Содержание к диссертации
Общая характеристика работы 6
1. Обзор литературы ^
1.1. Радиоэкологическая характеристика территорий РФ, загрязненных
радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС, и механизм действия ионизирующих излучений на живой организм
1.2. Адаптационные механизмы организма и их функционирование в условиях хронического облучения в "малых дозах"
1.3. Механизмы защиты организма и их функционирование в условиях хронического облучения в "малых дозах"
1.3.1. Механизмы неспецифической защиты организма и их функционирование в условиях хронического облучения в "малых дозах"
1.3.2. Механизмы специфической защиты организма и их функционирование в условиях хронического облучения в "малых дозах"
1.4. Характеристика биологической активности отдельных поликомпо нентных и монокомпонентных препаратов
1.4.1. "СГОЛ-Г 73
1.4.2. "Спирустим" 76
1.4.3. "Мидиум" 79
1.4.4. Хитозан 82
1.4.5. Препараты селена 87
1.4.6. Витамины А, Е, Д 101
2. Собственные исследования 109
2.1. Материалы и методы исследований 109
2.2. Результаты собственных исследований 123
2.2.1. Состояние основных защитных систем организма у свиней и 123
крупного рогатого скота, содержавшихся на территориях с различной плотностью загрязнения почвы 137Cs
2.2.1.1. Состояние основных защитных систем организма у 2-месячных поросят, содержавшихся на территориях с различной плотно-стью загрязнения почвы Cs
2.2.1.2. Влияние антигенной нагрузки на состояние основных защитных систем организма у 2-месячных поросят, содержавшихся на территориях с плотностью загрязнения почвы 137Cs 10-15 Ки/км
2.2.1.3. Состояние основных защитных систем организма у 6-месячных свиней, содержавшихся на территориях с различной плотностью загрязнения почвы Cs
2.2.1.4. Состояние основных защитных систем организма у свиноматок, содержавшихся на территориях с различной плотностью загрязнения почвы Cs
2.2.1.5. Степень и характер зависимости состояния основных защитных механизмов у поросят-сосунов от аналогичных характеристик их матерей при различном уровне загрязнения почвы 137Cs
2.2.1.6. Состояние основных защитных систем организма у 3-месячных телят, содержавшихся на территориях с различной плотностью загрязнения почвы Cs
2.2.1.7. Гомеостатические показатели у коров, содержавшихся на территориях с различной плотностью загрязнения почвы ,37Cs
2.2.2. Оценка влияния биологически активных препаратов на уро вень естественной резистентности и иммунный статус организма у животных, содержавшихся на территории условно чистой зоны
2.2.2.1. Влияние введения в рацион молодняка свиней препарата "СГОЛ-1" на состояние защитных систем их организма
Влияние введения в рацион молодняка свиней препарата "Спи- рустим" на состояние защитных систем их организма
2.2.2.3 Влияние применения препарата "Мидиум" при выращивании молодняка кур и свиней на состояние защитных систем их организма
2.2.2.3.1. Влияние введения в рацион молодняка кур препарата "Мидиум" на состояние защитных систем их организма
2.2.2.3.2. Влияние разных схем применения препарата "Мидиум" на состояние защитных систем организма у поросят-сосунов
2.2.2.4. Влияние разных схем применения хитозана на состояние защитных систем организма у поросят-сосунов
2.2.2.5. Влияние внутримышечного введения селенита натрия на состояние защитных систем организма у молодняка свиней
2.2.2.6. Влияние подкожного введения селенопирана на состояние защитных механизмов организма у поросят
2.2.2.7. Влияние разных схем применения селенопирана и витаминов А, 248
Е, Д на состояние защитных систем организма у крупного рогатого скота
2.2.3. Влияние селенита натрия и селенопирана на уровень естест- венной резистентности и иммунный статус организма у свиней и крупного рогатого скота, содержавшихся на территориях с плотностью загрязнения почвы 137Cs более 1 Ки/км2
2.2.3.1. Влияние скармливания селенита натрия на функциональную ктивность защитных систем организма у подсосных свиноматок и поросят-сосунов, содержавшихся на территории с плотностью загрязнения почвы I37Cs 10-15 Ku/км2
