метионина как «метаболита роста», иерархически организующего и изменяющего клеточный метаболизм (Walvekar AS et al., 2018).

Механизм, лежащий в основе наблюдаемых биологических эффектов кремния, вероятно, может быть объяснён и его взаимодействием с другими элементами. В наших исследованиях введение NPS SiO2 в рацион карпов сопровождалось повышением концентрации кремния в мышечной ткани рыбы на 15,9-17,4 % (P≤0,05), кальция – на 15,9-36,4 % (P≤0,05). Ранее аналогичные результаты получены Najda J с коллегами (1993).

Определённый интерес представляют данные, выявленные нами при оценке действия кремния на обмен токсических химических элементов в организме карпа. В данном случае отмечается очевидный антогонизм кремния по отношению к обмену стронция и свинца, что выражалось снижением обменных пулов этих элементов на 26 % (Р≤0,05) и 66,7 % (Р≤0,01) соотвественно при дозировке NPS SiО2 200 мг/кг. Ранее сходные результаты были получены в исследованиях других учёных (Liu J et al., 2015; Naeem A et al., 2018). Опираясь на эти факты и с учётом результатов ранее проведённых исследований о зависимости продуктивности животных от пулов токсических элементов в организме (Kalashnikov V et al., 2018; Miroshnikov S et al., 2019), можно предположить, что в наших исследованиях одним из факторов повышения продуктивности в опытных группах при даче NPS SiО2 стало нивелирование пагубного действия токсических элементов на обмен веществ и энергии. Это явление ранее нами описано как «нагруженный метаболизм» (Miroshnikov S et al., 2021).

В наших исследованиях установлен факт трудно объяснимого снижения содержания в мышечной ткани карпа цинка, селена и йода на 9,16 % (P≤0,01), 18,8 % (P≤0,05) и 28,6 % (P≤0,01) уже при минимальной дозировке NPS SiО2 (100 мг/кг) в I опытной группе.

Очевидно, что механизмы биологического действия NPS SiO2 на организм карпа определяются наностуктурной природой препарата диоксида кремния. Ранее было показано что NPS проходят между эпителиальными клетками пищеварительного тракта посредством параклеточного транспорта, а также путём эндоцитоза бокаловидными и М-клетками (Halamoda-Kenzaoui B et al., 2017). После попадания в клетки NPS могут покидать лизосомальный или эндосомальный компартмент и попадать в цитозоль (Vita AA et al., 2019).

Дальнейшая судьба и влияние NPS SiO2 на морфофункциональные особенности кишечника животных остаются до конца не ясными. Очевидно, что нетоксические препараты NPS SiO2 не оказывают влияния на кишечник (Kim YR et al., 2014; Yoshida T et al., 2014).

Наночастицы, проходя кишечный барьер, оказывают многостороннее действие на организм рыбы. Одним из таких действий в наших исследованиях стало повышение концентрации гемоглобина в крови карпов при применении NPS SiO2 на 7,4 % (P≤0,05) в I опытной группе; на 25,3 % – во II (P≤0,01) и на 18,9 % (P≤0,01) – в III опытных группах. Ранее установлено, что взаимодействие гемоглобина с наночастицами кремния сопровождается повышением сродства гемоглобина к кислороду (Devineau S et al., 2017), что было обусловлено изменениями в структуре гемоглобина (Devineau S et al., 2018).

NPS SiO2 фагоцитируются макрофагами, что запускает воспалительные реакции (Kusaka T et al., 2014). Эти токсические эффекты, особенно в дыхательных путях, могут вызывать воспаление (Han H et al., 2016). Однако для NPS SiO2 в качестве пищевой добавки не было оценено никаких признаков токсичности (Younes M et al., 2018).

Мы в своих исследованиях констатировали факт увеличения количества лимфоцитов при скармливании рыбе NPS SiO2 на 14,9-34,3 %; моноцитов – на 4,7-61,9 %, в зависимости от дозировки. Аналогичные результаты при оценке действия кремния получены другими авторами (Seaborn CD et al., 2002).

