Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности энергетического обмена и системы крови мелких млекопитающихпри экстремальных воздействиях

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Особенности энергетического обмена и системы крови мелких млекопитающихпри экстремальных воздействиях"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ

На правах рукописи

КОВАЛЬЧУК ЛВДШЛА АХМЕТОВЯД

ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА И СИСТШЫ КРОВИ МЕЛКИХ ШЕКОПИТАЩИХ ПРИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ (В ПРИРОДЕ И В ЛАБОРАТОРНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ!

03.00.13 - физиология человека и животных

АвторесЪеоат диссертации на соискание ученой степени доктооа биологических науг.

<го

Я4

г.Сыктывкар, 1995

Работа выполнена в Институте экологии растений и животных Уральского отделения. Российской академии наук

Научные консультанты: доктор биологических наук, профессор, академик РАН В.Н.Большаков доктор медицинских наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, академик АЕН РФ

A.П.Ястребов

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

B.А.Бароненко

доктор медицинских наук, профессор H.A.Глотов

доктор медицинских наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ А.В.Ткачев

Ведущее учреждение: Институт экологии и генетики микроорганизмов, Пермский научный центр УрО " Российской академии наук

Защита состоится "_"_199_ г. в_час. на заседании диссертационного совета Д200.25.01 в Институте физиологии Уральского отделения Российской академии наук по адресу: 167610, Республика Коми, Сыктывкар, ул.Первомайская, д.48

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Коми научного центра УрО РАН

Автореферат разослан " $$ Л^^^Лээ/г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

Н.А.Чермных

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Изучение физиологических основ адаптации и механизмов аварийного регулирования у животных при воздействии на их организм экстремальных факторов связано не только с возможностью разработки общей теории адаптации, которая базируется на всестороннем изучении механизмов и законов развития приспособительных реакций отдельных видов животных, но и с важностью подобных исследований для решения практических задач, возникающих в процессе поиска как принципиально новых путей регуляции природных процессов (акклиматизация и интродукция новых форм диких и сельскохозяйственных животных, прогнозы их численности и управление динамикой популяций), так и с возможностью глубокого и всестороннего понимания закономерностей эволюционного процесса. Учитывая огромный интерес к проблеме природной адаптации, следует отметить, что вопросы экологической физиологии отдельных видов животных освещены в научной литературе фрагментарно. Не составляет иаслючения в этом отношении и исследование адаптивных возможностей организма в высоких широтах и в условиях антропогенных воздействий (Газенко, 1979; Казначеев, 1080; Шварц, 1900; Горизонтов, 1981; Слоним, 1982; Шилов, 1982; Меерсон, 1986).

К настоящему времени накоплен значительный экспериментальный материал, свидетельствующий о том, что значительную роль в развитии компенсаторно-приспособительных реакций играют энергетические и регенераторные процессы, являющиеся структурной основой функций ткани, клетки, орггшизма ( КалаОухов, 1946; Скулачев, 1962, 1969; Шилов, 1968, 1977; Меерсон, 1967, 1986; Кондрашова, 1969-1977; Хаскин, 1975; Вавенипа, 1977; Лукьянова и др.,1982; Арчаков, 1983, Панин, 1983; Куликов, Ким, 1987; Мельник, 1967). Однако приведенные данные противоречивы и не дают полного представления о тгдневш механизмах приспособления животных к естественной среде. |

Исключительное значение в выяснении природы тканевых и клеточных перестроек имели исследования ряда авторов, показывающих, что географическая и внутривидовая изменчивость животных обусловлена адаптивными изменениями их бел^в (Левонтин, 1978; Панин, 1978; Хочачка и Сомеро, * 1977). Однако знания о фенотипических и генотипических адаптацилх тканевых процессов у мелких млекопита-мих ограничены. Научные данные о биохимических изменениях в орга-

ниаме при холодовом воздействии и гипоксии носят противоречивый характер. Это обусловлено видовыми и тканевыми особенностями животных. Окислительные процессы, принимающие участие в регуляции энергетического обмена у мелких млекопитающих, в этом плане изучены недостаточно. Известно, что одним из существенных механизмов -поражения организма при действии экст--ркмальных факторов является нарушение энергетического обмена в клетках (Сент-Дьерди, 1960; Рэкер, 1979). Медленное накопление знаний по этим важным вопросам объясняется и методическими трудностями.

Актуальность и состояние вопроса о тонких механизмах адаптации организма в естественной среде и при антропогенных воздействиях предопределило цель пашей работы: Исследовать энергетическую и кроветворную системы, охарактеризовать механизмы регенераторных и метаболических перестроек, участвующих в регуляции физиологического состояния организма в процессе адаптации к экстремальным факторам мелких млекопитающих из природных популяций.

Задачи исследования:

1. Оценить состояние основного обмена мелких млекопитающих различных зон обитания.

2. С помощью методов клеточной биоэнергетики изучить на примере мелких млекопитающих, адаптированных к различным экологическим условиям, видовые особенности окислительного метаболизма не-термогенных тканей животных (печень, почки, сердце).

3. Показать структурно-метаболические особенности в тканя> мышевидных грызунов в зависимости от климато-географической характеристики средь их обитания.

4. Охарактеризовать состояние метаболических процессов ; разных видов млекопитающих при тестирующем воздействии холодом ] гипоксией.

5. Дать оценку состояния системы крови и окислительного метаболизма кроветворной ткани у мелких млекопитающих различны; климато-географических зон в условиях низких температур и гипок сии.

6. Исследовать энергетический обмен и содержание тяжелых ме таллов в тканях мелких млекопитающих в фоновых условиях и дат сравнительную оценку основному обмену, процессам дыхания и окис лительного фосфорилирования в тканях полевок в зоне действия тех

ногенных загрязнений среды обитания.

Мы полагали, что ••экспериментальное разрешение поставленных вопросов позволит не только охарактеризовать энергетическую систему крови исследуемых животных в условиях действия повреждающих факторов на организм, но и в известной мере оценить адаптивные возможности этих систем.

Впервые проведен

сравнительный анализ, адаптивных возможностей энергетического ■об-мена(кроьи у 13 видов"мелких млекопитающих различных экологических аон обитания при воздействии природных экстремальных и антро-. погенних факторов среды.

Результаты настоящих исследований и основанные на них теоретические обобщения являются вкладом в обшую теорию адаптации орг ганизмов и механизмов аварийного регулирования при действии экстремальных природных и антропогенных факторов среды. Полученные научные результаты позволяют в известной мере определить функциональное состояния энергетической и кроветворной системы млекопитающих в условиях постоянно изменяющейся среды обитания и найти подходы к созданию биологической модели для; причинного анализа связей между регулирующими системами- и реагирующими тканями.

Впервые показано, что пути приспособления мелких млекопитающих к экстремальным факторам в плане 'энергетической платы едины, и не определяются их географическим положением, но механизм аварийного регулирования генетически детермирован у представителей разных экологических групп. Длительная адаптация широкораспростра-нешшх и узкоспециализированных видов характеризуется повышенной реактивностью обменных процессов, что достигается разными путями: за счет мобилизации тканевых метаболических резервов у первых и снижения интенсивности обмена - у вторых.

Впервые установлено, что приспособительные возможности организма к условиям высоких широт и разного рода техногенным эмиссиям но многом зависят от /сходного состояния энергетической системы, вида животного, которое определяется его экологией и экологической валентностью. Впервые показано, что.действие экстремальных факторов на организм сопровождается фазными изменениями обменных процессов в тканях животных из природных популяций) -.

Впервые получены данные, что функциональная активность энергетического аппарата исследуемых тканей колеблется ;по сезонам.

что связано с видовой стратегией адаптации.

Популяционная изменчивость структурно-метаболических процессов в нетермогенных тканях (печень, миокард, кроветворная ткань) видоспецифична, имеет направленный характер и зависит от фактора и продолжительности воздействия.

Показана возможность использования разработанного метода фи-зиолого-биохимической оценки состояния энергетических и метаболических процессов в тканях животных в комплексе тест-систем при биологическом мониторинге окружающей среды.

Практическая ценность и внедрение результатов исследования. Полученные данные расширяют современные представления о функциональном состоянии энергетической и кроветворной системы млекопитающих на видовом и популяционном уровне, могут быть использованы при анализе механизмов адаптации и показывают на теоретическую возможность коррекции метаболических процессов в организме. Научный материал . использован в лекционном курсе и семинарских занятиях на кафедре зоологии для студентов биологического факультета Уральского государственного университета при преподавании разделов: современные методы физиологии и биохимии в экологических исследованиях, физиологические и биохимические проблемы видообразования. (Акт о внедрении от 20 ноября 1995 г.).

Результаты научных исследований и теоретических выводов широко используются при подготовке курсовых и дипломных работ студентов, специализирующихся при кафедре физиологии человека и животных биологического факультета Уральского государственного университета . (Акт о внедрении от 26 сентября 1995 г.).

Комплексный эколого-физиологический подход в изучении состояния энергетических и метаболических процессов в тканях при воздействии на организм экстремальных факторов среды внедрены в научно-исследовательскую практику кафедры патофизиологии Уральского государственного медицинского института. (Акт о внедрении от 22 марта 1995 г.}.Научно-исследовательские разработки по комплексной зколого-физиологической диагностике при биологическом мониторинге экосистем используются при чтении курса лекций по экологии на кафедре охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов в Институте повышения квалификации специалистов иетаалургии.

Разработанный метод комплексной экологической и морфофиэио-

логической экспресс оценки состояния популяций мелких млекопитающих, обитающих в зоне промышленных загрязнений предприятиями цветной металлургии позволил провести биологический мониторинг и картирование конкретных районов Уральского региона. (Акт о внедрении от 15 марта 1991 г.). Работы по воздействию тяжелых металлов на мелких млекопитающих проведены в рамках договоров о научном сотрудничестве с кафедрой охраны окружающей среды Всесоюзного института повышения квалификации Министерства цветной металлургии СССР , научно-хозяйственного договора по теме "Эколого-физиологи-ческие аспекты влияния выбросов предприятий цветной металлургии уральского региона на организм мелких млекопитающих" с Уральским медицинским институтом. (Акт о внедрении от 4 сентября 1995 г.).

Материалы использованы в методических рекомендациях "Экологизация и деятельность металлургических предприятий", утвержденные Минцветметом СССР в 1991 году. •

Апробация работы. Результаты рабЬты были доложены и представлены на отчетных сессиях Института экологии растений и животных УрО РАН (Свердловск, 1974, 1975, 1976, 1977, 1978, 1979, 1982, 1984, 1985, 1989-1994); на Всесоюзной конференции молодых ученых по вопросам сравнительной морфологии и экологии животных (Москва, 1975); на Всесоюзной научной конференции зоологов педвузов (Пермь, 1976); ла IY Международном симпозиуме по приполярной медицине' (Новосибирск, 1378); на Ш Всесоюзном съезде физиологов (Киев, 1979); на И зональной конференции биохимиков Западной Сибири й Урала (Томск, 1980); на'III съезде Всесоюзного териологического общества (Москва, 1982); на Всесоюзных школах "Экология горных млекопитающих" (Свердловск, 1981; Нальчик, 1984); на YI Всесоюзной конференции по экологической физиологии (Сыктывкар, 1982); на Весоюзном совещании "Популяционная изменчивость ¡вида к проблемы охраны генофонда млеколитащих (Пущино. 1SS3); на региональном совещании физиологов Урала (Уфа, 1982, 1988); на IY съезде всесоюзного териологического общества (Москва, 1986); на IX Всесоюзном симпозиуме "Биологические проблемы Севера" (Якутск, 1986); на Ш Всесоюзном симпозиуме "Кровообращение ив условия» экспериментальной и высокогорной гипоксии" (Фрун8е, 1986); на I съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1985); на У общем собрании Уральского отделения Всесоюзного териологического общества АН СССР {Свердловск, 1988)г на Всесоюзном'сове-

щайий "Экология популяции"' (Новосибирск, 1988);-на И Всесоюзной конференции "Тяжелые металлы в окружающей среде и охрана приро-* ды", МГУ (Москва, 1987); на Всесоюзном совещании-"Взаимодействия организмов в тундровых экосистемах" (Воркута, 1989); на V Международном териологическом конгрессе (Рим, Италия, 1989); на Всесоюзной научно- практической конференции "Ускорение социально-экономического развития Урала" (Свердловск, 1898); на У1 Ростовской областной научно-практической' школе-семинаре (Ростов-на-Дону, 1990); на У съезде Всесоюзного териологического общества АН СССР (Москва, 1990); на У Международном конгрессе экологов (Иокогама, Япония, 1990); на Всемирном конгрессе по биомедицинской инженерии (Киото, Япония, 1991); На II Дальневостойчной конференции по биомедицинской инженерии (Пекин, Китай, 1993);'на Всемирном конгрессе по физической медицине и биомедицинской инженерии (Рио-де Жа-нейро, Бразилия, 1994); на У Международной конференции по грызу.. нам -(Биоразнообразие и адаптация) (Рабат, Марокко, 1995) и на II , Европейском конгрессе маммологов (Саутэмлтон, Англия, 1995).

