Результаты исследований по оценке безопасности наноструктур серебра и висмута в АПК

 Серебро давно зарекомендовало себя в качестве эффективного природного антибиотика в медицине, обладая антимикробными и противовирусными свойствами. В наноразмерном состоянии бактерицидные свойства его значительно усиливаются.

Рассматривая бактерицидное действие серебра на микроорганизмы, вирусы и бактерии, необходимо также провести анализ безопасности воздействия серебра на человека. Обычно, серебро поступает в организм при употреблении в пищу огурцов, капусты и укропа, но в очень малых количествах. Установлено, что до 40% населения России страдает от значительного недостатка серебра в организме, которое особенно необходимо для стимуляции иммунитета в зимний и весенний периоды.


Данный вопрос довольно широко освещен в научных кругах и медицинской практике.

Известно, что в суточном рационе человека в среднем должно содержаться 88 мкг ионов серебра. Исследованиями также подтверждается, что дозы серебра в 50-250 мкг (0,05-0,25 мг/л) на один литр жидкости являются физиологическими, при этом не оказывают вредного воздействия на организм  даже в случае длительного применения.

Прямое же токсическое действие серебра на организм человека проявляется при одномоментном разовом приеме 2 г (2 000 000 мг) серебра или его солей, а при разовой дозе в 6,35-10 грамм вероятен летальный исход.

Одними из самых жестких в мире в настоящее время являются Российские санитарные нормы. Согласно им предельно допустимая концентрация (ПДК) ионов серебра в питьевой воде (для постоянного непосредственного употребления внутрь человека на протяжении всей жизни), не должна  превышать 50 мкг/л (0,05 мг/л).

Агентство по охране окружающей среды США (USEPA) определяет максимальный уровень концентрации (MCL) как 90 мкг/л (0,09 мг/л).
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) – как 100 мкг/л (0,1 мг/л).

Таким образом, во многих странах к настоящему времени уже выработаны допустимые нормативы содержания серебра в питьевой воде, которые бы гарантировали ее безвредность. В то же время серебросодержащие препараты, широко применяемые в медицине более ста лет и по настоящее время, содержат серебра на 3-4 порядка больше. Вследствие этого, ученые до сих пор стремятся дополнительно изучить свойства серебра, чтобы более точно и обоснованно определить его безопасные концентрации для применения внутрь человека, а также, допустимые лечебные и иммуно-защитные дозы, чтобы более успешно и безопасно использовать положительные свойства ионов серебра.

Висмут также широко известен в медицинской практике. 45% мирового потребления висмута расходуется на приготовление антимикробных медицинских препаратов широкого спектра действия (Де-Нол и др.) [1,2].

Новое направление применения нанопрепаратов висмута и серебра в АПК – это защита зерна и продуктов его переработки от губительной микрофлоры, разработка кормовых добавок с антимикробными свойствами, заменяющих синтетические антибиотики, для кормления сельскохозяйственных животных и птицы, проведение испытаний их действия в условиях АПК России. Непременным условием применения предлагаемых разработок в технологии зерна и зернопродуктов, их внедрения в ветеринарной практике является испытание возможного токсикологического действия нанопрепаратов на основе висмута и серебра на живые организмы.

В развитие этих решений был организован коллектив единомышленников, в который вошли ученые ряда  институтов, университетов и научно-производственных фирм г. Новосибирска.

К настоящему времени получены результаты комплексных поисковых научных исследований применения нанопрепаратов висмута и серебра в растениеводстве, животноводстве и птицеводстве.
Выявлена антибактериальная активность серебряного и висмутового нанокомпозитов на стандартных типовых культурах микроорганизмов, рекомендованных Госфармокологией РФ, для определения антибактериального действия препаратов. Она оказалась значительно выше, чем у препаратов серебра и висмута в ионной форме.

На примере штамма Bac.mesentericus (картофельная палочка), как представителя микрофлоры зерна и муки, было установлено, что серебряный нанобиокомпозит снижает количество картофельной палочки – возбудителя «картофельной» болезни хлеба, на 44%, что положительно влияет на качество муки и выпекаемого хлеба [3].

Одним из приоритетных направлений исследований для АПК России является рецептура добавок для комбикормов нанопрепаратов серебра и висмута для лечебного и профилактического кормления различных групп сельскохозяйственных животных и птицы. Известно, что на долю желудочно-кишечных заболеваний приходится до 70% причин гибели сельскохозяйственных животных. Для лечения и профилактики желудочно-кишечных расстройств молодняка животных используются различные лекарственные препараты, в том числе антибиотики.