NPS SiO2 напрямую связываются с комплексом Т-клеточных рецепторов и активируют Т-клетки иммунной системы и их последующую передачу сигналов (Vis B et al., 2018; Vis B et al., 2020).

Как следует из ранее проведённых нами исследований, цепь взаимодействия «NPS-макрофаги» запускает целый каскад биохимических реакций, которые на модели кур сопровождаются изменениями в обмене белка с активизацией синтеза аргинина (Miroshnikov SA et al., 2015). Очевидно, что данный процесс объясняется активизацией синтеза NO с последующей стимуляцией синтеза аргинина (Huang CC et al., 2008). В связи аргинин опосредовано способен стимулировать рост животных через активизацию белкового обмена и перестройку метаболизма (McKnight JR et al., 2010).

Учитывая это и опираясь на более ранние наши исследования по комплексному применению препаратов наночастиц металлов и аминокислот (лизин, метионин, аргинин) (Miroshnikov SA et al., 2017); NPS SiO2 и аминокислот (лизин, метионин, аргинин) (Мирошников С.А. и др., 2020; Мустафин Р.З. и Мустафина А.С., 2021; Mustafina AS et al., 2021), нами был запланирован и проведён второй эксперимент по комплексному применению NPS SiO2 и аминокислот (лизин, метионин, аргинин) при выращивании карпа.

 Как следует из полученных данных, дополнительное введение аминокислот не позволило повысить эффективность NPS SiO2. Таким образом, введение NPS SiO2 сопровождалось увеличением живой массы карпов на 13,7 % (P≤0,05), тогда как при комплексном применении NPS SiO2 и аминокислот – только на 6,6 % (Р≤0,05). Относительно низкое продуктивное действие совместного применения NPS SiO2 и аминокислот было сопряжено с относительно низким (29,23-30,02 г/л) содержанием общего белка в сыворотке крови карпа против 33,54 г/л в I опытной группе. Анализ аминокислотного состава печени подопытных карпов во II эксперименте в целом подтвердил результаты I опыта.

Установленное снижение содержания меди и железа в мышечной ткани рыб II опытной группы связано с антиоксидантными свойствами используемых аминокислот, способных хелатировать ионы железа и меди, образуя комплексные соединения, которые легко выводятся из организма через почки и печень (Mitchell GV and Jenkins MY et al., 1983; Wu P et al., 2017; Wang Q et al., 2021). Медь и железо в мышечной ткани рыб необходимы для поддержания целостности клеток и защиты от свободных радикалов (Wu M et al., 2018; Li X et al., 2021).

Скармливание NPS SiO2 сопровождалось повышением концентрации гемоглобина в крови карпа с 97,6±5,7 г/л в контрольной группе до 123,5 ±10,1 г/л (Р≤0,001) в I опытной, 117±9,3 (Р≤0,001) – во II и 108±9,5 (Р≤0,01) – в III опытных группах.

Во II эксперименте подтверждён факт снижения содержания в мышечной ткани карпа цинка, селена и йода при скармливании NPS SiО2. Очевидно, обмен кремния и этих микроэлементов связан между собой.

 

Заключение.

Препарат NPS SiO2, полученный методом плазмохимического синтеза (d=126,5±9,7 нм, Z-потенциал – 29±0,1 мВ), с отсутствием токсичности в диапазоне от 1,5•10-5 до 5•10-1 г/л при включении в полнорационный комбикорм с содержанием сырого протеина 23 % характеризуется ростостимулирующем действием на организм карпа. Ростостимулирующий эффект NPS SiO2 сопряжён с изменением течения белкового обмена – увеличением содержания общего белка в сыворотке крови и ростом содежания аминокислот в печени карпа. Сочетанное применение в кормлении карпа добавок NPS SiO2 и аминокислот (лизин, митеонин, аргинин) не позволяет повысить ростостимулирующее действие NPS SiO2.