Исследования проведены по плану' научно-исследовательских работ Института экологии растений и животных УрО РАН по программе фундаментальных исследований РАН, Отделения общей биологии РАН . ....."Проблемы общей биологщ. и экологии: рациональное использование биологических ресурсов". Раздел: "Изучение физиологических и био, , . химических, адаптаций близких и специализированных форм животных", .....номер государственной регистрации 01.86.0110494. .. • Учитывая, .фрагментарный характер публикуемых научных иссдедо-„ваций п§ изучаемой ^ проблеме, "существенная часть наией исследова-.тельдкой. работы носит'экспериментальный характер, что позволило - получить, собственные оригинальные результаты ив области изучения ... путей..приспособления и., механизмов' аварийного регулирования у V- г.:яред5хааотел^й.различных "э'гёмдгичеейи групп мелких млекопитаюда - «^ри^вте с лабораторными животными.

По"теме'диссертации опубликовано 62 работы, г . , Основные додожения, выноейше на защиту:

.1Г!!ру,ти(Дриспрсобленйя мелййх млекопитающих в плане энерге--«•. '-тичедкой^пда^у.. едины и не."определяются их географическим положе-: г нием>.гцр.механизм аварийного регулирования генетически детерминирован у представителей различных экологических груш, достаточно специфичен и имеет свои особенности. Длительная адаптация широко-

распространенных и узкоспециализированных видов характеризуется повышенной реактивностЫо регенераторных и обменных процессов, что достигается разными путями: за счет мобилизации тканевых метаболических резервов у первых й снижения интенсивности обмена - у вторых.

2. Приспособительные возможности организма к условиям высоких широт и к разного рода техногенным эмиссиям во многом зависят от исходного состояния энергетической системы вида животного, которое определяется его экологией и экологической валентностью.

а. Действие экстремальных факторов на организм сопровождается фазными изменениями обменных процессов в тканях животных из природных популяций. Функциональная активность энергетического аппарата-митохондрии тканей колеблется по сезонам, что связано с видовой стратегий адаптации. Нопулнционнзя изменчивость структурно-метаболических процессов к нетермогешшх тканях (печень, миокард, кроветворная ткань) ьидоспецифична, имеет направленный характер и зависит от Фактора и продолжительности воздействия.

А. Показана возможность использования разработанного метода физиолого-биохимической оценки состояния энергетических и метаболических процессов в тканях животных в комплексе тест-систем при биологическом мониторинге окружающей среды.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на стр.' машинописного текста, содержит 68 табл., 65 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, трех глав собственных исследований, заключения, выводов и списка литературы, включающего 432 работы отечественных и 139 работ иностранных авторов. ,

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПОДДЕРЖАНИЯ ГОМЕОСТАЗА МЕЛКИХ МЛЕКОПИТАШИХ ПРИРОД! !ил ПОПУЛЯЦИЙ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)!

В главе приведен Ьбзор и анализ литературных данных по энергетическому обмену и системе крови мелких млекопитающих, как факторов, обеспечиваювщх гомеостаа. Дан краткий обэор и критический анализ подходов и методов, 'применяемых при иэучении энергетических и пластических процессов адаптации. Подробно анализируются предшествующие работы, посвященные проблемам адаптации т ыеханиэ-

мам и закономерностям окислительного метаболизма, структурного обеспечения, состояния регенераторных процессов в клетке при действии'на организм экстремальных факторов.

Развитие экологической физиологии требует решения проблемы, влияния предшествующей акклиматизации к условиям высоких широт на. энергетику и систему крови, их реактивности при воздействии экстремальных факторов.

Принято различать адаптацию фенотипическую и генотипическую.' К сожалению, генотипическая адаптация (характеризующая популяцию или вид) в медико-биологической литературе, как правило, не рассматривается, а лишь подчеркивается эволюционный характер формирования тех или иных приспособительных реакций организма. В связи с этим представляется оригинальным и перспективным комплексное изучение генотипической и фенотипической адаптации у отдельных видов животных, предпринятое в последние годы.

ГЛАВА 11. МАТЕРИАЛ й МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материал исследования ,

В основу работы положены результаты экспедиционных и лабораторных исследований, проведенных с 3972 по 1993 годы. В качестве моделей исследования были взяты представители подсемейства Microtinae. Известно, что полевки - великолепная модель для изучения адаптации различных животных к специфической среде обитания: они сравнительно многочисленны, что позволяет собирать! и анализировать массовый материал; заселяют самые различные районы - от крайнего севера до крайнего юга и до верхних поясов гор; имеют много форм, приспособленных к различным условиям среды. Закономерности, полученные на этой группе животных, вполне приемлемы к обобщениям' общебиологического характера.Особый интерес для изучения адаптации представляют полевки, обитающие на севере и в горах (популяции широкораспространенных видов и специализированных). 1

Использованы следующие виды мелких млекопитающих, принадлежащих к различным экологическим группам (Громов, Поляков, 19?;7) отражающим идиоадаптацию, связанную с освоением1лесных, тундровых, горных зон: лемминг сибирский (Lemius slbirlcus Kerr, 1972), лемминг желтобрюхий (L.emmus chrisogaster, Allen, 1993), полевка

- n -

Миддемдорфа (Microbus middendorfi Poljakov, 1881), полевка-экономка (Mícrotus oeconomus Pallas, 1778), узкочерепная полевка (Mícrotus (Stenocranius) gregalis Pallas, 1778), темная полевка (Microtis aerestis, ), арчевая шлевка (Microbus (Phaiomys) car-rutiierai Thomas. 1909), памирскш полевка (Mícrotus (Phaiomys) juldaschi Severtsov, 1879), рыдая полевка (CleUirionomys ¡;1 areolas Cchreber, 1780), красно-серая иолевка (Clc-thrioriomys rutilus Pallas, 1779), обыкновенная бурозубка (Sorex araneus 1.., 1758), средняя бурозубка (Sorex caecutiens L., 1788). Животные доставлены из различных природных зон и высотных: Урала, Сибири и Пами-ро-Алая (рис.1).

Особи сибирского лемминга (типичный Субаркт) были доставлены ии ранонсв Полярного Урана и низовьев р.Лены. Желтобрюхий лемминг обитает в долинах р«к Чукотки. Полевки Миддендорфа, эко-hcmk.'i, узкочерепизя, рше^, кралю-серая, кр.ченаа, землеройки йога.'до пани из природных иопулдиий Полярного Урала (р;шон хребта Рай И;;| и 11-па Ямал в низовьях р.Оси. Особи других широкорасн-ространенинх подвидов полевок отловлены в районах Курганской, Свсрдм>11сксй, Оренбургской, Челябинской, Тюменской областей. Завезен» из Башкирии из районов Кршельсшго горного массива красные, красно-серые полиьки,- гнюномка. Горние виды полевок привезены: Катульская (Нлмир, г«рест»ости оз.Каракуль, íi900 м над ур.м), таласская (.Таласский Алатау, кисста - 'М'Ю м), туркестанская (Туркестанский хребет. высота - ;«М и).

Эксперименты проводе им на крысах линии Вистар и на белых беспородных крысах массой ЗЖ!Ь0 г, штзх - сам;ш СБА весом около г. Животных содержали в виварии на едином рационе питания. Исследовано И"Ш экземпляров..

Метол» иесгодованин

ХЪлодо^оо ьс>эдействие на животных осуществляли в климатока-мере "Т-1000" (ГДР) ifipH 0°С по 23 часа в сутки с перерывом на уход и кормление. ;

Условия хилодового стресса совдавгуш с яомощыо пульта глубокого охлавдения (ГДР). ' Поленек индимщугишно помещали ь холодильную г«-»юру при температуре -20°С на 20-90 минут, в за-виелмоош от условия мтеп^римента.'Ректальную температуру контро-лироь.иш с помощью злек^ротермометра 'ГГШ-1. '

Рис. I. Места отловя мелких млекопитающих в природных популяциях

Условия острой гипоксической гипоксии создавали помещением животных на один час в'барокамеру с проточно-вытяжной вентиляцией. Животных выдерживали при парциальном давлении кислорода - 286 мм рт.ст., что соответствовало - 7Б00 м. Для создания условий хронической гипоксической гипоксии животных в течение 15 дней выдерживали при парциальном давлении 355 мм рт. ст., что соответствовало 6000 м.

Определение основного обмена у животных измеряли по потреблению кислорода с помощью оптико-акустического газоанализатора МН-51-30. Размеры респирациониых камер позволяли проводить эксперименты по глубокому охлаждению и действию гипоксической гипоксии на животных непосредственно в климатических камерах, холодильных установках и в барокамерах. Основной обмен замеряли в мл Ог/г час.

Методы исследования метаболических процессов в тканях

О характере и интенсивности окислительных энергетических процессов в тканях судили по показателям дыхания гомогената и выделенных митохондрий сердца, печени и клеток костного мозга.

Исходя из положения, что интактные митохондрии являются адекватной тест-моделью для исследования степени воздействия экстремальных природных и токсикологических, факторов, нами проведены экспериментальные исследования, которые показали принципиальную возможность использования механизма дыхательного контроля митохондрий.

Регистрацию дыхания митохондрий измеряли полярографическим методом в ячейке с открытым и с закрытым платиновыми электродами типа Кларка (Коваленко и др., 1975). Использовали различные функциональные пробы и ингибиторы участков дыхательной цепи (Ленинд-жер, 1974; Кондрашова, 19?5; Лукьянова и лр., 19В2). Оценивали дыхание ¡¡а эндогенных субстратах - У як, У гл, в присутствии АДФ -Уз, в отрегулированном состоянии - У 4, на НАД - зависимом субстрате -J- оксибутирате, в присутствии разобщителя дыхания и фосфорилирования - 2,4 динитрофенсша (ДНФ). Проведен ингибиториый анализ дыхания препаратов на эндогенных субстратах в присутствии разобщителя амитала и малоната. Замеряли долю амитадчувствитель-ного и амиталрезистентного дыхания. Скорость дыхания выражали в наноатомах кислорода в мин на мг белка или на 106 миелокарюцитов.

Для оценки скорости отдачи .кислорода кровью использовали ме-

тод полярографической кулонометрии (Элштейн, 1975) в условиях, максимально приближенным к физиологическим. Критический уровень кислорода (КУК) служит показателем оксии ткани.

