CC BY
50
DOI: 10.24411/2074-5036-2019-10013 УДК: 615.9:591.87:591.434:597.551.2
Ключевые слова: токсическое воздействие, тяжелые металлы, карп Key words: toxic effects, heavy metals, carp
Карпенко Л. Ю., Полистовская П. А., Енукашвили А. И.
ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ ЭПИТЕЛИЯ КИШЕЧНИКА КАРПА
HEAVY METALS' INFLUENCE AT CARP'S INTESTINAL EPITHELIUM MECHANICAL
TOUGHNESS
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургская государственная академия ветеринарной медицины» Адрес: 196084, Россия, г. Санкт-Петербург, Черниговская ул., д. 5 Saint-Petersburg State Academy of Veterinary Medicine, Federal State Budget Educational Institution of Higher Professional Edication Address: 196084, Russia, Saint-Petersburg, Chernigovskaya st., 5
Карпенко Лариса Юрьевна, д. б. н., профессор, зав. кафедрой биохимии и физиологии.
E-mail: [email protected]. Тел. +7 (921) 998-12-91 Carpenko Larisa Yu., Doctor of Biology Science, Professor, Head of Biochemistry and Physiology Dept.
E-mail: [email protected]. Tel. +7 (921) 998-12-91 Полистовская Полина Александровна, ассистент кафедры биохимии и физиологии. E-mail: [email protected]. Тел. +7 (952) 200-77-29 Polistovskaya Polina Alexandrovna, Assistant of Biochemistry and Physiology Dept.
E-mail: [email protected]. Tel. +7 (952) 200-77-29 Енукашвили Абрам Исраелович, к. б. н., доцент кафедры биохимии и физиологии.
E-mail: [email protected]. Тел. +7 (921) 940-85-19 Enucashvili Abram Israelovich, PhD of Biology Science, Associate Professor of Biochemistry and Physiology Dept.
E-mail: [email protected]. Tel. +7 (921) 940-85-19
Аннотация. Статья посвящена оценке токсического воздействия тяжелых металлов на организм рыб. Целью исследования являлось изучение механической прочности эпителиального пласта кишечника карпа после воздействия тяжелых металлов (свинца, кадмия, цинка и меди). При нормальном функционировании ЖКТ рыб происходит слущивание уже отживших, мертвых, эпителиальных клеток кишечника, что является нормой. Присутствие в препаратах кишечника «живых» эпителиоцитов указывает на нарушение механической прочности эпителиального пласта кишечника, что, в свою очередь, является признаком отравления. В опыте использовалось 5 групп рыб (карп обыкновенный) по 10 особей: контроль; группы рыб, содержащихся в токсических растворах тяжелых металлов, превышающих их ПДК в водоемах в 1000 раз - в растворе ацетата свинца (6 мг/л); в растворе ацетата кадмия (5 мг/л); в растворе ацетата меди (1 мг/л); в растворе ацетата цинка (10 мг/л). Экспозиция в токсическом растворе составила 4 часа. Изготавливали мазки-отпечатки кишечника карпа и с помощью световой микроскопии осуществляли подсчет слущившихся «живых» клеток. Исследование показало, что при воздействии ацетата свинца количество «живых», сохранивших тинкториальные свойства, клеток равно 24,68 % от общего числа слущившихся клеток; после воздействия ацетата кадмия - 25,11 %, после воздействия ацетата меди -35,28 %; после воздействия ацетата цинка - 21,51 % от общего числа слущивщихся эпителиоцитов. Наблюдается изменение механической прочности эпителиального пласта кишечника карпа, проявляющееся в десквамации (слущива-ния) «живых» эпителиоцитов при воздействии некоторых (свинец, кадмий, цинк, медь) тяжелых металлов. Влияние меди на прочность эпителия кишечника рыб превосходит влияние других исследуемых тяжелых металлов. Summary. Assessment of heavy metals' toxic effects at fish's body is given in the article. Research's aim was to study mechanical strength of carp's intestinal epithelial layer after heavy metals' (lead, cadmium, zinc and copper) influence. Dead epithelial cells's exfoliation occurs when fish's gastrointestinal tract function is normal. Live epithelial cells 'presence in the gastrointestinal tract specimen is a tag of epithelium's mechanical toughness disturbance which is a poisoning sign. Five groups of fish (carp) with 10 individuals in each was used in the experiment: control group; groups of fish contained in toxic heavy metals solutions exceeding their MPC in reservoirs in 1000 times: in lead acetate solution (6 mg/l); cadmium acetate solution (5 mg/l); copper acetate solution (1 mg/l); zinc acetate solution (10 mg/l). The time of holding in the toxic solution was 4 hours. Carp's intestine cells smears were made with light microscopy live cells counting. The study showed that the number of live cells held in lead acetate solution is equal to 24,68 % of exfoliated cells total number; after holding in cadmium acetate - 25,11 %, copper acetate - 35,28 %; zinc acetate - 21,51 %. Carp's intestine epithelial layer mechanical toughness changed as live intestine epithelial layer exfoliation under some heavy metals' (lead, cadmium, zinc, copper) influence. Copper's influence at fish's intestinal epithelium toughness exceeds other studied heavy metals' influence.