×

Об авторах

Елена П. Мирошникова

Оренбургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: elenaakva@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-3804-5151

доктор биологических наук, профессор

Россия, Оренбург

Мария С. Аринжанова

Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук

Email: marymiroshnikova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1898-9307

кандидат биологических наук, младший научный сотрудник

Россия, Оренбург

Азамат Е. Аринжанов

Оренбургский государственный университет

Email: arin.azamat@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6534-7118

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Россия, Оренбург

Сергей А. Мирошников

Оренбургский государственный университет

Email: rector_osu@mail.osu.ru
ORCID iD: 0000-0003-1173-1952

доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, ректор

Россия, Оренбург

Список литературы

  1. Мирошников С.А., Мустафина А.С., Губайдуллина И.З. Оценка действия ультрадисперсно-го оксида кремния на организм цыплят-бройлеров // Животноводство и кормопроизводство. 2020. Т. 103. № 1. С. 20-32. [Miroshnikov SA, Mustafina AS, Gubaidullina IZ. Evaluation of ac-tion of ultrafine silicon oxide on the body of broiler chickens. Animal Husbandry and Fodder Pro-duction. 2020;103(1):20-32. (In Russ.)]. doi: 10.33284/2658-3135-103-1-20
  2. Мусабаева Л.Л., Сизова Е.А. Эффективность применения в кормлении цыплят-бройлеров кремнийсодержащей добавки «Silaccess» // Животноводство и кормопроизводство. 2022. Т. 105. № 1. С. 82-91. [Musabayeva LL, Sizova EA. The effectiveness of silicon-containing additive "Silaccess" in feeding broiler chickens. Animal Husbandry and Fodder Production. 2022;105(1):82-91. (In Russ.)]. doi: 10.33284/2658-3135-105-1-82
  3. Мусабаева Л.Л., Сизова Е.А., Нечитайло К.С. Сравнительная оценка влияния кормовой до-бавки Silaccess на основе льняного жмыха и цеолита на переваримость и морфологические показатели крови цыплят-бройлеров // Животноводство и кормопроизводство. 2024. Т. 107. № 1. С. 118-127. [Musabaeva LL, Sizova EA, Nechitailo KS. Comparative assessment of the effect of the feed additive Silaccess based on flaxseed cake and zeolite on digestibility and morphological parameters of broiler chickens. Animal Husbandry and Fodder Production. 2024;107(1):118-127. (In Russ.)]. doi: 10.33284/2658-3135-107-1-118
  4. Мустафин Р.З., Мустафина А.С. Определение рациональной дозы диоксида кремния в кормлении цыплят-бройлеров // Животноводство и кормопроизводство. 2021. Т. 104. № 1. С. 8-19. [Mustafin RZ, Mustafina AS. Determination of the rational dose of silicon dioxide in the feeding of broiler chickens. Animal Husbandry and Fodder Production. 2021;104(1):8-19. (In Russ.)]. doi: 10.33284/2658-3135-104-1-8
  5. Органоминеральный комплекс на основе ультрадисперсных кремнийсодержащих частиц, как модулятор микробиома желудочно-кишечного тракта крупного рогатого скота / А.М. Камирова, Е.А. Сизова, А.П. Иванищева, Д.Е. Шошин, Е.В. Яушева // Животноводство и кормопроизводство. 2024. Т. 107, № 2. С. 13-26. [Kamirova AM, Sizova EA, Ivanishcheva AP, Shoshin DE, Yausheva EV. The organic mineral complex based on ultrafine silicon-containing par-ticles as a microbiome modulator of gastrointestinal tract of cattle. Animal Husbandry and Fodder Production. 2024;107(2):13-26. (In Russ.)]. doi: 10.33284/2658-3135-107-2-13
