Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9
1.1. Общие закономерности влияния острого перегревания на организм 9
1.2. Функциональная морфология печени птиц в онтогенезе, в норме, в сравнительном ряду позвоночных и при действии повреждающих факторов 14
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 32
Глава 3. СОБСТВЕННЫЕ ДАННЫЕ 36
3.1. Динамика показателей крови и печени эмбрионов кур при остром перегревании 36
3.1.1. Действие острого перегревания на показатели крови и печени на 16-е сутки инкубации 36
3.1.2. Действие острого перегревания на показатели крови и печени на 18-е сутки инкубации 45
3.1.3. Действие острого перегревания на показатели крови и печени на 20-е сутки инкубации 51
3.2. Динамика показателей крови и печени кур при остром перегревании 58
3.2.1. Действие острого перегревания на показатели крови и печени кур на 1 сутки постнатального онтогенеза 58
3.2.2. Действие острого перегревания на показатели крови и печени кур на 15-е сутки постнатального онтогенеза 65
3.2.3. Действие острого перегревания на показатели крови и печени кур на 30-е сутки постнатального онтогенеза 74
Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 82
ВЫВОДЫ 96
ЛИТЕРАТУРА'. 97
- Общие закономерности влияния острого перегревания на организм
- Действие острого перегревания на показатели крови и печени на 16-е сутки инкубации
- Действие острого перегревания на показатели крови и печени на 20-е сутки инкубации
Введение к работе
В связи с усилением техногенного и антропогенного воздействия в последние годы выявляется опасная тенденция глобальных изменений в окружающей среде, оказывающих негативное влияние на организм животных и растений (Veiling, van Verseveld, 2000). Особое место среди факторов экологической дестабилизации занимают нарушения температурного оптимума, а именно гипо- и гипертермия. Общее перегревание организма происходит в естественных жарких климато- географических зонах, производственных, клинических и экспериментальных условиях (Александров В.Я., 1974; Султанов Ф.Ф., 1978; Александров Н.Н. и соавт. 1980; Турин В.Н., 1985; Мкртчан О.З., 1997; Худайбердиев М.Д., 1990; Истомина О.Ф., 1992; Дунаев П.В., 1996; Антонова Е И., 1999; Лукьянова Л.Е., 2004; Pechan P.M., 1991).
Повышение частоты экстремальных погодных явлений приводит к росту экономического ущерба, вызванного ими. Каждое десятилетие наблюдается рост экономических потерь от погодных явлений, в том числе и в промышленном птицеводстве (Остроумов С.А., 2005).
Организм птиц в его развитии является весьма чувствительным к температурным перепадам окружающей среды, которые происходят стихийно или по мере смены климатических условий при широтных и поясных миграциях, а так же перелетах (Вартапетов Л.Г., 2005). В связи с этим, актуальным является изучение влияния гипертермии на его органы и системы. Важную информационную значимость для оценки повреждающего действия этого абиотического фактора имеют исследования периферической крови как интегрального показателя состояния организма, и печени как органа, являющегося частью исполнительной системы организма, обеспечивающей его детоксикацию и выживаемость в нормальных и экстремальных условиях (Гичев Ю.П., 1990; Арцимович Н.Г., 1992; Истомина О.Ф., 1992, 1998, 2004; Козлов В.И., 1993).
5 Работы, посвященные изучению влияния гипертермии на организм, касаются преимущественно млекопитающих. Системных сведений о влиянии этого фактора на организм и отдельные системы органов у птиц в раннем онтогенезе недостаточно. Между тем, изучение влияния острого перегревания на организм птиц имеет немаловажное теоретическое значение для фундаментальной экологии и прикладное значение для промышленного птицеводства.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР ГОУ ВПО «Омского государственного педагогического университета» «Влияние повреждающих факторовна организм и его развитие» (№ гос. регистрации 01 9 10 011014).
Цель исследования. Изучить закономерности действия острого однократного перегревания на организм кур-бройлеров в раннем онтогенезе. Задачи исследования.
Выявить влияние острого перегревания на морфофункциональные показатели периферической крови' и печени цыплят в эмбриональном и раннем постэмбриональном периоде развития.
