REACTIONS OF KIDNEYS OF SILVER BREAM (BLICCA BJOERKNA) FROM VOLGA DELTA TO HABITAT
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
(Competitor of the Department of Hydrobiology and General Ecology)
Russian Federation
Russian Federation
2.
Astrakhan State Technical University
(Doctor of Biology, Assistant Professor; Professor of the Department of Hydrobiology and General Ecology)
3.
Astrakhan State Technical University; Caspian Institute of Sea and River Transport named after Admiral F. M. Apraksin, branch of the Volga State University of Water Transport
(Doctor of Biological Sciences, Assistant Professor; Professor of the Department of Hydrobiology and General Ecology; Professor of the Department of Mathematical and Natural Sciences disciplines)
Russian Federation
Russian Federation
Type:
Article
Pages:
from 142
to 149
Status:
Published
Received:
24.09.2021
Accepted:
26.09.2021
Published:
26.09.2021
Subject area:
UDK 59 Зоология
Language:
Russian
Keywords:
silver bream, kidney index, morphophysiological indicators, mass, mesonephros, water body
Abstract (English):
The article focuses on the intensive anthropogenic impact on the aquatic ecosystems, which makes it necessary to monitor the populations of different fish species. The method of mor-phophysiological indicators was used to study the kidneys of silver bream in different water bodies of the Volga Delta. The morphometric characteristics of the kidneys of silver bream are presented. It is shown that the reactions of organs and body systems are caused by the environmental impact on the living organisms, which results, in particular, in the pathological changes in the fish body. Reactions in the body of fish are the result of a combined effect of environmental factors and natural physiological processes related to feeding, migrations, generative cycles, etc. The detected changes in the organ structure make it possible to assess the impact of the environment on fish. The seasonal and sexual variability of the indices of the mesonephros of silver bream from the Volga Delta is shown. Analysis of the kidneys of fish from two water bodies showed the variability of kidney mass due to the anthropogenic load on the water body, in particular, an increase in the kidney index in silver bream Blicca bjoerkna was registered in the ecosystem with an increased toxic load. It has been stated that the increase in the relative mass of mesonephros was caused by the changes in the organ. Changes were detected both in the intratubular tissue, and in the convoluted tubules and renal capsules. The study helped to find the differences in the relative weight and structure of the kidneys of silver bream, which lives in the water bodies with different anthropogenic load. A real increase of the kidney index was found in fish from the water body with a higher level of anthropogenic impact.
The article focuses on the intensive anthropogenic impact on the aquatic ecosystems, which makes it necessary to monitor the populations of different fish species. The method of mor-phophysiological indicators was used to study the kidneys of silver bream in different water bodies of the Volga Delta. The morphometric characteristics of the kidneys of silver bream are presented. It is shown that the reactions of organs and body systems are caused by the environmental impact on the living organisms, which results, in particular, in the pathological changes in the fish body. Reactions in the body of fish are the result of a combined effect of environmental factors and natural physiological processes related to feeding, migrations, generative cycles, etc. The detected changes in the organ structure make it possible to assess the impact of the environment on fish. The seasonal and sexual variability of the indices of the mesonephros of silver bream from the Volga Delta is shown. Analysis of the kidneys of fish from two water bodies showed the variability of kidney mass due to the anthropogenic load on the water body, in particular, an increase in the kidney index in silver bream Blicca bjoerkna was registered in the ecosystem with an increased toxic load. It has been stated that the increase in the relative mass of mesonephros was caused by the changes in the organ. Changes were detected both in the intratubular tissue, and in the convoluted tubules and renal capsules. The study helped to find the differences in the relative weight and structure of the kidneys of silver bream, which lives in the water bodies with different anthropogenic load. A real increase of the kidney index was found in fish from the water body with a higher level of anthropogenic impact.
Keywords:
silver bream, kidney index, morphophysiological indicators, mass, mesonephros, water body
silver bream, kidney index, morphophysiological indicators, mass, mesonephros, water body
Введение
Одним из условий сохранения популяции в конкретном водоеме может считаться соответствие качества среды требованиям обеспечения нормальной жизнедеятельности организма гидробионтов и сохранения способности воспроизводства вида. Следовательно, для объективной оценки качества окружающей среды необходимо не только и не столько определение параметров ее абиотических компонентов, сколько изучение влияния свойств вод на водные организмы, состояние их органов и тканей, а также на состояние популяции или сообщества [1]. Таким образом, если свойства среды не отвечают требованиям нормальной жизнедеятельности гидробионтов, в том числе и рыб, то качество вод нельзя считать удовлетворительным для сохранения устойчивости экосистемы.
