Морфологические критерии показателей почек нетопыря малого Pipistrellus pygmaeus

Полный текст

Введение

Адаптация органов, участвующих в белковом обмене организма рукокрылых, к воздействиям антропогенных факторов — важная составная часть общебиологических процессов, дающая представление о взаимосвязи различных биологических систем в логичном взаимодействии причинно-­следственных связей антропургической среды [1, 2]. Вместе с этим, антропогенное изменение климата, природные и техногенные катастрофы, эпидемии не только являются основным фактором потерь в отряде рукокрылых, но и способствуют возникновению новых чрезвычайно опасных эпидемических зооантропонозов [3–5]. В этой связи всестороннее, органное изучение таких биологических объектов является неотъемлемой составной частью биологической науки как базовой основы понимания многих процессов, оказывающих свое влияние на представление о природе возбудителя и макроорганизма.

Почки млекопитающих выполняют ряд важных функций в организме, поддерживая гомеостаз. При нарушениях водно-­электролитического обмена, изменяя скорости реабсорбции или секреции, они выделяют гормоны, которые регулируют артериальное давление и эритропоэз [6], также осуществляют вывод из организма продуктов белкового обмена — мочевины, креатинина, мочевой кислоты, гиппуровой кислоты и аммиака [7]. Нарушение функции почек ведет к накоплению образовавшихся азотистых продуктов белкового и небелкового обменов в тканях и в крови, вызывая азотемию и уремию [8]. Избыточное накопление азотсодержащих конечных продуктов обмена в крови и может привести к гибели млекопитающего [7].

Исследования показывают, что при окислительном фосфорилировании в почках основное количество АТФ поставляется на процессы активного транспорта при реабсорбции, секреции и биосинтезе белков. В почечных клетках — подоцитах — субстратами для реакций биоокисления являются жирные кислоты, глюкоза, кетоновые тела и др. [9]. Известно, что абсолютная масса почек у млекопитающих составляет 0,5 % от общей абсолютной массы тела. Ткань почки потребляет до 10 % от всего поступившего в организм кислорода. Почки участвуют в катаболизме пептидов и низкомолекулярных белков массой 5–6 кДа (гормоны и биологически активные вещества (БАВ)), фильтрующихся в первичную мочу [10]. Под действием лизосомальных протеолитических ферментов в клетках канальцев почек белки и пептиды гидролизуются до аминокислот, которые, поступая в кровь, реутилизируются клетками соединительной ткани [9].

Все это особенно актуально для выявления адаптационно-­приспособительных реакций организма, и в частности почек как участвующего в белковом обмене органа рукокрылых в связи с их полетом в условиях антропогенной нагрузки на территории Брянской области, где общий фон радиоактивных излучений достигает 10,70137Cs, Бк/м2.

Цель исследования — изучить морфологические критерии показателей почек нетопыря малого (Pipistrellus pygmaeus) как адаптационные изменения к условиям антропогенной нагрузки на территории Брянской области, имеющей радиоактивный фон 10,70137Cs, Бк/м2.

Материалы и методы исследования

Методологической основой исследования стали комплексные научные положения и подходы отечественных и зарубежных ученых в области морфологии и физиологии животных, биохимии, экологии, а также анализ данных, сопоставленный с собственными исследованиями по контролю влияния антропогенных факторов на адаптацию организма отряда рукокрылых (Chiroptera) вида нетопырь малый (Pipistrellus pygmaeus).

Работа выполнена в период с 2011 по 2022 гг. в лабораториях кафедры биологии Брянского государственного университета им. академика И.Г. Петровского (БГУ) под руководством доктора биологических наук, профессора Ставропольского государственного аграрного университета А.Н. Квочко при консультировании с кандидатом биологических наук, доцентом кафедры биологии БГУ И.Л. Прокофьевым.

Исследуемые рукокрылые млекопитающие вида нетопырь малый (Pipistrellus pygmaeus) относятся к семейству гладконосые (Vespertilionidae) — обыкновенные летучие мыши, или кожановые. Всего было проведено 40 отловов с общим количеством 481 особь (100 отобрано для исследований). Исследуемые летучие мыши относились к территориям с разной антропогенной нагрузкой: городская среда (колония 1) и сельская местность (колония 2).

