UDK 57 Биологические науки
GRNTI 76.03 Медико-биологические дисциплины
OKSO 30.06.01 Фундаментальная медицина
BBK 28 Биологические науки
TBK 64 Биологические науки
BISAC MED044000 Immunology
The analysis of the variation in the number, intensity and direction of correlations between the immune system and the gut microbiota of rats revealed that the T-, B-system and humoral immunity changes as well as cellular and humoral factors of an organism nonspecific defense are accompanied by changes of the Intestinal microbiota of intact and experimental rats
bioinsecticide, rats, intersystem correlations dynamics, hygienic rating
В настоящее время действенным механизмом повышения продуктивности сельского хозяйства является разработка и внедрение новых эффективных биоинсектицидов, принцип действия которых на насекомых-вредителей существенно отличается от химических пестицидов. Для минимизации рисков неблагоприятного воздействия биоинсектицидов на здоровье работающих в их производстве и населения при применении необходимо всестороннее изучение их влияния на теплокровный организм в хроническом эксперименте с обоснованием гигиенических регламентов. С целью установления механизма развития адаптивных и компенсаторно-приспособительных реакций организма вне антигенной нагрузки и при воздействии биопрепаратов в эксперименте эффективно применение межсистемного корреляционного анализа. Оценка динамики корреляций между показателями иммунной системы и микрофлорой кишечника крыс в хроническом опыте позволила выявить особенности влияния биоинсектицидов на организм подопытных животных.
Целью работы явилось исследование дозо-время-зависимого влияния биоинсектицида энтомофторина на организм интактных и подопытных крыс путем анализа корреляций между показателями иммунной системы и микробиотой кишечника.
Материал и методы исследований. В опытах на белых беспородных крысах-самцах массой 180-220 г, содержавшихся в стандартных условиях вивария на стандартном пищевом рационе, при 4-месячном ингаляционном поступлении недействующей, пороговой, действующей концентраций изучали биоинсектицид энтомофторин, созданный на основе энтомопатогенного гриба Entomophthora thaxteriana. Статистическая группа состояла из 16 особей. Опыты проведены согласно методическим рекомендациям [1] с соблюдением принципов биоэтики Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых для эксперимента (Страсбург, 1986). Регистрацию показателей проводили через 1, 2, 3, 4 месяца исследования. Для оценки состояния иммунной системы использовали реакцию ауторозеткообразования (ауто-РОК) на тимоцитах, спленоцитах и лимфоцитах крови; в сыворотке крови определяли активность комплемента, фагоцитарную реакцию нейтрофилов крови, титр антител, содержание лизоцима, α1-, α2-, γ-глобулинов [2, 3]. В аутофлоре кишечника выявляли анаэробов, аэробов, бифидобактерий, лактобацилл, бактероидов, E. coli, протеев, стафилококков, грибов рода Candida [4]. Парные корреляции между показателями определяли с использованием пакета прикладных программ «Statistica 10». Исходя из количества животных в группе, регистрировали сильные (0,7≤R≤1,0) и средние (0,497≤R≤0,699) взаимосвязи (Р<0,05), оценивая их достоверность с помощью χ²-теста (Pearson Correlation, SPSS for Windows 16).
Результаты исследований и их обсуждение. Анализ взаимосвязей показателей иммунной системы c микробиотой кишечника выявил тесное взаимодействие систем, хотя из 1440 корреляций только 20 % взаимосвязей у контрольных и подопытных крыс во все сроки исследования оказались достоверными. Это связано с преобладанием внутрисистемных реакций над системными в течение всего эксперимента. У интактных крыс выявлено 11 - 15 взаимосвязей от начала до конца опыта, а у подопытных - 17-25 корреляций в разные сроки исследования. У интактных и подопытных крыс количество сильных взаимосвязей нарастало с 9 % до 30 %, а количество обратных корреляций увеличилось с 27% до 40% от начала до конца опыта. Это сопоставимо с данными авторов доказавших, что «увеличение антигенной нагрузки изменяет характер межсистемных взаимодействий в сторону увеличения количества сильных корреляционных связей». «Интеграция систем, осуществляющих элиминацию нарушений в работе организма подтверждает увеличение числа межсистемных интеграций обратной направленности [5].
