CC BY
25БИОЛОГИЯ
УДК 577.1: 597
Влияние тяжелых металлов на показатели липидного обмена рыб
М.М. Габибов, Б.С. Мусаев, Г.Р. Мурадова, А.И. Рабаданова
В связи с полифункциональностью и сложностью механизмов метаболизма изучение липидов привлекает внимание все большего числа исследователей [1, 3, 4, 7, 8, 10, 11, 14, 15, 17, 18, 21].
Водная среда, отличающаяся высокой динамичностью и изменчивостью, а в последнее время антропогенным давлением, нарастающим загрязнением и развитием эв-трофикации, ставит задачи исследования адаптационных возможностей гидробионтов, разработки чувствительных тестов для мониторинга водных экосистем. Рыбы являются ключевым звеном в водных биоценозах, наиболее чувствительным к изменению факторов среды.
Важнейшей неспецифической реакцией гидробионтов на влияние стрессовых факторов является усиление процессов перекисного окисления липидов и активация анти-оксидантной системы, которые в определенной мере отражают их адаптационные возможности. Состояние приспособленности к среде обитания, а значительные отклонения этих показателей от нормы могут провоцировать процессы деградации на уровне клеточных мембран, канцерогенез и гибель [5, 9, 21].
Одними из ведущих стрессовых факторов водных экосистем служат ионы тяжелых металлов [6, 21], причем известно, что как биогенные (K, Na, Ca, Mg, Fe), так и небиогенные металлы (Ag, Cd, Sr, Ce, Ba, Hg и др.) в определенных условиях (концентрация, кислотность и температура среды) выступают как ксенобиотики с тяжелыми последствиями для гидробионтов [16].
В связи с этим нами исследовано влияние солей стронция на некоторые показатели липидного обмена у аквариумных рыб.
Стронций (Strontium), атомная масса 87,62 (тяжелыми считаются все металлы, атомная масса которых превышает 40 к. е). Природный стронций состоит из смеси четырех стабильных изотопов, наиболее распространенным из которых является 88Sr (82,56 %). Стронций попадает в животный организм с водой и пищей, всасывается тонким, а выделяется толстым кишечником [19]. Главное депо стронция - костная ткань, в золе которой его содержание составляет 0,02 % (в других тканях - около 0,0005 %). Избыток стронция в рационе крыс вызывает «стронциевый» рахит. Попадая в окружающую среду, стронций характеризуется способностью включаться вместе с кальцием в обменные процессы живых организмов.
90Sr является одним из важных долгоживущих радионуклидов, загрязняющих биосферу в результате ядерных испытаний. Кроме того, в технике соединения стронция находят применение в сахарном производстве [Sr(OH)2], а также для фейерверков, бенгальских и сигнальных огней [Sr(NO3)2].
Стронций, как и другие абиологические металлы активно участвует в образовании лигандов с белками, липидами и другими высокомолекулярными органическими соединениями с непредсказуемыми последствиями для живых организмов [16, 21].
Материал и методы исследования. В работе были использованы самцы и самки меченосца простого (Х1ркогЬоги8 Ье1еп Неске1) семейства Пецилиевых (РоесШаёае) одного возраста (5 месяцев). С целью адаптации и стабилизации биохимических процессов в каждом аквариуме содержали по 40 рыбок, для которых создавались условия постоянного температурного (26 - 27 0С) и газового режима.
Исследования проводились в хроническом эксперименте продолжительностью до 20 дней, концентрацию [8г(КО3)2] в 1 и 2 мг/л создавали во всех аквариумах. Биохимические анализы проводили на рыбах, отобранных на 5, 10, 15 и 20 дни эксперимента по следующим показателям: содержанию фосфолипидов, холестерина, малонового диальдегида и активности каталазы в мышечной ткани. Контролем служили рыбы, содержащиеся в аквариуме без добавления соли стронция.
Для количественного определения суммарного содержания фосфолипидов использовали метод Фольча с модификациями [22], для определения концентрации холестерина в ткани использовали цветную реакцию Либермана - Бурхарда [19]. Об активности каталазы судили по скорости разложения перекиси водорода [1з]. Интенсивность процессов пере-кисного окисления липидов (ПОЛ) определяли по накоплению малонового диальдегида (МДА) при инкубации гомогената мышечной ткани рыб [2].
