В работе представлены результаты собственных исследований на территории Челябинской области, целью которых является изучение патоморфологических изменений внутренних орга- нов у крупного рогатого скота в условиях техногенной провинции. На техногенно загрязненных территориях в почвах, воде и кормах присутствуют соли тяжелых металлов в больших кон- центрациях. Задачи исследования: изучение характера изменений внутренних органов у павших и вынужденно убитых животных в условиях техногенного загрязнения, а также гистологиче- ской картины пораженных органов и их химического состава. При осмотре внутренних органов (печень, почки, селезенка) выявлены изменения, характерные для развития застойных явлений, дистрофических и некробиотических процессов в жизненно важных органах. Помимо этого в лег- ких присутствовали признаки эмфиземы, в мочевом пузыре – явления воспаления и формирова- ние уролитов. При световой микроскопии подтвердили патолого-анатомические результаты. Степень выраженности изменений и их сочетание варьировали. В крови животных установлено превышение среднего нормативного значения уровня свинца и никеля, что сопровождалось их кумуляцией в продуктах убоя. Так, уровень никеля в миокарде превышал значения ПДК в 49,1 раза, легких – 42,8, почек – 39,2; печени – 58,8 и мышечной ткани в 9,5 раза. Содержание свинца в тканях сердца превышало ПДК в 2,8 раза, в легких – в 55,0 раза, почках – на 25,4 %, печени – на 61,5 %, мышечной ткани – в 6,8 раза. Такой уровень тяжелых металлов в продуктах убоя представляет серьезную опасность в питании человека. Представленные данные вносят весомый вклад в бо- лее детальное описание патогенеза хронически протекающих интоксикаций на фоне отравления организма млекопитающих солями тяжелых металлов.
патолого-анатомические изменения, гистологические изменения в органах, тяжелые металлы, крупный рогатый скот, техногенная провинция.
-
-
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. Патент РФ № 240 2323. Способ лечения ге- патоза молочных коров в условиях техноген- ной провинции с избытком никеля и свинца / А.М. Гертман, Д.М. Максимович, Т.С. Кирсано- ва // Изобретения и полезные модели в России: бюлл. 2010. № 30.
2. Патент РФ № 2599499. Способ лечения ге- патоза молочных коров в условиях техноген- ных провинций с избытков свинца, никеля и кадмия / А.М. Гертман, Т.С. Самсонова, Е.М. Руликова // Изобретения. Полезные мо- дели: бюлл. 2016. № 28 (10.10.2016).
3. Патент РФ № RU 2588159C2. Способ лече- ния хронического ацидоза рубца молочных коров в условиях природно-техногенной про- винции с избытком никеля, свинца и кадмия / А.М. Гертман, Т.С. Самсонова, А.Ю. Федин// Изобретения. Полезные модели: бюлл. 2016. № 18 (27.06.2016).
4. Скугорева С.Г., Ашихмина Т.Я., Фокина А.И. [и др.]. Химические основы токсического дей- ствия тяжелых металлов (обзор) // Теорети- ческая и прикладная экология. 2016. № 1. С. 4–13.
5. Глушанкова М.А., Пашкова И.М. Аккумуля- ция тяжелых металлов тканями рыб озер Псково-Чудского и Выртсъявр // Мат-лы 2-й Всесоюз. конф. по рыбохозяйственной токси- кологии. СПб., 1991. Т. 1. С. 116–117.
6. Колесников В.А. Воздействие тяжелых ме- таллов на биохимические реакции // Вестник КрасГАУ. 2009. № 5. С. 106–111.
7. Фокина А.И., Ашихмина Т.Я., Домрачева Л.И. [и др.]. Тяжелые металлы как фактор изме- нения метаболизма у микроорганизмов (об- зор) // Теоретическая и прикладная экология. 2015. № 2. С. 5–18.
8. Фокина А.И., Олькова А.С., Лялина Е.И. [и др.]. Исследование закономерностей биоаккумуляции меди представителями ав- тотрофных и гетеротрофных микроорганиз- мов // Ученые записки Петрозаводского гос. ун-та. Серия. Естественные и технические науки. 2015. № 6 (151). С. 50–55.
9. Шафран Л.М., Большой Д.В., Пыхтеева Е.Г. [и др.]. Роль лизосом в механизме защиты и повреждения клеток при действии тяжелых металлов // Современные проблемы токси- кологии. 2004. № 3. С. 17–24.
10. Гигиенические требования безопасности пищевой ценности пищевых продуктов: сан.-эпидем. правила и нормы СанПиН 2.3.2.1078-01. М., 2002. 272 с.
11. Грибовский Г.П. Ветеринарно-санитарная оценка основных загрязнителей окружаю- щей среды на Южном Урале. Челябинск, 1996. 224 с.
12. Коломийцева М.Г., Габович Р.Д. Микроэ- лементы в медицине. М.: Медицина, 1970. С. 151–159.
13. Гертман А.М. Незаразная патология круп- ного рогатого скота в техногенных провин- циях Южного Урала и способы ее коррек- ции: дис. … д-ра ветеринар. наук: 16.00.01, 16.00.04 / Казанская ГАВМ им. Н.Э. Баума- на. Казань, 2005. 427 с.
