Биологическая роль железа в организме - Применение препарата "Ферсел" в птицеводстве

Биологическая роль железа определяется его участием в окислительно - восстановительных процессах, реакциях кислородозависимого свободнорадикального окисления и антиокислительной системы, росте и старении тканей, механизмах общей и тканевой резистентности, кроветворении, в снабжении органов и тканей кислородом, активации и ингибирования целого ряда ферментов. Железо жизненно необходимо для нормального функционирования иммунной системы (Т-лимфоциты, фагоцитоз). Этот микроэлемент необходим для формирования костей и нервной системы, для работы желудочно-кишечного тракта, эндокринных желез (А. М.Белоус с соавт., 1991; S. K.S. Strai et al., 2002; Н. Ф.Листкова с соавт., 2005). Много метаболических процессов протекают с участием железа: синтез стероидов, метаболизм лекарственных препаратов, синтез ДНК, пролиферация и дифференциация клеток, регуляция генов (С. Г.Кузнецов, 2003; И. Ю.Торшин с соавт., 2010).

Общий пул железа в организме можно условно разделить на клеточное и внеклеточное. Клеточное железо ассоциировано с металлопротеидами в макрофагах, а также с порфиринами в эритроцитах и миоцитах, в митохондриальных ферментах (сукцинатдегидрогеназа, ксантиноксидаза), в ферментах, использующих железо в качестве кофермента (аконитаза, рибонуклеотидредуктаза).

Внеклеточное железо содержится в основном в сыворотке крови и связано с белками - трансферрином, лактоферрином, гемопексином, ферритином - или находится в виде свободных ионов. Клеточное железо находится главным образом в гепатоцитах, в макрофагах селезенки, легких, мышц и костного мозга в форме ферритина, представляющего собой водорастворимый комплекс апоферритина и гидроокиси трехвалентного железа, и гемосидерина - частично денатурированного и депротеинизированного ферритина.

Функция железа в организме определяется гемопротеидами, металлофлавопротеидами, Fe-S-протеидами и ферментами, для которых железо является кофактором (W. Forthet al., 1973). В зависимости от природы связанного с ним лиганда железо находится в живых организмах в валентном состоянии Fe2+ (например, в миоглобине и гемоглобине), Fe3+ (в каталазе и оксидазах) или поочередно переходить из одного состояния в другое (в цитохромах). Уменьшение содержания железа в организме ведет к нарушению гемоглобинизации эритроцитов, снижению транспорта железа в костный мозг и включения его в клетки эритропоэтического ряда (А. М.Белоус с соавт., 1991; R. Crichton Robert et al., 1992).

Общее количество железа в организме составляет 4ч6 мг/кг (М. Ю.Метлякова, 1998). На гемоглобин приходится 75ч80% этого количества, 5ч10% - в составе миоглобина, 1% - в дыхательных ферментах, катализирующих процессы дыхания в клетках и тканях. Около 25% всего железа депонировано, преимущественно в печени и мышцах. Основная масса железа приходится на гемоглобин эритроцитов, миоглобин мышц и на резервные белки - ферритин и гемосидерин (A. Pietrangelo, 2002).

Количество ферритина в сыворотке в зависимости от физиологического состояния организма колеблется в широких пределах, уровень его от 12 до 15 мкг/л обычно указывает на анемию, связанную с недостаточностью железа (Г. П.Логинов, 2005). Ферритин осуществляет внутриклеточное хранение железа. Максимальная концентрация этого транспортера определена в печени, селезенке, костном мозге, преимущественно в эндотелиоцитах (В. Г.Ребров, О. А.Громова, 2008).