При оценке состояния процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и антиокислительной активности (АОА) определяли содержание в тканях диеновых конмогатов, высших ненасыщенных жирных кислот (Стальная, 1977), показатели Fe21" - индуцированной (в гомогенате печени) и Н2О2 - индуцированной (в суспензии миелокзриоцитов) хе-«шамшесцен1ши,.0тра.'кащей соотношение про- и антиоксидантов в исследуемой пробе• (Владимиров и др.1974; Саркясов др., 1984). Все показатели выражали в относительных единицах. Измерение диеновых коньюгантов в печени проводили в 1,0 мл гомогената, приготовленном на сахарозной среде выделения. Общее содержание липидов В экстракте замеряли спектрофотометром Specord UV VIS (ГДР) при 233 нМ и 215 нМ.

Функциональное состояние__лизосомального аппарата оценивали

по уровню активности маркерных ферментов - кислой фосфатазы (К®. Í.3.2.) и ЛНК-азы (КФ Э.4.6) в гомогенате тканей (de Dive, 1959; Дингл, 1980). Определяли свободную и общую активность ферментов, соотношение которых характеризует стабильность мембраны лизосом. Пробы фотометрировали при 600 нМ против воды на спектрофотометре Specord UV VIS (ГДР). Результаты выражали в мкН Рн, образовавшегося за 1 сек на 1 г белка (мкН Рн г/сек).

Определение содержания уродовых кислот (кислые гликозамино гликаны - кГАГ) и нейтральных гликозаминогликанов (нГАГ) в печени, и костном мозге проводили методом Bitter, . Muir (1962) и методом Warren (19Б9). Содержание ГАГ выражали в мг на 1 г сухого веса печени и в мг на 1 х 10б миелокариоцитов.

Белок в препаратах определяли по Lowry et al (1951) или биуретовым реактивом (Бейли, 1965).

Методы исследования крови

Периферическую кровь получали у крыс из хвостовой вены, у мышей, леммингов, полевок при декапитации.

Для оценки состояния периферической крови использовали стандартные методы определения количества эритроцитов, лейкоцитов, ретикулоцитов (Кост, 1975), гемоглобина (Дервиэ, 1969). Морфологический состав костного мозга исследовали в мазках, окрашенных по Нохту (Кост, 1975).

Для оцеики регенераторных процессов в костном мозге исследовали ДНК-синтезирующую способность шелокариоцитов радиоавтографическим методом (Епифанов и др., 1977). Интенсивность синтеза ДНК оценивали по включению 3Н-гимидина в ДНК миелокариоцитов, измеряемому с помощью сцинтилляционного счетчика СВС-2.

Стат^^'ическуо_обработ]5у_данных проводили на ПЭВМ "Электроника ДЗ-28", на ЭВМ типа БСМ-6. Использованы стандартные методы математической статистики, параметрические методы и методы факторного и многомерного анализа (Беили, 19'62;' Шпффе, 1930; Нло-хинский, 1961; Максимов, 1>едоров, 19G9).

ГЛАВА III. ЭКОЛОГО-'Х'ИЗИОЛСГ'ИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МЫШЕВИДНЫХ ГРЫЗУНОВ КАК ОТРАЖЕНИЕ СРЕДЫ ИХ ОБИТАНИЯ

I. Основной _обмен_ и. сжислительный метаболии

и_десных_полевок из разных климато-географических зон

Установлено, что пути приспособления мелких млекопитающих к экстремальным факторам среды в плане энергетической платы едины и не определяются их географической принадлежностью к ареалу, но механизм аварийного регулирования у представителей разных экологических групп достаточно специфичен и имеет свои особенности. Адаптация миокарда, костного мозга (КМ) и печени полевок при воздействии экстремальных факторов обеспечиваются за счет обменных процессов, характерных для ткани в обычных условиях. Однако соотношение и активность их меняются во времени, что и создает своеобразие структурно-функционального состояния ткани в динамике процесса адаптации, ¡второе зависит, по-видимому, от силы и продолжительности воздействия.

Высокая экологическая пластичность лесных полевок обеспечивает им ареал значительной протяженности в широтном направлении -от 38 до 69° с.ы. Исследователи отмечают как звритопность у одних видов полевок (рыжие иiкрасные), так и избирательность к специфике местообитания у других (красно-серые) во всех зонах обширной территории Евразии (Большаков, .1972; Сафонов, 1983). Тесно связанные с десной и лесостепной зонами, эти грызуны населяют и ряд горных систем, поднимаясь до верхних поясов гор (Claude, 1970;

Rey» 1977).

В результате изучения основного обмена трех широкораспросг-раненных ввдов лесных полевок, высокие параметры дыхания обнаружены у рыжих полевок независимо от их популяционной принадлежности (север-юг) - 3,6 и 4,5 мл Ог/г ч - соответственно. Небольшими показателями основного обмена отличаются красно-серые полевки как из районов каменистых россыпей Полярного Урала, так и Южного Урала, при этом различия недостоверны (2,7 и 2,98 мл Ог/г- ч соответственно) . Исходный уровень основного обмена у красно-серых полевок достоверно выше из горно-лесного пояса Иремельского массива, чем у полевок, встречающихся в высотных курумах (1200 м над ур.м) (tcT = 25> togs = 2,04). Выявлены мелсполуляционные различия по основному обмену у красных полевок Полярного (5,6+0,2) и Среднего (3,45+0,1) Урала. Полевки среднеуральской популяции по данному показателю идентичны (LCT = 0,8<to95 = 2,04). Красные полевки горно-лесного (600 м над ур.м) и горно-тундрового (1200 м над ур.м) поясов юяноуральской популяции существенно не различаются в потреблении [шслорода.

Сравнительный анализ результатов исследования окислительного метаболизма печени, миокарда, лимфатической ми кроветворной ткани лесных полевок показал устойчивую достоверную разницу исходного метаболического состояния исследованных тканей у красной, красно-серой и рыжей полевки (рис.2). Известно, что состояние энергетического аппарата во многом определяет физиологическое состояние ткани, а оптимизация энергетических процессов способствует увеличению ее функциональных потенций.

Комплекс биохимических регуляторных возможностей печени красных полевок, по-видимому, способствует их обитанию в районах Субарктики вплоть до 69° c.iu., даже без наличия хорошо развитой терморегуляции (Большаков, 1972; Шварц, 1963). Высокая активность окисления и фосфорилирования митохондрий печени красной полевки, особая роль сукцинатоксидазной системы в сочетании со способностью к ^срочному-переключению фосфорилирующего окисления на свободное, при.хододовоы стрессе, имея высокий'уровень митохондриадь--ного белка; и высокий дыхательный контроль функционального состоя-- ния митохондрий (3,0^ДКяк, ДКГЛ > 2,0) согласуются с широки* "спектром"-приспособительных реакций'вида, характеризующегося высокой экологической пластичностью (Р/0 =1,85-1,0, мтх белок'1 «

2,3-1,8 0^0,05). У красно-серьк полевок при холодовых нагрузках включается срочный механизм разобщения дыхания и фосфорилирования происходит активация скорости фосфорилирования АДФ при окислении сукцината и наблюдается биогенез митохондриалыюго белка. Устойчивость животных к кратковременному охлаждению выше у северных популяций; если северные животные снижали ректальную температуру на 162, то у южных - охлаждение на 252 вызывало явление третьей степени гипотермии.

Красно-серые полевки перестраивают свой энергетический обмен миокарда аа счет мощности Ферментативных систем. При этом в мио-1 сарде в 3,5 раза снижается концентрация пировиногравной кислоты и почти на 80% - янтарной, что свидетельствует о возрастании скорости их утилизации (р<.0,05). Основным поставщиком сукцината в митохондриях миокарда, в данном варианте холодовых нагрузок является восстановительный синтез щавелевоуксусной кислоты, величина которой снизилась на 7,52 при активации мелатдегидрогенавы на 25Х (р ^ 0,05).

Для рыжих полевок характерен большой "резерв" и "диапазон" дыхательной активности, что, возможно, связано как с высокой эв-ритопностью этого вида, так я с его обширным ареалом (от 38 до 67° С. П.).

Краткосрочное действие низких температур животные северной и южной популяций переносят успешно, используя однонаправленный характер ответной реакции энергеткки печени и миокарда. Поддержание температурного гомеостаза-сопровождается снижением АДФ/0 и активацией сукгататоксидавной- систем!, которая возрастает на 30-401. Некоторое увеличение фонла внутримстохбадряальной янтарной кнсло-т'н с усилием окисления дилипов' в мятохонлрчях сердца (увеличение ротен:-;> и малснпт г.-е?и<" генткого- лыхаиия -на зиясганяык субстратах на У01 (при р$0,051 способствует повышенна резистектпости организма к -экстремальным ¡ср-сикосрочньм еоздсйкшмм температур. Основной обмен у северных и южных полевок (70Х и 202 соответственно) достоверно увеличивается. |

Структура адаптивного ответа рьишя полевок на многочасовое воздействие холодом, вероятно, является проявление»! их несовер-неяяого термогевеза в сравнении с красными полевками Субарктики. Холодовая акклиматизация сопровождается торможением эндогенных энергетических субстратов митохондрий печени, снижением дыхания и

фос-форилирования на глутамате. Угнетение НАД-зависимого звена дыхательной цепи выступает как показатель начинающихся патологических сдвигов при неадекватных воздействиях (Кондрашова, 1975). Скорее всего,- угнетение дыхания на глутаминовой кислоте у полевок - результат отвлечения субстрата на биосинтетические процессы при развитии холодовой патологии, тем более что маломощная активация биосинтеза митохондриального белка не может противостоять разрушительному действию длительного холода (митохондриальный белок снизился на 54Х). Возросла скорость потребления кислорода тканями после фосфорилировання АДФ и АТФ и наблюдается значительное снижение дыхательного контроля (2 > ДК > 1 при р<0,01).

Общая направленность адаптивных перестроек и характер функционального состояния.митохондрий печени и сердца, по-видимому, связаны с экологией вида. Этим объясняется т ограниченное присутствие рыжих полевок в районах высоких широт.

Сравнительный анализ результатов видовой изменчивости основного обмена леммингов (зимний период) показал достоверные различия географической изменчивости животных. Основной обмен сибирского лемминга 5,42+0,19 мл/г. час, у желтобрюхого лемминга - 4,38 мл/г_ час, при этом лемминги имеют исходно более низкий уровень потребления кислорода, в сравнении с другими типичными представителями Субарктики - полевками Миддендорфа (рОг = 7,6 мл/г.час).

Отмечая устойчивую достоверную разницу исходного уровня основного обмена у исследованных видов, следует отметить, что по всем показателям энергетического обмена желтобрюхий лемминг эани-. мает промежуточное положение между сибирским леммингом и полевкой Миддендорфа.

Заслуживает внимания, что энергетический метаболизм тканей мелких маекопитаввдх вид»специфичен. Показав устойчивую достоверную разницу исходного метаболического состояния нетермогенных тканей (печень, сердце, селезенка, костный мозг), следует отметить, что по всем показателям- энергетического обмена лесные (красная,-красно-серая, рыжая) и серп? (экономки,' узкочерепные, паиешше) полевки занимают , промежуточное место между леммингами (сибирский и желтобрюхий) и полевкой Миддендорфа. ' • -

Лемминг сибирский отличается низким уровнем исходного метаболизма тканей (В] для Уэ> 1оэ5"ЗЫ), но активацией сукцинаток-сидаэной системы и окислительного синтеза АТФ (вг для УЯК,У^>

¿095"ЗЬ1) и наличием высокого содержания митохондриального белка (2,66-2,78), низким количеством НАД-зависимых субстратов, низкой активностью перекисного окисления липидов и лизосомальных ферментов. .