  6. Alandiyjany MN, Kishawy ATY, Abdelfattah-Hassan A, Eldoumani H, Elazab ST, El-Mandrawy SAM, Saleh AA, ElSawy NA, Attia YA, Arisha AH, Ibrahim D. Nano-silica and magnetized-silica mitigated lead toxicity: Their efficacy on bioaccumulation risk, performance, and apoptotic targeted genes in Nile tilapia (Oreochromis niloticus). Aquat Toxicol. 2022;242:106054. doi: 10.1016/j.aquatox.2021.106054
  7. Arthur-Ataam J, Bideaux P, Charrabi A, Sicard P, Fromy B, Liu K, Eddahibi S, Pasqualin C, Jouy N, Richard S, Virsolvy A. Dietary supplementation with silicon-enriched spirulina improves arterial remodeling and function in hypertensive rats. Nutrients. 2019;11(11):2574. doi: 10.3390/nu11112574
  8. Bashar A, Hasan NA, Haque MM, Rohani MF and Hossain MS. Effects of dietary silica nanoparti-cle on growth performance, protein digestibility, hematology, digestive morphology, and muscle composition of nile tilapia, Oreochromis Niloticus. Front Mar Sci. 2021;8:706179. doi: 10.3389/fmars.2021.706179
  9. Carlisle EM. Silicon: a possible factor in bone calcification. Science. 1970;167(3916):279-280. doi: 10.1126/science.167.3916.279
  10. Carlisle EM. Silicon: an essential element for the chick. Science. 1972;178(4061):619-621. doi: 10.1126/science.178.4061.619
  11. da Silva AB, Miniter M, Thom W, Hewitt RE, Wills J, Jugdaohsingh R, Powell JJ. Gastrointestinal absorption and toxicity of nanoparticles and microparticles: Myth, reality and pitfalls explored through titanium dioxide. Curr Opin Toxicol. 2020;19:112-120. doi: 10.1016/j.cotox.2020.02.007
  12. Deryabin DG, Aleshina ES, Efremova LV. Application of the inhibition of bacterial biolumines-cence test for assessment of toxicity of carbon-based nanomaterials. Microbiology. 2012;81(4):492-497. doi: 10.1134/S0026261712040042
  13. Devineau S, Kiger L, Galacteros F, Baudin-Creuza V, Marden M, Renault JP, Pin S. Manipulating hemoglobin oxygenation using silica nanoparticles: a novel prospect for artificial oxygen carriers. Blood Adv. 2018;2(2):90-94. doi: 10.1182/bloodadvances.2017012153
  14. Devineau S, Zargarian L, Renault JP, Pin S. Structure and function of adsorbed hemoglobin on sili-ca nanoparticles: relationship between the adsorption process and the oxygen binding properties. Langmuir. 2017;33(13):3241-3252. doi: 10.1021/acs.langmuir.6b04281
  15. Francis RM, Anderson FH, Patel S, Sahota O, van Staa TP. Calcium and vitamin D in the preven-tion of osteoporotic fractures. QJM: An International Journal of Medicine. 2006;99(6):355-363. doi: 10.1093/qjmed/hcl031
  16. Götz W, Tobiasch E, Witzleben S, Schulze M. Effects of silicon compounds on bio-mineralization, osteogenesis, and hard tissue formation. Pharmaceutics. 2019;11(3):117. doi: 10.3390/pharmaceutics11030117
  17. Guo Z, Martucci NJ, Liu Y, Yoo E, Tako E, Mahler GJ. Silicon dioxide nanoparticle exposure af-fects small intestine function in an in vitro model. Nanotoxicology. 2018;12(5):485-508. doi: 10.1080/17435390.2018.1463407
