RU2791231C1

RU2791231C1 - Method for determining content of manganese in liver of pigs

Info

Publication number: RU2791231C1
Application number: RU2022109749A
Authority: RU
Inventors: Ольга Александровна Зайко; Андрей Вячеславович Назаренко; Татьяна Валерьевна Коновалова; Ольга Сергеевна Короткевич; Ольга Игоревна Себежко; Валерий Лаврентьевич Петухов; Кирилл Николаевич Нарожных; Мария Валерьевна Стрижкова; Александр Исаевич Желтиков; Елизавета Игоревна Петухова; Екатерина Игоревна Тарасенко; Екатерина Андреевна Климанова; Диана Алексеевна Александрова
Filing date: 2022-04-11
Publication date: 2023-03-06

Abstract

FIELD: animal husbandry; veterinary medicine; ecology.

SUBSTANCE: invention can be used as a test for in vivo assessment of the level of manganese in the liver of pigs. The method consists in determining the level of urea in the blood serum using a biochemical analysis and calculating the regression equation: x=2.034+0.919y, where y is the content of urea in mmol/l in the blood serum, and x is the content of Mn in mg/kg in liver.

EFFECT: method causes a minimum level of stress and provides an accurate intravital assessment of manganese in the liver of animals.

1 cl, 3 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к животноводству, ветеринарии и экологии, используется в качестве теста для прижизненной оценки уровня марганца в печени свиней.The invention relates to animal husbandry, veterinary medicine and ecology, and is used as a test for in vivo assessment of the level of manganese in the liver of pigs.

Химические элементы широко распространены в окружающей среде и не поддаются биологическому разложению, их количество может значительно увеличиваться в результате деятельности человека. Выделяют группу тяжелых металлов, куда входят химические элементы с удельным весом более 5 г/см³. Марганец так же, как свинец, ртуть, кадмий и другие химические элементы относится к этой группе [1].Chemical elements are widely distributed in the environment and are not biodegradable, their number can increase significantly as a result of human activities. A group of heavy metals is distinguished, which includes chemical elements with a specific gravity of more than 5 g / cm ³ . Manganese, like lead, mercury, cadmium and other chemical elements, belongs to this group [1].

Потенциальной проблемой безопасности пищевых продуктов является наличие в мясе, субпродуктах и продуктах переработки неоптимального количества отдельных химических элементов, куда они попадают по цепи питания [2]. Продукты питания являются основным источником марганца для человека. Этот химический элемент присутствует во всех органах и тканях, необходим для роста и здоровья животных, является незаменимым для разных видов, относительно высокие уровни марганца в печени, почках, поджелудочной железе, головном мозге и костной ткани [3]. Интоксикация марганцем связана с психиатрическими заболеваниями и когнитивными нарушениями [4, 5]. Значительные уровни марганца могут быть причиной нарушения функций почек, печени, эндокринной и сердечно-сосудистой систем, мужской репродуктивной сферы [6, 4].A potential food safety problem is the presence of non-optimal amounts of individual chemical elements in meat, by-products and processed products, where they enter along the food chain [2]. Food is the main source of manganese for humans. This chemical element is present in all organs and tissues, necessary for the growth and health of animals, is indispensable for different species, relatively high levels of manganese in the liver, kidneys, pancreas, brain and bone tissue [3]. Manganese intoxication is associated with psychiatric diseases and cognitive impairment [4, 5]. Significant levels of manganese can cause dysfunction of the kidneys, liver, endocrine and cardiovascular systems, and male reproductive sphere [6, 4].