Лолеиъч Миддендорфа имеет высокий уровень эндогенного дыхания печени и сердца, свободного окисления субстратов и фосфорили-рующего окисления (В1 для Уэ, Ус, УФ> Ьодб'ЗМ) при низком содержании митохондриального белка в печени (0,48-0,8 мг). На примере этих двух типичных представителей териофауны тундры еще раз подтверждается мысль С.С.Шварца (1980) о том, что "приспособления субарктических видов неизмеримо глубоки и разнообразны".

Достоверных различий для внутривидовых форм полевок-экономок и узкочерепных полевок по эндогенному дыханию и окислению субстрата- сукцината (свободного и в присутствии АДФ), а также показателей эффективности дыхания и скорости фосфоршшрования в условиях физиологической нормы не обнаружено (В1 для Уд,УЯк> Уз,У«»Р/0 < (^оэб'ЗЫ). И лишь количество митохондриального белка в печени полевки-экономки достоверно выше, чем у узкочерепнлй полевки (вх для МТК белка > 1оэ5'ЗЫ).

В сериях исследований по действию низких температур на энергетический обмен печени и сердца установлено, что полевки, принадлежащие к широкораспрсстраненным видам, и типичный субстрат -полевка Миддендорфа имеют равные механизмы адаптации к холоду. При экстремальном воздействии 'низких температур (715°С -20°С) у полевки Миддендорфа наблюдаются незначительные сдвиги в содержании митохондриального белка печени при стабильности показателей окислительного обмена Уэ, УЯк> У3 и Р/0). Решающее значение в адаптации зверьков к низким температурам приобретает НАД-зависи-мая энергетика митохондрий печени. При возрастании окисления гду-тамата и активации скорости окислительного фосфоршмрования на данном субстрате в 1,5 раза температура тела 'полевок .понижается всего на 4,2°С, в отличие от животных, у которых снижение данных показателей метаболизма митохондриального аппарата сопровождалось падением ректальной температуры у особей на 8°С. У полевки-экономки при действии температуры - 15°С в течение 20 мин не наблюдалось достоверных сдвигов по эндогенному дыханию, окислению сукцината и в присутствии АДФ. Скорость окислительного фосфорили-рования на глутамате у полевки-экономки резко падает, что сопро-

вождается уменьшением температуры тела на 9°С, несмотря на активацию сукцинатоксидазной системы этих животных. Бри- возрастании показателя Уф на глутамате у узкочерепных полевок и повьгаении V® на сукцинате температурный гомеостаз животных поддерживается на уровне контрольных полевок.

Сдвиги в окислительном метаболизме печени охлажденных грызунов наблюдаются на фоне понижения количества белка в митохондриях у обоих видов грызунов. При холодовом стрессе после длительного (десять дней при 0°С+3°С) действия низких температур у полевок-экономок и узкочерепных наблюдается биохимическая дифференциация в реакции этих животных на холод в зависимости от подвида. У экономок северного подвида сопряженность окисления и фосфорилиро-вания на' сукцинате резко возрастает в отличие от южного подвида. У узкочерепных полевок коэффициент эффективности дыхания Р/0 на сукцинате возрастает у южной формы. Сдвиги в активации окислительных процессов у полевок-экономок наблюдаются при увеличении количества митохондаалыюго белка, а также и при длительной акк-лимации к низким температурам. По реакции митохондриального белка на холодовой стресс узкочерепные полевки приближаются к полевкам Миддендорфа. У полевок-экономок активация синтеза митохондриаль-ных структур при действии экстремальных факторов идентична возрастанию интенсивности биосинтеза митохондриального белка печени у типичного специализированного вида.

На примере наших исследований окислительного обмена печени и миокарда сибирского лемминга, энергетики обмена печени полевки Миддендорфа и представителей широкораспросграненных видов - ло-левки-экономки и узкочерепной - можно сказать, что при адаптации животных к различным факторам воздействия в организме наступают компенсаторные изменения за счет перестройки механизмов аварийной регуляции, конечной целью которых и является поддержание параметров гомеостааа животных. Сравнительный анализ результатов экспериментов указывает на разные пути приспособления видов и внутривидовых групп на уровне количественных и качественных сдвигов метаболических процессов в клетке.

Высокий уровень окисления и фосфорилирования на сукцинате и глутамате при пониженном синтезе митохондриального белка, т.е. высокая эффективность энергетики печени полевки Миддендорфа, типичного представителя субарктического вида, выявляется в опреде-

I

гСШ

ш

т Ш

* —

— и ч;

£

гЛ

1-0-

к ж-'" 1

Рис. 2«

я

Уо

I

120,

Эндогенное дыхание в митохондриях печени (а) ,

миокарда (б), о клетках костного мозга (в),

тимуса (г), селезенки (д) лесных полевок

Среднего Урала, о* (Р < 0,05 ).

1- красная, 2-красно-серая, 3-рыжая полевки.

Количество животных:

красная-80

красно-серал-63

рыжая-89

¿4

¿з г з Рис. з.

I

¿•Е

о

1

(2).(3)

200.

2 3 23

г з гз

2 3 23

г з гэ

Окислительный метаболизм в митохондриях миокарда полевок: 2-туркестанская, 3-каракульская формы в условиях нормы; (2)-туркестанская, (З)-каракульская формы в условиях ,

острой гипоксии Количество животных: туркестанская-28, каракульская-25

120

100

во

50

ленных вариантах охлаждения у полевок широкораспространенных видов; у северного подвида экономки и обоих подвидов узкочерепной полевки. Адаптация к экстремальному фактору воздействия на уровне вида Тподевка Миддендорфа) идет за счет экономизации окислительных процессов, т.е. за счет повышения эффективности метаболизма, что прогрессивно для популяции данного вида в целом. Четко' дифференцированные подвиды, специфически приспособленные к своеобразным условиям среды, при адаптации к действию неблагоприятных факторов прежде всего идут по пути активизации окислительных процессов за счет усиления интенсивности метаболического обмена, сопро вождаемого повышенным окислением субстратов сукцината и глутамат;

2. Окислительный метаболизм горных полевок

Высказана гипотеза, что специализированные горные виды ха растеризуются комплексом компенсаторно нриспосоСителышх реакций позволяющих существовать им без выраженной интенсификации ыорфо фивисаогических функций (Большаков, 1972; Шварц, 1080). Зксиери ментальное подтверждение этого позволяет с одной стороны, охарак териэова-гь энергетическую систему исследуемых горных форм, с дру гой - оценить адаптивные возможности данной системы в условие высокогорья.

На оснований проведенных исследований установлено, что ) всем показателям окислительного обмене! ннтактны." особи каракул! ских полевок имеют наименьший уровень вз для Уэ.Уик.У^оу&'йЬ чем у таласских и арчевых полевок. Содержание ферментатиъно] белка и скорость фосфорилировання при окислении оукцината у кар; кулисках полевок вшге, • чем у арчешх.

В условиях -хоодового стресса выводите* .ощиделеншк* пол ■ :,ые раалпчиа (В1г> <оэ5'ЗЬ1). У самок памкрскш<. л арче!их иол „•оь. при оллгзд'-пш! ь митохондриях печени увеличив«-) ¡тса индогени )1н1енс.кв1!ос!Ь окислении сукцината, в то -фемя. как с митохоидриального Оелка на единицу вес:» еркдеа с.нк* «х». У "ишра памарских и арчевых полевок при снилешш интеи.П' нос г и окислении субстрата увеличиваете.! содеркши« форментатит го ОеЛш. Последнее может свидетельствовать о том, что адаптга самцов идет за счет активации биогенеза структур, где происхо; ■окислительный синтез макроэргов.

Результаты исследований влияния острой гипоксии на энергетику обмена миокарда туркестанской и каракульской форм полевок по-, казали, что у самцов наблюдается снижение уровня эндогенного дыхания, свободного окисления сукцината, скорости дыхания в присутствии АДР и окислительного фосфорилирсвания. Однако коэффициент сопряжения окислительного дыхания и фэсфорилирования и дыхательный контроль (ДК) увеличиваются наряду с активацией биогенеза митохондриального белка ( Уе/М ).

Изменения показателей энергетического обмена миокарда у самок каракульской и туркестанской форм полевок в условиях острой гипоксии не однозначны, у самок туркестанских полевок наблюдается значительное повреждение всей энергетики сердечной мышцы (Уа* Уяк' Уф' р/°) А снижение количества митохондриального белка. Особенностью состояния энергетики миокарда каракульских самок при острой гипоксии является усиление эндогенного дыхания и преимущественная активация сукщшатоксидазной системы на фоне возрастания митохондриального белка. Особая роль сукцинатоксидазной системы в энергетике сердца, по-видимому, связана с уникальными свойствами этой ферментативной системы, способной обеспечить наибольшую скорость знергопродукции,■ энергозависимый транспорт веществ череа мембраны, высокую восстановлениость пиридиннуклеоти-дов. Такие свойства наиболее существенны в экстремальных условиях, так как при этом значение энергетического аппарата не ограничивается увеличением образования макрозргоэ, используемых в биосинтезах. Вероятно, значительная часть энергии используется для создания высокой энергизованности в клетке, обращения некоторых реакций и создания пула метаболитов для использования их в биосинтезах. В исследованной группе каракульских самок сукцинатоюси-дазная система миокарда оказалась более резистентна в отличие от туркестанской полевки, что указывает ка высокую степень приспособления этой формы полевок к экстремальным воздействиям. Энергетический аппарат миокарда туркестанских полевок менее подвержен действию хронической гипоксии. Повышение скорости эндогенного дыхания у самцов протекает при высоком Р/0, что свидетельствует о достаточно сформированном адаптационном механизме поддержания энергетического гомеостааа миокарда туркестанских полевок.

Анализ полученных Уравнений и расчетных данных установил,

что энергетический аппарат печени самцов и самок каракульских полевок по-равному выходит из состояния экстремума. Так, у самцов наблюдается понижение всех окислительных процессов при постоянном уровне Р/0 и дыхательного контроля. У самок повышается эндогенное ; дыхание и активизируется сукцинатоксидазная система и интенсивность фосфорилирующего дыхания. При длительной адаптации к гипоксии каракульских полевок окислительные процессы в митохондриях миокарда нормализуются до уровня контрольных животных. Стабилизация окислительного метаболизма сердечной шшци каракульских полевок свидетельствует об отрегулированном состоянии окислительных процессоа у этих животных. Потенциальные возможности и функциональная полноценность миокарда определяют адагеацкю организма к условиям высокогорной гипоксии, в то время как любое нарушение энергообеспечения сердечной ыыащы влечет за собой неминуемую гибель животного.

Из сказанного следует, что окислительный метаболизм печени и миокарда каракульских полевок обладает более совершенным комплек- • сом приспособительных реакций при достаточно невысоких показателях исходного метаболизма контрольных животные и меньшем индексе печени и сердца в.сравнении с туркестанскими полевками. Можно таске сделать вывод о существовании между каракульской и туркестанской формами полевок общности в закрепленных реакциях, юторые наиболее отчетливо проявляются в условиях, требующих мобилизации адаптационных потенций организма (рис.3).

.3...Структурно метаболические особенности ткани животных, , •-.• .обитающих а различных климато-географических'регионах, 1 I ....... и .их изменение при холодовом воздействии

: , . Впервые нами показано в экспериментальном материале на нес. кольких видах мшевидных грызунов, что адаптивные возможности организма к 'условиям высоких широт во многом определяются исходним состоянием энергетической системы, обеспечивающей устойчивость , организма к действий экстремальных факторов. При этом отмечено, . что исходное состояние энергетики тканей (печени, сердца, костного коага, селеаежи) связшю с экологией вида и является определяющим экологическую валентность вида.