Антропогенное влияние на экосистемы обусловливает необходимость осуществления мониторинга состояния популяций разных видов рыб с различных точек зрения. Так, например, здоровье рыб может быть важным и информативным показателем качества окружающей среды, поскольку изменения свойств воды вне зоны оптимума вызывают ответные реакции в организме рыб, которые могут быть как адаптивными, так и патологическими [2, 3]. В ранее проведенных исследованиях [4, 5] убедительно показано, каким образом изменения в структуре органов у рыб становятся следствием влияния окружающей среды. Несомненный интерес представляют данные, получаемые с применением метода морфофизиологических индикаторов [6, 7]. Во второй половине XX в. этот метод был весьма популярен среди исследователей. Несмотря на кажущуюся простоту метод морфофизиологических индикаторов позволяет решать целый ряд вопросов, связанных с оценкой условий существования видов [8].
Роль почек в организме рыб заключается в осуществлении выделения продуктов метаболизма и регуляции водно-солевого обмена, соответственно, относительная масса почек является одним из индикаторов интенсивности метаболизма в организме рыб [6]. Реакции, в том числе
и патологические, у почек разнообразны, болезни почек сложны, что обусловлено строением органа (в данном случае речь идет о мезонефросе) и выполняемыми функциями [5].
Густера Blicca bjoerkna, как известно, является типичным многочисленным видом, важным компонентом ихтиофауны Нижней Волги. Особенно много густеры в дельте и нижнем течении Волги, где она держится преимущественно в слабопроточных водоемах, ильменях и култуках, может также обитать в слабоосолоненных акваториях авандельты, которые примыкают
к речным устьям. В настоящее время густера хотя и совершает сезонные перемещения, однако
в большей степени, чем раньше, привязана к водоемам речной системы, особенно к нижним участкам дельты, култучной зоне и к авандельте [9]. В связи с этими особенностями густеры данный вид может быть использован для выявления реакций организма рыб на локальные воздействия качества водной среды.
Материал и методы исследования
Исследования проводились на водотоках дельты Волги, при этом постулировалось, что эти реки подвержены антропогенному влиянию в различной степени.
Объектом исследований послужила густера Blicca bjoerkna (L., 1758). Морфофизиологический анализ проводился сразу после поимки рыбы. Органы перед взвешиванием перфузировали физраствором для освобождения от крови, затем обсушивали фильтровальной бумагой. Почки взвешивались обе. Индексы внутренних органов рассчитывали как отношение массы органа к массе тела.
Для гистологического анализа органы (почки) фиксировались в жидкости Буэна, изготовленные срезы толщиной 7 мкм окрашивались гематоксилин-эозином [10]. Анализ микропрепаратов проводили на микроскопе «Альтами» с применением методов морфометрии [11]. Достоверность различий определяемых показателей определяли по критерию Стьюдента [12].
Результаты и обсуждение
Размерно-весовые и возрастные показатели густеры, взятой для анализа, приведены в табл. 1.
Таблица 1
Возрастной и размерно-весовой состав исследовательских уловов густеры
Возрастная группа Средняя длина, см Средняя масса, г Доля рыб
в каждой возрастной группе, %
2+ 13,48 ± 0,13 25,24 ± 0,48 6, 6
3+ 18,82 ± 0,30 89,91 ± 5,37 36,3
4+ 20,75 ± 0,42 120,15 ± 11,85 27,3
5+ 21,36 ± 0,26 146,42 ± 15,80 19,2
6+ 22,59 ± 0,31 187,20 ± 15,82 5,9
7+ 24,22 ± 0,34 204,32 ± 19,11 4,8
Минимальная длина густеры составила 12 см, при этом минимальная масса была 23,0 г. Наибольшая длина густеры из исследовательских уловов составляла 26 см.
Самки были несколько крупнее самцов, однако различия в средней длине были недостоверными. Масса самок достоверно превышала массу одновозрастных самцов весной, надо полагать, за счет большей массы гонад.
Масса внутренних органов изменялась в зависимости от размерно-весовых показателей рыб. Наиболее изменчив этот показатель был у печени. Масса таких органов, как жабры, селезенка и мезонефрос была менее вариабельна.