Введение
Тяжелые металлы занимают не последнее место среди загрязнителей окружающей среды. Согласно Всемирной Организации Здравоохранения, тяжелые металлы по своему токсическому воздействию сейчас занимают второе место. При этом эксперты склонны считать, что данные токсиканты могут стать более опасными, чем отходы атомной энергетики и твердые отходы. Тяжелые металлы способны инактивировать важные для организма органические вещества, а также накапливаться в живых организмах, вызывая тем самым неблагоприятные последствия и для человека.
Одним из наиболее токсичных металлов является свинец, который существует преимущественно в двухвалентной окислительной форме. В природных водоемах при нейтральном и выше нейтрального рН свинец легко образует комплексы. Биодоступность свинца для водных организмов во многом зависит от уровня рН, жесткости воды и содержания в воде природных органических веществ. Острое отравление свинцом может вызывать у рыб асфиксию, эффекты хронического отравления нередко связаны с гематологическими и неврологическими дисфункциями. Свинец поглощается и проявляет свои свойства путем замены кальция и других потенциально важных двухвалентных катионов, таких как железо и цинк. Соответственно, свинец встречается преимущественно в пределах кальцинированных твердых тканей скелета и чешуи, а также концентрируется в крови, жабрах и почках. Несмотря на то, что вопросы поглощения, накопления и токсичности свинца во многом изучены, конкретные механизмы транспорта и экскреции свинца из организма рыб еще только предстоит изучить [9].
Кадмий (Сё) также является весьма опасным тяжелым металлом и обладает высокой токсичностью. Основные пути поступления кадмия в водную среду - это выветривание породы (в частности, фосфатная порода), вулканическая активность, а также антропогенные источники, связанные с добычей и плавлением руд цинка, свинца и меди, использованием фосфорных удобрений, сжига-
нием ископаемого топлива, торфа и древесины, а также производством цемента.
Выбросы кадмия в атмосферу могут в значительной степени способствовать загрязнению почвенных и водных объектов, а сам кадмий может переноситься на большие расстояния. Кадмий легко подвергается биоаккумуляции и биоконцентрированию в водных организмах. В основном кадмий поступает в организм рыб через жабры или желудочно-кишечный тракт, а затем разносится с кровью в другие ткани. Кадмий может накапливаться во многих тканях и органах -печени, почках, жаберном и кишечном эпителии. Острое отравление кадмием может вызывать нарушение ионной регуляции, в частности, кальция, натрия и магния. Хроническое воздействие кадмия также может приводить к нарушению ионной регуляции, нарушениям процесса роста и размножения, отклонениям в работе иммунной системы и поведения, развитию болезней жабр, печени и почек. [1, 2]
Поглощение кадмия желудочно-кишечным трактом происходит во всех отделах кишечника (переднем, среднем и заднем), а также в желудке [6].
Медь (Си) поступает в водоемы вследствие сбросов промышленных сточных вод, в результате использования удобрений, имеющих в своем составе медь, пестицидов [3]. Существуют три основные формы нахождения меди в воде: взвешенная, коллоидная и растворенная. К растворенной форме относятся свободные ионы и соединения меди в комплексе с органическими и неорганическими веществами. Количество связанной с твердыми частицами меди может составлять от 12-ти до 97-ми % от ее общего содержания в речных водах [8]. Растворимые формы меди в незагрязненных пресных водоемах могут содержаться диапазоне от 0,5 до 1,0 мкг/л, при этом в городских районах этот показатель может увеличиваться до 2 мкг/л. Наибольшие концентрации свойственны горнорудным районам.
