CC BY
5УДК 577.1:597
Влияние хлорида кадмия на показатели липидного обмена рыб
Г.Р. Мурадова, М.М. Габибов, Б. С. Мусаев, А.И. Рабаданова
В настоящее время в промышленно развитых странах в рамках общеэкологического мониторинга серьезное внимание уделяется последствиям загрязнения гидросферы ионами тяжелых металлов, которые характеризуются кумулятивными свойствами не только в абиотических водных системах, но и в гидробионтах разных трофических уровней, в частности в рыбах [2].
Одним из опасных металлов для окружающей среды является кадмий (Cd), который чрезвычайно опасен для гидробионтов, так как он легко поглощается рыбами из воды и аккумулируется в их теле, в частности в печени, сердце и почках, подавляя при этом антиоксидантную активность тканей и вызывая повреждение паренхиматозных органов [4, 12]. Кадмий привлекает внимание также вследствие высокой скорости накопления, токсичности и все расширяющегося загрязнения окружающей среды [3].
Основное действие кадмия связано с его транспортом через биологические мембраны и блокированием дыхательных процессов в митохондриях, при этом наблюдается ингибирование процессов окислительного фосфорилирования, синтеза белков и нуклеиновых кислот. Однако такие метаболические нарушения не всегда приводят к гибели рыб даже при значительной аккумуляции токсиканта. Предполагается, что причиной этого может быть связывание катионов металла аминокислотами, пептидами, особенно металлотионеинами, а также другими низкомолекулярными тиоловыми соединениями [6].
В организм рыб тяжелые металлы попадают через органы дыхательной (жабры) и пищеварительной систем, в гораздо меньшей степени через кожные покровы, как в форме гидратированных катионов, так и в виде комплексов [17].
Знание особенностей воздействия токсикантов на рыб представляет интерес для оценки опасности тех или иных загрязнителей водной среды для человека [5]. При этом параметры ПОЛ и антиоксидантной активности могут служить удобными биомаркерами для оценки степени антропогенного воздействия на организм рыб и среду их обитания. В этой связи актуальным является изучение обмена ли-пидов в условиях оксидативного стресса, вызванного ионами кадмия.
Материалы и методы исследования. Объектом исследования послужили сеголетки карпа (Cyprinus Carpió L.), разводимого в искусственных водоемах Ши-рокольского рыбокомбината Тарумовского района Республики Дагестан. Вода поступает в рыбоводные пруды из реки Сулак.
Сеголетки карпа в возрасте 5 - 6 месяцев, весом 100 - 150 г. были распределены на две группы, которые содержались в разных аквариумах емкостью 250 -300 литров:
1) контроль (интактные рыбы без добавления интоксиканта в аквариум);
2) опытная группа (в аквариум добавляли раствор CdCl2 из расчета 1 мг/л) (ПДК = 0,03 мг/кг/гост. 1986). В аквариумах поддерживался постоянный температурный (16 - 18 °С) и газовый режим.
Биохимические анализы проводили на 5, 15, 30 и 40-й дни эксперимента по следующим показателям: содержание фосфолипидов [14], холестерина [13], ак-
тивности каталазы [7] и процессов перекисного окисления липидов [1] в ткани печени, белых и красных мышцах.
Полученные результаты подвергнуты методу вариационной обработки [9].
Результаты исследования. Экспозиция сеголеток карпа в течение 5 дней в токсической среде с хлоридом кадмия приводит к увеличению содержания суммарных фосфолипидов в печени на 13,9 %, в белых мышцах - на 2,8 %; интенсивности процессов ПОЛ в печени - на 35,1 %, в белых мышцах - на 52,1 %, активности каталазы в печени - на 24,9 %, в белых мышцах - на 71,5 % и в красных мышцах - на 43,4 %. На 5-е сутки воздействия хлорида кадмия наблюдается повышение содержания холестерина в печени на 112,3 %, в белых мышцах - на 54,2 %, а в красных - на 59,6 % относительно контроля (табл. 1, рис. 1).
