Морфологические механизмы адаптации легких у наземных

позвоночных

Казахский национальный университет им. аль – Фараби 6Казахский Национальный Педагогический Университет имени Абая

Д.б.н., профессор Сапаров К.А, ст. преподаватель Бухарбаева Ж.М

В данной статье рассматриваются морфологические перестройки в структурах легких при адаптации к некоторым экстремальным факторам и условиям внешней среды.

Одной из самых актуальных проблем биологии является выяснение механизмов адаптации организма человека и животных к меняющимся условиям внешней среды.

Данная проблема может рассматриваться в двух аспектах: во-первых, в плане возникновения адаптивных перестроек в организме при воздействии факторов внешней среды как проявление пластичности организма в онтогенезе, во-вторых, в плане возникновения адаптации, как генетически и фенотипически закрепленную приспособленность живых организмов к условиям среды, возникшую в ходе эволюции.

Ключевым моментом здесь является выявление и сопоставление тонких механизмов аналогичных ( к одинаковым средовым фактором ) адаптации, возникающих в онтогенезе и сформированных в филогенезе.

В данной работе предоставлены результаты изучения на клеточном уровне аналогичных адаптаций респираторного отдела легких наземных позвоночных животных в онто- и филогенезе. С этой целью было проведено электронномикроскопическое изучение респираторного отдела легких крыс в ходе различных экспериментов, в частности при воздействии экстримальных природных ( высокие и низкие температуры, гипоксия, физическая нагрузка), так и антропогенных ( табачный дым ) факторов. Вместе с тем. для выяснения ультраструктурных основ эволюционной адаптации легких рассмотрены данные электронномикроскопических исследований у представителей некоторых видов наземных позвоночных ( амфибий, рептилий, млекопитающих ) из степных и горных биотопов с целью центрального органа внешнего газообмена к различным биотопом в ходе эволюции как у животных разных видов, так и одного и того же вида.

Такие исследование очень важны как для теоретической биологии ( эволюционной теории, экологической, сравнительной морфологии и физиологии ), так и для медицины [ 1,2,3,4,5,6,7 ].

Ультраструктурный анализ респираторного отдела легких при воздействии табачного дыма, охлаждения, высокой температуры, гипоксии, физической нагрузки выявил целый ряд субмикроскопических адаптивных реакций в форме выраженного фукционального напряжения всех структур легких. Характерной особенностью данных адаптивных реакций, была их неспецифичность. Адаптивные реакции проявлялись в гипертрофии сурфактантного альвеолярного комплекса, преобладающем увеличении альвеолярной и капиллярной поверхности с истончением аэрогематического барьера, активном участии миофибробластов в регуляции вентиляционно-перфузионных соотношений капиллярной сети и диаметра капилляров, микропиноцитозе эпителиальных и эндотелиальных компонентов аэрогемотической мембранной системы, повышении фукциональной активности макрофагов. У хвостатых амфибий, (тритона обыкнавенного) обитающего в степном, адаптивные реакции проявлялись в усиленном выделении сурфактанта, гиперплазии слизистых клеток,клеток «смешанного» типа с ультраструктурными признаками пневмоцитов II типа и слизистых, повидимому, препятствующих потере жидкости с респираторной поверхности легких. На апикальной поверхности клеток «смешанного» типа обнаруживалось много микроворсинок. Толщина аэрогематической мембранной системы была значительной. Усиление секреции слизистых клеток и клеток «смешанного» типа подтверждалось и данными сканирующей микроскопии.

У хвостастых амфибий (лягушкозуб), обитающих в горном биотопе, число жклкзистых слезистых клеток снижалось, уменьшалась секреция сурфактанта, истончалась аэрогематическая мембранная система, увеличивалась площадь респираторной поверхности. Данные сканирующей смикроскопии свидетельствовали об увеличении площади респираторной поверхности, что документировалось выраженной извилистостью («скрученного») капилляров.

У бесхвостых амфибий (жабы данатинской) одного вида, обитающего в разных биотопах также была выявлена адаптивная реакция, но она была разной.

Так, у степной популяции адаптация проявлялась в форме усиленного синтеза сурфактанта и слизи, осуществляемого гиперплазированными и гипертрофированными пневмоцитами II типа, слизистыми клетками и клетками “ смешанного” типа. Кроме того, отмечена складчатость кровеносных капилляров, способствующая уменьшению потери эндогенной жидкости с респираторной поверхности. По данным сканирующей электронной микроскопии, многочисленные и удлиненные микроворсинки на апикальной поверхности пневмоцитов I и II типа способствовали удержанию войлокообразных структур сурфактанта.

У горной популяции бесхвостых амфибий жабы данатинской наблюдалось скудное содержание осмиофильных пластинчатых телец в цитоплазме пневмоцитов II типа. Аэрогематическая мембранная система была истончена. Сканирующая электронная микроскопия выявила отсутствие значительных масс сурфактанта, резкое уменьшение числа микроворсинок, увеличение респираторной поверхности легких.

