j1Je1idztN

УДК 502.175-047.36:594.124 ББК 26.221+28.08

А.В. Гудимов

ФГБУН «Мурманский морской биологический институт», КНЦ РАН г. Мурманск, Россия

САМЫЙ СОВРЕМЕННЫЙ БИОМОНИТОРИНГ ВОДНОЙ СРЕДЫ

Аннотация. Современный подход к биомониторингу базируется на непрерывном контроле экологической безопасности. Основной целью исследования является разработка системы он-лайн биомониторинга с использованием двустворчатых моллюсков в качестве биосенсоров изменений окружающей среды. Поведенческие реакции мидий используются как чувствительный параметр ор- ганизма-биосенсора для мониторинга последствий и воздействия различных видов загрязнения водной среды.

Ключевые слова: оперативный биомониторинг, двустворчатые моллюски, поведение, биосенсоры, экологическая безопасность.

Alexander Gudimov

Murmansk Marine Biological

Institute of KSC of RAS

Murmansk, Russia

UP-TO-DATE BIOMONITORING OF THE WATER QUALITY

Abstract. Up-to-date approach to biomonitoring is based on the continuous control of environmental safety. The main aim of the research is to develop the online biomonitoring system with bivalves as biosensors of the environmental changes. Behavioral responses of the blue mussels have been used as a sentinel parameter of a bi- osensor-organism to monitor effects and exposure to a variety of contaminants in the aquatic environment.

Key words: online biomonitoring, bivalve, behavior, biosensors, environmental

safety.

Сегодня современные средства контроля экологической безопасности переносятся в область автоматического непрерывного биомониторинга и биоиндикации, как максимально объективных и оперативных технологий.

Это стало возможным благодаря компьютеризации всех сфер человеческой деятельности и повсеместному развитию глобальных информационных сетей и мобильной связи.

Автоматизированный мониторинг водной среды уже давно реализован в применении различных зондов и мониторинговых станций, измеряющих основные гидрологические параметры. Задача создания системы автоматического слежения за экологическим состоянием водной среды на-

40

много сложнее, чем измерение температуры или солености, но она решаема. В ряде стран уже существуют экспериментальные разработки устройств оперативного контроля качества воды, применяемые в нескольких вариантах, сходных по основному принципу действия.

Однако, до настоящего времени нет ни одной постоянно действующей биотехнической системы обеспечения оперативного контроля экологической ситуации в море. Было установлено, что такая система может быть создана путем применения новейшей технологии непрерывного биомониторинга – он-лайн мониторинга поведенческих реакций водных животных, в частности, двустворчатых моллюсков.

Результаты многолетних исследований, выполняемых в ММБИ, были воплощены в совместном с КНЦ РАН проекте, нацеленном на разработку биотехнической системы получения оперативной биологической информации об экологическом состоянии водной среды, и технологии оперативного (он-лайн) обнаружения экологически опасных явлений с целью защиты прибрежной зоны Баренцева и любых других морей от стихийных и антропогенных воздействий.

Разработанный нами биотехнический комплекс на основе регистрации поведенческих реакций двустворчатых моллюсков (БСМол) предназначен для проведения оперативного биомониторинга в природных условиях прибрежья, с судов, причалов, терминалов или иных гидротехнических сооружений. Непрерывная запись поведенческих реакций двустворчатых моллюсков осуществляется с помощью магнитных датчиков и регистрирующих контроллеров двух модулей, принимающих, сохраняющих и передающих сигнал (данные) на сервер для обеспечения удаленного Интернет доступа к полученным данным.

