Введение к работе
Актуальность исследования. Замена природных ландшафтов на антропогенные не только сопровождается нарушением естественных экологических связей образующих их компонентов, но и приводит в ряде случаев к масштабному техногенному загрязнению окружающей среды (ОС). Это ставит под угрозу существование многих видов растений и животных, являющих собой ценные биологические ресурсы. Современная концепция экологической безопасности должна строиться на использовании чувствительных методов биомониторинга и разработке высокоэффективных средств коррекции негативных изменений в живых организмах, которые обусловлены техногенными загрязнителями.
Актуальность настоящей работы определяется развитием идей комплексного подхода в экотоксикологических исследованиях, учитывающего возможные синергетические эффекты различного рода поллютантов, необходимостью научно-теоретического обоснования практических решений и рекомендаций, направленных на защиту биологических ресурсов (млекопитающих) от техногенных загрязнителей с помощью продуктов растительно-животного происхождения и естественных (природных) сорбентов.
Цель работы заключается в исследовании воздействий техногенных загрязнителей на организм млекопитающих и модификации обусловленных ими токсических проявлений с помощью голубой глины, меда и растительных экстрактов (клевера земляничного (Trifolium fragiferum), клевера седоватого (Trifolium canescens)), выделенных из флоры Центрального Кавказа.
Идея работы состоит в разработке теоретико-методологической базы для оценки токсических эффектов поллютантов ОС в условиях оксидативного стресса у млекопитающих и создании высокоэффективных методов защиты животных ресурсов.
Задачи исследования:
1. В модели этанол-индуцированного оксидативного стресса изучить воздействие на организм млекопитающих (крысы линии Wistar) ионов Zn(II) (0,16 мг/кг).
2. В исследованиях in vitro изучить сорбционные характеристики голубой глины в отношении ионов тяжелых металлов (Mn(II), Ni(II), Zn(II)).
3. Исследовать возможность применения природного сорбента – голубой глины для выведения ионов Zn(II) из организма млекопитающих.
4. В экспериментах на млекопитающих изучить гепатозащитный и антиоксидантный эффекты экстрактов клеверов земляничного и седоватого, произрастающих в условиях высокогорья РСО-А.
5. Изучить корригирующие свойства комплекса водорастворимых витаминов (С, В1, В2, В6, В12) в условиях модельного оксидативного стресса.
6. В исследованиях на животных выявить антиоксидантное и гепатозащитное действие меда, полученного в районах с минимальным техногенным загрязнением педосферы РСО-А.
На защиту выносятся:
- результаты исследований воздействия низких доз ионов Zn(II) на организм млекопитающих в условиях активации свободнорадикальных процессов;
- сорбционные характеристики природного сорбента – голубой глины в отношении ионов Mn(II), Ni(II), Zn(II), изученные в нейтральных и кислых (приближенных к рН желудка) средах;
- результаты использования голубой глины в целях детоксикации организма млекопитающих от ионов Zn(II);
- результаты испытаний новых, неоффицинальных видов клеверов, выделенных из флоры Центрального Кавказа, обладающих антиоксидантными и гепатозащитными свойствами;
- результаты испытаний гепатопротекторных и антиоксидантных свойств меда (лесного разнотравного) из Кировского района РСО-А, имеющего минимальное содержание ионов тяжелых металлов в педосфере;
- результаты испытаний антиоксидантной активности комплекса водорастворимых витаминов.
Методы исследования включают биохимический анализ (автоматический биохимический анализатор ChemWell, США), гистологические исследования (окраска гематоксилин-эозином), гематологические исследования (автоматический гематологический анализатор Erma, Япония), спектрофотометрию (РС UV-спектрофотометр Shimadzu, Япония), атомно-абсорбционную спектрометрию (Квант Z-ЭТА, Россия), математический анализ (программный пакет Excel).
Объектами исследования являлись крысы линии Wistar (самцы и самки, 216 животных), образцы голубой глины, приобретенные в аптечной сети, мед, выделенный из районов с минимальным техногенным загрязнением, клевера (Trifolium fragiferum, Trifolium canescens), собранные в условиях высокогорья РСО-А, комплекс водорастворимых витаминов (С, В1, В2, В6, В12).
Научная новизна работы заключается в проведении комплексных лабораторных исследований по изучению воздействия на организм млекопитающих широко распространенных экотоксикантов. В разработанной модели этанол-индуцированного оксидативного стресса у животных показаны синергетические эффекты ионов цинка (II): раскрыты биохимические, гематологические и морфологические аспекты изучаемой проблемы.
