COMPARATIVE CHARACTERISTICS OF MORPHOFUNCTIONAL STATE OF ORGANS IN BLACK-BACK HERRING (ALOSA KESSLERI KESSLERI) CAUGHT IN DIFFERENT YEARS
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
(Doctor of Biology, Assistant Professor; Professor of the Department of Hydrobiology and General Ecology)
2.
Astrakhan State Technical University
(Doctor of Medicine, Professor; Professor of the Department of Hydrobiology and General Ecology)
Russian Federation
Russian Federation
Type:
Article
Pages:
from 72
to 80
Status:
Published
Received:
28.04.2022
Accepted:
07.06.2022
Published:
22.06.2022
Subject area:
UDK 639 Охота. Рыбное хозяйство. Рыболовство
Language:
Russian
Keywords:
black-black herring, liver, kidneys, spleen, intestine, gills
Abstract (English):
The purpose of the research was to consider pathological characteristics of tissues and organs of black-back herring (Alosa kessleri kessleri) in different years. Results of the comparative analysis of pathohistological changes in the organs were taken into account, since this method allows revealing pathological changes in herring organs and tissues, and comparative analysis of histomorphological parameters of black back herring in different years allowed determining changes in the degree and level of a pathological process in the course of time. There were studied the matured species of black back herring Alosa kessleri kessleri (Grimm) caught for analysis during the spawning run in the Volga River in 2014 and 2021. Six hundred of histological sections of organs (liver, kidneys, spleen, intestines, and gills) in 37 species were prepared and analyzed. The species selected for the study were 2 and 3 years old. The material was processed by the classical histological methods. Pathomorphological study of black back herring’s organs in different years showed that the studied fish species experienced high stress. There has been found a wide range of pathologies which could be caused by a chronic ingestion of pollutants from the environment. It has been stated that the organs through which pollutants enter were most affected (gills, liver, kidneys). The main manifestations of a pathological process were microcirculatory disorders, edema, necrosis, inflammation, connective tissue over-growth, epithelial hyperplasia. All the detected pathological changes in fish organs arose due to the modern environment, which is explained by the disturbances resulting from significant changes in aquatic and terrestrial ecosystems
The purpose of the research was to consider pathological characteristics of tissues and organs of black-back herring (Alosa kessleri kessleri) in different years. Results of the comparative analysis of pathohistological changes in the organs were taken into account, since this method allows revealing pathological changes in herring organs and tissues, and comparative analysis of histomorphological parameters of black back herring in different years allowed determining changes in the degree and level of a pathological process in the course of time. There were studied the matured species of black back herring Alosa kessleri kessleri (Grimm) caught for analysis during the spawning run in the Volga River in 2014 and 2021. Six hundred of histological sections of organs (liver, kidneys, spleen, intestines, and gills) in 37 species were prepared and analyzed. The species selected for the study were 2 and 3 years old. The material was processed by the classical histological methods. Pathomorphological study of black back herring’s organs in different years showed that the studied fish species experienced high stress. There has been found a wide range of pathologies which could be caused by a chronic ingestion of pollutants from the environment. It has been stated that the organs through which pollutants enter were most affected (gills, liver, kidneys). The main manifestations of a pathological process were microcirculatory disorders, edema, necrosis, inflammation, connective tissue over-growth, epithelial hyperplasia. All the detected pathological changes in fish organs arose due to the modern environment, which is explained by the disturbances resulting from significant changes in aquatic and terrestrial ecosystems
