ЭКОЛОГИЯ, 2014, № 4, с. 278-286
УДК 599.323.42-146.12+504.5:546.3(470.5)
ПРОМЫШЛЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ НЕ УВЕЛИЧИВАЕТ ЧАСТОТУ НЕФРОПАТОЛОГИЙ У РЫЖЕЙ ПОЛЕВКИ
© 2014 г. Ю. А. Давыдова, С. В. Мухачева
Институт экологии растений и животных УрО РАН 620144 Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202 e-mail: davydova@ipae.uran.ru Поступила в редакцию 23.07.2013 г.
Исследовано влияние промышленного загрязнения тяжелыми металлами на макроморфологиче-ские (масса, индекс) и микроморфологические (спектр и частота нефропатологий) показатели почек рыжей полевки (Clethrionomys glareolus Schreber, 1780), а также на накопление в них Cu, Zn, Cd, Pb в окрестностях медеплавильных предприятий и на ненарушенных территориях Среднего Урала. В почках рыжей полевки загрязненных территорий аккумулируются значительные количества тяжелых металлов, концентрации которых увеличиваются с возрастом и/или достижением животным половозрелости. При изменении репродуктивно-возрастного статуса также увеличиваются масса и индекс почек, частота встречаемости большинства нефропатологий и степень их проявления. Уровень промышленного загрязнения не влияет на исследованные показатели. На индивидуальном уровне ни один из тяжелых металлов, накапливаемых почками, не влияет на частоту и степень выраженности нефропатологий. Полученные результаты противоречат господствующей точке зрения о детерминирующей роли токсикантов в развитии нефропатологий у мелких млекопитающих на загрязненных территориях, поэтому причины нефропатологий следует искать среди других, не связанных с загрязнением, факторов.
Ключевые слова: рыжая полевка, почки, морфофизиологические индикаторы, нефропатологии, промышленное загрязнение, тяжелые металлы, Средний Урал.
Б01: 10.7868/80367059714040040
Исследование изменений макро- и микроморфологических признаков — одно из возможных направлений в изучении реакции животных на промышленное (химическое) загрязнение. Внимание к морфологии — дань традиции в первую очередь описывать форму и структуру биологического объекта в ожидании "видимых" перестроек при том или ином воздействии. Структурные признаки считаются очень консервативными, следовательно, наиболее надежными для диагностики воздействующего фактора. При оценке токсических эффектов морфологические перестройки рассматривают как интегральные и конечные по сравнению с изменениями на биохимическом и клеточным уровнях (Регека й а1., 2006). В настоящее время господствует точка зрения о детерминирующей роли промышленного загрязнения в развитии различных гистопатологий у мелких млекопитающих на загрязненных территориях. Как в лабораторном эксперименте, так и у животных из природных популяций при разных уровнях токсической нагрузки неоднократно обнаруживали гистопатологии внутренних органов и интерпретировали их как проявле-
ние токсических эффектов загрязнения, тогда как другие возможные причины обнаруживаемых изменений, как правило, не рассматривали 08-towski е! а1., 2004; Эашек-Роргауа, 8атска-Карш-!а, 2003, 2004; Регека е! а1., 2006; 8апсИе2-СИагШ е!а1., 2008, 2009).
На наш взгляд, представление о четко детерминированной связи между внешним фактором (действием токсиканта) и морфологическими изменениями органов и тканей сильно упрощено. Тезис о том, что в качестве единственной причины наблюдаемых гистопатологий следует рассматривать интоксикацию организма тяжелыми металлами, исключает множество других экзо- и эндогенных факторов, приводящих к таким же нарушениям (инфекции, паразитарные инвазии и др.). Кроме того, большинство ответных реакций тканей на повреждающее воздействие разных факторов неспецифично, что затрудняет выявление причин гистопатологий. Исходя из этого предположили, что наличие и степень выраженности гистопатологий внутренних органов у жи-
вотных могут быть не связаны с уровнем загрязнения.
Для проверки этой гипотезы нами выбраны почки мелких млекопитающих — парный орган, основная функция которого — выделение продуктов обмена веществ и регуляция постоянства состава крови и внутренней среды организма. Высокий уровень кровоснабжения и большая протяженность тубулярного аппарата обеспечивают длительность контакта токсических веществ и их метаболитов с почечным эндотелием, эпителием и клетками интерстиция (Gouer, 1989). Наряду с печенью или костями скелета почки можно считать "модельным" органом, избирательно депонирующим различные ксенобиотики. В экоток-сикологии общепринято использовать концентрации приоритетных загрязнителей в органах-депо для целей биоиндикации загрязнения среды, а также характеристики индивидуальной токсической нагрузки на организм (Shore, Rattner, 2001; Lodenius et al., 2002; Beernaert et al., 2007; Milton et al., 2003; Linden et al., 2003; Topolska et al., 2004; Veltman et al., 2007). Почки - "орган-депо" для многих ксенобиотиков, но особенно они восприимчивы к кадмию (Mueller, 1993; Cooke, Johnson, 1996; Griffin et al., 2000).