Известны данные об избирательной аккумуляции некоторыми внутренними органами ксенобиотиков, что приводит к увеличению их индекса [11].
На 15-й день экспозиции сеголеток карпа в токсической среде с СёС12 наблюдается падение активности каталазы в печени на 49,9 %, в белых мышцах - на 28,7 % и в красных мышцах - на 37,5 %.
По литературным данным [17], снижение активности каталазы и супероксид-дисмутазы обнаружено у рыб под воздействием кадмия.
По нашим данным, при 15-дневной интоксикации содержание фосфолипидов в печени рыб увеличивается на 9,9 %, в белых мышцах - на 12,6 %, а в красных мышцах наблюдается некоторое понижение (на 5,65 %) по сравнению с контролем (табл. 1, рис. 1).
150 п 100 -50
о пу
-50 -100 --150
IV
IV
Т
IV
□ 5-й день
□ 15-й день
□ 30-й день
□ 40-й день
белая мышца красная мышца
II
II
I
Рис. 1. Динамика содержания фосфолипидов, холестерина, активности каталазы и процессов ПОЛ (в % к контролю) в печени и мышцах сеголеток карпа при хроническом воздействии хлоридом кадмия (1 мг/л). I - фосфолипиды; II - холестерин; III - каталаза; IV - МДА
Особенно резкий рост содержания фосфолипидов в тотальных препаратах личинок русского осетра наблюдался в нашей лаборатории при нефтяной интоксикации в хроническом эксперименте [10] (на 71 %) при незначительных концентрациях, а слабый (на 38 %) при 5, 10 и 20 ПДК, после 10 дней пребывания в за-
грязненной нефтью воде. Повышение содержания фосфолипидов в тканях, возможно, является компенсаторной реакцией на интоксикацию, так как в аналогичных условиях наблюдались значительные колебания содержания в тканях другого представителя мембранных липидов холестерина.
Как показали наши исследования, содержание холестерина в печени на 15-й день интоксикации хлоридом кадмия ниже контроля на 46,5 %, а в белых и красных мышцах - в 6 и 3 раза соответственно (рис. 1).
Таблица 1. Влияние хронического воздействия хлорида кадмия (1 мг/л) на содержание фосфолипидов, холестерина (мг%), активность каталазы (мкмоль / г ткани / мин) и процессов ПОЛ (нмоль МДА / г ткани) в печени и мышцах сеголеток карпа
Ткани Дни экспозици Показатели
фосфолипиды холестерин каталаза МДА
Печень контроль 369,0±12,8 69,7±2,6 0,65±0,04 91,3±0,7
5 420,3± 3,6 Р < 0,01 148,0± 4,7 Р < 0,01 0,81±0,02 Р < 0,001 123,3±0,8 Р < 0,001
15 405,4±5,8 Р < 0,05 37,3±1,6 Р < 0,001 0,33±0,05 Р < 0,001 64,1±0,4 Р < 0,001
30 378,4±10,2 Р > 0,05 44,5±5,1 Р < 0,001 0,36±0,03 Р < 0,001 89,1±0,8 Р < 0,001
40 298,3±11,6 Р < 0,001 47,3±2,7 Р < 0,005 0,36±0,02 Р < 0,001 159,9±0,3 Р < 0,001
Белая мышца контроль 664,5 ± 22,2 179,6±1,4 0,57±0,04 24,82±3,8
5 682,8±7,8 Р > 0,05 82,3± 17,4 Р < 0,001 0,97±0,02 Р < 0,001 37,70±3,9 Р < 0,05
15 747,9±33,0 Р < 0,05 57, 7 ± 7,2 Р < 0,001 0,41±0,03 Р < 0,05 27,21± 4,5 Р < 0,05
30 538,8±39,3 Р < 0,05 22,5±3,8 Р < 0,001 0,37±0,03 Р < 0,01 6,73±3,1 Р < 0,001
40 483±28,5 Р < 0,05 14,0±1,8 Р < 0,001 0,29±0,05 Р < 0,001 17,92±3,8 Р < 0,05
Красная мышца контроль 1274± 27,6 150,0±17, 2 0,56±0,03 52,30±4,6
5 1262,2±9,09 Р > 0,05 60,6±5,9 Р < 0,001 0,81±0,05 Р < 0,001 52,53±1,5