Как указано в работе Т. И. Моисеенко [13], при изучении влияния факторов среды на морфофизиологические показатели рыб необходимо достаточно строго подходить к идентичности сравниваемых групп и исключить естественную вариабельность показателей, которая может зависеть от эндогенных (возраст, пол, зрелость гонад) и экзогенных (сезонная динамика условий среды и др.) факторов. Ранее на половой диморфизм относительной массы органов указывали
и другие исследователи [14]. Поэтому в первую очередь необходимо было учесть влияние этих факторов на индексы органов у рыб и для сравнения так формировать кластеры рыб, чтобы нивелировать возможное влияние сезонных и половых различий на изменчивость морфофизиологических индикаторов.
Зависимость относительной массы почки от возраста (массы) густеры неоднозначна. Наибольшие значения показателя были выявлены у относительно молодых рыб в возрасте 2–3+, среднее значение индекса почки составило 0,62 ± 0,42 %. У рыб возрастов 4–5+ и 6–7+ значения индекса туловищной почки составили 0,56 ± 0,04 и 0,57 ± 0,04 % соответственно. При этом
у старших возрастных групп густеры увеличилась вариабельность признака с 36,4 до 48,7 %.
Сезонная изменчивость индекса почки не имеет статистически достоверных различий. То же самое можно сказать и о половых различиях относительной массы почки густеры (табл. 2).
Таблица 2
Сезонная и половая изменчивость индексов мезонефроса густеры
Весна (май) Лето (август) Осень (октябрь)
♀ ♂ ♀ ♂ ♀ ♂
Индекс мезонефроса, %
0,57 ± 0,04 0,58 ± 0,04 0,55 ± 0,03 0,56 ± 0,04 0,61 ± 0,04 0,59 ± 0,05
Следует отметить, что наибольшее значение индекса мезонефроса у самок густеры было отмечено в осенний период (0,61 ± 0,04 %), так же, как и у самцов, однако значение индекса почек самцов было несколько меньше (0,59 ± 0,05 %) (Р > 0,05). Таким образом, сезонными и половыми различиями индекса мезонефроса в дальнейшем можно было пренебречь.
Для оценки реакции густеры на различные условия обитания методом морфофизиологических индикаторов использовали рыб в возрасте от 3 до 5 лет, преимущественно это были самки. В приведенных ниже данных показаны результаты наблюдений в летний период (август), данные обобщены за 3 года наблюдений. Это было сделано для того, чтобы по возможности максимально нивелировать вероятную разнокачественность рыб из разных водоемов, о чем было сказано выше.
В [13] Т. И. Моисеенко указывала, что почки рыб из загрязненных водоемов достоверно увеличиваются в массе по сравнению с аналогичными показателями у рыб из благополучных водоемов. Это объясняется возрастанием роли почек в детоксикации посредством усиления выведения токсикантов и продуктов их метаболизма.
Анализ почек рыб из двух исследованных водоемов показал изменчивость массы этого органа в зависимости от местообитания. Установлено, что в водоеме, для которого постулировалась высокая степень антропогенной нагрузки (ерик Берекет), наблюдается статистически достоверное (Р < 0,05) увеличение относительной массы почек густеры. Так, у рыб в ерике Берекет индекс почек составил 0,66 ± 0,05 %, что на 20 % больше, чем у рыб из относительно благополучного водоема (р. Костыль в нижней части дельты), где значение индекса составило в среднем 0,55 ± 0,03 %.
Можно полагать, что выявленное увеличение индекса почек у густеры из ерика Берекет связано с повышенной токсической нагрузкой, т. к. этот водоток находится в непосредственной близости от газоконденсатного комплекса, является рукавом р. Ахтуба, которая в этом районе сама, несомненно, подвержена антропогенному влиянию. Однако Ю. Г. Юровицкий и В. С. Сидоров ранее показывали, что при отравлении наиболее значимые изменения в почках рыб происходят на биохимическом уровне, т. е. косвенно указывали, что морфологические изменения при отравлениях не настолько явно выражены по сравнению с функциональными [15]. Кроме того, встречаются высокие значения индекса почек у рыб и в зонах с низкими дозами токсических веществ [1]. Поэтому утверждать, что непосредственной причиной увеличения относительной массы мезонефроса у густеры является действие токсикантов, мы не можем, однако предположить это с высокой степенью вероятности есть основания. В пользу нашего предположения может свидетельствовать то обстоятельство, что для функциональных изменений органа необходима материальная основа, и если, например, при тех или иных функциональных сдвигах мы не можем обнаружить морфологические изменения, в частности на органном уровне, то их (эти изменения) следует искать на клеточном или субклеточном уровне.
