Delist.ru

Морфофизиологические изменения в организме питающихся клещей иксодин (30.08.2007)

Автор: Григорьева Людмила Анатольевна

Рис. Схема изменений кишечного эпителия самок клещей рода Ixodes во время питания и после отпадения.

Обозначения: I – пищеварительные клетки нимфальной фазы, II – секреторные клетки, III, IV, V, VI – пищеварительные клетки 1-го, 2-го, 3-го, 4-го морфофункциональных пластов, аз – азурофильная зернистость, бм – базальная мембрана, гм – гематин, мк – мышечные клетки, нк - недифференцированные клетки, ок – отторгнутые клетки, пв – пищевые включения, пм – перитрофический матрикс, св – секреторные вакуоли.

В течение всего периода питания клеща его кишечный эпителий динамично обновляется, претерпевая цикличные изменения, проявляющиеся в функционировании пяти морфо-функциональных пластов клеток имагинальной фазы (рис.). Причем, процессы поглощения крови и ее переваривания не разобщены во времени, а происходят практически одновременно.

Неоплодотворенные самки полного насыщения не достигают. Изменения массы тела самок исследованных видов незначительны, за период питания их масса увеличивается в 25-29 раз и соответствует весу, который набирают оплодотворенные самки к концу фазы медленного питания на 6-8 сутки, масса тела оплодотворенных самок к концу питания увеличивается в 130-240 раз.

В переваривании поступающей в кишечник пищи у девственных самок участвуют пищеварительные клетки нимфальной фазы и два пласта пищеварительных клеток имагинальной фазы. Процесс кровососания у неоплодотворенных самок не завершается, а прерывается на второй фазе, когда происходит медленное питание и подготовка кишечника к третьей фазе - фазе быстрого питания.

Вторая фаза питания обеспечивает увеличение размеров кишечника с последующим интенсивным поглощением питательных веществ из кишечника, которые нужны прежде всего для развития яиц. Оплодотворение самок стимулирует начало эмбриогенеза, для которого необходимо поступление питательных веществ. Успешное завершение эмбриогенеза невозможно при потреблении тех количеств крови, которые может вместить кишечник голодной самки. Оплодотворение стимулирует доразвитие кишечника у самок, в результате которого он достигает размеров, позволяющих поглощать количества крови, необходимые для морфофункциональных перестроек самого кишечника, доразвития и функционирования слюнных желез и для развития яиц.

2.2.3. Морфофункциональные изменения средней кишки самок клещей рода Ixodes (Acarina; Ixodidae) во время иммунизирующих кормлений на лабораторных животных

Резистентность хозяина влияет на питание и последующее развитие клеща и вызывает значительные отклонения основных экологических количественных показателей. Происходит уменьшение количества напитавшихся клещей вследствие гибели некоторых из них при прикреплении и на более поздних сроках питания, удлиннение времени питания, уменьшение массы крови, поглощенной напитавшимися особями, снижение процента перелинявших личинок и нимф, а также уменьшение числа отложенных яиц и вылупившихся из них личинок (Таежный ..., 1985; Балашов, 1998; Agbede, Kemp, 1986; Wikel, 1996). Естественно предположить, что все эти отклонения являются следствием нарушений питания клеща, чему должно свидетельствовать проявление не только внешних признаков, но и глубоких морфологических изменений пищеварительной системы.

Поглощений значительных количеств пищи у самок за период иммунизирующих кормлений не происходит. У самок клещей I. persulcatus за время первого неиммунизирующего кормления масса тела увеличивается в 200-240, а у самок I. ricinus - в 130-150 раз. (Григорьева, 2003), а при иммунизирующих кормлениях эти показатели резко сокращаются до 25.5-27 и 16-17 раз, соответственно. При иммунизирующих кормлениях (2-е или 3-е кормление на одном и том же животном) на лабораторных кроликах питание клеща прерывается на второй фазе. Наблюдается смена пищеварительных клеток нимфальной фазы и двух морфофункциональных пластов пищеварительных клеток имагинальной фазы, секреторные клетки отсутствуют. Клещ завершает питание и отпадает, когда последний пласт пищеварительных клеток находится на начальных этапах активности. Потребляемые количества крови не достаточны для ритмичного функционирования кишечника, вследствие чего питание прерывается на второй фазе и полного насыщения не происходит. Мы считаем, что это связано с нарушением поступления крови в полость кишки питающегося клеща, что, возможно, является результатом воздействия какого-либо фактора противоклещевого иммунитета неспецифических хозяев-прокормителей.

