Структурно-биомеханические основы адаптивной пластичности кожного покрова пушных зверей

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ « морфология «

УДК 636: 611

Структурно-биомеханические основы адаптивной пластичности кожного покрова пушных зверей

Н.А. Слесаренко, доктор биологических наук, С.Г. Кумиров (s.kumirov@mail.ru).

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии — МВА имени К.И. Скрябина» (ФГБОУ ВО МГАВМиБ — МВА им. К.И. Скрябина) (Москва).

Цель настоящего исследования — установить морфофункциональные адаптации кожного покрова у различных представителей плотоядных и грызунов на основе выявленных морфометрических характеристик этой биотканевой системы. В работе был использован комплексный методический подход, включающий в себя морфологические и биомеханические исследования. В результате исследований установлено, что биомеханические характеристики общего покрова у представителей отряда Сагтуага из семейств Мш1еШае (норка), Сатйае (лисица) и отряда грызунов Кайепиа (кролик) обусловлены конструкционными и архитектурными особенностями строения соединительной ткани и генетически закрепленным характером генеза коллагенновых и эластических волокон. Прочностные характеристики кожи у изучаемых животных тесно взаимосвязаны с особенностями позиционно-специфического распределения коллагена и зависят от степени ее морфологической зрелости. Максимальное значение предела прочности кожи выявлено у норки, что проявляется наличием в дермальной ткани более зрелых в морфологическом отношении коллагеновых структур по сравнению с лисицей и кроликом. Упруго-деформативные параметры кожи определяются плотностью упаковки коллагеновых волокон в дерме и особенностью их архитектоники. Так, увеличение плотности композиции дермы и усложнение архитектоники волокнистых конструкций у норки приводит к увеличению показателей прочности кожи при одновременном уменьшении упруго-деформативных свойств, тогда как у кролика снижение прочностных характеристик тесно коррелирует с возрастанием упруго-деформативных свойств кожи. По результатам работы определены биомеханические характеристики кожи у пушных зверей, обусловленные конструкционными и архитектурными особенностями кожного покрова. Упруго-деформативные параметры кожи как природного биополимера определяются плотностью упаковки коллагеновых волокон в дерме и особенностью их архитектоники.

Ключевые слова: адаптации кожного покрова, кожа пушных зверей, кролик, лисица, норка

Введение

Выяснение закономерностей структурной организации общего (кожного) покрова и его адаптивных преобразований представляет одну из актуальных проблем не только ветеринарной биологии, но и клинической морфологии. Ее важность обусловлена современным представлением о кожном покрове как о сложном лабильном биокомпозите, обладающим высокой реактивностью к условиям как внешней, так и внутренней среды организма, что впоследствии обеспечивает структурные преобразования в организации общего покрова. В доступной отечественной и зарубежной литературе имеются обстоятельные сведения о микроморфологии кожи и ее производных [2, 7, 8, 11], однако многие аспекты этой общебиологической проблемы до настоящего времени окончательно не раскрыты. Так, фрагментарны сведения о структурно-биомеханических основах адаптивной пластичности кожи у животных различных таксономических групп. Вместе с тем, эти данные могут являться базовыми в расшифровке предрасположенности животных к дерматотропным патологиям различной этиологии.

Цель исследования

Установить морфофункциональные адаптации кожного покрова у различных представителей плотоядных и грызунов на основе выявленных морфометрических характеристик этой биотканевой системы.

Материалы и методы

Объектами исследования были молодые половозрелые животные различных таксономических групп отрядов Carnivore, семейства Mustelidae (норка), Canidae (лисица), гры-

зунов Rodentia (кролик). Материалом для исследования служили образцы кожного покрова, полученные с одного ана-томо-топографического участка — латеро-каудальной поверхности бедра, необходимые для проведения биомеханических и морфологических исследований. Биомеханические характеристики взятых образцов, фиксированных в 10%-м растворе формалина и стандартизированных по размеру и форме (8=50 шш2), определяли на испытательной машине <^,тск-1464» (Германия). Морфофункциональные параметры анализировали с помощью комплекса морфологических методов, включающих в себя анатомическое препарирование, классическую гистологию (гематоксилин и эозин, фукселин по Хатру), поляризационную микроскопию с постановкой стандартных реакций (фенольная, с пик-росириусом красным) и электронную растровую микроскопию. Цифровой материал подвергали статистической обработке по классическим методам (Кононский Л.И., 1976). Всего изучено 47 образцов кожного покрова.

