Введение к работе
Актуальность темы. Стремительно развивающийся процесс загрязнения окружающей среды в результате активной хозяйственной деятельности человека наносит существенный ущерб природным ландшафтам, водным бассейнам, что негативно отражается на функциональном состоянии гидробионтов и приводит к ухудшению здоровья населения, сопровождающегося сокращением продолжительности жизни, снижением рождаемости, патологиями в функционировании систем организма. Во многом этот процесс связан со значительной концентрацией в звеньях трофологической цепи различных химических ингредиентов — отходой промышлрнных и сельскохозяйственных прелппиятий (солей металлов пестицидов минеральных удобрений и др ) Многие из них отличаются кумулятивными свойствами депонируются в тканях животных и растительных организмов' индуцируягенотоксические и другие феномены.
Указанные обстоятельства детерминируют проведение научно-исследовательских работ по интегральной оценке комплексного воздействия антропогенных факторов на живые системы в целом, а также на их компоненты, находящиеся на разных ступенях эволюционного развития, для выработки мероприятий по предупреждению экотоксических эффектов, отдаленных генетических последствий.
Работами В. П. Казначеева (1988), А. П. Авцына (1990), Н. А. Агаджаняна (1994) и др. экологов и физиологов разработаны фундаментальные положения о реакциях организма человека и животных на меняющуюся среду обитания. Однако остались недостаточно изученными морфо-функциональные особенности перестроек, возникающих под воздействием факторов среды, в одной из наиболее филогенетически древних систем организма — репродуктивном комплексе. Между тем значительное количество клинико-статистических и общебиологических исследований демонстрируют резкое ухудшение функции репродукции при попадании особи или популяции в целом в неблагоприятные условия обитания.
Угасание репродуктивной активности рассматривается некоторыми авторами /Казначеев, 1988; Серов и др., 1993/ как своеобразная "плата за адаптацию", когда энергия организма направлена на поддержание процессов гомеокинеза при выключении менее важных для сохранения жизнеспособности особи функций. Длительное пребывание организма в контакте со
стрессирующим фактором любой этиологии приводит к необратимым негативным процессам в репродуктивной системе. Это находит свое отражение в уменьшении биологического разнообразия животных ((Volovik et al., 1993; 1996; Кожин, 1994). Таким образом, в сравнительно-эволюционном плане изучение особенностей изменений репродуктивных процессов в организме животных при их обитании в условиях хронического экологического неблагополучия является чрезвычайно актуальным и их выполнение, несмотря на трудоемкий характео — оправданным так как открываются возможности решения как фундаментальных так и прикладных проблем экологической физиологии.
Исследования, отраженные в диссертации, предусматривались планом научно-исследовательских работ АзНИИРХ и осуществлялись в рамках ГНТП "Общегосударственной комплексной программы исследования и использования Мирового Океана (раздел "Азовское море" в проектах "Моря СССР" и "Моря России" ГНТП "Мировой океан"), а также в соответствии с научно-техническими отраслевыми программами Минрыбхоза СССР, затем Госкомрыболовства РФ "Разработать научные основы охраны рыбохозяйственных водоемов от загрязнения" и "Провести комплексные исследования биоресурсов Азово-Черноморского бассейна с целью их рациональной эксплуатации, сохранения и разработки долгосрочных перспектив развития рыболовства ("проект Биоресурсы").
Основная цель работы заключается в разработке концепции, отражающей фукционально-морфологические перестройки в репродуктивной системе животных разной видовой и систематической принадлежности под воздействием комплекса неблагоприятных антропогенных факторов, тестов по оценке токсичности среды и эффективных мероприятий, способствующих снижению негативного антропогенного воздействия на биологические объекты.