Изучить влияние острого перегревания на рост клеточных культур гепатоцитов in vitro.
Установить критические периоды повреждающего действия острого перегревания на организм птиц в условиях промышленного разведения.
Научная новизна работы.
Впервые установлено, что острое перегревание приводит к изменению морфо функциональных признаков крови как интегрального системного показателя состояния организма ' (снижение фагоцитарной активности, повышение активности ферментов маркеров цитолиза и окислительных процессов, сдвиг лейкоцитов «влево», возрастание ЛИИ). Обнаружено нарушение гемодинамики, уменьшение диаметра ядер гепатоцитов, изменение способов репродукции, активности процессов трансамииирования и окисления в печени кур как в исполнительном органе детоксикации и выживания. Выявлено прямое повреждающее действие острого перегревания б на рост клеточных культур гепатоцитов и установлена корреляционная связь между изученными показателями.
Теоретическая и практическая значимость.
В ходе комплексных исследований показано изменение функционально - морфологических показателей крови (активность АлАТ, АсАТ, ЛДГ, количество лейкоцитов и их фагоцитарная активность, ЛИИ, ИСЛК) и печени (диаметр просвета сосудов портального тракта, центральной вены и синусоидных капилляров, диаметра ядер, уровень митотической активности и число двуядерных гепатоцитов) при действии острого перегревания, как повреждающего фактора, в раннем онтогенезе птиц.
Определены критические периоды в раннем онтогенезе птиц, с наиболее выраженным проявлением повреждающего действия острого перегревания в условиях промышленного разведения. Полученные результаты могут быть использованы для экологического мониторинга в промышленном птицеводстве.
Внедрение результатов исследования.
Материалы диссертации используются в курсах «Общая экология», «Зоология позвоночных», «Цитология», «Гистология с основами эмбриологии», при выполнении студентами ВКР на химико-биологическом факультете ГОУ ВПО «Омского государственного педагогического университета», на кафедре патологической анатомии Института ветеринарной медицины ФГОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет», на кафедре гистологии, цитологии, эмбриологии и медицинской биологии ОГМА, . на ЗАО «П/Ф «Сибирская» в технологическом процессе.
Апробация результатов научных исследований.
Основные положения диссертационной работы доложены на III конференции молодых ученых России «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины» (Москва, 2004), на Всероссийской научной конференции «Адаптация биологических систем к естественным и
7 экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2004), на Международном эмбриологическом симпозиуме «Закономерности эмбриофетальных морфогенезов у человека и позвоночных животных» (Ханты-Мансийск, 2004), на Всероссийской научно-практической конференции «Клинико-морфологические аспекты общепатологических процессов при социально-значимых заболеваниях» (Новосибирск, 2004), на Всероссийской конференции «Актуальные проблемы экологической физиологии, биохимии и генетики животных» (Саранск, 2005), на семинаре химико-биологического факультета ОмГПУ (Омск 2003, 2004).
Публикации результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ.
Объем и структура диссертации.
Общий объем диссертации составляет 122 страницы. Включает следующие разделы: введение, обзор литературы, материалы и методы исследования, собственные данные, обсуждение собственных данных, выводы, список литературы. Работа иллюстрирована 21 фотографией, 12 рисунками и 34 таблицами. Список цитированной литературы включает 254 работы, в том числе зарубежных - 62.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Острое перегревание оказывает повреждающее действие на развивающийся организм кур-бройлеров. Периферическая кровь как интегральный показатель состояния организма проявляет после острого перегревания ряд изменений: «сдвиг влево» нейтрофильных лейкоцитов, увеличение агранулоцитов, снижение фагоцитарной активности, изменение ЛИИ. В печени как исполнительном органе детоксикации и выживания структурные изменения опосредованы нарушением гемодинамики (гиперемия артериол, веиул, синусоидных капилляров) и выражаются в уменьшении кариометрических показателей гепатоцитов, изменении формы клеточной репродукции, повышении активности аминотрансфераз и ЛДГ.
2. Прямое повреждающее действие острого перегревания на клеточные культуры гепатоцитов in vitro выражается в уменьшении диаметра ядер и увеличении числа погибших гепатоцитов.
