CC BY
103
Черная Л.В., Ковальчук Л.А.
Институт экологии растений и животных УрО РАН, г. Екатеринбург, Россия Е-mail: [email protected]
ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ТКАНЯХ МЕДИЦИНСКОЙ ПИЯВКИ (HIRUDO VERBANA CARENA)
Исследовали концентрации Cu, Zn, Mn, Fe, Ca, Mg, Co, Sr, Ni, Cd, Pb в тканях медицинских пиявок на различных этапах роста и развития в контролируемых условиях на биофабрике. Показано, что в тканях растущих пиявок существенно повышается содержание эссенциальных элементов меди, цинка и железа и снижаются концентрации тяжелых металлов кадмия и свинца.
Ключевые слова: медицинская пиявка, макро- и микроэлементы, рост и развитие.
Медицинские пиявки - единственные эктопаразиты, используемые человеком в медицинских целях еще со времен египетских фараонов. К настоящему времени гирудотерапия является весьма популярным методом, благодаря многочисленным научным подтверждениям целесообразности применения медицинских пиявок при более чем 160 заболеваниях. Экстракты тканей и секрет слюнных желез пиявок, с высоким содержанием биологически активных соединений, широко используются при производстве лечебной косметики, фармацевтических препаратов и биологических добавок [1, 2]. Однако за последние 100 лет природные ресурсы медицинских пиявок существенно истощились и продолжают сокращаются из года в год, что побудило российских ученых еще в прошлом веке разработать методику ускоренного разведения медицинских пиявок на биофабриках [3, 4]. В естественных водоемах молодые особи пиявок, в силу ряда причин (ограниченность кормовых ресурсов, климатические условия, зимний анабиоз), растут достаточно медленно и достигают половой зрелости только на третий год жизни [5]. В лабораторных условиях, при соблюдении разработанной методики, период роста и развития медицинских пиявок составляет, по разным данным, от 6 до 12 месяцев [1, 4, 6].
В процессах роста и развития животных существенная роль принадлежит биологически активным макро- и микроэлементам (МЭ). Уровень эссенциальных и экзогенных МЭ в организме определяется физиологическими процессами, в которых они участвуют. Стабильность химического состава является одним из важнейших и обязательных условий нормального функционирования организма, поскольку МЭ участвуют в водном, белковом, углеводном и липидном обменах, образуют с гормонами, витаминами, аминокислотами и ферментами
внутрикомплексные соединения, способствуя их биохимической активности, обезвреживают токсины и т. д. [7].
В этом плане очевидный интерес представляют исследования, направленные на изучение физиологической роли эссенциальных элементов в онтогенезе медицинских пиявок, поскольку при массовом производстве животных, необходимо учитывать их физиологические особенности и потребности. Однако в мировой литературе недостаточно данных об уровнях содержания макро- и микроэлементов в тканях медицинских пиявок, тем более при различных физиологических состояниях.
Интерес к этой проблеме определил цель данного исследования - оценить уровень содержания макро- и микроэлементов в тканях медицинских пиявок на разных стадиях развития и роста при их искусственном разведении.
Материалы и методы
В исследованиях использовали 275 особей медицинских пиявок (Hirudo verbana Carena, 1820), приобретенных на биофабрике «Международный центр медицинской пиявки» (ст. Удельная, Московская область). Возраст экспериментальных групп особей составил: пять суток (новорожденные «нитчатки»), один, три, пять, семь и девять месяцев. Средняя масса тела (в граммах) новорожденных пиявок составила 0,029, одномесячных особей - 0,09, трехмесячных - 0,25; пятимесячных - 0,61, семимесячных - 1,3; девятимесячных - 1,8.
Концентрации Cu, Zn, Mn, Fe, Ca, Mg, Co, Sr, Ni, Cd, Pb (мкг/г сырой массы) в тканях пиявок исследовали методом атомной-абсорбции на спектрофотометрах «AAS-З», (Германия) и «Analist 1000» Perkin Elmer, (США) в пламени пропан-бутан после обработки проб методом
«мокрого» озоления в смеси азотной и хлорной кислот [8]. Проведено 330 элементо-определений.
Статистическая обработка полученных результатов проведена с использованием прикладных программ 8ТЛТ18Т1СЛ с последующей оценкой различий при р < 0,05; р < 0,01; р < 0,001.