Обращает на себя внимание и тот факт, что ¡рачительную рсф>

в развитии компенсаторно-приспособительных реакций при экстремальных воздействиях играют регенераторные процессы (Крьгаановс-кий, 1974; Ястребов и др., 1988), ибо они не только обеспечивают восстановление дефекта ткани при ее ловревдении, но и являются структурной основой усиления той или иной функция ткани и клет-ки(Меерсон. 1967; Саркисов, 1987). Современные теоретические представления дают основание полагать, что интенсивность, характер и резервные возможности регенераторных процессов существенно влияют на резистентность организма к экстремальным факторам, действие которых сопровождается функциональными и структурными изменениями, а при продолжительном воздействии и участием в формировании адаптации организма в новых условиях. Сведения о механизмах наблюдаемых перестроек ограничены и представлены 'лишь на лабораторных животных (Кириллов, 1977; Негоих, 1970; 0^ап1 е! а1., 1984 и др.).

Устойчивая адаптация животных к экстремальным условиям обитания (холодовое воздействие), характеризуемая формированием выраженных особенностей регенераторных и метаболических процессов в тканях исследовалась на мышах-самцах СВА массой 19-22 г, красных полевках массой 18-22 г, доставленных из природных популяций Курганской области и полуострова Ямал, сибирских леммингов массой 40-50 г, отловленных на полуострове Ямал.

При сравнении состояния энергетики мелких млекопитающих, отмечается достоверная разница исходного уровня обменных процессов в зависимости от их географической лрлнадлелиости. Общее потребление кислорода организмом у красных полевок (северная популяция) в исходном состоянии мекьгс, чем. у полевок из средней полосы (-12,2Х. р <0,05), а наименьший уровень основного обмена - у леммингов. При низких температурах потребление кислорода возрастает раньше у северных животных, особенно у леммингов на 38% (р <0,01) через 1 сутки, что подтверждает более высокую реактивность функциональных систем организма в условиях действия экстремального фактора.

У полевок средней полосы достоверное повышение •потребления кислорода определяется на 7 сутки (+23%, р <33.05) и'на 9 сутки (+24,8%, р <р,05) охлаждения.

Позднее наблюдается угнетение утилизации кислорода и к 14 суткам показатель оказывается на 23,1% (р <р,01) ниже уровня ин-

Рис. 4 Основной обмен мелких млекопитающих в эксперименте при холодовом воздействии (0° С) О лемминги И мыши СВА, о красные полевки северной популяции, а красные полевки южной популяции

тактных животных. Иная картина наблюдается у лабораторных мышеи. Холодовое воздействие вызывает повышение показателя вплоть до 10 суток (+52,62, р <0,001). Через 2 и 4 подели он остается на уровне в 1,5 раза превышающем контроль.

Отличительной особенностью кислородного метаболизма у полевок из природной популяции является снижение его интенсивности после подъема б ранние сроки охлаждения (рис.4). Смысл и значение повышения обмена хорошо понятны - увеличение знерго- и теплопродукции в условиях усиленной теплоотдачи. Снижение же может указывать, по-видимому, на включение специальных механизмов, сберегающих тепло и повышающих экономичность использования питательных веществ и кислорода. Причем, более эффективен этот механизм, вероятно, у леммингов, у которых происходит полная нормализация потребления кислорода.

В печени полевок северной популяции выше интенсивность окислительных процессов и содержание эндогенных энергетических субстратов (УЭНд+ Удел), в том числе сукцлната и НАД-зависимых при некотором сокращении доли липидов (табл.1). У них более активны лизосомальные ферменты, процессы перекисного окисления вместе с процессами антиокислительной защиты, а также окисляемость липидов (табл.1). Холодовое воздействие вызывает у красных полевок из средней полосы на 14 сутки активация КФ свободной + 185% и общей +18%, однако соотношение свободной и общей активности при этом не отличается от контроля (1-4,0%, 'р>0,05), что свидетельствует о стабильности мембран оргалела, по-видимому, находящихся под надежным контролем. Аналогичная картина: наблюдается у полевок с Севера, но уже на 3 сутки охлаждения. Через 2 недели у них отмечается лабилизация мембран лнзосом (+42%, р <0,05), ведуца я к некоторому росту свободной активности (+30,3%, р<(0,05). У леммингов через 3-е суток наблюдается тенденция к сниженгао активности кислой фосфатазы (свободная 36%, общая 22%) (р «33,05). Через 14 суток охлаждения значительно возрастает свободная и общая активность ферментов при мало меняющейся стабильности лизосом (+23,4%, р >0,05). У лабораторных мышей достоверных изменений показателей лизосомального аппарата печени при действии низких температур не отмечено.

Таблица 1

Видовые особенности метаболизма печени мелких млекопитающих

Красные полевки

Показатели Лемминг • Мши СБА

сибирсгай Северная Южная П=46

П=29 популяция популяция

п-31 П=28

1 2 3 4 5 ' __£

Энергетические Уяк 5.0 + 0.7 22,8 ± 1,9* 14,9 + 2,1 13,3 + 1.2

процессы в мито- Уз 8.6 + 1.3 81,1 ± 6,0* 51,0 + 5,1 50,2 + 4,3

хондриях АДФ/О 1,35 + 0,03 0,87 + 0,02 0.91 + 0,02 1,48 + 0,09

^/энд+Уднф 2,7 + 0,6 9,4 + 0,8* 4,5 + 0,8 3,0 ± 0,3

Переписное ■ Ь 4,5 ± 0,4 4,2 + 0,3* 11,4 0,9 3,0 + 0,3

окисление липи- 1 36,0 ± 3.1 34,3 + 1,2* 30,1 + 0,4 40,0 + 1,1

дов (ПОЛ) и ан- ^ - 0,15 + 0,01 0,64 + 0,09 0,59 + 0,11 0,45 + 0,05

тиокислительная н 11,8 0,6 16,7' + 0,8* 13,5 + 0.9 21,0 + 0,8

активность (АОА) Ь' 37,7 0,6 45,7 + 1,6* 49,5 + 0.3 50.0 + 0,7

Примечание: * - р ^ 0,05 при сравнении популяций полевок

Полученные результаты показывают, что пути перестройки лизо-сомального аппарата раз'личны у широкораспространенных видов полевок. Для севрных популяций характерна адаптация лизосом, что совпадает с увеличением общей интенсивности метаболизма печени. Для южных популяций более целесообразной оказывается низкая активность органелл, что согласуется с общей тенденцией экономизацин функций и метаболизма у этих животных.

Сопоставление двух популяций полевок и леммингов показывает разнонаправлешюсть изменений окислительного метаболизма печени в сравнении с исходным состоянием. Прежде всего характер и интенсивность реакции энергетического аппарата печени зависит от исходного функционально-метаболического состояния (Солъыаков и др., 1984). Чем ниже его активность у интактных животных, тем раньше и выраженное стимуляция окислительных процессов. У леммингов, автохтонов Субарктикм формируется пониженная окислительная активность в печени вместе с признаками Солее высокой эффективности использования энергии окисления - более высокой АДФ/О (табл.1). При охлавдешш у этих животных стимуляция дыхания сопровождается адекватной мобилизацией субстратов. У представителей северной популяции полевок наоборот закрепляется повышенная метаболическая активность ь печени. Последнее, вместе с обеспечением повышенной реактивности обменных и структурно-пластических процессов создает определенную угрозу срыва и истощения энергетического аппарата. При действии низких температур в течение 14 суток наблюдается незначительное увеличение АОЛ в печение (tgd- 26,7Z. Н - 19,4Х, 1 - 29,снижение этих показателей достоверное, р <^0,05). Идентичная, но еще более выраженная реакция отмечается у северных полевок (tgd, - 81,31, Н - 93,01, 1 - 29,9Г).Совокупность резких сдвигов показателей данных гоЕорит о значительном повышении АОА и .окисляемости липицов., У полреок из средней полосы отмечается некоторое снижение АОА цри.тех же условиях (h - 42,91, L' + 18,ZI, р<0,05). i '

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что у жилетных в процессе приспособления к условиям Севера формируются и закрепляются механизмы, обеспечивающие более надежную алтиокисли-тельную защиту для обеспечения оптимальных свойств СиомемСран, которые реализуются как в состоянии покоя, • так и при действии

низкой температуры (Арчаков, 1975; Новиков, 1985). Данные, полученные нами при исследовании мелких млекопитающих из природных популяций, свидетельствуют о ваток адаптивной роли формирования нового'морфэ-функционального состояния ткани, что возможно, по-видимому, рассматривать как оптимальный вариант приспособительной перестройки.

У исследовамых интактных животных выявлены различия показателей, которые свидетельствуют об особенностях у них физиологической регенерации печени. У красных полевок северной популяции в печени выше содержание ДНК, меньше интенсивность включения 3Н -тимидина в ДНК, ниже средняя плоидность гепацитов за счет снижения качества высокоплоидных клеток при некотором росте двундер-ных, по сравнению с полевками из средней полосы (табл.2). У леммингов отмечена низкая скорость синтеза ДНК в печени, сниженная плоидность гепатоцитов и наименьший среди всех исследованных животных уровень двуядерных клеток.

В периферической крови у леммингов и красных полевок северной популяции показан высокий уровень гемоглобина и эритроцитов при низком содержании ретикулоцитов. В костном мозге (КМ) у этих животных меньше общий пул кроветворных клеток, оСгьем эритроидного ростка и количество эритроидных клеток, синтезирующих ДНК, индекс созревания зригробластов. Такое сочетание показателей может свидетельствовать о повышении активности эритропоэза у северных видов, за счет более высокой пролиферативной активности эритрокари-оцитов и скорости созревания эритроидных клеток (табл.2).

Лемминги и красные полевки северной популяции, имея исходно иное состояние регенераторных процессов, демонстрируют и иную реакцию на холодовое воздействие. В печени этих животных раньше и более выракенно активируется пролиферация, что выражается увеличением включения эН-тимидина в ДНК и изменением соотношения классов плоидности гепатоцитов, а также процессы внутриклеточной регенерации (гипертрофии), которые отражают содержание ДНК в тканях . У лабораторных мышей и полевок из средней полосы через 3 суток отмечается противоположный сдвиг, По-видимому, за счет катаболизма структур и депонированных веществ. К 14 суткам явления гипертрофии, по-видимому, развиваются у мышей СБА и отсутствующ у полевок. Изменения регенераторных процессов при холодовом воз-

Таблица 2

Регенераторные процессы в тканях мелких млекопитающих различных климато-географических зон обитания

Показатель

Мыши

СВА Лемминг п-38 сибирский п-18 .

Красные нолевки

Евшая Северная популяция популяция гиИ5 п=31

Печень

ДНК иг/г с.вес 8,7 ± 1,8 11,1 1 1,1 13,0 1 2,0 18,0 ± 1,6* Включ.3Н-тимидина

Бк/мг ДНК ■ НЮ,У4£1,9 63,7 ± 9,8 181,8131,6 . 76,4 ±14.8*

Двуядерние кл. Л ' -ИЗ,5 Ср.пловдность 8,142 гепатоцитов

Гемоглобин, г/л Эритроциты, т/л р|*Т1!КУЛСЦИ'П1, г/л Миелоклриощгш Орптрокариоцити Лнде-ки созревания оритропластов

23,1 5,445

30,7 7,186

53,0* 5,614

Костный мозг .