Анализ корреляций показателей иммунной системы с микрофлорой кишечника у интактных крыс выявил прямые взаимосвязи ауто-РОК тимуса и селезенки, Вс3-лимфоцитов селезенки с защитной анаэробной и аэробной аутофлорой кишечника во все сроки исследования. Это свидетельствует, что активация Т- и В-систем иммунитета сопровождается нарастанием защитной аутофлоры кишечника, а также о стабильности факторов специфической и неспецифической защиты организма независимо от процессов старения. Прямые корреляции титра антител (ТА) с защитной микробиотой в разные сроки исследования свидетельствуют, что активация гуморального иммунитета сопровождалась нарастанием защитной микрофлоры. Прямые взаимосвязи содержания лизоцима в сыворотке крови (СЛСК) с защитной аутофлорой в разные сроки эксперимента указывают на активацию неспецифических факторов гуморальной защиты организма. Обратные корреляции реакции связывания комплемента (РСК) и белков провоспаления с защитной микрофлорой в течение всего опыта указывают, что активация механизмов аллергизации по комплементзависимому типу и появление воспалительных процессов в организме сопровождаются снижением защитной микробиоты.
Таким образом, анализ корреляций показателей иммунной системы и микрофлоры кишечника интактных крыс свидетельствует о высокой чувствительности аутофлоры кишечника к изменениям в иммунной системе с формированием адаптационных перестроек в организме вне антигенной нагрузки. Малое количество межсистемых корреляций показателей указывает на адекватный уровень активации защитных процессов с преобладанием внутрисистемных адаптационных реакций над системными [5, 6].
Анализ взаимосвязей показателей иммунной системы и микрофлоры кишечника крыс при поступлении недействующей дозы энтомофторина выявил сохранение, исчезновение, появление новых корреляций во все сроки опыта. Прямые взаимосвязи ауто-РОК в тимусе, селезенке, Вс3-лимфоцитов селезенки с защитной микрофлорой в разные сроки воздействия препарата указывают на активацию Т-, В-систем иммунитета и нарастание защитной аутофлоры. Прямые корреляции защитной аутофлоры с ТА и СЛСК в разные сроки опыта указывают, что на активацию гуморального иммунитета и неспецифических факторов гуморальной защиты организма защитная аутофлора кишечника реагирует нарастанием. Обратные корреляции защитной и прямые корреляции условно-патогенной микробиоты с белками острой фазы в разные сроки опыта указывают, что процессы воспаления сопровождаются снижением защитной и нарастанием условно-патогенной микрофлоры.
Таким образом, анализ корреляций показателей иммунной системы и аутофлоры кишечника крыс при воздействии недействующей дозы препарата выявил активацию Т-, В-систем иммунитета и гуморального иммунитета, неспецифических факторов гуморальной защиты организма с изменением аутофлоры кишечника. Это свидетельствует о формировании адаптационных перестроек в организме крыс на воздействие минимальной дозы антигена.
Оценка взаимосвязей показателей иммунной системы и микрофлоры кишечника крыс при воздействии пороговой дозы препарата выявила сохранение. исчезновение, появление новых корреляций в разные сроки опыта. Прямые корреляции ауто-РОК в тимусе, селезенке и Вс3-лимфоцитов селезенки с защитной микрофлорой в разные сроки опыта указывают на активацию Т- и В-систем иммунитета с нарастанием данной аутофлоры. Обратные взаимосвязи Вс3-лимфоцитов селезенки со стафилококками в конце опыта указывают на угнетение В-системы иммунитета с нарастанием условно-патогенной микрофлоры. Разнонаправленные корреляции ТА и СЛСК с защитной аутофлорой и со стафилококками в разные сроки опыта указывают, что на снижение антителогенеза и неспецифических факторов гуморальной защиты организма микробиота кишечника реагировала снижением защитной и нарастанием условно-патогенной микрофлоры. Прямые взаимосвязи РСК и белков провоспаления с условно-патогенной аутофлорой в конце опыта указывают на аллергизацию и воспалительные процессы в организме, сопровождавшиеся нарастанием условно-патогенной микробиоты. Обратные корреляции РСК, белков острой фазы с защитной аутофлорой в разные сроки опыта указывают на нарастание аллергизации и воспалительных процессов в организме, сопровождавшиеся снижением защитной микрофлоры. Обратные взаимосвязи γ-глобулина в разные сроки опыта с условно-патогенной аутофлорой указывают на нарастание содержания γ-глобулинов, замедляющих ее рост. Обратная корреляция % фагоцитоза со стафилококками в конце опыта выявила снижение фагоцитоза с нарастанием стафилококков.