  18. Halamoda-Kenzaoui B, Ceridono M, Urbán P, Bogni A, Ponti J, Gioria S, Kinsner-Ovaskainen A. The agglomeration state of nanoparticles can influence the mechanism of their cellular internalisa-tion. J Nanobiotechnology. 2017;15(1):48. doi: 10.1186/s12951-017-0281-6
  19. Han H, Park YH, Park HJ, Lee K, Um K, Park JW, Lee JH. Toxic and adjuvant effects of silica na-noparticles on ovalbumin-induced allergic airway inflammation in mice. Respir Res. 2016;17(1):60. doi: 10.1186/s12931-016-0376-x
  20. Huang CC, Tsai SC, Lin WT. Potential ergogenic effects of L-arginine against oxidative and in-flammatory stress induced by acute exercise in aging rats. Exp Gerontol. 2008;43(6):571-577. doi: 10.1016/j.exger.2008.03.002
  21. Jugdaohsingh R, Calomme MR, Robinson K, Nielsen F, Anderson SH, D'Haese P, Geusens P, Loveridge N, Thompson RP, Powell JJ. Increased longitudinal growth in rats on a silicon-depleted diet. Bone. 2008;43(3):596-606. doi: 10.1016/j.bone.2008.04.014
  22. Jugdaohsingh R. Silicon and bone health. J Nutr Health Aging. 2007;11(2):99-110.
  23. Jurkić LM, Cepanec I, Pavelić SK, Pavelić K. Biological and therapeutic effects of ortho-silicic acid and some ortho-silicic acid-releasing compounds: New perspectives for therapy. Nutr Metab (Lond). 2013;10(1):2. doi: 10.1186/1743-7075-10-2
  24. Kalashnikov V, Zajcev A, Atroshchenko M, Miroshnikov S, Frolov A, Zav'yalov O, Kalinkova L, Kalashnikova T. The content of essential and toxic elements in the hair of the mane of the trotter horses depending on their speed. Environ Sci Pollut Res Int. 2018;25(22):21961-21967. doi: 10.1007/s11356-018-2334-2
  25. Karavolos M, Holban A. Nanosized drug delivery systems in gastrointestinal targeting: interactions with microbiota. Pharmaceuticals (Basel). 2016;9(4):62. doi: 10.3390/ph9040062
  26. Keller AA, McFerran S, Lazareva A, Suh S. Global life cycle releases of engineered nanomaterials. J Nanopart Res. 2013;15(6):1692. doi: 10.1007/s11051-013-1692-4
  27. Kim YR, Lee SY, Lee EJ, Park SH, Seong NW, Seo HS, Shin SS, Kim SJ, Meang EH, Park MK, Kim MS, Kim CS, Kim SK, Son SW, Seo YR, Kang BH, Han BS, An SS, Lee BJ, Kim MK. Tox-icity of colloidal silica nanoparticles administered orally for 90 days in rats. Int J Nanomedicine. 2014;9(Suppl 2):67-78. doi: 10.2147/IJN.S57925
  28. Knight D, Ehrlich R, Fielding K, Jeffery H, Grant A, Churchyard G. Trends in silicosis prevalence and the healthy worker effect among gold miners in South Africa: a prevalence study with follow up of employment status. BMC Public Health. 2015;15:1258. doi: 10.1186/s12889-015-2566-8
  29. Küçükbay FZ, Yazlak H, Sahin N, Akdemir F, Orhan C, Juturu V, Sahin K. Effects of dietary ar-ginine silicate inositol complex on mineral status in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Aquacul-ture Nutrition. 2008;14(3).257-262. doi: 10.1111/j.1365-2095.2007.00526.x
  30. Kusaka T, Nakayama M, Nakamura K, Ishimiya M, Furusawa E, Ogasawara K. Effect of silica particle size on macrophage inflammatory responses. PLoS One. 2014;9(3):e92634. doi: 10.1371/journal.pone.0092634
  31. Lall SP, Kaushik SJ. Nutrition and metabolism of minerals in fish. Animals (Basel). 2021;11(9):2711. doi: 10.3390/ani11092711