Механизмом, регулирующим обмен железа в организме человека, является всасывание железа в желудочно-кишечном тракте. Всасываемость железа в кишечнике взрослого человека составляет приблизительно 20% от его содержания в обычном рационе. Железо абсорбируется почти полностью в двенадцатиперстной кишке (90ч95%) и только 5ч10% всасывается в начальных отделах тощей кишки. Чтобы быть абсорбированным, железо должно быть в двухвалентной форме, фермент ферроредуктаза восстанавливает ионы Fe3+ до Fe2+ (И. Ю.Торшин с соавт., 2010).

В организме почти все железо находится в соединениях с белками. Небольшая оставшаяся часть катионов связана электростатическими силами взаимодействия с аминокислотами (M. Fontecave et al., 1993). Вне связи с белками железо очень токсично, так как запускает свободно-радикальные реакции с образованием активных форм кислорода.

Несмотря на наличие в организме механизмов повышения усвояемости железа пищи, практическая потребность в железе в 5ч10 раз превышает действительную физиологическую потребность в нем. Всасыванию железа способствуют простые углеводы - лактоза, фруктоза, сорбит. Аминокислоты - гистидин, лизин, цистеин повышают его биоусвоение, образуя с ним хелатные комплексы. Усвоение железа снижается при дефиците никеля (И. Ю.Торшин с соавт., 2010), а также при значительном повышении уровня фосфатов, цинка, кальция, кадмия и марганца (Р. Л. Ноздрюхина, 1977).

Всасывание ингибируют органические кислоты, которые образуют нерастворимые соли железа (оксалат, цитрат, фитат) и избыток в рационе госсипола и таннина, в то же время соляная, аскорбиновая, янтарная, пировиноградная кислоты усиливают ее (С. Кузнецов, А. Кузнецов, 2003).Неорганические формы железа, такие как гидроксид или хлорид плохо усваиваются (биодоступность 3ч5%), биодоступность сульфата железа не превышает 15%. Хотя биодоступность неорганических форм немного возрастает при глубоком дефиците, она не достигает намного более высокой биодоступности органических форм (сукцинат, фумарат, глюконат) (И. Ю.Торшин с соавт., 2010).

Ионы железа - катализаторы перекисного окисления липидов, которое может происходить в кишечнике и в комбинации с другими элементами, вызывающими окислительный стресс (микотоксины, тяжелые металлы и др.) (I. H.Waschulewski et al., 1988).

Несмотря на то, что патогенез нарушений обмена железа хорошо изучен и понятен, а современные методы их диагностики и лечения доступны для широкой клинической практики, распространенность только дефицита железа заставляет по-прежнему рассматривать эту группу заболеваний как наиболее доминирующую в современном мире (И. Ю.Торшин с соавт., 2010).

Недостаточное поступление в организм железа приводит к развитию железодифицитных состояний (В. И.Георгиевский и др., 1979; И. П.Кондрахин, 1989). По данным ВОЗ дефицит железа в мире испытывают около 3,58 миллиардов человек, 47% населения на Земле страдают железодефицитной анемией. Это заболевание считается первым в перечне самых распространенных болезней (Н. Д.Дурманов, А. С.Филимонов, 2010).

В настоящее время становится ясно, что дефицит железа проявляется не только анемией, но и ведет к ряду общих изменений в организме: к дисфункциям тромбоцитов, обуславливающим нарушение реологии крови, возникновение гипоксии и нарушениям сердечной недостаточности, снижению резистентности к респираторным болезням, нарушению обмена веществ и др. (B. C.Коризна, 1989; Н. Д.Дурманов с соавт., 2010).

У животных первое описание алиментарной анемии сделал Braasch (L. P.Doyle, 1927), наблюдая за новорожденными в неволе поросятами. Причиной анемии он считал нарушения в содержании и кормлении свиней.

J. P.McGowan и A. Chrichton установили связь между недостатком железа и возникновением анемии у поросят, излечиваемой применением оксида железа, это теоретически обосновало применение железа в качестве лекарственного средства при анемии у животных.

Метод профилактики анемии у животных, предусматривающий скармливание сульфата железа (Fe2+) или (Fe3+) поросятам, был предложен E. B.Hart с соавт. (1929).