Таким образом, анализ корреляций показателей иммунной системы и аутофлоры кишечника крыс при воздействии пороговой дозы препарата выявил, что изменения клеточного иммунитета, снижение гуморального иммунитета, клеточных и гуморальных факторов неспецифической защиты организма сопровождались снижением защитной анаэробной и нарастанием условно-патогенной аутофлоры. Новые корреляции компенсируют изменения в гомеостазе организма, указывая на напряжение регуляторных механизмов специфической и неспецифической защиты организма, не выходящих за пределы его компенсаторных возможностей.
Анализ корреляций показателей иммунной системы и микрофлоры кишечника крыс при воздействии действующей дозы препарата выявил значительные изменения во взаимосвязях изученных систем: исчезновение большинства корреляций от начала до конца опыта по сравнению с группой контроля с заменой их новыми, и появление парадоксальных (изменивших знак парной корреляции на противоположный) корреляций. Токсическое действие препарата на Т-, В-системы иммунитета на клеточном и гуморальном уровне сопровождалось существенным снижением защитной и нарастанием условно-патогенной аутофлоры. Нарастание аллергизации и воспаления в организме, снижение фагоцитоза сопровождались нарастанием условно-патогенных протеев, стафилококков и грибов рода Candida.
Таким образом, анализ взаимосвязей показателей иммунной системы и микрофлоры кишечника крыс при поступлении действующей дозы препарата выявил, что экзогенная нагрузка вызывает истощение защитных сил организма в связи с противодействием токсическому действию препарата. Оценивая динамику корреляций между показателями иммунной системы и аутофлорой кишечника подопытных крыс, следует отметить, что количество и направленность корреляций изменялись в зависимости «доза – эффект». Взаимодействие систем в связи с антигенной нагрузкой изменило структуры связей между ними для элиминации токсического воздействия энтомофторина, что подтвердилось изменением количества корреляций и сменой их направленности.
1. Metodicheskie rekomendacii po toksikometrii / pod red. I.V. Sanockogo. M.: Sekretariat SEV, 1987.
2. Novikov D.K., Novikova V.I. Kletochnye metody immunodiagnostiki. Minsk, 1979.
3. Remizov P.I., Bashmakov G.A. Metody opredeleniya estestvennoy (nespecificheskoy) rezistentnosti organizma: uchebnoe posobie. L.: VMA im. S.M. Kirova, 1976.
4. Mikel'saar M.E., Lencner A.A., Gol'yanova L.A. Metodika opredeleniya kolichestvennogo sostava mikroflory kala // Lab. delo. 1972. №1. S. 41-45.
5. Vitkina T.I., Kytikova O.Yu., Gvozdenko T.A. Rol' mezhsistemnyh integraciy v formirovanii adaptacionnyh perestroek organizma pri fiziologicheskom starenii // Sistemnyy analiz v medicine (SAM 2013): Sb. nauch.tr. VII nauch. konf. Blagoveschensk, 2013. S. 22-25.
6. Orlenkovich L.N. Analiz vzaimosvyazey specificheskih i integral'nyh pokazateley beremennyh krys pri izuchenii embriotropnogo deystviya entomoftorina // Zdorov'e i okruzhayuschaya sreda: Mater. nauch-no-prakt. konf. Minsk, 2019. S. 295-298.
