с 01.01.2002 по настоящее время
Новосибирск, Новосибирская область, Россия
с 01.01.2017 по настоящее время
Новосибирск, Новосибирская область, Россия
с 01.01.1989 по настоящее время
Новосибирск, Новосибирская область, Россия
Цель исследования – оценка наследственной обусловленности накопления меди в сердечной мышце у бычков голштинской породы, разводимых в эколого-климатических условиях Западной Сибири. Приведены результаты оценки уровня меди в миокарде бычков голштинской породы в возрасте 12–13 месяцев, являющихся потомками 4 быков-производителей. Взятие крови осуществляли у животных с живой массой 330–365 кг, разводимых в условиях крупного животноводческого предприятия, расположенного на территории Западной Сибири. Уровень меди в миокарде бычков определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии с пламенной и электротермической атомизацией. Для установления различий между группами применяли однофакторный дисперсионный анализ. В качестве теста для оценки величины эффекта использовали η2, для апостериорных сравнений – тест Тьюки. Установлено, что среднее значение содержания меди в миокарде бычков голштинской породы составило 3,24 ± 0,04 мг/кг. Фенотипическая изменчивость концентрации меди в сердечной мышце характеризовалась низкими значениями. Установленные различия (p-value < 0,05) по содержанию меди у потомков разных быков-производителей отражают генетическую детерминацию накопления данного металла в сердечной мышце. Сила влияния фактора отцовской принадлежности бычков на уровень содержания меди в миокарде составила 35 %. Уровень меди в миокарде был выше на 0,52 мг/кг у потомков быка Fabio в сравнении с сыновьями Brio. Референсный интервал содержания меди в миокарде на основе центрального 95%-го процентиля с 90 % доверительными интервалами составил 2,9 (2,78–3,02) – 3,7 (3,57–3,82) мг/кг.
крупный рогатый скот, медь, голштины, миокард
Введение. Медь входит в число эссенциальных элементов, поскольку широко представлена в составе кофакторов ферментов, катализирующих ключевые биохимические реакции во всех клетках, и выступает участником сигнальных путей. Биологическая потребность в меди сочетается с высокой токсичностью. При равновесных состояниях токсические эффекты меди нивелируются с помощью системы транспортных белков, которые переносят медь к печени, где происходит биосинтез купроэнзимов [1, 2].
Концентрация свободной меди в цитоплазме очень низкая, поскольку большинство белков, содержащих медь, относится к ферментам класса оксидаз, локализующихся на поверхности клеточных мембран или в везикулах. Менее 10 % металла находится в крови в комплексе с альбуминами [3], а основное количество меди в составе белковых комплексов сосредоточено именно в органах. Поэтому определение уровня меди в тканях и органах сельскохозяйственных животных имеет значение не только с точки зрения оценки здоровья самого животного, но и формирования положений о достаточности и безопасности дальнейшего потребления в качестве продуктов питания.
Основным органом, осуществляющим метаболизм меди, является печень. При этом результаты многих исследований указывают на актуальность определения содержания меди в миокарде и выявления факторов, влияющих на аккумуляцию меди кардиомиоцитами. Еще в работе O. Wostrer (1989) продемонстрирована положительная корреляционная связь между уровнем меди в ткани сердца и величиной фракции выброса левого желудочка. Была установлена положительная взаимосвязь между содержанием меди в сыворотке крови и в ткани сердца. Описана положительная динамика в состоянии сердечной мышцы при хронической сердечной недостаточности на фоне приема медьсодержащих препаратов [4]. Избыток или недостаток меди как микроэлемента, участвующего в биосинтезе тиреоидных гормонов, обеспечивает контроль их концентрации и выступает предиктом прямых эффектов трийодтиронина на кардиомиоциты, связанных с воздействием на транскрипцию генов и внеядерным действием на работу ионных каналов [5]. Избыток меди может быть причиной дилатационной кардиомиопатии с развитием пролонгированных токсических кардиодепрессивных эффектов [6]. При дефиците меди активируется перекисное окисление липидов с нарушением целостности кардиомиоцитов [7].
Синтез медьсодержащих белков и баланс меди регулируются паратипическими и генетическими механизмами. Средовые нарушения баланса меди, например, могут быть вызваны ионами Ag(I), поскольку они конкурентно присоединяются к медьсвязывающим участкам транспортных белков [8]. Подробно описан антагонизм меди с цинком, развивающийся в силу множества причин, в том числе связанных с загрязнением окружающей среды [9].
Известные на сегодняшний день генетические механизмы регуляции гомеостаза меди реализуются главным образом через систему клеточного транспорта меди и связаны с рядом полиморфизмов и мутаций в генах белков CTR1, DMT1, COX17, ATP7A, ATP7B, выступающих переносчиками меди [10].
Основными источниками меди для человека являются мясопродукты. Медь является эссенциальным элементом, одновременно ее ионы обладают выраженной токсичностью. Поэтому существует необходимость мониторинга содержания данного металла в органах и тканях. При этом важное значение имеет проблема установления факторов, в том числе генетических, влияющих на процессы аккумуляции меди в организме, поскольку затрагиваются вопросы получения экологически безопасной продукции питания для человека и селекции сельскохозяйственных животных на устойчивость к накоплению химических элементов.