3. Наиболее выраженное повреждающее действие острого перегревания на организм кур-бройлеров проявляется на 16-е сутки инкубации и на 15-е сутки после вылупления.
Общие закономерности влияния острого перегревания на организм
Глобальная роль температуры как: экологического фактора, к которому постоянно приспосабливается организм, заключается в воздействий на скорость большинства биохимических и физиологических процессов. Чуткая температурная зависимость структуры биологических молекул и основных метаболических процессов делает температуру важнейшим экологическим фактором, приспособление к которому часто может иметь решающее значение для выживаемости особи (Козлов Н.Б., 1990; Труфская В.А., 1994; Мартынова Н.А., 1997; Бердник О.В., 2000; Данилов-Данильян В.И., 2001; Гусельников А, 2002; Prigojine L, 1972; Swan Н„ 1974).
Среди абиотических факторов внешней среды высокая температура наиболее часто воздействует на организм. Известен широкий диапазон ее влияния в естественных климато-географических, производственных, клинических и экспериментальных условиях (Пехович A.M., 1960; Алимова Е.К., 1971; Федоров Н.А., 1973; Султанов Ф.Ф., 1978, 1988; Александров Н.Н. и др. 1980; Сломин А.Д., 1984; Гуриы В.Н., 1985; Гичев Ю.П., 1990; Козлов Н.Б. 1990, Мкртчан О.З.и др., 1997, 2005; Антонова Е.И., 1999; Robert J. et al., 1985;EnginK., 1996).
Выделяют различные степени теплового воздействия: тепловая травма I степени (с повышением температуры тела на 0,3 - 0,5 ), II степени (с повышением на 2 - 2,5) и III степени (с повышением на 3 - 3,5) Ажаев А.Н. (1969). В процессе общего перегревания (Худайбердиев М.Д., 1990) развиваются последовательно двигательное возбуждение и поиск температурного комфорта, тепловой удар, предагональиая и агональная стадии. При действии высокой температуры происходит перераспределение кровотока, усиление потоотделения, увеличение кожного кровотока, появляется тепловая одышка (Ажаев А.Н., 1979; Султанов Ф.Ф. и др., 1988; ЛупандинЮ.В., 1990; Федоров Б.М., 1991; SelyeR, 1952).
Гемодинамические особенности ответа на высокую температуру влекут за собой целый ряд причинно-следственных реакций, затрагивающих тканевой, органный, клеточный и генетический уровни иерархической организации. Общее физическое перегревание (Султанов Ф.Ф., 1978, 1988) сопровождается повышением проницаемости кровеносных капилляров всех внутренних органов. Происходит повышение температуры тела и снижение его массы, изменяется клеточный состав крови (Дорофеев А.А., 1981; Болотников И.А., 1983; Горизонтов П.Д., 1983; Гичев Ю.П., 1993; Азаубаева Г. и др. 2004). Нарушение гемодинамики в тканях приводит к развитию в них кислородной недостаточности. Развивающаяся тканевая гипоксия стимулирует гликолитический путь образования энергии в тканях, что приводит к повышению температуры ткани, изменению дыхательной активности - нарушается сопряжение дыхания и окислительного фосфорилирования. Повышается скорость гликолиза и, как следствие, увеличение молочной кислоты в венозной крови. Содержание аскорбиновой кислоты падает, снижается йод - поглотительная функция щитовидной железы. Развивается дегидратация организма, изменяются функции центральной нервной системы (Ажаев А.Н., 1979; Соболев В.И., 1990). Развивается аутоинтоксикация организма продуктами межуточного обмена (Козлов Н.Б., 1971). Увеличивается содержание общего азота в моче, остаточного азота в крови (Павлова Т.В., 1990; Манухина Е.Б., 1996). Эти изменения сопровождаются падением мочевинообразования. Изменения структуры органов развиваются не только вследствие острого перегревания организма, но и как следствие аутоинтоксикация продуктами межуточного обмена.
В: дыхательной системе (Ажаев А.Н., 1969; Анисимова-Александрова В.В. и др., 1970; Романова Л.К., 1977; Яковлева Ж.А., 1978) отмечается нарушение органной гемодинамики, спазм гладкой мускулатуры бронхов, снижение дыхательного газообмена, диффузионной способности легких, увеличение напряжения сурфактантной системы, избирательная гипертрофия альвеолоцитов II типа.
