The paper presents the results of the authors’ own research on the territory of the Chelyabinsk Region, the purpose of which is to study pathomorphological changes in internal organs in cattle in a technogenic province. In technologically contaminated areas, soils, water and fodder contain high concentrations of heavy metals. The objectives of the research were to study the nature of changes in internal organs of fallen and forcibly killed animals in the conditions of technogenic pollution, as well as to study histological picture of affected organs and their chemical composition. The examination of internal organs (liver, kidneys, spleen) revealed the changes characteristic of the development of congestion, degenerative and necrobiotic processes in vital organs. In addition, there were the signs of emphysema in the lungs, and infl and the formation of uroliths in the bladder. By light microscopy pathological fi were confi The excess of average standard value of the level lead and nickel was found in the blood of animals, accompanied by their accumulation in the slaughter products. So, the level of nickel in the myocardium exceeded the maximum permissible concentration by 49.1 times, lungs – 42.8 times, kidneys – 39.2, liver – 58.8 and muscle tissue 9.5 times. The content of lead in the tissues of the heart exceeded the norm by 2.8 times, in the lungs – 55.0 times, kidneys – by 25.4 %, liver – by 61, 5 %, muscle tissue – 6.8 times. Such level of heavy metals in slaughter products poses a serious threat to human nutrition. The presented data make a signifi contribution to more detailed description of the patho- genesis of chronically occurring intoxications against the background of poisoning of the mammalian body with salts of heavy metals.
pathoanatomic changes, histological changes in organs, heavy metals, cattle, technogenic province.
-
-
Введение. В Челябинской области сложилась напряженная экологическая обстановка в связи с расположением на ее территории большого числа промышленных и перерабатывающих предприятий, разрабатываемых месторождений и транспорта. Среди химических загрязнителей присутствуют продукты сгорания топлива, отхо- ды технического производства и переработки, бытовые стоки и мусор, а также пыль, возника- ющая при добыче полезных ископаемых карьер- ным способом, их обогащения. Наиболее значи- мый экотоксикант – комплекс тяжелых металлов [1–3]. Они, как один из самых распространенных и сильнодействующих видов поллютантов, вы- зывают изменения не только в направленности биохимических процессов в организме животных.
Проникая в ткани, накапливаясь в их клетках, они вызывают их некробиоз с последующим развити- ем некроза клеточных элементов [4]. Преимуще- ственное действие тяжелых металлов связано с местом их биоаккумуляции. Так, никель в мень- ших концентрациях кумулируется в мышечной ткани, в больших – в почках [5]. По мнению В.А. Колесникова [6], токсический эффект тяжелых металлов «проявляется в условиях хроническо- го воздействия низких доз». Токсикоэлементы инициируют разнообразные повреждения в уль- траструктуре клеток, такие как «появление раз- личных включений, увеличение проницаемости клеточной мембраны, образование митохондрий неправильной формы, уменьшение числа рибо- сом, интенсификация свободнорадикальных ре-
акций» и другие [7, 8]. Длительное воздействие тяжелых металлов и их соединений приводит к нарушению структуры органов, развитию в них патологических процессов и необратимых изме- нений [9].
Цель исследования. Изучение патомор- фологических изменений внутренних органов у крупного рогатого скота в условиях техногенной провинции.
Задачи исследования: изучение характера изменений внутренних органов у павших и вы- нужденно убитых животных в условиях техно- генного загрязнения, а также гистологической картины пораженных органов и их химического состава.