Результаты и их обсуждение
Показано, что рост и развитие медицинских пиявок сопровождается направленным повышением суммарного содержания изучаемых макро- и микроэлементов в их тканях (табл.). Анализ полученных данных выявил высокий уровень положительной корреляции между возрастом пиявок и суммарными концентрациями МЭ в их тканях (ранговый корреляционный коэффициент Спирмена г = 0,93 при р = 0,0000). При этом отмечены существенные различия в характере содержания и динамики отдельных элементов. Так, у пиявок, вышедших из коконов, отмечены минимальные концентрации биофильной меди (1,25 ± 0,011 мкг/г), которые повышаются на 70% к трехмесячному возрасту и далее, в процессе роста, претерпевают незначительные колебания (табл. 1). Корреляционный анализ выявил положительную зависимость средней силы между содержанием меди и возрастом особей (г=0,67 при р=0,0003).
Для новорожденных пиявок характерно высокое, максимальное содержание цинка (24,4±2,69 мкг/г), которое резко снижается (более чем на 60%) в течение первого месяца жизни и начинает существенно повышаться только с
пятимесячного возраста (р<0,01). Необходимо отметить, что первое кормление молодых пиявок происходит в двухнедельном возрасте, второе - еще через две недели, далее - один раз в месяц. Таким образом, первые приемы пищи не сопровождаются накоплением цинка в тканях растущих пиявок, и потребность в этом биогенном элементе возрастает у этих червей на более поздних этапах роста и развития. Корреляционная связь - слабая (г=0,40 при р=0,028).
Максимальные концентрации марганца (1,45 ± 0,047 мкг/г) также обнаружены в тканях «нитчаток», а уже через месяц их значения уменьшаются на 40% и далее наблюдаются незначительные фазовые изменения в содержании этого биофильного металла на уровнях, не достигающих исходных значений (р<0.05). Корреляционной связи между концентрациями марганца и возрастом пиявок не выявлено.
Рост и развитие пиявок сопровождается многократным (до 400%) повышением концентрации железа, характеризующееся очень высокой положительной корреляцией (г=0,95 при р=0,0000). Минимальное содержание этого жизненно важного микроэлемента (85,2 ± 4,39 мкг/г) отмечено в тканях «нитчаток», максимальные (346,8 ± 18,2 мкг/г) - у семимесячных особей.
Для щелочноземельных элементов (кальций, магний и стронций) характерна обратная картина: их максимальные концентрации присутствуют в тканях пиявок, вышедших из кокона (66,4 ± 3,85 мкг/г, 137,6 ± 11,6 мкг/г и 1,75 ± 0,021 соответственно), тогда как после первых приемов пищи они снижаются, и на дальнейших этапах роста не
Таблица 1. Возрастная динамика содержания макро- и микроэлементов (мкг/г) в тканях медицинских пиявок
МЭ мкг/г 5 суток 1 месяцев 3 месяца 5 месяцев 7 месяцев 9 месяцев
Си 1,25±0,011 1,29±0,014 2,13±0,021 2,08±0,032 2,03±0,027 2,06±0,031
Zn 24,4±2,69 8,29±0,51 8,01±0,18 20,7±1,66 21,2±1,25 22,4±2,09
Мп 1,45±0,047 0,57±0,012 1,01±0,014 0,94±0,035 0,93±0,011 0,92±0,017
Fe 85,2±4,39 190,5±8,76 214,3±12,7 278,9±13,9 346,8±18,2 342,6±14,2
Са 66,4±3,85 42,4±2,39 52,7±3,08 50,4±3,11 50,6±2,97 47,5±2,76
Mg 137,6±11,6 56,4±2,41 66,1±1,79 64,4±3,63 67,1±2,37 68,9±2,22
Со 0,75±0,071 0,71±0,032 0,76±0,025 0,81±0,030 0,79±0,041 0,78±0,022
Sr 1,75±0,021 0,43±0,066 0,23±0,014 0,35±0,016 0,31±0,014 0,32±0,017
№ 2,53±0,016 2,28±0,019 2,75±0,034 2,76±0,027 2,78±0,031 2,82±0,022
Cd 0,51±0,011 0,57±0,023 0,52±0,014 0,44±0,021 0,34±0,016 0,31±0,018
РЬ 1,25±0,014 2,01±0,023 1,88±0,018 1,54±0,035 1,27±0,017 1,26±0,021
Сумма 323,1±22,7 305,5±14,3 350,4±17,9 423,3±22,5 494,2±25,1 489,9±21,4
ством воды, в которой находятся пиявки и крови, которой они питаются.
