Биокристалломика в диагностике трихинеллеза животных

семейства Artiodactyla: Возможности и перспективы

Жданова О.Б.¹, Андреева С.Д.², Мартусевич А.К.¹, Окулова И.И.^1,3

¹ФГБОУ ВО КГМУ, г. Киров, Россия

²ФГБОУ ВО Вятская ГСХА, г. Киров, Россия

³ФГБНУ ВНИИОЗ им. профессора Б.М. Житкова, г. Киров, Россия

Известно, что многие живые организмы обладают способностью к образованию кристаллических или псевдокристаллических тел внутри себя и/или во внешней среде. Так, для агентов микромира преобладающим является последний вариант, тогда как у высших организмов превалирует эндолитогенез. Наиболее яркими примерами биокристаллизации могут служить формирование скорлупы яйца птиц, образование жемчужины моллюском и т. д. Сущностью биокристаллизации с точки зрения теории Е.Г. Рапис (2003) является прерогатива белка как организующего начала в процессах структурообразования высыхающих капель. Данная гипотеза обоснована автором и сотрудниками с экспериментально-теоретических позиций методами математики, физики, физической химии [4,11].

Крайне важным и принципиальным аспектом является «спонтанный» кристаллогенез в реальных условиях при паразитозах (in vivo), наличие которого подтверждено многочисленными наблюдениями, достаточно подробно описанными в литературе различного профиля [2-4, 7-10]. Для обозначения этой интегративной науки нами предлагается термин «биокристалломика», указывающий на непосредственный объект исследования и подчеркивающий биологический уклон дисциплины.

Биокристалломика – наука о структуре, свойствах, механизмах и условиях образования и деградации, а также функциональной значимости био-ассоциированных кристаллических и псевдокристаллических тел. Основной целью биокристалломики как новой синтетической науки должна явиться комплексная, многосторонняя расшифровка природы и сущности кристаллизации, связанной с жизнедеятельностью организмов. В настоящее время предложено более 20 различных собственно биокристаллоскопических подходов. По оцениваемым свойствам биокристаллов их можно разделить на три группы.

К первой группе, с наших позиций, должны быть причислены способы, базирующиеся на изучении непосредственно кристаллогенных свойств биообъектов (кристаллоскопические методы). Вторая группа объединяет методы биокристаллоскопического исследования (тезиграфические методы), позволяющие производить анализ инициирующих свойств биосубстратов. Поэтому полнота извлечения информационной емкости биоматериала определяется правильностью подбора комплекса базисных веществ (инициируемого ряда).

В предшествующих исследованиях было показано, что исследование кристаллогенных свойств биологических субстратов организма человека и животных позволяет получить новые данные о патогенезе многих паразитозов. В частности, было обнаружено, что развитие альвеококкоза приводит к однонаправленным сдвигам кристаллогенной активности разнородных по компонентному составу и физико-химическим характеристикам биосред пациента (слюна и моча) [1,6,10,13]. Аналогичные тенденции были выявлены и для некоторых других гельминтозов человека и животных (трихинеллез, аляриоз, фасциолез) [2,10]. Это также позволяет производиться мониторинг метаболического статуса животного при моделировании паразитозов [7]. Особенно следует отметить возможность прижизненного исследования большого количества животных, как синантропных, так и диких.

Обнаружение специфических трансформаций кристаллогенеза биологических жидкостей при патологии паразитологического профиля предопределяет возможность диагностики тканевых гельминтозов с помощью кристаллоскопического исследования биоматериала. В этом плане наиболее удобным объектом исследования у людей являются сыворотка и плазма крови, смешанная слюна и моча, а у животных сыворотка крови и моча. Реализация подобных диагностических алгоритмов была осуществлена нами на примере фасциолеза и альвеококкоза, для которых сформированы «паттерны» собственного и инициированного раствором хлорида натрия кристаллообразования [2,4-9]. Следует подчеркнуть, что биокристалломные технологии можно использовать и для оценки эффективности фармакологической дегельминтизации и оперативного лечения паразитозов у человека и животных [1,13]

Цель исследования: изучение кристаллоскопических модуляций при трихинеллезе.

Задачи: определить структурные изменения оптической плотности кристаллов биологических жидкостей, взятых у клинически здоровых и экспериментально зараженных трихинеллами свиней крупной белой породы и кабанов, добытых во время охоты в районах Кировской области.

Для изучения кристаллоскопических модуляций при трихинеллезе исследовалась кровь, полученная от здоровых свиней крупной белой породы и свиней, экспериментально зараженных трихинеллами, а также кровь диких кабанов, добытых во время охоты в районах Кировской области. Забранную кровь стабилизировали раствором гепарина в отношении 1:1. Перед взятием крови было сформировано 3 группы свиней крупной белой породы разного пола, возраст которых составил 1, 3 и 6 месяцев по 5 животных в каждой возрастной группе. Возраст кабанов определяли по зубной формуле, возрастной состав животных варьировал от 1 года до 3 лет, по полу группы представлены 4 самцами и 4 самками.