Цель исследования – оценка наследственной обусловленности накопления меди в сердечной мышце у бычков голштинской породы, разводимых в эколого-климатических условиях Западной Сибири.
Задачи: установить средние показатели и оценить фенотипическую изменчивость содержания меди в миокарде 12–13-месячных бычков; изучить влияние генотипа быков-производителей голштинской породы на концентрацию меди в миокарде у потомков; определить референсный интервал содержания меди в миокарде для бычков данной популяционной группы в условиях Западной Сибири.
Объекты и методы. Объектом исследования было содержание меди в миокарде голштинских бычков в возрасте 12–13 месяцев с живой массой 330–365 кг, являющихся потомками 4 быков-производителей, выращиваемых в Западной Сибири, где при мониторинге почв, воды, кормов не выявлено превышение ПДК по содержанию макро- и микроэлементов, тяжелых металлов и радионуклидов [11, 12].
Содержание меди в миокарде оценивалось методом атомно-абсорбционной спектрометрии с пламенной и электротермической атомизацией.
Распределения по содержанию меди были оценены на нормальность (тест Шапиро–Уилка). Гомоскедастичность дисперсий подтверждали с помощью теста Бартлетта. При установлении различий между группами применяли однофакторный дисперсионный анализ. В качестве теста для оценки величины эффекта использовали η2, рассчитываемый по формуле η2 = SSв/SSt, где SSв – межгрупповая сумма квадратов, SSt – общая сумма квадратов. Апостериорные сравнения проводили с помощью критерия Тьюки. При расчете референсных интервалов применяли робастный метод.
Результаты и их обсуждение. В таблице 1 представлены результаты оценки характера распределения содержания меди в миокарде бычков, являющихся потомками 4 быков-производителей. Во всех группах содержание меди соответствовало нормальному распределению (SF p-value > 0,05).
В таблице 2 представлены средние значения и показатели изменчивости концентрации меди в миокарде потомков четырех производителей.
Таблица 1
Результаты тестирования на нормальность распределения содержания меди
в миокарде сыновей четырех быков голштинской породы
|
Группа потомков |
Значение критерия Шапиро-Уилка |
|
|
Bonier |
0,9738 |
0,9900 |
|
Brio |
0,9564 |
0,8304 |
|
Fabio |
0,9515 |
0,6979 |
|
Malstrem |
0,9115 |
0,3995 |
|
Среднее |
0,3536 |
0,9657 |
Примечание: при p-value ≥ 0,05 – нормальное распределение признака.
Таблица 2
Содержание и изменчивость меди в миокарде быков, мг/кг
|
Отец |
|
Me |
Lim |
σ |
Q1 |
Q3 |
IQR |
Сv, % |
|
Fabio |
2,99± 0,07 |
3,0 |
2,6–3,3 |
0,22 |
2,9 |
3,15 |
0,25 |
7,36 |
|
Bonier |
3,37± 0,14 |
3,4 |
2,9–3,9 |
0,35 |
3,2 |
3,6 |
0,4 |
10,39 |
|
Brio |
3,51±0,103 |
3,5 |
3,0–4,3 |
0,29 |
3,2 |
3,7 |
0,5 |
8,5 |
|
Malstrem |
3,32±0,07 |
3,3 |
3,0–3,7 |
0,21 |
3,25 |
3,4 |
0,15 |
6,31 |
|
Общее |
3,24± 0,04 |
3,2 |
2,9–3,7 |
0,24 |
3,1 |
3,4 |
0,3 |
7,41 |
Примечание:
– средняя арифметическая; Sx – ошибка средней арифметической; Me – медиана; Q1 – первая квартиль; Q3 – третья квартиль; IQR – межквартильный размах; Сv – коэффициент вариации.
Средние значения концентрация меди в миокарде у потомков разных производителей ранжированы в порядке возрастания: Fabio → Malstrem → Bonier → Brio. В группе сыновей быка Brio отмечено максимальное значение меди (4,3 мг/кг) и наиболее широкий межквартильный размах. У потомков Brio и Fabio значения Ме и средней арифметической практически совпадают (рис.).
Размах уровня меди в миокарде быков голштинской породы
Фенотипическая изменчивость содержания меди в миокарде во всех оцениваемых группах быков и в среднем по всем группам была низкой. Наиболее консолидировано по содержанию меди было потомство быка Malstrem (см. рис.). В этой группе бычков отмечены наименьшие значения показателей вариации (см. табл. 2).
Равенство дисперсий подтверждали с помощью теста Бартлетта. Статистика B = 7,6792; p-value = 0,05313 (при p < 0,05 – дисперсии неоднородны).
В таблице 3 представлены результаты однофакторного дисперсионного анализа по оценке влияния производителя на уровень аккумуляции меди в миокарде скота. Полученный p-value для F 3,30 меньше, чем α (0,05), позволяет констатировать статистически значимые межгрупповые различия.