2.3. Перитрофический матрикс: особенности образования и функционирования

В пищеварительном тракте большинства насекомых имеется неклеточный слой, отделяющий эпителиальные клетки кишки от поглощаемой пищи. Этот слой принято называть перитрофической мембраной (Jacobs-Lorena, Oo, 1996). Термин “перитрофическая мембрана” ввел Бальбиани (Balbiani) в 1890 г. Для иксодовых клещей понятие “перитрофическая мембрана” впервые применили Радзинска с соавторами (Rudzinska e.a., 1982) в связи с описанием проникновения Babesia microti через эту структуру при питании Ixodes scapularis на хомячках.

Перитрофический матрикс (ПМ) принято рассматривать в качестве физиологического и механического барьера, отделяющего область полостного пищеварения, обладающего избирательной проницаемостью, а также предохраняющего кишечный эпителий от повреждений частицами пищи (Zhu e.a., 1991; Eisemann et Binnington, 1994; Tellam e.a., 1999; Tellam et Eisemann, 2000; Wang et Granados, 2001).

Нами установлено, что ПМ отсутствует у голодных самок клещей рода Ixodes и начинает образовываться на поверхности клеток в средней кишке через 9-12 ч после прикрепления и через 24 ч в дивертикулах. Нами подтверждено предположение (Diehl e.a., 1996) о том, что в образовании ПМ участвуют микроворсинки клеток. Первые отложения пузырьков с электронноплотным содержимым, аналогичным веществу ПМ начинают появляться именно в области микроворсинок щеточной каймы, так что последние оказываются окруженными этим веществом.

Образование ПМ на поверхности каждой клетки кишечника происходит автономно. ПМ не является перманентной структурой, он образуется и функционирует на поверхности каждой новой клетки. Образование ПМ происходит на протяжении всего периода питания на поверхности пищеварительных клеток нимфальной фазы, секреторных клеток, пищеварительных клеток. Наибольший период функционирования ПМ наблюдался у пищеварительных клеток последнего, 4-ого морфофункционального пласта. Вещество ПМ идентифицировали через 30 сут после отпадения самок клещей. ПМ имеет в основном гомогенную тонкогранулярную структуру, хотя в его состав входят и немногочисленные микрофибриллы, Отмечен значительный полиморфизм в ультраструктуре ПМ на разных сроках кровососания. Возможно, изменения в ультраструктуре ПМ связаны изменением функциональной роли этого образования в разные периоды переваривания крови. В течение первой половины питания переваривание за счет ферментов, образующихся в секреторных клетках и выделяющихся в полость кишки (Балашов, 1998), в то время как на более поздних этапах питания и после отпадения преобладает внутриклеточное пищеварение. Можно предположить, что в период преобладания полостного пищеварения ПМ играет в основном роль защитного образования, предохраняющего поверхность кишечного эпителия от действия гидролитических ферментов. ПМ, имеющий пористую структуру, разделяет пространство средней кишки на эндоперитрофическое пространство, в котором продолжается деятельность пищеварительных ферментов и экзоперитрофическое пространство, куда через пористый ПМ проникают фрагменты частично расщепленных компонентов крови, переваривание которых завершается внутриклеточно.

2.4. Сравнительная характеристика особенностей морфофункциональных преобразований кишечника у клещей подсемейств Ixodinae и Amblyommynae на протяжении питания

У клещей подсемейства Ixodinae и Amblyomminae существует значительное сходство общей схемы питания. Собственно питание (1-2 недели) подразделяется на период роста (практически весь период питания) и период растяжения (последние 12-24 ч питания). Переваривание поступающей пищи осуществляют несколько генераций кишечных клеток - пищеварительных и секреторных, преобладание первых способствует внутриклеточному пищеварению, а вторых - полостному (Балашов, 1967, 1998; Атлас.., 1979; Akov,1982; Sonenshine, 1991).

Однако при сходстве общей схемы у клещей подсемейства Ixodinae и Amblyomminae выявлены значительные различия. Иксодины поглощают частично гемолизированную кровь, следовательно, внекишечное пищеварение у них выражено незначительно. Переваривание крови начинается в полости кишки при помощи ферментов секреторных клеток. Зону полостного пищеварения отделяет перитрофический матрикс, регулирующий размеры компонентов, поступающих для внутриклеточного пищеварения. Наличие перитрофического матрикса, возможно, свидетельствует о пристеночном пищеварении. У них не обнаружен фагоцитоз форменных элементов крови (Григорьева, 2003, 2004, 2005; Григорьева, Амосова, 2004).