Из крови приготавливали микропрепараты в виде комплексных биосистем в соответствии с методом дифференциальной тезиграфии, используя в качестве базисных веществ 0,45; 0,9 и 3%-ые растворы хлорида натрия [2,4, 5-7].

Изучение оптической плотности биокристаллов, образующихся в процессе дегидратации, осуществлялось на спектрофотометре PowerWaveXS (Bio-Tek, USA), с использованием диапазона длин волн 300-400 нм.

Показатели оптической плотности получены для следующих образцов: 1) базисного вещества, 2) смеси базисного вещества и гепарина, 3) комплекса базисного вещества и плазмы, 4) смеси базисного вещества, гепарина и плазмы. Статистическая обработка результатов осуществлялась с помощью электронных таблиц Microsoft Excel 2003, а также программного пакета Primerofbiostatistics 4.03.

Полученные фации различных биожидкостей животных сравнивались и систематизировались.

Результаты исследований.

Установлено, что оптическая плотность фации относительно сравниваемых показателей достигает наивысших значений при длине волны, равной 300 нм, при этом исключением является комплексная биосистема «гепарин-плазма». Вышеописанное явление обусловлено характером взаимодействия базисного вещества и анализируемой биологической жидкости, а также компонентным составом последней.

В результате спектрометрического исследования биокристаллов дегидратированной крови домашних свиней показаны достаточно четкие половозрастные особенности данных параметров фаций биоматериала животных. В частности, у кастрированных хрячков крупной белой породы оптическая плотность сокристаллизата «базисное вещество+гепарин+плазма» ниже, чем у самок, что обусловлено особенностями физических свойств плазмы крови.

Возрастные изменения направлены в сторону умеренного снижения значений оптической плотности у животных с 1 до 3 месяцев. Эта тенденция стимулируется в более позднем онтогенезе (от 3 до 6 месяцев), причем выявленные изменения характерны для всего диапазона длин волн.

Закономерное снижение плотности связано с меньшей кристаллизуемостью крови у представителей более старших возрастных групп свиней.

Результаты исследования оптической плотности кристаллоскопических фаций крови с учетом возраста свиней следующие:

· свиньи в возрасте 1 мес.: 300 нм – 0,18; 350 нм- 0,12; 400 нм - 0,14;

· 6- месячные свиньи: 300 нм – 0,45; 350 нм – 0,42; 400 нм – 0,43.

При трихинеллезе оптическая плотность (ОП) в 1,8 раза превышала норму у 6-месячных животных. Учитывая, что у младших половозрастных групп ОП значительно меньше, при скрининговых исследованиях сыворотки свиней, превышающих показатель 0,5, необходимо проводить уточняющие диагностические исследования на трихинеллез методами, предложенными Л.А. Написановой (2004).

Однако следует учитывать, что высота титров антител в ИФР и дот-ИФА, по данным Л.А. Написановой, не имела прямой корреляции с интенсивностью заражения животных Тrichinella spiralis. Например, животное в возрасте 1 мес. (15,45 личинок/г) в ИФР и дот-ИФА реагировал гораздо слабее, чем зараженный - 4,1 личинки/г. Эти показатели свидетельствуют об индивидуальных особенностях иммунной реактивности животных.

Антитела в минимальных диагностических титрах у большинства животных регистрировались в обеих реакциях с 30-х суток после заражения. В последующие сроки инвазии уровень антител увеличивался и достигал максимума с 80-суток после заражения по 150-е сутки эксперимента. У 3 свиней специфические антитела обнаруживали на 50 и 40-е сутки инвазии, соответственно, и период максимальных титров наблюдался с 80 по 150-е сутки.

а б

Рисунок 1 - Тезиграфия сыворотки крови: а - домашняя свинья, б - кабан (сеголеток). Ув. 4

а б

Рисунок 2 - Кристаллоскопия сыворотки крови: а - свинья крупной белой породы, б – кабан (сеголеток). Ув. 4

Основные и дополнительные кристаллоскопические показатели сыворотки клинически здоровых свиней схожи с оптической плотностью кристаллоскопической картины кабана. Все исследованные сыворотки диких животных (кабанов) характеризовались большей кристаллизуемостью, основные и дополнительные параметры соответствовали таковым здоровых свиней, характеризуясь лишь более выраженной краевой зоной и снижением аморфного компонента (рис. 1а,б; рис. 2а,б). ОП не превышала показатели, характерные для здоровых свиней. В РКПК и КТ подтвержден отрицательный диагноз на трихинеллез.