  32. Landsiedel R, Hahn D, Ossig R, Ritz S, Sauer L, Buesen R, Rehm S, Wohlleben W, Groeters S, Strauss V, Sperber S, Wami H, Dobrindt U, Prior K, Harmsen D, van Ravenzwaay B, Schneken-burger J. Gut microbiome and plasma metabolome changes in rats after oral gavage of nanoparticles: sensitive indicators of possible adverse health effects. Part Fibre Toxicol. 2022;19(1):21. doi: 10.1186/s12989-022-00459-w
  33. Li X, Han T, Zheng S, Wu G. Nutrition and functions of amino acids in aquatic crustaceans. In: Wu G, editor. Amino Acids in Nutrition and Health. Advances in Experimental Medicine and Biology. Springer, Cham. 2021;1285:169-198. doi: 10.1007/978-3-030-54462-1_9
  34. Liu J, Cai H, Mei C, et al. Effects of nano-silicon and common silicon on lead uptake and translocation in two rice cultivars. Front Environ Sci Eng. 2015;9:905-911. doi: 10.1007/s11783-015-0786-x
  35. Martin KR. The chemistry of silica and its potential health benefits. J Nutr Health Aging. 2007;11(2):94-7.
  36. McKnight JR, Satterfield MC, Jobgen WS, Smith SB, Spencer TE, Meininger CJ, McNeal CJ, Wu G. Beneficial effects of L-arginine on reducing obesity: potential mechanisms and important impli-cations for human health. Amino Acids. 2010;39(2):349-357. doi: 10.1007/s00726-010-0598-z
  37. Merkley JW, Miller ER. The effect of sodium fluoride and sodium silicate on growth and bone strength of broilers. Poult Sci. 1983;62(5):798-804. doi: 10.3382/ps.0620798
  38. Miroshnikov S, Notova S, Kazakova T, Marshinskaia O. The total accumulation of heavy metals in body in connection with the dairy productivity of cows. Environ Sci Pollut Res Int. 2021;28(36):49852-49863. doi: 10.1007/s11356-021-14198-6
  39. Miroshnikov S, Zavyalov O, Frolov A, Sleptsov I, Sirazetdinov F, Poberukhin M. The content of toxic elements in hair of dairy cows as an indicator of productivity and elemental status of animals. Environ Sci Pollut Res Int. 2019;26(18):18554-18564. doi: 10.1007/s11356-019-05163-5
  40. Miroshnikov SA, Yausheva EV, Sizova ЕA, Miroshnikova EP, Levahin VI. Comparative assess-ment of effect of cooper nano and microparticles in chicken. Oriental Journal of Chemistry. 2015;31(4):2327-2336. doi: 10.13005/ojc/310461
  41. Miroshnikov SA, Yausheva EV, Sizova EA, Kosyan DB, Donnik IM. Research of opportunities for using iron nanoparticles and amino acids in poultry nutrition. International Journal of GEOMATE. 2017;13(40):124-131. doi: 10.21660/2017.40.99216
  42. Mitchell GV, Jenkins MY. Effect of excess L-lysine on rat growth and on plasma and tissue con-centrations of copper, iron and zinc. J Nutr Sci Vitaminol (Tokyo). 1983;29(6):709-715. doi: 10.3177/jnsv.29.709
  43. Mustafina AS, Sizova EA, Kholodilina TN, Mustafin RZ, Klimova TA. Live weight and digestibil-ity of feed nutrients when using amino acids and silicon in the diet of broilers. IOP Conference Se-ries: Earth and Environmental Science. 2021;848(1):012064. doi: 10.1088/1755-1315/848/1/012064
  44. Naeem A, Saifullah, Zia-Ur-Rehman M, Akhtar T, Zia MH, Aslam M. Silicon nutrition lowers cadmium content of wheat cultivars by regulating transpiration rate and activity of antioxidant en-zymes. Environ Pollut. 2018;242(Pt A):126-135. doi: 10.1016/j.envpol.2018.06.069
