CC BY
32
Научни трудове на Съюза на учените в България - Пловдив. Серия В. Техника и технологии, т. XIV, ISSN 1311-9419 (Print), ISSN 2534-9384 (On- line), 2017. Scientific Works of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series C. Technics and Technologies, Vol. XIV., ISSN 1311-9419 (Print), ISSN 2534-9384 (On- line), 2017.
ИЗМЕНЕНИЯ В КРЪВНИ КЛЕТКИ НА ШАРАН (CYPRINUS CARPIO L.) ПОД ВЛИЯНИЕ НА НАРАСТВАЩИ КОНЦЕНТРАЦИИ НИКЕЛ Атанас Арнаудов, Десислава Арнаудова, Пловдивски университет „П. Хилендарски", Биологически факултет,
Пловдив, България
CHANGES IN BLOOD CELLS OF CARP (CYPRINUS CARPIO L.) UNDER THE INFLUENCE OF INCREASING CONCENTRATIONS OF
NICKEL
Atanas Arnaudov, Desislava Arnaudova, Plovdiv University "P.
Hilendarski", Faculty of Biology, Plovdiv, Bulgaria
Abstract
The impact of increasing concentrations of nickel (Ni) on the morphofunctional characteristics of carp (Cyprinus carpio L.) erythrocytes and leukocytes was studied. In the erythrocytes, poikilocytosis and nuclear changes were established in all studied treatment groups. Under the influence of the lowest concentration (equivalent to 25% of the threshold limit value (TLV)) erythrocytes with a rounded form were observed in the blood smears. At higher concentrations, the poikilocytosis was expressed in the presence of both rounded and elongated shapes in the blood smears. The nuclear changes were expressed by the presence of lobbed and budded cores. Under the action of the highest concentration (at TLV), pyknotic nuclei were observed as well. The percentage of micronuclei was low. The fish leukocytes were of lymphocytic type. In the researched group which was treated with the highest concentration, the number of monocytes and neutrophils was found to be increased, probably due to increased tissue decay.
Key words: aquatic toxicology, biomonitoring, Cyprinus carpio, erythrocytes, leukocytes, nickel.
Въведение
Никелът (Ni) е обект на внимание и контрол от Съвета на Европа заради неговата токсичност, устойчивост и афинитет към биоакумулация (Bubb and Lester, 1996). Във водните екосистеми той попада от металургични пещи, от галванични инсталации, канализационни зауствания, от въглищна пепел и др. (Eisler, 1998). Това е обусловило извършването на проучвания на влиянието на метала върху хидробионти, основно риби (Athikesavan et al., 2006, Sreedevi et al., 1992, Hughes, 1979, Javed and Abdullah, 2006). Изследвания относно влиянието на никела върху кръвните клетки на риби са също извършвани, но те са малобройни (Moosavi, 2005, Al-Ghanim, 2011, Alkahem, 1994, De Luca, 2007). Хематологичните изследвания са удобен модел за целите на биологичния мониторинг.
Тези аргумента ни насочиха към провеждането на настоящото проучване. Негова цел е да се установят морфофункционалните промени в еритроцитите и левкоцитите на шаран под действието ниски (МДК и по-ниски) концентрации на никел във вода.
Материал и методи Опитна постановка
За целите на експеримента бяха използвани екземпляри шаран от една размерна група (100-150 mm). Разпределени бяха в 4 тестови и една контролна група, всяка с по 10 риби. По време на експеримента те се отглеждаха в стъклени аквариуми, всеки по 50 L, пълни с дехлорирана вода и снабдени с аератори. Рибите от тестовите групи бяха експонирани за 72 часа с Ni, като концентрациите бяха изготвени като 100, 75, 50 и 25% от максимално допустимата концентрация (МДК) на метала съгласно българското законодателство (Шредба за стандарта за качество на околната среда за приоритетни вещества и някои други замърсители, 2013). Физико-химичните характеристики на водата - pH, температура и електропроводимост бяха измерени на 24ти и 72ри час с комбиниран pH-метър (HANNA instruments). Рибите не бяха хранени по време на експеримента.
