CC BY
116
Соловых Г.Н., Минакова В.В., Карнаухова И.В.
Оренбургская государственная медицинская академия
ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ЛИЗОЦИМНУЮ АКТИВНОСТЬ ПРЕСНОВОДНЫХ ДВУСТВОРЧАТЫХ МОЛЛЮСКОВ РОДОВ UNIO И
ANODONTA
Изменения лизоцимной активности жаберной ткани моллюсков носят характер синусоидной кривой и являются отражением происходящих в организме подопытных животных процессов неспецифической адаптации к токсическому действию тяжелых металлов. Зависимость «доза - эффект» для каждого вида моллюсков видоспецифична, т. к. однотипная ответная реакция для вида A. cygnea наблюдается при превышении ПДК по металлам в 10 раз, а для вида U. pictorum - 100 раз, а это может являться показателем устойчивости животных к антропогенным воздействиям
Группу тяжелых металлов можно отнести к микроэлементам, в этом ряду одни крайне необходимы для жизнеобеспечения живых организмов, другие вызывают противоположный эффект и, попадая в организм, приводят к его отравлению или гибели. Специалистами по охране окружающей среды среди металлов-токсикантов выделена приоритетная группа, в которую входят кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк и хром как опасные для живых организмов; из них ртуть, свинец и кадмий - наиболее токсичны [7, 16].
Любой токсический фактор, в том числе и тяжелые металлы, вызывает развитие «классического» стресса, который сопровождается закономерными фазными изменениями биохимических показателей организма [11, 14, 4, 15]. Динамика большинства биохимических процессов при стрессе проходит три основные закономерные фазы («тревоги», «стимуляции», «депрессии»), описываемые 8-образной кривой [12, 10].
К настоящему времени накоплен достаточно большой материал о реакции различных биохимических показателей, а также о чувствительности ферментных систем, на изменения тех или иных условий окружающей среды или на присутствие токсических факторов [9, 10, 11, 3].
В ряде исследований отмечено участие факторов иммунитета гидробионтов в ответных реакциях на антропогенные воздействия [1]. Известно, что от функционального состояния механизмов иммунитета зависят биологическое постоянство внутренней среды, структурная целостность организма и степень устойчивости гидробионтов к микроорганизмам [6, 8], причем существенная роль в этом принадлежит лизоциму. Однако действие лизоцима в организме животных не сводится лишь к защитной функции: имеются данные о том, что лизоцим является именно тем фактором гуморального иммунитета, на котором любые стрессовые воздействия могут отразиться в наибольшей мере [2]. В работах последних лет было показано,
что при воздействии на рыб, токсических факторов, в частности сублетальных концентраций кадмия, меди и ртути, интенсивность образования и активность лизоцима изменяется [5].
Полученные нами ранее данные показали, что экстракты тканей изучаемых моллюсков оказывают выраженное литическое действие в отношении суспензии клеток тест-культуры Mikrococcus lysodeсticus, при этом наиболее высокие значения удельной активности наблюдалось в экстрактах жаберной ткани [13]. Это, вероятно не является случайным, так как именно в жабрах происходит фильтрация микроорганизмов и в то же время жабры являются барьерным органом моллюсков не только для бактерий, но и для токсикантов, поступающих из внешней среды. Можно предположить, что воздействие антропогенных факторов среды изменяет активность ферментных систем моллюсков и лизоцима в том числе.
Все выше сказанное определило интерес к изучению динамики лизоцимной активности жаберной ткани двустворчатых моллюсков родов Шю и Anodonta при действии различных концентраций ионов свинца и кадмия.
Для оценки влияния токсикантов на лизоцим-ную активность моллюсков использовали модельные экосистемы. Моллюсков видов Шю pictorum и Anodonta cygnea делили на 3 группы по 24 особи в каждой. Первая группа животных служила контролем и содержалась в аквариуме с водопроводной водой, вторая группа - была помещена в аквариум, содержащий ионы свинца, третья группа -ионы кадмия. Все группы содержались при одинаковых условиях освещения, температуры и аэрации, без кормления. Было проведено 3 серии экспериментов для разных концентраций токсикантов. Для опытов брались концентрации токсикантов соответствующие значениям ПДК, 10 ПДК, 100 ПДК для вод открытых водоемов [9]. Экспозицию опытных животных проводили в течение 24 суток. Через определенные промежутки времени (на 3-и, 8-ые, 12-ые, 16-ые, 20-ые и 24-ые сутки) из каждого
233
экспозиция, сут
экспозиция, сут
Рисунок 1. Изменение ЛА жаберной ткани (на примере ионов кадмия): а - А. cygnea (1 - контроль; 2 - ПДК); б - и. рїіїогит (3 - контроль; 4 - 10 ПДК).