Выделительную функцию выполняют нефроны, с нефронами и со стенками сосудов тесно связана интерстициальная ткань. Интерстиций мезонефроса состоит из ретикуло-лимфомиелоидной ткани, идентификация клеток которой весьма затруднена. Интерстиций играет важную роль в осморегуляции, а наличие в его составе лимфомиелоидных компонентов свидетельствует об участии
в иммуногенезе. Таким образом, вероятные изменения в указанных физиологических процессах, несомненно, могут найти отражение в изменении морфологических пока-зателей почки, т. е. если увеличение массы почек связано с усилением детоксикации организма посредством транспортных процессов [13], то изменения следует искать в тех структурных элементах, которые отвечают за выделительную функцию.
Из анализа гистологических препаратов следует, что наиболее характерными были сосудистые изменения либо как единственный симптом неблагополучия мезонефроса, либо в сочетании с отеками и инфильтрациями интерстиция. Застой крови зачастую является первым признаком патологических изменений в органах и тканях. В интерстиции мезонефроса отмечались кровоизлияния различной величины, от точечных до обширных, захватывавших большую часть межканальцевой ткани (рис.).
Почка густеры. Окраска гематоксилин-эозином. Об. × 20.
Геморрагии в межканальцевую ткань. Отеки перитубулярного пространства
Отеки образуются вследствие нарушения оттока тканевой жидкости. Морфологически отеки в почках густеры проявлялись вокруг извитых канальцев. В норме в световом микроскопе перитубулярное пространство малоразличимо. При отеках перитубулярное пространство было существенно увеличено, окружало извитой каналец своеобразным кольцом (см. рис.).
Объем, занятый межканальцевой тканью, в почках с явно выраженными отеками перитубулярного пространства был увеличен на 10 %. Следует отметить, что это касается рыб из обоих водоемов, а не только из ерика Берекет, однако частота встречаемости подобного рода изменений у густеры из ерика Берекет была достоверно выше.
Одним из показателей гломерулярных изменений была вариабельность диаметра почечных телец. Коэффициент вариации размера капсулы нефрона CV в почках густеры из «загрязненного» водоема достигал 50 % и более. В неизмененных почках CV, как правило, не превышал 12 %.
Таблица 3
Морфометрическая характеристика мезонефроса густеры
Показатель р. Костыль ер. Берекет
Диаметр почечной капсулы, мкм 63,6 ± 5,4 68,3 ± 7,2
Диаметр капиллярного клубочка, мкм 48,5 ± 3,3 56,4 ± 6,5
Количество клеток в сосудистом клубочке, шт. 51,5 ± 2,2 59,6 ± 4,3
Диаметр канальцев 1 типа, мкм 20,2 ± 0,9 21,6 ± 2,0
Диаметр канальцев 2 типа, мкм 53,5 ± 1,8 70,2 ± 3,5
Диаметр канальцев 3 типа, мкм 46,2 ± 2,4 46,8 ± 1,0
Площадь интерстициальной ткани, % 50,5 ± 0,5 58,5 ± 1,8
Кроме того, в почках рыб из ерика Берекет чаще, чем у густеры из р. Костыль, выявлялась гиперклеточность в капиллярном клубочке. Так, среднее количество клеток в сосудистом клубочке составило 59,6 ± 4,3 шт., тогда как у рыб из условно незагрязненного водоема – 51,5 ± 2,2. Анализ микропрепаратов показал, что увеличение количества клеток в клубочке является преимущественно следствием стаза в капиллярах, видимое в микроскоп большее количество клеток достигается преимущественно за счет хорошо видных ядер эритроцитов в просвете капилляров. Впрочем, возрастание числа эритроцитов можно интерпретировать не только как стаз, но и как следствие усиления кровотока в почке при усилении детоксикации. Одновременно наблюдалось и увеличение диметра почечной капсулы, который составлял у рыб из разных водоемов в среднем 68,3 ± 7,2 мкм (ерик Берекет) и 63,6 ± 5,4 мкм (р. Костыль). При увеличенных почечных капсулах капиллярные петли полностью заполняли объем капсулы, мочевое пространство
в микроскоп практически не просматривалось.
