MORPHOFUNCTIONAL CHANGES IN CARP FISHES UNDER THE INFLUENCE OF OIL
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
(Doctor of Biology, Professor; Professor of the Department of Applied Biology and Microbiology)
Russian Federation
Russian Federation
2.
Astrakhan State Technical University
Type:
Article
Pages:
from 69
to 73
Status:
Published
Received:
05.03.2014
Accepted:
25.03.2014
Published:
25.03.2014
Subject area:
UDK 597-18:597.583.1.-1.044
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
BBK 28.693.324:[28.081.4:47.222]
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
BBK 28.693.324:[28.081.4:47.222]
Language:
Russian
Keywords:
experimental studies, carp, Caspian oil, intoxication, hemato-incirenical and histohematological barriers, histological environment of the fish brain, compensatory-adaptive reaction
Abstract (English):
Experimental studies provide evidence on the effects of sublethal concentrations of crude oil on the body of the carp fish. Experiments were conducted on carp over the age of two years. The experiment lasted 30 days. Samples were selected in 10, 20, 30 days from the experiments. The permeability of blood-brain and histohematogenous barriers (in muscle, liver) were determined in vitro by the colorimetric method. The histological environment of the fish brain was studied. It was stated that the exposure to sublethal concentrations of oil on fish increased the level of permeability of the neutral red through hemato-incirenical and histohematological barriers. It was found that on the 10th day of the experiment fish evolved compensatory-adaptive reactions. With the increase of toxicity exposure time on the 20–30th fish showed signs of destructive reactions of vital organs, as well as in the central nervous system.
Experimental studies provide evidence on the effects of sublethal concentrations of crude oil on the body of the carp fish. Experiments were conducted on carp over the age of two years. The experiment lasted 30 days. Samples were selected in 10, 20, 30 days from the experiments. The permeability of blood-brain and histohematogenous barriers (in muscle, liver) were determined in vitro by the colorimetric method. The histological environment of the fish brain was studied. It was stated that the exposure to sublethal concentrations of oil on fish increased the level of permeability of the neutral red through hemato-incirenical and histohematological barriers. It was found that on the 10th day of the experiment fish evolved compensatory-adaptive reactions. With the increase of toxicity exposure time on the 20–30th fish showed signs of destructive reactions of vital organs, as well as in the central nervous system.
Keywords:
experimental studies, carp, Caspian oil, intoxication, hemato-incirenical and histohematological barriers, histological environment of the fish brain, compensatory-adaptive reaction
experimental studies, carp, Caspian oil, intoxication, hemato-incirenical and histohematological barriers, histological environment of the fish brain, compensatory-adaptive reaction
Введение Организм животных, в том числе и рыб, обладает значительными возможностями для адекватного реагирования на действие повреждающих факторов внешней среды. Эти возможности складываются как из механизмов, осуществляющихся на уровне целостного организма, отдельных тканей, так и из приспособительных возможностей отдельных клеток. Несмотря на широкое использование современных методов анализа, очень редко изучается подвергшаяся влиянию риск-фактора конкретная функциональная система организма. Как правило, для анализов используется прежде всего кровь, ее клетки и плазма. Такой подход, без сведений о функциональных нарушениях внутренних органов и, особенно, нервной системы, в настоящее время ограничивает знания о количественных и качественных изменениях компенсаторно-приспособительных реакций, определяющих возможность обратимости нарушений, вызванных действием поллютантов. Известны факты, свидетельствующие о расстройствах центральной нервной системы (ЦНС) в результате накопления в организме гидробионтов вредных метаболитов, которые с кровью проникали через гистогематический барьер в головной мозг. Патоморфологические изменения в