У рептилий (ящериц и змей), разных или одного и того же вида, обитателей степи, резко увеличивалось продукция сурфактантного фосфолипидного комплекса. У змей (гадюка степная и степная популяция папласова щитомордника) возрастало долевое участие клеток “ смешанного” типа с ультраструктурными признаками пневмоцитов II типа и слизистых. Мукоидный компонент усиливал сурфактантный фосфолипидный комплекс, что припятствовало чрезмерной потере влаги через респираторную поверхность легких. Обращала на себя внимания повышенная складчатость капиллярной сети интерстиция. Базальная мембрана аэрогематической мембранной системы оставалось довольно широкой. При сканирующем электронномикроскопическом исследовании была подтверждена значительная секреция слизи и сурфактанта, а также уменьшение протяженности аэрогематической мембранной системы за счет складчатость капиллярной сети.

У рептилий, обитающих в горном биотопе, наблюдалась снижение содержание сурфактанта. Отмечено истончение аэрогематической мембранной системы, сближение и слияние базальных мембран эпителия и эндотелия, значительное увеличение протяженности респираторной поверхности за счет выбухание петель капиллярной сети в форме “листиков”.

Для респираторного отдела легких рептилий, обитающих как в степном, так и горном биотопах характерной особенностью было выраженное образование везикул в эпителии и эндотелии аэрогематической мембранной системы, что отражало высокий уровень газообмена и транссудации влаги в обоих векторных направлениях.

Полученные нами ультраструктурные данные показали, что несмотря на примитивный характер морфофункциональной дифференциации у амфибий и рептилий можно говорить о все же развивающихся у них адаптивных реакций в респираторном отделе легких, как под влиянием прямого (и основного для них) температурного фактора, так и под воздействием фактора гипоксии, имеющим весьма относительное значение.

У грызунов как степных, так и горных видов в респираторном отделе легких нами были отмечены ультраструктурные адаптивные изменения.

У обитателей степей (полевка обыкновенная) они проявлялись в гипертрофии сурфактантного альвеолярного комплекса, «складчатности» капиллярной сети, что снижало степень испарения влаги с дыхательной поверхности легких.

У грызунов горных биотопов (полевка тянь-шаньская) характерной субмикроскопической особенностью респираторного отделе легких было истончение аэрогематической мембранной системы. Увеличивались также респираторная поверхность для более эффектного осуществления функции газообмена и трансфузии жидкости. сурфактантный альвеолярный комплекс не был изменен.

Таким образом проведенные нами морфофункциональные исследования выявили значительные меж – и внутривидовые адаптационные изменения легких наземных позвоночных к различным средам обитания.

Адаптивные реакции респираторного отдела легких у обитателей степных и горных биотопов выражались в изменении ультраструктурной организации капилляров (увеличение или уменьшение рабочих зон), а также функционального режима синтеза сурфактанта (у грызунов) и сурфактанта и слизи (у амфибий и рептилий). Для обитателей горных биотопов важной адаптационной особенностью было истончение аэрогематической мембранной системы, что облегчало диффузию газов.

Следовательно у животных, обитающих в различных биотопов, адаптивные механизмы осуществлялись за счет функционального напряжения различных структур, как отмечено нами при воздействии экстремальных факторов, а за счет более экономной организации легочных капилляров и оптимизации функционального режима синтеза сурфактанта.

ЛИТЕРАТУРА

1.Антипчук Ю.П., Соболева А.Д. Материалы по экологической морфологии.-Новосибирск:Наука,1976.-176с.

2.Соболева А.Д., Шишкин Г.С., Устюжанинова Н.В. Особенности строение легких млекопитающих Крайнего Севера.// Реакция гомеостатических систем в индивидуальных и видовых адаптациях.- Новосибирск: Наука,1976.-С.81-106.

3. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Марачев А.Г., Милованов А.П. Потология человека на Севере.-М.:Медицина,1985.-416с.

4. Масенов Т.М. Эволюционно-морфологические закономерности тканевой и клеточной дифференцировки легких у некоторых позвоночных животных в связи с их экологией. // IV конферен. Морфологов Средней Азии и Казахстана.- Караганда: 1988.-С.116-117.

5. Нурушев М.Х. Экологическая морфология легких грызунов.-Алма-Ата: КазГПУ им.Абая,1992.-140с.

6. Нуртазин С.Т. Биодинамика легких TETRAPODA и некоторые вопросы эволюционной морфологии. Алматы: Sazaj университеті, 1997.-384с.

7. Нуртазин С.Т. К вопросу о роли пневмоцитов II типа в легких наземных позвоночных различных местообитании.// Вест.КазГУ. Сер.биол.-1999.-№5.-С142-147.

Тұжырым

Омыртқалы жануарлардың өкпелерінің эпителийінің кейбір экстримальді факторларға және әртүрлі биотопқа морфологиялық тұрғыдан бейімділуі қаралады.

Резюме.

В данной статье рассматриваются морфологические перестройки в структурах легких при адаптации к некоторым экстремальным факторам и условиям внешней среды у наземных позвоночных животных.

Summary

In this article the morphological features of adaptation of a respiratory part of some vertebrate lung to various environmental factors are considered.