В мышечной стенке сердца отмечается падение сосудистого тонуса, дистрофические изменения миокарда, гипоксия, уменьшение содержания гликогена, молочной кислоты, изменяется проницаемость клеточных мембран (Алешина Т.В.,1967; Константинов М.В., Толстова Л.П., 1975).
Функциональная активность гипоталамо - гипофизарно — надпочечниковой системы (Дегонский А.И., 1973; Владимиров СВ., Иванова-Плужникова Г.Н., 1976) снижается, как и активность щитовидной железы (Долгова З.Я., Разяпова Ф.Д. 1972; Быков В.Л., Константинов М.В., 1976). В надпочечниках нарушается кровоснабжение, структура коркового и мозгового слоя; содержание аскорбиновой кислоты уменьшается, а содержание катехоламинов и гастамина плазмы возрастает (Гасенова З.А., 1973).
В печени (Алишев Н.В и соавт., 1964; Ажаев А.Ы., 1969; Султанов Ф.Ф, 1970; Козлов Н.Б., 1971, 1993; Тиллис А.Ю., 1973; Гичев ЮЛ., 1990; Филюшиыа Е.Е. и др., 1990; Истомина О.Ф., 1992, 2004; Мкртчан О.З., 1996, 1997; Иванов Д.Е., 1998; Антонова Е.И. 1999; Macsween R.N., 1979; Haiji L.; 1995; Marimoto R.I., 1995), циркуляторно-дистрофические изменения сопровождаются нарушениями углеводного, липидного, белкового обмена с изменениями их гистоэнзиматических характеристик. Wike-Hoole J. L. et al., 1983, полагают, что изменения печени не являются прямым следствием перегревания, а связаны с гипоксией печени и сдвигами в ее метаболизме. Приведенные данные отражают . неспецифический характер действия гипертермии (Белинская A.M., 1970).
Действие острого перегревания на показатели крови и печени на 16-е сутки инкубации
На 16-е сутки развития масса эмбрионов кур составляет 27,25±1,05 г. В этот период развития в печени четко различаются две доли желто-коричневого цвета, заключенные в тонкую капсулу. Масса органа интактных цыплят - 334,5±26,2, что составляет 1,2% от общей массы тела. Острое перегревание не приводит к значимому изменению массы тела и массы печени эмбриона (табл. 3).
На этой стадии эксперимента зарегистрировано два летальных исхода, вызванных гипертермией, что составляет 9% от общего числа особей, исследованных в этот возрастной период.
В периферической крови эмбрионов на данном этапе развития преобладающими клетками являются зернистые лейкоциты. Острое перегревание вызывает увеличение количества палочкоядерных лейкоцитов, лимфоцитов и моноцитов на фоне уменьшения сегментоядерных лейкоцитов. Общее количество лейкоцитов снижено. Гипертермия приводит к статистически значимому снижению показателей ИСЛК с 1,19±0,05 в контроле до 0,83±О,ОЗ в эксперименте - это свидетельствует о сдвиге «влево». Происходит резкое снижение фагоцитарной активности лейкоцитов (табл. 4). На гистологических препаратах печень эмбрионов кур имеет трубчатую структуру. Местами встречаются участки паренхимы с трабекулярно расположенными гепатоцитами, окруженными синусоидными капиллярами. Типичных печеночных долек не наблюдается. Микроциркуляторное русло представлено системой центральных вен, портальных трактов и синусоидных капилляров (рис. 1). Истинные портальные тракты малочисленны. Гепатоциты имеют слегка вакуолизированную цитоплазму. Выделяются желчные протоки, окруженные 6-7 гепатоцитами, имеются очаги кроветворения. Количественные показатели структурных компонентов печени 16-ти суточных эмбрионов представлены в таблицах 6 и 7.
