Россия
Изучено формирование вторичного иммунодефицита у бычков, обитающих в северной и южной частях российского сектора Северного Каспия. Исследование проведено на основе нового подхода в изучении иммунной системы – выявления в биологических жидкостях естественного ингибирующего фактора. Показано, что уровень вторичного иммунодефицита является интегральным показателем, выражающим состояние не только иммунной системы, но и физиологического статуса исследуемых рыб и их адаптационных возможностей. В исследуемых районах Северного Каспия наихудшие показатели вторичного иммунодефицита выявлены у бычков, выловленных в районах острова Малый Жемчужный и банки Большая Жемчужная, наилучшие – в районе банки Кулалинская. Отмечается, что в первое десятилетие 2000-х гг. индекс ингибирования в акватории острова Малый Жемчужный и банки Большая Жемчужная был в среднем в 1,2 раза ниже, чем в 2018 г. Кроме того, в районах острова Малый Жемчужный и банки Кулалинской до 2002 г. включительно выявлялись рыбы без иммунодефицита, доля которых последовательно, от года к году, снижалась. Предполагается, что формирование иммунодефицита связано с длительным воздействием на бычков паводковых вод р. Волги, загрязненных токсичными веществами.
Северный Каспий, бычки, межтканевая жидкость, индекс ингибирования, вторичный иммунодефицит.
Введение Экологическая обстановка, сформировавшаяся в северной части Каспийского моря, вынуждает гидробионтов приспосабливаться к часто изменяющимся условиям обитания и возникающим в ряде случаев экстремальным ситуациям. В этих условиях большое значение имеет оценка исследователями трендов состояния экосистем, при которой часто используют метод построения когнитивных графов [1], когда влияние каждого из набора факторов на целевой показатель, например на промысловый запас крупных рыб, записывают со знаком «плюс» или со знаком «минус». К таким факторам относятся, помимо абиотических влияний, действие биотического окружения, конкурентов, кормовой базы и т. п. Одним из значимых факторов, влияющих на благополучие популяций рыб и в конечном счете на их численность, является их физиологическое состояние, которое играет роль интегрального теста на определение воздействия позитивных и негативных факторов окружающей среды на организм. Уровень физиологического состояния, имея положительное или отрицательное значение, может существенно влиять на оценку трендов состояния экосистем. Так, исследование благополучия бычков, относящихся к непромысловым видам рыб, позволяет косвенно оценивать состояние бентосного сообщества организмов и его тренд в общем состоянии экосистемы и, соответственно, негативных или позитивных трендов в продуктивности водных биосистем. К числу факторов, по которым можно судить о благополучии исследуемых гидробионтов, относится иммунная система, выполняющая защитные функции. В системе гомеостаза организ-ма иммунная система призвана защищать собственную целостность и биологическую индивидуальность животных от разного рода воздействий. Иммунитет обеспечивается клеточными и гуморальными факторами крови, лимфы и межтканевой жидкости. Нарушение иммунологического статуса, или появление иммунодефицитного состояния, является одним из признаков ухудшения физиологического состояния животного. Следовательно, нарушение иммунологического статуса, или, иначе, появление иммунодефицитного состояния, является одним из признаков ухудшения физиологического состояния животного. Вторичные или приобретенные иммунодефициты, как правило, развиваются при длитель-ном воздействии на организм экологически неблагоприятной среды. Поэтому не вызывает со-мнений факт, что состояние иммунологической реактивности организма следует рассматривать в качестве одного из основных критериев эффективности процесса адаптации. В термин «имму-нологическая реактивность» зачастую вкладывается различный