Однако длительное и повсеместное применение антибактериальных препаратов в животноводстве привело к росту антибиотико-резистентных штаммов микроорганизмов лекарственным болезням. Это определило интерес к экологически безопасным средствам терапии животных (пробиотики, иммуностимуляторы, фитопрепараты), а также нанопрепаратов, таких как серебро и висмут, широко применяемых в медицине.
Важное значение в исследованиях было отведено оценке токсикологических свойств нанопрепаратов серебра и висмута, проводимой в соответствии с Методическими указаниями МУ 1.2.2520-09 «Токсиколого-гигиеническая оценка безопасности наноматериалов»[4]. Это необходимо было сделать прежде, чем проводить исследования на зерне и продуктах его переработки – основы пищевого рациона человека и кормовой базы для животных и птицы. В качестве подопытных животных были использованы мыши, поросята, бройлеры и перепела.

По хоздоговору с Сибирским филиалом ФГБНУ «ВНИИЗ» в  СибНИПТИЖ СФ НЦА РАН успешно проведены научные исследования по теме: «Изучить влияние антимикробной активности нанокомпозита серебра на основе цеолита на состояние здоровья и продуктивность поросят-сосунов». В комбикорм для поросят добавлялся серебряный нанокомпозит с содержанием серебра 0,0015%, разработанный в ИХТТМ СО РАН. В опытной группе не допускалось применение антибиотиков при возможных диарейных явлениях, в контрольных группах использование антибиотиков осуществлялось по необходимости.
На основании проведения исследований было выявлено, что нанокомпозит с содержанием серебра 0,0015% на цеолитной основе с размером кластеров 20 нм оказывает положительное влияние на продуктивные показатели молодняка свиней в виде 100% сохранности, выравненности поросят по живой массе ко времени отъема. Среднесуточный прирост подсосных поросят составил на 36% выше контрольного при одновременном увеличении конверсии корма на 20%. Также установлено, что в определенных нормах нанокомпозит серебра при введении в комбикорм поросят не оказывает отрицательного влияния на кровотворную систему животных. Не было отмечено также заболеваний желудочно-кишечного тракта.

В опытах при выращивании телят-молочников в течение первых 60 дней от рождения каждому теленку отмерялось необходимое количество коллоидного раствора наносеребра, которое добавляли в молоко или ЗИМ (заменитель молока) один раз в сутки. В среднем за 2 месяца было отмечено повышение среднесуточных приростов на 10,8-28,7% со снижением затрат корма на 7,3-27,5% у опытных телят. При этом у них не отмечали заболеваний желудочно-кишечного тракта, улучшились морфо- и биохимические показатели крови.

При выращивании перепелов производили ежедневное скармливание нанокомпозита серебра (содержание 0,0015%) на основе цеолитов в установленной дозировке в составе полнорационного комбикорма в течение 3-х недель жизни. К 2-х месячному возрасту перепела достигали живой массы на 7,1% больше, чем в контроле. В целом за технологический цикл сохранности перепелов составила в опытной группе 97%, что на 9,0% выше, чем в контрольной группе. Затраты комбикорма при выращивании одного перепела за 2 месяца с применением нанокомпозита были на 11,1% меньше, чем в контроле.[5].

В ФГОУ ВПО НГАУ проведены аналогичные научно-хозяйственные опыты применением серебряного нанокомпозита на цеолите при откорме цыплят бройлеров, цыплят мускусной утки. Для оценки эффективности нанокомпозита серебра в профилактике микотоксикозов и желудочно-кишечных болезней, применение лекарственных препаратов в исследованиях было также только в контрольных группах.
Наблюдалось увеличение валовой массы цыплят-бройлеров на 7%, а утят- на 12,4% в сравнении с контролем. При этом нанокомпозит серебра проявил высокие лечебно-профилактические свойства в борьбе с диарейными явлениями. По результатам исследований получен патент на изобретение «Способ профилактики микотоксикозов птицы», №2434530, 27.11.2011 г. [6].

В ГНУ ИЭВС и ДВ СО РАСХН проведены успешные исследования по оценке токсикологической безопасности нанопрепарата на основе висмута. Отмечено эффективное бактерицидное его действие на негативную микрофлору желудочно-кишечного тракта животных. Препарат содержит водный раствор основного компонента соли висмута в виде висмут-калий аммоний цитрата и предназначен для лечения диареи молодняка сельскохозяйственных животных: лисят, телят, ягнят. Определены концентрации и нормы применения нанопрепарата, а также способы лечения животных. Получены патенты на изобретение способов предотвращения микотоксикозов у животных [7].

