МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КАРПОВЫХ РЫБ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ НЕФТИ
Журнал: ВЕСТНИК АСТРАХАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ: РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Том 2014 № 1
, 2014
Рубрики: ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ ГИДРОБИОНТОВ
Авторы:
1.
Астраханский государственный технический университет
(доктор биологических наук, профессор; профессор кафедры прикладной биологии и микробиологии)
Россия
Россия
2.
Астраханский государственный технический университет
Тип:
Статья
Страницы:
с 69
по 73
Статус:
Опубликован
Получено:
05.03.2014
Одобрено:
25.03.2014
Опубликовано:
25.03.2014
Классификаторы:
УДК 597-18:597.583.1.-1.044
ГРНТИ 34.39 Физиология человека и животных
ГРНТИ 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
ГРНТИ 69.31 Промышленное рыболовство
ГРНТИ 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
ГРНТИ 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
ББК 28.693.324:[28.081.4:47.222]
ГРНТИ 34.39 Физиология человека и животных
ГРНТИ 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
ГРНТИ 69.31 Промышленное рыболовство
ГРНТИ 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
ГРНТИ 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
ББК 28.693.324:[28.081.4:47.222]
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
экспериментальные исследования, карповые рыбы, каспийская нефть, интоксикация, гематоэнцефалический и гистогематический барьеры, гистологические срезы головного мозга рыб, компенсаторно-защитная реакция
Аннотация (русский):
Экспериментальные исследования позволили получить данные, свидетельствовавшие о воздействии сублетальных концентраций сырой нефти на организм карповых рыб. Опыты проведены на карпах в возрасте 2+, длительность эксперимента составила 30 суток. Пробы отбирали через 10, 20 и 30 суток эксперимента. Проницаемость гематоэнцефалического и гистогематического барьеров (мышцы, печень) определяли in vitro колориметрическим методом. Исследованы гистологические срезы головного мозга. Установлено, что при воздействии сублетальной концентрации нефти на рыб повышается уровень проницаемости нейтрального красного через гематоэнцефалические и гистогематические барьеры. Установлено, что на 10-е сутки эксперимента развивались компенсаторно-адаптивные реакции организма рыб. С увеличением времени воздействия токсиканта – на 20–30-е сутки – в организме рыб появились признаки деструктивных реакций в жизненно важных органах, в том числе в центральной нервной системе.
Экспериментальные исследования позволили получить данные, свидетельствовавшие о воздействии сублетальных концентраций сырой нефти на организм карповых рыб. Опыты проведены на карпах в возрасте 2+, длительность эксперимента составила 30 суток. Пробы отбирали через 10, 20 и 30 суток эксперимента. Проницаемость гематоэнцефалического и гистогематического барьеров (мышцы, печень) определяли in vitro колориметрическим методом. Исследованы гистологические срезы головного мозга. Установлено, что при воздействии сублетальной концентрации нефти на рыб повышается уровень проницаемости нейтрального красного через гематоэнцефалические и гистогематические барьеры. Установлено, что на 10-е сутки эксперимента развивались компенсаторно-адаптивные реакции организма рыб. С увеличением времени воздействия токсиканта – на 20–30-е сутки – в организме рыб появились признаки деструктивных реакций в жизненно важных органах, в том числе в центральной нервной системе.
Ключевые слова:
экспериментальные исследования, карповые рыбы, каспийская нефть, интоксикация, гематоэнцефалический и гистогематический барьеры, гистологические срезы головного мозга рыб, компенсаторно-защитная реакция
экспериментальные исследования, карповые рыбы, каспийская нефть, интоксикация, гематоэнцефалический и гистогематический барьеры, гистологические срезы головного мозга рыб, компенсаторно-защитная реакция
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. Бурковский А. Л. Влияние фосфорорганических соединений на микроморфологию и гистологию внутренних органов рыб / А. Л. Бурковский, С. Г. Кулькин // Тез. докл. Межотраслевой науч.-практ. конф. «Состояние и охрана биологических ресурсов Волгоградской области». Волгоград, 1977. С. 136-138.
2. Кокуричева М. П. О применении гистологического изучения органов и тканей рыб в водной токсикологии / М. П. Кокуричева // Влияние пестицидов и нефтепродуктов на водные организмы // Изв. ГосНИОРХ. 1974. Т. 98. С. 112-120.
3. Щербаков Ю. А. Морфологические изменения, развивающиеся в органах рыб при привыкании к токсическим веществам / Ю. А. Щербаков // Реакция гидробионтов на загрязнение. М., 1983. С. 114-116.
4. Лебединский Н. А. Санитарная гидробиология и водная токсикология / Н. А. Лебединский, В. А. Помаржанская. Рига, 1968. С. 81-86.
5. Земков Г. В. Эколого-токсикологические особенности влияния гербицида ялана на рыб / Г. В. Земков: дис. … канд. биол. наук. Астрахань, 1990. 23 с.
6. Каниева Н. А. Особенности изменения белкового спектра сыворотки крови и скелетных мышц карпа в процессе интоксикации нефтью / Н. А. Каниева // Вестн. Саратов. гос. аграрного ун-та им. Н. И. Вавилова. 2004. № 2. С. 3-6.
7. Обухов Д. К. Исследование влияния нефтяного загрязнения на морфофункциональное развитие молоди осетровых / Д. К. Обухов, В. И. Крючков // Вопросы рыболовства. 2000. Т. 1, вып. 4. С. 98-117.
8. Покровский А. А. Биохимические методы исследования в клинике: справочник / А. А. Покровский. М.: Медицина, 1969. 651 с.
9. Меркулов Г. А. Курс патогистологической техники / Г. А. Меркулов. М.: Медицина, 1969. 422 с.
10. Ромейс Б. Микроскопическая техника / Б. М. Ромейс. М.: Иностр. лит., 1953. 720 с.
11. Лакин Г. Ф. Биометрия / Г. Ф. Лакин. М.: Высш. шк., 1973. 343 с.
12. Плохинский Н. А. Биометрия / Н. А. Плохинский. М.: Изд-во МГУ, 1973. 302 с.