Цинк ^п). Поступление цинка в окружающую среду связано с отходами производств сплавов, оцинкованного железа и сухих гальванических элементов. Содержание
42
растворенного цинка в незагрязненных пресноводных системах колеблется от 0,5 до 15 мкг/л. Наиболее высокие концентрации этого элемента наблюдаются в водных системах промышленных территорий. Цинк является активным микроэлементом, влияющим как на рост, так и на нормальное развитие организмов. [4, 7] Токсические свойства цинка определяются, по большей части, ионами, а также суспензиями гидроокиси и карбонатов.
Симптомы и патоморфологические изменения при отравлении соединениями цинка сходны с таковыми при отравлении соединениями меди. При остром отравлении металлом наблюдается потемнение окраски тела, отек жаберных лепестков, гиперплазия и слущивание респираторного эпителия.
Целью исследования являлось изучение механической прочности эпителиального пласта кишечника карпа после воздействия тяжелых металлов (свинца, кадмия, цинка и меди).
Материалы и методы
Исследование проводилось на кафедре биологической химии и физиологии животных ФГБОУ ВО «ГАВМ» в 2017-м году.
Исследование было выполнено с использованием карпа обыкновенного (Cyprinus carpió carpió). В ходе эксперимента было сформировано 5 групп рыб: 1 контрольная группа (10 рыб), 4 опытные группы (10 рыб). Все группы рыб содержались при постоянной аэрации аквариумов объемом 150 литров. Контрольная группа содержалась в воде без токсического агента; 1-я опытная группа содержалась в растворе аце-
тата свинца (РЬ(СН3СОО)2) с концентрацией 6 мг/л (превышение ПДК свинца для рыбохо-зяйственных водоемов в 1000 раз) в течение 4-х часов; 2-я опытная группа содержалась в растворе ацетата кадмия (СЬ(СН3СОО)2) с концентрацией 5 мг/л (превышение ПДК кадмия для рыбохозяйственных водоемов в 1000 раз) в течение 4-х часов; 3-я опытная группа рыб содержалась в растворе ацетата меди (Си(СН3СОО)2) с концентрацией 1 мг/л (превышение ПДК меди для рыбохо-зяйственных водоемов в 1000 раз) в течение 4-х часов; 4-я опытная группа содержалась в растворе ацетата цинка ^п(СН3СОО)2) с концентрацией 10 мг/л (превышение ПДК цинка для рыбохозяйственных водоемов в 1000 раз) в течение 4-х часов. Исследовали механическую прочность эпителиального пласта кишечника карпа посредством приготовления мазка-отпечатка кишечника с последующей окраской гематоксилином и подсчетом слущившихся живых и мертвых клеток с помощью световой микроскопии в 3-х полях зрения при увеличении х600.
Результаты исследования
Данные по количеству клеток в мазке-отпечатке кишечника карпов представлены в табл. 1.
Обсуждение результатов
При нормальном функционировании ЖКТ рыб, при содержании их в среде без токсического агента, происходит слущива-ние уже отживших, «мертвых», эпителиальных клеток кишечника. Это процесс является нормой [5]. По присутствию в препаратах
43
Таблица 1
Влияние тяжелых металлов на механическую прочность эпителиального пласта
кишечника карпа (M±m)
Количество слущившихся клеток (кл.)
Токсикант "Мертвые" клетки "Живые" клетки
Контроль (0 мг/л) 22,5 ± 3,90 2,3 ± 0,63
Свинец (6 мг/л) 163,9 ± 10,64* 53,7 ± 7,57*
Кадмий (5 мг/л) 165,2±7,96* 55,4 ± 8,46*
Медь (1 мг/л) 172,9±9,05* 61± 8,60*
Цинк (10 мг/л) 146,3±10,57* 40,1 ± 10,84*
Примечание: «*» - статистически достоверно относительно показателей рыб контрольной группы (р<0,05).
кишечника «живых» эпителиоцитов можно судить о нарушении прочности эпителиального пласта кишечника рыб, что, в свою очередь, является признаком отравления.
