Ефективність застосування наночасток металів в ортопедії

3. Ефективність застосування наночасток металів в ортопедії

Хвороби копитець у корів діагностуються відносно часто; вони завдають скотарству значних економічних збитків (зниження продуктивності, недоотримання приплоду, вимушене вибраковування тощо). Так, у Росії економічні втрати від хвороб копитець у корів становлять 800 – 900 млн. карбованців на рік, в Україні ці збитки досягають 100 – 200 млн. гривень. Найбільш загрозливими є ураження копитець заразної етіології, при яких удосконалення лікувальних заходів набувають значної актуальності.

Опорна здатність копитець корів багато в чому залежить від щільності й твердості копитцевого рога, які забезпечуються біохімічними процесами в епідермісі копитець. При зниженні біофізичних показників останнього травмується основа шкіри копитець і виникає пододерматит.

Досліджували копитця корів-аналогів чорно-рябої породи, віком 4–5 років, продуктивністю 5000 кг молока на рік; на час досліджень корови були яловими. До першої групи були включені тварини, яких утримували на дерев’яній підлозі; до другої – корови, яких утримували за аналогічних умов, але копитця яких піддавали періодичній обробці колоїдом наночасток металів; до третьої – тварини, яких утримували на бетонній підлозі; до четвертої групи – корови, яких утримували за таких же умов, але копитця яких періодично обробляли наночастками металів.

Через місяць від початку дослідів із підошовної ділянки копитець були відібрані шматочки рогу для біохімічних і біофізичних досліджень.

Вміст міді та цинку в роговому матеріалі визначали методом атомно-абсорбційної спектрометрії, білок – на апараті К’єльдаля, сірку та SH-групи – хімічними методами, вологу – стабільним висушуванням, а кількість попелу – спалюванням зразків у муфельній печі. Показник щільності визначали методом гідростатичного зважування; твердість копитцевого рогу – за методом Бринеля, а опір проти стирання – за допомогою спеціального приладу УкрНІКП.

У дослідженні використовували колоїд наночасток Ag, Cu, Zn, отриманих методом ерозивно-вибухового диспергування біоцидних і біогенних металів.

Цифрові дані обробляли методом варіаційної статистики із застосуванням t-критерію Стьюдента за програмою «Статистика».

Вміст мінеральних речовин у роговому матеріалі копитець представлено в табл. 3

Таблиця 3

Вміст мінеральних речовин у копитцевому розі корів, n=5

Примітка: 1. * – p<0,05;

2. ** – p<0,01.

Як свідчать дані табл. 3, при утриманні корів на дерев’яній підлозі обробка копитець наночастками металів супроводжується збільшенням вмісту сірки на 14,55 %, міді – на 14,72, цинку – на 24,14 %.

При утриманні тварин на бетонній підлозі обробка копитець наночастками металів супроводжується збільшенням вмісту сірки на 11,21 %, міді – на 13,53, цинку – на 20,17 %.

Обробка копитець наночастками металів супроводжується покращенням біохімічних і біофізичних характеристик копитцевого рога (табл. 4).

Таблиця 4

Біохімічні та біофізичні показники копитець рога при утриманні корів на підлогах різних типів у контролі та при обробці наночастками металів, n=5

1.* – p<0,05;

2. ** – p<0,01;

3. *** – p<0,001.

Як свідчать дані табл. 4, при утриманні корів на дерев’яній підлозі при обробці копитець наночастками металів у роговому матеріалі зменшується вміст вологи зменшується на 18,01 %, вміст попелу збільшуються на 9,05, білку – на 9,52, сульфгідрильних груп – на 8,92, щільність – на 9,39, твердість – на 9,57, опір проти стирання на 8,31 %.

При утриманні на бетонній підлозі при обробці копитець наночастками металів вміст вологи зменшується на 21,05 %, вміст попелу збільшуються на 8,68, білка – на 9,87, сульфгідрильних груп – на 8,85, щільність – на 9,32 %, твердість – на 9,67 %, опір проти стирання – на 8,96 %.

Таким чином, обробка копитець наночастками металів супроводжується суттєвими змінами як біохімічних, так і біофізичних характеристик копитцевого рогу. Копитцевий ріг ущільнюється, в ньому зменшується вміст вологи, за рахунок чого зростає вміст усіх досліджених біохімічних показників і значно покращуються основні біофізичні параметри.

