УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2011, том 131, № 6, с. 613-621
УДК 599.323.43 +591.11+504.5:661+574.23
РЕАКЦИЯ СИСТЕМЫ КРОВИ ЛЕСНЫХ ПОЛЕВОК НА СТРЕСС
НА ФОНЕ ХРОНИЧЕСКОГО ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ
© 2011 г. Э. А. Тарахтий, С. В. Мухачева
Институт экологии растений и животных УрО РАН, Екатеринбург E-mail: tar@ipae.uran.ru; msv@ ipae.uran.ru
Исследован ряд количественных и структурно-функциональных параметров системы крови рыжей и красной полевок, обитающих в условиях хронического химического загрязнения среды. Установлена изменчивость показателей крови и кроветворных органов в зависимости от видовой принадлежности и удаления от источника загрязнения. При дополнительной нагрузке на организм животных с нарушенных территорий выявлено напряжение кроветворной функции, неполноценность морфо-функционального состояния клеток крови.
Ключевые слова: химическое загрязнение среды, мышевидные грызуны, система крови.
ВВЕДЕНИЕ
В условиях антропогенного загрязнения природной среды и деградации экосистем больших территорий актуальными являются проблемы изучения механизмов функционирования, трансформации, реализации адаптивных связей животных на деградированных территориях, влияния токсикантов на живой организм. При химическом загрязнении среды по цепи "почва-растение-животный организм" тяжелые металлы поступают в организм и в зависимости от концентрации поллютантов, их состава, видовой специфики и других факторов могут вызывать отклонение от нормы различных показателей [1, 2, 7, 8, 11, 15, 17, 23, 24]. Особенно сложно оценить и дать однозначный ответ влияния антропогенных факторов в малых дозах, не вызывающих проявляющейся симптоматики и не выявляющихся стандартными методами лабораторной диагностики. Обнаружить скрытые изменения, оценить состояние животных, а косвенно и среды их обитания, позволяет применение нагрузочных тестов. Высокая радиочувствительность кроветворной системы животного организма дает основание в качестве такой нагрузки использовать ионизирующее излучение.
Для оценки влияния факторов среды обитания на организм животных мелкие млекопитающие являются наиболее информативным объектом, как постоянно и тесно контактирующие со
средой. В оценке действия тяжелых металлов на организм животных может служить комплекс количественных и структурно-функциональных параметров интегральной системы крови, чувствительной к влиянию внешних и внутренних факторов, позволяющий оценить не только состояние организма, но и механизм адаптивного ответа к условиям измененной среды [9]. Надежным и связанным с жизнеспособностью организма показателем является активность системы перокси-даза-пероксид водорода лейкоцитов, являющейся молекулярной основой неспецифического иммунитета и обладающей антимикробным, антивирусным и противоопухолевым действием [18].
Задача настоящего исследования - в градиенте загрязнения среды изучить количественный, структурный состав, функциональную активность показателей системы крови двух видов полевок, оценить состояние кроветворной функции животных при стрессовой нагрузке на фоне хронического химического загрязнения среды.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В исследовании использованы лесные полевки (рода СТеШпопошш), населяющие территории в зоне действия Среднеуральского медеплавильного завода (СУМЗ). В окрестностях предприятия, действующего с 1940 г., в результате выбросов газообразных соединений серы и пылевых частиц с сорбированными химическими элементами (Си,
Pb, Cd, Zn, As, Hg, Fe и др.) сформировались зоны с различной степенью изменения экосистемы [4]. Для исследования были выбраны участки (рис. 1), расположенные последовательно на разном удалении к западу от источника эмиссии, различавшиеся по интенсивности техногенного воздействия и степени трансформации лесных фитоценозов в импактной (I, 1.5-2 км) и буферной (B, 6 км) зонах. В качестве контрольных использованы фоновые участки (F, 20 км и K, 30 км), на которых техногенная нагрузка была на уровне регионального фона. Токсическая нагрузка (оцененная по суммарной концентрации приоритетных загрязнителей в их кормовых объектах) на животных, населяющих B и I участки, в 2.5-4.5 раза превышала фоновые показатели [13]. Для лесных полевок анализируемые участки представляли собой серию техногенно измененных местообитаний, степень деградации которых снижалась по мере удаления от источника эмиссии [17].
Животных отлавливали трапиковыми живо-ловками одновременно на всех участках в июле 2007 и 2008 гг. Объектом исследования выбраны рыжая (Clethrionomys glareolus, Schreber 1780) и красная полевки (Clethrionomys rutilus) - типичные фитофаги с преобладанием в рационе вегетативных частей растений у первой и семян у второй [6]. Различие в рационе может влиять на уровень накопления у них поллютантов.