Результаты

На основе проведенных исследований установлено, что у представителей всех сравниваемых групп, аналогично другим видам животных, общий (кожный) покров является пластичной биотканевой системой, обладающей высоким приспособительным потенциалом. Об этом могут свидетельствовать выявленные нами морфометрические характеристики кожи у животных различных таксономических групп. Вместе с тем, биомеханические показатели кожи имеют видоспецифические признаки, обусловленные, на наш взгляд, влиянием генетически закрепленной программы морфогенетических потенций вида. Так, наиболее высокий показатель относительного удлинения (ДЦ) кожи отмечен у кролика (298±13,8), промежуточным звеном по данному признаку является лисица (123,0±3,14), минимальные его значения обнаружены у норки (40,1±8,9).

Структурно-биомеханические основы адаптивной пластичности кожного покрова пушных зверей

Рис. 1. Структурная организация кожного покрова лисицы (а), кролика (б) и норки (в): 1 — эпидермис, 2 — сосочковый слой дермы кожи, 3 — сетчатый слой дермы кожи, 4 — волос (волосяной фолликул). Гематоксилин и эозин. Об. 20, ок. 10

Выявлено, что предел прочности (P) при натяжении у сравниваемых таксономических групп, максимален по своим значениям (H/mm2) у норки (0,58±0,17), своего минимума достигает у кролика (0,13±0,06), а лисицы по этому показателю занимали промежуточное положение (0,240±0,14).

По одному из биомеханических критериев оценки совершенства кожи — модулю ее упругости (E) — у представителей семейства Mustelidae (норка) отмечено превосходство по данному показателю (0,98±0,19), в сравнении с лисицей (0,18±0,01) и кроликом (038±0,02).

Вместе с тем, проведенные нами исследования общего покрова не выявили достоверных различий между ее биомеханическими характеристиками и такими микроморфологическими показателями, как общая суммарная толщина дермы и соотношение представительства в ней сосочкового и сетчатого слоев (рис. 1 а).

На основании этого факта можно заключить, что прочностные и упруго-деформативные свойства кожи как природного биополимера преимущественно определяются архитектурными особенностями волокнистых конструкций дермы. Увеличение относительного удлинения кожи у кролика, по сравнению с лисицей и особенно с норкой, может быть обусловлено большим количественным представительством в коже эластических волокон у этих видов животных (рис. 1 б).

Совершенство упруго-деформативных потенций кожи сопровождается появлением в дерме свободно ориентированных форм эластических волокон, не связанных с локализацией волосяных фолликулов, что подтверждается особенностями структурной организации кожи норки (рис. 1 в).

На основании анализа данных поляризационной микроскопии нами установлено, что упруго-деформативные свойства кожи у изучаемых животных связаны также с особенностями позиционно-специфического распределения в нем макромолекул межклеточного вещества и его ориентационной упорядоченности. Повышение плотности упаковки коллагеновых волокон дермы у норки и лисицы, по сравнению с кроликом, оцененное нами по увеличению рефракции коллагена, приводит у них к увеличению прочностных характеристик кожи. Этому способствует также присутствие в дерме у норки и лисицы большего количества зрелых форм коллаге-новых структур по сравнению с кроликом.

Выводы

1. Биомеханические характеристики общего покрова у представителей отряда Carnivora из семейств Mustelidae (норка), Canidae (лисица) и отряда грызунов Rodentia (кролик) обусловлены конструкционными и архитектурными особенностями строения соединительной ткани и генетически закрепленным характером ге-неза коллагенновых и эластических волокон.

2. Прочностные характеристики кожи у изучаемых животных тесно взаимосвязаны с особенностями позицион-но-специфического распределения коллагена и зависят от степени ее морфологической зрелости. Максимальное значение предела прочности кожи установлено у норки, что проявляется наличием в дермальной ткани более зрелых в морфологическом отношении коллагеновых структур по сравнению с лисицей и кроликом.

3. Упруго-деформативные параметры кожи определяются плотностью упаковки коллагеновых волокон в дерме и особенностью их архитектоники. Так, увеличение плотности композиции дермы и усложнение архитектоники волокнистых конструкций у норки приводит к увеличению показателей прочности кожи, при одновременном уменьшении упруго-деформативных свойств, тогда как у кролика, снижение прочностных характеристик тесно коррелирует с возрастанием упруго-деформативных свойств кожи. Библиография

1. Бондоренко, С.П. Выделка, изготовление изделий из шкурок кролика / С.П. Бондоренко. — М.: Сталкер, 2003. — 168 с.