151,542,77 116,6*1,7 156,613,7*

10,240.1 9,2±0,5 10.6Ю,5*

177,746,3 233,0123,9 143,113,5*

9,610,4 7,210,6*

1,640,2 2,410,1 1,910,2*

0,7510,03 0,7140,02 0,6210,02*

¡¡гим-.'чание: * - р ^ 0,05 при сравнении популяций полевок

дс-;« тнии у ле.'.шшгоь и красных полевок полуострова Ямал более вы-р-'ш ¡:и ¡1 саф-Ишотся даьпе, через 14 суток тенденции к восста- ' пОГ;..'л-ЦИй -/.ГХОДИОГО у1.0Е11Я Г.!жаз.'п'елей (иитактних ЖИВОТНЫХ) у се-¡;ср.'.;,х не: наблюдается в итлнчив от других. Это показыва-

ет, что рипкгшлооть на холрд визе у животных, адаптированных к условиям Севера и сбл/даоишх закрепленными специальными механизмами, делакауми их более устойчивыми к низким температурам.

Аналогичная картине наблюдается и в кроветворной ткани. У

северных полевок наблюдается повышенная регенераторная активность, проявляющаяся увеличением количества ретикулоцитов периферической крови (+147,2%, р <0,05), эритроидных элементов ЮЛ (+19,3%, р <0,05) уде через 3 суток и сохраняется через 2 недели, пребывания на холоде. У полевок средней полосы через 3 и 14 суток охлаждения не выявлено достоверных отличий со стороны эритрона, однако, учитывая динамику содержания эритроцитов и гемоглобина, можно предполагать, что реакция развивается позже первого и заканчивается раньте второго сроков исследования.

Полученные результаты показывают, 'что пути приспособления организма к условиям Севера у животных при общих тенденциях однонаправленности имеют различные механизмы аварийного регулирования.

Нами показано два варианта приспособления животных к действию неблагоприятных природных факторов: "мобилизационный", связанный с аварийной стимуляцией резервных возможностей тканевых метаболических систем и "экономичный", характеризующийся увеличением резервных возможностей тканевых систем за счет сннжения их текущей активности в состоянии покоя.

Наши результаты, дополняя фрагментарные данные других исследователей, позволяют установить закономерности изменения состояния энергетической системы животных и регенаторных процессов в условиях постоянно меняющейся среды обитания и найти подходы к созданию биологической модели для причинного анализа связей между регулирующим системами и регулирующими тканями.

Функциональное состояние энергетического аппарата, лизосом, системы ПОЛ-АОА, а также содержание ГАГ играют роль универсальных метаболических регуляторов регенераторных процессов, способных изменять чувствительность клеток и активность пластических процессов в тканях. Влияние метаболических факторов на регенераторные процессы зависит от выраженности сдвига и времени действия. Направленные воздействия на эти метаболические системы позволяют вызывать изменения интенсивности и характера регенераторных отве^ тов в тканях.

ГЛАВА IY. ТОКСИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЯШШХ МЕТАЛЛОВ НА МЕЛКИХ МЛЕКОПИТАЩИХ ПРИРОДНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ

Организмы реагируют на техногенные эмиссий изменениями в

процессах метаболизма и физиологии, аккумуляцией особо высоких концентраций загрязнителя. И если повышенные концентрации эмиссий приводят к острым макроскопическим видимым воздействиям (поражениям) , то более низкое их содержание вызывает хронические повреждения, что остается скрытым и может быть выявлено лишь путем физиологических и биохимических анализов. Многолетние наблюдения и исследования показали, что к опасным загрязнителям относятся тяжелые металлы - медь, цинк, кадмий. Для меди и цинка критическим органом является печень, то для кадмия и цинга - почки.

Кадмий имеет большое сродство к нуклеиновым кислотам, вызывая нарушение их метаболизма, разобщает окислительное фосфоршш-рование в митохондриях печени, вызывает изменения патологические в мембранах митохондрий и значительное увеличение числа лизосом.

Ряд исследователей считают, 'что высокая токсичность кадмия связана с аккумулированием его в тканях млекопитающих ввиду отсутствия гомеостатического механизма регулирования его содержания. Тем не менее имеются сведения и толерантности к кадмию (Уе~ подора! е1 а1., 1979).

Кадмий имеет большое сродство к гемоглобину и играет роль антиметаболита по отношению к цинку и меди. Таким образом, цинк, медь и кадмий конкурируют в организме за связь с металлотионеина-ми (Маак1еБ е1 а1., 1986).

Определение тяжелых металлов в животных тканях проводили методом атомно-абсорбционной спектрометрии на _ анализаторе Спектр-4А-1 (Хавезов, Цалев,•1983).

1. Энергетический обмен и уровни накопления меди, цинка и кадмия в тканях мелких млекопитающих в фоновых условиях и на техногенных территориях

В качестве объектов исследования использованы 9 видов мелких млекопитающих, составляющих основу фауны лесостепного Зауралья (пойма р.Пышмы, Талицкий р-н). Полевка-экономка и землеройка привезены с полуострова Ямал, р.Хадыта (67°40'с.ш.). Это районы, где не присутствует токсилогическое действие потоков техногенных загрязнений предприятий цветной металлургии на природные популяции. Данные по поведению техногенных потоков меди, цинка, кадмия и свинца в системе "почва-растение-кивотнсе" показали,что при эмяс-

сиях указанных металлов, определяющих их содержание в почве, значительно превышающее ЦДК, соотношение между ними.меняется в процессе продвижения по пищевой цепи, что определяется видовой спецификой обмена каждого ее вида (Микшевич, Ковальчук, 1988). Определены концентрации металлов в критических для каждого элемента органах и тканях у представителей трех групп животных, характеризующиеся экологическими особенностями существования вида и отдельных популяций (табд.З). Уровни накопления меди и кадмия в тканях насекомоядных достоверно отличны от таковых у полевок и лесных мышей, что свидетельствует, как минимум об экологических различиях этих видов, обусловленных характером питания.

Таблица 3

Содержание тяжелш металлов в органах животных из природных популяций Среднего Урала (р ^ 0,05)

Орга- Концентрация, мкг/г Вид Ро п ны и сырой массы

2 ткани -

меди цинка кадмия

Рыжая самец 4,3±0,6 120 ' I 5,28 20 19 0,05

полевка самка 3,7±0,2 I 2,42 18 30 0,39

II I 3,32 21 68 15,69

Полевка- са- 236 I 4,75 32 24 0,015

экономка мец 4,2+0,65 I 1,92 18 12 0,21

II I 1,48 20 12 9,02

Лесные мыши 171 I 2,98 25 53 0,10

самец 6,0i0,23 I 3,35 13 14 0,38

самка 6,7+0,35 II I 24 20 0,95

Землеройки 192 I 13,14 28 24 0,20

самец 10,7±0,70 I 7,68 13 67 0,39

самка 9,5+0,07 II I 14 74 0,50

Примечание: 2 - печень; II - почки; III - селезенка

Сравнительный анализ по накоплению тяжелых металлов критическими органами полевок показал, что наименьшее количество (в

пределах допустимых концентраций - ПДК - 0,4-0,5 мг/кг веса) распределяется в печени у рыжей полевки, экономки, лесной мыши и землероек Среднего Урала (табл.3). Наибольшая концентрация кадмия отмечена в селезенке у этих животных. Концентрация, кадмия в печени и почках у землероек самая низкая (0,2-0,39 мкГ/г). Уровень накопления токсикантов несколько иной у полевок из районов Северного Урала. В почках и сердце землероек с полуострова Ямал отсутствует Сс1. Выявлены половые различия по накоплению металлов в критических органах землероек. Повышенное содержание этих металлов наблюдается в печени, почках самок. Отмечается высокое содержание Си и гп у самок полевки-экономки в печени и сердце при полном отсутствии Сс! в сердце животных. Однако у северных популяций экономок наблюдается высокое накопление Со! в почках, в отличии от экономок из популяций Среднего Урала (3,46 мкР/г и 0,21 мкГ/г -соответственно). При сравнении землероек и полевок из природных популяций Северного Урала покачаны высокие содержания металлов в печени землероек, что в несколько раз больше, чем у полевок (Си : 18,27 и 2,03 соответственно; 7л : 93,23 и 35,2 соответственно). В миокарде землероек, накопление тяжелых металлов значительно ниже, чем у полевок.

Определенные нами уровни аккумуляции тяжелых металлов в тканях исследованных видов млекопитающих можно считать в качестве фоновых. Данные анализа основного обмена и окислительного метаболизма тканей этих млекопитающих'указывают, что энергетический ми-тохондриапьный аппарат кроме"обеспечения тканей энергией, участвует и в регуляции метаболизма экзогенных металлов, внесенных в организм опосредованно через цепь "почва-растения-животные".

Установлено, что у обыкновенных землероек, отловленных из загрязненных техногенными выбросами районов обитания (Оренбургская обл,, окрестности района Медногорского комбината) основной обмен выше, чем из фоновых территорий Южного Урала (ТО?, - 12,0 и 10,3 соответственно, t 1-2 * 5,86 > = 2,1). Средняя бурозубка. находясь в зоне техногенного пресса, уровень основного обмена не изменяет в сравнении с фоновыми территориями (ГО?, "11,7 и 12,7 соответственно, « 1,6 < * 2,2). Несомненно, у зем-

лероек должны существовать специальные физиологические и биохимические механизмы регуляции, позволяющие организму выдерживать экстремальные антропогенные нагрузки, тем более, что численность

популяции этих животных в техногенной зоне отлова не была значительно снижена в сравнении с фоновой территорией (при экспедиционных наблюдениях в течение 8 лет). Популяционная устойчивость землероек на техногенных территориях, по-видимому, достигается за счет не столько интенсификации энергетических процессов, сколько за счет метаболических перестроек на уровне клетки. Установлено,' что если основной обмен рыжих полевок фоновой территории (Талиц-кий р-н, Средний Урал ( у самцов - 3,8+0,2 мл/г. час, а у самок -4,ЗЮ,б мл/г. час, то рыжие полевки, отловленные в зоне техногенных эмиссий (Ревдинский р-н, Средний Урал) увеличили свой обмен до 5,4 мл/г час. При этом достоверные различия по этому показателю у самцов и самок отсутствуют (Ь = 0,9 Оо95 = 2,04) (рис.5). Повышение основного обмена под действием комплекса техногенных поллютантов, подтверждает высокую реактивность функциональных систем организма в условиях длительного действия экстремальных факторов.

, Энергетический аппарат печени рыжих полевок характеризуется лабильно-сопряженным.состоянием и высокой энергопродуктивностью тканей, что, по-видимому, может иметь место при восстановительных и репарационных процессах в клетке и организме (2,0> АДФЯК: 0>1). Лабильно-сопряженное состояние митохондриального аппарата печени полевок может быть и компенсаторным ответом митохондрий на воздействие изучаемого техногенного фактора, обеспечивающее новый энергетический режим организма при повышенных нагрузках и энергетических затратах. Уровень исходного метаболизма тканей, величина.,, "резерва" -■-. (Уднф * » "диапазона" (УДНф - У4) дыхательной ак~. тонкости митоховдркй печени,возрастают (рис.6). Активация окисли- -тс-'лъш;! .процессов тканей (у, исследуемых животных отмечается гши-чг. • тканевой энергетики. х'-\р.гчтеризу»п;ойся потаенным уровнем бк-осч^-кппоогах процессов) способствует восстановлению нарушенного физиолопгческого равновесия, направлена на поддержание гомеостаза особи, реализует возможность животного организма к выходу из патологического состояния, прежде всего усиливая активацию пластического обмена.

При техногенных нагрузках наблюдается активация синтеза в печени ферментативного белка. Регенерации в ткани способствует усиление окислительного метаболизма, умеренное повышение лизосо-мальной активности.

Рис.5 Зависимость потребления кислорода рыжей полевки от веса тела и места обитания (р 0,05). Количество животных: из зоны загрязнения-214, из фоновой зоны-396.