Keywords:
black-black herring, liver, kidneys, spleen, intestine, gills
black-black herring, liver, kidneys, spleen, intestine, gills
Введение
Сельдь Alosa kessleri kessleri (Grimm, 1887) – это промысловый объект Волго-Каспийского бассейна. Численность данного вида интенсивно уменьшается. Главной причиной данного процесса является деятельность человека [1]. Численность вида быстро сократилась, изменились особенности биологии
и морфологии. Длина и масса тела современных представителей вида заметно уменьшились [2, 3]. Во второй половине прошлого столетия средняя масса сельди-черноспинки составляла 450 г, длина – 31,50 см [4], сейчас эти параметры составляют
160,3 г и 20,0 см соответственно. Увеличилась доля молоди в нерестовой популяции. Возможно, это связано с сокращением путей анадромной миграции вида в Волге. Кроме того, отмечены морфологические изменения (уменьшение формы и размеров жаберных крышек; изменение числа позвонков, высоты головы, высоты тела), характерные для черноспинки [2]. Изменение среды обитания и условий размножения – гидрогеоморфология Средней Волги, а именно ввод в эксплуатацию Волгоградской
и Саратовской ГЭС, – повлекли за собой изменения в биологии и морфологии сельди. Организм рыб приспосабливается к новым условиям среды, которые далеки от оптимальных по своим характеристикам. Новые приобретенные морфологические
и биологические признаки рыб являются результатом микроэволюционных процессов, связанных с адаптацией вида к современной экосистеме [5], т. е. происходит выживание вида в сложившихся условиях окружающей среды. Антропогенное воздействие также приводит к изменению здоровья биосистемы. Патологический метод позволяет выявить наличие и выраженность патологических изменений на органном и тканевом уровне организации рыб, а сравнительный анализ гистоморфологических показателей сельди-черноспинки в разные годы позволяет определить изменение степени выраженности и уровня патологического процесса во времени [6–9].
Основная цель работы – рассмотрение патологических характеристик на органном и тканевом уровне у сельди-черноспинки (Alosa kessleri kessleri) в разные годы. Проведен сравнительный анализ показателей морфофункционального состояния сельди, выловленной в разные годы.
Материал и методы
Исследовали половозрелых особей сельди-черноспинки Alosa kessleri kessleri (Grimm), взятых для анализа во время нерестового хода в р. Волга
в 2014 и 2021 гг. Образцы тканей исследуемых органов (печень, почки, селезенка, кишечник, жабры) фиксировали в формалине, жидкости Буэна, затем после проведения ряда последовательных гистологических приемов получали срезы толщиной
4–5 мкм. Срезы окрашивали гематоксилин-эозином, фуксином, по методу Маллори [10]. С помощью светового микроскопа «Микромед-2» изучали препараты, микрофотографирование проводили с помощью фотонасадки SONI DSC-W7. Было изготовлено и проанализировано 600 гистологических срезов органов от 37 особей. Возраст рыб, отобранных для изучения, составлял 2 и 3 года.
Степень повреждения органов оценивали по пятибалльной шкале [11]:
– 1 балл – патологические повреждения отсутствовали;
– 2 балла – повреждения легкого характера;
– 3 балла – проявление повреждений средней тяжести;
– 4 балла – необратимые повреждения;
– 5 баллов – сильные, необратимые повреждения важных органов.
Результаты и обсуждение
Для печени сельди-черноспинки, выловленной
в разные годы, были характерны идентичные патологии. Структура органа была нарушена. Регистрировались признаки отека ткани печени, вследствие этого границы клеток плохо определялись. Часто регистрировались участки некроза ткани органа. Микроциркуляторные расстройства часто встречались на срезах, при этом форменные элементы крови были агрегированы внутри сосудов, диаметр которых был увеличен. Отмечались мелкие геморрагии, плазморрагии, петехии [8]. Для рыб, выловленных ранее, было характерно утолщение стенок кровеносных сосудов печени за счет разросшейся соединительной ткани. Отличительной чертой органа современных рыб было наличие на общем фоне среза ткани гепатоцитов разной величины, также отличались по величине и окраске ядра клеток. Для этой же группы рыб более выраженными были признаки жировой дистрофии разной степени проявления (рис. 1, 2).