Выводы:

При сравнительной характеристике спектрометрического изучения биокристаллов дегидратированной крови домашних свиней показаны достаточно четкие половозрастные особенности параметров фаций биоматериала животных. У кастрированных хрячков крупной белой породы оптическая плотность ниже, чем у самок, что обусловлено особенностями физических свойств плазмы крови.

Отмечалось закономерное снижение оптической плотности с меньшей кристаллизуемостью крови у представителей более старших возрастных групп свиней.

При этом кристаллоскопические методы исследования биологических субстратов домашней свиньи крупной белой породы и кабана были схожи, но у диких животных отличались большей кристаллизуемостью.

При экспериментальном трихинеллезе оптическая плотность (ОП) в 1,8 раза превышала норму у 6-месячных свиней крупной белой породы. Учитывая, что у младших половозрастных групп ОП значительно меньше, при скрининговых исследованиях сыворотки свиней, превышающих показатель 0,5, необходимо проводить уточняющие диагностические исследования на трихинеллез.

Данные исследований способны дать значительную информацию как для экспериментально-теоретической паразитологии и биологии, так и для практической ветеринарно-санитарной экспертизы. Возможно биокристалломику рекомендовать как скрининговый метод для прижизненной диагностики у кабана для мониторинга трихинеллеза. Таким образом, к настоящему времени формируется фундамент для становления и активного развития новой синтетической дисциплины преимущественно медико-биологического профиля – биокристалломики, которую можно с успехом использовать и для изучения животных в дикой природе.

Литература

1. Ашихмин, С.П., Жданова, О.Б., Масленникова, О.В. и др. Перспективы применения кристаллографических методов диагностики альвеококкоза в Кировской области // Российский паразитологический журнал. – 2011. - №1. – С. 94-99.

2. Жданова, О.Б., Окулова, И.И., Ашихмин, С.П. и др. Некоторые особенности распространения трихитнеллеза в естественных биоценозах Кировской области // Вятский медицинский вестник. - 2015. - № 3 (47). - С. 36-39.

3. Жданова, О.Б. Паразитозы плотоядных: Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук / Всероссийский научно-исследовательский институт гельминтологии им. К.И. Скрябина. - Москва, 2007. – 245 с.

4. Кидалов, В.Н., Хадарцев, А.А., Якушина, Г.Н. Тезиографические исследования крови и их практические возможности // Вестник новых медицинских технологий. - 2004. - Т.11, №1-2. - С. 23-25.

5. ​ Мартусевич, А.К., Жданова, О.Б., Янченко, В.А. Патогенетическое значение изучения кристаллообразования биологических жидкостей при альвеококкозе // Анналы хирургической гепатологии. – 2006. – Т. 11, №3. – С. 50-51.

6. Мартусевич, А.К. Процесс структурной самоорганизации биологических жидкостей при дегидратации: системный анализ // Информатика и системы управления. - 2010. - № 2. - С. 31-34.

7. Мартусевич, А.К., Жданова, О.Б. Информативность исследования кристаллообразования при зоонозах на модели животных // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. – 2006. – №1. – С. 30-38.

8. Мартусевич, А.К., Жданова, О.Б. Особенности свободного кристаллогенеза мочи здоровых и зараженных гельминтами грызунов // Труды Всероссийского института гельминтологии им. К.И. Скрябина. – 2007. – Т. 45. – С. 153-163.

9. Мартусевич, А.К., Жданова, О.Б., Написанова, Л.А., Мутошвили, Л.Р. Информативность изучения дегидратационных свойств биосред при трихинеллезе // Сб. ст. Теоретические и практические вопросы ветеринарной медицины. – Киров, 2010. – С. 57-59.

10. ​ Масленникова, О.В., Жданова, О.Б., Мартусевич, А.К. и др. Распространение Alaria Alata в Кировской области и некоторые особенности ее сокристаллизации с расторвами дезинфектантов // Российский паразитологический журнал. – 2010. - №3. – С. 73-76.

11. Написанова, Л.А., Жданова, О.Б., Ашихмин, С.П. и др. Трихинеллез: некоторые аспекты его мониторинга и профилактики.В сборнике: Теория и практика борьбы с паразитарными болезнями Материалы докладов научной конференции. - 2016. - С. 280-282.

12. Рапис, Е.Г. Белок и жизнь. Самоорганизация, самосборка и симметрия наноструктурных супрамолекулярных пленок белка. - М.: МИЛТА-ПКП ГИТ, 2003. - 368 с.

13. Янченко, В.А., Мартусевич, А.К., Жданова, О.Б. Динамика тезиокристаллоскопических показателей биосред при оперативном лечении альвеококкоза печени // Вятский медицинский вестник. – 2006. – №2. – С. 113-114.

УДК 619 : 615