Лечебное применение железа обусловлено необходимостью

Восстановления нормальной концентрации не только гемоглобина, но и

Железа в тканях. Для предотвращения физиологической анемии можно непосредственно обогащать железом организм животных, или увеличивать запасы железа в плодах в утробный период жизни внутримышечным введением беременным животным железосодержащих препаратов (С. Г.Кузнецов с соавт., 1984).

В соответствии с предложенной В. А.Бурлевым и соавт. (2006) классификацией различают три стадии дефицита железа: предлатентный, латентный и манифестный.

С биохимической точки зрения железодефицитная (алиментарная анемия) характеризуется снижением биосинтеза гемоглобина и содержания его в эритроцитах, ослаблением окислительно-восстановительных процессов, снижением резервного железа в печени, активности цитохромов и цитохромоксидазы, каталазы, ксантиноксидазы, уменьшением количества эритроцитов в циркулирующей крови и мышечного миоглобина, повышением железосвязывающей способности белков сыворотки крови, понижением процента насыщенности трансферрина железом (Г. П.Логинов, 2005). При железодефицитной анемии в организме животных значительно возрастает количество гидроперекисей, диеновых конъюгатов, снижается резистентность, продуктивность и плодовитость маток, увеличивается количество мертворожденных плодов (В. А.Костюк, 1984).

В работе (А. Н.Трошин с соавт., 2007) приведена классификация широкого спектра разработанных ферропрепаратов для лечения анемии с различной терапевтической эффективностью. Несмотря на это, в целом в медицине и ветеринарии в ХХ веке наиболее широко использовались препараты на основе сульфата железа (Fe2+), а для внутримышечных инъекций - декстрана железа (Fe3+).

При выборе препарата железа следует помнить о фундаментальном различии между трех - и двухвалентным железом. Исследования клеток в культуре показали, что уровни антиоксидантных ферментов супероксиддисмутаз и глутатиона были гораздо выше в клетках, обработанных двухвалентным, а не трехвалентным железом (W. L.He et al., 2008). Кроме того, двухвалентное железо всасывалось эффективнее, чем трехвалентное, так как энтероциты всасывают железо через белки-транспортеры двухвалентных металлов (W. L.He et al., 2008; Н. А.Коровина с соавт., 2001).

Неорганические соединения железа, в том числе сульфаты, представляют собой первое поколение элементсодержащих препаратов (О. А.Громова с соавт., 2001). Введение в рацион животных и птиц железа в неорганической форме имеет ряд недостатков: свободные ионы металла, несущие электрический заряд, с трудом всасываются в организме; в жесткой воде, в присутствии карбонатов, образуются плохо растворимые соединения, не усвояемые организмом; соли железа гидролизуются с образованием практически нерастворимых гидроксидов, которые выводятся с экскрементами; ионы железа выступают катализаторами окисления витаминов, вводимых в премиксы, при этом ценность премиксов снижается (М. А.Занкевич, 2009).

На фоне пероральной терапии сульфатом железа повышается чувствительность липопротеинов плазмы крови к окислению в отличие от неионизированных комплексных препаратов железа (T. P.Tuomainen et al., 1999). Перекисное окисление липидов индуцируемое Fe2+, усиливается витамином С, используемым в ряде лекарственных средств для улучшения адсорбции железа (A. Haberland et al., 1996).

В базе данных MEDLINE за период с 1983 по 2010 годов содержится более 200 исследований, сообщающих о нежелательных побочных эффектах и осложнениях при приеме сульфата железа. При приеме внутрь сульфат железа может вызывать повреждения пищевода (A. Cerezo et al., 2008; M. Areia et al., 2007; S. T.Zhang et al., 2003; D. Jaspersen, 2000), включая повреждение сфинктера (J. M.Belavic, 2010), выраженную ульцерацию ротовой полости (T. A.Jones et al., 2006), провокацию инфекционных заболеваний (M. Eisenhut, 2007), тяжелые осложнения со стороны кожи - сыпь (A. Rogkakou et al., 2007), а в единичных случаях - анафилактический шок (M. De. Barrio et al., 2008). Данные о тератогенном влиянии сульфата железа на развивающийся плод приведены в работе (А. В.Астахова с соавт., 2008).