смысл, но большинство иссле-дователей подразумевает при этом состояние защитных сил организма, способность его к защи-те от повреждающих факторов окружающей среды инфекционного и неинфекционного харак-тера. Основу иммунологической реактивности составляет естественная или неспецифическая реактивность. Она является результатом реакций организма на взаимодействие с окружающей средой и выражает способность к ответу на тот или иной раздражитель [2]. Для оценки состояния неспецифической реактивности организма, а также для выяснения характера ее изменений при воздействии повреждающих факторов используются методы, отра-жающие уровень его защитных сил. В связи с этим представляет интерес изучение естественно-го ингибирующего фактора (ЕИФ), занимающего совершенно особое положение в системе ре-гулирующих и супрессорных механизмов. Угнетающее воздействие ЕИФ на образование анти-тел в организме неспецифично, временно и обратимо и прямо коррелирует с выраженностью ингибирующей активности биологических жидкостей [3, 4]. Наибольший интерес представляет изучение явления неспецифического ингибирования активности антител, или явление вторичного (приобретенного) иммунодефицита, которое было обнаружено Н. В. Журавлевой и М. В. Земсковым в 1969 г. и зарегистрировано как открытие в 1977 г. [5]. Высокая информативность величины вторичного иммунодефицита способствовала при-менению этого показателя для оценки уровня вторичного иммунодефицитного состояния рыб, обитающих в бассейне Каспийского моря [6–12]. Наличие вторичного иммунодефицита является одним из ранних признаков возник-новения патологии, т. к. он выявляется еще до появления развернутой картины заболевания [3–5, 13–15]. Материалы и методика исследования Материал для исследований собирали летом 2018 г. в 4-х районах северной части Каспий-ского моря. Два района в северной части Северного Каспия (1-й и 2-й) и два в южной (3-й и 4-й) отличались глубинами. Первый район – восточнее острова Малый Жемчужный – с глубинами 3–8 м, второй – северо-западнее банки Кулалинская – с глубинами 10–12 м, третий – на южной границе банки Большая Жемчужная – с глубинами 6–10 м, четвертый – юго-восточнее этой бан-ки, на глубинах 13–16 м. У выловленных бычков отбирались пробы мышечной ткани, которые компоновались в соответствии с методической необходимостью их минимального количества и возможностями взятия у исследуемого объекта. Уровень вторичного иммунодефицита определяли методом, предложенным Н. В. Журавлевой и А. М. Земсковым [5, 13, 14], усовершенствованным позднее А. А. Шепелевым и А. В. Колодиной [15] и модифицированным нами применительно к рыбам [6, 7–12]. Естественный ингибирующий фактор определяли в межтканевой жидкости с помощью постановки реакции ингибирования активности антител. Степень ингибирования оценивали по индексу ингибирования (ИИ). Пробы собраны и обработаны от 160 особей бычков рода Neogobius (бычок кругляк и пе-сочник) без разделения их по видовой принадлежности, т. к. проведенные ранее исследования [7–12] не выявили у бычков видовых отличий в уровне вторичного иммунодефицита. Результаты и их обсуждение В исследовании состояния иммунной системы рыб был применен новый подход, основан-ный на выявлении в биологических жидкостях (крови, лимфе, межтканевой жидкости) эндоген-ного иммунодепрессанта – ЕИФ, свидетельствующего о формировании вторичного иммуноде-фицита у исследуемых гидробионтов. Естественный ингибирующий фактор объективно отра-жает состояние иммунитета, является точным способом диагностики его недостаточности, вы-раженным в единицах ИИ антител. В ходе изучения состояния иммунной системы у бычков, выловленных в различных райо-нах северной части Каспийского моря, установлено, что уровень иммунодефицита у них невы-сок, хотя и различается по районам исследования (табл. 1). Таблица 1 Уровень вторичного иммунодефицита у бычков, отловленных