Введение к работе
Актуальность темы. Иксодовые клещи представляют группу высокоспециализированных кровососущих членистоногих, паразитирующих на наземных позвоночных животных. В процессе длительной эволюции у иксодид (Ixodidae) развился комплекс морфофункциональных адаптаций к кровососанию и эктопаразитизму в первую очередь на млекопитающих и птицах (Балашов, 2004). Всем иксодидам свойственна жизненная форма длительно питающихся временных эктопаразитов. Личинки, нимфы и самки питаются однократно, каждый акт питания занимает от 3-6 у неполовозрелых особей до 6-12 сут у самок и сопровождается многократным увеличением массы и размеров тела по типу неосомии (Балашов, 1998). В связи с этим у особей одной фазы на стадиях свободного существования и питания существуют глубокие морфофункциональные различия. Иксодиды на каждой фазе развития чередуют периоды свободного существования и паразитизма, которые различаются глубокими морфофункциональные изменениями. Суммарное время питания на всех фазах значительно меньше периода свободного непаразитического существования. Однако, период питания является определяющим для продолжения онтогенеза особи, а морфо-функциональные изменения в организме питающихся клещей становятся основным регулирующим механизмом в системе отношений паразита с хозяином - прокормителем, что является базой образуемой ими природной паразитарной системы. В состав такой паразитарной системы могут входить многие виды микроорганизмов, простейших, нематоды, часть из которых является возбудителями инфекций и инвазий позвоночных. Медико-ветеринарное значение иксодид огромно вследствие их способности передавать при укусах многие виды возбудителей трансмиссивных инфекций, а также сохранять и накапливать их в периоды между питаниями. От собранных в природе иксодовых клещей было выделено более 100 вирусов, более 30 видов риккетсий, несколько видов бактерий, простейшие и филлярии, многие из которых патогенны для человека и животных (Балашов, 1995).
Клещей сем. Ixodidae, насчитывающего около 680 видов, принято разделять на 2 группы: Prostriata и Metastriata (Horak e. a., 2002), в современной русскоязычной литературе чаще применяют разделение на два подсемейства: Ixodinae и Amblyomminae (Филиппова, 1997). Количество надвидовых группировок в Metastriata и в Amblyomminae различно, а Prostriata и Ixodinae представляют один род Ixodes. Данные систематики, морфологии, экологии, зоогеографии, а также молекулярной таксономии показывают на целесообразность подобного разделения и свидетельствуют о раннем эволюционном разделении этих двух стволов (Балашов, 2004). К клещам рода Ixodes, образующего подсем. Ixodinae, относится 241 вид (Horak e. a., 2002).
При сходстве общей схемы паразито-хозяинных отношений у клещей подсемейств Ixodinae и Amblyomminae у них выявлены значительные отличия в различных аспектах этих отношений, в частности морфофункциональной реализации основных жизненно важных процессов, таких как питание, пищеварение, слюноотделение. Морфологические различия представителей этих двух подсемейств затрагивают основные системы органов. Кроме отличия в системе определения пола существуют вариации числа хромосом. Обе группы отличаются друг от друга строением выводных протоков самок, строением секреторных альвеол слюнных желез, строением дермальных желез, местом формирования линочного шва, а также особенностями прикрепления при питании (Балашов, 1998). Это обстоятельство позволяет предполагать, что морфофункциональная реализация жизненной схемы у клещей этих двух подсемейств иксодид различна.
Обращает внимание факт отсутствия общих возбудителей у представителей подсем. Ixodinae и Amblyomminae. Это указывает на наличие специфических особенностей у видов этих двух подсемейств и целесообразность их морфофункциональных исследований. К числу важнейших процессов, регулирующих комплекс паразито-хозяинных отношений клеща с возбудителями и прокормителями, относятся морфофункциональные перестройки кишечника и слюнных желез питающихся клещей. На стадии питания многие иксодины способны получать и передавать возбудителей трансмиссивных инфекций, судьба которых, в свою очередь, зависит от согласованности их циклов с морфофункциональными изменениями и способности к диссеминации в организме клеща.