головном мозге рыб под влиянием различных токсинов были описаны в [1–3]. Опубликованы материалы о фенольном отравлении рыб [4], влиянии гербицидов ялана и сатурна на них [5], а также данные о структурных изменениях в головном мозге рыб под влиянием нефти [6, 7]. В связи с вышесказанным целью исследований явился анализ морфофункциональных изменений мотонейронов, определяющих потенциальные возможности адаптации рыб к нефтяному загрязнению. Материал и методы исследования Опыты проводили на карпах (Cyprinus carpio L.) в возрасте 2+, рыб содержали в бассейнах при сублетальной концентрации сырой нефти, равной 150 мг/л, контрольных – в воде бассейнов без добавления токсиканта. Эксперимент проходил в течение 30 суток при постоянной аэрации воды и кормлении рыб живыми и искусственными кормами. Пробы отбирали из хвостовой вены рыб через 10, 20 и 30 суток эксперимента, у интактных – в те же дни и часы. Проницаемость гематоэнцефалического и гистогематического барьеров определялась in vitro колориметрическим методом [8]. Гистологические срезы головного мозга толщиной 5–7 микрон окрашивали по Нисслю [9, 10]. Все препараты микроскопировали и фотографировали на микроскопе фирмы «Olimpus» и стереомикроскопе фирмы «Leica-MZ 12.5», оснащенном телевизионной камерой «Picxera». Для обработки цифровых данных были использованы методы вариационной статистики [11, 12], полученный цифровой материал обработан с помощью компьютерной программы DSTAT. Результаты исследования и их обсуждение Результаты эксперимента выявили морфологические изменения различных отделов головного мозга двухлеток карпа, подвергшихся воздействию сублетальной концентрации нефти. Контрольные варианты морфоструктуры всех отделов мозга карповых рыб соответствовали норме. Через 10 суток эксперимента сосуды мозга становились расширенными, полнокровными, в некоторых из них наблюдалась агрегация эритроцитов. В ткани мозга появились мелкие очаговые кровоизлияния. Сосудистые изменения сопровождались периваскулярным и перицеллюлярным отеком. Нейроны имели следующие изменения: произошло резкое набухание и гомогенизация цитоплазмы нервных клеток, эктопия (смещение) ядра к периферии клетки, у части клеток наблюдались явления кариоцитолиза, характеризовавшиеся «побледнением» цитоплазмы, лизисом ядра с постепенным превращением нейронов в «клеточную тень». Иногда наблюдались сморщенные, гиперхромные клетки с признаками вакуолизации, а также с отложениями липофусцина в цитоплазме (рис. 1, а). По мере увеличения времени воздействия нефти (20 суток эксперимента) в сосудах были выявлены гемокоагуляционные нарушения, сопровождавшиеся крупными кровоизлияниями в окружающие ткани. Отмечался периваскулярный и перицеллюлярный отек, наблюдались мелкие очаги некроза. Изменения нейронов были идентичны таковым у особей с 10-ю сутками экспозиции: выявлено набухание нейронов, кариолизис, дистрофические нарушения кариоплазмы, некробиоз (рис. 1, б). На 30-е сутки эксперимента наблюдалось увеличение полнокровия сосудов, нарастал периваскулярный и перицеллюлярный отек. Отмечался тотальный кариолизис нейронов, а также цитолизис с образованием клеток-теней. Сохранившиеся нейроны представляли собой сморщенные гиперхромные клетки, что свидетельствовало об их функциональном чрезмерном напряжении и предшествовало их гибели, или клетки становились гипертрофированными, что являлось признаком развивавшихся компенсаторно-приспособительных реакций (рис. 1, в). На 10-е сутки эксперимента происходило заметное повышение уровня проницаемости гематоэнцефалического барьера мозга относительно контрольного – в два раза. С увеличением времени воздействия нефти (20 суток) в мозгу рыб проницаемость гематоэнцефалического барьера становилась близкой к контрольной (рис. 2). Уровень проницаемости гематоэнцефалического барьера к нейтральному красному продолжал достоверно возрастать на 30-е сутки интоксикации (в 1,9 раза). а б в Рис. 1. Морфологические изменения в продолговатом мозге карпа под влиянием нефти: а – 10 суток эксперимента; б – 20 суток эксперимента; в – 30 суток эксперимента. Окраска по Нисслю; ув. 800 Рис. 2. Действие нефти на проницаемость гематоэнцефалического барьера двухлеток карпа в эксперименте, мкг красителя/мг сухого веса ткани мозга Обратимость