CC BY
54
УДК [597-11-597-152.4]665.6
Н. А. Каниева
ВЛИЯНИЕ КАСПИЙСКОЙ НЕФТИ НА СИСТЕМНУЮ ОРГАНИЗАЦИЮ СЫВОРОТКИ КРОВИ РЫБ
N. A. Kanieva
THE IMPACT OF CASPIAN PETROLEUM ON THE SYSTEM ORGANIZATION OF FISH BLOOD SERUM
Представлены результаты исследований влияния нефти на функциональные и структурные изменения сыворотки крови у карповых рыб. Обнаружена взаимосвязь между данными биохимического и структурного методов, а также возможность определения количественного и качественного состава морфотипов сыворотки крови посредством поляризационно-оптической микроскопии, которая используется в качестве предварительного исследования на влияние нефти.
Ключевые слова: сыворотка крови, морфоструктура, гистогематический, гематоэнцефали-ческий барьер, каспийская нефть, карповые рыбы.
Investigation results of petroleum impact on functional and structural changes in blood serum of Cyprinus carpio L. are presented in the paper. A correlation between data of biochemical and structural methods is found out. Besides, the paper considers the possibility of determining qualitative and quantitative composition of morphotypes of blood serum by means of polarization-optical microscopy, used as a preliminary test for petroleum effect.
Key words: blood serum, morphostructure, histogematogenous, hematoencephalic barrier, Caspian petroleum, Cyprinus carpio L.
Известно, что морфология текстур, формирующихся при фазовых переходах биологических жидкостей в процессе высушивания, отражает состояние организма и изменяется при развитии патологических процессов. Эти изменения характеризуют химические сдвиги, связанные с нарушением нейрогуморальной регуляции и функции органов и систем. В связи с этим морфо-тесты в последнее время достаточно широко используются для динамической оценки состояния организма при воздействии эндо- и экзогенных факторов среды [1-3].
Нормальным состоянием липидного биослоя мембраны живой клетки является динамический переход «гель ^ жидкий кристалл», что обеспечивает избирательную проницаемость мембран, транспорт через нее ионов и молекул, т. е. данные структурные переходы служат пусковым механизмом при переключении клетки из одного метаболического состояния в другое. Установлено, что для биологических систем наибольшее значение имеют липотропные жидкие кристаллы (амфифильные вещества), необходимые для обеспечения нормального протекания метаболических процессов. Жидкокристаллический способ организации является характерным и для цитоплазмы, движение которой зависит от разнообразных переходов в сложной системе «липид - белок - вода» [4-6].
Живая клетка - это, по существу, жидкий кристалл, молекулы которого «образуют идеальную среду для каталитического действия, в частности действия сложного типа, способного обеспечить рост и воспроизведение» [4]. По результатам исследования Р. И. Минца и Е. В. Ко-ноненко [4], в условиях функционирования в организме жидкокристалличностью обладают липиды, производные стероидов, белки, нуклеиновые кислоты и сложные системы этих биополимеров в воде. Образовавшимся в биологической жидкости молекулярным агрегатам свойственны двулучепреломление и оптическая активность.
Сложную жидкокристаллическую систему представляет собой нервная ткань, в частности мозг, серое вещество которого состоит из липидов (глицериды, фосфатиды), обладающих мезоморфными свойствами. Известно, что при некоторых патологических состояниях жидкие кристаллы накапливаются в тканях вне связей с биоструктурами, угнетая при этом обменные процессы [4, 7].
Любая биосреда по мере высыхания претерпевает фазовые переходы: молекулярный раствор - мицеллярный раствор - жидкокристаллическая фаза - твердокристаллическая фаза. При этом молекулярные комплексы формируют либо кристаллические структуры, либо концентрационную волну в зависимости от условий дегидратации. Установлено, что способность биожидкостей к кристаллизации во многом зависит от характера окружающей среды. При изменении ее вязкости и соотношения основных компонентов, появлении в ней продуктов незавершенного метаболизма, элементов разрушения тканей и других патологических образований создаются условия для формирования «аномальных» кристаллов [7].
Изучение «жидкокристаллических» текстур является одним из активно развивающихся направлений в кристаллизационной диагностике биожидкостей. Данные исследования имеют несколько аспектов: во-первых, устанавливается взаимосвязь морфоструктурных особенностей биожидкостей с развитием патологических процессов в организме и, во-вторых, проводится изучение влияния экзогенных факторов на формирование жидкокристаллических и кристаллических текстур в биожидкости [1].
Информационными критериями служат морфотипы, количество образующихся кристаллов, их распределение по размерам, цветности, а также площадь кристаллообразования и другие параметры, оцениваемые с помощью поляризационно-оптических и поляризационнофотометрических методов.