Результаты и их обсуждение. Полученные материалы представлены в таблицах 1 - 4 и рисунках 1 - 4. По нашим данным содержание фосфолипидов и холестерина в мышечной ткани рыб составляет соответственно 1960,50 ± 24,90 и 23,21 ± 0,20 мг % влажной ткани.
Содержание фосфолипидов в мышечной ткани рыб на 5-й день пребывания в водной среде с азотнокислым стронцием повышается на 9,6 %, а при дальнейшей экспозиции в этих условиях происходит постепенное снижение их содержания и на 15-й день достигает 50 % от контроля (табл. 1, рис. 1). Дальнейшая экспозиция рыб в среде с токсикантом не повлияла на концентрацию фосфолипидов в мышечной ткани.
Однако содержание холестерина в мышечной ткани рыб при хронической интоксикации ионами стронция имеет обратную динамику: уже на пятый день эксперимента его концентрация увеличивается на 49 % (Р < 0,01), а на 10-й день - в 2,5 раза.
Дальнейшая экспозиция рыб в среде с токсикантом приводит к падению содержания холестерина ниже контрольных величин (рис. 2, табл. 2). Вероятно, в начальный период адаптации (5 - 10 дней) в связи с усилением процессов перекисного окисления фосфоли-пидов формирование мембран и их конденсация происходит за счет усиления синтеза холестерина [12, 15], а в последующем ксенобиотик приводит к блокировке молекулярных механизмов биосинтеза холестерина, и формирование мембран происходит за счет повышенного использования фосфолипидов в качестве структурного материала [23].
Для оценки интенсивности процессов перекисного окисления липидов нами изучена динамика роста малонового диальдегида (МДА) в гомогенате при инкубации и активность одного из ферментов антиоксидантной защиты - каталазы (КФ 1.11.1.6). Результаты представлены в таблицах 3,4 и рисунках 3,4. По нашим данным, уже на 5-й день пребывания рыб в водной среде с азотнокислым стронцием (1 мг/л) усиливается перекисное окисление липидов, в результате чего содержание МДА в гомогенате увеличивается на 19,12 % (Р < 0,001).
При дальнейшем пребывании рыб в токсичной среде до 10 и 15 дней уровень интенсивности ПОЛ остается на достаточно высоком уровне (на 123 % выше контроля на 15 день, а на 21-й день при концентрации 2 мг/л интенсивность ПОЛ увеличивается на 83 % по сравнению с контролем) (табл. 3, рис. 3).
Наблюдаемые изменения в интенсивности ПОЛ в мышечной ткани тесно связаны с активностью антиоксидантной системы рыб и устойчивостью к неблагоприятным условиям среды.
По данным, представленным в таблице 4 видно, что уже на 5-й день экспозиции рыб в аквариуме со [8г(КО3)2] в 1 мг/л каталазная активность в мышечной ткани падает на 26,6 %
(Р < 0,01) (рис. 4), что согласуется с ростом МДА, свидетельствующем о некомпенсиро-ванности процессов ПОЛ в ткани, на 10-й день экспозиции рыб рост активности каталазы достигает пикового значения (на 51,4 % выше контроля, Р < 0,001), а на 15-й и 20-й дни наблюдается постепенное падение ферментативной активности (на 39,8 % ниже контроля) (рис. 4).
Подобная закономерность в динамике изменений активности ферментов обнаружена в нашей лаборатории ранее [18] при изучении каталазной активности в теле сеголеток русского осетра при нефтяном загрязнении. Развивая представления о процессах ПОЛ как первичных и вторичных медиаторах стресса, замечено [3], что первичный подъем процессов ПОЛ мобилизует стрессреализирующие системы и повышает антиокислительный потенциал.
Первая волна повышения активности ПОЛ соответствует фазе тревоги по Селье и второй фазе резистентности с мобилизацией АОА, а вторичная активация ПОЛ соответствует 3-й фазе стресса - истощению.
