Введение к работе
1.1. Актуальность проблемы
Реакции адаптации организма к стрессорным факторам среды обитания проявляются, в первую очередь, на уровне ведущей физиологической регуляторной системы - иммунной, контролирующей гомеостаз организма (Иванов, 1994; Черешнев и др., 2002, Галактионов, 2004, Хаитов, 2000, 2005; Levy, Boitard, 2000) Стало привычным рассматривать иммунитет, как способ защиты организма от всех антигенно-чужеродных веществ как экзогенной, так и эндогенной природы (Петров 1987; Ярилин, Добротина, 1997; Хаитов, Манько, Ярилин, 2005, 2006, Benoist, Germain, Mathis, 2006 и др.) Иммунная система имеет достаточно широкий, но в тоже время, конечный набор осуществляемых ею эффекторных реакций, комбинации которых позволяют организму противостоять огромному числу ксенобиотиков окружающей среды. Одной из составляющих взаимоотношений между организмами являются аллелохимические взаимодействия, сигналами в которых выступают химические вещества, в том числе, природные яды животного происхождения (зоотоксины) В нашей стране начало исследованиям физиологических основ действия зоотоксинов положено работами профессора кафедры физиологии и биохимии человека и животных ННГУ им Н.И Лобачевского Николаем Михайловичем Артемовым, 100-летие со дня рождения которого отмечается в 2008 году
Согласно токсинологической классификации ядовитые животные, продуценты зоотоксинов, могут быть разделены на две большие группы: первично-ядовитые (в свою очередь подразделяющиеся на активно- и пассивно-ядовитых) и вторично-ядовитые (Павловский, 1950; Орлов, Гелашвили, 1985). С общебиологической точки зрения зоотоксины, отличаясь большим разнообразием и селективностью действия (Артемов, 1941, 1962; Каменская, 1982; Овчинников, 1990; Ташмухамедов, Усманов, 1991), являются химическими факторами межвидовых взаимодействий и относятся к алломонам, принося пользу организму-продуценту (Гелашвили, 2002). С их помощью организмы взаимодействуют между собой в течение своей эволюции, избирательно и специфически влияют на интегральные физиологические системы организма Это и послужило основанием для выбора в качестве базовой экспериментальной модели зоотоксинов, как биотических стресс-факторов, и определило актуальность исследования иммунологических механизмов адаптационной реакции организма - реципиента на их воздействие
С другой стороны, в настоящее время, когда практически отсутствуют ландшафты, не подвергающиеся антропогенному влиянию, фундаментальные исследования физиологических функций иммунной системы, особенно значимы. Изучение компенсаторного потенциала иммунных реакций при антропогенной трансформации среды обитания позволяет вскрыть механизмы, благодаря которым организмы (виды, популяции) выживают и приспосабливаются к новым условиям существования. Амфибии представляют собой класс, который делает
определенный прорыв в совершенствовании системы адаптивного иммунитета. Связано это с их переходом от водного образа жизни к наземному и с необходимостью иметь дополнительные возможности защиты от новой группы инфекционных агентов наземной и почвенной сред (Галактионов, 2005). У бесхвостых амфибий впервые появляются эволюционные предшественники всей совокупности лимфоидных и миелоидных органов млекопитающих. В их числе: тимус, селезенка и добавочные миелиновые органы, напоминающие гемолимфатические узелки млекопитающих (Cooper, 1976; Manning, Horton, 1982), а также функционирующая костномозговая ткань, содержащая плазматические клетки и выполняющая функцию поставщика стволовых кроветворных элементов для формирования Т- и В- клеточных популяций (Turpen et al, 1982), что обосновывает возможность оценки гематологических и иммунологических параметров этих животных в качестве показателей состояния среды. Теоретическая значимость биоиндикационных исследований связана с поиском общих физиологических закономерностей функционирования иммунной системы в изменяющихся условиях среды обитания.
Методологическим обоснованием онтогенетических и популяционных исследований, может рассматриваться концепция (Захаров и др, 2000), нацеленная на разностороннюю характеристику гомеостаза живых организмов Успех протекания онтогенеза может быть оценен с помощью флуктуирующей асимметрии (ФА) - незначительных, ненаправленных отклонений билатеральных структур от строгой симметрии (Захаров, 1987, Васильев, 2005, Palmer, 1986), отражающей неспецифическую реакцию организма на постоянное стрессорное воздействие Предложена система балльной оценки, позволяющая оценить качество среды по уровню стабильности развития (ФА) индикаторных видов (Захаров и др., 2000) и утверждены «Методические рекомендации по выполнению оценки качества среды по состоянию живых существ (оценка стабильности развития живых организмов по уровню асимметрии морфологических структур)» (распоряжение Росэкологии от 16 10.2003 № 460) Интегральным показателем состояния организма считается эффективность физиологических процессов, обеспечивающих его нормальное развитие Поэтому следующая экспериментальная модель (гомеостатические механизмы природных популяций) базируется на оценке комплекса показателей гомеостаза' уровня стабильности развития и иммунного статуса организма индикаторных видов амфибий
Таким образом, вышеперечисленные базовые модели легли в основу изучения закономерностей и механизмов поддержания гомеостаза организма в различных условиях его жизнедеятельности и взаимодействия со средой обитания.