За последнее годы установлено, что биодоступность железа выше, если он находится в составе органических соединений хелатов, в которых атом железа, связан с атомом органического соединения (комплексообразователя, хелатного агента) (Г. Ф.Кабиров с соавт., 2004; Р. Г.Бинеев, 1973). Улучшение усвояемости железа в виде хелатов снижает риск физиологической нехватки в нем и ведет к общему улучшению состояния животного и, как следствие, к повышению его продуктивности (А. И.Горобец, 1984). Кроме того, хелатные комплексы способны прерывать катализируемую железом (Fe2+) продукцию радикала ОН- (А. А.Рыжов, 2009).

В составе железооорганических хелатных комплексов, как железо - комплексообразователь, так и биогенные молекулы-хелатообразователи выступают совершенно в ином, новом качестве (Г. П.Логинов, 2005). В структуре органических соединений активность микроэлементов в организме животных возрастает в сотни тысяч раз по сравнению с ионным состоянием. Многие из них обладают каталазной, перекисной, противобактериальной и противогрибковой активностью (R. C.Sharma, 1995).

Хелатные соединения с органическими кислотами (лимонной, янтарной, фумаровой) или аминокислотами в последние годы используют в качестве источника железа в кормлении сельскохозяйственных животных.

Исследования Г. Ф.Кабирова с соавт. (2004) показали, что применение хелатов меди и железа для лечения экспериментальной постгеморрагической анемии ведет к более ранним восстановлением до нормальных показателей уровня эритроцитов и концентрации гемоглобина в крови экспериментальных животных.

В работе (Г. П.Логинов и др., 2003) исследована биологическая активность хелатных комплексов меди, кобальта и железа с аминокислотами на белых крысах при постгеморрагической анемии. Подкорма животных комплексом биометаллов с аминокислотами способствовала увеличению активности каталазы на 10,6ч18,5%, гуморальный фактор естественной резистентности, отражающий сопротивляемость организма к инфекциям - лизоцимная активность сыворотки крови увеличилась на 9,4ч14,0%.

Э. И. Ямаевым с соавт. (2003) экспериментально установлено, что назначение железо (Fe2+)-полигалактуроната при постгеморрагической анемии крыс благоприятно влияет на белковый обмен: повышается содержание общего белка в сыворотке крови, альбумино-глобулиновый и альбумино-гамма - глобулиновый коэффициенты.

Использование в рационах свиноматок в супоросный период в составе премиксов цитратов железа, цинка, меди, марганца и кобальта, взамен сернокислых солей этих микроэлементов, способствует лучшему усвоению и использованию: азота корма на 6,1ч9,47%; кальция на 2,53ч6,42%; железа на 3,4ч10,4%; цинка на 8,8ч17,1%; меди на 5,5ч10,1%; марганца на 8,8ч15,7% и кобальта на 4,8ч12,5% (М. А.Занкевич, 2009).

Хелатные соединения, связывающие ионы железа и препятствующие вовлечению его в реакции разложения перекисей, обладают антиоксидантным действием, оптимизируют обмен веществ, функции всех органов и систем, восстанавливают воспроизводительную способность, повышают сохранность поголовья, особенно новорожденного молодняка, и обеспечивают высокую экономическую эффективность животноводства и птицеводства (Е. Б.Меньшикова, Н. К.Зенков, 1993). Они имеют ряд преимуществ перед неорганическими солями: при длительном хранении не слеживаются, не нарушают рН желудочно-кишечного тракта. При этом стирается конкуренция между биометаллами в процессе всасывания в желудочно-кишечном тракте, улучшается их транспортирование через его стенки. Избыток комплексных соединений депонируется во внутренних органах и расходуется по мере необходимости, органическая часть комплексов после отщепления микроэлементов вовлекается в процессы обмена и служит источником дополнительной энергии или выводится из организма через выделительную систему. При передозировке такие соединения не оказывают токсического действия на организм животных (И. И.Мисбахов с соавт., 2009).

