CC BY
55
ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЧЕСКОГО ГОМЕОСТАЗА ГРЫЗУНОВ, ОБИТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ПРИРОДНОЙ БИОГЕОХИМИЧЕСКОЙ ПРОВИНЦИИ
М.В. ЕЛИСЕЕНКОВА, аспирант кафедры органической, биологической и физколлоидной химии,
М.А. ДЕРХО (фото),
доктор биологических наук, заведующая кафедрой органической, биологической и физколлоидной химии, Уральская ГАВМ
Ключевые слова: грызуны, кровь, печень.
Микроэлементное загрязнение окружающей среды характерно не только для антропогенных, но и для природных биогеохимических провинций. Металлы искусственного происхождения мигрируют по пищевым цепям как
в условиях их избыточного содержания в природных средах, так и в тех случаях, когда их уровень не превышает предельно допустимых концентраций, и включаются в круговорот химических элементов биогеоценоза. Хотя
457100,
Челябинская обл., г. Троицк, ул. Гагарина, 13; тел.: 8 (35141) 7-91-94, 8-9080471030
защитный гомеостатический механизм -клеток и тканей противодействует интоксикации техногенными элементами путём их биотрансформации, изолирования и повышения скорости выведения, однако установлено, что они практически не метаболизируют в организ-
Rodents, blood, liver.
Биология
ме животных [1, 2]. Это, конечно, сказывается на функциональной активности его физиологических систем.
Считается, что индикатором химического состава биогеоценоза являются мелкие млекопитающие, так как для них характерны высокая численность, интенсивный обмен веществ, оседлость и небольшой участок обитания [4]. Установление вероятного влияния того или иного металла на состояние метаболического гомеостаза в их организме осложнено тем, что, во-первых, не определена значимость физиологических систем в организме грызунов на уровне популяции, во-вторых, не изучены вопросы взаимосвязи метаболических процессов с обеспеченностью организма микроэлементами.
Цель исследований Оценка сопряжённости метаболического гомеостаза организма грызунов природной популяции со степенью накопления микроэлементов в клетках печени в зависимости от экологической специализации животных.
Материалы и методы исследований Экспериментальная часть работы выполнена в степной зоне Брединского и Кизильского районов Челябинской области, которые отнесены к биогеохими-
ческой провинции, характеризующейся избытком никеля и недостатком кобальта и марганца в объектах природной среды [2]. Для выполнения работы было выбрано три экспериментальных участка с учётом их геохимических и фи-тоценотических особенностей, а также вида техногенного загрязнения (рис.).
Объектом исследований являлась обыкновенная полёвка (Мюго^б агуаНБ), оседло обитающая в степном ландшафте Челябинской области. Материалом исследований служила кровь и печень перезимовавших самок, отловленных на экспериментальных участках в апреле - мае. Каждая проба крови и ткани печени представляла собой усреднённую пробу от 8-12 животных. В крови и плазме крови определяли содержание глюкозы глюкозооксидазным методом, используя наборы реагентов «Глюкоза-ФКД»; общий белок - рефрактометрическим методом; активность аминот-рансфераз - динитрофенилгидрозоно-вым методом с использованием стандартного набора «БиоЛа-Тест»; мочевину - по цветной реакции с диа-цетилмонооксимом с помощью наборов «КлиниТест-Мочевина»; в печени - содержание гликогена по концентрации глюкозы после предварительного щелочного гидролиза, а также содержание
микроэлементов методом атомно-абсорбционной спектрофотомерии. Экспериментальный материал обработан общепринятыми методами вариационной статистики.
Результаты исследований
В общую регуляторную систему организма на всех стадиях развития включена микроэлементная физиологическая система гомеостаза, определяющая его реакцию на аккумуляцию металлов изменениями в процессах метаболизма [1]. Возможность функционирования организма грызунов в определённом диапазоне экологических факторов определяется комплексом адаптаций, затрагивающих различные стороны жизнедеятельности, в том числе углеводную и белково-образовательную функции печени. Мы установили, что содержание гликогена в печени грызунов зависело от условий участков обитания. У животных, обитающих на участках 1 и 3, концентрация гликогена составила 2,76-2,78 мг/ г органа, что в 1,46 раза больше, чем у грызунов участка 2.
Запасы углеводов в печени используются для поддержания постоянства концентрации глюкозы в крови [5]. При этом её уровень в крови полёвок участков 1 и 3 колебался в пределах 17,16-
Рис. Карта-схема района исследований: 1 - п. Ершовский; 2 - п. Измайловский; 3 - заповедник «Аркаим» (участки исследования природных сред и отлова обыкновенной полёвки).