Для обеспечения качества и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов, используемых человеком, необходим мониторинг за уровнем химических элементов в органах и тканях животных, особенно в печени и почках, где они накапливаются [1]. Для ряда металлов это может быть выполнено посмертно или прижизненно посредством анализа крови, мочи или некоторых производных кожи [8, 9]. Концентрация же марганца в крови противоречиво отражает статус организма по микроэлементу [10], а значит, оправдан поиск удобных маркеров для оценки его содержания в органах и тканях сельскохозяйственных животных, которые могут быть использованы в пищу человеком. У свиней концентрация металла в печени является биомаркером его содержания в организме [11].To ensure the quality and safety of food raw materials and food products used by humans, it is necessary to monitor the level of chemical elements in the organs and tissues of animals, especially in the liver and kidneys, where they accumulate [1]. For a number of metals, this can be done post-mortem or in vivo by analyzing blood, urine, or some skin derivatives [8, 9]. The concentration of manganese in the blood reflects the microelement status of the body in a contradictory way [10], which means that the search for convenient markers for assessing its content in the organs and tissues of farm animals that can be used as food by humans is justified. In pigs, the metal concentration in the liver is a biomarker of its content in the body [11].

В настоящее время известен способ определения марганца в субпродуктах. Он заключается в применении метода пламенной атомной абсорбции для определения массовой доли марганца в диапазоне измерений от 0,1 до 500,0 мг/кг в мясе, субпродуктах, жире-сырце, мясных и мясо содержащих продуктах, продуктах из шпика [12].Currently known method for the determination of manganese in by-products. It consists in using the method of flame atomic absorption to determine the mass fraction of manganese in the measurement range from 0.1 to 500.0 mg/kg in meat, offal, raw fat, meat and meat-containing products, products from bacon [12].

Однако для реализации данного способа оценки марганца в печени свиней прижизненно необходима биопсия печени. Она имеет ряд недостатков, а именно значительная стоимость, высокая степень инвазивности манипуляции и риск серьезных осложнений после вмешательства (кровотечение, внутрипеченочная гематома, желчный перитонит и др.). В сельском хозяйстве, чаще всего, подразумевается отбор проб для исследования уже после убоя животных, что не позволяет установить и корректировать прижизненно уровень концентрации марганца в печени свиней.However, to implement this method for assessing manganese in the liver of pigs, a liver biopsy is necessary in vivo. It has a number of disadvantages, namely, a significant cost, a high degree of invasiveness of manipulation and the risk of serious complications after the intervention (bleeding, intrahepatic hematoma, biliary peritonitis, etc.). In agriculture, most often, sampling for research is meant after the slaughter of animals, which does not allow to establish and correct the level of manganese concentration in the liver of pigs in vivo.

Известен способ определения марганца в печени по концентрации общего белка в сыворотке крови. Оценка уровня металла выполнена методом атомно-абсорбционной спектрометрии, коэффициент корреляции составляет - 0,5, приведено уравнение регрессии: y=-1,814+0,0435x [13].A known method for determining manganese in the liver by the concentration of total protein in the blood serum. The metal level was assessed by atomic absorption spectrometry, the correlation coefficient is -0.5, the regression equation is given: y=-1.814+0.0435x [13].

В представленном способе слабая сила связи, концентрация марганца в печени определена на меньшем количестве животных в выборке.In the presented method, the strength of the connection is weak, the concentration of manganese in the liver is determined on a smaller number of animals in the sample.

Существуют способы определения других тяжелых металлов в печени свиней и крупного рогатого скота с использованием регрессионных моделей [14, 15].There are ways to determine other heavy metals in the liver of pigs and cattle using regression models [14, 15].

Анализ прототипа [13] не показал признаков сходства с представляемым решением по конкретному химическому элементу. Заявляемый способ отличается более высоким коэффициентом корреляции.An analysis of the prototype [13] showed no signs of similarity with the presented solution for a specific chemical element. The proposed method has a higher correlation coefficient.

Задачей данного изобретения является оценка количества марганца, аккумулированного в печени свиней после выполнения биохимического исследования сыворотки крови, полученной при жизни животных, и определения такого показателя, как мочевина, путем расчета концентрации марганца в печени свиней, используя уравнение регрессии.The objective of the present invention is to estimate the amount of manganese accumulated in the liver of pigs after performing a biochemical study of blood serum obtained during the life of animals, and determining such an indicator as urea by calculating the concentration of manganese in the liver of pigs using a regression equation.