При морфометрии определяли линейные размеры внутренних органов. Для гистологических исследований уплотнение полученного материала проводилось при помощи парафина. Гистологические срезы толщиной 5…8 мкм окрашивали гематоксилином и эозином, часть полученных срезов депарафинировали для выявления Ag-­ОЯОР-белков с применением гистохимической реакции с нитратом серебра по методике окраски В.И. Туриловой с соавт. [11].

На гистологических препаратах почек определяли: толщину капсулы, мкм; ширину, длину, мкм; площадь почечных клубочков, мкм2; площадь дистального и проксимального канальцев, мкм2; объем и площадь подоцитов и их ядер и цитоплазмы, мкм3; максимальный и минимальный диаметр подоцитов и их ядер, мкм; ядерно-­цитоплазматическое отношение (ЯЦО), у. е., области ядрышковых организаторов (ОЯОР), ед., и их суммарную площадь, мкм3.

Результаты измерений подвергали вариационно-­статистической обработке. Рассчитывали основные элементы вариационной статистики. Достоверность оценивали по Стьюденту t (Р = 95 %). Результаты исследований заносили в протокол и журнал регистрации. Цифровой материал обрабатывали с помощью программ MicrosoftWord — 2010, MicrosoftExcel, входящих в пакет MS Excel 2010, на персональном компьютере ASUSZenBookUX305FA с операционной системой WindowsXP.

Макрофотографии выполняли фотокамерой телефона iPhone5s с разрешением в 8 Мп, микрофотографии гистопрепаратов производили при помощи медицинского микровизора проходящего света µVizo-103ХТ0068, с разрешением 1024×768 в научно-­исследовательских лабораториях биоиндикации и морфофизиологии человека и животных кафедры биологии БГУ.

Названия анатомических структур соответствуют Международной анатомической ветеринарной номенклатурой — Nommicaanatomica-­Veterinaria-­Ithaca, NewYork (2000).

Результаты исследования и обсуждение

Исследование рукокрылых производились в локальных районах на территории Брянской области, где атмосферный воздух с повышенным содержанием углеводородов, оксида углерода, формальдегида, диоксида азота, оксида азота, диоксида серы и взвешенных веществ не отвечает гигиеническим нормативам. Общий фон радиоактивных излучений составляет 10,70137Cs, Бк/м2.

Результаты макроскопического исследования показали, что нетопырь малый (Pipistrellus pygmaeus) имеет почки красно-­бурого цвета с плотной консистенцией. Парные почки у нетопыря малого располагаются в небрюшном пространстве в поясничной области по обе стороны от позвоночного столба. Левая почка располагается ниже правой, которая спереди по медиальному краю граничит с двенадцатиперстной кишкой, в верхней части передней поверхности — с печенью, ниже — с ободочной кишкой. Левая почка спереди граничит с селезенкой, сзади — с ободочной кишкой, в верхней части передней поверхности — с желудком, ниже — с поджелудочной железой и тощей кишкой.

Примененный комплекс исследований позволил получить оригинальные данные, дополнить и расширить сведения о морфологических особенностях почек у самок и самцов нетопыря малого.

Под влиянием антропогенных факторов у особей обоего пола в динамике макроархитектоники почек отмечено увеличение абсолютной массы, линейных показателей и их правосторонняя асимметрия. Оценка линейных показателей почек показала, что ширина левых почек у самок и самцов в колониях отличается на 12,23…13,37 %, правых — на 12,33…13,35 %; в длине по левым почкам — от 10,03 до 10,13 %, по правым — от 11,34 до 12,03 %.

В ходе исследования проанализирована динамика микрометрических показателей почек. У летучей мыши вида нетопырь малый (Pipistrellus pygmaeus) почка покрыта соединительнотканной капсулой фасцией — жировой капсулой, состоящей из слоя клеток жировой ткани, и фиброзной капсулой, содержащей соединительнотканные и гладкомышечные элементы. Толщина капсулы у самок варьирует от 0,02 до 0,14 мкм (р < 0,05), у самцов — до 0,008 мкм.