Участок 1 (фоновый) - его площадь использовалась в севообороте злаковых культур. Участок 2 (фоновый) расположен в зоне воздействия транспортной автомагистрали Бреды - Магнитогорск. Участок 3 (опытный) входит в состав заповедника «Аркаим», на территорию которого с 1991 г. наложен природоохранный режим
Биология
17,76 ммоль/л; в плазме - 10,13-13,10 ммоль/л (табл.), что в 1,23-1,27 раза меньше, чем у животных участка 2.
Следовательно, условия обитания полёвок оказывают влияние на процессы обмена углеводов и углеводную функцию печени, вероятно, за счёт регуляции энергозатрат организма. В экологически более пессимальных условиях (участок 2) грызуны на поддержание процессов жизнедеятельности организма используют большее количество глюкозы, что снижает запасы гликогена в печени. Данный вывод подтверждается значениями коэффициентов, отражающих соотношение между количеством гликогена в печени и концентраций глюкозы в крови и плазме. Их величина в организме грызунов участка 2 в 1,8-2,2 раза ниже, чем у животных участков 1 и 3.
Хотелось бы отметить, что в крови грызунов по сравнению с другими животными содержится очень высокая концентрация глюкозы (табл.). Следовательно, органы и ткани организма обыкновенной полёвки наиболее склонны в качестве основного энергетического источника использовать глюкозу, так как процесс её окислительного распада сопровождается образованием достаточно большого количества энергии. При этом он может протекать как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Данные особенности метаболизма глюкозы, вероятно, обеспечивают возможность грызунам вести, во-первых, подземный, во-вторых, подвижный образ жизни. Кроме этого, они имеют маленькую массу тела, что снижает ценность белков и липидов как источников получения энергии [3, 4].
Содержание общего белка в плазме крови (так же, как и углеводных показателей) зависело от участка обитания грызунов и колебалось в пределах 4,1-4,92 г/л (табл.). В плазме крови
животных установлена более высокая каталитическая активность фермента АсАТ - 6,0-6,8 мкмоль/(чмл), - чем АлАТ, поэтому значение коэффициента де Ритиса выше единицы. Данное соотношение аминотрансфераз указывает, во-первых, на приоритетное использование в реакциях переаминиро-вания аспарагиновой кислоты, во-вторых, на напряжённый метаболизм в кардиомиоцитах, что свидетельствует о высокой функциональной активности сердца в организме полёвок, так как именно скорость циркуляции крови по кровеносным сосудам определяет возможность вести подвижный и подземный образ жизни в условиях гипоксии, а также поддерживать постоянную температуру тела.
В плазме крови обыкновенной полёвки содержится очень высокий уровень мочевины (19,0-24,4 ммоль/л). Мы полагаем, что его количество свидетельствует о катаболической направленности белкового обмена в организме грызунов. Подтверждением этому служит отсутствие субстратной основы для производства столь высокого уровня конечного продукта белкового метаболизма в печени животных. Поэтому можно предположить, что в организме полёвок в процессах биосинтеза аминокислот активно используются углеводы, покрывающие недостаток белковых субстратов. Активность катаболических реакций более сильно была выражена в организме полёвок, обитающих на участке 2.
При оценке сопряжённости показателей метаболического гомеостаза организма грызунов с уровнем депонируемых микроэлементов печени было установлено следующее. Во-первых, между уровнем металлов в печени и концентрацией гликогена и глюкозы наблюдается обратная корреляционная зависимость. Это указывает на то, что микроэлементы не участву-
ют прямо в процессах гликогенолиза, гликогенеза и гликолиза, а оказывают влияние на обмен углеводов опосредованно, вероятно, через каталитическую активность соответствующих ферментов. Этот вывод подтверждается тем, что наибольшие значения коэффициентов корреляции установлены между уровнем гликогена и железа: г=-(0,71-0,92), меди: г=-(0,81-
0,83), цинка: г=-(0,55-0,71) и марганца: г=-(0,53-0,93). Вышеперечисленные металлы в качестве коферментов участвуют в образовании пространственной структуры ферментов класса ок-сидоредуктаз, катализирующих реакции окислительного распада глюкозы, сопряжённых с процессами окислительного фосфорилирования на уровне электротранспортной цепи митохондрий. Кроме этого, они обладают способностью регулировать активность данных энзимов, выступая в роли активаторов или ингибиторов.