экспозиция, сут
экспозиция, сут
Рисунок 2. Изменение ЛА жаберной ткани моллюсков (на примере ионов свинца): а - А. cygnea (1 - контроль; 2 - 10 ПДК); б - и. рїіїогит (3 - контроль; 4 - 100 ПДК)
аквариума отбирали животных для определения уровня лизоцимной активности жаберной ткани спектрофотометрическим методом. Гомогенаты жаберной ткани получали, объединяя органы 3 особей, что существенно снижает коэффициент вариации показателей ферментативной активности [10]. Удельную лизоцимную активность выражали в процентах от контроля, на основании вычисленных данных строились кривые зависимости «доза - эффект» для обоих токсикантов, что наиболее точно отражает особенности реакции ферментных систем тест-объекта на токсическое воздействие.
В наших исследованиях стрессовые факторы вызывали различные по амплитуде и скорости изменения активности фермента, что отличалось от плавных и незначительных колебаний в контроле. В аквариуме с концентрацией ионов металлов на уровне ПДК изменения лизоцимной активности для обоих видов моллюсков характеризовались плавными колебаниями, которые на 12-ые сутки завершались стабилизацией процессов жизнедеятельности на уровне, близком к исходному (рис. 1а). Увеличение концентрации токсикантов приводило к изменениям в ответной реакции моллюсков и. pictorum. Были отмечены более резкие колебания значений удельной активности. Изменение исследуемого показателя имело вид волнообразной кривой, с тенденцией к повышению активности с начала эксперимента сверх нормального уровня к 8-ым суткам, с затухающей амплитудой к 24ым суткам экспозиции (рис. 1б). Картина изменения лизоцимной активности жаберной ткани моллюсков А. cygnea при концентрации ионов токсикантов превышающих ПДК в 10 раз была сходной с таковой для моллюсков и. р^отт при концентрации ионов превышающих ПДК в 100 раз. В этих условиях динамика изменения лизоцимной активности жаберной ткани моллюсков характеризовалась более выраженными фазами снижения и повышения: на 3-и сутки отмечалось снижение исследуемого показателя. Затем происходили волнообразные изменения активности фермента с более выраженным эффектом затухания амплитуды соответствующего показателя (рис.2 а, б).
Экспозиция двустворчатых моллюсков вида А. cygnea в среде, содержащей ионы свинца и кадмия в концентрации превышающих ПДК в 100 раз, сопровождалась достоверным снижением показателя с последующей гибелью организмов на 16-ые сутки в аквариуме с ионами свинца и на 12-ые - с ионами кадмия (рис. 3).
В проведенных опытах обнаруженные зако-
а
б
а
б
номерности изменения лизоцимной активности жаберной ткани моллюсков хорошо вписываются в обобщенную схему фаз стресса, что, вероятно, является результатом взаимодействия двух процессов - поражения и компенсаторно-адаптивного ответа биологической системы.
Снижение ферментативной активности на начальных этапах интоксикации, что мы наблюдали при действии металлов в концентрации 10 ПДК на моллюсков А. cygnea и концентрации токсикантов 100 ПДК на моллюсков и.р^отт и А. сygnea, соответствует первой фазе адаптивного ответа организма на стрессовое воздействие, известный как «эффект затаивания». Вторая стадия адаптации тест-организма к токсическому воздействию характеризуется ростом ферментативной активности лизоцима, которая может продолжаться разное время и характеризоваться либо стабилизацией процессов жизнедеятельности на уровне, близком к исходному (адаптация моллюсков к изменившимся условиям как в случае с концентрациями, взятыми на уровне ПДК), либо сопровождаться волнообразными изменениями функциональных показателей с постепенно затухающей амплитудой и переходить в третью фазу реакции организма на стрессовое воздействие - фазу угнетения, которая сопровождается прогрессирующим снижением биохимических и физиологических показателей, что может привести к гибели животного, что мы и наблюдали в случае экспозиции
Рисунок 3. Изменение ЛА жаберной ткани моллюсков А. cygnea (на примере ионов свинца):
1 - контроль; 2 - 100 ПДК
моллюсков А. cygnea в среде, содержащей ионы металлов в концентрации 100ПДК.