  45. Najda J, Gmiński J, Drózdz M, Danch A. The action of excessive, inorganic silicon (Si) on the min-eral metabolism of calcium (Ca) and magnesium (Mg). Biol Trace Elem Res. 1993;37(2-3):107-114. doi: 10.1007/BF02783786
  46. Nakhon S, Numthuam S, Charoensook R, Tartrakoon W, Incharoen P, Incharoen T. Growth per-formance, meat quality, and bone-breaking strength in broilers fed dietary rice hull silicon. Anim Nutr. 2019;5(2):152-155. doi: 10.1016/j.aninu.2018.11.003
  47. Nieves JW, Komar L, Cosman F, Lindsay R. (Review Article) Calcium potentiates the effects of estrogen and calcitonin on bone mass: review and analysis. Journal of Clinical Nutrition. 1998;67:18-24.
  48. Pieszka M, Bederska-Łojewska D, Szczurek P, Pieszka M. The membrane interactions of nano-silica and its potential application in animal nutrition. Animals (Basel). 2019;9(12):1041. doi: 10.3390/ani9121041
  49. Pietak AM, Reid JW, Scott MJ, Sayer M. Silicon substitution in the calcium phosphate bioceramics. Biomaterials. 2007;28(28):4023-4032. doi: 10.1016/j.biomaterials.2007.05.003
  50. Reffitt DM, Ogston N, Jugdaohsingh R, Cheung HF, Evans BA, Thompson RP, Powell JJ, Hamp-son GN. Orthosilicic acid stimulates collagen type 1 synthesis and osteoblastic differentiation in human osteoblast-like cells in vitro. Bone. 2003;32(2):127-135. doi: 10.1016/s8756-3282(02)00950-x
  51. Rodella LF, Bonazza V, Labanca M, Lonati C, Rezzani R. A review of the effects of dietary silicon intake on bone homeostasis and regeneration. J Nutr Health Aging. 2014;18(9):820-826. doi: 10.1007/s12603-014-0555-8
  52. Sahin K, Onderci M, Sahin N, Balci, TA, Gursu MF, Juturu V, Kucuk O. Dietary arginine silicate inositol complex improves bone mineralization in quail. Poult Sci. 2006;85(3):486-492. doi: 10.1093/ps/85.3.486
  53. Seaborn CD, Briske-Anderson M, Nielsen FH. An interaction between dietary silicon and arginine affects immune function indicated by con-A-induced DNA synthesis of rat splenic T-lymphocytes. Biol Trace Elem Res. 2002;87(1-3):133-142. doi: 10.1385/BTER:87:1-3:133
  54. Shen L, Karner CM. Radiolabeled amino acid uptake assays in primary bone cells and bone ex-plants. In: Hilton MJ, editor. Skeletal development and repair. Methods in Molecular Biology. Hu-mana, New York, NY. 2021;2230:449-456. doi: 10.1007/978-1-0716-1028-2_28
  55. Shen L, Yu Y, Zhou Y, Pruett-Miller SM, Zhang GF, Karner CM. SLC38A2 provides proline to fulfill unique synthetic demands arising during osteoblast differentiation and bone formation. Elife. 2022;11:e76963. doi: 10.7554/eLife.76963
  56. Shie MY, Ding SJ, Chang HC. The role of silicon in osteoblast-like cell proliferation and apoptosis. Acta Biomater. 2011;7(6):2604-2614. doi: 10.1016/j.actbio.2011.02.023
  57. US Food and Drug Administration. GRAS Substances (SCOGS) Database-Select Committee on GRAS Substances (SCOGS) Opinion: Silicates: Silicates. 2018;13.
  58. van der Zande M, Vandebriel RJ, Groot MJ, Kramer E, Herrera Rivera ZE, Rasmussen K, Ossen-koppele JS, Tromp P, Gremmer ER, Peters RJ, Hendriksen PJ, Marvin HJ, Hoogenboom RL, Peijnenburg AA, Bouwmeester H. Sub-chronic toxicity study in rats orally exposed to nanostruc-tured silica. Part Fibre Toxicol. 2014;11:8. doi: 10.1186/1743-8977-11-8