Перечисленные обстоятельства позволяют считать тему диссертации актуальной и важной для современной теоретической и практической физиологии
1.2. Цель н основные задачи исследования
Цель работы: Исследование физиологических закономерностей функционирования иммунной системы организма, поддерживаю шей гомеостаз, в условиях воздействия биотических стресс-факторов (зоотокеннов, как алломонов) и комплекса антропогенных неспецифических факторов среды.
Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:
1. Исследовать иммуногенные свойства белковых зоотокеннов пассивно-ядовитых
(колорадского жука - Leptinotarsa decetnlineata Say., сем. Chrysomelidae, класс Insecta) и активно-
ядовитых (гюрзы среднеазиатской - Vipera lebetina L., сем. Viperidae, класс Reptilia) животных.
-
Изучить закономерности функционирования гуморальных иммунных реакций (на модели первичного иммунного ответа к Т-зависимому антигену) при введении экспериментальным животным зоотокеннов, продуцируемых представителями разных гоксинологических групп.
-
Изучить закономерности функционирования клеточных иммунных реакций (на модели пшерчувствителышети замедленного типа) при введении экспериментальным животным зоотокеннов, продуцируемых представителями разных токсикологических групп
4. Исследовать фагоцитарную активность и состояние перекисного окисления липидов
(ПОЛ) клеток донорской крови под влиянием ядов вооруженных активно-ядовитых животных.
5. Выявить особенности качественного состава иммунокомпетентных клеток
периферической крови и лимфоидных органов (тимуса и селезенки) индикаторных видов амфибий
в условиях антропогенной трансформации среды обитания.
6. Дать интегральную оценку качества среды (эпигенетическим и иммунологическим
подходами) и изучить взаимосвязь лейкоцитарного состава периферической крови с уровнем
средового стресса, оцениваемого по величине флуктуирующей асимметрии (ФА) индикаторных
видов амфибий (выборок из популяций зеленых лягушек урбанизированных территорий)
1.3. Научная новизна
Впервые сформулирована биофизиологическая концепция иммунотропного действия
зоотокеннов, базирующаяся на токеннологической классификации ядовитых животных и
интегрирующая специфику химического строения ядов и биологии их продуцентов. Выявлено
дозозависимое действие ядовитых секретов активно- и пассивно- ядовитых животных в
отношении формирования гуморальных иммунных реакций, проявляющееся в стимуляции в
низких и угнетении в высоких дозах. Впервые показано, что клеточные иммунные реакции
стимулируются белковыми ядами активно- и пассивно-ядовитых животных в низких дозах, тогда
как яд небелковой природы активно-ядовитых животных угнетает их. Впервые выявлены
иммуногенные свойства ядовитого секрета пассивно-ядовитых животных (колорадского жука -
Leptinolana decetnlineata Say., класс Insecta, сем. Chrysomelidae) Установлена стимуляция
перекисного окисления липидов (ПОЛ) клеток крови белковыми ядами активно-ядовитых
животных, независимо от их таксономической принадлежности (ядами пчелы и кобры), при условии содержания в них цитотоксинов. Впервые на модели гомеостаза организма выявлена прогрессирующая лейкопения, как характерный показатель возрастания средового стресса, оцениваемого по величине флуктуирующей асимметрии амфибий. Репрезентативным показателем усиления пресса антропогенной нагрузки на организм является возрастание доли агранулоцитов в лейкограмме периферической крови амфибий
1.4. Научная и практическая значимость
Работа представляет собой исследование закономерностей функционирования иммунной системы и физиологических механизмов адаптации к природным (зоотоксинам) и антропогенным стресс-факторам На базовых экспериментальных моделях показано развитие общих неспецифических иммунофизиологических реакций на действие различных стрессорных факторов. Проведен физиологический анализ иммунотропных свойств ядов животных разных токсинологических групп Выявлена иммуномодулирующая активность зоотоксинов активно-ядовитых животных и пассивно-ядовитых животных. В работе получил дальнейшее развитие комплексный подход к оценке стабильности развития природных популяций индикаторных видов (в пределах модельного класса амфибий) методами эпигенетического и иммунологического анализа Выявлено адаптивное значение иммуногематологических изменений в условиях загрязнения среды На основе полученных данных разработаны технологии изготовления нового иммунобиологического препарата - аллергена из яда пчел для иммунодиагностики и специфической гипосенсибилизации больных, обладающих повышенной чувствительностью к яду пчел (патент на изобретение №1524226) и липосомной формы яда гюрзы среднеазиатской {Vipera lebetina L.) для получения препарата для иммунотерапии.