Рассчитанная величина η 2 0,35 отражает силу влияния фактора отца на содержание меди в миокарде у сыновей.
Уровень меди в миокарде потомков быка Fabio выше на 0,52 мг/кг сравнении с сыновьями Brio (табл. 4). Между быками других групп различий нет.
|
Вариация признака |
SS |
Средний квадрат |
p-value |
||
|
Между группами |
1,4599 |
3 |
0,4866 |
5,4752 |
0,004017 * |
|
Внутри групп |
2,6663 |
30 |
0,08888 |
|
|
|
Итого |
4,1262 |
33 |
0,125 |
|
|
Примечание: df – cтепени свободы; SS – cумма квадратов; F – критерий Фишера; * – p < 0,05 – статистически значимые различия.
Таблица 4
Попарные сравнения содержания меди в миокарде потомков
|
Сравниваемые группы |
Статистика теста Тьюки |
p |
|
Fabio – Bonier |
0,4114 |
0,08316 |
|
Fabio – Brio |
0,3643 |
0,00281* |
|
Fabio – Malstrem |
0,3767 |
0,09644 |
|
Bonier – Brio |
0,4272 |
0,7948 |
|
Bonier – Malstrem |
0,4378 |
0,9938 |
* p < 0,05 – статистически значимые различия.
Референсный интервал содержания меди при определении методом атомно-абсорбционной спектрометрии в миокарде здоровых голштинских быков в возрасте 12–13 месяцев с живой массой 330–365 кг составил 2,9 (2,78–3,02)–3,7 (3,57–3,82) мг/кг.
Принимая во внимание биологические особенности меди, связанные с ее эссенциальностью и одновременно токсичностью, необходимо продолжить исследования, связанные с установлением и периодическим пересмотром референсных интервалов с учетом возрастных и половых особенностей.
Заключение
1. Среднее значение содержания меди в миокарде бычков голштинской породы в возрасте 12–13 месяцев с живой массой 330–365 кг составляет 3,24 ± 0,04 мг/кг; референсный интервал для данной популяционной выборки находится в пределах от 2,9 (2,78–3,024) до 3,7 (3,58–3,82) мг/кг.
2. Установлены различия между значениями меди у потомков разных быков-производителей, что свидетельствует о генетической детерминации уровня меди в миокарде скота. Сила влияния фактора отцовской принадлежности бычков на уровень меди в миокарде составила 35 %.
1. The essential metals for humans: a brief overview / M.A. Zoroddu [et al.] // Journal of Inorganic Biochemistry. 2019. Vol. 195. P. 120–129.
2. Паюта А.А., Флерова Е.А., Зайцева Ю.В. Содержание тяжелых металлов в мышцах леща из разных плесов Рыбинского водохранилища // Вестник КрасГАУ. 2023. № 1. С. 103–108. DOI:https://doi.org/10.36718/1819-4036-2023-1-103-108.
3. Гормональный и метаболический статус бычков голштинской породы в эколого-климатических условиях Кемеровской области / Л.В. Осадчук [и др.] // Вестник НГАУ. 2017. № 2 (43). С. 52–61.
4. Wostrer O. Concentrations of Some Trace Elements (Se, Zn, Cu, Fe, Mg, K) in Blood and Heart Tissue of Patients with Coronary Heart Disease // Clin. Chem. 1989. Vol. 35, № 5. P. 851–856.
5. Clinical and echocardiographic correlates of serum copper and zinc in acute and chronic heart failure / I. Alexanian [et al.] // Clin. Res. Cardiol. 2014;103(11):938–49.
6. Biomonitoring Equivalents (BE) dossier for cadmium (Cd) / S.M. Hays [et al.] // Regul. Toxicol. Pharmacol. 2008. Vol. 51, № 3. P. 49–56.
7. Negreva M.N., Georgiev S.J., Penev A.P. Assessment of Copper Status in Patients with Paroxysmal Atrial Fibrillation // J. Cardiobiol. 2014;2(2):1–5.
8. Влияние ионов серебра на метаболизм меди у млекопитающих в течение развития / Е.Ю. Ильичева [и др.] // Онтогенез. 2018. Т. 49, № 3. С. 189–201.
9. Парахонский А.П. Роль меди в организме и значение ее дисбаланса // Естественно-гуманитарные исследования. 2015. № 4 (10). С. 72–83.
10. Kaplan J.H., Maryon E.B. How Mammalian Cells Acquire Copper: An Essential but Potentially Toxic Metal // Biophysical Journal. 2016; 110(1): 7–13.
11. Элементный статус крови крупного рогатого скота голштинской породы в биогеохимических условиях Кемеровской области / Н.И. Шишин [и др.] // Вестник НГАУ. 2017. № 3 (44). С. 70–79.
12. Comparative assessment of radioactive strontium and cesium contents in the feedstuffs and dairy products of western Siberia / O.I. Sebezhko [et al.] // Indian Journal of Ecology. 2017. Vol. 44. № 3. P. 662–666.