K. Tanaka (2007) предложил способ получения органического двухвалентного препарата железа, обладающего хорошей биодоступностью и биоэквивалентностью при железодефицитной анемии. Препарат получают путем культивирования Saccharomyces на сахаросодержащем виноградном сиропе с железом. Антианемичный состав весьма стабилен, с превосходной усвояемостью в организме, его железо включалось в биосинтез гемоглобина.

S. P.Kaiwar et al. (1994) синтезировали и охарактеризовали комплексы биогенных металлов с моносахаридами. (P. Sipos et al., 1995) выявили образование водорастворимых компонентов различных анионных полисахаридов с железом при физиологических значениях рН.

E. Glawisching et al. (1987) показали эффективность железодекстрана (железо-3-гидроксидекстрана) для поросят, как при внутримышечном, так и пероральном введении. Часто железодекстрановые препараты содержат витамины В6, В12, С, Е, фолиевую кислоту, а иногда антибиотики и микроэлементы - кобальт, цинк, селен.

Новорожденным телятам, страдающим анемией вводился

Ферроглюкин-75 в дозе 2 мл с интервалом 10 суток. Применение ферроглюкина оказалось неспособно нормализовать коагуляционный гемостаз у новорожденных телят с анемией, слабо повлияло на ПОЛ в плазме. Слабое его воздействие на свертывающую, противосвертывающую и фибринолитическую системы, видимо, обусловлены недостаточным действием ферроглюкина на глубокие метаболические нарушения в тканях при анемии (С. Ю. Завалишина, с соавт., 2009).

Введение в 3-х дневном возрасте аминоферродекса на основе декстранового комплекса и урсоферрана-100 в дозе 1,5 мл на голову показало, что оба препарата успешно профилактируют анемию у поросят. В то же время полученные результаты подтверждают, что аминоферродекс лучше влияет на обмен железа и ЖСС, стимулирует рост, развитие поросят и обеспечивает их сохранность на 11,5% выше, средняя живая масса поросят на 12% превосходила контрольную группу с урсоферраном -100 (А. М. Алимов, 2005).

В настоящее время для преодоления железодифицита разработаны ультрадисперсные порошки металлов. Наибольшей биологической активностью обладают порошки железа, кобальта и меди (A. A.Назарова и др., 2009). Оптимальные дозы УДПМ при введении их в рацион животных: для нанопорошка железа 0,08 мг/кг живой массы в сутки, кобальта - 0,02 мг/кг, меди - 0,04 мг/кг.

Включение в рацион кроликов нанокристаллического железа улучшило их физиологическое состояние, прирост живой массы составил 11,7%, увеличилась сохранность животных. Добавка нанопорошка железа стимулирует функцию кроветворения, что проявилось в увеличении эритроцитов на 5,5% и гемоглобина на 9,1%, изменился процентный состав лейкоцитарной формулы в сторону увеличения лимфоцитов на 8%. Также в крови возросло содержание общего белка (на 10,5%), что говорит о стабилизации белкового обмена, и г-глобулинов (на 2,5%), что связано с повышением иммунобиологической реакции (Г. И.Чурилов с соавт., 2008).

Все чаще для профилактики и лечения различных заболеваний животных и птиц в ветеринарной практике создаются препараты, содержащие целый комплекс эссенциальных микроэлементов, в том числе железа и селена.