в различных районах Северного Каспия Район исследования Глубины, м M ± m min max V, % n, экз. О-в М. Жемчужный (1) 3–8 2,16 ± 0,05 1,80 2,60 8,87 91 Б-ка Кулалинская (2) 10–12 1,60 ± 0,02 1,50 1,70 4,25 25 Б-ка Б. Жемчужная (3) 6–10 2,20 ± 0,06 2,00 2,40 8,20 12 Южнее б-ки Б. Жемчужная (4) 13–16 2,00 ± 0,05 1,80 2,40 8,33 31 Судя по диапазонам колебаний величин ИИ и коэффициентам вариации, изучаемый пока-затель состояния иммунной системы бычков достаточно консервативен. Коэффициент вариации во всех выборках, представляющих уровень вторичного иммунодефицита у рыб из различных районов Северного Каспия, не превышал 9 %, а наибольшая разница между минимальными и максимальными величинами составляла 1,4 раза. Кроме того, различия в средних величинах были также небольшими, что характеризует этот показатель как маловариабельный. Лишь у бычков, выловленных в районах банки Большая Жемчужная и банки Кулалинская, различия в средних величинах составили 1,4 раза. Из табл. 1 видно, что наименьший иммунодефицит сформировался у рыб из северо-восточной части Северного Каспия, а наибольший – в юго-западной. Обращает на себя внимание и то, что на больших глубинах он несколько мень-ше, если рассматривать южные и северные районы исследований по отдельности. При этом районы обитания бычков с большим иммунодефицитом расположены один под другим – один севернее (о-в М. Жемчужный), другой южнее (б-ка Б. Жемчужная). Несмотря на небольшие различия в уровне иммунодефицита у бычков из разных районов Северного Каспия, они почти во всех случаях имеют достоверный характер (табл. 2.). Таблица 2 Достоверность различий (p) величины вторичного иммунодефицита у бычков, отловленных в различных районах Северного Каспия Район исследования Достоверность различий, p О-в М. Жемчужный (1) – б-ка Кулалинская (2) p < 0,01 О-в М. Жемчужный (1) – б-ка Б. Жемчужная (3) р > 0,01 О-в М. Жемчужный (1) – южнее б-ки Б. Жемчужная (4) p < 0,01 Б-ка Кулалинская (2) – б-ка Б. Жемчужная (3) p < 0,01 Б-ка Кулалинская (2) – южнее б-ки Б. Жемчужная (4) p < 0,01 Б-ка Б. Жемчужная (3) – южнее б-ки Б. Жемчужная (4) p < 0,01 Лишь между бычками, выловленными в районах острова Малый Жемчужный и банки Большая Жемчужная, различия оказались недостоверными (p > 0,01). Выявленные различия в ИИ антител, характеризующих уровень иммунодефицита, не яв-ляются производными от массово-размерных характеристик исследованных рыб, т. к. сравнива-емые выборки по этим показателям были примерно одинаковыми (табл. 3) и характеризовали исследованных особей как взрослых, половозрелых рыб (средняя масса в каждой из выборок колебалась от 9 до 10 г, а средняя длина тела от 9 до 11 см). Таблица 3 Длина и масса тела бычков, отловленных в различных районах Северного Каспия Показатель M ± m min max V, % Район восточнее о-ва Малый Жемчужный Длина тела, см 9,35 ± 0,31 5,80 12,90 12,20 Масса тела, г 9,37 ± 0,74 2,80 22,00 28,00 Район северо-западнее б-ки Кулалинская Длина тела, см 10,71 ± 0,32 7,00 12,30 11,14 Масса тела, г 9,94 ± 0,58 5,00 16,00 20,34 Район южной границы б-ки Большая Жемчужная Длина тела, см 9,80 ± 0,78 6,00 12,90 26,50 Масса тела, г 9,14 ± 1,47 3,00 18,00 53,50 Район юго-восточнее б-ки Большая Жемчужная Длина тела, см 10,13 ± 0,86 5,20 16,30 26,42 Масса тела, г 9,58 ± 0,71 2,50 35,00 28,00 Если обратиться к данным прошлых лет, то в северных районах Северного Каспия, при-мерно в той же акватории у о-ва Малый Жемчужный, у бычков, исследованных в 2000–2007 гг., средняя величина ИИ антител колебалась от 1,65 ± 0,03 до 2,00 ± 0,07 единиц. При этом наибольший уровень иммунодефицита у бычков отмечался в 2007 г., а наименьший – в 2003 г. В остальные годы этого периода иммунодефицитное состояние оценивалось ИИ в 1,73–1,80 ед. В среднем за эти годы он составил 1,79 ± 0,05, т. е. в 1,21 раза меньше, чем в современный период, что подтверждается