Изменения в Иммунном статусе домовой мыши (Mus musculus) под воздействием поллютантов Сегежского ЦБК

Реферат. В научной литературе долгое время широко дискутируется вопрос о различных влияниях на организмы человека и животных производственных загрязнений. Выброс в атмосферу большого количества токсических веществ осуществляют целлюлозно-бумажные производства, сопутствующим неблагоприятным фактором является шум. Целью данной работы было изучить влияние комплекса вредных воздействий, содержащихся в варочном цехе Сегежского ЦБК, на иммунологические показатели крови домовой мыши (Mus musculus), играющей важную роль в природных экосистемах и являющийся одним из основных лабораторных животных. В эксперименте 20 белых беспородных трех-месячных самок домовой мыши содержали в течение месяца в варочном цехе Сегежского ЦБК. Одновременно 20 контрольных мышей содержали в условиях вивария (без воздействия вредных выбросов и шумового воздействия). Показано, что при ингаляционном воздействии комплекса токсических веществ, содержащихся в атмосфере варочного цеха Сегежского ЦБК, в организме мышей наблюдаются разнонаправленные изменения иммунологических показателей. В клеточном звене иммунитета наблюдаются лейкоцитоз и резкое уменьшение процентного содержания лимфоцитов; абсолютное содержание лимфоцитов имеет тенденцию к уменьшению. Не зафиксировано изменения активности нейтрофильного фагоцитоза. В гуморальном звене отмечено резкое повышение уровня Р-белков (продуктов катаболитного распада клеточных рецепторов); содержание IgG не изменяется. Проведен корреляционный анализ между всеми изученными иммунологическими показателями – отдельно в контрольной и опытной группах. Визуально в опытной группе коррелятивные связи несколько выше, чем в контрольной, что не подтверждено статистически. Полученные результаты вкупе с морфологическими изменениями (животные убавили в весе, стали менее подвижными, забивались в угол, меньше ели, частично облезла шерсть, появились пролысины) свидетельствуют о дисбалансе защитных сил в организме домовой мыши после пребывания на Сегежском ЦБК.

Ключевые слова: домовая мышь, показатели крови, Р-белки, Сегежский ЦБК.

Домовая мышь (Mus musculus) распространена повсеместно. В природных условиях круглый год живет в степях, поймах рек и на оазисных землях полупустынной и, частью, пустынной зон [8]. Встречается во всех типах жилища человека. Альбинотическая форма – белая мышь – одно из основных лабораторных животных, путем длительного отбора получено более 200 селективных линий. Отличается высокой плодовитостью: за год самка приносит 4–8 пометов, в одном помете – 6–8 детенышей. Продолжительность жизни домовой мыши – 1,5–2 года .

Количество крови животного составляет 7% от массы тела. Морфологический состав крови домовой мыши достаточно хорошо изучен и зависит от места ее взятия, возраста и в некоторой степени от пола особи. Так, например, лейкоцитарная формула крови домовой мыши: количество лейкоцитов – 7–15 тыс. (в среднем 10 тыс.) в 1 мм3, лимфоцитов – ­35–90%, нейтрофилов –
10–40%, эозинофилов – 0–7%, базофилов – 0–1%, моноцитов – 0–3% [5]. Э. Ж. Темботовой с соавторами показано [6], что при сравнительном изучении лейкоцитарной системы крови домовой мыши Центрального Кавказа в условиях предгорий и среднегорий снижается специфическая иммунная зашита организма (лимфоциты) и повышаются содержание нейтрофильных гранулоцитов (неспецифическая защитная система крови) и фагоцитарная активность моноцитов, отражающая адаптивный ответ и обеспечивающая устойчивое функционирование организма.

В научной литературе долгое время широко дискутируется вопрос о различных влияниях на организмы человека и животных тех или иных производственных загрязнений. Так, например, в работе Э. А. Та­рахтия с соавторами [7] представлены данные о количественных и морфологических характеристиках клеток крови и кроветворных органов мелких млекопитающих с территорий условно чистых и с низким уровнем радиоактивного загрязнения. Установлено изменение состава клеток крови, структуры эритроцитов, митотической активности и скорости созревания клеток в кроветворной ткани у животных с загрязненных территорий. Степень изменения системы крови зависит от уровня загрязнения и имеет видовую специфику. По мнению авторов, выявленная видоспецифическая реакция животных на радиационное загрязнение свидетельствует о разных путях приспособления.