Несомненно, современные нанотехнологии представляют большой интерес применительно к зерну и продуктам его переработки (зерноотходы, отруби, мучка и т.д.), которые составляют основной компонент комбикормов. Обеззараживание зерна от возбудителей болезней бактериями и грибами в периоды его выращивания и хранения является актуальной задачей. Это также упростило и сделало бы более эффективной технологию ввода нанопрепаратов в комбикорма.
  В Сибирский филиал ФГБНУ «ВНИИЗ», совместно с СИБНИИРС и ИХТТМ СО РАН провел научные исследования и производственные испытания по созданию на основе нанопрепарата висмута нового отечественного фунгицида для предпосевной обработки хранения семенного зерна яровой пшеницы, который получил название «Висмоцитрат КС» и рекомендован ждля применения экологически чистого, органического полеводства. Препарат является нетоксичным протравителем и высокой стимуляцией увеличения биомассы растений и угнетения развития фитопатогенной микрофлорой. Эффективность разработки на производстве пшеницы не уступала зарубежным аналогам «Витавакс 200Ф» и предложена в качестве импортозамещения  дорогих (Германия) зарубежных аналогов. На данный препарат получен Патент на изобретение [8].

Таким образом, в результате  проведенных комплексных исследований  определены безопасные нормы применения наноструктур висмута и серебра в корма для сельскохозяйственных животных и птицы. Показано положительное действие этих препаратов при диарейных заболеваниях, превосходящее действие антибиотиков. Исследования по оценке безопасности наноматериалов, на основе серебра и висмута, продолжаются.

Выводы и предложения:
Перспективным является применение нанопрепаратов при производстве комбикормов на основе висмута и серебра в пределах установленных норм в качестве лечебно-профилактических добавок в борьбе с желудочно-кишечными заболеваниями сельскохозяйственных животных и птицы и возможностью полностью отказаться от применения антибиотиков.
Современным направлением обеззараживания и хранения зерна может стать применение нанопрепаратов на основе висмута и серебра, которое обладает многофункциональным действием, в частности, способностью подавлять возбудителей болезней, стимулировать рост и повышать устойчивость растений к стрессовым факторам.
Важным является хозяйственное значение применения нанотехнологий в АПК, обеспечивающих рост сельскохозяйственной продукции на 10-15% при существенном сокращении материальных затрат и сохранении экологии окружающей среды. При этом приоритетным является применение висмутовых нанопрепаратов как наиболее экономически перспективных. Цена на висмут более чем в 20 раз ниже серебра.


Литература:

1. Михайлов Ю.И., Юхин Ю.М. Серебро и висмут в природе и практике. Материалы научно-практической конференции с международным участием «Серебро и висмут», 25-26 февраля, Новосибирск, 2005, С. 31-34.
2. Бурова Л.Г., Юхин Ю.М., Герлинская Л.А., Евстропов А.Н. Исследование антибактериальных свойств висмутсодержащих субстанций на основе наночастиц, журнал «Медицина и образование в Сибири», №3, 2015, Новосибирск, С 215-268.
3. Полунина О.А., Михайлов Ю.И., Скрябин В.А. «Перспективы использования серебряного нанобиокомпозита в производстве пищевых и кормовых добавок» Сборник трудов V Международной научно-практической конференции «Пища. Экология. Качество» 2008 г. Новосибирск.
4. «Токсиколого-гигиеническая оценка безопасности наноматериалов» 1.2 Гигиена, токсикология, санатория. Методические указания МУ 1.2.2520 – 09. Государствено-эпидемиологическое нормирование РФ. Москва, 2009 г.
5. Мачихина Л.И., Скрябин В.А., Михайлов Ю.И., Болдырев В.В.

«Серебряные нанобиокомпозиты в кормовых добавках для сельскохозяйственных животных и птицы». Сборник тезисов докладов участников II Международного форума по нанотехнологиям. 6-8 октября, 2009, Москва, С. 390-392.

6. Михайлов Ю.И., Скрябин В.А. и др. Способ профилактики микотоксикозов птицы. Патент № 2434530, 2011г.
7. Шкиль Н.Н., Юхин Ю.М., Шкиль Н.А. Препарат для лечения диареи молодняка сельскохозяйственных животных и способ его применения. Патент №2268040. Опубликован 20.01. 2006 г.
8. Скрябин В.А., Орлова Е.А., Михайлов Ю.И., Юхин Ю.М. «Нанопрепараты висмута и серебра для предпосевной обработки семян яровой пшеницы» Ж. «Химия в интересах устойчивого развития», СО РАН, Новосибирск, 2015, С.613-617.

 
   

---