Поставленная задача реализуется с помощью определения мочевины в сыворотке крови свиней с последующим расчетом концентрации марганца в печени с использованием уравнений регрессии: x=2,034+0,919y, где x - это содержание марганца в мг/кг, y - концентрация мочевины в ммоль/л в сыворотке крови.The task is realized by determining the urea in the blood serum of pigs, followed by the calculation of the concentration of manganese in the liver using regression equations: x=2.034+0.919y, where x is the content of manganese in mg/kg, y is the concentration of urea in mmol/l in blood serum.

Пример выполнения.Execution example.

Экспериментальная часть работы выполнялась в условиях крупного свинокомплекса, расположенного в Западной Сибири. Животных содержали по стандарту для данного вида, на мясном откорме. Свиньи вакцинированы в соответствии с планами ветеринарно-профилактических мероприятий. Животных обеспечивали типовым кормлением полнорационным комбикормом в зависимости от живой массы животных. Рационы сбалансированы по питательным, минеральным веществам и витаминам. Контроль комбикормов по номенклатуре гарантированных и дополнительных показателей осуществляли в установленном порядке. Поение животных выполняли из собственных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, при этом качество воды соответствовало второму классу.The experimental part of the work was carried out in a large pig farm located in Western Siberia. Animals were kept according to the standard for this species, on meat fattening. Pigs are vaccinated in accordance with the plans of veterinary and preventive measures. Animals were provided with a typical diet of complete feed, depending on the live weight of the animals. Rations are balanced in nutrients, minerals and vitamins. The control of compound feeds according to the nomenclature of guaranteed and additional indicators was carried out in the prescribed manner. Animals were watered from their own sources of household and drinking water supply, while the water quality corresponded to the second class.

Забор крови выполняли у клинически здоровых свиней в возрасте 6 месяцев из ушной вены острым методом с соблюдением правил асептики после 12-18 часовой голодной диеты. Кровь не стабилизировали для получения сыворотки.Blood sampling was performed in clinically healthy pigs at the age of 6 months from the ear vein by an acute method in compliance with the rules of asepsis after a 12-18 hour fasting diet. The blood was not stabilized to obtain serum.

Далее проводился убой животных, после чего отбирались пробы печени, они замораживались и хранились при температуре 18°С. Определение уровня марганца в данном органе выполнялось на базе Аналитического центра коллективного пользования Института геологии и минералогии им. B.C. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой с использованием спектрометра iCAP-6500 фирмы Thermo Scientific (USA). Навеску пробы массой 100 г измельчали до однородной массы, высушивали в печи в условиях температуры 60-70°С 12 часов. Из имеющегося сухого остатка отбирали 3 г, озоляли в муфельной печи при температуре 500-550°С. Минерализация завершалась за 10-15 часов, зола становилась серого или белого цвета. Пробы остывали при комнатной температуре, зольный остаток растворяли в 3-х мл 50% соляной кислоты, выпаривали до сухого остатка на электроплите, который переносили в мерную колбу, разведя его в 25 мл дистиллированной воды. Полученный раствор исследовали на концентрацию марганца.Next, the animals were slaughtered, after which liver samples were taken, they were frozen and stored at a temperature of 18°C. Determination of the level of manganese in this organ was carried out on the basis of the Analytical Center for Collective Use of the Institute of Geology and Mineralogy. B.C. Sobolev of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry using an iCAP-6500 spectrometer from Thermo Scientific (USA). A sample weighing 100 g was crushed to a homogeneous mass, dried in an oven at a temperature of 60-70°C for 12 hours. From the available dry residue, 3 g was taken, ashed in a muffle furnace at a temperature of 500-550°C. Mineralization was completed in 10-15 hours, the ash became gray or white. The samples were cooled at room temperature, the ash residue was dissolved in 3 ml of 50% hydrochloric acid, evaporated to a dry residue on an electric stove, which was transferred to a volumetric flask, diluted in 25 ml of distilled water. The resulting solution was examined for manganese concentration.