Почечный клубочек состоит из сосудистого клубочка и окружающей его капсулы — эпителиальной оболочки Боумена. Наружный листок капсулы состоит из плоских эпителиальных клеток. Полость капсулы представляет собой узкую щель. Длина почечных клубочков у самок и самцов в колониях в левых почках отличается на 10,80…11,74 %, в правых — на 5,88…5,98 %; в ширине почечных клубочков по левым почкам разница составила от 9,77 до 10,72 %, по правым — от 10,06 до 11,02 % (табл. 1, рис. 1).

Таблица 1
Микрометрические параметры почечных клубочков  и толщины капсулы почек нетопыря малого

Пол	Колония	Почечный клубочек			Толщина капсулы почек, мкм
		Длина, мкм	Ширина, мкм	Площадь, мкм2
Правая почка
Самки	1 колония	0,204 ± 0,006*	0,086 ± 0,005*	0,051 ± 0,002*	0,016 ± 0,009*
	2 колония	0,216 ± 0,004*	0,085 ± 0,005*	0,049 ± 0,002*	0,014 ± 0,006*
Самцы	1 колония	0,167 ± 0,002*	0,078 ± 0,003	0,041 ± 0,003*	0,008 ± 0,001
	2 колония	0,170 ± 0,002*	0,080 ± 0,002	0,040 ± 0,003	0,008 ± 0,002
Левая почка
Самки	1 колония	0,189 ± 0,006*	0,089 ± 0,003*	0,051 ± 0,004	0,009 ± 0,002
	2 колония	0,209 ± 0,004*	0,087 ± 0,002	0,050 ± 0,003*	0,009 ± 0,002*
Самцы	1 колония	0,175 ± 0,004	0,083 ± 0,002	0,039 ± 0,002	0,008 ± 0,004
	2 колония	0,178 ± 0,003*	0,085 ± 0,003#	0,037 ± 0,003*	0,006 ± 0,002*

Примечание: статистические различия между самцами и самками обозначены: * — р < 0,05.

Table 1
Micrometric parameters of renal glomeruli  and thickness of renal capsule in soprano pipistrelle

Sex	Colony	Renal glomerulus			Thickness of renal capsule, µm
		Length, µm	Width, µm	Area, µm2
Right kidney
Females	1 colony	0.204 ± 0.006*	0.086 ± 0.005*	0.051 ± 0.002*	0.016 ± 0.009*
	2 colony	0.216 ± 0.004*	0.085 ± 0.005*	0.049 ± 0.002*	0.014 ± 0.006*
Males	1 colony	0.167 ± 0.002*	0.078 ± 0.003	0.041 ± 0.003*	0.008 ± 0.001
	2 colony	0.170 ± 0.002*	0.080 ± 0.002	0.040 ± 0.003	0.008 ± 0.002
Left kidney
Females	1 colony	0.189 ± 0.006*	0.089 ± 0.003*	0.051 ± 0.004	0.009 ± 0.002
	2 colony	0.209 ± 0.004*	0.087 ± 0.002	0.050 ± 0.003*	0.009 ± 0.002*
Males	1 colony	0.175 ± 0.004	0.083 ± 0.002	0.039 ± 0.002	0.008 ± 0.004
	2 colony	0.178 ± 0.003*	0.085 ± 0.003#	0.037 ± 0.003*	0.006 ± 0.002*

Note: statistical differences between males and females are indicated: * — p < 0.05.

Рис. 1. Строение почечного клубочка левой почке самки нетопыря малого (колония № 1). Окраска по методу В.И. Туриловой с соавт. (1998), ×1200
Fig. 1. Structure of renal glomerulus in the left kidney of female soprano pipistrelle (colony no. 1). Coloring according to the method of V.I. Turilova et al. (1998), ×1200

Рис. 2. Области ядрышковых организаторов в подоцитах клубочка левой почки самки (колония № 1). Окраска по методу В.И. Туриловой с соавт. (1998), ×2400
Fig. 2. Areas of nucleolar organizers in podocytes of glomerulus of the left kidney of female (colony no. 1). Coloring according to the method of V.I. Turilova et al. (1998), ×2400

Отмечена существенная разница в площади почечных клубочков у самок и самцов в колониях — по левым почкам она составила от 13,07 до 13,5 %, по правым почкам — от 12,25 до 12,43 %. Установлена правосторонняя симметрия в динамике площади почечных клубочков у самцов в обеих колониях.