Ее реализация осуществлялась путем решения следующих задач:
1. Разработать приемы биологического скрининга
экотоксичности среды с использованием биообъектов, находящихся
на разных уровнях эволюционного развития;
2. Изучить особенности и последствия функционально-
морфологических перестроек в репродуктивной системе
пойкилотермных животных ( на примере хрящевых и костистых рыб)
в условиях антропогенного изменения среды их обитания, а также в
эксперименте;
-
Найти и обосновать критерии интегральных оценок нарушений функционального состояния исследуемых промысловых объектов Азовского бассейна, выяснить значения и последствия таких нарушений для биологии и поведения гидробионтов и предложить новые методологии проведения научно-промысловых исследований с учетом полученных результатов;
-
Выявить изменения в репродуктивной системе теплокровных животных под воздействием комплекса химических факторов в моделируемых условиях (на примере крысы);
-
Изучить медико-статистическую информацию, характеризующую состояние репродуктивных процессов у населения, проживающего в экологически неблагоприятных районах Ростовской области и сопоставить ее с показателями биологического скриннинга экотоксичности среды;
-
Разработать способ снижения ксеногенной интоксикации организма и морфо-функциональные критерии его эффективности;
7. Обобщить материалы в виде схемы, раскрывающей
формирование адаптационных реакций организма животных
разного систематического положения под воздействием
антропогенных факторов среды.
Научная новизна результатов исследований. Новизной отличается выдвинутая нами концепция о закономерностях реакций организма, в частности репродуктивной системы, на хроническое воздействие ксенобиотиков. Последняя заключается в фазности функционального "отклика", каждая из фаз характеризуется определенными нейроэндокринными перестройками. Впервые обнаружено, что патоморфологические изменения в нейроэндокринных комплексах гидробионтов, индуцируемые факторами среды, сопровождались искажением их нерестовой миграции и полового поведения. Доказана роль нейроэндокринного комплекса и обменного статуса в механизмах нарушений репродх/ктивной системы животных разного \гоовня филогенетической организации Разработана новая методика Голого-токсикологического мониторинга, позволяющая получить комплексн\/ю оiiенKV м\/тагєннпгти поллютантов на хроморомном и геномном уровнях Впервые показано что наиболее чувствительным топографическим показателем ксеногенного воздействия являются хоомосомные пеоестоойки в клетках гидообионтов выложенных в оазшчных по vdobhL загоя^е^ водоемах Вео^икаиией этого положения являются ^ функцийценньГпромысловьх об^ктоГи^едГо стато^еских
показателей состояния репродуктивных процессов у населения, проживающего в тех же районах.
Патентной новизной отличаются материалы, указывающие на то, что надежным индикатором индивидуальной чувствительности человеческого организма к суммарному воздействию ксенобиотиков, поступающих ингаляционным путем, являются морфометрические показатели клеток буккального эпителия, регистрируемые в заданном временном диапазоне.
Впервые проведена оценка воздействия биологически активных веществ в снижении негативных последствий влияния ксенобиотиков на функциональный статус животных разного уровня организации.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Результаты наших исследований расширяют и конкретизируют существующие представления о системности функционально-морфологических перестроек в организме животных, в частности, в репродуктивном комплексе, связанные с воздействием антропогенных факторов. На основании полученных результатов внедрен и осуществляется биологический мониторинг токсичности водных экосистем Азово-Черноморского бассейна с использованием объектов разных уровней организации. С помощью разработанных приемов определены водоемы высокой степени неблагополучия для обитающих в них гидробионтов, а также населения, использующего воду и сельскохозяйственные продукты в качестве звеньев трофологических цепей. Информация о экотоксичности послужила основой как для коррекции методики прогнозирования, так и для разработки предложений по новой организации промысла ценных пород рыб в Азовском море.