Изследване на кръвните клетки на шаран
Кръвта за изследване беше получавана чрез сърдечна пункция. Изготвените кръвни настилки бяха оцветявани с помощта на набор за експресно оцветяване на кръвни натривки ДКК-Колор-200 (ВИВА-МТ). Със светлинен микроскоп Olympus CX22LEDRFS1 беше наблюдавана морфологията на кръвните клетки, според характеристики, описани от Imagawa et al. (1989) След това бяха определяни следните показатели:
1.Еритроцити:
- процентното съотношение между клетките с нормална морфология, деформираните и наличие на микроядра, като от всяка натривка бяха изброявани по минимум 1000 еритроцита.
-морфологични и патологични особености - форма, наличие на еритробласти, патологични изменения в ядрото, цитоплазмата и клетъчните мембрани. .
2. Левкоцити - морфологично изследване (диференциално броене) (Ibrishimov and Lalov, 1984).
Получените данни за процентните изменения в морфологията на еритроцитите и за диференциалната кръвна картина на левкоцитите бяха обработени вариационно-статистически по Lakin (1990). Достоверни разлики между сравняваните резултати приемахме при степен на достоверност p< 0.05.
Резултати и обсъждане
Получените резултати са отразени на таблица 1. При еритроцитите бяха установени изменения в клетъчната мембрана и в ядрото. Измененията в клетъчната мембрана предизвикаха промяна във формата на клетката - пойкилоцитоза. Наблюдавана беше във всички изследвани концентрации. Под действието на най-ниската концентрация (25% от МДК) при изменените еритроцити преобладаваха тези със закръглена форма. Под действието на по-високите концентрации никел изменените клетки имаха както закръглена, така и заострена или неправилна форма. Ядрените изменения се наблюдаваха при всички опитни групи. Наблюдавани бяха лобирани и пъпкувани ядра (фиг. 1). Под действието на най-високата концентрация (МДК) се наблюдаваха и пикнотични ядра. Процентът на микроядрата беше нисък.
Може да се заключи, че никелът предизвиква еритроцитни изменения във всички изследвани концентрации, включително и в значително по-ниски от МДК. Основното му действие е увреждане на клетъчната мембрана (което предизвиква поява на пойкилоцитоза) и изменения във формата на клетъчните ядра. Под действието на МДК настъпват по-
211
сериозни изменения - некротични изменения в ядрата (кариопикноза). Установените еритроцитни промени може да се обяснят с установените от De Luca Й а1. (2007) че никелът въздейства на клетъчния метаболизъм, което е причина за усилване на оксидативния стрес в еритроцитите.
Бялата кръвна картина на рибите както от контролната, така и от тестовите групи беше от лимфоцитен тип. Установено бе увеличаване на броя на моноцитите, на неутрофилните и на еозинофилните гранулоци при риби, третирани с МДК (фиг. 1). Това може да се обясни със засилването на фагоцитозата на тъканни и клетъчни отломъци и неутрализация на белтъци, вероятно в следствие на засилен тъканен разпад, предизвикан от никела. Подобни изменения са установени и от АШаЬет (1994), но проведени с друг вид риба.
Установените изменения в кръвните клетки на рибите от тестовите групи може да се използват за целите на биологичния мониторинг на води като едни от индикаторите за индуцирана стресова реакция при шаран под действието на никела.
