Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ВЛИЯНИЕ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ БАКТЕРИЙ РОДА BACILLUS НА МОРФОЛОГИЮ ОРГАНОВ-МИШЕНЕЙ МЛЕКОПИТАЮЩИХ ПРИ ИНТОКСИКАЦИИ СОЛЯМИ СВИНЦА

Бабушкина А.Е. 1
1 ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет»
Изучено влияние «Споробактерина» и «Бактисубтила» на печень и селезенку млекопитающих при интоксикации солями свинца. В качестве основной характеристики патологического состояния печени выбран размер ядер. В результате исследования выявлены патологические изменения у групп контроля металла на протяжении всего исследования – ядра гепатоцитов были увеличены в два раза. Соотношение красной и белой пульпы характеризуют нормальное или патологическое состояние селезенки. У группконтроля металла наблюдалось увеличение соотношения в сторону красной пульпы, при этом практически отсутствовала белая пульпа. В контрольных группах с применением пробиотиков достоверных изменений морфологии органов-мишеней не наблюдалось. Более того, патологическиеизменения не выявлены при применении пробиотиков после интоксикации солями свинца в опытных группах.
селезенка.
печень
Bacillus
«Бактисубтил»
«Споробактерин»
1. Вишняков А.И. Ультраструктура клеток костного мозга цыплят при воздействии свинца // Современные проблемы науки и образования. – 2011. - № 3. – С. 43.
2. Вишняков А.И. Морфофункциональные изменения клеток красного костного мозга животных при воздействии солей свинца // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. – 2010. - № 12. – С. 23-26.
3. Вишняков А.И. Морфофункциональная оценка гемопоэза кур при действии химических и физических факторов: автореф. дис. … доктора биол. наук. – Уфа, 2011. – С. 3.
4. Вишняков А.И. Источники поступления тяжелых металлов в организм животных // Агропромышленный комплекс: состояние и перспективы развития : сб. трудов Межрегиональной науч.-практ. конф., посвященной 100-летию со дня рождения проф. А.К. Ермолаева. – Великие Луки, 2009. – С. 96-98.
5. Вишняков А.И. Морфофункциональная оценка гемопоэза кур при действии химических и физических факторов :автореф.дис.…докт. биол. наук / Башкирский государственный аграрный университет. – Уфа, 2011.
6. Вишняков А.И., Лебедев С.В., Торшков А.А. Особенность костномозгового кроветворения птицы при воздействии экологическинеблагоприятных факторов антропогенного происхождения // Вестник Оренбургского государственного университета. –– 2009. – № 10. -Ч. 1. – С. 49-51.
7. Ковальчук Л.А. Тяжелые металлы в окружающей среде Среднего Урала и их влияние на организм //Экология. - 2002. -№5. - С. 358-361.
8. Сизенцов А.Н., Вишняков А.И., Новикова А.Е. Экологические аспекты аккумуляции свинца и цинка пробиотическими препаратами на основе бактерий рода Bacillus // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2011. - № 4. – С. 7.
9. Текуцкая Е.Е., Софьина Л.И., Бендер Л.В., Онищенко Н.П. Методы и практикаконтроля содержания тяжелых металлов в биосредах // Гигиена и санитария. – 1999. - №4. – С. 72-74.
10. Трахтенберг И.М. Приоритетные аспекты фундаментальных исследований в токсикологии // Тез. докл. I СъездатоксикологовУкраины. —Киев,2001. - С. 6.
11. Nakajima A. Selective accumulation of heavy metals by microorganisms // Applied microbiology and biotechnology. – 2004. – V. 24. - № 1. – P. 59-64.
12. Green-Ruiz C. Mercury (II) removal from aqueous solutions by nonviable Bacillus sp. from a tropical estuary // Bioresource Technology. – 2006. - Vol. 97, № 10. – P. 1907-1911.

Введение

Интенсификация промышленного производства и несовершенство очистных сооружений ведут к неуклонному росту уровня загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Как элементы-следы, некоторые тяжелые металлы (например, медь,цинк) необходимы для поддержания метаболизма млекопитающих. Однако при более высоких концентрациях они могут вести к губительным последствиям. Так, например, свинец, попадая в организм, вызывает свинцовую интоксикацию.Органами-мишенями при отравлении свинцом являются кроветворная и нервная системы, почки [1; 2].

Проблема загрязнения окружающей среды и организма человека тяжелыми металлами привела к необходимости детального изучения их поступления, распределения и накопления в организме.