У летучих мышей в почках, в корковом веществе располагаются проксимальные извитые и дистальные извитые канальцы. Дистальные канальцы почек мелкие светлые с широким и ровным просветом.

Дистальные канальцы почек не имеют щеточной каемки, базальная мембрана или базальный лабиринт хорошо развит. Стенка дистальных канальцев почек состоит из низкого призматического эпителия. В дистальных канальцах почек происходит интенсивная реабсобрция электролитов.

В почках у нетопыря малого проксимальные канальца окрашиваются темнее, имеют большие размеры. Просвет проксимального канальца узкий, неправильной формы. Щеточная каемка проксимального канальца имеет ярко выраженные микроворсинки. Стенка проксимального канальца состоит из однослойного кубического каемчатого эпителия. Известно, что в проксимальных канальцах почек происходит активная и интенсивная реабсобрция всех веществ, поступающих в организм животного.

За период исследования установлено, что по площади дистального канальца у самок и самцов в обеих колониях прослеживается правосторонняя асимметрия, в динамике проксимального канальца — левосторонняя. Исследования показали значительные различия микроморфологических характеристик почек у нетопыря малого различного пола и под влиянием антропогенных факторов: площадь дистального канальца левых почек у самок и самцов в колониях отличается на 9,41…11,33 %, правых — 9,44…11,25 %; разница в площади проксимального канальца по левым почкам составила 10,51…11,38 %, по правым — 10,83…11,05 %.

По данным К. Такше 1, подоциты нефрона почек несут различную функциональную нагрузку и активность и имеют различия ядерно-­цитоплазматического отношения. Тесная зависимость — ЯЦО имеется между размерами ядра и размерами клетки, что и подтверждено в нашем исследовании.

Количество ядрышек в ядре клетки меняется в зависимости от генного баланса. Ядрышко — производная единица митотических хромосом — не является самостоятельно-­действующим органоидом. Ядрышковые организаторы локализуются в локусах ядрышек во время активной стадии интерфазы. Для выявления ядрышковых организаторов используют красители на основе солей серебра [11].

Известно, что ядрышки имеют гранулярный и фибриллярный компонент. Гранулярный компонент, или диффузная часть, ядрышек — это зоны скопления гранул, фибрилл, хроматиновый компонент — это зона скопления околоядрышкового хроматина [12].

В показателях подоцитов почек отмечается правосторонняя асимметрия. Следует отметить, что на объем подоцитов, их ядер и цитоплазмы, на ядерно-­цитоплазматическое отношение подоцитов правой почки приходится бóльшая морфофункциональная нагрузка, чем на левую почку (табл. 2, рис. 2). Правая почка в большей степени реагирует на антропогенную нагрузку.

Таблица 2
Объем подоцитов, их ядер и цитоплазмы, ядерно-цитоплазматическое отношение подоцитов почек нетопыря малого