Как большинство систем BEWS типа Musselmonitor, так и экспериментальный комплекс БСМол при выполнении автоматического непрерывного биомониторинга ориентированы на значительные изменения в поведении моллюсков. В частности, по появлению индикаторной реакции изоляции (закрытия створок) у большинства особей двустворчатых моллюсков судят о токсичности водной среды. Однако, как показали исследования, одной реакции недостаточно для обнаружения низких концентраций токсикантов. Полноценная оперативная биоиндикация состояния среды требует использования более широкого спектра поведенческих реакций. Применение новой технологии биоиндикации в БСМол, вместе с рядом принципиальных технических, методических отличий и ноу-хау, делает разработанную нами систему оперативного биомониторинга самой современной системой биомониторинга водной среды.

41

УДК 612.2(470.21:470.316)

ББК 28.903,13

И.И. Еремеев, Е.Н. Луппова

ФГБОУ ВО «Мурманский арктический государственный университет» г. Мурманск, Россия

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЖИТЕЛЕЙ ЗАПОЛЯРЬЯ И СРЕДНЕЙ ПОЛОСЫ РОССИИ

Аннотация. Сравниваются некоторые параметры внешнего дыхания у жителей Мурманской и Ярославской области. У жителей Мурманской области фактические величины статических лёгочных объёмов и ёмкостей имеют отклонения от значений средней полосы: у мужчин увеличены резервный объём вдоха и выдоха, уменьшен дыхательный объём и частота дыхательных движений; у женщин все параметры ниже в сравнении с параметрами женщин средней полосы. Рассчитан ряд физиологических дыхательных индексов, которые отражают адаптационных возможности организма к условиям Крайнего Севера. Показано, что механизмы адаптации у мужчин и женщин несколько различаются.

Ключевые слова: дыхательная система, внешнее дыхание, дыхательный объем, жизненная ёмкость легких.

Ilya Eremeev, Elena Luppova

Murmansk Arctic State University

Murmansk, Russia

SOME PECULIARITIES OF THE FUNCTIONING OF RESPIRATORY

SYSTEM OF RESIDENTS OF FAR NORTH

AND CENTRAL RUSSIA

Abstract. Some parameters of external respiration among residents of the Murmansk and Yaroslavl regions are compared. In the inhabitants of the Murmansk region, the actual values of static pulmonary volumes and reservoirs have deviations from the Yaroslavl region: men have increased the reserve volume of inspiration and expiration, reduced tidal volume and respiratory rate; In women, all parameters are lower in comparison with the parameters of women in the Yaroslavl region. A number of physiological respiratory indices are calculated that reflect the adaptive capabilities of the organism to the conditions of the Far North. It is shown that the mechanisms of adaptation in men and women are somewhat different.

Key words: respiratory system, external respiration, tidal volume, vital capacity of lungs.

Условия Крайнего Севера всегда считались экстремальными для проживания человека, а адаптация организма к ним вызывала интерес у

42

медиков, физиологов и других специалистов. Несмотря на многочисленные исследования, механизмы адаптации человека к этим условиям остаются не до конца изученными. Поэтому любые сведения, касающиеся особенностей функционирования организма на Севере, представляют определенный интерес. Функции дыхательной системы человека в наибольшей степени изменяются под воздействием неблагоприятных условий, и отражают его адаптацию к среде обитания.

Приступая к исследованию, мы предположили, что сопоставив некоторые параметры дыхания жителей Мурманской области и жителей средней полосы РФ, можно будет зафиксировать наиболее изменчивые показатели и рассматривать их как своеобразную «плату за адаптацию» к неблагоприятным условиям проживания.

Летом и осенью 2016 года были проведены промеры некоторых показателей внешнего дыхания у молодых здоровых мужчин и женщин в Мурманской и Ярославской области. Общее количество испытуемых составило 80 человек, по 20 мужчин и 20 женщин в каждом регионе. Возраст испытуемых – от 18 до 26 лет. В ходе исследования замерялись и рассчитывались следующие показатели:

длина и масса тела; частота сердечных сокращений (ЧСС);

частота дыхательных движений (ЧДД); дыхательный объём (ДО); жизненная ёмкость лёгких (ЖЕЛ);

время задержки дыхания на спокойном вдохе; резервные объёмы вдоха и выдоха (РОвдоха и РОвыдоха); должная жизненная ёмкость лёгких (ДЖЕЛ); жизненный индекс; индекс Скибинского;

процентное отношение фактической и должной жизненной ёмкости лёгких (ФЖЕЛ/ДЖЕЛ).