Загрязнение атмосферного воздуха химическими выбросами промышленных предприятий является мощным экологическим фактором, воздействующим на биогеоценозы. Местное раздражающее действие химических веществ на дыхательные пути наряду с их общетоксическим действием, угнетающим иммунологическую реактивность, обусловливает развитие воспалительных заболеваний респираторного тракта. При этом общеизвестным является факт, что изменение факторов иммунитета при контакте с вредными химическими веществами в условиях производства обнаруживается раньше, чем изменение морфологических показателей крови.

Выброс в атмосферу большого количества токсических веществ осуществляют целлюлозно-бумажные производства (ЦБП) [3]. Изготовление целлюлозы из древесины осуществляется двумя способами: подготовленная щепа поступает в котлы варочных цехов, где варится с белым щелоком (сульфатное производство) или с кислотой (сульфитное производство) под давленим при высокой температуре. Неблагоприятными факторами, определяющими условия труда на ЦБП, являются загазованность воздуха и теплоизбытки. Проблема газовыделений в производстве целлюлозы имеет решающее значение, так как в процессе производства заводы применяют отдувку сернистых соединений в атмосферу. Несмотря на некоторые различия, аэровыбросы предприятий ЦБП можно охарактеризовать как многокомпонентные, содержащие более 60 химических веществ. Преимущественно это сернистый ангидрид (до 206 кг на 1 т целлюлозы), а также метилсернистые соединения: метилмеркаптан, диметилсульфид, диметил-дисульфид, сероводород. На 1 т готовой продукции приходится 1,6 кг этих соединений. Наибольшее количество сернистых соединений в отходящих газах поступает в атмосферу при варке целлюлозы, то есть в варочном цехе. В выбросах также обнаружены углеводороды, амины, аминоазотсоединения, тяжелые металлы, асбест, бенз(а)аминоперен и другие вещества, известные как канцерогены.

Сопутствующим неблагоприятным фактором является шум. Общий уровень шума превышает предельно допустимые нормативы на 2–27 дБ. В спектре шума преобладают средние и высокие частоты. Кроме того, определенное действие оказывают неудовлетворительные метеорологические условия: наличие резких температурных перепадов, сквозняков и низкой относительной влажности.

Кафедра биохимии ПетрГУ в течение ряда лет проводила широкомасштабные исследования влияния токсических факторов Сегежского ЦБК на иммунитет его рабочих и жителей Сегежского района. Эти исследования позволили сделать вывод о значительном риске патологических сдвигов иммунологического гомеостаза в условиях загрязнения экосистемы выбросами ЦБП [3].

В нашем эксперименте использовались белые беспородные трехмесячные самки домовой мыши. Двадцать животных содержали в течение месяца в варочном цехе Сегежского ЦБК. Одновременно 20 контрольных мышей содержали в условиях вивария (без воздействия вредных выбросов и шумового воздействия). В остальном содержание животных было однотипным. Эксперимент проводился во второй половине весны в период работы комбината; все показатели измеряли в утренние часы. В течение эксперимента вели наблюдение за общим состоянием животных, динамикой массы тела.

После декапитации в крови мышей общепринятыми методами определяли общее количество лейкоцитов, общее и процентное содержание лимфоцитов, активность нейтрофильного фагоцитоза [2].

Также определяли концентрацию сывороточного IgG с помощью моноспецифических антисывороток к иммуноглобулинам человека методом РИД (радиальной иммунодиффузии в геле) по G. Manchini [9]. Сущность этого метода заключается в том, что сыворотку с расплавленным агаровым гелем равномерно наливают на стекло. После застывания в геле делают лунки, в которые помещают антиген в различных разведениях. Антиген, диффундируя в гель, образует с антителами кольцевые зоны преципитации вокруг лунок. Диаметр кольца преципитации пропорционален концентрации антигена. Ранее нами было установлено, что при определении иммуноглобулинов в крови мышей с помощью человеческой антисыворотки оптимальным является разведение антисыворотки в 2 раза меньшее, чем при определении иммуноглобулинов человека [4].