Крім того, наночастки металів виразно впливають на перебіг кератиногенезу, основу якого становить перехід сульфгідрильних груп цистеїну в дисульфідні групи цистину з їх подвійними зв’язками. За рахунок цього відбувається укріплення біохімічної й біофізичної структур білкових молекул копитцевого рогу:

R – НS + SН – R – S = S – R + 2Н (Н₂О)↓.

Перебіг процесу кератинізації потребує кофакторної дії, в першу чергу таких металів як мідь і цинк. Вплив наноміді та наноцинку на кератинізацію набагато вираженіший, ніж дія цих металів у молекулярному масштабі. Останнє чітко проявляється в порівняльному досліді, за якого копитця в контролі обробляли 10 %-вим розчином міді сульфату в суміші з цинком сульфатом. Початкові контрольні й дослідні біохімічні і біофізичні показники були ідентичними. Обробка солями й наночастками міді та цинку тривала 3 дні по 30 хв тричі на день. Результати враховували через 5 днів (табл. 5).

Таким чином, обробка копитець колоїдом наноміді та наноцинку, порівняно з їх обробкою розчином солей міді й цинку, достовірно покращує біохімічні і біофізичні показники копитець за виключенням вмісту сірки та зволоженості копитцевого рогу, які відносно мало впливають на інші його якості. Так, вміст міді збільшився на 10,3 %, цинку – на 24,55, попелу – на 7,63, білка – на 4,15, сульфгідрильних груп – на 7,19, щільність – на 4,51, твердість – на 3,58, опір проти стирання на 9,4 %.

Таблиця 5

Показники основних якостей копитцевого рогу при обробці солями й наночастками міді та цинку, n=5

Примітка: 1.* – p<0,05;

2. ** – p<0,01.

Отже, наночастки Cu і Zn при обробці копитець включаються в процеси кератинізації, в той час як обробка солями міді й цинку супроводжується лише певним, у якійсь мірі, поверхневим просякненням рогу, яке досить швидко зникає під впливом вологи підлог.

Стимулювальний вплив комплексу наноаквахелатів Ag, Cu, Zn зумовлений специфічною активністю кожної складової.

Срібло має виражені антисептичні властивості. Воно пригнічує кератолітичну дію патогенної мікрофлори та грибів.

Мідь приймає участь у багатьох біохімічних процесах як складова частина ферментоактивних білків, які переносять електрони в реакціях окиснення та відновлення органічних субстратів.

Цинк забезпечує перебіг транспортних процесів, пов’язаних із металоензимними перетвореннями значної кількості біохімічних сполук. Разом з міддю він виражено впливає на синтез кератинових білків. Іонний радіус цинку менший ніж у міді, у зв’язку з чим цинк несе концентрованіший заряд, порівняно з міддю, що зумовлює його більшу спорідненість до електронів. Це забезпечує широку участь цинку в різних біологічних процесах, таких як гідроліз, приєднання до подвійних зв’язків, окиснення – відновлення тощо.

Висока метаболічна активність наноміді й наноцинку, що проявляється у вираженій оптимізації біохімічних і біофізичних показників копитцевого рогу, зумовлена наявністю у наночасток корпускулярного, хвильового та квантового ефектів, чого не може бути у мікроелементів у молекулярній формі. Дія наночасток цілком узгоджується із законами квантової фізики щодо поводження часток такого роду в перебізі різних біохімічних процесів, зокрема кератинізації. Різноманітні часточки, які знаходяться в розчині або суспензії у формі атомів, електронів і, можливо, в інших дещо менших за розмірами часток, проявляють ті ж самі властивості, що й електрони у класичному фізичному аспекті. У перебізі фізико-хімічних реакцій наночастки виступають у якості потужного донора та діють як сильні стимулятори перебігу фізичних і хімічних явищ.

Отже, обробка рогу копитець аквахелатом наносрібла, наноміді, наноцинку супроводжується збільшенням вмісту сірки, міді й цинку та значним покращенням біофізичних показників копитцевого рогу, що набагато перевищує біохімічні й біофізичні характеристики копитцевого рогу порівняно з обробкою 10 %-вим розчином міді сульфату і цинку сульфату. Це пояснюється включенням екзогенних наночасток у перебіг біохімічних реакцій епідермісу копитець.