15 1202 ± 36,9 Р > 0,05 24,8±2,8 Р < 0,001 0,35±0,03 Р < 0,001 116,92±2,9 Р < 0,001
30 924,0±52,8 Р < 0,001 50,0±1,7 Р < 0,001 0,29±0,03 Р < 0,001 47,40±1,9 Р < 0,05
40 1047,0±38,9 Р < 0,001 37,3±2,8 Р < 0,01 0,30±0,07 Р < 0,001 18,31±2,5 Р < 0,001
Возможно, увеличение содержания фосфолипидов в мышечной ткани рыб в ответ на интоксикацию водной среды ионами кадмия является результатом инги-бирования биосинтеза холестерина, а формирование мембран при этом осуществляется за счет усиленной мобилизации фосфолипидов. Содержание малонового диальдегида (МДА) в ткани печени при этом понижается на 29,6 %, а в красных мышцах наблюдается усиление ПОЛ в два с лишним раза по отношению к контролю (рис. 1).
На 30-й день пребывания рыб в водной среде с интоксикантом наблюдается понижение содержания фосфолипидов в печени на 6,7 %, в белых мышцах - на 27,9 % и в красных мышцах - на 23,1 % по отношению к 15 дню (табл. 1, рис. 1).
По-видимому, с развитием интоксикации на 30-й день в организме рыб происходит усиление процессов ПОЛ, о чем свидетельствует резкое повышение в ткани печени конечного продукта пероксидации липидов - МДА почти в 2 раза. Содержание МДА в белых мышцах сеголеток карпа при этом снижается на 72,9 % по сравнению с контролем, а в красных мышцах стабилизируется на уровне контрольных величин. Активность каталазы снижается в печени на 44,6 %, а в белых мышцах на 35,2 % и красных на 48 % соответственно (табл. 1, рис. 1).
По нашим наблюдениям, в течение хронического эксперимента отмечалось падение веса, общей двигательной активности рыб, а при вскрытии обнаружены различные морфологические нарушения во внутренних органах. В частности, печень сократилась в размерах и покрылась некротическими пятнами. Особенно сильно патология интоксикации ионами кадмия отражалась на почках рыб (уменьшение размеров, некроз).
На 30-й день хронической интоксикации наблюдается некоторый подъем содержания холестерина в печени на 19,3 % в сравнении с 15-м днем экспозиции и дальнейшее снижение на 26,8 % к 40-му дню.
На 40-й день интоксикации рыб наблюдается снижение содержания фосфоли-пидов в печени на 19,2 %, в белых мышцах - на 27 % и в красных - на 17,8 % (относительно контроля), что коррелирует со значительным ростом МДА в печени на 74,7 %, в белых мышцах - на 28 %, а в красных - на 65 %, а активность каталазы в тканях остается при этом на достаточно низком уровне (в 2,5 раза ниже контроля).
На 40-й день пребывания сеголеток в аквариуме с ионами кадмия содержание холестерина, как в печени, так и в обоих типах мышц, продолжает снижаться.
Аналогичная динамика содержания холестерина отмечена в нашей лаборатории в исследованиях на сеголетках русского осетра при нефтяном загрязнении [10].
Изменение соотношения фосфолипиды: холестерин может существенно отразиться на физико-химических и функциональных свойствах клеточных мембран, так как известно, что присутствие в мембране холестерина влияет на физические свойства фосфолипидного слоя, обеспечивая динамическое состояние и фазовые переходы из гелеобразного в жидкокристаллическое состояние [15].