Цель настоящей работы — оценить влияние промышленного загрязнения среды на морфологические характеристики почек мелких млекопитающих (на примере рыжей полевки). Для этого в почках животных, отловленных на участках с разным уровнем промышленного загрязнения, определяли содержание тяжелых металлов; исследовали изменчивость массы — макроморфологической характеристики органа; проводили качественный и количественный анализ микроморфологических изменений (выявляли гистопатологии почек — "нефропатологии", оценивали частоту их встречаемости и степень выраженности); исследовали связь частоты нефропатологий с индивидуальной токсической нагрузкой.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Исследования проводили в лесных экосистемах Среднего Урала, подверженных влиянию промышленного производства. Большая часть животных отловлена в окрестностях Средне-уральского (СУМЗ) и Кировградского (КМК) медеплавильных заводов. Оба предприятия — крупнейшие на Урале, длительность их воздействия на экосистемы на настоящий момент составляет более 70 лет (СУМЗ) и около 100 лет (КМК). Структура выбросов СУМЗ и КМК сходна: преобладают сернистый ангидрид и тяжелые металлы (Cu, Zn, Cd, Pb) в составе неорганической пыли. Несмотря на реконструкцию предприятий, степень их воздействия на экосистемы остается высокой. Участки исследования расположены на разном
удалении от СУМЗ (1-2, 4-6, 20-30 км) и КМК (18 км). В качестве контрольных использовали животных из относительно чистых территорий (Шалинский и Тугулымский районы Свердловской области), относящихся по уровню загрязнения к региональному фону. На основании анализа содержания тяжелых металлов в природных депонирующих средах (почве, лесной подстилке, снежном покрове) каждый участок отнесен к одной из трех зон промышленного загрязнения — фоновой (Bg), буферной (B) или импактной (I) (табл. 1). Подробно зоны и участки описаны ранее (Воробейчик и др., 1994, 2006).
Исследование проводили на рыжей полевке (Clethrionomys glareolus Schreber, 1780), одном из доминирующих видов в изучаемых сообществах мелких млекопитающих. У животных по эксте-рьерным (массе и размерам тела) и интерьерным (состоянию тимуса и репродуктивных органов, массе внутренних органов) признакам определяли репродуктивно-возрастной статус: неполовозрелые сеголетки (im), половозрелые сеголетки (m), перезимовавшие особи (ow).
Почки взвешивали, а затем высушивали до достижения воздушно-сухой массы для измерения содержания металлов или фиксировали в 10%-ном формалине для гистологического анализа. Для сопоставления индивидуальной токсической нагрузки (концентраций тяжелых металлов) с микроморфологическими характеристиками у животных (n от 40 до 106 экз. для разных элементов) химический и гистологический анализы проводили параллельно. Высушенные образцы озоляли в концентрированной HNO3 с использованием микроволнового разложения (MWS-2 Berghof, Германия). Концентрацию тяжелых металлов (Cu, Zn, Cd, Pb) в образцах определяли методом атомно-абсорб-ционной спектроскопии на спектрометре AAS vario 6 (Analytik Jena, Германия) в лаборатории эко-токсикологии популяций и сообществ ИЭРиЖ УрО РАН (аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.515630).
Массу и индекс (отношение массы органа к массе тела в %е) почки рассматривали как базовый макроморфологический признак органа (наряду с размером, цветом, консистенцией и др.) и как морфофизиологический индикатор состояния популяции (Шварц и др., 1968).
Для оценки микроморфологических изменений почки готовили 4—6 тотальных срединных срезов по длинной оси органа, использовали парафиновую заливку с последующим окрашиванием гематоксилином и эозином и/или поли-хромным толуидиновым синим. Состояние почек оценивали визуально с помощью микроскопа Leica DM1000 LED. Патоморфологические изменения классифицировали на четыре типа в зависимости от того, какой структурный элемент по-
Таблица 1. Участки исследования и объем аналитических и гистологических работ
Зона загрязнения Код участка Участки (удаленность от источника загрязнения) Количество образцов
Си Zn Сё РЬ Макроморфология Микроморфология
Фоновая БЕ-1 Тугулымский р-н, территория Национального парка "Припыш-минские Боры" (270 км к востоку от СУМЗ и КМК) 6 6 6 - - 17
БЕ-2 Шалинский р-н, д. Шигаево (90 км к западу от СУМЗ) 5 5 17 - - -
БЕ-3 Нижнесергинский р-н (20-30 км к западу от СУМЗ) 127 126 260 47 339 70
Буферная Б-1 Пригородный р-н, территория Висимского заповедника (18 км от КМЗ) 27 27 115 20 - 6
Б-2 Первоуральский р-н (4-6 км к западу от СУМЗ) 34 34 143 22 57 36
Импактная I Первоуральский р-н (1-2 км к западу от СУМЗ) 17 17 53 13 23 10
Примечание. Прочерк означает отсутствие данных.
чек ими затронут. Различали следующие нарушения: G — почечных клубочков (гломерул), Т — почечных канальцев (тубул), V — сосудов, Р — плазморрагию как частный случай сосудистых нарушений. В зависимости от степени выраженности каждому типу нарушений присваивали балл от 0 до 3: 0 — нарушение отсутствует; 1 — легкая степень (нарушения незначительны или единичны); 2 — средняя степень (нарушения носят очаговый характер, занимают небольшие участки, в целом меньше половины среза); 3 — тяжелая степень (нарушения носят повсемес
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.