Показано, что применение природного сорбента – глины в целях детоксикации организма животных от техногенных загрязнителей (тяжелых металлов) может иметь негативные побочные эффекты, проявляющиеся, в частности, морфофункциональными нарушениями в печени и почках.
На основании проведенных экомониторинговых исследований почвы РСО-А выделены наиболее безопасные районы, в которых добываемый мед обладает ценными целебными свойствами, что делает научно обоснованными рекомендации по рациональному использованию сконцентрированных на данных территориях растительных ресурсов.
Экспериментально доказано и теоретически обосновано, что флора высокогорий РСО-А содержит комплекс биологически активных веществ, обладающих мощным антиоксидантным и гепатопротекторным действием. Среди изученных видов клеверов (Trifolium fragiferum, Trifolium canescens) наибольшую активность показали экстракты на основе Trifolium fragiferum.
Научное значение работы состоит в изучении отдельных аспектов проблемы синергетических эффектов ксенобиотиков. Базисом, объединяющим механизм действия различных классов экотоксикантов (неорганических, органических и др. соединений), явились представления об инициируемых ими процессах перекисного (свободнорадикального) окисления (СРО), что послужило основанием к поиску (разработке) удобной модели оксидативного стресса у животных с последующим изучением сочетанных эффектов (на примере аква-ионов Zn(II)).
Практическая значимость:
1. Представленная модель этанол-индуцированного оксидативного стресса у лабораторных животных явилась весьма удобным инструментом в изучении сочетанных эффектов техногенных загрязнителей и продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ). Данное обстоятельство позволит глубже изучить механизмы возможного синергизма поллютантов и свести к минимуму риск для биосистем.
2. В исследованиях на лабораторных животных показана небезопасность использования глины в качестве энтеросорбента, которая, однако, проявляет высокие сорбционные характеристики в отношении ионов тяжелых металлов в исследованиях in vitro. Выявленные токсические эффекты глины являются обоснованной рекомендацией к более детальному изучению свойств данного класса природных соединений, широко используемых в животноводстве (в том числе в качестве источника микроэлементов).
3. Показана перспективность более углубленного изучения флоры Центрального Кавказа как источника биологически активных веществ. В исследованиях на крысах продемонстрированы антиоксидантные и гепатозащитные свойства новых видов – клевера земляничного и клевера седоватого, которые целесообразно использовать как в медицинских целях, так и в качестве ценных кормовых добавок в животноводстве.
4. Экомониторинговые исследования педосферы РСО-А на содержание тяжелых металлов позволяют рекомендовать районы с минимальным техногенным загрязнением для комплексного использования растительных биоресурсов. Мед, полученный из Кировского района (ст. Змейская), показал высокую антиоксидантную и гепатозащитную активность в исследованиях на крысах линии Wistar.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается высокой сходимостью экспериментальных данных, полученных различными (независимыми) методами анализа; результатами лабораторных исследований и испытаний, обработанными с применением методов математической статистики и теории ошибок.
Апробация работы. Основные положения и результаты докладывались на I Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы экологии и сохранения биоразнообразия России», Владикавказ, 2005 и II международной конференции молодых ученых «Биология от молекулы до биосферы», Харьков, 2007.
Внедрение результатов исследования. Материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс ГОУ ВПО «Северо-Осетинский государственный университет им. К. Л. Хетагурова» (г. Владикавказ).
Рекомендации производству: в экспериментах на лабораторных животных (крысы линии Wistar) показано, что, наряду с детоксицирующим действием, введение глины может сопровождаться прооксидантным эффектом, изменениями в функциях печени и почек, фиксируемыми не только биохимически, но и морфологически. Указанное обстоятельство побуждает к проведению углубленных исследований по выявлению возможных токсических эффектов от применения цеолитов, использующихся в практике животноводства.
Мед, выделенный из районов с минимальным техногенным загрязнением в РСО-А, показал высокую антиоксидантную и гепатозащитную активность, что обосновывает целесообразность более рационального использования биологических ресурсов изученных районов (Кировский, Дигорский, Ирафский).
Изученные виды клеверов земляничного и седоватого, показавших высокую антиоксидантную и гепатопротекторную активность, целесообразно внедрить в практику для создания новых фармакологических препаратов и в качестве кормовых добавок скоту.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ, отражающих основные результаты. В их числе 2 в журнале, рекомендованном ВАК, одна – в материалах международной конференции, остальные – всероссийских.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав (1- обзор литературы, 2- материалы и методы исследований, 3, 4- результаты собственных исследований), заключения, списка литературы, включающего 190 источник, в том числе 124 на иностранных языках. Основное содержание изложено на 149 страницах машинописного текста, иллюстрированного 18 таблицами и 37 рисунками.
.