статистическим анализом (р < 0,01). К тому же до 2002 г. включи-тельно выявлялись рыбы без иммунодефицита, доля которых постепенно снижалась с 18,4 % в 2000 г. до 6,5 % в 2002 г. В исследованиях более поздних лет, включая последний год, такие рыбы уже не встречались. Исследования, проведенные в районе банки Кулалинская в 2000–2011 гг., выявили при-мерно такую же картину. Колебания ИИ у проанализированных бычков в эти годы составили от 1,72 до 2,00. Чаще всего уровень иммунодефицита оценивался в 2,00 единицы ингибирования антител. В период 2000–2003 гг. он чаще снижался до более низких величин, составив в среднем за эти годы 1,89 ± 0,07 ед. В более поздний период, в 2005–2011 гг., средняя величина ИИ незначительно увеличилась – до 1,96 ± 0,03 ед. В целом за данный период времени уровень иммунодефицита у бычков составил в среднем 1,92 ± 0,05 ед., что в 1,2 раза выше, чем у рыб в 2018 г. Однако до 2002 г. включительно у некоторой части бычков иммунодефицит отсутство-вал. Их доля колебалась в эти годы от 10 до 18 % от исследованных рыб. Найденные различия между прошлыми годами (2000–2011 гг.) и 2018 г. подтверждаются статистическим анализом как высокодостоверные (р < 0,01). В районе банки Большая Жемчужная ранее исследования проводились в 2000–2003 гг. У бычков, выловленных в этом районе Северного Каспия, уровень иммунодефицита колебался примерно в тех же пределах (1,70–2,00), что и в других исследованных районах этой части моря. В среднем за этот период он составил 1,82 ± 0,07 ед. ингибирования антител. При этом иммуно-дефицитное состояние у всех исследованных бычков отмечалось уже в 2001 г. Уровень имму-нодефицита был несколько ниже, чем у бычков, исследованных в 2018 г. примерно в этом же районе: у рыб, выловленных на южной границе банки, в 1,2 раза, южнее этой банки – в 1,1 раза. В обоих случаях различия подтверждаются высокой степенью достоверности (р < 0,01). Из совокупности приведенных выше данных следует, что формирование иммунодефицита у бычков, обитающих в различных районах Северного Каспия, происходит повсеместно. При этом имеет место межгодовая изменчивость этого показателя, тренд которого у рыб в трех из четырех районов исследований направлен на увеличение. Лишь в восточной части Северного Каспия у бычков, отловленных на акватории банки Кулалинская, отмечено небольшое сниже-ние. Несмотря на это у всех исследованных в 2018 г. рыб выявлен вторичный иммунодефицит, в то время как в предыдущие годы исследований примерно от 10 до 20 % рыб имели нормаль-ный иммунный статус в начальный период изучения этого показателя. Начиная с 2003 г. (а у рыб, выловленных в акватории банки Большая Жемчужная, с 2001 г.) особей, не имеющих признаков иммунодефицитного состояния, не было. Неравномерность формирования вторично-го иммунодефицита у бычков из разных районов Северного Каспия, выявленная в более ранних исследованиях начала 2000 г., имела место и в 2018 г. Более высокий уровень иммунодефицита отмечался у рыб из западных районов российского сектора Северного Каспия: у острова Малый Жемчужный и банки Большая Жемчужная, географически расположенных один под другим, т. е. с севера на юг. У них сформировался иммунодефицит среднего уровня. У бычков из юго-восточной части Северного Каспия, выловленных на акватории банки Кулалинская, вто-ричный иммунодефицит оценивался как низкий. К ослаблению иммунной системы и формированию вследствие этого вторичного иммуно-дефицита, как правило, приводят длительно сохраняющиеся воздействия на организм стрессиру-ющих факторов, в том числе токсического характера [16, 17]. В качестве механизма таких изме-нений рассматривается снижение активности системы детоксикации ксенобиотиков из-за ослаб-ления антиоксидантной системы у животных, вследствие чего имеет место накопление сво-бодных радикалов в их организме и изменения в обмене веществ. Увеличение