Год	Объем, мкм³			Ядерно- цитоплазменное отношение ЯЦО, у. е.
	Подоциты	Ядра подоцитов	Цитоплазма подоцитов
Левая почка
Самки (колония № 1)
2014	15,37 ± 0,03	0,57 ± 0,09	14,80 ± 0,06	3,85 ± 1,50
2018	15,83 ± 0,46	0,62 ± 0,05*	15,21 ± 0,41*	4,07 ± 0,12*
Самки (колония № 2)
2014	15,12 ± 0,06	0,65 ± 0,08	14,27 ± 0,02	4,29 ± 4,00
2018	15,37 ± 0,25*	0,70 ± 0,05	14,47 ± 0,20*	4,57 ± 0,25*
Самцы (колония № 1)
2014	17,13  ± 0,05	0,81 ± 0,04	16,32 ± 0,01	4,96 ± 4,00
2018	17,25 ± 0,12*	0,93 ± 0,12*	16,32 ± 0,01	5,69 ± 1,00*
Самцы (колония № 2)
2014	15,25 ± 0,06	0,90 ± 0,07	14,35 ± 0,01	6,27 ± 7,00
2018	15,37 ± 0,12*	0,95  ± 0,05	14,42 ± 0,07*	6,58 ± 0,71*
Правая почка
Самки (колония № 1)
2014	16,55 ± 0,07	0,61 ± 0,03	15,94 ± 0,07	3,82 ± 0,42
2018	17,48 ± 0,09	0,90 ± 0,09	16,58 ± 0,01*	5,42 ± 9,00*
Самки (колония № 2)
2014	15,47 ± 0,10	0,71 ± 0,05	14,76 ± 0,05	4,81 ± 0,01
2018	15,53 ± 0,06	0,84 ± 0,13*	14,66 ± 0,07	5,72 ± 1,85*
Самцы (колония № 1)
2014	17,20  ± 0,03	0,83 ± 0,08	16,37 ± 0,05	5,81 ± 1,60
2018	17,12 ± 0,08*	0,87 ± 0,04	16,25 ± 0,04	6,11 ± 1,00*
Самцы (колония № 2)
2014	15,72 ± 0,07	0,92 ± 0,03	14,80 ± 0,04	6,21 ± 0,75
2018	15,61 ± 0,11*	0,97 ± 0,05	14,64 ± 0,06	6,62 ± 0,83

Примечание: статистические различия между самцами и самками обозначены: * — р < 0,05.

Table 2
Volume of podocytes, their nuclei and cytoplasm, nuclear- cytoplasmic ratio  of podocytes in kidneys of soprano pipistrelle

Year	Volume, µm³			Nuclear- cytoplasmic ratio, c. u.
	Podocytes	Podocyte nuclei	Podocyte cytoplasm
Left kidney
Females (colony № 1)
2014	15.37 ± 0.03	0.57 ± 0.09	14.80 ± 0.06	3.85 ± 1.50
2018	15.83 ± 0.46	0.62 ± 0.05*	15.21 ± 0.41*	4.07 ± 0.12*
Females (colony № 2)
2014	15.12 ± 0.06	0.65 ± 0.08	14.27 ± 0.02	4.29 ± 4.00
2018	15.37 ± 0.25*	0.70 ± 0.05	14.47 ± 0.20*	4.57 ± 0.25*
Males (colony № 1)
2014	17.13  ± 0.05	0.81 ± 0.04	16.32 ± 0.01	4.96 ± 4.00
2018	17.25 ± 0.12*	0.93 ± 0.12*	16.32 ± 0.01	5.69 ± 1.00*
Males (colony № 2)
2014	15.25 ± 0.06	0.90 ± 0.07	14.35 ± 0.01	6.27 ± 7.00
2018	15.37 ± 0.12*	0.95  ± 0.05	14.42 ± 0.07*	6.58 ± 0.71*
Right kidney
Females (colony № 1)
2014	16.55 ± 0.07	0.61 ± 0.03	15.94 ± 0.07	3.82 ± 0.42
2018	17.48 ± 0.09	0.90 ± 0.09	16.58 ± 0.01*	5.42 ± 9.00*
Females (colony № 2)
2014	15.47 ± 0.10	0.71 ± 0.05	14.76 ± 0.05	4.81 ± 0.01
2018	15.53 ± 0.06	0.84 ± 0.13*	14.66 ± 0.07	5.72 ± 1.85*
Males (colony № 1)
2014	17.20  ± 0.03	0.83 ± 0.08	16.37 ± 0.05	5.81 ± 1.60
2018	17.12 ± 0.08*	0.87 ± 0.04	16.25 ± 0.04	6.11 ± 1.00*
Males (colony № 2)
2014	15.72 ± 0.07	0.92 ± 0.03	14.80 ± 0.04	6.21 ± 0.75
2018	15.61 ± 0.11*	0.97 ± 0.05	14.64 ± 0.06	6.62 ± 0.83

Note: statistical differences between males and females are indicated: * — p < 0.05.

Увеличение количества областей ядрышковых организаторов в ядрышках косвенно свидетельствует об интенсивности синтеза белка в процессе созревания клеток. Иногда количество ядрышек на одно ядро может быть меньше числа ядрышковых организаторов. Количество ядрышковых организаторов характеризует количество ядрышек на одно ядро, которое возрастает по мере увеличения его плоидности [11, 12].

