CC BY
115
УДК 639.3:574.5.504.453
Оценка морфологических изменений эритроцитов периферической крови рыб при высоком содержании ионов свинца
в водной среде
Фомина Любовь Леонидовна, кандидат биологических наук, доцент кафедры анатомии и физиологии
e-mail: fomina-luba@mail.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н.В. Верещагина»
Аннотация: в работе приводятся результаты морфологического исследования крови карасей (Carassius сarassius L.) и окуней (Perca fluviatilis L.), находившихся в аквариуме с содержанием свинца менее 0,005 мг/дм3 - контрольная группа, в аквариуме с содержанием свинца 1,21 мг/дм3 - опытная группа. При оценке клеток крови учитывались разнообразные деструктивные нарушения эритроцитов.
Ключевые слова: рыбы, кровь, воздействие свинца, морфологические изменения эритроцитов, микроядра.
Важным средством экологического мониторинга являются биоиндикация и биотестирование - использование для контроля состояния среды некоторых организмов, особо чувствительных к изменениям среды и к появлению в ней вредных примесей.
Комплексная оценка состояния водной биоты, ее прогностическая ценность может быть надежно осуществима на основании детальных характеристик основных компонентов гидробиоценоза: микробиоты, фито- и зоопланктона, фито- и зообентоса, а также - состояния жизненно-важных органов представителей рыб разных экологических групп [2, 4].
Кровь, как наиболее лабильная ткань, быстро реагирует на действие различных экзогенных и эндогенных факторов. Исследование морфологии крови не требует больших материальных затрат, позволяет быстро получить результаты, свидетельствующие о загрязнении водоема, в отличие от других, может быть еще более высокоточных, но достаточно длительных, трудоемких и дорогостоящих методов.
У рыб регистрируются разнообразные деструктивные нарушения в строении эритроцитов, такие как пойкилоцитоз, вакуолизация цитоплазмы, изменения в мембране эритроцитов, уплотнение ядра, микроядра [5, 6]. Уровень цитопатоло-гических изменений структуры ядра может служить индикатором состояния организма рыб, его адаптационных возможностей, а оценить степень воздействия токсикантов на структуру хромосом и выявить генетические изменения у единичной особи или группы особей позволяет учет частоты образования микроядер, микроядерный тест [3].
В первой серии экспериментов мы установили, что при загрязнении водоемов ионами свинца выше допустимой концентрации в 5 раз, количество эритроцитов с микроядрами в периферической крови рыб резко увеличивалось на 4-й день эксперимента с 3,44±1,05 % до 6,48±0,72 %. Количество эритроцитов с другими патологическими изменениями также резко возрастало к 4-му дню с 9,44±2,85 % до 89,33±0,67 %, но затем их количество уменьшалось до 61,75±1,82 % [7].
Таким образом, учет частоты встречаемости эритроцитов с патологическими изменениями в периферической крови рыб, в том числе, микроядерный тест, применим для биоиндикации состояния водной среды при загрязнении водоемов ионами свинца выше допустимой концентрации в 5 раз.
Цель работы - оценить влияние высокого содержания ионов свинца (выше допустимой концентрации в 12 раз) в водной среде на морфологию эритроцитов рыб в условиях эксперимента.
Материалы и методы исследования.
Работа выполнена на кафедре анатомии и физиологии факультета ветеринарной медицины и биотехнологий ФГБОУ ВПО ВГМХА имени Н.В. Верещагина. Исследования проводили на карасях (Carassius сarassius L.) и окунях (Perca fluviatilis L.) массой 100-150 г.
Морфологические особенности эритроцитов исследовались у рыб, находящихся в аквариуме с содержанием свинца менее 0,005 мг/дм3 (ПДК - 0,1 мг/дм3) - контрольная группа (n = 14), в аквариуме с содержанием свинца 1,21 мг/дм3 -опытная группа (n=6). Кормили рыб дождевыми червями, опарышами, гаммару-сом, дафнией и другими кормами для аквариумных рыб. Забор крови проводился ежедневно шприцем из хвостового гемального канала.
Для окрашивания мазков крови применяли ДИАХИМ-ДИФФКВИК Набор для
быстрого дифференцированного окрашивания биопрепаратов.
На препаратах проводился учет эритроцитов с микроядрами (МЯ) и другими патологическими изменениями (ДПИ) [1, 8, 9, 10].