Согласно классификации В. Н. Шабалина и С. Н. Шатохиной [1], существуют две основные группы кристаллов: базисные (нитевидные, крупные, средние сферолиты), встречающиеся преимущественно у здоровых особей, и «патологические». Формирование патологических мор-фотипов может идти по трем направлениям: возникновение вторичных форм, состояния аморфности или появление атипичных формообразующих структур. Наличие вторичных форм кристаллов указывает на процессы адаптации организма к изменившимся условиям существования. Появление атипичных форм, отличных по величине, форме, яркости и цвету, а также состояние аморфности свидетельствуют о напряжении и выраженном нарушении со стороны механизмов поддержания гомеостаза.
Таким образом, жидкокристаллические структуры активно участвуют в обеспечении сложных функций многих биологических систем, а также в развитии различных патологических состояний. Процессы кристаллизации представляют собой неспецифический механизм в обеспечении приспособительных реакций при взаимодействии живых организмов с окружающей средой.
В физиологии использование кристаллизационных проб в качестве индикаторов позволяет фиксировать изменения структуры биожидкостей для определения на молекулярном уровне патогенного действия факторов окружающей среды как in vivo, так и in vitro и тестов на загрязнение внутренней среды организма; определения эндотоксинов, мутагенов и болезнетворных микроорганизмов. Принимая во внимание информационное значение структур твердой фазы биологических жидкостей, мы провели морфологический анализ текстур сыворотки крови.
Целью наших исследований явилось изучение морфологической картины сыворотки крови и проницаемости гистогематических барьеров внутренних органов для оценки физиологического состояния двухлеток карпа в зависимости от времени действия сублетальной концентрации нефти.
Объектом исследований были выбраны двухлетки карпа (Cyprinus carpio L.). В подострых опытах использовали сублетальную концентрацию нефти - 150 мг/л, которая была установлена из результатов острого влияния (ЛКо = 150 мг/л). Контрольных рыб содержали в воде без добавления токсиканта. Эксперимент проводили при постоянной аэрации воды и кормлении живыми и искусственными кормами. Пробы крови отбирали из хвостовой вены рыб через 10, 20 и 30 суток эксперимента, у интактных - автоконтролем.
Изучение структур твердой фазы сыворотки крови проводили методом краевой дегидратации. Наблюдаемые текстуры оценивали согласно классификации В. Н. Шабалина и С. Н. Ша-тохиной [1]. Выявление образованных анизотропных структур осуществляли с использованием стереомикроскопа Leica-MZ-12,5, оснащенного поляризационной насадкой и телевизионной камерой Picxera. Проницаемость гистогематического (ГГБ) и гематоэнцефалического барьеров (ГЭБ) определяли in vitro колориметрическим методом [8].
Результаты анализа структурных образований сыворотки крови показали, что в ранние сроки влияния нефти наиболее информативным является метод поляризационной микроскопии. При просмотре в поляризованном свете оптических ячеек, приготовленных из сыворотки крови рыб контрольной группы, было обнаружено преимущественное содержание базисных форм кристаллов в виде сферолитов, на фоне которых регистрировалось незначительное количество вторичных текстур (рис., а; табл. 1). В сыворотке крови рыб через 10 суток эксперимента отмечалось увеличение, по сравнению с контролем, содержания вторичных дендритных и мелких полиморфных морфотипов почти в 5 раз (рис., б; табл. 1), при одновременном уменьшении числа базисных в 3,2 раза, что связывают с напряженностью механизмов адаптации [1]. Влияние нефти в течение 20-30 суток привело к увеличению вторичных морфотипов в 4,1 и 4,5 раза и появлению атипичных цветных кристаллов в сыворотке крови рыб в 21,4 и 23,6 раза соответственно, относительно контрольных (рис., в, г; табл. 1).
а - базисные (мелкие сферолиты) б - вторичные (полиморфные)
в - вторичные (мелкие) и атипичные г — цветные атипичные текстуры
Морфотипы сыворотки крови карпа: а - контроль; б - 10 суток эксперимента; в - 20 суток эксперимента; г - 30 суток эксперимента; ув. 50
Таблица 1
Характеристика распределения текстур сыворотки крови двухлеток карпа при интоксикации нефтью
Экспозиция, сут Морфотипы сыворотки крови, %
Базисные Вторичные Атипичные
Контроль 85,713 14,287 0,0
10 26,426 71,426 2,149
20 19,287 59,287 21,426
30 12,149 64,287 23,574
Для нормального функционирования клеток, тканей и органов необходимо постоянное поступление в них веществ из крови и выведение продуктов метаболизма. Эти процессы огра-
ничиваются и регулируются целым комплексом структур, образующих своего рода барьер между кровью и тканью (ГГБ). Основным свойством ГГБ является проницаемость. Исследования ГГБ непосредственно помогают понять возможности и ответные реакции организма во взаимодействии с внешней средой, при естественном и экспериментальном проникновении различных поллютантов [9, 10].