Рис. 1. Печень сельди Alosa kessleri kessleri (2014 г.). Окраска: гематоксилин-эозин (ОК 10 ОБ 40):
1 – гранулы гемосидерина; 2 – кровеносный сосуд с форменными элементами крови
Fig. 1. Liver of herring Alosa kessleri kessleri (2014). Staining: hematoxylin-eosin (OK 10 OB 40):
1 - hemosiderin granules; 2 - a blood vessel with blood cells
Рис. 2. Печень сельди Alosa kessleri kessleri (2021 г.). Окраска: гематоксилин-эозин (ОК 10 ОБ 40):
1 – гепатоциты; 2 – скопление лимфоцитов;
3 – сосуд с форменными элементами крови; 4 – скопление гранул гемосидерина
Fig. 2. Liver of herring Alosa kessleri kessleri (2021). Staining: hematoxylin-eosin (OK 10 OB 40):
1 - hepatocytes; 2 - accumulation of lymphocytes;
3 - a vessel with blood cells; 4 - accumulation of hemosiderin granules
Установлено, что степень повреждения паренхимы печени, в соответствии со шкалой патогистологического состояния органа, составила 3–4 балла у рыб, пойманных в 2014 г. [8], и 3 балла
у рыб 2021 г.
У представителей обеих групп рыб наблюдались общие черты морфологических изменений
в почках: наличие отеков, некрозов. Характерным признаком также был стаз сосудов органа, часто регистрировались кровоизлияния.
В почечных тельцах отсутствовало мочевое пространство, что являлось следствием гиперклеточности капилляров гломерул.
Микроструктурные нарушения в почке исследуемых рыб проявлялись в виде зернистой дистрофии и атрофии эпителия извитых канальцев. Просветы почечных канальцев были заполнены белковым содержимым. Характерной чертой также были признаки отека, проявляющегося в виде десквамации эпителия канальцев [8, 9] (рис. 3, 4).
Рис. 3. Почки сельди Alosa kessleri kessleri (2014 г.). Окраска: гематоксилин-эозин (ОК 10 ОБ 40):
1 – гломерулярная гипертрофия; 2 – гранулы гемосидерина
Fig. 3. Kidneys of herring Alosa kessleri kessleri (2014). Staining: hematoxylin-eosin (OK 10 OB 40):
1 - glomerular hypertrophy; 2 - hemosiderin granules
Рис. 4. Почки сельди Alosa kessleri kessleri (2021 г.). Окраска: гематоксилин-эозин (ОК 10 ОБ 40):
1 – отек эпителия почечных канальцев; 2 – почечное тельце; 3 – гемопоэтическая ткань
Fig. 4. Kidneys of herring Alosa kessleri kessleri (2021). Staining: hematoxylin-eosin (OK 10 OB 40):
1 - edema of the epithelium of the renal tubules; 2 - renal body; 3 - hematopoietic tissue
У сравниваемых групп рыб выявлена значительная разница в размерах главных структурных элементов мезонефроса. Степень проявления патологии в почке рыб, выловленных в 2014 г., 3 балла, а в 2021 г. – 2,5 балла.
У исследуемых групп рыб пульпа была представлена двумя зонами – красной и белой, – которые плохо различались. Повсеместно регистрировали микроциркуляторные расстройства, проявляющиеся в виде стаза сосудов, мелких кровоизлияний. У рыб, выловленных в 2014 г., соединительнотканные трабекулы были массивными за счет интенсивного разрастания соединительной ткани (фиброз). У этих же рыб соединительнотканные волокна сосудистых стенок также были утолщены, что являлось следствием сужения их просвета, вплоть до полного исчезновения. На срезах регистрировались участки отложения гемосидерина
[8, 9] (рис. 5, 6).