2.2.3.2. Влияние разных схем использования селенопиранана на уро- вень естественной резистентности и иммунный статус организма у поросят, содержавшихся на территории с плотностью загрязнения почвы Cs 10-15 Ku/км
2.2.3.3. Влияние скармливания селенопирана на уровень естественной резистентности и иммунный статус организма у поросят, содержавшихся на территории с плотностью загрязнения почвы ,37Cs 5-Ю Ku/км2
2.2.3.4. Влияние различных схем применения селенопирана на уровень естественной резистентности и иммунный статус организма у телят, содержавшихся на территории с плотностью загрязнения почвы 137Cs 5-ЮКи/км2
Обсуждение результатов исследований 334
Заключение 402
Выводы 419
Практические предложения и рекомендации 427
Список литературы 430
Приложения 509
Введение к работе
Актуальность темы. Повышение устойчивости организма к неблагоприятным факторам, в том числе к ионизирующему излучению, - важный, эффективный рычаг в комплексной программе сохранения здоровья и высокой продуктивности животных в условиях экологической катастрофы, вызванной загрязнением окружающей среды радионуклидами вследствие Чернобыльской аварии. Сельскохозяйственное производство в Брянской, Калужской, Тульской и Орловской областях ведется на 6690 тыс. га, из которых 2160 тыс. га загряз-нены цезием-137 свыше 1 Ku/км (А.А.Курганов, 1999). Остальная территория относится, в основном, к категории условно чистой зоны, с плотностью загряз-нения почвы радиоцезием 0,1-1 Ku/км , в то время, как доаварийный уровень не превышал 0,036 Ku/км (Г.Е.Воробьев и др., 1994). Радиоактивные вещества - наиболее сильные депрессанты, угнетающие и повреждающие все механизмы защиты организма животного. Под действием радиоактивного облучения возникает диспропорция медиаторных взаимоотношений в структурах головного мозга, в результате чего снижается нейромедиаторная адаптация. Это, в свою очередь, приводит к дисфункции иммунной системы и снижению реактивности организма (О.Е.Давыдова, 1992; М.Ю.Тайц, Т.В.Дудина, 1992; Л.И.Ляско, Г.Н.Сушкевич, А.Ф.Цыб и др., 1994; В.В.Морозов, Г.А.Романова, 1996). Ряд исследований свидетельствует о том, что хроническое действие ионизирующего излучения в малых дозах вызывает существенные нарушения естественной резистентности и иммунного гомеостаза (З.Д.Савцова и др., 1991; Л.В.Евец и др., 1992; Л.С.Балева и др., 1993; Е.Г.Кузьмина и др., 1993; И.В.Орадовская и др., 1995). Однако изменение функциональной активности отдельных механизмов защиты организма у сельскохозяйственных животных, в частности у свиней, содержащихся на территориях, загрязненных радионуклидами, изучено крайне недостаточно.
Установлено, что снижение уровня естественной резистентности живот
ных при воздействии ионизирующего излучения проявляется в уменьшении минимальных инфицирующих доз микроорганизмов для развития инфекционного процесса, увеличении числа случаев с тяжелым клиническим течением болезни, обострении латентных форм инфекций с переходом их в манифестные (В.А.Бударков и др., 1993). Инфекционная патология на фоне повышенного уровня радиоактивного облучения живого организма носит универсальный характер, возникает сложный процесс взаимодействия биологических систем между многообразной микрофлорой и иммунодефицитным макроорганизмом (П.И.Притулин, ТЛ.Калмыкова, 1989). Развитие этого процесса зависит как от величины адаптационных резервов функциональной активности микрофагаль-ной системы (первого рубежа защиты организма), так и от специфических механизмов, поэтому неотложной задачей является поиск средств, повышающих уровень естественной резистентности и иммунный статус организма у животных в условиях хронического радиоактивного облучения в малых дозах. При длительном облучении организма в сравнительно невысоких дозах, имеет значение не столько поглощенная доза, сколько степень дисадаптации. Нарушение скоординированности гомеостатических процессов в организме приводит к неполноценности репаративно-регенераторных процессов (Н.П.Савина, С.К.Хоптынская, 1995). Длительная адаптация к постоянно действующему повреждающему фактору может привести к патологии и истощению адаптационных резервов организма (П.Д.Горизонтов, 1976; Л.С.Балева и др., 1996; М.В.Васин, 1999).