Методы и результаты исследования. Исследование выполнено в условиях ряда хо- зяйств Челябинской области, территория кото- рых, согласно ранее проведенным исследовани- ям, является техногенной провинцией с высоким содержанием в объектах внешней среды (почвы, пробы воды, кормов) токсикоэлементов [1–3]. Материалом исследования служили внутренние органы крупного рогатого скота, полученные из них гистосрезы, окрашенные гематоксилин-эо- зином. Патоморфологическое и гистологическое исследование проводили общепринятыми в ве- теринарной практике методами. Кроме того, в образцах крови животных до убоя, а также па- ренхиматозных органов (печень, сердце, почки, легкие) и мышечной ткани было определено содержание токсикоэлементов (никель, свинец) на атомно-абсорбционном спектрофотометре. Полученные результаты обрабатывали биоме- трически и сравнивали с нормативными [10–12]. При вскрытии трупов и осмотре внутренних органов крупного рогатого скота (коровы), нахо- дящегося в зоне техногенного прессинга, были установлены однотипные патоморфологические изменения. Так, у всех установлено увеличение печени в объеме, закругленность краев, нерав- номерная окраска ее поверхности от красного до темно-красного, иногда с глинистым оттенком, и тестоватая консистенция. Почки увеличены, капсула напряжена и трудно снимается. Под капсулой располагались различные по разме- ру кровоизлияния темно-красного цвета, с про- никновением в глубь коркового слоя. На срезе граница между корковым и мозговым слоями сглажена, едва различима. В мозговом слое есть полости размером от 3–5 до 9–10 мм, заполнен- ные прозрачной жидкостью соломенного цвета. У отдельных животных в почечных чашечках были размещены конкременты разной формы
и размера. Стенка мочевого пузыря утолщена, слизистая оболочка изъязвленная, с мелкими бугристыми кровоизлияниями. У отдельных в полости мочевого пузыря были расположены одиночные или множественные уролиты с бу- гристой или пористой поверхностью и различной плотности.
Селезенка увеличена в объеме, с тупыми кра- ями, дряблой консистенции. В некоторых случа- ях была гиперемированной с геморрагиями. При осмотре паренхимы легких выявлены эмфизема- тозные полости разного объема и уплотненные очажки в краевых участках, сочность разреза и выделение с поверхности кровянистой жидкости. В просвете крупных бронхов находилась пени- стая светло-розовая жидкость. Полости сердца были расширены, срез миокарда неравномерно окрашен с точечными и полосчатыми кровоиз- лияниями. Продольная и поперечная исчерчен- ность сердечной мышцы не определялась.
Таким образом, установленные патолого- анатомические изменения характеризовались гемодинамическими, дистрофическими и некро- биотическими процессами в жизненно важных органах, развившимися в результате действия солей тяжелых металлов.
Для оценки микрокартины были проведены гистологические исследования, в ходе которых установлена типичность изменения гистоструктур органов. При исследовании среза печени у от- дельных коров выявлена картина зернистой и жи- ровой дистрофии клеток целой печеночной дольки с преимущественной локализацией под капсулой. Это изменение выявлено в комплексе с очажками некроза и пролиферацией клеточных структур со- единительной ткани. Дистрофически измененные клетки располагались неравномерно: элементы с жировой дистрофией занимали периферическое положение в дольке, а с зернистой – централь- ное. Клеточные структуры в состоянии жирового перерождения характеризовались увеличением в объеме и округлением. Цитоплазма этих клеток не воспринимала красители и характеризовалась ячеистым строением, центрально расположен- ные ядра были изменены по типу лизиса, пикноза или вакуолизации. Клетки, характеризующиеся зернистым перерождением, были набухшими и округленными. По этой причине балочное строе- ние органа в целом было нарушено. В цитоплазме определяли присутствие оксифильно окрашенной зернистости, а в ядрах – признаки некробиоза. На- ряду с описанными изменениями были выявлены гепатоциты, лишенные ядер, в состоянии некроза. Эти очаги, локализованные в границах отдельных
долек или их рядом расположенных групп, были различной формы и размера. Среди поврежден- ных печеночных клеток и омертвевшей субстан- ции выявлены очажки лимфоидных, гистиоци- тарных элементов и эозинофилов. В некоторых из них присутствовали сидерофаги, содержащие гемосидерин. Это может свидетельствовать об отсутствии внутрипеченочного гемолиза эритро- цитов. В капсуле и месте локализации печеночной триады были расположены пучки растущей сое- динительной ткани волокнистого типа в состоянии отека. Среди этих структур выявляли скопления клеток лимфоидного ряда, гистиоцитов, фиброб- ластов и эозинофилов. Максимальное количество эозинофильных элементов установлено в интиме сосудов. Полости междольковых и центральных сосудов были увеличены и содержали однород- ную, лишенную структуры розоватую массу. Такая гистокартина может указывать на «внутрисосуди- стое свертывание крови с образованием тром- бов», с последующим их «вымыванием при свер- тывании в результате нарушения вязкости крови, либо внепеченочным гемолизом» [13].