В целом можно констатировать, что в почках густеры были выявлены изменения, которые можно рассматривать как патологические (геморрагии, окклюзия извитых канальцев, отеки интерстиция), так и компенсаторно-приспособительные, направленные на усиление выделительных процессов.
Заключение
В ходе исследования выявлены различия в относительной массе и структуре почек густеры, обитающей в водоемах с разной антропогенной нагрузкой. Выявлено достоверное увеличение индекса почек у рыб из водоема, для которого постулирован более высокий уровень антропогенного воздействия. Показано, что увеличение массы мезонефроса происходит как за счет увеличения объема интерстиция, который, в свою очередь, увеличивается вследствие нарушения оттока тканевой жидкости, так и вследствие застоя крови, который проявляется как в капиллярах почечных телец, так и в виде геморрагий в межканальцевой ткани.
1. Moiseenko T. I., Lukin A. A. Patologii ryb v zagryaznyaemyh vodoemah Subarktiki i ih diagno-stika // Vopr. ihtiologii. 1999. T. 39. № 4. S. 535-547.
2. Bin Dohaish El-G. A. Effect of water pollution of the Redseacoastal zone of Jeddah, Saudi Arabia on the histol ogical characters of some body organs of Red spot emperor lethrinuslentjan (Teleorts: Lethrinidae) // J. Egypt. Ger. Soc. Zool. 2003. V. 42C. P. 21-42.
3. Zaki M. I., Sederak I. A., Khadre S., Aziz K., Wahbi O. M. Effect of tanning processing waste water on physiological characteristics of solea. Spp. 1 Histological study on the effect of pollutant on fish // Envi. Manag. Health. & Sustainable Develop. Alex. Egypt. 1999. R. 2-25.
4. Kornienko G. G., Rudnickaya O. A., Zhil'cova A. V. Gistostruktura nekotoryh organov azovskih osetrovyh v usloviyah antropogennogo vozdeystviya // Osnovnye problemy rybnogo hozyaystva i ohrany rybohozyaystvennyh vodoemov Azovskogo basseyna. Rostov n/D.: Izd-vo Azov. NII ryb. hoz-va, 1996. S. 262-263.
5. Kryuchkov V. N., Abdurahmanov G. M., Fedorova N. N. Morfologiya organov i tkaney vodnyh zhi-votnyh. M.: Nauka, 2004. 144 s.
6. Shvarc S. S. Metod morfofiziologicheskih indikatorov v ekologii zhivotnyh // Zoologicheskiy zhurnal. 1958. T. 37. № 4. S. 58-63.
7. Shvarc S. S. Ekologicheskie zakonomernosti evolyucii. M.: Nauka, 1980. 278 s.
8. Moiseenko T. I., Yakovlev V. A. Antropogennye preobrazovaniya vodnyh ekosistem Kol'skogo Se-vera. L.: Nauka, 1990. 220 s.
9. Kazancheev E. N. Ryby Kaspiyskogo morya. M: Leg. i pisch. prom-st', 1981. 167 s.
10. Romeys B. Mikroskopicheskaya tehnika. M.: Inostr. lit., 1953. 720 s.
11. Avtandilov G. G. Medicinskaya morfometriya: rukovodstvo. M.: Medicina, 1990. 384 s.
12. Lakin G. F. Biometriya. M.: Vyssh. shk., 1980. 293 s.
13. Moiseenko T. I. Morfofiziologicheskie perestroyki organizma ryb pod vliyaniem zagryazneniya (v svete teorii S. S. Shvarca) // Ekologiya. 2000. № 6. S. 463-472.
14. Smirnov B. C., Bozhko A. M., Ryzhkov A. M., Dobrinskaya L. A. Primenenie metoda morfologiche-skih indikatorov v ekologii ryb // Tr. SevNIORH. 1972. № 7. 168 s.
15. Yurovickiy Yu. G., Sidorov V. S. Ekologo-biohimicheskiy monitoring i ekologo-biohimicheskoe testirovanie v rayonah ekologicheskogo neblagopoluchiya // Izv. RAN. Ser. biol. 1993. № 1. S. 74-82.