Например, в Республике Беларусь широко используется комплексный минеральный препарат - КМП, представляющий собой смесь комплексов декстрана с железом, высокополимеров с йодом, натрия селенита с метионином и раствора хлорида магния. Он предназначен для профилактики и лечения энзоотического зоба, алиментарной анемии, беломышечной болезни и др. В одном мл препарата содержится, мг: Fe - 13-17; J - 6,5-7,0; Mg - 5,5-6,2; Se - 0,30-0,35 (П. А.Красочко с соавт., 2005).

В работе (Г. ПЛогинов, 2005) исследовано влияние препарата феррокомп-3 на гематологические и биохимические характеристики крови новорожденных поросят. Одна доза феррокомпа-3 содержит 500 мг метионината железа, 50 мг метионината меди, 3,2 мг метионината кобальта, 180 мг метионината цинка, 80 мг метионината марганца, 180 мг аскорбиновой кислоты, 1 мг йода, 0,065 мг селена. Феррокомп-3 вводился свиноматкам через день с 25-39 дней супоросности до отъема поросят, поросятам в 0,1 дозе с молоком через день до двухнедельного возраста. У поросят опытной группы на 45-е сутки опыта гемоглобин поднялся до значений 120,1±3,5 г/л, что на 17,2% выше контрольных показателей, количество восстановленного глютатиона повысилось на 21,4%, активность каталазы в крови животных - на 14,2% выше, чем в контроле. В крови животных контрольной группы отмечалось повышенное содержание малонового диальдегида (0,51ч0,68 мкмоль/л) относительно опытных групп (0,30ч0,45 мкмоль/л). Содержание железа в сыворотке крови повысилось на 27,8%, а железосвязывающая способность сыворотки крови снизилась на 17,5% по сравнению с контролем.

Селен, обладая антиоксидантным действием, предохраняет от окисления негеминовое железо (S. Wolffram, E. Scharrer, 1988). В составе Феррокомп-3 присутствуют аскорбиновая кислота и селенит натрия. Витамин С являясь восстановителем, переводит трехвалентное железо в двухвалентное, улучшая тем самым всасывание его клетками слизистой кишечника. Кроме того, аскорбиновая кислота и селенит натрия усиливают метаболизм углеводов по пентозофосфатному пути в организме супоросных маток и поросят и оказывают положительное влияние на эмбриональное и постэмбриональное развитие поросят (В. И. Гидранович с соавт., 2001).

Фирмой "А-БИО" для профилактики и лечения железодефицитной анемии разработан препарат "Суиферровит-А", состоящий из водного раствора ферментативного гидролизата растительного белка (соевого) высокой степени очистки с добавлением витаминов группы В и железодекстранового комплекса и микроэлементами: медью, кобальтом и селеном ( Н. Ю.Макринова, 2003).

Использование химических синтезов позволило получить значительное количество препаратов железа в органической форме, но, к сожалению, не достигло оптимального соотношения эффективность-безопасность-цена (А. Н.Трошин с соавт., 2007).

Внутримышечное введение препаратов железа (ферроглюкин, ферродекс, декстроферр, урсоферран, биоферон и др.) применяется для лечения постнатальной анемии и смягчает отрицательное влияние предродовой недостаточности железа на выживаемость и рост поросят в подсосный период. Однако они не обладают достаточным количеством высокоактивных ростстимулирующих добавок и минеральных премиксов, повышающих общую резистентность организма и профилактирующих железодефицитную анемию (Г. П. Логинов, 2005).

Наличие в составе препарата "Ферсел" селенита натрия повышает биологическую активность соединений железа, обладающих антианемическим действием. Поэтому испытание препарата "Ферсел" в качестве профилактирующего средства железодефицитной анемии, в составе которого присутствует янтарная кислота и два эссенциальных микроэлемента (железо и селен) представляет несомненный теоретический и практический интерес.

Похожие статьи




Биологическая роль железа в организме - Применение препарата "Ферсел" в птицеводстве

Предыдущая | Следующая