Амблиоммины поглощают гемолизированную ферментами слюны кровь. Для них характерны все три типа пищеварения: внекишечное, полостное и внутриклеточное. Их кишечные клетки не имеют перитрофического матрикса, а внутриклеточное пищеварение возможно при помощи фагоцитоза (Балашов, 1967; Атлас.., 1979; Agbede, Kemp, 1985).

Глава 3. РОЛЬ СЛЮННЫХ ЖЕЛЕЗ В ПИТАНИИ ИКСОДОВЫХ КЛЕЩЕЙ

Секреты слюнных желез на протяжении питания клеща, оказывают антикоагулирующее, иммунорегулирующее и противовоспалительное действие на хозяина, чем обеспечивают насыщение кровососа, таким образом, в регуляции паразито-хозяинных отношений на период питания слюнные железы имеют главенствующее значение.

Морфология и функионирование слюнных желез клещей, а также компоненты слюны, секретируемые клещами во время питания детально изучены и описаны в нескольких обзорах, причем большинство исследователей указывает на неидентичность основных типов альвеол, образующих структуру железы у представителей двух подсемейств (Binnington, Kemp, 1980; Ribeiro, 1987, 1995; Sauer e.a., 1995, 2000; Bowman e.a. 1997). Обнаружено участие секретов слюнных желез в сохранении, активизации и передаче возбудителей трансмиссивных инфекции (Stark, James, 1996; Titus, Ribeiro, 1990; Nuttall, 1999; Kuthejlova e.a., 2001). Большинство исследователей указывает на 4-5 функций слюнных желез: образование цементного вещества, обеспечивающего приклеивание клеща в месте питания; регуляция состава и свойств получаемой пищи, или осморегуляция; подавление воспалительной реакции хозяина прокормителя; иммуномодулирующее действие.

Слюнные железы представляют собой парный гроздевидный орган, занимающий латеральные части идиосомы. Каждая железа имеет альвеолярное строение.

Всем иксодовым клещам свойственны альвеолы 1 типа, названные пирамидальными. Их главная функция состоит в поддержании водного баланса в организме клеща и секреции гипертоничной слюны на протяжении всего периода питания.

Гранулосекретирующие альвеолы составляют каудальную часть слюнных желез, занимают орган более чем на 2/3. Названы так из-за накапливания в цитоплазме их клеток крупных гранул секрета, видимых в световой микроскоп. У самок иксодовых клещей различают два типа гранулосекретирующих альвеол: альвеолы 2-го и альвеолы 3-го типа, а у самцов подсемейства Amblyomminae обнаружены альвеолы 4 типа. Входящие в состав этих альвеол секреторные и интерстициальные клетки принято обозначать строчными латинскими буквами (a,b,c,d,e,f). У самок клещей подсемейства Amblyomminae альвеолы 2 типа в базальной части состоят из нескольких крупных клеток а, апикальную часть образуют клетки типа b и с (Атлас..., 1979; Chinery, 1973; Binnington, 1978; Walker, e.a., 1985). Известно, что у голодных самок амблиоммин базальную часть альвеол 2 типа занимают крупные клетки а, заполненные секреторными гранулами (Балашов, 1994,1998), а с началом питания эти клетки освобождаются от секрета и спадаются. В свою очередь клетки b и с начинают увеличиваться в размерах с начала питания, и их цитоплазма заполняется секретами. До конца питания эти клетки становятся основными гранулосекретирующими элементами альвеол 2 типа.

Наиболее многочисленны в слюнных железах альвеолы 3 типа. В базальной части альвеолы располагается несколько крупных клеток d, заполненных секретом у голодных клещей. Эти клетки заполнены сложными гранулами, состоящими из субъединиц, им отводят основную роль в формировании прикрепительного цемента амблиоммин (Binnington, 1978; Walker, et al., 1985; Sonenshine, 1991). Центральное и апикальное положение занимают клетки e и f. С началом питания альвеолы 3 типа быстро увеличиваются в размерах и на 3-4 сут достигают своей окончательной величины, превращаясь в тонкостенные пузырьки. У питающихся особей клетки d и e освобождаются от секреторных гранул, а главной функцией альвеол 3 типа становится регуляция водно-солевого баланса, которую осуществляют клетки f, цитоплазма которых образует лабиринт из переплетающихся цитоплазматических тяжей и межклеточных полостей (Атлас.., 1979, Sonenshine, 1991).

