Structural and chemical properties of chyme and enteral metabolism of manganese in raccoon dogs

Долгое время в России клеточное звероводство имело активное развитие и занимало значительную долю в получении дорогостоящего сырья для меховой промышленности и экспорта пушнины. Экономические кризисы последнего десятилетия XX века повлекли за собой значительное сокращение производства меха

Поскольку минеральные вещества поступают в организм с рационом и водой, процессы их абсорбции и экскреции в пищеварительном тракте являются важным звеном минерального гомеостазиса всего организма. В настоящее время имеется достаточно сведений о механизмах пристеночного пищеварения и о двусторонней проницаемости стенки кишечника, при этом полостное пищеварение остается менее всего изученным компонентом пищеварительной системы. Все процессы полостного пищеварения проходят в массе химуса. Однако представления о химусе, как о структурной системе, полностью до сих пор не сформировано. Большинство исследований, посвященных энтеральной среде, затрагивают лишь процессы формирования структуры пристеночного слоя слизи, не учитывая механизмы образования химуса в полости кишечника

Несмотря на то, что кишечной слизи исследователи придают лишь защитную функцию и иммунологические свойства, её роль в пищеварение несомненно шире

В этой связи целью работы стало исследование метаболизма марганца и цинка на уровне пищеварительного тракта у енотовидных собак. Для достижения цели были поставлены задачи по изучению закономерности структуры нативного химуса, определению содержания органических и неорганических элементов в его структурных компонентах и концентрации марганца и цинка в исследуемых образцах.

Исследования проводились на кафедре физиологии, этологии и биохимии животных РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева с соблюдением биоэтических норм и правил. Эксперимент проводили на енотовидных собаках в количестве 3 головы. Животные, содержались в одинаковых условиях с соблюдением всех зоогигиенических, зоотехнических и ветеринарных требований на базе Пушкинского зверосовхоза ФГПУ «Русский соболь» в условиях клеточного, одиночного содержания. Кормление осуществлялось в виде жидкой мешанки из смеси злаков и субпродуктов животного происхождения без включения дополнительных добавок, состав которой варьировался в соответствии с рационом. Эвтаназия проводилась путем внутримышечной инъекции 2%-ного водного раствора дитилина по 0,4 мл на одну голову животного.

После эвтаназии у всех животных производили извлечение пищеварительного тракта с разделением на желудок, двенадцатиперстную, тощую, подвздошную, слепую, ободочную и прямую кишку. Из каждого отдела извлекали образцы химуса и стенки кишечника. Методом декантирования и центрифугирования химус разделяли на растворимую фракцию (РФ), плотную эндогенную фракцию (ПЭФ) и пищевые частицы

В результате эксперимента методом декантирования и центрифугирования в химусе енотовидных собак из разных отделов тонкого и толстого кишечника были выделены непереваренные пищевые частицы с волокнами растительного и животного происхождения различных объемов и форм. Также были получены растворимая фракция (РФ) в виде надосадочного водного раствора с легкорастворимыми низкомолекулярными веществами и плотная эндогенная фракция (ПЭФ), которая выполняет роль энтероплазмы в нативном химусе, включая в себя гидратированную полостную кишечную слизь и корпускулярные компоненты, в том числе симбиотические микроорганизмы.

Анализ сухого вещества химуса енотовидных собак показал, что минимальная концентрация сухого вещества отмечена в химусе двенадцатиперстной и тощей кишке – 15,0-15,4%, которая затем постепенно увеличивался, достигая максимальных значений в слепой и ободочной кишке – 26,6-26,8%, в следствие преобладания абсорбции воды и растворенных нутриентов над секрецией пищеварительных соков (рисунок 1).

Анализ количественного соотношения фракций в нативном химусе показал, что в тонком отделе кишечника в среднем минимальная доля приходится на ПЭФ – 3,6-3,7% в двенадцатиперстной и тощей кишке (рисунок). В толстом отделе кишечника по мере продвижения химуса их доля остается относительно постоянной концентрацией, постепенно снижаясь с 4,7% в подвздошной кишке до 2,8% в ободочной кишке. Фактически сохраняя постоянство объемов в сухом веществе химуса ПЭФ поддерживает его физико-химические свойства (рисунок 1).

Содержание пищевых частиц колеблется от 7,3% в двенадцатиперстной кишке до 2,6 в тощей кишке. Далее концентрация возрастает в подвздошной, слепой и ободочной кишке до 6,9%, 14,5% и 16,4% соответственно.

Доля растворимой фракции в нативном химусе двенадцатиперстной кишки максимальна – 10,4%. В дистальных отделах тонкого кишечника она снижается в противовес доли пищевых частиц до 4,3% оставаясь такой же низкой в толстом отделе (в границах 6,3-8,7%). Такие значения взаимообусловлены абсорбцией питательных веществ, воды и изменением реологических свойств химуса, что в целом повышает количество сухого вещества в химусе до 26,8% в дистальных отделах.

Рисунок 1 - Соотношение фракций в сухом веществе химуса разных отделов кишечника енотовидных собак

Примечание: n=3

DOI:10.60797/IRJ.2024.150.134.1

Анализ соотношения фракций в нативном химусе кишечника енотовидных собак показал, что в тонких отделах кишечника доля пищевых частиц колеблется лишь в пределах от 2,6 до 7,3% (рисунок 2). Начиная с подвздошной кишки, их количество возрастает с 10,6 до 19,8%. Следует учитывать, что в нативном состоянии, благодаря гидратации гликопротеинов полостной слизи, ПЭФ и РФ химуса представляют собой совокупную гелеобразную систему, в которой распределены экзогенные пищевые частицы корма. У енотовидных собак в целом большая часть нативного химуса (80,2-97,4%) на протяжении всего кишечника представлена в виде гидратированной плотной эндогенной фракции или так называемой энтероплазмы химуса.