Значения проницаемости анализируемых структур в контрольной группе распределялись в порядке возрастания: мозг, печень, мышцы. Воздействие нефти на ГГБ и ГЭБ анализируемых органов и тканей имело, безусловно, выраженный характер (табл. 2).
Таблица 2
Анализ проницаемости ГГБ дорзальных мышц и печени,
ГЭБ мозга двухлеток карпа при интоксикации нефтью, ед. опт. пл.
Органы и ткани Экспозиция, сут М ± т
Контроль 2359,8 ± 48,3062
10 2542,7 ± 145,3031
Мышцы 20 2681,4 ± 101,1812*
30 2680,2 ± 104,8646*
Контроль 2057,7 ± 115,0087
10 1875,4 ± 194,8532
20 3073,6 ± 70,4221*
30 2163,3 ± 180,0698
Контроль 1661,3 ± 131,0581
10 3113,4 ± 46,9682*
20 1845,9 ± 50,1765
30 3276,5 ± 61,0411*
*
Величины, достоверно отличающиеся от соответствующих значений в контроле:
р < 0,05.
Выявлено несомненное увеличение барьерной проницаемости для мышц по мере возрастания времени токсического влияния нефтяной среды. В печени и мозге значения проницаемости имели разнонаправленный характер в зависимости от экспозиции, причем проницаемость ГГБ печени была особенно высока на 20-е сутки, а ГЭБ - на 10-е и 30-е сутки эксперимента. Следует также отметить, что на 30-е сутки значения проницаемости ГГБ и ГЭБ были выше по сравнению с контрольными. Анализ проницаемости ГГБ и ГЭБ разных органов и тканей двухлеток карпа показал реальные изменения функциональных особенностей проницаемости клеточных структур в условиях экспериментальных неблагоприятных воздействий.
Таким образом, установлено, что под влиянием каспийской нефти происходят изменения морфоструктурных показателей сыворотки крови рыб. Появление атипичных кристаллов в сыворотке крови подопытных рыб отразилось на степени проницаемости ГГБ внутренних органов. С изменением проницаемости на фоне деструктивных процессов в сыворотке крови, токсикоз, видимо, выступает в новую фазу своего развития разрушающего характера. Увеличение проницаемости ГЭБ зарегистрировано и по проницаемости ГГБ печени и мышцы. Изучение локальной структурной организации сыворотки крови является перспективным в разработке новых методов для оценки состояния организма рыб в условиях прессинга техногенных факторов химической природы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шабалин В. Н., Шатохина С. Н. Клиническая кристаллография: становление, проблемы, перспективы // Кристаллографические методы исследования в медицине: сб. науч. тр. - М., 1997. - С. 3-25.
2. Шабалин В. Н., Шатохина С. Н. Принципы аутоволновой самоорганизации биологических жидкостей // Вестн. Рос. акад. мед. наук. - 2000. - № 3. - С. 45-49.
3. Шабалин В. Н., Шатохина С. Н. Фундаментальные основы биологических ритмов // Вестн. Рос. акад. мед. наук. - 2001. - № 8. - С. 4-7.
4. Минц Р. И., Кононенко Е. В. Жидкие кристаллы (мезофазы) в организме человека // Архив. патологии. - 1981. - Т. 43, № 7. - С. 3-11.
5. Браун Г., Уолкен Дж. Жидкие кристаллы и биологические структуры. - М.: Мир, 1982. - 198 с.
6. Де Же В. Физические свойства жидкокристаллических веществ. - М.: Мир, 1982. - 175 с.
7. Чистяков И. Г., Усольцева В. А., Селезнев С. А. Жидкие кристаллы и их биологическое значение // Успехи совр. биологии. - 1976. - Т. 82. - С. 89-101.
8. Биохимические методы исследования в клинике / под ред. А. А. Покровского. - М.: Медицина, 1969. - 652 с.
9. Кассиль Г. Н. Гистоэнцефалический барьер. - М.: Изд-во Академии наук СССР, 1963. - 407 с.
10. Росин Я. А., Штерн Л. С. Учение о гистогематических барьерах // Гистогематические барьеры и нейрогуморальная регуляция. - М.: Наука, 1981. - С. 70-76.
Статья поступила в редакцию 15.11.2010
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Каниева Нурия Абдрахимовна - Астраханский государственный технический университет; д-р биол. наук, доцент; профессор кафедры «Зоология и ботаника»; kanievana52@ mail.ru.
Kanieva Nuria Abdrakhimovna - Astrakhan State Technical University; Doctor of Biological Science; Assistant Professor; Professor of the Department "Zoology and Botany"; kanievana52@ mail.ru.