Из клещей подсемейства Ixodinae наиболее изучены Ixodes persulcatus (Балашов, 1979; Таежный.., 1985) и I. holocyclus (Binnington, Stone, 1981). В альвеолах 2 и 3 типов обнаружено по 2 типа гранулосекретирующих клеток, а, b и d, e , соответственно. Считается, что клетки а, b и d содержат секрет уже у голодных самок. В первые дни питания полностью освобождаются от секрета клетки а, клетки b приступают к накоплению и выделению секрета (Таежный.., 1985). Клетки d и e освобождаются от секрета в течение первых 2-3 сут, клетки d дегенерируют, а e выполняют впоследствии функцию осморегуляции (Таежный.., 1985).

Исходя из факта различного строения слюнных желез у представителей подсемейств Amblyomminae и Ixodinae, следует ожидать, что структурные компоненты слюнных желез отличаются по секреторной активности и функциональному назначению на протяжении всего периода кровососания клеща.

3.1. Изменения состояния слюнных желез на протяжении питания

На исследованном материале мы установили, что у голодных самок клещей рода Ixodes слюнные железы представляют собой компактный парный орган, с мелкими альвеолами, визуально в структуре органа преобладают трахейные трубки и выводные протоки. Крупные секреторные гранулы обнаруживаются в базальных клетках (d) альвеол 3-го типа, причем при проводке через спирты и окрашивании стандартными гистологическими красителями гранулы не воспринимают или слабо воспринимают окраску, что возможно свидетельствует об их липоидной природе. Клетки альвеол 2-го типа имеют интенсивно окрашиваемую основными красителями цитоплазму и крупные ядра, в базальной и апикальной частях альвеол удавалось идентифицировать слабую грануляцию цитоплазмы клеток. В клетках а, как у голодных клещей, так и в течение всего периода питания, основным типом гранул являются гомогенные электронно-плотные гранулы диаметром 3.0-3.5 мкм. Второй тип секреторных продуктов представлен гранулами большего размера (4.0-6.0 мкм) с тонкогранулярным содержимым низкой электронной плотности. Гранулы обоих типов заполняют цитоплазму клеток а еще до начала кровососания и выводятся в первые его часы, на что указывает присутствие через 6-8 ч после прикрепления клеток, содержащих лишь единичные гранулы. Клетки b отличаются присутствием электронно-плотных гранул меньшего диаметра. Таким образом, в течение кровососания секреторные продукты этих клеток меняются, по крайней мере, дважды. В период голодания в них накапливаются гранулы диаметром 2.0-2.5 мкм, которые выводятся сразу после прикрепления клеща к хозяину. В первые часы питания в клетках b наблюдаются плотные гранулы диаметром 1.0-1.2 мкм, а начиная с 15-18 ч после прикрепления и до окончания питания - плотные гранулы 0.7-0.9 мкм.

Пик секреторной активности альвеол 3 типа приходится на первые сут питания. Через 4 ч после присасывания большинство d клеток альвеол 3 типа освободилось от секрета, либо этот процесс заканчивается уже в первые сутки после прикрепления клеща. Для клеток d характерны крупные электроннопрозрачные гранулы, которые образуются еще до начала кровососания и выводятся в просвет альвеол в конце первых сут после прикрепления, что сопровождается разрушением клеток. В цитоплазме клеток e голодных клещей содержатся гомогенные электронно-плотные гранулы диаметром 2.0-2.5 мкм, которые через 6 ч после начала питания заменяются плотными гранулами диаметром 1.2-1.5 мкм, исчезающими из клеток в первые часы вторых сут питания. Таким образом, секреторная активность альвеол 3 типа заканчивается в конце первых - начале вторых сут кровососания, при этом клетки d дегенерируют, а клетки e, по-видимому, меняют функцию, формируя в конце питания классический базальный лабиринт, характерный для осморегуляторных эпителиев. На вторые сутки отмечается истончение стенок альвеол 3 типа, а на 3 сутки они представляют собой тонкостенные пузырьки.

>осекреторной активности по данным световой микроскопии складывается из двух этапов: 1 - активность альвеол 3 типа, продолжающаяся от начала присасывания (особенно на 3-4 ч после присасывания) на протяжении последующих 2-3 сут; 2 - активность альвеол 2 типа, проявляется началом секретирования в первые часы после присасывания, а интенсивное выделение секретов наблюдается со2-х сут до конца питания клеща (Табл. 3).

Таблица 3. Изменение секреторной активности гранулосодержащих клеток альвеол слюнных желез самок клещей рода Ixodes.

Альвеолы 2 типа,

клетки a Альвеолы 2 типа,

клетки b Альвеолы 3 типа,

клетки d Альвеолы 3 типа,

клетки e

Световая микроскопия

I. pacificus,

I. pavlovsky,

загрузка...