Из этого следует, что хроническое пребывание рыб в среде, загрязненной растворами тяжелых металлов, приводит к нарушению механизмов адаптационного синдрома, ведущего к истощению и гибели гидробионтов.
Суммарное содержание фосфолипидов (мг % влажной ткани) в гомогенате мышечной ткани рыб при интоксикации азотнокислым стронцием водной среды
(М ± т; п = 8)
Таблица 1
Условия опыта Фосфолипиды, мг %
Контроль 1960,50 ± 24,9
8Г(Шэ)2 1 мг/л 5 день 2150,61 ± 29,1 р < 0,01
10 день 960,0 ± 24,0 р < 0,001
15 день 980,0 ± 22,43 р < 0,001
Примечание: здесь и далее: р - достоверность различия относительно контроля
Содержание холестерина (мг % влажной ткани) в гомогенате мышечной ткани рыб при интоксикации азотнокислым стронцием водной среды (М±т; п=8)
Таблица 2
Условия опыта Холестерин, мг %
Контроль 23,21 ± 0,20
8Г(Шэ)2 1 мг/л 5 день 34,32 ± 0,31 р < 0,01
10 день 62,15 ± 0,44 р < 0,001
15 день 17,22 ± 0,61 р < 0,001
20 день 12,13 ± 0,43 р < 0,001
20,00 %
10,00 0,00 -
-10,00
-20,00
-30,00
-40,00
-50,00 -60,00
1 2 3
Рис. 1. Динамика изменения концентрации фосфолипидов (в % к контролю) в гомогенате мышечной ткани при интоксикации азотнокислым стронцием
1 - 5 день; 2 - 10 день; 3 - 15 день
Рис. 2. Изменение в содержании холестерина (в % к контролю) в мышечной ткани при интоксикации азотнокислым стронцием
1 - 5 день; 2 - 10 день; 3 - 15 день; 4 - 20 день
Интенсивность перекисного окисления липидов (нМоль МДА/г влажной ткани) в гомогенате мышечной ткани при интоксикации азотнокислым стронцием (М ± т; п = 8)
Таблица 3
Условие опыта нМоль МДА / г влажной ткани
Контроль 380,29 ± 18,97
8Г(Шз)2 1 мг/л 5 день 453,01 ± 50,03 Р < 0,001
10 день 405,99 ± 56,59 Р < 0,001
15 день 470,09 ± 53,50 Р < 0,001
21 день 400,66 ± 2,27 Р > 0,05
2 мг/л 21 день 696,61 ± 21,68 Р < 0,001
140,00 %
120,00 ---
100,00 ---
80,00 ---—
60,00 ---
40,00 ---
20,00 --=---
0,00 -М-—,—-—,—I-— 1 1—,--
1 2 3 4 5
1 - 4 - концентрация 8г(М03)2 - 1 мг/л 5 - концентрация 8г(М03)2 - 2 мг/л
1 - 5 день; 2 - 10 день; 3 - 15 день; 4 - 21 день; 5 - 21 день. Рис. 3. Динамика концентрации перекисей липидов (в % к контролю) в гомогенате мышечной ткани при интоксикации азотнокислым стронцием
Активность каталазы (мМоль/г влажной ткани/мин.) в гомогенате при интоксикации азотнокислым стронцием (М ± т; п = 8)
Таблица 4
Условие опыта Каталаза, м Моль/г/мин.
Контроль 101,18 ± 4,42
5 день 74,27 ± 2,31 Р < 0,01
1 мг/л 10 день 153,24 ± 2,26 Р < 0,001
15 день 107,84 ± 3,09 Р > 0,05
20 день 60,84 ± 3,59 Р < 0,01
2 мг/л 21 день 43,24 ± 0,85 Р < 0,001
60,00 % 40,00 20,00 -0,00 -20,00 -40,00 -60,00 -80,00
1
2
3
4
5
1 - 4 - концентрация 8г(М03)2 - 1 мг/л 5 - концентрация 8г(М03)2 - 2 мг/л
1 - 5 день; 2 - 10 день; 3 - 15 день; 4 - 20 день; 5 - 21 день.
