Характеристика комплексонов и комплексонатов и их применение в животноводстве

1.4 Характеристика комплексонов и комплексонатов и их применение в животноводстве

Биологическое действие вещества определяется его способностью воздействовать на динамическое химическое равновесие в системах живых организмов. Влияние на это равновесие обусловлено образованием прочных химических связей с химическими компонентами тканей и клеток, биогенными макромолекулами. Соединения различных элементов проявляют широкий спектр биологического действия: стимулирующее, ингибирующее, токсическое или экологически опасное, определяемое, прежде всего, физическими и химическими свойствами центрального атома (34). Свойства соединений титана определяется, прежде всего, электронным строением его атома Ti:(Ar)3d24 s.

Он располагается в 4-м периоде 4В группы периодической системы Д.И. Менделеева, поэтому для соединения титана в биологических системах характерны особые свойства: участие в реакциях комплексообразования, окислительно-восстановительных, протолитических (гидролиза и полимеризации) (49).

Способность ионов титана выполнять свою роль в активном центре ферментов типа каталаз, пероксидаз и цитохромов определяется его высокой способностью к комплексообразованию, формированию геометрии координированного иона (159).

По данным А.В. Жолнина (48), при взаимодействии ионов металлов в организме с аминокислотами, пептидами, белками, гормонами и нуклеиновыми кислотами образуются эндогенные комплексонаты.

По мнению Н.М. Дятловой (41), В.С. Кожемякина (74), А.В. Жолнина и др. (55), комплексоны это большая группа органических веществ, содержащие в молекуле основные и кислотные центры, а хелатные соединения, образуемые ими при взаимодействии с ионами металлов, называются комплексонатами.

Комплексоны и комплексонаты являются простой моделью более сложных соединений живых организмов: аминокислот, полипептидов, белков, нуклеиновых кислот, ферментов, витаминов и других эндогенных соединений (127).

Критерием жизненной важности элемента для организма является закономерная реакция на его добавку в процессе роста и развития. Комплексоны и комплексонаты металлов являются простой моделью органических соединений биосистем (9,41), они обладают буферным действием, участвуют в окислительно-восстановительных реакциях комплексообразования (59).

Хелатирование металлов комплексонами преобразует их в нетоксичные, связанные формы, подходящие для изоляции и проникновения через мембраны, транспорта и выведения из организма (68).

Комплексонаты сохраняют способность к комплексообразованию как по лиганду, так и по иону металла, что способствует поддержанию металлолигандного гомеостаза организма (75). Так, комплексные соединения меди с аминокислотами обладают повышенной интенсивностью всасывания, предохраняют от образования труднорастворимых и абсорбируемых в кишечнике лигандов и тем самым играют решающую роль во всасывании меди (63)

Велика роль фосфорсодержащих комплексонатов титана (ФКТ) в поддержании антиокислительного гомеостаза и в защите организма от окислительного стресса (76). Они являются активными регуляторами свободнорадикальных процессов, системой утилизации активных форм кислорода, перекиси водорода и участвуют в окислении субстратов. Их ферментативное действие аналогично и более эффективно действию пероксидаз, каталаз и миелопероксидаз (109).

Нами представлен следующий механизм свободно радикальной реакции окисления субстрата перекиси водорода с участием в качестве фермента комплексоната титана.

RH + ·OH ® R· + H2O

Субстрат

 L L

R· + Ti4+ R+ + Ti 3+

OOH OOH

R+ + OH - ® ROH

Окисленный

субстрат

Дальнейшее протекание радикальной реакции замещения приводит к образованию продуктов более высокой степенью гидроксилирования. Все это определяет эффективность работы комплексоната титана как фермента (57).