Хотелось бы отметить, что с уровнем глюкозы в крови большинство микроэлементов обнаруживает слабую корреляционную взаимосвязь. Исключение составляет только цинк, который коррелирует с глюкозой со значениями -(0,53-0,65). Мы считаем, что столь высокий уровень обратной зависимости обусловлен тем, что цинк используется в процессах биосинтеза гормона поджелудочной железы инсулина, регулирующего концентрацию глюкозы в крови и её использование на покрытие энергозатрат организма.
Во-вторых, железо, медь, цинк, кобальт и марганец гепатоцитов прямо коррелируют с уровнем общего белка в плазме крови (г=0,43-0,95). Это объясняется тем, что большинство белков крови синтезируется в печени и по строению является металлопротеидами.
В-третьих, концентрация мочевины коррелирует только с цинком: г=0,53-0,63 и марганцем: г=-(0,64-0,95),
Таблица
Биохимические показатели крови и печени организма обыкновенной полёвки ( X ± 5 х, п=5)
Показатель Участки обитания животных
1 2 3
Глюкоза крови, ммоль/л 17,16±0,61 21,84±1,05* 17,76±0,47
Глюкоза плазмы крови, ммоль/л 10,13±0,68* 15,04±0,64 13,10±0,86
Гликоген, мг/г органа 2,76±0,12 1,90±0,20* 2,78±0,21
Гликоген/глюкоза крови 0,16±0,008 0,09±0,012* 0,16±0,01
Гликоген/глюкоза плазмы крови 0,28±0,03 0,13±0,016* 0,22±0,03
Общий белок плазмы крови, г/л 4,68±0,12 4,10±0,12* 4,92±0,15
АлАТ плазмы крови, мкмоль/(чмл) 3,80±0,37* 5,80±0,37* 4,00±0,32
АсАТ плазмы крови, мкмоль /(чмл) 6,00±0,45 6,80±0,58 6,20±0,37
Коэффициент де Ритиса 1,65±0,21 1,19±0,12 1,61±0,21
Мочевина плазмы крови, ммоль/л 19,00±0,70 24,40±0,51* 20,40±1,36
Железо, мг/кг 41,00±0,52 129,30±1,04 41,00±0,79
Медь, мг/кг 2,25±0,13* 13,3±0,39 2,66±0,12
Цинк, мг/кг 21,60±0,16* 24,10±0,77 19,60±0,46
Кобальт, мг/кг 0,09±0,02 0,14±0,02 0,10±0,01
Марганец, мг/кг 1,23±0,13 1,36±0,10 1,62±0,20
Свинец, мг/кг 0,16±0,03 0,22±0,03* 0,09±0,01
Никель, мг/кг 0,21±0,02 0,30±0,02 0,19±0,02
* р<0,05-0,01 по отношению к участку 3.
Биология
что даёт основание предположить их участие в процессах её биосинтеза.
Таким образом, мы установили, что независимо от экологической специализации для грызунов, обитающих в условиях природной биогеохимической провинции Брединского и Кизильского районов Челябинской области, характе-
рен белковый обмен, протекающий по катаболическому типу и, вероятно, обуславливающий низкую продолжительность их жизни, а также способность организма покрывать энергозатраты преимущественно за счёт процессов окислительного распада глюкозы. Показатели метаболического гомеоста-
за прямо или опосредованно зависят от концентрации микроэлементов, депонируемых в печени животных. Хотя установленные особенности и изменяются в градиенте условий обитания грызунов, но в большей степени являются видовыми и специфичны для организма полёвок.
Литература
1. Агаджанян Н. А., Скальный А. В. Химические элементы в среде обитания и экологический портрет человека. М. : КМК, 2001. 84 с.
2. Кабыш А. А. Нарушение фосфорно-кальциевого обмена у животных на фоне недостатка и избытка микроэлементов в зоне Южного Урала. Челябинск : Челябинский дом печати, 2006. 450 с.
3. Медведева М. А. Клиническая ветеринарная лабораторная диагностика. М. : Аквариум-Принт, 2008. 416.
4. Чибилёв Е. А. Животные в антропогенном ландшафте // М-лы II Межд. науч.-практ. конф. / Астраханский гос. ун-т. Астрахань, 2004. С. 154-157.
5. Шиффман Ф. Д. Патофизиология крови. СПб. : Медицина, 2000. 360 с.