- 60 50 40

- 30

- 20 ~ 10

V дн<рЛ/3

120

100

80

60 ■ 40

' 20. '

V днф-У4

2.0

1.0

1 2

1-фон

2-зона

ГЧЛГПЯЧНОНИЯ

митохондриальный белок

Рис. 6 Покажтепи энергетических процессов в митохондриях печени самцов рыжей полевки (р 0.05). Количество животных: из фоновой зоны-164, из зоны з£|Грязнения-87

Стратегия приспособления энергетики мелких млекопитающих к экстремальным условиям техногенной среды характеризуется как нес-. пецифическая реа2<ция, поскольку аналогичная динамика метаболических процессов в тканях показана и при действии прочих экстремаль-' них факторов (холод, гипоксия).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог изложению фактического материала, логично полагать, что тканевые перестройки при устойчивой адаптации, обеспечивая поддержание основных гоыеостатических параметров, одновременно создают новый фон в организме, на котором иначе будут протекать физиологические процессы. В связи с этим становится актуальной проблема региональной нормы и нормы на раздражители в различных климато-географических условиях.

Комплексные эколого-физиологические исследования на уровне ввда, подвида, генетического варианта и популяции показали, что пути приспособления мелких млекопитающих к экстремальным факторам среды в плане энергетической платы едины и не. определяются их географической принадлежностью к ареалу, но механизм аварийного регулирования у представителей различных экологических групп достаточно специфичен и имеет свои особенности. Вполне естественно, что наряду с едиными закономерностями, выявленными в путях поддержания энергетического гомеостаза у широкораспространенних и специализированных форм полевок при адаптации к различным факторам экстремального воздействия, нами была выявлена и определенная разнонаправлеиность энергообеспечения. В этой связи следует отметить, что экологическая специализация у полевок с достаточно узким ареалом достигается при минимизации энергетических затрат без выраженных морфофизиологических перестроек. Видоспецифичные механизмы поддержания энергетического баланса, по-видимому, проявляются в процессе эволюционного становления видов в точной корреляции с конкретными требованиями среди обитания и реализуются не на системном уровне, а - на клеточном, тканевом . 00 этом свидетельствует то обстоятельство, что тканевые перестройки щрокорасл-ространенных видов полевок не обладают достаточно моадам энергетическим потенциалом, чтобы полностью обеспечить концепцию морфофизиологических перестроек и заменить их для поддержания гомеос-

тазиса в процессе формирования адаптации, что и выражается в максимализации физиологических функций.

В качестве морфофизиологических и биохимических критериев для характеристики различных сторон адаптации мышевидных грызунов к факторам среды обитания нами были использованы показатели энергетического обмена тканей и состояние системы крови. Однако, мы далеки от мысли, что такой прием является исчерпывающим для выявления физиологических механизмов, составляющих, основу адаптации организма к воздействующим на него факторам внешней средн. Вместе с тем такой подход позволит высказать соображения, касающиеся оценки дивергенции горных форм полевок, определить некоторые стороны генетических адаптации северных видов млекопитающих и широкораспространенных видов полевок.

Показано, что адаптация животных к экстремальным условиям во многом определяется исходным состоянием энергетической и кроветворной систем, обеспечивающих устойчивость организма к действию экстремальных факторов среды обитания.

Выявлено, что особенности тканевого энергетического метаболизма млекопитающих отражают специфику видовой и популяционной реакции животных на конкретные условия экосистемы. Вклад биохимической и эколого-физиологической компонент в ответную реакцию животных зависит от сезона, а величина этих колебаний связана с видовой стратегией приспособления к изменяющимся условиям среды.

Стратегия приспособления энергетики мелких млекопитающих к экстремальным условиям техногенной среды (выбросы тяжелых металлов) характеризуется как неспецифическая реакция, поскольку аналогичная динамика метаболических процессов в тканях показана при действии прочих экстремальных факторов (холод, гипоксия). Формирующееся под влиянием экстремального фактора нозое морфофункцио-нальное состояние ткани обеспечивает ее адаптииный статус в условиях длительного воздействия техногена.

Полученные экспериментальные данные расширяют современные представления общей теории адаптации организмов и механизмов аварийного регулирования при действии экстремальных природных и антропогенных факторов среды. Наши результаты, дополняя данные других исследователей, позволяют в известной мере оценить функциональное состояние энергетической и кроветворной системы мелких млекопитающих в условиях постоянно изменяющейся среды обитания я

найти подходы к созданию биологической модели для.причинного анализа между регулирующими системами и реагирующими тканями.

ВЫВОДЫ

1. Впервые показано в эксперименте на 13 видах мышевидных грызунов, что адаптивные возможности организма к условиям высоких широт и различным видам эмиссий во многом определяются исходным состоянием энергетической системы, обеспечивающей устойчивость организма к действию экстремальных факторов. Исходное состояние энергетического метаболизма тканей (печень, миокард, лимфатическая и кроветворная ткань) связано с экологией вида и является определяющим экологической валентности вида.

Отмечая устойчивую достоверную разницу исходного метаболического состояния в исследованных нетермогенных тканях, следует отметить, что по всем показателям энергетического обмена лесные (красная, красно-серая, рыжая) и серые (экономки, узкочерепные, пашенные) полевки занимают промежуточное место между леммингами (сибирский, желтобрюхий) и полевкой Миддендорфа. Энергетический метаболизм тканей мелких млекопитающих видоспецифиче'н.

2. Установлено, что действие экстремальных факторов на организм (холод, гипоксия, техногенные эмиссии, условия обитания на Севере и комплекс факторов высокогорья) сопровождается фазными изменениями обменных процессов в тканях и системе кроьи швотных из природных популяций. Показана специфичность структур)-.-метаболических процессов в зависимости от вида животного и от :ида исследуемой ткани экстремального фактора и продолжительности его воздействия.

3. Показаны популяционная, географическая, сезонная, половая изменчивость основного обмена, тканевого окислительного метаболизма печени, миокарда, костного мозга у серых, лесных и горных полевок. Высокая пластичность окислительных процессов в тканях этих животных обеспечивает им ареал значительной протяженности в широтном отношении (от 38° с.ш. до 73° с.ш.). 1

4. Нуги приспособления мелких млекопитающих к экстремальрым факторам среды в плане энергетической платы едины и не определяются их географической принадлежностью к ареалу, но механизм аварийного регулирования генетически детерминирован у представителей

разных экологических групп, достаточно специфичен и №>;еет сюу особенности.

Длительная адаптация к эстремальным факторам Севера у представителей широкораспространенных видов и узкоспециализированного вида характеризуется повышенной активностью регенераторных и обменных процессов, что достигается разными путями: за счет мобилизации тканевых метаболических резервов у первых и снижения интенсивности обменных процессов у вторых..

Б. Показано, что в энергообеспечении тканей при экстремальных воздействиях приоритетное значение преобретают как избирательность в окислении отдельных эндогенных субстратов, так и ре-гуляторные возможности биосинтетических процессов.

Энергетика печени каракульских и туркестанских горных полевок (самок) в условиях острой гипоксии характеризуется активацией сукуинатоксидазной системы при снижении интенсивности биосинтеза митохондриального белка.' Энергетический процессы в сердечной мышце у полевок (сомцов) снижаются, однако, эффективность дыхания увеличивается на фоне активации биосинтеза митохондриального белка.

Но низкой активности синтеза митохондриального белка печени узкочерепные полевки северных популяций при холодовом стрессе приближаются к типичным аборигенам Севера - полевкам Миддендорфа. У полевок-экономок активация синтеза митохондриальных структур печени при холодовом воздействии идентична возрастанию интенсивности биосинтеза митохондриального белка у лемминга сибирского при хронической гипоксии.

6. Показано, что воздействие йа .организм гипоксии сопровождалось у лабораторных крыс, сибирских леммингов и арчевых полевок достоверным увеличением содержания гемоглобина, эритроцитов, ре-кулоиитов в периферической крови, изменением морфологического состава костного мозга.

7. В периферической крови исследуемых мелких млекопитающих, обитающих на Севире, отмечено: высокий уровень гемоглобина и эритроцитов, но содержание ретикулоцитов ниже, чем у полевок ив районов Среднего Урала. В костном моэге у северных популяций полевок меньше общий пул кроветворных клеток и количество эритроид-ных клеток, синтезирующих ДНК.

8. Стратегия приспособления энергетики мелких млекопитающих к эстремальным условиям тенхногенной среды (выбросы тяжелых ме-

таллов) характеризуются как неспецифическая реакция, поскольку аналогичная динамика метаболических процессов в тканях показана и при действии прочих экстремальных факторов (холод, гипоксия). Формирующегося под влиянием экстремального фактора новое морфо-функциональное состояние ткани обеспечивает ее адаптивный статус в условиях длительного воздействия техногена.

9. Показана популяционная, видовая, половая, тканевая изменчивость по уровню накопления тяжелых металлов мелкими млекопитающими, обитающими в зоне выбросов техногенных поллютантов.

10. Определены условия, при которых на оргализмешюм уровне возможно проявление эффекта конкуренции микроэлементов при их совместной интоксикации. Построена модель, описывающая влияние конкуренции микроэлементов в крови на их накопление ь организме.

11. На примере популяций мелких млекопитающих, расположенных в зоне выбросов предприятий цветной металлургии Уральского региона, экспериментально показано, что размотанный в ходе исследований метод комплексной эколого-фи&иологической диагностики позволяет проводить биологический мониторинг конкретных ареалов по оценке влияния антропогенных воздействий на организм на ранних и Солее поздних этапах адаптации.

ОгаЮБШЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТШЕ ДИССИПАЦИИ

1. Особенности ьнутривидових изменений в энергетическом обмене печени двух ьндов полевок в условиях длительной акклиматизации к низким температурам. //Матер. Всес. конференции молодых ученых по вопросам морфологии и экологии жиёотшх; м. 1976. СЛ64

2. Дыхание и окислительное фосфорилироьание в митохондриях печени полевок с разной степенью специализации в условиях экстремального охлаждения и акклиматизации. //Докл. All СССР. - 197Ь. -Т. 223. - И З - С. 734-73?. Соавторш Г.Г.Рункова, A.И.Ястребов.

.3. Интенсивность дыхания и окислительного фос.форилировання i онтогенезе бесхвостых амфибий. //Докл. АН СССР. - 1976. Т. 227. -N 1. -С. 216- 219.

4. Окислительный Обмен В MUBUUrt Iii-UHItt I! креяетLcpnC/Й ткан uiwitpcKo:'! и арчевой .«оливки в условия* аормм и. экотрг'малыюго ох ааод>»»я. //Вопроса оаохтшчеишй ьючзлгин. - сйогдлок-к. шуй. О, 2И-47. Соавторы: Г.Г.Рункова, iJ.il. i ..•льй.-сгон, А.П.ЯстребоЕ

Н.Ф.Бабушкина, H.K.Сегаль, Г.А.Халевина.

5. Окислительный обмен печени полевок в условиях нормы и экстремального охлаждения в зависимости от пола, генерации и возрастной структуры популяции. //Вопросы биохимической экологии. -Свердловск. 1976. С. 3-17. Соавторы: Г.Г.Рункова, В.Г.Оленев.

6. Энергетические процессы кроветворной ткани субарктических и высокогорных животных в условиях экстремального охлаждения. //Материалы Международного анализа по приполярной медицине. - Новосибирск. 1978. - Т. 4. С. 131-132. Соавторы: А.П.Ястребов, Н.К.Сегаль.

7. Сравнительный анализ энергетических процессов у представителей равнинных и горних форм мышевидных грызунов. //Специальная и клиническая физиология гипоксических состояний. - Киев. 1979, Ч. 1. С. 229-301.