Рис. 4. Изменение активности каталазы (в % к контролю) в гомогенате мышечной ткани при интоксикации азотнокислым стронцием
Литература
1. Азизова О.А. Роль свободнорадикальных процессов в развитии атеросклероза. - Обзоры // Биологические мембраны. 2002. Т. 19. № 6. - С. 451 - 471.
2. 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.
3. Барабой В.А. Перекисное окисление липидов и адаптация клетки при стрессе // Цитология. 1991. № 5. - С. 87.
4. Богдан В.В., Кирилюк С.Д., Нефедова З.А. Влияние тяжелых металлов на липидный состав мышц сига и осетра // Тез. докл. VIII научной конф. по экологической биохимии рыб. - Петрозаводск, 1992. - С. 33 - 35.
5. Болдырев А.А. Окислительный стресс и мозг // Биология. Соросовский образовательный журнал. 2000. Т. 7. № 4. - С. 21 - 28.
6. Будников Г. К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных систем // Биология. Соросовский образовательный журнал. 1998. № 5. - С. 23-29.
7. Васьковский В.Е. Липиды // Биолоия. Соросовский образовательный журнал. 1997. № 3. - С. 32 - 37.
8. Вельтищев Ю.Е., Юрьева Э.Ф., Воздвиженская Е.С. Биологически активные метаболиты мембранных глицерофосфолипидов в норме и при патологии // Вопросы медицинской химии. 1987. № 2. - С. 2 - 8.
9. Владимиров Е.Д., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. - М.: Наука, 1972. - 252 с.
10. Грубен О.М. Взаимосвязь функциональной системы гемоглобина и перекисного окисления липидов в крови карпа при интоксикации / Доп. нац. А.Н. Украина, 1997. № 2. - С. 146 - 150.
11. Гула Н.М. Мембранные липиды как объект фармакологического исследования // Фармакологический журнал. 1997. № 3. С. 40-43.
12. Гурин В.И. Обмен липидов при гипотермии, гипертермии и лихорадке. - Минск: Беларусь, 1986. - 190 с.
13. Королюк М.А., Иванова Л.Н, Майорова И.Г, Токарев В.Е. Метод определения активности каталазы // Лаб. дело. 1988. № 1. - С. 16 - 19.
14. КаримоваМ.Х., Иноятова Ф.Х. Течение экспериментального увеита, процессы ПОЛ и активность ферментов антиоксидантной защиты на фоне лечения перфтораном // Вопросы медицинской химии. 2002. Т. 48. № 5. - С. 450 - 454.
15. Крепс Е.М. Липиды клеточных мембран. - Л.: Наука, 1981. - 339 с.
16. Леменовский Д. А. Содержание липидов в живой природе // Химия. Соросовский образовательный журнал. 1997. № 9. - С. 48 - 53.
17. Лысенков Я.О. ПОЛ у рабочих в условиях промышленного воздействия свинца и больных хронической свинцовой интоксикацией. - Новосибирск, 2000. - 26 с.
18. Магомедгаджиева Д.Н. Токсическое воздействие среды на некоторые показатели липидного обмена и системы антиоксидантной защиты рыб: Дис. ... канд. биол. наук. -Махачкала, 2002. - 116 с.
19. Прохорова М.И. Методы биохимических исследований (липидный и энергетический обмен): Уч. пособие. - Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1982. - С. 271.
20.Прохоров А. М. Большой энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1991. Т. 2. - С. 429.
21. Руднева И.И. Эколого-физиологические особенности антиоксидантной системы рыб и процессов перекисного окисления липидов // Успехи современной биологии. 2003. Т. 123. № 4. - С. 391 - 400.
22. Финдлей Д., Эванз Н. Биологические мембраны. Методы. - М., 1990. С. 171 - 174.
23. Pande R.K., Narain F.S., Pande S.K. Studies on the lipid contents in gonads durings the annuel reproduction cycle of Mustus vittatus under the stress of agrochenucal NPK- fertilizer //Acta hidrochim. and hidrobiol. 1989. 17. № 13. - P. 345 - 348.