В отличие от широко применяемого в иммунологических исследованиях изучения иммуноглобулинов определение Р-белков применимо не так широко. Р-белки – это продукты катаболитного распада клеточных рецепторов. Последние, как известно, представляют собой встроенные в клеточную мембрану белки, обеспечивающие избирательный транспорт в клетки метаболитов и передачу им сигналов от различных регуляторных молекул. Только при участии рецепторов возможна адаптация клетки к изменяющимся условиям внешней среды. При всем многообразии клеточных рецепторов и высокой спе­цифичности распознавания ими тех или иных веществ им присущи некоторые общие принципы структурной организации и способов обмена. Это приводит к тому, что при катаболитном распаде разнообразных по спе­цифичности рецепторов образуются сходные по своему строению и свойствам продукты, которые сохраняют способность распознавать и связывать те же вещества, что и встроенные в клеточную мембрану рецепторы той же специфичности. Было установлено также, что упомянутые осколки молекул разнообразных рецепторов сходны по своим биохимическим и иммунологическим свойствам [1].

Практическим выходом для этих теоретических исследований послужило создание лабораторного метода, позволяющего следить за изменениями биологического равновесия с измерением содержания в сыворотке крови и других жидкостях организма биологически активных осколков клеточных рецепторов, названных регуляторными белками (или Р-белками). В норме описанный процесс носит строго дозированный характер ввиду относительно малой амплитуды колебаний параметров окружающей клетку среды и функционирования многочисленных систем, гасящих упомянутые колебания. Если, однако, изменения окружающей клетку среды в каком-либо органе или ткани приобретут устойчивый характер, что потребует глубокой «переналадки» всего клеточного метаболизма, то типичная реакция на это клетки выразится в уменьшении представительства на ее мембране всех видов рецепторов. Последнее достигается в первую очередь за счет ускорения их катаболитного распада. Смысл этой важной адаптационной реакции вполне понятен, так как таким способом клетке проще всего резко сократить контакты с опасным внешним окружением.

В результате ускоренного распада клеточных рецепторов непосредственно в фокусе патологического процесса, независимо от причины его возникновения, станут накапливаться биологически активные осколки рецепторных молекул – R-белки. Поступая в окружающие патологический фокус здоровые ткани, они начнут перехватывать необходимые клеткам метаболиты и регуляторные молекулы. Вследствие этого здесь также возникнут нарушения метаболизма клеток. Распространяясь таким образом, накапливающиеся во все больших количествах R-белки способны дезорганизовать обменные процессы далеко за пределами патологического фокуса и в конечном счете – во всем организме [1].

Содержание Р-белков в плазме крови у домовой мыши мы определяли в реакции торможения гемагглютинации, вызванной мышиной анти-Р-сывороткой.

Все полученные данные обработаны статистически по методу Стьюдента.

Результаты представлены в таблице 1.

По мере пребывания в варочном цехе Сегежского ЦБК животные становились менее подвижными, забивались в угол, меньше ели. Зафиксированы изменения по массе тела: вместо возрастной прибавки животные убавили в весе (25, 23 и 24,85 соответственно в контрольной и опытной группах). Ярко выражены также изменения кожных покровов: частично облезла шерсть, появились пролысины.

Установлено, что в крови мышей, находившихся в атмосфере варочного цеха, по сравнению с контролем, достоверно (р < 0,05) увеличено абсолютное содержание лейкоцитов: контрольная группа – 9,87 + 0,1, опытная – 13,03 + 0,14 тыс. 1 мм3. При этом абсолютное содержание лимфоцитов несколько уменьшено.

Процентное содержание лимфоцитов в крови мышей после пребывания их на Сегежском ЦБК резко снижено: 62% в контрольной и 45% – в опытной группе. Разброс показателей содержания лейкоцитов в обеих группах одинаков, а коэффициенты вариации как абсолютного, так и процентного содержания лимфоцитов в опытной группе меньше, чем в группе контроля.

По данным литературы, изменения фагоцитарной реакции являются чувствительным показателем неблагоприятного воздействия на организм [6]. Однако в нашем эксперименте не обнаружено изменения фагоцитарной активности нейтрофилов при воздействии ингаляционных раздражителей, содержащихся в атмосфере варочного цеха Сегежского ЦБК (активность фагоцитоза снижена всего на 0,7%, изменение недостоверно).