нарушений, вызванных изменениями экологической обстановки, воздействием нефти, возможно ожидать в паренхиматозных органах и тканях, которым свойственна пролиферация клеточных элементов (печень, мышцы и т. д.). В эксперименте воздействие нефти на уровень проницаемости гистогематических барьеров печени и дорсальных мышц показало выраженную тенденцию к его зависимости от длительности экспозиции. Отметим, что проницаемость гистогематических барьеров была особенно высока на 20-е и 30-е сутки эксперимента по сравнению с контролем (табл.). Средние значения сорбции нейтрального красного в печени и мышцах карпов в зависимости от экспозиции действия нефти Показатель Экспозиция M ± m Р Мышцы К 10 20 30 2359,8 ± 48,3062 2542,7 ± 145,3031 2681,4 ± 101,1812 2680,2 ± 174,8646 * Печень К 10 20 30 2057,7 ± 1150087 1875,4 ± 194,8532 3073,6 ± 70,4221 2163,3 ± 180,0698 * Примечание. Звездочками отмечены величины, достоверно отличающиеся от соответствующих значений в контроле: p < 0,05. Нарушение гистогематических барьеров приводит к нарушению трофики и накоплению эндотоксикантов в крови и тканях органов. Эти нарушения особенно опасны для мозга и ЦНС в целом, т. к. это ведет к функциональным расстройствам не только отделов ЦНС, но и других систем организма. С изменением уровня проницаемости гематоэнцефалических и гистогематических барьеров в мозгу, печени и мышцах, на фоне деструктивных процессов в тканях этих органов, можно предположить, что токсикоз вступил в последнюю фазу, которая носила разрушающий характер. Заключение Экспериментальные исследования позволили получить данные, свидетельствовавшие о суммарном воздействии экзотоксикантов. На 10-й день эксперимента отмечался в основном адаптивный характер компенсаторно-защитных реакций организма в связи с интоксикацией нефтью, эффект которых утрачивал свое позитивное значение для организма вследствие развития необратимых процессов на 20–30-й день эксперимента в виде деструкции мотонейронов в отделах ЦНС подопытных рыб. При воздействии сублетальной концентрации нефти на рыб повышался уровень проницаемости нейтрального красного через гематоэнцефалические и гистогематические барьеры. Мотонейроны всех исследованных отделов, включая двигательные ядра среднего мозга, находились в состоянии деструкции. Рыбы отказывались от корма, переставали двигаться.
1. Burkovskiy A. L. Vliyanie fosfororganicheskih soedineniy na mikromorfologiyu i gistologiyu vnutrennih organov ryb / A. L. Burkovskiy, S. G. Kul'kin // Tez. dokl. Mezhotraslevoy nauch.-prakt. konf. «Sostoyanie i ohrana biologicheskih resursov Volgogradskoy oblasti». Volgograd, 1977. S. 136-138.
2. Kokuricheva M. P. O primenenii gistologicheskogo izucheniya organov i tkaney ryb v vodnoy toksikologii / M. P. Kokuricheva // Vliyanie pesticidov i nefteproduktov na vodnye organizmy // Izv. GosNIORH. 1974. T. 98. S. 112-120.
3. Scherbakov Yu. A. Morfologicheskie izmeneniya, razvivayuschiesya v organah ryb pri privykanii k toksicheskim veschestvam / Yu. A. Scherbakov // Reakciya gidrobiontov na zagryaznenie. M., 1983. S. 114-116.
4. Lebedinskiy N. A. Sanitarnaya gidrobiologiya i vodnaya toksikologiya / N. A. Lebedinskiy, V. A. Pomarzhanskaya. Riga, 1968. S. 81-86.
5. Zemkov G. V. Ekologo-toksikologicheskie osobennosti vliyaniya gerbicida yalana na ryb / G. V. Zemkov: dis. … kand. biol. nauk. Astrahan', 1990. 23 s.
6. Kanieva N. A. Osobennosti izmeneniya belkovogo spektra syvorotki krovi i skeletnyh myshc karpa v processe intoksikacii neft'yu / N. A. Kanieva // Vestn. Saratov. gos. agrarnogo un-ta im. N. I. Vavilova. 2004. № 2. S. 3-6.
7. Obuhov D. K. Issledovanie vliyaniya neftyanogo zagryazneniya na morfofunkcional'noe razvitie molodi osetrovyh / D. K. Obuhov, V. I. Kryuchkov // Voprosy rybolovstva. 2000. T. 1, vyp. 4. S. 98-117.
8. Pokrovskiy A. A. Biohimicheskie metody issledovaniya v klinike: spravochnik / A. A. Pokrovskiy. M.: Medicina, 1969. 651 s.
9. Merkulov G. A. Kurs patogistologicheskoy tehniki / G. A. Merkulov. M.: Medicina, 1969. 422 s.
10. Romeys B. Mikroskopicheskaya tehnika / B. M. Romeys. M.: Inostr. lit., 1953. 720 s.
11. Lakin G. F. Biometriya / G. F. Lakin. M.: Vyssh. shk., 1973. 343 s.
12. Plohinskiy N. A. Biometriya / N. A. Plohinskiy. M.: Izd-vo MGU, 1973. 302 s.