У других животных при световой микроскопии гистопрепаратов печени выявлены гепатоциты вытянутой формы с овальными и веретеновид- ными ядрами, окрашенными в темно-синий цвет. Цитоплазма этих клеточных элементов окраши- вается в ярко-розовый цвет и содержит много- численные включения бурых липофусциновых зерен. Отдельные клетки имели цитоплазму, часть которой занимала центрально располо- женная крупная вакуоль и смещенное на пери- ферию темноокрашенное ядро. Это может ука- зывать на жировое перерождение гепатоцитов. В ткани органа визуализировались близко рас- положенные расширенные синусоиды округлой формы, образованные печеночными балками и заполненные кровью. Особенностью этих струк- турных единиц печени было то, что клетки атро- фированы. Пространство вокруг было заполне- но клетками эндотелия. Микроскопически были установлены многочисленные кровоизлияния различного размера, занимающие или отдель- ные участки долек, или одновременно несколько этих структур. При этом выявлено полное нару- шение правильного соотношения и расположе- ния клеточных элементов в печеночных балках. При световой микроскопии срезов из по- чек отдельных коров были установлены отеч- ность, интерстиция, точечные кровоизлияния в кортико-медуллярном слое, а также очаж- ковое скопление кальциевых солей. При этом межкапиллярное пространство окрашивается
оксифильными красителями и не имеет четко выраженной структурности. Клубочковый аппа- рат претерпел изменения. При исследовании были выявлены как атрофированные клубочки, так и утолщенные в результате разроста сое- динительной ткани волокнистого типа. Полость капсул Боумоновского клубочка была заполнена белковой массой, а стенки капсулы и крупных кровеносных сосудов склеротически изменены. В расширенных канальцах располагается со- держимое волокнистой или гомогенной струк- туры. Местами на гистосрезах под капсулой органа установлены кистозоподобные полости, образованные, по нашему мнению, в результате сильной деформации, атрофии и разрыва рядом расположенных канальцевых структур. Клеточ- ные элементы извитых канальцев почек имели розовую цитоплазму с ярко выраженной зерни- стостью и некробиотически измененные ядра. Отдельные клетки были лишены ядер. Эпите- лиоциты канальцевых структур были вакуоли- зированы, увеличены и округлены. Гиалоплазма не воспринимала никакие красители, а нуклеус некробиотически изменен. В межклеточном ре- нальном пространстве визуализировались про- лиферативные очаги из лимфогистиоцитов и фибробластов. Все кровеносные сосуды органа были переполнены кровью и растянуты, что, на наш взгляд, указывает на развитие застойных процессов в почках. Вокруг кровеносных сосудов определяется утолщение соединительной ткани в результате разроста волокнистых элементов.
В гистосрезах почек отдельных животных были установлены изменения, характерные для нефросклероза. Соединительная ткань между канальцами содержала большое количество фибробластных, фиброцитных и коллагеновых элементов. Толщина этой ткани в разных участ- ках варьирует. Она была максимально выраже- на в медуллярном слое. В кортикальном слое преобладают расширенные канальцы, стенки которых состоят из атрофированных или некро- тизированных элементов, а содержимое про- света представлено разрушенными клетками и бесструктурной массой, окрашенной в розовый цвет. Клубочковый аппарат уменьшен в объеме, а его внутренняя полость заполнена гомогенным или зернистым содержимым розоватого цвета. При этом визуализируется компактность распо- ложения эндотелиальных ядер и мезангиальных клеток.