Антропометрические показатели (рост и масса тела), а также частота сердечных сокращений не являются респираторными показателями, но используются при расчете многих индексов. Поэтому эти параметры были проанализированы. У жителей Мурманской области обоего пола рост и масса тела незначительно превышают показатели жителей средней полосы. Различия в частоте сердечных сокращений более значительны, особенно это касается женщин.

ЖЕЛ у мужчин из обоих регионов практически не различается. Составляющими этой величины является сумма дыхательного объема и резервных объемов вдоха и выдоха. Наши исследования показывают, что у жителей Мурманской области ДО ниже, чем в средней полосе, так что выравнивание величины ЖЕЛ происходит за счет резервных объемов воздуха

43

влегких. У женщин в Мурманской области все отмеченные параметры дыхания ниже, чем у женщин в средней полосе.

Отмеченные различия обусловили разную возможность задержки дыхания после спокойного вдоха. Мужчины, проживающие в Мурманской области, могут задержать дыхание на значительно более длительное время, чем жители Ярославской области (в среднем 49 секунд против 40). Эта особенность дыхания может иметь значение при практически постоянно пониженной температуре, когда в легкие поступает холодный воздух [3]. Для женщин в обоих регионах обсуждаемые выше показатели фактически не различается.

Некоторая разница отмечена в частоте дыхательных движений. В Мурманской области этот показатель ниже, как для мужчин, так и для женщин. Из литературы известно, что наиболее эффективным является редкое и глубокое дыхание, т.к. оно обеспечивает максимальный газообмен

влегких [2]. Жители Мурманской области дышат более редко, а газообмен, вероятно, осуществляется за счет резервных объемов воздуха, который, возможно, успевает прогреваться в легких.

По величине жизненного индекса можно судить о соответствии жизненной ёмкости лёгких массе человека. Для мужчин этот показатель в норме составляет 60 мл/кг, у женщин 55 мл/кг [1]. Рассчитанный нами индекс для мужчин и женщин в Ярославской области составил 60,4±2,5 и 56,4±1,8 соответственно, что близко к норме. В то же время, как у мужчин, так и у женщин Мурманской области данный индекс намного ниже нормы – 56,5±0,9 и 48±0,9 соответственно. Эти данные свидетельствует о недостаточности жизненной ёмкости легких у северян.

Значение индекса Скибинского позволяет оценить функциональные возможности органов дыхания и кровообращения, а также – устойчивость к гипоксии. У мужчин Мурманской области данный показатель значительно выше, чем у мужчин средней полосы, что говорит о лучшей приспособленности к условиям недостаточной доступности кислорода во вдыхаемом воздухе на севере. У женщин же картина неясная. У женщин Мурманской области индекс Скибинского меньше, чем у жительниц Ярославской области. Вероятно, механизм адаптации к условиям недостатка кислорода у женщин несколько иной, нежели у мужчин, и они менее устойчивы к гипоксии.

Отношение фактической жизненной ёмкости лёгких к должной жизненной ёмкости для мужчин в Ярославской области близко к единице, а для мужчин Мурманской области, показатель ЖЕЛ ниже должных значений. Эти данные согласуются с многочисленными аналогичными исследованиями [1, 4]. У женщин Ярославской и Мурманской областей этот показатель ниже должного. Сложно сказать, с чем связано низкое значение данного параметра у жительниц средней полосы, но для северянок эти значения вполне естественны, исходя из данных аналогичных исследований [1, 4].