Долю клеток с микроядрами (МЯ %) определяли отношением количества клеток с микроядрами к общему количеству проанализированных эритроцитов. Долю клеток с другими типами патологии ядра (ДПИ) определяли аналогично. Статистическую обработку выполняли, используя программный пакет «Microsoft Excel». Достоверность различий устанавливали, используя критерий Стьюдента.
Результаты и обсуждение.
Количество эритроцитов с микроядрами в крови рыб контрольной группы не превышало уровень, наблюдаемый при спонтанном мутагенезе - 0,25 ±0,11 % (фоновый уровень: 0,5-1,0%о) [6]. Количество эритроцитов с другими патологическими изменениями составило 3,98±0,45 % , р <0,05.
При нахождении окуней и карасей в аквариуме с содержанием свинца 1,21 мг/ дм3 в крови рыб увеличивалось содержание эритроцитов с пойкилоцитозом, протуберанцами, уплотнением ядра, микроядрами.
Количество микроядер в эритроцитах и количество эритроцитов с другими патологическими изменениями у рыб опытной группы резко возрастало на 4-й день эксперимента с 1,84 ± 1,06 до 4,8 ± 1,4% и с 9,5 ± 2,1 до 27,6 ± 8,94 % соответственно (табл. 1).
Таблица 1 - Частота встречаемости клеток с микроядрами и другими нарушениями в эритроцитах крови рыб опытной группы
Опытная группа (n=6) Эритроциты с микроядрами (МЯ %) Эритроциты с другими патологическими изменениями (ДПИ%)
1-й день эксперимента 2,56±0,33* 8,8 ± 1,63*
2-й день эксперимента 2,1 ± 0,69* 13,32± 6,39
3-й день эксперимента 1,84 ± 1,06 9,5 ± 2,1*
4-й день эксперимента 4,8 ± 1,4* 27,6 ± 8,94*
5-й день эксперимента 3,12 ± 1,54 10,36 ± 5,53
Среднее по группе 2,88±0,53* 13,91±3,51*
* - разность с контрольной группой достоверна, Р<0,05
На 5-й день количество морфологически измененных эритроцитов уменьшалось, что можно объяснить тяжелым поражением кроветворных органов, прекращением гемопоэза и снижением клеточной адаптации эритроцитов рыб опытной группы (рис 1).
■ ДПИ ■МЯ
контроль 1 день 2 день 3 день 4 день 5 день
Рис. 1. Динамика изменений эритроцитов в опытной группе
Корреляционный анализ показал среднюю степень корреляции между количеством морфологически измененных эритроцитов и временем нахождения в загрязненной воде у рыб опытной группы. Величина коэффициента корреляции: R±mr=0,51±0,11 для микроядер и 0,35±0,08 для других патологических изменений при р < 0, 01, что значительно ниже уровня корреляции, полученного нами в первой серии экспериментов [7].
При сравнении морфологических изменений крови было замечено, что у окуней (Perca fluviatilis) основные изменения при токсическом воздействии происходят в мембране и цитоплазме эритроцитов, а у карасей (Carassius сarassius L.) в ядре (рис. 2).
Рис. 2. Верхний ряд - морфологические изменения эритроцитов у окуней (изменения мембраны и цитоплазмы эритроцитов). Нижний ряд - у карасей (изменения ядра, микроядра) (ув. х1000)
В результате различных ответных реакций на токсическое воздействие, ка-
раси оказались более устойчивы к загрязнению свинцом - все особи выжили в аквариуме с высоким содержанием ионов свинца до конца эксперимента. Окуни погибали на 6-7 дни нахождения в загрязненной воде.
Следовательно, можно согласиться с авторами утверждающими, что образование микроядер в клетках может представлять собой компенсаторно-приспособительный процесс и формирование клеток с микроядрами может рассматриваться в качестве показателя развития патологических изменений в структуре эритроцитов под действием повреждающих факторов среды и нарушения цитогенетического гомеостаза [3, 5].
Выводы и предложения.
В результате исследования было выявлено, что часто встречаемыми изменениями эритроцитов рыб, возникающими при воздействии солями свинца, являются разнообразные деструктивные нарушения в строении эритроцитов: пойкилоци-тоз, вакуолизация цитоплазмы, изменения в мембране эритроцитов, изменения в структуре ядер клеток, такие как кариопикноз, хроматинолиз, кариолизис, кари-орексис, деформация ядер, протуберанцы - выросты в виде хроматиновых нитей, что в совокупности ведет к необратимым изменениям функции клетки.