Рис. 5. Селезенка сельди Alosa kessleri kessleri (2014 г.). Окраска: гематоксилин-эозин (ОК 10 ОБ 40):
1 – строма органа; 2 – гранулы гемосидерина
Fig. 5. Spleen of herring Alosa kessleri kessleri (2014). Staining: hematoxylin-eosin (OK 10 OB 40):
1 - stroma of the organ; 2 - hemosiderin granules
Рис. 6. Селезенка сельди Alosa kessleri kessleri (2021 г.). (ОК 10 ОБ 40):
1 – кровеносные сосуды; 2 – скопление гранул гемосидерина; 3 – трабекулы
Fig. 6. Spleen of herring Alosa kessleri kessleri (2021). (OK 10 OB 40):
1 - blood vessels; 2 - accumulation of hemosiderin granules; 3 - trabeculae
Характерными патологическими изменениями
в селезенке рыб, пойманных ранее, было наличие утолщенных трабекул из-за чрезмерного разрастания соединительной ткани. Во второй группе рыб доля белой пульпы значительно превышала долю красной пульпы. Степень патологического процесса в селезенке у всех рыб соответствовала 2 баллам.
При анализе состояния пищеварительной системы исследованных рыб было отмечено, что все рыбы имели отклонения, связанные с нарушением кровоснабжения, при этом капилляры стромы ворсинок были расширены, их просвет был полностью перекрыт скоплением форменных элементов крови. Для слизистой оболочки кишки также была характерна лимфоцитарная инфильтрация. Отдельные ворсинки были либо полностью лишены эпителиальной выстилки, либо частично (рис. 7).
Рис. 7. Кишечник сельди Alosa kessleri kessleri (2014 г.). Окраска: гематоксилин-эозин (ОК 10 ОБ 10):
1 – кишечные ворсинки; 2 – отсутствие эпителия кишечной ворсинки
Fig. 7. Intestine of herring Alosa kessleri kessleri (2014). Staining: hematoxylin-eosin (OK 10 OB 10):
1 - intestinal villi; 2 - absence of intestinal villus epithelium
Стенки кровеносных сосудов кишечной пластинки исследованных рыб были значительно утолщены. Характерным признаком для ранее выловленных рыб было наличие участков аномального разрастания соединительной ткани основной пластинки слизистой оболочки кишки [8]. У рыб, пойманных в 2021 г., кишечные ворсинки имели сильно отличающуюся длину и толщину, а также высота клеток каемчатого эпителия значительно варьировала (рис. 8).
Рис. 8. Кишечник сельди Alosa kessleri kessleri (2021 г.). Окраска: гематоксилин-эозин (ОК 10 ОБ 40):
1 – кишечные ворсинки; 2 – разрушение части клеток; 3 – отсутствие эпителия
Fig. 8. Intestine of herring Alosa kessleri kessleri (2021). Staining: hematoxylin-eosin (OK 10 OB 40):
1 - intestinal villi; 2 - destruction of cells; 3 - absence of epithelium
Для этой же группы рыб были характерны изменения структурных элементов кишечника (диаметр ворсинок уменьшился). Согласно пятибалльной шкале оценки патогистологических изменений степень патологии соответствовала 3 баллам у рыб первой группы и 2,8 баллам у рыб второй группы.
У исследованных рыб были обнаружены идентичные поражения жабр. Вершины ламелл характеризовались наличием сплошных эпителиальных выростов многослойного неороговевающего эпителия, иногда ламеллы не выявлялись, происходила их атрофия. В филаментах также имелись ламеллы разного размера, их длина постепенно увеличивалась. Характерным признаком было зарастание респираторного эпителия, который напоминал спичечные головки. Ламеллы можно было обнаружить только на одной стороне филамента, в то время как на другой стороне находилась широкая пластинка многослойного эпителия без них. Имелись также латеральные выросты респираторного эпителия, так что две соседние ламеллы представляли собой сросшиеся образования, т. е. один тип эпителия заменялся другим: респираторный эпителий заменялся многослойным, т. е. уменьшалась площадь респираторного эпителия, где происходит газообмен. В жабрах наблюдались нарушения микроциркуляции: расширение просвета сосудов, особенно у их оснований, изменение диаметра капилляров и их разрывы [8] .