44

По итогам нашего исследования можно сделать некоторые выводы:

1.Наиболее изменчивыми показателями функционирования дыхательной системы северян по сравнению с жителями средней полосы оказались резервные объемы вдоха и выдоха, время задержки дыхания после спокойного вдоха. Видимо, за счет изменения данных паттернов дыхательная система адаптируется к условиям Крайнего Севера.

2.У мужчин Мурманской области величина ЖЕЛ практически не отличается от мужчин Ярославской области, а резервный объем вдоха и выдоха больше. Поэтому время задержки дыхания после спокойного вдоха

усеверян значительно продолжительнее, чем у жителей средней полосы. ЖЕЛ, ДО и резервный объем выдоха у северянок ниже, а резервный объем вдоха – выше, чем у жительниц средней полосы, следствием этого является менее продолжительное время задержки дыхания.

3.У мужчин и женщин Мурманской области жизненный индекс намного ниже нормы, что свидетельствует о недостаточности жизненной ёмкости лёгких. У мужчин Мурманской области высокий показатель индекса Скибинского, что говорит о лучшей приспособленности к условиям недостаточной доступности кислорода в воздухе на Севере. У северянок же данный параметр низкий, они менее устойчивы к гипоксии.

4.Можно предположить, что у мужчин и женщин механизмы адаптации дыхательной системы к условиям Севера несколько различаются.

Литература

1.Гудков А.Б., Попова О.Н. Внешнее дыхание человека на Европейском Севере: монография. Изд. 2-е, испр. и доп. Архангельск: СГМУ, 2012. 252 с.

2.Гудков А.Б., Попова О.Н., Небученных А.А. Новоселы на Европейском Севере. Физиолого-гигиенические аспекты. Архангельск: Изд-во Сев. гос. мед. ун-та, 2012. 285 с.

3.Гудков А.Б., Лукманова Н.Б., Раменская Е.Б. Человек в приполярном регионе Европейского Севера: эколого-физиологические аспекты: монография. Архангельск: Издательский дом им. В.Н. Булатова, 2013. 184 с.

4.Попова О.Н. Характеристика адаптивных реакций внешнего дыхания у молодых лиц трудоспособного возраста, жителей европейского севера: дис. … д-ра мед. наук. Сев. гос. мед. ун-та. Архангельск, 2009. 24 с.

45

УДК 599.745.3:591.6 ББК 28.082+28.693.36

А.А. Зайцев, С.Ю. Степанов

ФГБУН «Мурманский морской биологический институт», КНЦ РАН г. Мурманск, Россия

РАСКОРМ ЩЕНКОВ СЕРОГО ТЮЛЕНЯ

(HALIHOERUS GRYPUS FABRICUS, 1791) НА БИОТЕХНИЧЕСКОМ АКВАКОМПЛЕКСЕ ММБИ КНЦ РАН

Аннотация. В ходе экспедиции 2016 г. сотрудниками ММБИ с целью проведения экспериментальных исследований, было отловлено пять особей щенков атлантического подвида серого тюленя (Halichoerus grypus grypus). Пойманные животные были доставлены на аквакомплекс ММБИ в г. Гаджиево. Трое из пяти отобранных животных стали питаться дефростированной рыбой самостоятельно без применения дополнительных мер. Для двух оставшихся животных был успешно применен метод принудительного раскорма. Внесенные в изначальную методику принудительного раскорма дополнения, показали свою эффективность.

Ключевые слова: серый тюлень, щенок, принудительный раскорм, условия неволи.

Alexander Zaytsev, Sergey Stepanov

Murmansk Marine Biological

Institute of KSC of RAS

Murmansk, Russia

GRAY SEALS (HALIHOERUS GRYPUS FABRICUS, 1791) PUPPIES BATTENING ON THE BIOTECHNICAL AQUACOMPLEX

OF MMBI KSC RAS

Abstract. MMBI staff during expedition in 2016 captured five specimens of Atlantic gray seal puppies (Halichoerus grypus grypus) for the purpose of carrying out experimental studies. Caught animals were transported to MMBI aquacomplex in Gadzhievo. Three out of five captured animals began to feed on defrostered fish without additional measures. Forced battening method was successfully applied for two remaining animals. Additions made to the original technique of forced battening have proved its efficiency.