В нашем исследовании мы констатировали, что у самок и самцов в 2014 г. в правых почках, в ядрах подоцитов клубочков обнаруживалось от 5 до 7 областей ядрышковых организаторов, общая площадь ОЯОР в сумме варьировала от 0,462 до 0,546 мкм2, в левых почках — от 6 до 7 областей ядрышковых организаторов, но их общая суммарная площадь составляла несколько меньше и изменялась в диапазоне от 0,451 до 0,534 мкм2. В ядрах подоцитов клубочков правых почек у самцов и самок в 2018 г. насчитывалось от 5 до 7 областей ядрышковых организаторов с их общей суммарной площадью от 0,465 до 0,581 мкм2, в левых почках — от 5 до 7 областей ядрышковых организаторов, общая площадь которых суммарно достигала 0,457…0,567 мкм2 (р < 0,05).

При изучении влияния антропогенной нагрузки на адаптацию подоцитов выявлена максимальная величина суммарной площади ОЯОР в их ядрах в обеих почках у самок и самцов во второй колонии в 2018 г., наименьшая — у самцов и самок в первой колонии в 2014 г. Данный факт свидетельствует об увеличении интенсивности обменных процессов в ядрах подоцитов почечных клубочков при негативном влиянии факторов окружающей среды.

Заключение

У рукокрылых (Chiroptera) нетопырь малый (Pipistrellus pygmaeus) в почках у самок выражена в большей степени левосторонняя асимметричность, чем у самцов, длины, ширины и площади почечных клубочков, площади проксимального канальца.

Правосторонняя асимметричность площади дистального канальца почек, увеличение числа почечных клубочков при одновременном уменьшении полости капсулы почечного клубочка у самок в первой и второй колониях выше, чем у самцов, что связано с половыми особенностями процесса обмена веществ и адаптации к полету в техногенных условиях.

В подоцитах почек изменения объема, ядра, цитоплазмы и ядерно-­цитоплазматического отношения, количества суммарной площади аргентофильной области ядрышковых организаторов обусловлены белково-­синтетической активностью, гендерной принадлежностью, топографией органа и влиянием антропогенных негативных эффектов окружающей среды.

У самок рукокрылых, обитающих в городской среде с большой численностью в колонии, на фоне сочетанной антропогенной нагрузки под влиянием углеводорода, диоксидов серы и азота и взвешенных веществ происходят изменения показателей органоидов подоцитов в почках, способные влиять на фенотипическую адаптацию (как адаптацию к полету), запускать основные процессы биохимических циклов, процессы эндогенной интоксикации и детоксикационной функции.

Усиленный обмен веществ в почках летучих мышей способствует увеличению числа почечных клубочков и уменьшению полости капсулы почечного клубочка.

Изменения и пластичность динамики ядерно-­цитоплазматического отношения, количества и суммарной площади областей ядрышковых организаторов в подоцитах клубочков почек провоцирует запуск генетической адаптации.

Установленные критерии пределов толерантности и закономерностей анатомо-­морфофизиологических изменений почек рукокрылых (Chiroptera) нетопырь малый (Pipistrellus pygmaeus) предлагаем использовать в качестве морфологической нормы — референта.

 

^{1 Ташке К. Введение в количественную цито-гистологическую морфологию. Будапешт: Изд-во АН СССР, 1980. 191 с.}

Об авторах

Елизавета Николаевна Карпенко

Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского

Email: liza_zayceva22@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4765-7216

ассистент кафедры химии

Российская Федерация, 241007, г. Брянск, ул. Бежицкая, д. 14

Алексей Леонидович Харлан

Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского

Email: alexkharlan@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0790-7804

кандидат биологических наук, доцент кафедры биологии

Российская Федерация, 241007, г. Брянск, ул. Бежицкая, д. 14

Елена Владимировна Зайцева

Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского

Автор, ответственный за переписку.
Email: z_ev11@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1244-3058

доктор биологических наук, профессор кафедры биологии, декан естественно-географического факультета

Российская Федерация, 241007, г. Брянск, ул. Бежицкая, д. 14

Список литературы

Дополнительные файлы