Такие нарушения в динамике холестерина в тканях могут серьезно повлиять на энергетический статус, синтез стероидных гормонов надпочечников, андроге-нов и эстрогенов, приводящих, в конечном счете, к нарушению созревания половых продуктов, нереста и выживания рыб [8, 16].
Наблюдаемые нами изменения в содержании холестерина следует отнести к патологическим нарушениям в формировании мембранных структур, они могут иметь серьезные последствия для жизнедеятельности рыб.
Литература
1. Андреева Л.И., Кожемякин А.А., Кушкин А.А. Модификация метода определения перекисей липидов в тесте с тиобарбитуровой кислотой // Лаб. дело. 1988.
№ 11. - С. 41 - 43.
2. Богдановский Г.А. Химическая экология. - М.: МГУ, 1944. - 237 с.
3. Бориков А.Ю., Калиман П.А. Влияние хлорида кадмия и пероксида водорода на содержание полифосфоинозитов в изолированных гепатоцитах крыс // Укр. биохим. журн. 2004. Т. 76. № 3. - С. 104 - 109.
4. Заботкина Е.С., Лапирова Т.Б. Влияние тяжелых металлов на иммунно-физиологический статус рыб // Успехи совр. биологии. 2003. Т. 123. № 4. - С. 401 - 408.
5. Касумян А. О. Воздействие химических загрязнителей на пищевое поведение и чувствительность рыб к пищевым стимулам // Вопросы ихтиологии. 2001. Т. 41. № 1. - С. 82 - 85.
6. Коновалов Ю.Д. Связывание кадмия и ртути белками и низкомолекулярными соединениями рыб (Обзор) // Гидробиологический журнал. 1993. Т. 29. № 1. - С. 42.
7. Королюк М.А., Иванова Л.Н., Майорова И.Г., Токарев В.Е. Метод определения активности каталазы // Лаб. дело. 1988. № 1. - С. 16 - 19.
8. Крепс Е. М. Липиды клеточных мембран. Эволюция липидов мозга. Адаптационная функция липидов. - Л.: Наука, 1981. - 339 с.
9. Лакин Т.Б. Биометрия. - М.: Высшая школа, 1990. - 352 с.
10. Магомедгаджиева Д.Н. Токсическое воздействие среды на некоторые показатели липидного обмена и системы антиоксидантной защиты рыб: Дис. ... канд. биол. наук. - Махачкала, 2002. - 116 с.
11. Моисеенко Т.И., Лукин А.А. Патология рыб в загрязненных водоемах Субарктики и их диагностика // Вопросы ихтиологии. 1999. Т. 39. № 4. - С. 535 - 547.
12. Попов П.А., Андросова Н.В., Аношин Г.Н. Накопление тяжелых и переходных металлов в рыбах Новосибирского водохранилища // Вопросы ихтиологии. 2002. Т. 42. № 2. - С. 264 - 270.
13. Прохорова М.И. Методы биохимических исследований (липидный и энергетический обмен): Уч. пособие. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1982. - 271 с.
14. Финдлей Д., Эванз Н. Биологические мембраны. Методы. - М., 1990. - С. 171 -174.
15. Ченцов Ю.С. Введение в клеточную биологию. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 495 с.
16. Юровицкий Ю.Г., Сидоров В.С. Эколого-биохимический мониторинг и эколо-го-биохимическое тестирование в районах экологического неблагополучия // Изв. РАН. 1993. № 1. - C. 74 - 82.
17. Zikic R.V., Stajn A.A., Saicic Z.S., Spasic M.B., Petrovic V.M. The activities of superoxide dismutase, catalase and ascorbic acid content in the lever of goldfish (Carassius auratus gibelio Bloch) exposed to cadmium // Phisiol. Res. 1996. № 6. -Р. 479 - 481.