Таблица 1. Характеристика на кръвни клетки от шаран под действие на нарастващи концентрации никел
Показатели Еритроцити Левкоцити
Опитни групи нормална морфология (%) морфоло гични изменения (%) микроядра (%) Лимфоцити (%) Неутрофили (%) Еозинофили (%) Базофили (%) Моноцити (%)
Никел 250 ^ (25% от ПДК) 66.72+ 3.3 32.78+6.2 0.50+0.1 83.2+7.6 16.1+2.1 0.1+0.01 0.6+0.1
Никел 500 ^ (50% от ПДК) 62.45+ 2.9 36.91+6.2 0.64+0.1 84.6+5.8 14.8+2.9 0.1+0.01 0.5+0.1
Никел 750 ^ (75% от ПДК) 60.05+ 36 39.20+6.2 0.75+0.1 79.9+6.7 18.8+2.6 0.3+0.02 0.1+0.01 0.9+0.1
Никел 1000 № (ПДК) 59.80+ 3.0 39.30+6.2 0.90+0.1 68.0+9.4 27.6+3.2 0.4+0.03 0.1+0.01 3.6+0.1
Контролна група 84.21 + 5.5 14.95+3.8 0.64+ 0.2 88.1+5.5 11.3+2.2 0.1+0.01 0.5+0.1
Фиг. 1. Кръвноклетъчни изменения при шаран под действие на 1000 ^ никел. Закръглени еритроцити, еритроцити с лобирани ядра (стрелки), гранулоцитоза. X 600.
Литература:
Al-Ghanim, K. A. (2011). Impact of nickel (Ni) on hematological parameters and behavioral changes in Cyprinus carpio (common carp). African Journal of Biotechnology, 10(63): 13860-13866.
Alkahem, H. F. 1994. The toxicity of nickel and the effects of sublethal levels on haematological parameters and behaviour of the fish, Oreochromis niloticus. Journal of University Kuwait Science, 21: 243-251.
Athikesavan S., S. Vincent, T. Ambrose, B. Velmurugan. 2006. Nickel induced histopathological changes in the different tissues of freshwater fish, Hypophthalmichthys molitrix (Valenciennes). Journal of Environmental Biology, 37(2): 391-395.
Bubb, J. M., and J. N. Lester. 1996. Factors controlling the accumulation of metals within fluvial systems. Environmental Monitoring and Assessment, 41:87-105.
De Luca G., T. Gugliotta, G. Parisi, P. Romano, A. Geraci, O. Romano, A. Scuteri, L. Romano. 2007. Effects of nickel on human and fish red blood cells. Bioscience reports, 27(4-5): 265-273.
Eisler, R. 1998. Nickel hazards to fish, wildlife, and invertebrates: a synoptic review. US Geological Survey, Biological Resources Division, Biological Science Report 1998-2001.
Hughes G. M., S.F. Perry, S. F., V.M. Brown. 1979. A morphometric study of effects of nickel, chromium and cadmium on the secondary lamellae of rainbow trout gills. Water Research, 13(7): 665-679.
Ibrishimov N, H. Lalov, 1984. Clinical laboratory investigations in veterinary medicine, 1984, Zemizdat, S. 363 p. (in Bulgarian)
Imagawa T., Y. Hashimoto, H. Kitagawa, Y. Kon, N. Kudo, N. Sugimura.1989. Morphology of blood cells in carp (Cyprinus carpio L.). Japanese Journal of Veterinary Science, 51: 1163-1172.
Javed, M., S. Abdullah. 2006. Studies on acute and lethal toxicities of iron and nickel to the fish. Pakistan Journal of Biological Sciences, 9(3): 330-335
Lakin GF, Biometrics, 1990, Vishaya chkola, Moscow, 352 p. (in Russian).
Moosavi, Mahsa Javadi, and Vali-Allah Jafari Shamushaki. 2015. Effect of Sub-Acute Exposure to Nickel on Hematological and Biochemical Indices in Gold Fish (Carassius auratus). Journal of Clinical Toxicology, 3 (1): 228-232.
Sreedevi P., B. Sivaramakrishna, A.Suresh, K. Radhakrishnaiah. 1992. Effect of nickel on some aspects of protein metabolism in the gill and kidney of the freshwater fish, Cyprinus carpio L. Environmental Pollution, 77(1): 59-63.
Благодарности
Настоящото проучване е финансирано от фонд „Научни изследвания" на ПУ „П. Хилендарски"-Пловдив по проект НИ15-БФ-003 „Интегрирани биологични подходи за мониторинг на приоритетни вещества във води".
Авторският колектив изказва благодарност на Мариела Михайлова, студентка от БФ на ПУ „П. Хилендарски", за помощта, оказана по време на експерименталната работа.