Key words: gray seal, puppy, forced battening, captivity conditions.

Сотрудниками ММБИ накоплен богатый опыт, по раскорму, адаптации и содержанию настоящих тюленей в условиях неволи [1]. Исследования ластоногих в условиях вольерного комплекса, позволили получить данные о физиологии, поведении, возможностях сенсорных систем, биохимии и цитологии крови данной группы животных [1, 2, 3, 4].

46

Среди северных представителей настоящих тюленей, особо выделя-

ется серый тюлень (Halichoerus grypus Fabricus, 1791) и в частности его ат-

лантический подвид (Halichoerus grypus grypus) занесенный в Красную книгу Мурманской области [5]. Тесная связь с береговой зоной позволила данным животным, приобрести высокую степень резистентности к воздействию внешних факторов, что обуславливает их низкую смертность при содержании в искусственных условиях [6] и делает их наиболее перспективным видом морских млекопитающих, используемых в качестве элемента биотехнических систем, в условиях морей Арктического региона [7, 8].

Для проведения исследовательских работ сотрудниками ММБИ было получено разрешение на отлов щенков серого тюленя. Отбор осуществлялся на острове Большой Кий, Мурманской области.

В ходе отлова была обследована вся береговая и центральная части острова. Всего было найдено 7 особей (четверо перелинявших животных и трое в процессе линьки). Половозрелые серые тюлени (две особи) были отмечены однажды, в воде на расстояние около 15 метров от берега. Обнаруженные щенки находились в восточной и северо-восточной части береговой зоны острова.

Всего было отобрано 5 щенков серого тюленя, все животные были перевезены на акваполигон ММБИ в г. Гаджиево. На месте содержания, животные были размещены в береговых вольерах, на снегу.

Первые несколько дней, животные старались отползти от человека при его приближении, но постепенно стали привыкать к присутствию сотрудников, а в некоторых случаях даже позволяли дотрагиваться до себя без проявлений оборонительной реакции. Все пойманные животные не имели внешних признаков истощения (недокорма), несмотря на различие в размерах. В естественных условиях, молодые тюлени начинают питаться после периода обязательного голодания [9], по этой причине первые недели принудительный раскорм не применялся. Ежедневно тюленям предлагалось филе дефростированной атлантической сельди, в большинстве случаев рыба не вызывала заинтересованности у животных, но в некоторых случаях животное обнюхивало, а в последствии предпринимало попытки схватить предлагаемый корм.

Трое из пяти отловленных тюленей, стали есть самостоятельно без принудительного раскорма. Решение о проведении принудительного раскорма принималось в зависимости от упитанности животного и особенностей его поведения.

Внешнее состояние и поведение одного из животных значительно отличалось от остальных. У данного щенка наблюдалось явное снижение двигательной активности, реакция на приближение человека была менее выраженной, нежели у остальных животных, стали проявляется внешние признаки потери веса. По этой причине, было принято решение, о начале проведения принудительного раскорма.

47

Впрактике ММБИ, при отказе животного самостоятельно брать рыбу, как правило, используется следующий метод принудительного раскорма – один сотрудник фиксирует голову тюленя, раздвигая ему челюсти, второй в это время проталкивает рабу надавливая на корень языка животного [1]. Как правило, до момента, когда щенок начинает брать корм самостоятельно, данная процедура проводится регулярно. Безусловно, стрессогенный характер данного метода, подразумевает осторожность при принятии решения о начале принудительного раскорма.