В ситуации, сложившейся в постчернобыльский период, является актуальным: установить основные звенья защитных систем организма, на которые влияют неблагоприятные условия окружающей среды в виде радиоактивного воздействия; оценить адаптационные резервы защитных систем организма сельскохозяйственных животных в условиях различной плотности загрязнения почвы радиоцезием; провести скрининг биологически активных препаратов, снижающих отрицательное влияние радиоактивного облучения на уровень ее тественнои резистентности и иммунный статус, сохранность и продуктивность животных; определить схему применения биологически активных препаратов, обеспечивающую повышение функциональной активности наиболее широкого спектра защитных механизмов организма у свиней и крупного рогатого скота в условиях различной плотности загрязнения почвы радиоцезием.
Цель и задачи исследований. Целью работы являлось изучение состояния естественной резистентности и иммунного статуса организма у сельскохозяйственных животных на основе комплексной оценки функциональной активности отдельных специфических и неспецифических защитных систем организма в условиях хронического радиоактивного облучения, скрининг ряда биологически активных препаратов, повышающих естественную резистентность и иммунный статус организма, а также определение наиболее эффективных схем использования этих препаратов в регионах с различной степенью радиоактивного загрязнения.
Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:
оценить уровень естественной резистентности и иммунный статус организма у свиней и крупного рогатого скота разного возраста, содержащихся на территориях условно чистой зоны и с плотностью загрязнения почвы радиоце-зием более 1 Ku/км (1...15 Ки/км ), а также определить направленность и степень корреляции комплекса гематологических показателей, характеризующих состояние защитных механизмов организма у поросят-сосунов от аналогичных характеристик гомеостаза у их матерей в условиях различного уровня радиоактивного облучения; изучить возможность повышения уровня естественной резистентности и иммунного статуса организма у поросят-сосунов, молодняка свиней, телят, молодняка крупного рогатого скота и птицы с помощью биологически активных препаратов ("СГОЛ-1", "Спирустим", "Мидиум", хитозан, селенит натрия и селенопиран) по различным схемам их применения в условиях плотности за-грязнения почвы радиоцезием до 1 Ku/км ; выявить биологически активные препараты, вызывающие повышение функциональной активности наиболее широкого спектра защитных механизмов организма у свиней и крупного рогатого скота, содержащихся на территории условно чистой зоны; - установить оптимальную схему использования биологически активных препаратов, повышающих функциональную активность защитных механизмов организма у поросят и телят, содержащихся в условиях плотности загрязнения почвы радиоцезием более 1 Ku/км (5...15 Ки/км ).
Научная новизна исследований. Впервые проведено комплексное исследование состояния защитных систем организма у свиней и крупного рогатого скота в возрастном аспекте при содержании их в условиях различной плотности загрязнения почвы радиоцезием. Отмечено, что с увеличением возраста и плотности загрязнения почвы радиоцезием уровень естественной резистентности и иммунный статус свиней и крупного рогатого скота снижается. Впервые установлено, что в качестве вторичного дефекта микрофагальной защитной системы у свиней, содержащихся на территории условно чистой зоны, выступает снижение функциональной активности оксидазной ферментной системы микробицидности нейтрофилов крови, а у животных, находящихся в регионах с более высоким содержанием радиоцезия в почве (1...15 Ku/км2), уменьшается способность этих клеток к поглощению чужеродного материала.
Впервые изучено влияние уровня загрязнения почвы радиоцезием на направленность и степень корреляции комплекса гематологических показателей, свидетельствующих о состоянии защитных механизмов организма у поросят-сосунов, от аналогичных характеристик гомеостаза у их матерей. Установлено, что с увеличением уровня загрязнения почвы радиоцезием возрастает степень прямой зависимости гомеостаза поросят от материнского организма.
Проведена оценка влияния биологически активных препаратов "СГОЛ-1", "Спирустим", "Мидиум", хитозан, селенит натрия, селенопиран (отдельно и в комплексе с витаминами А, Е, Д) на уровень естественной резистентности и иммунный статус организма у свиней и крупного рогатого скота, содержащихся на территориях загрязненных радиоцезием.