У каждой особи под эфирным наркозом из орбитального синуса брали кровь. Определяли на гемоанализаторе Abacus Junior vet (Австрия) концентрацию и клеточный состав лейкоцитов, эритроцитов, гемоглобина (HB), гематокрит (HT), а также параметры эритроцитов: средний объем (MCV), содержание (MCH) и концентрацию (MCHC) гемоглобина в эритроците, распределение эритроцитов по объему (RDWsd) и коэффициент вариации показателя (RDWcv). С помощью гемоанализатора Celloscope 401 (Lars Yungberg & Со, Швеция) определяли содержание эритроцитов разного диаметра, вычисляли средний диаметр и толщину клеток. Определяли морфологию и состав лейкоцитов (на мазках, окрашенных по Паппенгейму), содержание ретикулоцитов (на мазках, окрашенных бриллиант-крезиловым голубым), активность системы пероксидаза-эндо-генная перекись водорода лейкоцитов (на мазках, окрашенных 1% метиленовым зеленым с применением 3.3'-диаминобензидин тетрагидрохлорид дигидрата - реактив Fluka, США) [20] с учетом клеток c максимальной (А), умеренной (В) и низкой (С) активностью (A - 100%, B - 50% и более, C - менее 50%). Далее животных забивали дислокацией шейных позвонков, определяли массу
тела и селезенки, концентрацию клеток костного мозга в бедренной кости и селезенке (в камере Горяева).
Часть особей красной (3 особи с K и 9 с I участков) и рыжей полевок (9 с K) подвергали однократному тотальному облучению извне гамма-лучами 137Cs на экспериментальной установке "Игур-1" в дозе 4.75 Гр, в 2.7 раза меньшей, чем СД50/30. не различимой для этих видов полевок [5]. Мощность дозы - 1.26 рад/с. Через 3 суток после облучения (в разгар опустошения кроветворной ткани при сублетальной дозе) определяли изучаемые показатели. Исследовано всего 43 особи рыжей и 27 красной полевок.
Полученные данные анализировали с помощью "Statistica for Windows" (двух- и многофакторный дисперсионный анализ), при оценке различий показателей (p < 0.05) использовали Tukey-тест для разного числа животных.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В зонах техногенного загрязнения уменьшение числа пригодных для обитания участков и снижение их "потребительских" качеств для полевок отражается на численности и характере распределения животных по территории, что было показано в специальных исследованиях на примере рыжей полевки [14]. Установлено, что при удалении от источника эмиссии закономерно увеличивалось общее обилие и численность оседлых особей, которые достигали максимальных значений на фоновой территории. На буферной и фоновых территориях доля мигрантов в населении снижалась в 4 и 16 раз по сравнению с импактными участками (составляла 0.14, 0.03, 0.52 соответственно). На основании полученных данных можно полагать, что исследуемые нами в эксперименте животные большую часть жизни обитали в пределах выделенных зон.
При отсутствии существенных различий в рационе полевок в зависимости от пола и возраста [15] показатели системы крови анализировали в группах сеголеток.
С помощью двухфакторного дисперсионного анализа по комплексу показателей (табл. 1) установлено влияние всех факторов (К-Рао87 30 = 1.94, p < 0.021): видовой принадлежности особей (К-Рао28Л1 = 3.206, p < 0.023), удаленности участка от источника загрязнения (К-Рао84 33 = 1.90 7, p < 0.02) и взаимодействия факторов (Й-Рао84.33 — = 1.685,p < 0.047), где Л-Рао - критерий, использующий F-статистику для аппроксимации "Лямбда-
Рис. 1. Карта расположения участков исследования. Обозначения см. в тексте.
Уилкса". Влиянию всех факторов подвержены концентрация костного мозга, эритроцитов, активность системы пероксидаза-эндогенная перекись водорода лейкоцитов, меньше факторов влияет на концентрацию клеток в селезенке, лейкоцитов, состав клеток крови (табл. 1).
Между видами полевок по выборке в целом выявлены различия концентрации эритроцитов, ретикулоцитов, RDWcv - значения этих показателей больше у рыжей полевки, больше у них и лейкоцитов, но ниже активность системы перок-сидаза-эндогенная перекись водорода лейкоцитов, меньше клеток в костном мозге и содержание гемоглобина в эритроците.
При исследовании параметров системы крови полевок в градиенте загрязнения среды (в направлении К-1) находим: концентрация эритроцитов у красной полевки практически не изменяется, у рыжей - нарастает от К к В, где превышает исходную величину и значение показателя у особей с участка I, при этом она сопоставима с возросшими величинами гемоглобина и гематокрита (табл. 1). Концентрация и параметры эритроцитов красной и рыжей полевок с участка I не различаются (р > 0.05), однако разнонаправленный ход кривых среднего диаметра и толщины эритроцита (рис. 2), а также некоторое изменение широты распределения популяции эритроцитов (RDWsd, табл. 1) свидетельствуют о различной форме клеток (большей сферичности у красной), а следовательно функции и продолжительности их жизни. При хроническом пероральном введении тяжелых металлов в эксперименте у лабораторных
животных выявлен сдвиг кривой Прайс-Джонса в сторону большего диаметра эритроцитов [8]. У облученных животных с уменьшением продолжительности жизни эритроцитов возрастает скорость пролиферации стволовых кроветворных клеток, обеспечивая высокую скорость восстановления кроветворной ткани и, как следствие, высокую радиоустойчивость животных [19]. Подобный механизм действия может иметь место и в
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.