2. Браун, А.А. Развитие соединительнотканной основы кожи. В сб.: Памяти акад. А.А. Заварзина / А.А. Браун. — М.- Л.: Наука, 1948. — С. 202-242.

3. Екимов, А.Н. Гистоструктура кожи и пуховая продуктивность оренбургских коз / А.Н. Екимов, Н.Н. Пуш-карев // Овцы, козы, шерстное дело. — 2002. — №2. — С. 21-25.

4. Еременко, В.И. Изменение структуры кожно-волосяного покрова коров швицкой породы в процессе адаптации / В.И. Еременко, В.В. Обливанцов // Аграр. наука. — 2004. — №9. — С. 22-23.

5. Михайлов, И.Н. Структура и функция эпидермиса / И.Н. Михайлов. — М.: Медицина, 1979. — 284 с.

6. Слесаренко, Н.А. Анатомия собаки. Соматические системы: учеб. / Под ред. Н.А. Слесаренко. — СПб.: Лань, 2011. — 96 с.

7. Слесаренко, Н.А. Структурно-функциональная характеристика кожного покрова животных / Н.А. Слесаренко, Н.В. Бабичев. — М.: МГАВМиБ им. К.И.Скрябина, 1996. — 40 с.

8. Техвер, Ю.Т. Гистология кожного покрова домашних животных / Ю.Т. Техвер. — Тарту: Эстон. с.-х. академия, 1971. — 112 с.

9. Чернова, О.С. Атлас волос млекопитающих. Тонкая структура волоса и игл в сканирующим электроном микроскопе / О.С. Чернова, Т.Н. Циликова. — М.: Товарищество научных изданий КМК, 2004. — 429 с.

10. Lorek, M.O. Filcowanie sie okrywy wlosowej polarnych z roznych grcep zywieniowych/ M.O. Lorek, R. Chole-wa, A. Hartman // Acta Scientiarum polonorum Zootechnia.-Szczecin. — 2003. — Vol. 2. — No. 2. — S. 41-46.

11. Marai, J.F. Pre-and post-natal development of skin characteristics in the one humped camel (cumulus drome-dorins) / J.F. Marai, A.B.A. Khalil // Indian J. Anim. Sc. — 2000. — Vol. 70. — No. 12. — P. 1210-1217.

SUMMARY

N.A. Slesarenko, S.G. Kumirov.

Moscow State Academy of Veterinary Medicine and Biotechnology — MVA named after K.I. Scryabin (FGBOU VO MGAVMIB — MVA named after K.I. Scryabin) (Moscow).

Structural and Biomechanical Basis of Adaptive Plasticity of the Fur Animals Skin. The

goal of this study is establishment of morphological and functional adaptation of the skin in various representatives of carnivores and rodents based on the identified characteristics of the morpho-metric biotissue system. A complex methodological approach was used, including the morphological and biomechanical research. The studies found that the biomechanical characteristics of the total cover the representatives of the order Carnivora of the families Mustelidae (mink), Canidae (fox) and rodent Rodentia (rabbit), due to structural and architectural features of the connective tissue structure and genetically fixed character genesis of the collagen and elastic fibers. The skin strength characteristics of the studied animals are closely linked with the features of position-specific distribution of collagen and depend on the degree of morphological maturity. The maximum tensile strength of the skin was found in mink, which is accompanied by the presence in the dermal tissue more mature morphologically collagen structures in comparison with the fox and rabbit. Elastic-deformability parameters are determined by skin packing density of collagen fibers in the dermis and especially their architectonic. Thus, increasing the density of the composition of the dermis and the complication architectonic fibrous structures in mink leads to an increase of the strength of the skin, while reducing the elastic-deformation properties, whereas rabbit, reducing the strength characteristics closely correlates with the increase in the elastic-deformation properties of the skin. As a result biomechanical characteristics of the fur-bearing animals skin are determined, due to structural and architectural features of the skin. Elastic-deformability parameters of the skin as a natural biopolymer determined packing density of collagen fibers in the dermis and especially their architectonic,

Keywords: adaptation of the skin, mink, fox, fur-bearing animals, rabbit.