Выяснение закономерностей, определяющих состояние и поведение тяжелых металлов в окружающей среде, — одна из ответственных научных задач. Металлы присутствуют в ничтожно малых количествах, но играют важную роль, входя в состав биологически активных веществ, регулирующих нормальную жизнедеятельность организмов[2].

Концентрация их в обычных условиях не велика. К тому же минеральные процессы связаны с естественными биологическими, а это уравновешивает присутствие тяжелых металлов. Другое дело — антропогенные источники попадания ионов металлов в воды при добыче нефти, угля, руды, а еще с промышленными отходами. Много загрязнений токсичными металлами вносится в воды и с сельскохозяйственными стоками. Тяжелые металлы присутствуют в виде коллоидных частичек в смеси с органическими и неорганическими веществами. Одной из форм таких токсичных металлов являются различные формы алкильных соединений ртути и таллия. Существуют в воде такие алкильные соединения мышьяка, олова, свинца, селена, кадмия. Такие вещества способны образовывать высокотоксичные органические соединения, вредные для всего живого даже в ничтожно малых количествах. Образование различных соединений металлов с органическими веществами приводит часто к новым, ранее не известным явлениям. Например, оказалось, что диметилртуть — довольно летучее металлоорганическое соединение - обнаружено в воздухе. Это вещество в свою очередь может подвергаться дальнейшим химическим реакциям (например, под воздействием ультрафиолетового излучения) и распадаться, а продукты распада — выпадают в виде ртутных дождей. В гидросферу ежегодно попадает тысячи тонн летучей и растворимой ртути. Загрязнение речной воды сказывается и в пищевых цепях.

Для токсического действия необходим контакт ксенобиотика с биологическим субстратом – объектом этого действия. Контакт может осуществляться при циркуляции вещества во всех жидких средах организма (крови, межтканевой жидкости), а также при непосредственном соприкосновении с оболочками клеток, цитоплазмой и её составными элементами[5].

Резорбция и распределение, а также выделение металлов, как и вообще экзогенных ядов, в конечном итоге схематически представляют как ряд процессов распределения между внешней средой и биосредами. В свою очередь в биосредах - организмах - происходит перераспределение между фазами: кровью и тканевыми и межклеточными жидкостями, между последними и клетками, между внутриклеточными структурами[12].

Концентрация металлов в месте действия является результатом динамических процессов всасывания из места поступления, проникания в жидкие среды, транспорта, распределения в органах и тканях, химических превращений в последних и процессов выведения из организма.

Загрязнение окружающей среды, в первую очередь микроэлементами из группы тяжелых металлов, способствует их накоплению и, как следствие, резкому снижению биопотенциала экосистем[4].

Как элементы-следы, некоторые тяжелые металлы необходимы для поддержания метаболизма млекопитающих. Однако при более высоких концентрациях или в соединениях они могут вести к губительным последствиям[5].

Для осуществления непосредственного контакта любого ксенобиотика с тканями, клетками, рецепторами ему приходится проникать через множество пограничных поверхностей – биологических мембран. Роль последних играет кожа, слизистая желудочно-кишечного тракта, эндотелии сосудов, альвеолярный эпителий, вообще гистогематические барьеры, оболочка клеток, внутриклеточных структур и т.д. Биологические мембраны имеют белково-липидную структуру. Клеточные мембраны представляют самостоятельный структурный элемент, активно участвующий в процессах обмена веществ. Мембраны рассматриваются как биологические, динамические структуры, содержащие ряд важных энзимных систем. Повреждения, вызываемые ядами, нарушающими функции энзимов, приводят к изменению проницаемости транспорта через эти оболочки [9].

Поверхность клеточных оболочек несет отрицательный заряд, что показано на примере эритроцитов, многих бактерий; но в тоже время на отдельных участках заряд может меняться. Ионы, достигнув поверхности клетки, либо фиксируются на ней, либо отталкиваются в силу одноименности заряда. Клеточные оболочки могут играть и защитную роль в отношении действия металлов. Последние в первую очередь фиксируются на поверхности и лишь медленно проникают вглубь клетки.

Соли металлов, как хорошо растворимые и диссоциирующие соединения, попадая в организм, распадаются на ионы. Скорость и полнота резорбции зависят от соотношения между ионизированной и неионизированной частью молекулы.