Рисунок 2 - Соотношение пищевых частиц (ПЧ) и гидратированной полостной слизи (ГПС) в нативном химусе енотовидных собак

Примечание: n=3

DOI:10.60797/IRJ.2024.150.134.2

Анализ химического состава цельного химуса показал, что содержание зольных компонентов возрастает с 9,8 -14,9% в тонком отделе кишечника до 62,1-65,5% в толстом отделе, что обусловлено закономерным скоплением непереваренного корма в виде костных остатков. Количество органического вещества в сухом веществе химуса, напротив, снижается по мере продвижения химуса по кишечнику с 85,1-91,2% до 34,5% и 37,9% соответственно вследствие гидролиза и абсорбции нутриентов. Такие изменения, вероятно, связаны с опережающим перевариванием органической части корма относительно минеральной составляющей в начале тонкого отдела кишечника с последующим интенсивным всасыванием мономеров. При этом стоит учитывать, что значительную часть нативного химуса составляет плотная эндогенная фракция, а следовательно органические вещества в химусе имеют эндогенное происхождение, что является физиологически необходимым для формирования энтеральной среды.

Изучение соотношения содержания золы и органики во фракциях химуса кишечника енотовидных собак показало, что концентрация зольной части в каждой из трех форм фракций по мере продвижения по тракту увеличивается в растворимой фракции с 1% в двенадцатиперстной кишке до 26,6% в ободочной кишке, в ПЧ с 3,1 до 38,3%, в ПЭФ с 1 до 25%, соответственно (таб. 1).

Содержание органических элементов во всех фракциях содержимого кишечника енотовидных собак напротив демонстрирует противоположную тенденция относительно зольных компонентов в виде снижения концентрации по мере продвижения по кишечнику. Существенное снижение в 7,5 раз органического вещества в ПЧ корма, вероятно обусловлено активизацией микробиального гидролиза. А четырехкратное снижение в РФ и ПЭФ, связано с уменьшением секреции органической части пищеварительных соков и слизи, деструкцией гликопротеинов симбиотическими микроорганизмами и активацией абсорбции нутриентов.

Анализ концентрации марганца в цельном химусе кишечника показал закономерное снижение по мере его продвижения по кишечнику на 60%, что свидетельствует об абсорбции элемента (таб.2). В пищевых частицах вследствие интенсивного гидролиза концентрация марганца снижается в 8,5 раз. Некоторая часть экскретированного из пищевых частиц марганца остается в виде легкорастворимых форм, при этом концентрация его в растворимой фракции существенно не меняется и составляет 0,64-0,78 мг/% в сухом веществе на протяжении тонкого и толстого кишечника. Основная часть элемента фиксируется в плотной эндогенной фракции с закономерной динамикой возрастания концентрации с 1,34 мг/% в начале тонкого кишечника 6,86 мг/% в слепой кишке.

Содержание марганца в стенке пищеварительного тракта у енотовидных собак имеет определенные закономерности (таб.3). В слизистом слое желудка концентрация марганца имеет максимальное значение 0,67 мг/% в сухом веществе. Однако вначале тонкого кишечника она резко снижается до 0,18 мг/%, затем вновь возрастает, достигая максимума в толстом отделе. В серозно-мышечном слое содержание марганца обусловлено функциональной активностью миоцитов, снижаясь в 12-ти перстной кишке до 0,19 мг/% в сухом веществе и возрастая в подвздошной кишке.

Впервые проведенные исследования физико-химических особенностей энтеральной среды пищеварительного тракта енотовидных собак показали сходство в структурно-функциональной организации химуса псовых с показателями сельскохозяйственных животных и птицы, которые были получены ранее.

Во-первых, можно сказать, что химус у енотовидных собак является универсальной гетерогенной системой. Его макроструктура представлена совокупностью эндогенных компонентов и экзогенных пищевых частиц, суммарная масса сухого вещества которых сопоставима с массой нативного химуса, а соотношение меняется в каудальном направлении пищеварительного тракта вследствие секреции пищеварительных соков и полостной слизи, а также абсорбции нутриентов и воды.

Во-вторых, основной системообразующей структурой химуса является плотная эндогенная фракция, представленная молекулярно-корпускулярными компонентами в виде наноупорядоченного каркаса энтероплазмы и симбиотическими микроорганизмами, доля которой в нативном химусе, благодаря гидратации гликопротеидов слизи, составляет 80-97% на протяжении кишечника.

 В-третьих, соотношение фракций сухого вещества химуса изменяется по мере его продвижения по кишечнику: доля растворимой фракции снижается с 67% в тонком отделе до 28% в толстом отделе кишечника, доля пищевых частиц, напротив, возрастает с 9% до 61%, а доля плотной эндогенной фракции остается на относительно постоянном уровне 10-25%. При этом содержание органических компонентов во всех фракция химуса закономерно снижается по мере его продвижения по кишечнику, а доля минеральной части напротив растет.

В-четвертых, высокая концентрация марганца в ПЭФ химуса, по-видимому, неслучайна. Высокая сорбционная емкость гликопротеидов ПЭФ по отношению к марганцу физиологически необходима, так как, с одной стороны, элемент депонируется, формируя своеобразный обмениваемый фонд на уровне энтеральной среды. Также, фиксируясь гидратированной ПЭФ химуса, марганец в полости кишечника может участвовать в структурировании химуса как активный комплесообразователь.