Общая схема ферментативного действия соединений титана

2Н TiK ⁺ 2H ⁺

2e^- H₂O

RH₂ 2Ti⁴⁺  O^2-

R TiKH₂ O

2Ti³⁺  2e^-

ФКТ-4 выполняет в организме ферментативную функцию и обладает неспецифическим характером действия типа карбоксилазы, полипептидазы и аргиназы. Ферментативное действие определяется, в основном, действием гетеровалентных и полиядерных соединений титана на ферменты клеточной мембраны. Они участвуют в защите организма от “окислительного стресса”, что связано с утилизацией продуктов метаболизма, определяющих неконтролируемый процесс окисления с перекисями, свободными радикалами и другими кислородреактивными частицами, а также в окислении субстратов.

Синтезированные А.В. Жолниным и сотрудниками (56) на кафедре общей и биоорганической химии ЧГМА комплексонаты титана первоначально были апробированы на картофеле. Результаты исследований показали, что фосфорсодержащие комплексонаты титана увеличивают рост и развитие картофеля (урожайность повышается на 30-40%, содержание нитратов уменьшается на 25-30%), нейтрализуется вредное воздействие неблагоприятных экологических факторов.

Исследованиями А.В. Жолнина и др. (53) на лабораторных животных per os установлена средняя летальная доза:

ЛД 50 = 1500-2400 мг комплексоната титана на кг живой массы.

Доза комплексоната, вызывающая патологические изменения, как правило, выше, чем доза простых солей металлов. Металл в комплексе имеет более низкую токсичность (50). Комплексонаты металлов не раздражают слизистую оболочку глаз, не повреждают кожу. Сенсибилизирующие свойства не выявлены, кумулятивные свойства комплексоната титана не выражены, а у некоторых выражены очень слабо. Коэффициент кумуляции равен 0,9-3,0, что указывает на низкую потенциальную опасность хронического отравления препаратами (47).

Соединение титана не обладают токсичным влиянием на животных и человека. Ежедневные добавления к пище собак, даже таких больших доз, как 1 г лимоннокислого титана, не вызывали патологических изменений при длительности опыта в 30 дней (53).

Постоянное присутствие титана в эмбрионе свидетельствует о проницаемости плаценты для циркулирующих в крови соединений титана и его участии в процессах эмбриогенеза. Комплексы титана влияют на воспроизводительные функции свиноматок (42).

По данным В.А. Мальцевой (93), при введении 0,05 мг/кг живой массы титана многоплодие свиноматок повышается на 16%. Выживаемость поросят к отъему увеличивается на 37%, а при дозе 0,15 мг живая масса их повышается на 45,2%.

При этом у поросят отмечается интенсификация анаболических процессов обмена веществ (белкового, липидного и углеводного), улучшение общих физиологических показателей крови. В сыворотке крови повышается концентрация аминного азота, общих липидов, b- липопротеидов и снижается содержание мочевины и холестерина (94).

Титан постоянно присутствует в женском молоке в количестве 14,7 мг%, самое высокое содержание в кобыльем молоке, самое низкое – в козьем. Распределение титана в отделах головного мозга неравномерно, наибольшее количество его обнаружено в коре полушарий головного мозга и зрительных буграх (90).

В хроническом эксперименте на мышах (53) установлен ряд элементов, расположенных в порядке снижения скорости их элиминации из организма: Ti>Al>Cr. Следовательно, титан можно отнести к неаккумулирующим элементам. Диетологической комиссией Национальной академии США ежедневное поступление титана с пищей должно находиться на уровне 0,85 мг (77).

Титан преимущественно накапливается в эпителиальных образованиях, волосах, хрусталике глаза, поверхностном слое кожи. Накопление его отмечено в бронхиальных железах и легочной ткани. Этот процесс нарастает с возрастом. Количество титана в лимфатических узлах в среднем в 5 раз превышает его содержание в легком (34).

По данным различных авторов (46,50,61,124), содержание титана в крови человека колеблется от 2,3 до 15 мкг на 100 мл и от 3,0 до 20,7 мг% - в золе.