Биохимические исследования сыворотки крови выполнялись на базе лаборатории кафедры ветеринарной генетики и биотехнологии ФГБОУ ВО Новосибирский ГАУ, с применением унифицированных методов исследования крови, на анализаторе Photometer 5010 (Германия) с использованием наборов реактивов компании ЗАО «Вектор-Бест».Biochemical studies of blood serum were carried out on the basis of the laboratory of the Department of Veterinary Genetics and Biotechnology of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education of the Novosibirsk State Agrarian University, using unified blood testing methods, on a Photometer 5010 analyzer (Germany) using reagent kits from CJSC Vector-Best.

С помощью указанного способа можно определить содержание марганца в печени свиней. Это можно сделать посредством установления такого параметра сыворотки крови, как мочевина, с последующим расчетом концентрации марганца в печени с использованием уравнения регрессии. Следовательно, по величине мочевины в сыворотке крови устанавливают содержание марганца в печени свиней.Using this method, you can determine the content of manganese in the liver of pigs. This can be done by establishing a serum parameter such as urea, and then calculating the concentration of manganese in the liver using a regression equation. Therefore, the amount of manganese in the liver of pigs is determined by the amount of urea in the blood serum.

Данные по содержанию марганца в печени свиней представлены в табл. 1. Соотношение крайних вариант концентрации марганца в печени составило 1:7,3. Установленные значения, касающиеся среднего популяционного уровня марганца в печени клинически здоровых свиней можно предварительно считать нормативными показателями для данного вида животных в условиях Западной Сибири.Data on the content of manganese in the liver of pigs are presented in table. 1. The ratio of the extreme variant of the concentration of manganese in the liver was 1:7.3. The established values relating to the average population level of manganese in the liver of clinically healthy pigs can be preliminarily considered as normative indicators for this animal species in the conditions of Western Siberia.

В табл. 2 представлены данные по величине мочевины в сыворотке крови свиней, коррелирующей с уровнем марганца в печени свиней.In table. 2 presents data on the amount of urea in the blood serum of pigs, which correlates with the level of manganese in the liver of pigs.

Мочевина образуется из аммиака в печени млекопитающих и является стандартным конечным продуктом обмена белков в организме, который экскретируется почками. Содержание азота мочевины было в пределах физиологической нормы, которая у откормочных свиней составляет от 2,57 до 8,57 ммоль/л.Urea is formed from ammonia in the liver of mammals and is a standard end product of protein metabolism in the body, which is excreted by the kidneys. The content of urea nitrogen was within the physiological norm, which in fattening pigs ranges from 2.57 to 8.57 mmol/l.

На примере свиней в физиологических условиях между представленными показателями получили корреляцию высокого уровня, представленную в таблице 3, рассчитали уравнение регрессии для прогнозирования содержания марганца в печени свиней:On the example of pigs under physiological conditions, a high-level correlation was obtained between the presented indicators, presented in Table 3, a regression equation was calculated to predict the content of manganese in the liver of pigs:

x=2,034+0,919y, где y - содержание мочевины в ммоль/л в сыворотке крови, x - содержание Mn в мг/кг в печени.x=2.034+0.919y, where y is the content of urea in mmol/l in blood serum, x is the content of Mn in mg/kg in the liver.

Использование уравнения регрессии позволяет прижизненно у свиней прогнозировать содержание марганца в печени, установив концентрацию мочевины в сыворотке крови.The use of the regression equation makes it possible to predict the content of manganese in the liver in pigs by setting the concentration of urea in the blood serum.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет провести прижизненную оценку интерьера животных по содержанию марганца в указанном паренхиматозном органе, используя только пробы крови.Thus, the proposed method makes it possible to carry out an intravital assessment of the interior of animals by the content of manganese in the indicated parenchymal organ, using only blood samples.

Источники информации:Information sources:

1. Khan Z.I. Potential toxic metal accumulation in soil, forage and blood plasma of buffaloes sampled from Jhang, Pakistan/ Z.I. Khan, I. Ugulu, S. Umar et al.// Bull. Environ. Contam. Toxicol. - 2018. - Vol.101(2). - pp. 235-242.1. Khan Z.I. Potential toxic metal accumulations in soil, forage and blood plasma of buffaloes sampled from Jhang, Pakistan/ Z.I. Khan, I. Ugulu, S. Umar et al. // Bull. Environ. contam. Toxicol. - 2018. - Vol.101(2). - pp. 235-242.