Гистологическая картина срезов селезенки характеризовалась уменьшением количества и/ или отсутствием лимфоцитов и плазмоцитов в фолликулах белой и красной пульпы. Она запол-
нена сидерофагами с массивами гемосидерина. Расширенные синусоиды красной пульпы имеют сетчатую структуру, просвет фолликулов содер- жит однородную или в виде тяжей массу, лишен- ную красных форменных элементов крови.
При патоморфологическом исследовании легких у коров были установлены изменения, указывающие на хроническую альвеолярную эмфизему и интерстициальную пневмонию с явлениями пневмосклероза. В гистосрезах ви- зуализировали растянутые альвеолы с истон- ченными и поврежденными стенками и разного размера полости. Отдельные бронхи эктазиро- ваны, а их стенки, как и межальвеолярные пере- городки, содержат глыбки и пылевидную темную зернистость. Интерстициальная легочная ткань утолщена и включает многочисленные клетки лимфоидного, гистиоцитарного, фибробластного типа и коллагеновые волокна.
Световая микроскопия гистосрезов миокарда позволила установить набухание волокон, сла- бовыраженную и/или отсутствующую поперечную исчерченность. Измененные волокна плохо окра- шивались, имели участки лизиса и разрывов.
Таким образом, при гистологическом иссле- довании образцов паренхиматозных органов коров в условиях техногенного воздействия с высоким уровнем содержания тяжелых метал- лов в объектах внешней среды были установ- лены изменения, указывающие на расстройство кровообращения, развитие дистрофических и атрофических процессов с разростом соедини- тельной ткани и потерей специфической функ- циональной активности органов. Это заключение подтверждается результатами химического ис- следования по содержанию тяжелых металлов в крови и основных паренхиматозных органах и мышечной ткани (рис.).
В крови животных было установлено превыше- ние среднего нормативного значения кадмия, свин- ца и никеля. Это явление связано с их ежедневным алиментарным поступлением в составе воды и кормов и респираторным – при вдыхании загряз- ненного воздуха. Высокий уровень поллютантов в крови сопровождается их кумуляцией в продуктах убоя. Данные представлены на рисунке.
Отклонение показателей концентрации химических элементов в продуктах убоя животных от ПДК, %
При анализе данных рисунка установлено, что во всех образцах паренхиматозных органов содержание никеля и свинца превышало значе- ния предельно допустимой концентрации (ПДК). Так, уровень никеля в пробах сердечной мышцы превышал значения ПДК в 49,1 раза; легких – 42,8; почек – 39,2; печени – 58,8 и мышечной ткани в 9,5 раза. Такие результаты могут свиде- тельствовать о преимущественно алиментарном пути поступления никеля в организм животных, вероятно, в составе кормов и питьевой воды. Содержание свинца в тканях сердца превышало ПДК в 2,8 раза, в легких – в 55 раз, почках – на 25,4 %, печени – на 61,5 %, мышечной ткани – в 6,8 раза. Полученные данные позволяют пред-
положить преимущественно респираторный путь поступления свинца и его соединений в организм коров. Таким образом, на территориях техноген- ного воздействия в паренхиматозных органах и мышечной ткани происходит накопление тяже- лых металлов-экотоксикантов в количествах, су- щественно превышающих значения ПДК.
Выводы
-
Полученные патоморфологические дан- ные свидетельствуют о глубоких патоморфо- логических изменениях тканей органов, указы- вающих на нарушение гемодинамики, развитие дистрофических и некротических процессов.
-
Высокий уровень токсических элемен- тов в рационе, воде и воздухе способствует их биоаккумуляции в продуктах убоя. Содержание тяжелых металлов в мышечной ткани и паренхи- матозных органах существенно превышает зна- чения ПДК и представляет серьезную опасность в питании человека.