Морфология и физиология основных систем органов клещей подсемейства Amblyomminae детально исследованы и описаны в нескольких, ставших классическими, обзорах (Балашов, 1967; Атлас..., 1979; Physiology of ticks, 1982; Sonenshine, 1991). Значительно меньше оказались изученными представители подсемейства Ixodinae (Таежный...,1985; Балашов, 1998), однако уже имеющиеся данные показывают значительные различия в строении и физиологии представителей этих подсемейств, так что экстраполировать данные морфологии амблиоммин на представителей р. Ixodes нам представляется ошибочным.
Таким образом, необходимость продолжения исследований морфофункциональных изменений у питающихся иксодин не вызывает сомнений. Особенно важными являются исследования основных систем органов иксодин, которые участвуют и находятся под непосредственным влиянием процессов питания и пищеварения - кишечник, слюнные железы, а также особенности прикрепления при питании.
Актуальность проведения данного исследования заключается в том, что несмотря на детальное изучение морфологии и физиологии иксодовых клещей (сем. Iodide) на примере представителей подсемейства Amblyomminae, морфофункциональные особенности клещей подсемейства Ixodinae долгое время оставались не исследованными. Накопившиеся к настоящему времени данные свидетельствуют о принципиальных морфологических отличиях представителей двух подсемейств. Важно отметить, что факты переноса иксодинами возбудителей трансмиссивных инфекций, таких как клещевой энцефалит и иксодовые клещевые боррелиозы, делают исследования этих клещей не только актуальными, но и практически важными.
Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования является изучение морфофункциональных изменений в организме питающихся иксодин и их значения в регуляции клещём отношений с природными прокормителями и патогенами на примере боррелий из группы Borrelia burgdorferi s.l.
Для выполнения исследования были поставлены следующие задачи:
-
Изучить динамику питания и морфофункциональные перестройки в центральном отделе кишечника и в дивертикулах на протяжении питания нимф и самок клещей рода Ixodes.
-
Исследовать особенности морфофункциональных изменений при действии факторов, дестабилизирующих питание клещей (отсутствие оплодотворения у самок, иммунизирующие кормления на лабораторных животных).
-
Выяснить особенности морфофункциональных изменений в слюнных железах самок клещей рода Ixodes в голодном состоянии и на протяжении всего периода питания.
-
Исследовать особенности прикрепления при питании клещей рода Ixodes на их природных прокормителях, мелких млекопитающих, птицах, ящерицах. Провести сравнительный анализ особенностей питания иксодин на амниотах.
-
Провести сравнительный анализ морфофункциональных изменений в организме питающихся самок клещей подсем. Ixodinae и Ambliommynae.
-
Выявить особенности формирования резистентности у рыжих полевок, основных прокормителей преимагинальных фаз иксодин в лесных экосистемах северо-запада России.
-
Исследовать значение морфофункциональных перестроек в организме питающихся клещей иксодин для получения, сохранения и передачи патогенов, на примере боррелий из группы Borrelia burgdorferi s.l.
Научная новизна. Впервые проведено исследование изменений в кишечнике и слюнных железах на протяжении всего многодневного питания иксодин. Показано, что неосомия, или доразвитие организма клеща на стадии питания, происходит в результате образования, функционирования и смены нескольких морфофункциональных пластов кишечных клеток, обеспечивающих пищеварение. Впервые исследована динамика образования перитрофического матрикса различными пластами кишечных клеток на протяжении питания, обсуждается его роль в пристеночном пищеварении и защитная функция. Исследована динамика гранулосекреторной активности слюнных желез самок иксодин, показано изменение секреторных продуктов на протяжении питания. На основании обширных литературных данных об иммунохимическим факторах слюны и собственных морфофункциональных исследований клещей сделана попытка анализа фармакологических свойств секретов разных типов гранулосекреторных альвеол на протяжении питания.
Впервые описаны особенности питания и прикрепления клещей на представителях основных групп природных прокормителей (мелких млекопитающих, воробьиных, ящерицах) в сравнении с лабораторными животными. Показано, что у природных прокормителей при питании иксодин развивается воспаление продуктивного характера с образованием струпа, фибринового конуса и коллагеновой капсулы, локализующей очаг. Доказано, что при питании иксодины не образуют цементного футляра, в отличие от амблиоммин.
Впервые проведено исследование (иммуноферментный анализ) противоклещевой резистентности рыжих полевок из природы, основных прокормителей преимагинальных фаз иксодин, полученные данные проанализированы с учетом сезонной динамики активности иксодин и результатов лабораторных кормлений. Показано, что третья часть природной популяции рыжих полевок в условиях северо-запада России формирует иммунитет к таежному клещу.