2. Nastasescu V. Heavy metal and pesticide levels in dairy products: Evaluation of human health risk/ V. Nastasescu, M. Mititelu, M. Goumenou et al.// Food Chem. Toxicol. - 2020. - Vol.146(13). - 111844.2. Nastasescu V. Heavy metal and pesticide levels in dairy products: Evaluation of human health risk/ V. Nastasescu, M. Mititelu, M. Goumenou et al.// Food Chem. Toxicol. - 2020. - Vol.146(13). - 111844.

3. Rondanelli M. Essentiality of manganese for bone health: an overview and update. Review/ M. Rondanelli, M.A. Faliva, G. Peroni et al.// Natural Product Communications - 2021. - Vol. 16(5).3. Rondanelli M. Essentiality of manganese for bone health: an overview and update. Review/ M. Rondanelli, M.A. Faliva, G. Peroni et al.// Natural Product Communications - 2021. - Vol. 16(5).

4. Taylor C.A. Maintaining translational relevance in animal models of manganese neurotoxicity/ C.A. Taylor, K. Tuschl, M.M. Nicolai et al.// Journal of Nutrition. - 2020. - Vol. 150(6). - pp. 1360-1369.4. Taylor C.A. Maintaining translational relevance in animal models of manganese neurotoxicity/ C.A. Taylor, K. Tuschl, M.M. Nicolai et al. // Journal of Nutrition. - 2020. - Vol. 150(6). - pp. 1360-1369.

5. Zoroddu M.A. The essential metals for humans: a brief overview/ M.A. Zoroddu, J. Aaseth, G. Crisponi et al.// Journal of Inorganic Biochemistry - 2019 - Vol. 195. - pp. 120-129.5. Zoroddu M.A. The essential metals for humans: a brief overview/ M.A. Zoroddu, J. Aaseth, G. Crisponi et al.// Journal of Inorganic Biochemistry - 2019 - Vol. 195.-pp. 120-129.

6. Bjorklund G. Interactions between iron and manganese in neurotoxicity/ G. Bjorklund, M. Dadar, M. Peana et al.// Archives of Toxicology - 2020 - Vol. 94(3). - pp. 725-734.6. Bjorklund G. Interactions between iron and manganese in neurotoxicity/ G. Bjorklund, M. Dadar, M. Peana et al.// Archives of Toxicology - 2020 - Vol. 94(3). - pp. 725-734.

7. Silva A.P.G. Could male reproductive system be the main target of subchronic exposure to manganese in adult animals?/ A.P.G. Silva, M.D.A. Santiago, L.A. Maranho et al.// Toxicology.- 2018. - Vol. 409. - pp. 1-12.7. Silva A.P.G. Could the male reproductive system be the main target of subchronic exposure to manganese in adult animals?/ A.P.G. Silva, M.D.A. Santiago, L.A. Maranho et al.// Toxicology. - 2018. - Vol. 409.-pp. 1-12.

8. Keil D.E. Testing for toxic elements: a focus on arsenic, cadmium, lead, and mercury/ D.E. Keil, J. Berger-Ritchie, G.A. McMillin// Lab. Med. - 2011. - Vol. 42. - pp. 735-742.8 Keil D.E. Testing for toxic elements: a focus on arsenic, cadmium, lead, and mercury/ D.E. Keil, J. Berger-Ritchie, G.A. McMillin // Lab. Med. - 2011. - Vol. 42.-pp. 735-742.

9. McGeehan S. Interlaboratory comparison of heavy metal testing in animal diagnostic specimens and feed using inductively coupled plasma-mass spectrometry/ S. McGeehan, T. Baszler, C.J. Gaskill et al.// Vet. Diagn. Investig-2020. - Vol. 32(2). - pp. 291-300.9. McGeehan S. Interlaboratory comparison of heavy metal testing in animal diagnostic specimens and feed using inductively coupled plasma-mass spectrometry/ S. McGeehan, T. Baszler, C.J. Gaskill et al.// Vet. Diagn. Investig-2020. - Vol. 32(2). - pp. 291-300.