Выяснение отдаленных негативных функционально-морфологических последствий как результата антропогенных воздействий, в том числе, ксенобиотиков, попавших в среду обитания, дало возможность проводить мониторинг функционального состояния рыб, а также оперативно обследовать водоемы и гидробионтов для оценки ущерба, нанесенного чрезвычайными нарушениями экосистемы водоема ( в частности, за счет выбросов загрязняющих веществ). На тест, разработанный для определения индивидуальной чувствительности человека к комплексному действию ксенобиотиков, в основе которого лежат неинвазивные методические приемы исследования (морфометрия клеток буккального эпителия), получено положительное решение о выдаче патента (№ 030119257/14, 1994). Способ снижения ксеноинтоксикации у животных путем введения в рацион специальных пищевых добавок, отличающихся антидотными
свойствами, а также критерии оценки их применения, предложенные и разработанные нами, используются в медицинской и рыбохозяйственной практике. Подготовлен и читается курс лекций по гистологии и эмбриологии рыб во Всероссийском пищевом институте (ВЗИПП).
Положения, выносимые на защиту. 1. Функционально-морфологические изменения в репродуктивной системе и обмене веществ у биообъектов разных уровней филогенетической организации, возникающие под воздействием ксенобиотиков, характеризуются фазной динамикой. Глубина патологических изменений зависит от адаптивной способности организма;
2. Разнообразие нарушений в репродуктивной системе и других
органах и тканях животных является тестом степени антропогенного
преобразования экосистем, и свидетельствует об усилении
ксеногенного пресса в современный период;
-
Маркерами токсического действия ксенобиотиков, кумулирующихся в водных экосистемах (водная толща, донные отложения, ткани животных), являются нарушения на хромосомном и геномном уровнях, регистрируемые у растительных и животных объектов;
-
Механизмы формирования адаптационных реакций, нарушений воспроизводительной системы и поведения разных типов животных заключаются в дискоординации сопряженного функционирования гипоталамо-гипофизарного комплекса и периферических эндокринных желез;
-
Выявленные физиолого-биохимические изменения в организме разных животных в значительной части случаев нельзя рассматривать как необратимые. Снизить негативные последствия антропогенного воздействия на животных можно, используя гормональные и биологически-активные препараты, что доказано результатами выполненных экспериментов и внедрением их в практику рыбоводства.
Апробация работы. Основные материалы и положения докладывались и обсуждались на Всесоюзных, Всероссийских и Международных съездах и симпозиумах, региональных совещаниях, в частности: на VII, X Всесоюзных совещаниях по эволюционной физиологии, посвященных памяти Орбели Л. А. (Ленинград, 1978, 1990); на Vlll, IX Международных симпозиумах по нейросекреции (Ленинград 1976 1985); на II III Всесоюзных конференциях по нейроэндокринологии (Иваново, 1982; Харьков 1988V на III IV Всесоюзных конференциях "Эндокринная система организма и вредные факторы окружающей среды" (Ставрополь, 1983;
Ленинград, 1991); на II, V, VI, VIII Всесоюзных конференциях и симпозиумах по экологической физиологии и биохимии рыб (Вильнюс, 1985; Ростов-Великий, 1990; Петрозаводск, 1992; Волгоград, 1993); на III симпозиуме "Актуальные вопросы по локомоции первичноротых( Карадаг, 1990), на II и III Международных симпозиумах по осетровым рыбам (Москва, 1993; Италия, 1997); на Межведомственных ихтиологических комиссиях (Москва, 1994; Астрахань 1995; Краснодао 1997); на I (XI) Международном совещании по эволюционной физиологии (Санкт-Петербург 1996); на Международной конференции "Центра международных проектов СИТЕС по редким и исчезающим видам животных" (Москва 1996V на Российско-Украинской конференции "Азовский эколого-
инФоома^
информационный круг ^азвитиен
997 ; нГневно поомысГовых совета^^ АзовГчеоноЗского бассейна и на \Л VH Ш сег^
Со^етахАзНИИРХО9К
Публикации. По теме диссертации опубликованы 60 работ.
Структура а ибъем ррботы. Диссертация изложена на 350 стр., состоит из введения, обзора литературы, 7 глав, отражающих основные результаты НИР и их обсуждение, заключения, практических рекомендаций и выводов, содержит 72 рисунка, 68 таблиц и 325 ссылок на отечественные и зарубежные литературные источники.