Проведенные исследования показали, что по мере роста у медицинских пиявок значительно повышается физиологическая потребность в таких МЭ, как медь, цинк и железо. Что касается марганца, кальция, магния, кобальта, стронция и никеля, то их стабильное содержание в тканях поддерживается на всех этапах развития и роста пиявок. Обнаружено, что концентрации в тканях растущих пиявок таких опасных ксенобиотиков, как кадмий и свинец, не участвующих в нормальных физиологических процессах пиявок, снижаются.
Полученные данные о соотношении жизненно важных макро- и микроэлементов в тканях медицинских пиявок на различных этапах роста и развития могут быть использованы при совершенствовании технологии искусственного разведения пиявок и более эффективном и качественном производстве этих ценных для медицины и промышленности гидробионтов.
14.09.2011
Список литературы:
1. Никонов Г.И. Гирудотерапия. Наука и практика // Вестник Международного центра медицинской пиявки. Гирудотера-пия и гирудофармакотерапия. 2007. Т.5. - С. 8-22.
2. Баскова И.П., Фернер З., Балкина Л.С., Козин С., Харитонова О.В., Завалова Л.Л., Згода В.Г. Стероиды, гистамин и серотонин в составе секрета слюнных желез медицинской пиявки. // Биомедицинская химия. 2008. Т.54, Вып.2, - С. 127-139.
3. Кустов С.Ю., Каменев О.Ю., Ярошенко В.А. Медицинская пиявка в Краснодарском крае: современное состояние популяции и проблемы ее охраны // Актуальные вопросы экологии и охраны природы экосистем южных регионов России и сопредельных территорий. - Краснодар, 2005. - С. 118-121.
4. Синева М.В. Биологические наблюдения над размножением медицинской пиявки // Зоол. журн. - 1949, Т.28, Вып.3. -С. 213-224.
5. Лукин Е.И. Пиявки, T.I. // Фауна СССР/ Пиявки пресных и солоноватых водоемов. Ленинград, 1976, - 484 с.
6. Рассадина Е.В. Экологически обоснованная биотехнология воспроизводства Hirudo medicinalis L. в лабораторных условиях: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Ульяновск, 2006. - 23 с.
7. Оберлис Д., Харланд Б., Скальный А. Биологическая роль макро- и микроэлементов у человека и животных. - СПб.: Наука, 2008. - 543 с.
8. Другов Ю.С., Родин А.А. Пробоподготовка в экологическом анализе: практическое руководство - 3-е изд. доп. и перераб. - М., 2009. - 855 с.
Сведения об авторах: Ковальчук Людмила Ахметовна, заведующая лабораторией Проблем адаптации Института экологии растений и животных УрО РАН, доктор биологических наук, ведущий
научный сотрудник, е-mail: [email protected]
UDC 577:118:595.143 Chernaya L.V., Kovalchuk L.A.
AGE DYNAMICS OF MACRO- AND TRACE ELEMENTS IN THE TISSUES OF THE MEDICAL LEECH (HIRUDO VERBANA CARENA)
Concentrations of Cu, Zn, Mn, Fe, Ca, Mg, Co, Sr, Ni, Cd, Pb in the tissues of medicinal leeches at various stages of growth and development were investigated under controlled conditions at biofactories. In the tissues of growing leeches the levels of the essential elements - copper, zinc and iron - were significantly higher, while the levels of heavy metals - cadmium and lead - were lower.
Key words: medical leech, the macro- and microelements, the growth and development.
подвержены значительным колебаниям. Корреляционной связи для них не выявлено.
Для концентраций кобальта и никеля характерно отсутствие существенных различий в тканях разных возрастных групп пиявок (таблица).
Максимальные концентрации ксенобиотиков кадмия (0,57 ± 0,023 мкг/г) и свинца (2,01 ± 0,023 мкг/г) обнаружены в тканях одномесячных пиявок. При дальнейшем развитии и росте пиявок в их тканях не происходит накопления этих тяжелых металлов, напротив, наблюдается равномерное снижение их концентраций (р<0,05), что иллюстрирует сильная отрицательная корреляционная связь между возрастом пиявок и концентрациями кадмия в их тканях (г=-0,84 при р=0,0000). Данное позитивное явление обусловлено, по-нашему мнению, несколькими факторами: интенсивным наращиванием мышечной массы пиявок на всех этапах роста и развития, наличие эффективных механизмов детоксикации и элиминации в их организме, четким контролем со стороны персонала биофабрики за каче-