10. Dorman D.C. Metabolomic Analyses of Body Fluids after Subchronic Manganese Inhalation in Rhesus Monkeys/ D.C. Dorman, M.F. Struve, A. Norris, A.J. Higgins// Toxicological Sciences.- 2008. - Vol. 106(1). - pp. 46-54.10. Dorman D.C. Metabolomic Analyzes of Body Fluids after Subchronic Manganese Inhalation in Rhesus Monkeys/ D.C. Dorman, M.F. Struve, A. Norris, A.J. Higgins// Toxicological Sciences.- 2008. - Vol. 106(1). - pp. 46-54.

11. Pallauf J. Impact of dietary manganese concentration on status criteria to determine manganese requirement in piglets/ J. Pallauf, C. Kauer, E. Most et al.// Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition - 2012 - Vol. 96(6). - pp. 993-1002.11. Pallauf J. Impact of dietary manganese concentration on status criteria to determine manganese requirement in piglets/ J. Pallauf, C. Kauer, E. Most et al.// Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition - 2012 - Vol. 96(6). - pp. 993-1002.

12. ГОСТ P 55484-2013. Издания. Определение содержания натрия, калия, магния и марганца методом пламенной атомной абсорбции [Текст]. - Введ. 2014-07-01.-М.: Стандартинформ, 2014. - 11 с.12. GOST P 55484-2013. Editions. Determination of the content of sodium, potassium, magnesium and manganese by flame atomic absorption [Text]. - Input. 2014-07-01.-M.: Standartinform, 2014. - 11 p.

13. Зайко О.А. Изменчивость и корреляция химических элементов в органах и тканях свиней скороспелой мясной породы СМ-1: дис… канд. биол. наук. - Новосибирск, 2014. - 183 с.13. Zaiko O.A. Variability and correlation of chemical elements in the organs and tissues of pigs of the early maturing meat breed SM-1: thesis ... cand. biol. Sciences. - Novosibirsk, 2014. - 183 p.

14. Пат.№2591825 С1 Российская Федерация, МПК G01N 33/48. Способ определения содержания кадмия в печени крупного рогатого скота/ Короткевич О.С., Нарожных К.Н., Коновалова Т.В. и др.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный аграрный университет - №2015116391/15; заявл. 29.04.2015; опубл. 20.07.2016, Бюл. №20. - 5 с.14. Pat. No. 2591825 C1 Russian Federation, IPC G01N 33/48. A method for determining the content of cadmium in the liver of cattle / Korotkevich O.S., Narozhnykh K.N., Konovalova T.V. and etc.; applicant and patent holder Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education Novosibirsk State Agrarian University - No. 2015116391/15; dec. 04/29/2015; publ. 07/20/2016, Bull. No. 20. - 5 s.

15. Пат. №2342659 С1 Российская Федерация, МПК G01N 33/50. Способ определения содержания кадмия в органах и мышечной ткани свиней/ Петухов В.Л., Желтикова О.А., Желтиков А.И. и др.; заявитель и патентообладатель Новосибирский государственный аграрный университет. - №2007111437/15; заявл. 28.03.2007; опубл. 27.12.2008, Бюл. №36. - 7 с.15. Pat. No. 2342659 C1 Russian Federation, IPC G01N 33/50. A method for determining the content of cadmium in the organs and muscle tissue of pigs / Petukhov V.L., Zheltikova O.A., Zheltikov A.I. and etc.; applicant and patent holder Novosibirsk State Agrarian University. - No. 2007111437/15; dec. 03/28/2007; publ. December 27, 2008, Bull. No. 36. - 7 s.

Claims

A method for determining the content of manganese in the liver of pigs, characterized in that blood serum is used as a biosubstrate, in which the level of urea is determined during biochemical analysis and the regression equation is calculated:

x=2.034+0.919y, where y is the content of urea in mmol/l in the blood serum, x is the content of Mn in mg/kg in the liver.