Металлы высшей валентности и так называемые тяжелые металлы, склонные к образованию очень трудно растворимых гидроокислов, фосфатов, альбуминатов или весьма стойких комплексов, плохо всасываются из желудочно-кишечного тракта или при любых других путях введения [10].

Свинец как загрязнитель окружающей среды и классический токсикант продолжает оставаться в центре внимания не только экологов, токсикологов и гигиенистов, но также патологов и клиницистов, представляющих разные области медицины и биологии [10].

Одним из основных соединений в выбросах промышленных предприятий является нитрат свинца. В опытах на животных была установлена следующая градация неорганических соединений свинца по уменьшению токсичности: нитрат, хлорид, оксид, карбонат, ортофосфат. Свинецсодержащие соединения, оказавшиеся в крови, разносятся и накапливаются в жировой ткани почек, печени, селезенке, костях. При большей концентрации свинец поступает в клетки кожи, мышцы и кости, из последних он вытесняет кальций.

Накопление свинца в организме млекопитающих происходит в следующей последовательности: печень – почки – трубчатые кости – селезенка – мышечная ткань и является показателем хронической интоксикации организма животных свинцом без проявления клиники острого отравления, хотя в некоторых случаях наблюдается повышенное содержание токсикоэлемента в мышечной ткани и печени.

Сложность оценки воздействия свинца на организм человека и лабораторных животных состоит в том, что свинец, как и другие тяжелые металлы, в малых дозах оказывает неспецифическое воздействие. В результате происходит бессимптомное накопление изменений в органах и тканях, что выявить клинически не всегда возможно[9].

Современные биологические средства торможения интоксикации тяжелыми металлами, как правило, направлены не только на коррекцию ключевых обменных нарушений («токсикодинамическаябиопрофилактика»), но и на снижение задержки металлов в организме («токсикокинетическаябиопрофилактика»). Для систематического использования в целях биопрофилактики интоксикации перспективными в настоящее время являются пробиотические препараты, в состав которых входят различные микроорганизмы, а также различные метаболиты. Перспективность их использования для биопрофилактики профессионального и экологически обусловленного сатурнизма бесспорна[7].

Особенностью металлов по сравнению с другими элементами является их тенденция к биоаккумуляции. Известно, что способность концентрировать металлы, в том числе и тяжелые, очень широко распространена в природе среди различных организмов[6].

Способность к накоплению в биологических системах и к локализации в различных организмах вызывает особый интерес, в частности, «рекордсменами»по извлечению из окружающей среды тяжелых металлов являются микроорганизмы[8].

В настоящее время наибольший интерес по способности аккумулировать металлы вызывают бактерии рода Bacillus. Интерес к микроорганизмам рода Bacillus в отношении их способности к накоплению ионов тяжелых металлов возник в связи с данными, которые были получены на кафедре микробиологии университета Порт-Харкорт в Нигерии, где были проведены исследования по изучению аккумуляции бактерий тяжелых металлов (кадмия, свинца, цинка и никеля) тремя видами бактерий (Bacillus, Staphilococcus и Pseudomonas), которые использовались в качестве сорбентов тяжелых металлов в речной воде с целью их очистки. По результатам исследований доля накопления тяжелых металлов микроорганизмами B.subtilis, S. albus и P.aeruginosa после 24 часов воздействия составила: никеля – до 68,6%, 58,4% и 28,3%; свинца – до 94,5%, 85,7% и 90,8%; цинка – до 91,6%, 68,1% и 52,9%; кадмия – до 71,6%, 72,1% и 77,0% соответственно. В итогенаилучшимсорбентомоказалсяродBacillus [3;12].

Антагонизм в отношении широкого круга патогенных и условно патогенных микроорганизмов и самостоятельная элиминация из желудочно-кишечного тракта представляют конструирование лечебно-профилактических препаратов из пробиотических бацилл особенно перспективным. Привлекает также их стимулирующее влияние на пищеварение, противоаллергенное, антитоксическое, санирующее и общеукрепляющее воздействие на организм[11].

На основании чего для исследований выбраны пробиотические препараты на основе бактерий рода Bacillus.

Таким образом, целью исследования являлось изучение воздействия пробиотиков на основе бактерий рода Bacillusна морфологические показатели органов-мишеней (печень, селезенка) при интоксикации солями свинца.

Материалы и методы

В качестве пробиотиков нами были использованы два препарата на основе бактерий рода Bacillus: «Споробактерин», основу которого составляет Bacillussubtilis 3, и «Бактисубтил» – Bacilluscereus IP 5832.