-
Представленные данные вносят весомый вклад в более детальное описание патогенеза хронически протекающих интоксикаций на фоне отравления организма млекопитающих солями тяжелых металлов.
-
-
1. Patent RF № 240 2323. Sposob lecheniya ge- patoza molochnyh korov v usloviyah tehnogen- noy provincii s izbytkom nikelya i svinca / A.M. Gertman, D.M. Maksimovich, T.S. Kirsano- va // Izobreteniya i poleznye modeli v Rossii: byull. 2010. № 30.
2. Patent RF № 2599499. Sposob lecheniya ge- patoza molochnyh korov v usloviyah tehnogen- nyh provinciy s izbytkov svinca, nikelya i kadmiya / A.M. Gertman, T.S. Samsonova, E.M. Rulikova // Izobreteniya. Poleznye mo- deli: byull. 2016. № 28 (10.10.2016).
3. Patent RF № RU 2588159C2. Sposob leche- niya hronicheskogo acidoza rubca molochnyh korov v usloviyah prirodno-tehnogennoy pro- vincii s izbytkom nikelya, svinca i kadmiya / A.M. Gertman, T.S. Samsonova, A.Yu. Fedin// Izobreteniya. Poleznye modeli: byull. 2016. № 18 (27.06.2016).
4. Skugoreva S.G., Ashihmina T.Ya., Fokina A.I. [i dr.]. Himicheskie osnovy toksicheskogo dey- stviya tyazhelyh metallov (obzor) // Teoreti- cheskaya i prikladnaya ekologiya. 2016. № 1. S. 4–13.
5. Glushankova M.A., Pashkova I.M. Akkumulya- ciya tyazhelyh metallov tkanyami ryb ozer Pskovo-Chudskogo i Vyrts'yavr // Mat-ly 2-y Vsesoyuz. konf. po rybohozyaystvennoy toksi- kologii. SPb., 1991. T. 1. S. 116–117.
6. Kolesnikov V.A. Vozdeystvie tyazhelyh me- tallov na biohimicheskie reakcii // Vestnik KrasGAU. 2009. № 5. S. 106–111.
7. Fokina A.I., Ashihmina T.Ya., Domracheva L.I. [i dr.]. Tyazhelye metally kak faktor izme- neniya metabolizma u mikroorganizmov (ob- zor) // Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya. 2015. № 2. S. 5–18.
8. Fokina A.I., Ol'kova A.S., Lyalina E.I. [i dr.]. Issledovanie zakonomernostey bioakkumulyacii medi predstavitelyami av- totrofnyh i geterotrofnyh mikroorganiz- mov // Uchenye zapiski Petrozavodskogo gos. un-ta. Seriya. Estestvennye i tehnicheskie nauki. 2015. № 6 (151). S. 50–55.
9. Shafran L.M., Bol'shoy D.V., Pyhteeva E.G. [i dr.]. Rol' lizosom v mehanizme zaschity i povrezhdeniya kletok pri deystvii tyazhelyh metallov // Sovremennye problemy toksi- kologii. 2004. № 3. S. 17–24.
10. Gigienicheskie trebovaniya bezopasnosti pischevoy cennosti pischevyh produktov: san.-epidem. pravila i normy SanPiN 2.3.2.1078-01. M., 2002. 272 s.
11. Gribovskiy G.P. Veterinarno-sanitarnaya ocenka osnovnyh zagryazniteley okruzhayu- schey sredy na Yuzhnom Urale. Chelyabinsk, 1996. 224 s.
12. Kolomiyceva M.G., Gabovich R.D. Mikroe- lementy v medicine. M.: Medicina, 1970. S. 151–159.
13. Gertman A.M. Nezaraznaya patologiya krup- nogo rogatogo skota v tehnogennyh provin- ciyah Yuzhnogo Urala i sposoby ee korrek- cii: dis. … d-ra veterinar. nauk: 16.00.01, 16.00.04 / Kazanskaya GAVM im. N.E. Bauma- na. Kazan', 2005. 427 s.