У современных рыб в жабрах патологические изменения наблюдались в гиалиновой пластинке – основании жаберных тычинок; она имела разную толщину, разное количество и размер хрящевых клеток (рис. 9, 10).
Рис. 9. Жабры сельди Alosa kessleri kessleri (2014 г.). Окраска: гематоксилин-эозин (ОК 10 ОБ 40):
1 – деформированные жаберные ламеллы; 2 – пролиферация респираторного эпителия
Fig. 9. Gills of herring Alosa kessleri kessleri (2014). Staining: hematoxylin-eosin (OK 10 OB 40):
1 - deformed gill lamellae; 2 - proliferation of the respiratory epithelium
Рис. 10. Жабры сельди Alosa kessleri kessleri (2021 г.). Окраска: по Маллори (ОК 10 ОБ 40):
1 – увеличенные концевые отделы ламелл; 2 – разрастание многослойного эпителия; 3 – изменение формы ламелл
Fig. 10. Gills of herring Alosa kessleri kessleri (2021). Staining: by Mallory (OK 10 OB 40):
1 - enlarged terminal sections of lamellae; 2 - proliferation of stratified epithelium; 3 - change of lamellae shape
Все отклонения гистоструктуры жаберного аппарата сельди возникли вследствие ответной реакции организма рыб на состояние окружающей среды, при этом жаберный аппарат находился в состоянии функционального напряжения, чему способствовала неблагоприятная среда.
Установлено, что степень повреждения жабр соответствовала 3 баллам у всех рыб.
Таким образом, интенсивная экологическая нагрузка способствовала ответной реакции организма рыб [12].
Заключение
Материалы сравнительных исследований органов и тканей тела сельди-черноспинки, выловленной в разные годы (2014 и 2021 гг.), свидетельствовали об относительно одинаковых изменениях. Отмечено, что наибольшему воздействию подвергались органы, через которые загрязняющие вещества поступают в организм: жабры; печень – орган детоксикации; почки, являющиеся экскреторными органами. Показатели патогистологического состояния рыб, согласно пятибалльной системе оценки, были несколько ниже у рыб второй группы. Эти небольшие различия в степени проявления патологии могут быть связаны
с большей долей присутствия двухгодовиков в выборке рыб второй группы. В печени ранее выловленных рыб характерной особенностью были признаки фиброза, тогда как у современных рыб присутствовали признаки жировой дистрофии. Дистрофические изменения почечного эпителия были обнаружены во всех препаратах в виде мутного набухания цитоплазмы эпителия извитых почечных канальцев, «слипания» капиллярных петель в почечных тельцах. В селезенке первой группы рыб характерными патологическими изменениями было наличие утолщенных трабекул вследствие чрезмерного разрастания соединительной ткани, а во второй группе – заметное преобладание белой пульпы. Пролиферация клеток многослойного каемчатого эпителия была следствием адаптивных изменений в кишечных ворсинках. Аномалии жаберного аппарата были отмечены у всех исследованных рыб. В большей степени были характерны изменения в виде пролиферации респираторного и многослойного неоро-
говевающего эпителия, а также замена одного эпителия другим (респираторного на многослойный неороговевающий). Сосудистые нарушения были зарегистрированы в анализируемых органах у всех рыб. Все патологические проявления в органах рыб возникли в ответ на современные условия, которые характеризуются значительными изменениями в водных и наземных экосистемах. Следствием хронических стрессов стало стабильное загрязнение воды и донных отложений.
1. Voynova T. V. Sovremennoe sostoyanie nerestovoy chasti populyacii prohodnoy sel'di-chernospinki Alosa kessleri kessleri // Ekologicheskiy monitoring i bioraznoobrazie: materialy IV Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. (Ishim, 18-19 aprelya 2012 g.). Ishim: Izd-vo Tyumen. gos. un-ta, 2012. № 2. S. 75-78.