В последние годы отмечается важность применения биологически активных комплексонов для регулирования процессов жизнедеятельности растительных и животных организмов. Применение в растениеводстве и животноводстве этих комплексов имеет ряд преимуществ перед неорганическими соединениями, т.к. они намного активнее и неагрессивны к биосистемам и витаминам (64).

А.В. Жолнин, Л.Н. Василенко, Р.Л. Носова, Б.Т. Иванов (58) считают, что комплексонаты переходных элементов являются источниками микроэлементов в биологически активной форме.

Они используются в качестве лекарственных препаратов для борьбы с вирусными заболеваниями, отравлениями тяжелыми металлами, при эндемических заболеваниях и при нарушении микроэлементного гомеостаза в организме (68).

Результаты исследований А.В. Жолнина и др. (56) позволили охарактеризовать комплексонат титана не только как фагоцитоз-стимулирующий агент, но и как вещество активирующее реакции клеточного и гуморального иммунитета.

Биологическая активность комплексонатов объясняется, в основном, ионными процессами, происходящих на поверхности плазматической мембраны, градиентом концентрации s- элементов по обе стороны мембраны. S-элементы выступают в роли эффекторов: гормоны, медиаторы, витамины, ферменты, факторы роста (41,49).

Важное достоинство комплексонов и комплексонатов заключается в их малой токсичности и способности превращать токсичные частицы в малотоксичные или даже нетоксичные. Продукты разрушения комплексонатов не накапливаются в организме и безвредны (46).

Дозы комплексоната, вызывающие физиологические и, тем более, морфологические изменения в организме, как правило, выше, чем доза не связанных в комплекс ионов металлов. Ионы металлов в комплексе имеют более низкую токсичность (52).

Комплексонаты в меньшей степени, чем ионы металлов, сорбируются почвой, устойчивы против ее микробиологического воздействия, что позволяет им длительное время удерживаться в почвенном растворе. Они хорошо сочетаются с различными ядохимикатами. Эффект после действия сохраняется 3-4 года (77).

По мнению Н. М. Дятловой и др. (42), комплексонаты и комплексные соединения на их основе можно отнести к наиболее перспективным биологически активным соединениям. Комплексонаты металлов легко усваиваются растениями и животными, что открывает широкие возможности их использования для повышения продуктивности растениеводства, животноводства и в медицине.

В.Т. Самохин (126) считает, что недостаток биологически активных микроэлементов в рационе животных приводит к замедлению роста, уменьшению мясоотдачи, а часто и к тяжелым заболеваниям. Применение комплексонатов для повышения продуктивности крупного рогатого скота, свиней, овец и птицы дало весьма положительные результаты.

Работами В.К. Недзвецкого, Р.У. Бикташева (107) доказано, что хелатирующие комплексы микроэлементов с аминокислотами лучше усваиваются организмом животного.

По данным P.H. Lanrange (172), при совместном включении в рацион метионината цинка и пиколовой кислоты интенсивность роста молодняка заметно повышается.

Положительное влияние на биохимические и продуктивные показатели получил А.И. Горобец (33) при включении в рацион бройлеров в качестве кормовой добавки хелатных соединений меди, железа и цинка с глицином, метионином и т.д.

Комплексные соединения биогенных металлов с микро- и макромолекулярными соединениями биологического происхождения положительно влияют на иммунологические свойства организма и его резистентность (119).

Хелатные комплексы цинка с метионином, цистином и цистеином нашли широкое применение при лечении паракератоза и других заболеваний, связанных с цинковой недостаточностью (124). Подкожное введение животным после острой кровопотери меди в хелатной форме с аминокислотами стимулирует процессы эритропоэза, лейкопоэза и повышает уровень содержания гемоглобина в крови (65).

Таким образом, благодаря высокой биологической активности хелатные соединения биогенных металлов находят все более широкое применение для профилактики, лечения как животных, так и птиц.