Вэтой связи, для уменьшения последствий длительного голодания и облегчения процесса раскорма, была предпринята попытка внести в изначальную методику некоторые изменения. Для этого, перед началом принудительного раскорма, животному перорально (по средствам зонда) ввели 300 мл приготовленного раствора. Всего было приготовлено 1 000 мл раствора следующего состава: 500 мл – хлорида натрия (NaCl) 0,9%, 500 мл – глюкозы 5%, Регидрон 1 доза, 20 мг – домперидона (Мотилиума®). Входящие в раствор компоненты, были использованы для восполнения водносолевого баланса и повышения (активизации) моторики желудочнокишечного тракта. Через полчаса после введения раствора, животному принудительно было скормлено 100 г. филе дефростированной сельди. При следующем кормлении (спустя два часа после введения раствора) тюлень начал есть предлагаемую рыбу самостоятельно. Такая же процедура была проведена, еще с одним животным отказывающимся есть рыбу самостоятельно. Единственным отличием, было то, что после введения раствора, принудительный раскорм не проводился. Данный тюлень начал есть самостоятельно при следующем кормлении.

Возможной причиной повышения пищевой активности животных в результате раскорма с применением данного раствора, может быть имитация естественных процессов. Впервые оказавшемуся в водной среде животному в желудок попадает морская вода, что, оказывает физическое и химическое воздействие на желудочно-кишечный тракт, активизируя тем самым его работу.

На данный момент все пять животных находятся в морских вольерах открытого типа расположенных на аквакомплексе ММБИ г. Полярный, в условиях Кольского залива. Ежедневно с ними проводятся работы по обучению начальной и общей подготовке, необходимой для проведения экспериментальных работ.

Литература

1.Кавцевич Н.Н., Ерохина И.А. Отбор и адаптация морских млекопитающих к условиям аквакомплексов // Экспериментальные исследования морских млекопитающих в условиях Кольского залива / отв. ред. академик РАН Г.Г. Матишов. Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН. 2007. С. 75–124.

48

2.Войнов В.Б., Зайцев А.А., Литвинов Ю.В., Михайлюк А.Л., Пахомов М.В. Сенсорные возможности арктических тюленей в морских биотехнических системах // Вестник Южного научного центра. 2013. Т. 9, № 4. С. 87–95.

3.Ишкулов Д.Г., Михайлюк А.Л., Пахомов М.В. Особенности цветовосприятия у серых тюленей // Вестник КНЦ РАН. 2013. № 4. С. 88–94.

4.Яковлев А.П., Михайлюк А.Л., Григорьев В.Ф. Оценка изменений параметров поведения серого тюленя при воздействии на него электромагнитных полей экстремально низких частот в диапазоне 0,01–36 Гц // Вестник МГТУ. 2016. Т. 19. № 1/2. С. 345–352.

5.Кавцевич Н.Н., Ерохина И.А. Серый тюлень атлантический // Красная книга Мурманской области. Кемерово: Изд. Азия-принт, 2014. С. 566–567.

6.Кондаков А.А. Особенности раскорма серых тюленей в неволи // Морские биотехнические системы. Биологические и технические аспекты. Тезисы докл. междун. науч.-практ. конф. (г. Ростов-на-Дону, 10–11 сентября 2005 г.). Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН. 2008. С. 96–98.

7.Матишов Г.Г., Кавцевич Н.Н., Михайлюк А.Л. Морские млекопитающие в биотехнических системах // Экспериментальные исследования морских млекопитающих в условиях Кольского залива / отв. ред. академик РАН Г.Г. Матишов. Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2007. С. 33–58.

8.Матишов Г.Г., Войнов В.Б., Михайлюк А.Л. Руководство по подготовке морских млекопитающих в составе биотехнических систем в Арктике. Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН, 2015. 212 с.

9.Мишин В.Л., Кавцевич Н.Н. Выкармливание щенков // Гренландский тюлень: современный статус вида и его роль в функционировании экосистем Белого и Баренцева морей / отв. ред. академик РАН Г.Г. Матишов. Мурманск: ООО «МИП-

999», 2001. С. 88–94.

49