Общее острое перегревание вызывает в печени цикл сосудисто-тканевых изменений. В первую очередь изменяются показатели сосудистого русла печени. В сравнении с контролем, обнаруживается расширение просветов центральной вены, венулы портального тракта и синусоидных капилляров (рис. 3). Между тем толщина всех стенок сосудов достоверно увеличивается (табл. 6), клетіш эндотелия набухают. Наблюдается отслоение клеток эндотелия внутрь сосуда. Встречаются незначительные скопления клеток макрофагальной системы в области портальных трактов (рис. 2). Нарушение проницаемости сосудистой стенки и нарушение кровоснабжения в целом приводит к структурным и метаболическим изменениям гепатоцитов. Так, отмечается снижение количества живых гепатоцитов на фоне возрастания погибших клеток (табл. 7).
Действие острого перегревания на показатели крови и печени на 20-е сутки инкубации
На 20-е сутки развития масса эмбрионов кур составляет 31,33±1,22 г. В этот период развития печень увеличивается в размерах, ее масса равна 7 22,67 22,8 9мг, что составляет 2,4% от массы тела. Это превышает показатели прироста печени в предыдущие периоды развития. Острое перегревание существенно не влияет на показатели массы тела и массы печени (табл. 14). в крови эмбрионов кур на 20 сутки в контроле выявлены изменения в клеточном составе. А именно, происходит снижение сегментоядериых лейкоцитов, на фоне увеличения агранулярных форм лейкоцитов. Острое перегревание вызывает резкое увеличение палочкоядерных лейкоцитов на фоне снижения количества сегментоядериых лейкоцитов, это приводит к сдвигу лейкоцитов крови «влево». Возрастает число лимфоцитов. При этом общее количество лейкоцитов значительно снижается, равно как и их фагоцитарная активность (табл. 15).
Биохимический анализ сыворотки крови эмбрионов на 20-е сутки развития показал значимое увеличение активности ЛДГ. В гомогенате печени возрастает активность ЛДГ и аминотрансфераз (табл. 16).
На гистологических препаратах к концу периода инкубации печень эмбрионов еще сохраняет вид трубчатой железы, где секреторные трубки окружены 6-7 гепатоцитами. Отдельные участки печени образованы гепатоцитами, формирующими балки. Увеличивается число портальных трактов, хорошо развита сеть синусоидных капилляров (рис. 10). Сохраняются очаги кроветворения. Острое перегревание вызывает увеличение количества погибших гепатоцитов (табл. 18). Происходит незначительное уменьшение диаметра ядер гепатоцитов во всех зонах ацинуса, кариолизис и кариорексис. Исследование клеточной репродукции гепатоцитов показало, что общий уровень митотическои активности не изменяется. Однако в перивенулярной зоне выявлено снижение числа двуядерных гепатоцитов, в остальных зонах изменения незначительны (табл. 18).
20-е сутки пренатального развития. Гипертермия. Корреляционный анализ в контроле выявил незначительное число сопряженных связей. Основные сопряженности формируются вокруг активности аминотрансфераз сыворотки и цитозоля и активностью ЛДГ сыворотки. Число двуядерных гепатоцитов сопряжено с активностью АсАТ сыворотки (г=0.,75). Выявляется отрицательная корреляция между показателями активности АлАТ цитозоля и диаметром центральной вены (г=-0,73) (рис. 13).
Гипертермия вызывает перераспределение сопряженностей. Выявляются три центра: первый — с отрицательной сопряженностью между показателями активности АлАТ сыворотки и АсАТ сыворотки и АсАТ сыворотки с числом двуядерных гепатоцитов. Второй центр - выявляются положительные сопряженные связи активности ЛДГ сыворотки и амииотрансферазами цитозоля и АсАТ сыворотки. Третий центр - между АлАТ цитозоля с диаметром центральной вены, ЛДГ сыворотки и АсАТ цитозоля (рис. 14). 3.2. Динамика показателей крови и печени кур при остром перегревании на 1 сутки постнатального онтогенеза
На 1-е сутки инкубации происходит увеличение темпов роста массы тела кур, она составляет 47,3±1,1 г, при этом масса печени равна 103б,0±28,0мг (2,19% от массы тела). Под влиянием острого перегревания происходит снижение массы тела цыплят (44,0±1,2г) и увеличение массы печени до 1089,5±32,8мг(табл. 19).