2. Lepilina I. N., Stepanova T. G., Voynova T. V., Nikolenkov A. A. Costoyanie zapasov sel'di-chernospinki, biologicheskie, fiziologo-biohimicheskie pokazateli i trofologicheskiy analiz proizvoditeley, migriruyuschih v reku Volgu // Vestn. Astrahan. gos. tehn. un-ta. Ser.: Rybnoe hozyaystvo. 2016. № 2. S. 43-52.
3. Pyatikopova O. V. Sovremennye osobennosti nerestovoy migracii nerestilisch i migracii vniz po techeniyu lichinok chernospinnogo shada (Alosa kessleri kessleri) v Volgo-Kaspiyskom basseyne: avtoref. dis. ... kand. tehn. nauk. Astrahan': Izd-vo AGTU, 2019. 19 s.
4. Vodovskaya V. V. Ekologicheskie aspekty biologii prohodnoy chasti Kaspiya. Astrahan': Izd-vo KaspNIRH, 2001. 73 s.
5. Kuzishchin K. V., Gruzdeva M. A., Filenko V. A., Pavlov D. S. Caspian Anadromous Shad Alosa kessleri kessleri (Grimm, 1887) from the Akhtuba River, Lower Volga River Basin: Biological and Morphological Features // Inland Water Biology. 2020. V. 13. P. 79-87.
6. Fedorova N. N., Grushko M. P., Kanieva N. A. Patomorfologicheskie izmeneniya zhiznenno vazhnyh organov volzhskih ryb // Vestn. Astrahan. gos. tehn. un-ta. Ser.: Rybnoe hozyaystvo. 2019. № 4. S. 104-109.
7. Selyukov A. G. Morfofunkcional'nye izmeneniya ryb basseyna Sredney i Nizhney Obi v usloviyah vozrastayuschego antropogennogo vliyaniya // Vopr. ihtiologii. 2012. T. 52. № 5. S. 581-600.
8. Grushko M. P., Fedorova N. N., Aytimova A. A. Gistologicheskiy analiz sostoyaniya tkaney vnutrennih organov sel'di-chernospinki Alosa kessleri kessleri // Izv. TINRO. 2017. T. 188. S. 155-161.
9. Grushko M. P., Fedorova N. N. Sovremennoe sostoyanie vnutrennih organov sel'di-chernospinki Alosa kessleri kessleri (Grimm, 1887) vo vremya nerestovoy migracii // Sovremennoe sostoyanie vodnyh bioresursov: materialy Mezhdunar. konf. (Novosibirsk, 11-13 noyabrya 2021 g.). Novosibirsk: Izd-vo NGAU, 2021. S. 68-71.
10. Volkova O. V., Eleckiy Yu. K. Osnovy gistologii s gistologicheskoy tehnikoy. M.: Medicina, 1982. 304 s.
11. Arshanica N. M., Stekol'nikov A. A. Diagnostika toksikozov ryb i ocenka sredy ih obitaniya // Problemy immunologii, patologii i ohrany zdorov'ya ryb: rasshir. materialy III Mezhdunar. konf. (Borok, 18-22 iyulya 2011 g.). M.: Izd-vo RGAU - MSHA im. K. A. Timiryazeva, 2011. S. 269-274.
12. Rozenberg G. S., Saksonov S. V., Zibarev A. G., Kudinova G. E., Rozenberg A. G., Hasaev G. R. Sberezhenie unikal'nyh prirodnyh simvolov Rossii: ot programm «Vozrozhdenie Volgi» k «Ozdorovleniyu Volgi» // Ohrana prirody i regional'noe razvitie: garmoniya i konflikty (k godu ekologii v Rossii): sb. tr. konf. (p. Partizanskiy Buzulukskogo r-na Orenburgskoy obl., 01-05 oktyabrya 2017 g.). Orenburg: Izd-vo In-ta stepi Ural. otd. RAN, 2017. S. 51-59.