8. К вопросу о действии низких температур на энергетический обмен печени узкочерепной полевки. //Биохимия экстремальных состояний. - Томск. 1980. С. 1G.

9. Энергетические процессы в тканях печени и миокарда сибирского лемминга при воздействии острой гипоксии. //Млекопитающие СССР: Материалы III съезда Всесоюэ. териологического общ-ва. М. 1982. - Т. 2. - С. 44-45.

10. Энергетика обмена тканей памирской и арчевой полеьки при адаптации их к горным условиям. // Млекопитающие СССР. Материалы III съезда Всесоюз. териологич.общ-ва. - М. 1982. - Т. 1. - С. 108. Соавтор А.П.Ястребов.

И. Характеристика энергетических процессов тканей субарктических видов животных и их изменение в условиях воздействия экстремальных факторов. //Адаптация организмов к природным условиям: Материалы 4-ой Всесоюзной.конференции по экологической физиологии. - Сыктывкар. 1982. - Т. 3. С.60. Соавтор А.П.Ястребов.'

12. Исследование окислительного обмена у горных видов животных при воздействии экстремальных, состояний. //Патофизиология экстремальных состояний. - Уфа. 1982. С. 59-60. Соавтор А.П.Ябло-ков. | ■ -

13. Энергетика сердца и печени горных полевок группы Microbus juldashi-caiTUthersl (Mammalia). //Докл АН СССР. - 1982. - Т. 266. - N 3. С. 748-752. Соавтор В.Н.Большаков.

14. Использование морфофиэиологических и биохимических крн-

териев для оценки дивергенции горных полевок. //Популяционная изменчивость вида и проблема охраны генофонда млекопитающих. Мате- ' риалы Всес. совещания. - М. 1983. - С. 87-88.

15. Адаптационные возможности окислительного метаболизма; тканей и системы крови сибирского лемминга (Lemmus sibirlcus| Kerr, 1792). //Доклады АН СССР. - 1984. - Т. 274. - N 2. - С.: 493-496. Соавтор В.Н.Большаков. | ,

16. Энергетический обмен у полевок и его изменения в экстре-' мальных условиях. - Свердловск: УНЦ АН СССР. - 1984. - 115 с. Соавторы: В.Н.Большаков, А.П.Ястребов.

17. Эколого-биохимические показатели энергетического аппарата печени лесных полевок. //Энергетический и пластический обмен лесных полевок. - Свердловск. 1984. - С.26-47.

18. Адаптационные возможности окислительного метаболизма тканей и системы кроьи горных животных. //Известия АН СССР, серия биолог. - 1985. - N 4. С. 572-580. Соавторы В.Н.Большаков, А.П.Ястребов.

19. Биохимические критерии оценки состояния гомеотатистичес-ких систем при адаптации к условиям Субарктикц. // Биохимическая экология, экспериментальная и клиническая биохимия. - Свердловск.

- 1985. - С.176-185. Соавтор А.Б.Ястребов.

20. Эколого-биохимические показатели энергетического гомеос-таза двух популяций красной полевки на Урале. //Материалы IY Все-союз.съезда териологического общ-ва. - М. 1906^. - Т. 1. С. 224.

21. Биохимические критерии оценки состояния гомеостатисти-ческих систем при адаптации животных к условиям Субарктики. //Адаптация человека и животных г Материалы И Всесоюз. симпозиума "Биологические проблемы Севера". - Якутск. 1986. С. 86-87.

22. Энергетический обмен сердечной мышцы мелких млекопитающих гор и его изменения в экстремальных условиях. //Кровообращение в условиях высокогорной и экспериментальной гипоксии. Материалы III Всесоюз. симпозиума физиологов. - Фрунзе. 1986. -'С. 77-78. Соавтор А.П.Ястребов. i

23. Влияние выбросов медеплавильного комбината на энергетический обмен у мелких млекопитающих. //Экологические механизмы преобразования популяций животных при антропогенных воздействиях.

- Свердловск. 1987. - С. 39-40. Соавтор Н.В.Микшевич.

24. Эколого-физиологические аспекты адаптации мелких млеко-

питающих к экстремальным условиям средь обитания. // Экологические основы рационального использования и охраны природных ресурсов. - Свердловск. ■ 1987. - С. 45J46.

25. Эколого-биохимические исследования энергетического гоме-остаза горных полевок с помощью метода полярографии. //Экология и охрана горных видов млекопитающих. Материалы III Всесоюз.школы. -М. 1987. - С. 86-88.

26. Энергетический обмен мелких млекопитающих в эоне действия выбросов медеплавильного комбината. // Экология. - 1988. N 4. - С. 86-88. Соавтор II.В.Микшевич.

27. Эколого-физиологические и биологические особенности лесных полевок Урала. //Грызуны. Материалы YII Всесоюз. совещ. -Нальчик, Свердловск. -1988, - Т.1. С. 154-155. Соавтор Н.В.Микшевич.

28. Популяционная изменчивость энергетики лесных полевок. //Экология популяции. - М. 1988. - Ч. 2. - С. 85-87. . -

■ •• 29. Тяжелые металлы в системе "почва-растение-животное" в зоне действия медеплавильного предприятия. //Тяжелые металлы в окружающей среде и охарана природы: , Материалы II Всесоюз. конф. МГУ. - М. 1983. - Ч. 1. - С. 127-132. Соавтор Н.В.Микшевич.

30. Энергоресурсы клеток печени при адаптации организма к экстремальным условиям среды. //Физиология и биохимия клетки при действии экстремальных факторов. - Уфа. 1988. - С. 2-10. Соавтор

B.Н.Больиаков.

31. Популяционная изменчивость энергетики рыжей полевки. //Экологическая энергетика животных.; - Свердловск. 1988. С. 63-72. Соавтор М.В.Чибиряк.

32. Энергетические возможности мелких'Млекопитающих тундровых экосистем. //Взаимодействие организмов ы тундровых экосистемах. Воссюз.совещ. - Сыктывкар. 1989. - С. 63-64.

33. Эколого-физиологические и биохимические основы адаптации лесных полевок (род Clethrionomys). //Экология. - 1989. - N 3. -

C. 87-89.

- 34. Повышение неспецифической адаптации органиама рабочих к -"воздействию вредных профессиональных факторов: //Ускорение соци-■'ально-¡экономического-развития Урала.,,' - "СвёЙдловсК. '1989. ■"-' Ч. 1. -¡.С.-; :5.-ß. .Соавторы:) '.В.КВольиа&'в, 'А.П.'Йстребов; В.А.Сырнев, С.В.Дг.чр'.-нко. . '„'."'.'..,'" .'■•'- '

35. Значение биохимического компонента гемопоэзиндуцирующего микроокружения в регуляции регенерации крови в экстремальных условиях. //Нарушение механизмов регуляции и их коррекция. Материалы YJ Всесоюз. съезда патофизиологов. - М. 1083. - Т.З. - С. 1278. Соавторы: В.Г.Юшков, А.П.Ястребов.

36. Cold adaptation of rodents In nature and laboratory // Fifth International Theriological Congress, Rome, 1989, vol.2, p. 5C2-563. Co-author - V.N. Bolshakox.

37. Моделирование'конкурентного поведения тяжелых металлов. //'Ускорение социально-экономического развития Урала. Мат-лы Всесоюз, научи.-практич. кояф.- - Свердловск. 1939. - 4.2. - С.17-19. Соавтор Н.В.Микшевич.

38. Знергетичесгае аспекты адаптации лалеарктических млекопитающих рода Lemmus. //Мат-лы съезда ВТО АН СССР. - М. 1990. Т.2. - 18.

33. Биохимические механизмы экспериментальной • и природной адаптации мелких маеиопитающих к холоду и гипоксии. //Механизмы адаптации животных и растений к экстремальным факторам среды. Материалы YI научн.-практич. школа-семинара. - Ростов-на Дону.

1990. - Т.2. - С. 94-95.

40. Влияние конкуренции на поведение тяжелых металлов в системе "почва-растений-животное-человек". //Животные в условиях антропогенного ландшафта. - Свердловск. 1990. - С. 49-56. Соавтор Н.В.Микшевич.

41. Терморегуляторные возможности красно-серой полевки при ее адаптации к холоду. //Млекопитающие в экосистемах. - Свердловск. 1990. С. 28-29.

42. Studies of emergency regulatory mtciianisms under extreme conditions //V/orld Congress on Medical Physics and Biomedical En -gIneerlng : Abstr. of the Plenary Symp. Papers and Posters. - Kyoto, 1991, p.1289. Co-authors: O.G.Makeev, H. V.Mikshevlch, S.V.tsvirenko.

- 43. The role of biochemical component of the hemopoiesis In- j ducing microsurroundings in the postradiation recovery of hemopo-sis // World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering : Abstr. of the Plenary Symp. Papers and Posters. - Kyoto,]

1991. - V.29, p.1091. Co-authors: B.G.Jushkov, A.P.Jstrebov. J

44. On connection between the state of the hemopoietic tis-l

sue microci'rculato'ry channel and the biochemical component of the HJM of hemopoietic cells. //, World Congress on Medical and Biological Engineering': Kyoto, 1991. -V. 29. p. 1214. Co-authors.-A.P.'Jastrebov, B.G.Jushkov. ■ ■

45. Simulation of the competitive accumulation In mammalian organisms. // Fifth international Congress of Ecology. Yokohama, Japan, 1990. Abstr. of the Plenary Symp. Papers and Posters. -P.426. Co-author: N.V.Mlkshevich.

46. О механизмах конкуретного влияния на накопление тяжелых металлов в организме животного. //Животные в условиях антропогенного ландшафта. - Свердловск. 1991. - С. 96-101 Соавтор Н.В.Мик-шевич.

47. Экологизация и деятельность металлургических предприятий. - Методическая разработка. - Свердловск. 1991. - С. 51. Соавтор Н.В.Микшевич.

48. Энергетический обмен и уровни накопления меди, цинка и кадмия в тканях мелких грызунов в фоновых условиях. // Животные в условиях антропогенных ландшафтов. - Свердловск. 1992. - С. 72-79. Соавтор Н.В.Микшевич.

49. Адаптивные возможности энергетического обмена красно-серой полевки (Clethrionomys rufocanus Smdevall). //Экологическая энергетика позвоночных животных. - Екатеринбург. УИФ "Наука". 1993. - С. 120-130.

50. Physiological bases of adaptation and .mechanisms of emergency regulation of man and animals during extreme impacts. //Abstr. of 2 Far Eastern conference on medical and biological engineering. - Beijing, China, 1993. P. 212.

51. Control over physiological and biochemical parametrs of animal organist; from various climatico - geographic zones during increasing mosalcity of heterogenous blotechnlcal properties of the biosphere. // Abstr. of Z Far Eastern conference on medical and biological engineering. - Beljibg, China, 1993. - P.213. Co-author: N.V^Mlkshevich.

52. Accumulation of heavy metals and their effect on small mammals in conditions of technogenic emission. // Abstr. of 2nd European Congress of Mammology. - jthnnptcn, England, 1995. -P.100.

53. The ecology -and physiology of srcall pnwab. //2nd Eti-

ropean Congress of Mammalogy: Abstr. of the Plenary Symp. Oral and Poster Presentations. Southampton, England, 1995. - P. 73.

54. Energy exchange and blood system in small mammals from natural populations. // Fifth Intern. Conf. "Rodent & Spatiumj Biodiversity "and Adaptation": Astr. of the Plenfry Senus. Rabat', Maroc, 1995. - P. 1995. -'P.58.

55. ReculiaritleS of accumulation of toxicants in small rodents in natural populstions, //Fifth Intern. Conf. "Rodent, & Spatium. Biodiversity and Adaptation.* Abstr. of the Plenary Symp. Rabat. Maroc. 1995. - P.59.