Исследования выполнены в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) Оренбургского государственного университета на модели групп-аналогов лабораторных крыс.Было сформировано 6 групп (по 12 особей в каждой) - четыре группыконтроля (группа с основным рационом, контроль металла – основной рацион с добавлением сульфата свинца, контроли препаратов – основной рацион с добавлением «Споробактерина» в одной группе и «Бактисубтила» в другой) и две опытные группы (основной рацион с добавлением соли свинца и пробиотиков).

Дозировки пробиотиков соответствовали аннотациям препаратов. Подопытные животные находились в одинаковых условиях содержания.Соли свинца задавались в первый день эксперимента, а пробиотики с первого по седьмой день. Взятие материала проводилось через 7, 14, 21 день. Исследования на животных проводились в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (приложение к приказу Министерства здравоохранения СССР от 12.08.1977 г., № 755).

Для гистологического исследования нами выбраны селезенка и печень.

Окрашивание срезов производили гематоксилином и эозином.

Цитометрическое исследование проводили с помощью окуляр-микрометра с ценой деления 8,56 мкм.

Результаты исследования и их обсуждение

Как известно, печень - это токсикологический центр организма, который обезвреживает ксенобиотики,участвует в обмене веществ, гемодинамике. Разнообразные функции обусловлены особенностями гепатоцитов, в которых протекает дектоксикация ядовитых метаболитов и ксенобиотиков (рисунок 1).

Для патологии печени (рисунок 1) характерна высокая частота сочетанных нарушений печени и селезенки, что обусловлено анатомическими и функциональными связями между этими органами. В качестве основной характеристики патологического состояния выбран размер ядер.

В результате исследования выявлены патологические изменения у групп контроля металла на 7, 14, 21 дни исследований – ядра гепатоцитов были увеличены в два раза. Сами пробиотики не оказывали влияния на морфологические показатели печени.

Рисунок 1 - Участок печёночной дольки крысы (слева – нормальное состояние, справа – после интоксикации солями свинца).Окраска гематоксилином.Увел.Х150. Условные обозначения: 1 – гепатоцит, 2 – ядро гепатоцита, 3 – ядрышко, 4 – синусоидный капилляр.

 

В группах контроля пробиотиков достоверных изменений не наблюдалось. В опытных группах патологических нарушений не выявлено.

Основные анатомические элементы селезенки - капсула и трабекулы, образующие слабо демаркированные области в органе. Между трабекулами содержится белая пульпа (селезеночные узлы) и красная пульпа (селезеночные синусы) (рисунок 2).

Эти морфологически различимые области селезенки и являются функциональными элементами иммунной системы.Соотношение красной и белой пульпы характеризует нормальное или патологическое состояние органа. Увеличение соотношения в сторону красной пульпы, при этом практически отсутствие белой, свидетельствует о патологических нарушениях.

Такая картина наблюдалась у групп контроля металла (рисунок 2).

Исследуемые пробиотические препараты на основе спорообразующих бактерий рода Bacillus («Споробактерин» и «Бактисубтил») не оказали влияния на морфологию селезенки.

В группах контроля пробиотиков и опытных группах изменений не наблюдалось.

 

Рисунок 2- Участок селезёнки крысы (слева – нормальное состояние, справа – после интоксикации солями свинца). Окраска гематоксилином.Увел.Х150. Условные обозначения: 1 – белая пульпа; 2 – красная пульпа; 3 –трабекула; 4 – трабекулярная вена.

Заключение

На основании гистологических исследований установлено, что пробиотики на основе бактерий рода Bacillus предотвращают патологические изменения в органах-мишенях, что,по нашему мнению, связано с эффективным поглощением тяжелых металлов компонентами пробиотиков.

Рецензенты:

РусановА.М., д.б.н., профессор, декан химико-биологического факультета ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», г. Оренбург.

Лебедев С.В., д.б.н., заведующий экспериментально-биологической клиникой (виварием) ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», г. Оренбург.


Библиографическая ссылка

Бабушкина А.Е. ВЛИЯНИЕ ПРОБИОТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ БАКТЕРИЙ РОДА BACILLUS НА МОРФОЛОГИЮ ОРГАНОВ-МИШЕНЕЙ МЛЕКОПИТАЮЩИХ ПРИ ИНТОКСИКАЦИИ СОЛЯМИ СВИНЦА // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=12426 (дата обращения: 19.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074