Установлено, что селеносодержащие препараты вызывают повышение активности наиболее широкого спектра механизмов защиты организма свиней, при этом однократная внутримышечная инъекция селенита натрия вызывает менее длительное повышение адаптационных резервов микрофагальной защитной системы, чем однократное подкожное введение пролонгированной формы селенопирана.
Установлено, что в условиях повышенного уровня ионизирующего излучения и низкого содержания в кормах селена биологически активным препаратом, повышающим функциональную активность наиболее широкого спектра защитных механизмов организма, является селенопиран в пролонгированной форме.
Впервые установлено, что подкожное введение селенопирана, проведенное в первые дни жизни, на фоне пренатального его поступления в организм поросят и телят вызывает повышение функциональной активности более широкого спектра защитных механизмов их организма, чем только пренатальное или только постнатальное его применение. Оптимизированы условия применения пролонгированной формы селенопирана и витаминов А, Е, Д с целью повышения естественной резистентности и иммунного статуса молодняка животных.
Доказано, что с увеличением плотности загрязнения почвы радиоцезием у поросят-сосунов возрастает потребность в селенопиране для обеспечения высоких адаптационных резервов микрофагальной системы защиты организма.
Впервые установлено, что механизмы радиорезистентности лимфоцитов крови у телят формируются, главным образом, в плодный период развития.
Впервые показано, что однократное поступление селенопирана в организм животных со временем вызывает негативный эффект "вторичной недостаточности" селена, что проявляется у поросят в снижении уровня IgA в сыворотке крови, а у телят - в повышении содержания базофилов в лейкограмме, что косвенно указывает на снижение функциональной активности щитовидной железы.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Проведена комплексная оценка уровня естественной резистентности и иммунного статуса организма у свиней и крупного рогатого скота разного возраста в условиях загрязнения почвы радиоцезием. Установлено, что в зависимости от возраста, плотности загрязнения почвы радиоцезием и степени напряжения защитных механизмов снижаются адаптационные резервы функциональной активности различных звеньев защиты организма, что открывает возможности для направленной коррекции вторичных дефицитов фагоцитарной и иммунной систем.
Скрининг биологически активных препаратов, используемых по различным схемам, позволил выявить методы их применения, оказывающие стимулирующее действие на функциональную активность механизмов защитных систем организма свиней и крупного рогатого скота, и рекомендовать их к использованию в практике.
Установлено, что селеносодержащие препараты вызывают повышение активности наиболее широкого спектра механизмов защиты организма свиней, при этом однократная внутримышечная инъекция селенита натрия вызывает менее длительное повышение адаптационных резервов микрофагальной защитной системы, чем однократное подкожное введение пролонгированной формы селенопирана, причем, потребность в нем у поросят с увеличением плотности загрязнения почвы радиоцезием возрастает.
Определена оптимальная схема использования пролонгированной формы селенопирана для повышения уровня естественной резистентности и иммунного статуса организма у поросят и телят в районах загрязненных радиоцезием, которая предусматривает обязательное пренатальное его поступление. Прена-тальное поступление комплекса селенопирана и витаминов А, Е, Д повышает радиорезистентность лимфоцитов крови у 3-месячных телят, содержащихся в условиях плотности загрязнения радиоцезием 5-10 Ku/км .
Установленное повышение репродуктивной функции крупного рогатого скота, содержащегося на территории условно чистой зоны, в результате использования комплекса селенопирана и витаминов А, Е, Д явилось частью обоснования заявок на патенты (Заявки от 17.05.2002 и от 12.02.2003). Использование селенопирана и витаминов А, Е, Д как способ повышения продуктивности и резистентности ремонтных бычков (Заявка от 12.02.2003) внедрено в производство.
Результаты исследований нашли отражение в следующих методических разработках и рекомендациях, рассмотренных и утвержденных в установленном порядке и используемых в учебном процессе при подготовке ветеринарных врачей и зооинженеров.