Исследованы локализация, трансовариальная и трансфазовая передачи боррелий из группы Borrelia burgdorferi s.l. у таежного клеща. Установлено, что развитие боррелий в организме клеща адаптировано не только к морфофункциональным изменениям у каждой отдельной особи переносчика, но и к смене последовательных фаз в онтогенезе. Сделан вывод о том, что существование у клещей рода Ixodes специфических морфо-функциональных особенностей, таких как наличие перитрофического матрикса и пристеночное пищеварение, слабо выраженное внекишечное пищеварение, отсутствие фагоцитоза и цементного футляра, обеспечивает их участие как специфических переносчиков возбудителей иксодовых клещевых боррелиозов и клещевого энцефалита в природных очагах этих инфекций, в отличие от представителей амблиоммин, не обладающих этими особенностями.
Обосновано положение о том, что в регуляции паразито-хозяинных отношений в природных очагах трансмиссивных инфекций основное значение имеет синхронизация морфофункциональных изменений в организме питающихся иксодин и их согласованность с защитными реакциями организма прокормителя, особенно в местах питания клещей, что обеспечивает возможность циркуляции патогенов.
Теоретическое и практическое значение работы определяется новыми данными о регуляции паразито-хозяинных отношений между питающимися клещами, их прокормителями и возбудителями боррелиозов. Они реализуются на клеточно-организменном уровне системой морфофункциональных перестроек в организме питающихся клещей рода Ixodes, основных переносчиков клещевого энцефалита и боррелиозов в России. Результаты исследования открывают широкие перспективы в дальнейшем исследовании паразито-хозяинных отношений иксодин, переносчиков возбудителей опасных инфекций.
Сведения, приведенные в работе, могут быть использованы в вузах при чтении лекций в курсах паразитологии и акарологии, а также могут найти применение при разработке систем контроля клещей ветеринарными и санитарно-эпидемиологическими службами.
Основные положения, выносимые на защиту.
Морфофункциональные изменения в организме питающихся клещей иксодин строго синхронизированы с защитными реакциями в организме хозяина-прокормителя на протяжении всего периода питания.
Гистопатологические изменения в местах питания иксодин на прокормителях происходят в последовательности, характерной для раневого воспаления. Цементный футляр иксодины не образуют.
В основе пищеварения у иксодин лежит смена морфофункциональных пластов кишечных клеток. Перитрофический матрикс формируется на поверхности кишечных клеток всех морфофункциональных пластов на протяжении всего периода питания, разделяет зоны внутриклеточного и полостного пищеварения и, вероятно участвует в пристеночном пищеварении.
Развитие боррелий из группы Borrelia burgdorferi s.l. в организме клеща адаптировано не только к морфофункциональным изменениям в организме каждой отдельной особи переносчика, но и к смене последовательных фаз особи в онтогенезе.
Апробация результатов работы. Результаты исследований прошли апробацию на российских симпозиумах (XI – 1998 г. и XII – 2002 г. Съезды Русского Энтомологического Общества, VII – 1999 г. и VIII – 2004 г. Акарологические совещания, Республиканские научные конференции 2000,2002 гг., В. Новгород «Роль кровососущих насекомых и клещей в лесных экосистемах России»), участвовала в11-th International Course “ Biology of Disease Vectors”, Cheske Budejovice, June 16-30, 2001, в Отчетных научных сессиях зоологического института РАН, в 30-м и 35-м Чтениях, посвященных памяти академика Е.Н. Павловского (ЗИН РАН, ВМА).
Публикации. Всего диссертантом опубликовано 32 работы, из них по теме диссертации – 24 работы, все в рецензируемых журналах из списка ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 237 страницах машинописного текста и состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы (317 наименования, из них 91 - на русском языке). Работа проиллюстрирована 14 таблицами и 164 рисунками, включающими в основном оригинальные микрофотографии гистологических и электронно-микроскопических препаратов.
Благодарности. Автор выражает признательность сотрудникам лаборатории паразитологии Зоологического института РАН, оказавшим помощь и поддержку.
Представленная работа на разных этапах была поддержана грантами Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проекты № 96-04-48389, 96-15-97882, 99-04-49658, 02-04-48666) и Грантом поддержки ведущих научных школ (№ НШ-1664.2003.4)