Основные деструктивные нарушения эритроцитов возникали на 4 сутки пребывания рыб в загрязненном аквариуме, что косвенно может указывать на продолжительность гемопоэза у рыб. Интенсивность и скорость нарастания изменений в эритроцитах уменьшалась при повышении степени загрязнения аквариума, что можно объяснить тяжелым поражением кроветворных органов, прекращением гемопоэза и снижением клеточной адаптации эритроцитов рыб второй группы.
Коэффициент корреляции в опытной группе не показал сильной зависимости интенсивности морфологических изменений эритроцитов от продолжительности воздействия токсического фактора.
Таким образом, учет частоты встречаемости эритроцитов с патологическими изменениями в периферической крови рыб, в том числе, микроядерный тест, рекомендуемый некоторыми авторами для биоиндикации состояния водной среды [6, 10], применим для оценки состояния водной среды при загрязнении водоемов ионами свинца выше допустимой концентрации в 5 раз. При более высоких уровнях загрязнения происходит временное повышение количества поврежденных эритроцитов, а затем, по-видимому, адаптационные возможности клеток исчерпываются, происходит нарушение гемопоэза и морфологически измененные эритроциты исчезают из кровяного русла.
Список литературных источников:
1. Абдуллаева, Н. М. Цитогематологическое исследование рыб при воздействии тяжелых металлов и сырой нефти / Н. М. Абдуллаева : автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Махачкала, 2007.- 22 с.
2. Гашев, С. Н. Методика комплексной оценки состояния сообществ и популяций доминирующих видов или видов-индикаторов мелких млекопитающих, амфибий и рыб / С. Н. Гашев, Н. А. Сазонова, А. Г. Селюков и др. - Тюмень : ТюмГУ, 2005. - 94 с.
3. Ильинских, И. Н. Микроядерный анализ и цитогенетическая нестабильность / И. Н. Ильинский, В. В. Новицкий, Н. Н. Ванчугова, Н. Н Ильинских. - Томск : Наука, 1992. - 272 с.
4. Кейстер, И. А. Морфологический состав крови ряпушки и ее изменения как
биоиндикационные показатели условий обитания в белом озере (Вологодская область) / И. А. Кейстер // Современные проблемы науки и образования. - 2009. - № 3 - С. 117-125.
5. Кузина, Т. В. Изменения структуры ядра эритроцитов периферической крови промысловых рыб Волго-Каспийского канала / Т. В. Кузина // Вестн. Моск. гос. обл. ун-та. Сер. Естеств. науки. - 2011. - №2. - С. 50-57.
6. Кузина, Т. В. Цитофизиологические особенности крови промысловых рыб Волго-Каспийского канала : дис. ... канд. биол. наук / Т. В. Кузина. - Астрахань, 2011. - 181 с.
7. Фомина, Л. Л. Морфологические изменения эритроцитов периферической крови рыб в условиях интоксикации водной среды ионами свинца / Л. Л. Фомина, Д. Ю. Мешалкин // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В. Р. Филиппова. - 2015. - №2. - С. 22-26.
8. Шахтамиров, И. Я. Кариопатология у животных в зонах стойких органических загрязнителей внешней среды : дис. ... д-ра биол. наук. - Санкт-Петербург, 2014. - 276 с.
9. Яхненко, В. М. Особенности состава и структуры клеток крови рыб озера Байкал / В. М. Яхненко // Вест. Иркут. гос. сельскохоз. акад. - 2013. - Т. 2, № 57/2. - С. 71-75.
10. Яхненко, В. М. Особенности состава и структуры клеток крови рыб пелаги-али и прибрежья озера Байкал / В. М. Яхненко, И. В. Клименков // Изв. РАН. Сер. Биология.- 2009. - №1.- С. 46-54.
Assessment of Erythrocytes Morphological Changes in Peripheral Blood of Fish with a High Content of Lead Ions
in Aqueous Medium
Fomina Lyubov Leonidovna, Candidate of Science (Biology), Associate Professor of the Anatomy and Physiology Chair e-mail: fomina-luba@mail.ru
FSBEI HPE the Vereshchagin State Dairy Farming Academy of Vologda
Abstract. This work presents the results of morphological studies of crucians (Carassius carassius L.) and perches (Perca fluviatilis L.) blood. The fish has been kept in an aquarium with the lead content less than 0,005 mg/dm3 -a control group, and in an aquarium with the lead content of 1.21 mg/dm3 - an experienced group. In the evaluation of blood cells a variety of destructive disorders of erythrocytes has been taken into account.
Keywords: fish, blood, lead impact, morphological changes of erythrocytes, micronuclei.