Тема диссертационной работы является частью исследований научного направления биологического факультета ННГУ им Н.И Лобачевского по теме. «Исследование процессов регуляции и управления в биосистемах с целью интенсификации, рационального использования биологических ресурсов, обеспечения экологической безопасности среды, укрепление здоровья человека». Полученные результаты, положения и выводы диссертации включены в учебные пособия. «Экологический мониторинг» 4.2 (1995), Ч.З (1998), 4 4(2000), 4 5 (2003), 4 6 (2006), обзорные работы, используются в учебном процессе на биологическом факультете ННГУ им. Н.И. Лобачевского.
1.5. Апробация работы
Основные результаты работы были представлены на VI Всесоюзной герпетологической конференции (г. Ташкент, 18-20 сент. 1985), на заседании Ученого совета Института иммунологии МЗ СССР (г. Москва, 21 янв, 1987), на Московском научно-практическом обществе аллергологов ( г. Москва, 27 дек. 1988), на 6-ой Ростовской областной научно-практической школе-семинаре (г Ростовца- Дону, 10-14 сент. 1990), на Всесоюзной конференции «Молекулярные и клеточные основы
кислотно-основного и температурного гомеостаза» ( г. Сыктывкар, 4-8 июня, 1991), на Всесоюзной конференции «Получение, свойства, анализ и применение соединений с молекулярной кристаллической решеткой для новой технике» (г Нижний Новгород, 10-12 сент. 1991), на VI Всесоюзном совещании «Применение металлоорганических соединений для получения неорганических покрытий и материалов» (г. Нижний Новгород, 16-18 сент. 1991), на Первой Всесоюзной токсинологической конференции (г. Ашхабад, 8-12 окт. 1991), на Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды» (г. Томск, 12-16 сент. 1995), на Международной конференции «Экологические аспекты устойчивого развития региона (г Новгород, 1995), на I конференции герпетологов Поволжья (г. Тольятти, 27-30 ноября 1995), на симпозиуме с международным участием «Актуальные проблемы адаптации к природным и экосоциальным условиям среды» (г Ульяновск, 24-26 сент. 2002), на Международной и молодежной конференции «Экологические проблемы крупных рек-3» (г.Тольятти, 15-19 сент 2003), на VII Всероссийском популяционном семинаре (г. Сыктывкар, 16-21 февр 2004), на VIII Всероссийском популяционном семинаре (г Нижний Новгород, 12-15 апр. 2005), на Второй всероссийской научной конференции «Актуальные вопросы здоровья и среды обитания современного человека» (г. Ульяновск, 6-7 окт. 2005) на региональной межвузовской научно-практической конференции «Человек. Природа. Общество» (г Нижний Новгород, 15 марта 2006), на Международной научно-практической конференции в области экологии и безопасности жизнедеятельности «Дальневосточная весна -2006» (г. Комсомольск-на-Амуре, 27 апр. 2006), на IX Всероссийском популяционном семинаре (г. Уфа, 2-6 окт 2006), на IX конгрессе по апитерапии «Апитерапия сегодня» (г Рыбное, 25-26 мая 2006), на Всероссийской конференции с международным участием «Медико-физиологические проблемы экологии человека» (г. Ульяновск, 24-28 сент 2007), на VIII Межд научно-практической конференции «Экологическая безопасность регионов России и риск от техногенных аварий и катастроф», (Пенза, 25-26 апр. 2008).
1.6. Основные положения, выносимые на защиту
1. В поддержании гомеостаза организма позвоночных животных в ответ на действие
зоотоксинов закономерно развиваются общие неспецифнческие иммунофизиологические
реакции.
2. Иммунотропная активность зоотоксинов зависит не только от их химической природы,
но и положения организма-продуцента в токсинологической классификации
3. Гуморальные иммунные реакции стимулируются низкими и угнетаются высокими
дозами ядов активно- и пассивно-ядовитых животных.
4 Белковые яды активно- и пассивно-ядовитых животных в низких дозах стимулируют клеточные иммунные реакции, тогда как яд небелковой природы невооруженных активно-ядовитых живот ных угнетает их.
-
Перекисиое окисление липидов (ПОЛ) клеток крови стимулируется белковыми ядами активно-ядовитых животных, независимо от их таксономической принадлежности (ядами пчелы и кобры), при условии содержания в них цитотоксинов.
-
Прогрессирующая лейкопения индикаторных видов амфибий является характерным показателем возрастания средового стресса, оцениваемого по величине флуктуирующей асимметрии.
-
Репрезентативным показателем усиления пресса антропогенной нагрузки на организм является возрастание доли агранулоцитов в периферической крови индикаторных видов амфибии.
1.7. Публикации
По материалам диссертации опубликовано 58 научных работ, в том числе 12 работ в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, и получен 1 патент.
1.8. Структура и объем работы