свободнорадикального окисления липидов печени и мышцах бычков было зафиксировано при исследовании перекисного окисления липидов у бычков, выловленных в различных районах Северного Каспия в разные годы [18, 19], что свидетельствует о трансформации у них и метаболического гомеостаза. Важным механизмом обеспечения резистентности организма к воздействию негативных факторов окружающей среды, наряду с другими защитными системами, является активность функционирования иммунной системы – наиболее консервативного звена гомеостаза. В то же время динамическое звено сохранения постоянства внутренней среды, обеспечивающее адап-тивность организма, осуществляется на основе постоянно действующего метаболизма, позволяя организму развиваться и размножаться, адекватно реагировать на воздействие внешней среды и сохранять все свои функции. Иначе говоря, способность организма адаптироваться к измене-ниям среды обитания реализовывается за счет возможности направленной перестройки метабо-лизма, а сохранение иммунного статуса организма осуществляется на основе метаболического гомеостаза, что в конечном счете отражает уровень вторичного иммунодефицита как инте-гральный показатель физиологического состояния. Заключение Таким образом, уровень вторичного иммунодефицита у рыб, в частности у бычков, явля-ется маркером не только состояния иммунной системы, но и метаболической функции, изменя-ющейся под постоянным воздействием токсических веществ, загрязняющих их среду обитания. То есть уровень вторичного иммунодефицита является интегральным показателем, отражающим физиологическое состояние исследуемых рыб и их адаптационные возможности. Бычки, отлов-ленные на акваториях у острова Малый Жемчужный и банки Большая Жемчужная, имели низкий физиологический статус и, соответственно, в большей степени подвергались хроническому воздействию загрязняющих веществ, чем особи, выловленные восточнее – в районе банки Кулалинская. Возможно, это связано с загрязнениями, поступающими вместе с паводковыми водами р. Волги, в большей степени влияющими на западные районы Северного Каспия, чем на районы, расположенные восточнее. Таким образом, при большом многообразии методов определения степени влияния токси-ческих веществ на организм рыб метод определения уровня вторичного иммунодефицита является адекватным, быстрым и бюджетным. Бычки могут служить адекватным и достоверным биоиндикатором экологического состоя-ния Северного Каспия и степени антропогенного воздействия на биоту Каспийского моря.
1. Переварюха А. Ю. Графовая модель взаимодействия антропогенных и биотических факторов в про-дуктивности Каспийского моря // Вестн. Самар. гос. ун-та. Естественно-науч. сер. 2015. № 10. С. 181-198.
2. Ройт А., Бростофф Дж., Мейл Д. Иммунология / пер. с англ. М.: Мир, 2000. 592 с.
3. Родосская Н. К. Антителообразование в условиях функционирования в организме ингибитора активности антител: автореф. дис. … канд. мед. наук. Киев, 1986. 17 с.
4. Родосская Н. К. Изучение свойств естественного ингибирующего фактора и путей коррекции иммунопатологии, обусловленной его гиперфункцией: автореф. дис. … д-ра мед. наук. Курск, 2003. 32 с.
5. Земсков А. М., Журавлева Н. В. Явление ингибирования активности антител // Открытия в СССР в 1977 г. М., 1978. С. 29.
6. Пат. России № 2253970. Способ оценки общего физиологического состояния рыб / Переварюха Ю. Н.; заявл. 04.10.2001; опубл. 20.06.2005. Бюл. № 37.
7. Гераскин П. П., Алтуфьев Ю. В., Металлов Г. Ф., Шелухин Г. К., Переварюха Ю. Н., Аксенов В. П., Романов А. А., Шевелева Н. Н., Дубовская А. В., Львов В. Л., Даютова Е. В., Шигапова А. В., Галактионова М. Л. Характеристика функционирования основных физиологически важных систем организма осетровых в условиях хронического токсикоза // Рыбохозяйственные исследования на Каспии: результаты НИР за 1997 г. Астрахань: Изд-во КаспНИРХ, 1998. С. 33-43.