"Инкорпорация радионуклидов и способы ускорения их выведения из организма" Гриф УМО Минсельхозпрода РФ. Брянск, 2000; "Влияние облучения на резистентность организма и методы ее коррекции" Гриф УМО Минсельхозпрода РФ. Брянск, 2000; "Элементы ядерной физики и основные дозовые характеристики в сельскохозяйственной радиобиологии" Гриф УМО по зооветеринарным специальностям. Брянск, 2000; "Методы исследований эколого-генетических и селекционно-технологических эффектов". Брянск, 1996; "Физические и биохимические эффекты ионизирующего излучения". Калуга, 1997; "Радиоактивность и биотехносфера". Калуга, 1997; "Основы молекулярной радиобиологии". Брянск, 1994; "Радиобиология: История развития". Брянск, 2000; "Внедрение экологической компоненты в тесты автоматизированного контроля знаний". Брянск, 2000; "Агроэкологические технологии". Калуга, 2001.
Основные положения, выносимые на защиту:
особенности изменения функциональной активности механизмов естественной резистентности и иммунного статуса организма у свиней и крупного
рогатого скота разного возраста в зависимости от плотности загрязнения почвы радиоцезием (условно чистая зона... 15 Ku/км );
направленность и уровень корреляции характеристик функциональной активности отдельных защитных механизмов у подсосных свиноматок и у поросят-сосунов их пометов в условиях различной плотности загрязнения почвы радиоцезием;
сравнительная оценка влияния различных схем применения биологически активных препаратов ("СГОЛ-1", "Спирустим", "Мидиум", хитозан, селенит натрия и селенопиран) на функциональную активность отдельных механизмов защиты организма у свиней, крупного рогатого скота и птицы, содер-жащихся на территории с плотностью загрязнения радиоцезием до 1 Ku/км ;
оптимальный режим использования селенопирана для повышения адаптационных резервов функциональной активности неспецифических защитных систем и иммунного статуса организма при выращивании молодняка крупного рогатого скота на территории условно чистой зоны;
научное обоснование схем использования селеносодержащих препаратов с целью повышения функциональной активности наиболее широкого спектра защитных механизмов организма у поросят и телят, содержащихся на тер-ритории с плотностью загрязнения почв радиоцезием 5... 15 Ku/км .
Апробация результатов. Основные положения диссертации доложены на: 2 и 3 международных конференциях (Боровск, 1995, 2000); межвузовской научно-методической конференции (Ярославль, 1994); межвузовской научно-практической конференции (Брянск, 1995); Всероссийской научно-практической конференции "Чернобыль: 10 лет спустя. Итоги и перспективы" (Брянск, 1996);. международной научно-практической конференции (Белгород, 1997); Всероссийской научной конференции "Научные основы ведения агропромышленного производства в условиях крупных радиационных аварий (к 10-летию аварии на Чернобыльской атомной электростанции)" (Обнинск, 1998); международных научно-практических конференциях (Брянск, 1998, 2000, 2002); международной научно-практической конференции (Горки, 1998); міжнароднай навукова-вытворчай конференции (Минск, 1999); 7-ой международной научно-производственной конференции (Жодино, Минск, 2000); Всероссийской научно-практической конференции (Щелково, 2000); пятой международной конференции по хитину и хитозану (Москва, 2001); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2001); 1 международной научной Интернет-конференции (Ставрополь, 2002), расширенном заседании кафедры нормальной и патологической физиологии, зоогигиены и радиобиологии Брянской ГСХА (2003).
Публикации. Основные материалы диссертации изложены в 41 печатной работе, в том числе три заявки на патент.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 586 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов собственных исследований, их результатов и обсуждения, заключения, выводов, практических предложений, списка литературы и приложений. Список литературы включает 1165 источников, в том числе 327 иностранных авторов. Материал иллюстрирован 79 таблицами, 11 рисунками.
Автор выражает благодарность научным консультантам Заслуженному деятелю науки РФ, доктору биологических наук, профессору, члену-корреспонденту РАСХН Ю.Н.Федорову, и доктору биологических наук, профессору В.А.Галочкину, а также Заслуженному деятелю науки РФ, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Л.М.Гамко и профессору Е.П.Ващекину за постоянную помощь и поддержку в работе.