Таким образом, загрязнение водной среды токсикантами приводит к существенным изменениям антибактериальной активности моллюсков, которые носят характер синусоидной кривой и являются отражением происходящих в организме подопытных животных процессов неспецифической адаптации к токсическому действию тяжелых металлов. Зависимость «доза - эффект» для каждого вида моллюсков видоспецифична, т. к. однотипная ответная реакция для вида А. cygnea наблюдается при превышении ПДК по металлам в 10 раз, а для вида и. р^огит - 100 раз, а это может являться показателем устойчивости животных к антропогенным воздействиям.
Список использованной литературы:
1.Балабанова Л.В. Ультраструктура клеток иммуной системы карпа Cyrpinus carpio в норме и при иммунизации / Л.В. Балабанова, Е.А. Заботкина // Цитология. - 1988. - Т. 39, №8. - С. 657 - 661.
2. Бухарин О.В. Лизоцим и его роль в биологии и медицине / О.В. Бухарин, Н.В. Васильев. - Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1974. - 208 с.
3. Виселина Т. Н. Изменение активности ферментов углеводного обмена у моллюсков под действием кадмия /Т. Н. Виселина, О. Н. Лукьянова // Биология моря. - 2000. - Т. 26, №4. - С. 278 - 280.
4. Вьючинский К.К. Оценка действия веществ на водные организмы с учетом фазности токсичности / К.К. Вьючинский, Щербаков Ю.А. // Теоретические проблемы водной токсикологии. Норма и патология. - М.: Наука, 1983. - С. 36 - 41.
5. Лапирова Т.Б. Влияние сублетальных концентраций солей ртути, кадмия и меди на содержание лизоцима в тканях молоди ленского осетра (Acipenser baerii Brandt) / Т.Б. Лапирова, В.Р. Микряков, А.С. Маврин, Г.А. Виноградов // Журн. эвол. биохим. и физиологии. - 2000. - Т. 35, №1. - С. 37 - 41.
6. Микряков В.Р. Влияние солей некоторых тяжелых металлов на картину белой крови молоди ленского осетра Acipenser baeri Brandt / В.Р. Микряков, Т.Б. Лапирова // Вопр. ихтиологии. - 1997. - Т. 37, №4. - С. 538 - 542.
7. Небел Б. Наука об окружающей среде / Б. Небел. - М.: Мир, 1993. - Т.1. - 420 с.
8. Немова Н.Н. Влияние некоторых токсических факторов на лизосомальные протеиназы пресноводных рыб / Н.Н. Немова, В.С. Сидоров // Гидробиол. журн. - 1990. - Т. 16, №4. - С. 69 - 73.
9. Новиков Ю.В. Методы исследования качества воды водоемов / Ю.В. Новиков, К.О. Ласточкина, З.Н. Болдина. - М.: Медицина, 1990. - 400 с.
10. Попов А.П. Множественные формы ферментов живородки речной как маркеры токсического загрязнения воды: Дисс...канд. биол. наук / А.П. Попов. - М., 2002. - 171 с.
11. Ротт Г. М. Содержание металлтионеинов у пресноводных моллюсков, обитающих в водоемах средней полосы России / Г. М. Ротт, В.А. Романцова, Б.И. Сынзыныс // Экология. - 1999. - №4. - С. 306 - 308.
12. Селье Г. Очерки об адаптационном синдроме / Г. Селье. - М.: Медицина, 1960. - 254 с.
13. Соловых Г.Н. Лизоцимная активность как фактор адаптации двустворчатых моллюсков в гидробиоценозе /Г.Н. Соловых, В.В. Минакова, И.В. Карнаухова // Материалы II международной конференции «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий», Оренбург, 2002, с. 189 - 190.
14. Строганов Н. С. Моделирование возможных изменений экосистемы при загрязнениях по чувствительности гидробионтов к токсикантам / Н. С. Строганов // Влияние загрязняющих веществ на гидробионтов и экосистемы водоемов. - Л. - 1979. - С. 142 - 149.
15. Цветков И.Л. Кислая фосфатаза гидробионтов как фермент-индикатор биохимической адаптации к воздействию токсических веществ / И.Л. Цветков, С.Л. Зарубин, Г.А. Урванцев, А.С. Коничев, Ю.Б. Филиппович // Известия АН. Сер. биология. - 1997. - №5. - С. 539 - 545.
16. Экологические проблемы Верхней Волги: Коллективная монография. - Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2001. - 427 с.