При подсчете клеток отпечатка контрольного образца кишечника (без воздействия тяжелых металлов) было отмечено, что на препаратах участков кишечника карпов количество «мертвых» энтероцитов соответствовало 89,36 % от общего числа слущившихся клеток, тогда как количество «живых» эпителиоцитов составило всего 10,64 %.
При подсчете клеток в мазках-отпечатках кишечника карпа после воздействия ацетата свинца было обнаружено, что количество «живых», сохранивших тинкториальные свойства, клеток равно 24,68 % от общего числа слущившихся клеток. После воздействия ацетата кадмия на рыб количество слущив-шихся «живых» клеток составило 25,11 %. Количество слущенных «живых» эпители-оцитов в мазке-отпечатке после экспозиции в токсическом растворе ацетата меди составило 35,28 %, а после экспозиции в растворе ацетата цинка - 21,51 % от общего числа слущивщихся эпителиоцитов.
Заключение
Таким образом, проведенные исследования выявили, что самым токсичным воздействием на кишечник карпа обыкновенного обладает медь, за ней по токсичности следует кадмий, затем свинец, и наименее токсичным из исследуемых тяжелых металлов был цинк.
Изученные металлы изменяли механическую прочность эпителиального пласта кишечника карпа, что проявлялось в десквама-ции (слущивания) «живых» эпителиоцитов .
Список литературы:
1. Дабахов М.В., Дабахова Е.В., Титова В.И. Тяжелые металлы: экотоксикология и проблемы нормирования. Нижний Новгород: ВВАГС, 2005. 165 с.
2. Дубова H.A., Жулидов A.B., Лапин H.A. Влияние гидробионтов на формы миграции тяжелых металлов в природных водах // Экология. 1991. №3. С. 91-93.
3. Иваненко Н.В. Экологическая токсикология : учебное пособие. Владивосток: ВГУЭС, 2006. 108 с.
4. Моисеенко Т.И., Кудрявцева Л.П., Гашкина Н.А. Рассеянные элементы в поверхностных водах суши. М.: Наука, 2006. С. 115-217.
5. Полистовская П.А., Кинаревская К.П. Влияние ацетата кадмия на организм рыб // Матер. Между-нар. науч. конф. СПбГАВМ. С.-Пб.: ФГБОУ ВО СПбГАВМ, 2018 г. С. 77-79.
6. Попов П.А., Андросова Н.В., Аношин Г.Н., Накопление и распределение тяжелых и переходных металлов в рыбах новосибирского водохранилища //Вопросы ихтиологии. 2002. Т. 42. № 2. С. 264-270.
7. Скопичев В.Г., Карпенко Л.Ю. Физиология рыб. Книга 2. Питание и пищеварение : учебное пособие. С.-Пб.: Квадро, 2017. С. 344.
8. Miller P.A., Munkittrick K.R, Dixon D.G. Relationship between concentrations of copper and zinc in water, sediment, benthic invertebrates, and tissues of white sucker (Catostomus commersoni) at metal-contaminated sites // Can. J. Fish. Aquat. Sci., 1992. Vol. 49. P. 978-984.
9. Perlmutter A. Methylmercury/cooper effects on hemosiderin: possible mechanism of immune suppression in fish // Bull. Environ. Contam. Toxicol. 1980. Vol 24. № 5. Р.704-710.
КАК ОФОРМИТЬ ПОДПИСКУ НА ЖУРНАЛ?
А. Через подписной каталог
Индекс в каталоге "Газеты. Журналы" Агентства "Роспечать" - 33184 Б. Через редакцию журнала
Банковские реквизиты для оплаты подписки по безналичному расчету для юридических лиц: ЧОУДПО "Институт Ветеринарной Биологии". ИНН 7802196720. КПП 781301001. Р/с 40703810400000000022 в АО "Горбанк", г. Санкт-Петербург. К/с 30101810200000000814. БИК 044030814
В поле "Назначение платежа" указать:
"Предоплата за подписку на журнал "Актуальные вопросы ветеринарной биологии" на 2019 г. согласно инф. письму б/н от 03.09.18 г. НДС не облагается. Адрес подписки: ..." Стоимость редакционной подписки на 2019 год 2000 рублей.
Адрес редакции: Санкт-Петербург, ул. Ораниенбаумская, 3-Б. Т./ф. (812) 232-55-92, т. 927-55-92. E-mail: [email protected]; www.invetbio.spb.ru