  59. Vis B, Hewitt RE, Faria N, Bastos C, Chappell H, Pele L, Jugdaohsingh R, Kinrade SD, Powell JJ. Non-functionalized ultrasmall silica nanoparticles directly and size-selectively activate t cells. ACS Nano. 2018;12(11):10843-10854. doi: 10.1021/acsnano.8b03363
  60. Vis B, Hewitt RE, Monie TP, Fairbairn C, Turner SD, Kinrade SD, Powell JJ. Ultrasmall silica na-noparticles directly ligate the T cell receptor complex. Proc Natl Acad Sci USA. 2020;117(1):285-291. doi: 10.1073/pnas.1911360117
  61. Vita AA, Royse EA, Pullen NA. Nanoparticles and danger signals: Oral delivery vehicles as poten-tial disruptors of intestinal barrier homeostasis. J Leukoc Biol. 2019;106(1):95-103. doi: 10.1002/JLB.3MIR1118-414RR
  62. Walvekar AS, Srinivasan R, Gupta R, Laxman S. Methionine coordinates a hierarchically organized anabolic program enabling proliferation. Mol Biol Cell. 2018;29(26):3063-3200. doi: 10.1091/mbc.E18-08-0515
  63. Wang Q, Xu Z, Ai Q. Arginine metabolism and its functions in growth, nutrient utilization, and immunonutrition of fish. Anim Nutr. 2021;7(3):716-727. doi: 10.1016/j.aninu.2021.03.006
  64. Wu M, Wu X, Lu S, Gao Y, Yao W, Li X, Dong Y, Jin Z. Dietary arginine affects growth, gut morphology, oxidation resistance and immunity of hybrid grouper (Epinephelus fuscogutta-tus♀×Epinephelus lanceolatus♂) juveniles. Br J Nutr. 2018;120(3):269-282. doi: 10.1017/S0007114518001022
  65. Wu P, Tang L, Jiang W, Hu K, Liu Y, Jiang J, Kuang S, Tang L, Tang W, Zhang Y, Zhou X, Feng L. The relationship between dietary methionine and growth, digestion, absorption, and antioxidant status in intestinal and hepatopancreatic tissues of sub-adult grass carp (Ctenopharyngodon idella). J Anim Sci Biotechnol. 2017;8:63. doi: 10.1186/s40104-017-0194-0
  66. Yoshida T, Yoshioka Y, Takahashi H, Misato K, Mori T, Hirai T, Nagano K, Abe Y, Mukai Y, Kamada H, Tsunoda S, Nabeshi H, Yoshikawa T, Higashisaka K, Tsutsumi Y. Intestinal absorption and biological effects of orally administered amorphous silica particles. Nanoscale Res Lett. 2014;9(1):532. doi: 10.1186/1556-276X-9-532
  67. Younes M, Aggett P, Aguilar F, Crebelli R, Dusemund B, Filipič M, Frutos MJ, Galtier P, Gott D, Gundert-Remy U, Kuhnle GG, Leblanc J-C, Lillegaard IT, Moldeus P, Mortensen A, Oskarsson A, Stankovic I, Waalkens-Berendsen I, Woutersen RA, Wright M, Boon P, Chrysafidis D, Gürtler R, Mosesso P, Parent-Massin D, Tobback P, Kovalkovicova N, Rincon AM, Tard A and Lambré C. Re-evaluation of silicon dioxide (E 551) as a food additive. EFSA Journal. 2018;16(1):e5088. doi: 10.2903/j.efsa.2018.5088

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рисунок 1. Разница по живой массе рыб опытных групп по сравнению с контрольной, % (I эксперимент)

Скачать (141KB)
Метаданные
3. Рисунок 2. Разница по живой массе рыб опытных групп по сравнению с контрольной, % (II эксперимент)

Скачать (101KB)
Метаданные

© Мирошникова Е.П., Аринжанова М.С., Аринжанов А.Е., Мирошников С.А., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».