В крови мышей после пребывания их на Сегежском ЦБК не отмечено изменения в содержании IgG. Разброс показателей содержания IgG у мышей опытной группы несколько меньше, чем в контрольной.

Среднее значение уровней Р-белков в крови мышей опытной группы достоверно выше (р < 0,05) (1 : 28000), чем в крови мышей контрольной группы (1 : 5300). В обеих группах отмечены очень высокие коэффициенты вариации: контроль – 81,24%, опыт – 54,45%.

Мы провели также корреляционный анализ между всеми изученными иммунологическими показателями – отдельно в контрольной и опытной группах (табл. 2). Выявлена следующая визуальная закономерность: в опытной группе коррелятивные связи выше, чем в контрольной. Исключение составляет активность фагоцитоза; коэффициенты корреляции между этим показателем, с одной стороны, и количеством лейкоцитов, уровнем Р-белков и содержанием иммуноглобулина 6, с другой, в контрольной группе выше, чем в опытной. В контрольной группе самый высокий коэффициент корреляции получен между содержанием IgG и активностью фагоцитоза (0,33); в опытной группе – между процентным и абсолютным содержанием лимфоцитов (0,87), а также между уровнем Р-белков и содержанием лейкоцитов (0,48). Усиление коррелятивных связей, вероятно, можно рассматривать как адаптивную реакцию в ответ на неблагоприятное экзогенное воздействие.

Таким образом, при ингаляционном воздействии комплекса токсических веществ, содержащихся в атмо­сфере варочного цеха Сегежского ЦБК, в организме мышей наблюдаются разнонаправленные изменения иммунологических показателей. В клеточном звене иммунитета наблюдаются лейкоцитоз и резкое уменьшение процентного содержания лимфоцитов; абсолютное содержание лимфоцитов имеет тенденцию к уменьшению. Не зафиксировано изменения активности нейтрофильного фагоцитоза. В гуморальном звене отмечено резкое повышение уровня Р-белков; содержание IgG не изменяется. Полученные результаты вкупе с морфологическими изменениями свидетельствуют о дисбалансе защитных сил организма домовой мыши после пребывания на Сегежском ЦБК.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Кульберг А. Я. Р-белки – основные итоги десятилетних исследований // Иммунология. – 1996. – № 2. – С. 71–72.
  2. Лабораторные методы исследования в клинике : справочник / под ред. проф. В. В. Меньшикова – М., 1987.
  3. Некоторые итоги диспансеризации рабочих Сегежского ЦБК : отчет кафедры биохимии ПГУ / рук. И. А. Болотников – Петрозаводск, 1992.
  4. Моисеева Т. А. Иммунологические механизмы устойчивости мелких млекопитающих Карелии : дис. канд. биол. наук. – Петрозаводск, 2000.
  5. Моисеева Т. А. Иммунологические показатели мелких млекопитающих Карелии как ценного элемента кормовой базы охотничьих животных // Вестник охотоведения. – 2010. – Т. 7, № 2. – С. 349–352.
  6. Иммунологические показатели крови домовой мыши (Мus musculus l.) в условиях Центрального Кавказа // Животный мир горных территорий : сб. тр. конференции «Горные экосистемы и их компоненты», Нальчик, 24–29 августа 2009 / отв. ред.: В. В. Рожнов, Ф. А. Темботова, В. И. Ланцов, К. Г. Михайлов. – М. : ООО «Товарищество научных изданий КМК», 2009. – С. 472–477.
  7. Тарахтий Э. А., Жигальский О. А. Исследование системы крови мелких млекопитающих, обитающих на территориях с низкой плотностью радиационного загрязнения // Успехи современной биологии. – 2014. – Т. 134, № 4. – С. 424–432.
  8. Тупикова Н. В. Экология домовой мыши средней полосы РФ ССР //Фауна и экология грызунов. – 1947. – Вып. 2. – С. 5–67.
  9. Исследование антигенных связей иммуноглобулинов животных и человека с помощью антисывороток к иммуноглобулинам человека / Е. В. Чернохвостова [и др.]  / Микробиология и эпидемиология. – 1975. – № 2. – С. 41–45.

Метки: Общая биология