8. Гераскин П. П., Алтуфьев Ю. В., Металлов Г. Ф., Шелухин Г. К., Романов А. А., Переварюха Ю. Н., Аксенов В. П., Сухопарова А. Д., Шевелева Н. Н., Дубовская А. В., Журавлева Г. Ф., Галактионова М. Л., Львов В. Л., Шигапова А. В., Даютова Е. В., Мухамбеталиева А. Х. Мониторинг физиологического состояния осетровых в условиях загрязнения Каспия и реки Волги // Рыбохозяйственные исследования на Каспии: результаты НИР за 1998 г. Астрахань: Изд-во КаспНИРХ, 1999. С. 173-188.
9. Гераскин П. П., Металлов Г. Ф., Шелухин Г. К., Алтуфьев Ю. В., Переварюха Ю. Н., Романов А. А., Аксенов В. П., Шевелева Н. Н., Дубовская А. В., Галактионова М. Л. Современное физиологическое состояние каспийских осетровых // Рыбоводство и рыболовство. 2001. № 1. С. 48-52.
10. Гераскин П. П., Металлов Г. Ф., Журавлева Г. Ф., Шелухин Г. К., Переварюха Ю. Н., Аксёнов В. П., Шевелева Н. Н., Дубовская А. В., Галактионова М. Л., Григорьев В. А., Ручьева Т. А., Мухамбеталиева А. Ж., Чухонкина Г. А. Уровень физиологического благополучия каспийских осетровых в морской период жизни в условиях повышенного воздействия антропогенных факторов // Рыбохозяйственные исследования на Каспии: результаты НИР за 2001 г. Астрахань: Изд-во КаспНИРХ, 2002. С. 423-436.
11. Переварюха Ю. Н. Общее состояние иммунной системы производителей осетровых на рыбоводных заводах и в естественных условиях // Нейроэндокринология-2000: тез. докл. V Всерос. конф., посв. 75-летию А. Л. Поленова (Санкт-Петербург, 18-20 апреля 2000 г.). СПб., 2000. С. 105.
12. Переварюха Т. Ю., Петухов К. Е., Переварюха Ю. Н. Уровень вторичного иммунодефицита у осетровых видов рыб на акватории Северного Каспия в 2000-2003 гг. // Тепловодная аквакультура и биологическая продуктивность водоемов аридного климата: материалы и докл. междунар. симп. (Аст-рахань, 16-18 апреля 2007 г.). Астрахань: Изд-во АГТУ, 2007. С. 505-508.
13. Журавлева Н. В. Антителообразование и ингибиция активности антител при кровопусканиях. М.: Медицина, 1970. 104 с.
14. Естественное ингибирование активности антител в эксперименте и клинике: cб. науч. тр. / под ред. Н. В. Журавлевой. Воронеж, 1985. 106 с.
15. Патент СССР № 1486929/1989. Способ определения естественного фактора ингибиции активности антител класса M / Шепелев А. А., Колодина С. В.; 1990. Бюл. № 22.
16. Ассоциация иммунных и биохимических pасстpойств при патологических процессах // Клиническая иммунология и аллергология / под pед. А. В. Каpаулова. М.: Изд-во МИА, 2002. С. 142-157.
17. Мамедов М. К., Дадашева А. Э. Роль гипеpмодуляции процессов пероксидации в патогенезе и медикаментозной коppекции вторичных иммунодефицитов // Биомедицина. 2008. № 4. С. 27-29.
18. Галактионова М. Л., Гераскин П. П., Куркембаева Б. М. Перекисное окисление липидов как индикатор уровня воздействия на гидробионтов экологически неблагополучной среды // Современные методы и средства океанологических исследований: материалы XV Всерос. науч.-техн. конф. «МСОИ-2017» (Москва, 16-18 мая 2017 г.). М.: Изд-во ИО РАН, 2017. Т. II. С. 317-320.
19. Галактионова М. Л., Гераскин П. П. Параметры ПОЛ у бычков и дидакн при их использовании в экологическом мониторинге Северного Каспия // Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность - 2017: сб. ст. по материалам науч.-практ. конф. с междунар. участием (Севастополь, 11-15 сентября 2017 г.). Севастополь: Изд-во Севастопол. гос. ун-та, 2017. С. 293-295.
