CC BY
13УДК 504.748.054
Б.С. Мусаев, М.М. Габибов, А.И. Рабаданова, Г.Р. Мурадова, А.З. Маржиева
Воздействие ионов свинца на динамику некоторых показателей крови
сеголеток карпа
Дагестанский государственный университет, gulka-2005@yandex. ru
Изучено влияние хронической интоксикации ионами свинца (0,5 мг/дм3) на ионный состав крови, показатели окислительно-антиоксидантной системы и резистентность мембран эритроцитов сеголеток карпа.
Ключевые слова: кровь, карп, тяжелые металлы, свинец.
The influence of the chronic intoxication by lead ions (0,5 mg/dm3) on ionic structure of the blood, indicators oxidative-antioxidant systems, and resistance of the membranes of erythrocytes of carps are studied.
Keywords: blood, carp, heavy metals, lead.
Для решения проблем сохранения и восстановления естественных запасов промысловых рыб необходима разработка современных методов диагностики состояния водных биоресурсов. Актуальность таких исследований в значительной степени определяется ростом антропогенной нагрузки на природные водоемы, где рыбы как конечное звено трофической цепи подвергаются серьезной токсикологической угрозе. Стресс и вызываемые им повреждения и заболевания у рыб являются практически постоянной составляющей интенсивного рыбоводного хозяйства, поэтому лабораторная диагностика состояния гидробионтов имеет большое значение [2].
Тяжелые металлы являются одними из самых опасных ксенобиотиков, которые могут нарушать структурную целостность мембран, приводящую к их деформациям, лизису клетки и её гибели. Под их воздействием разрушаются мембраны эритроцитов и развивается гемолиз. Кроме того, многие белки активируются или ингибируются в зависимости от распределения ионов кальция в клетке, и поэтому тяжелые металлы могут вступать в конкурентные связи с кальцием и по-разному влиять на функции клетки [11].
Представляется актуальной диагностика изменений мембран при хроническом загрязнении водной среды тяжелыми металлами и развитием стресса.
В связи с этим изучили хроническое влияние ацетата свинца на ионный состав сыворотки крови, показатели окислительно-антиоксидантной системы и резистентность мембран эритроцитов сеголеток карпа.
Материал и методы исследования
Объектом исследования служили сеголетки обоего пола карпа (Cyprinus carpió L., 1758 г.) (5-6 месяцев, массой 100-150 г). Рыбы были отловлены из прудов Широколь-ского рыбоводного комбината Дагестана в ноябре 2009 года перед их переброской в зимовальные водоемы.
Эксперименты проводили в аквариумах объемом 250 л, в которых создавались условия постоянного температурного (19-23 °С) и газового режима. Кормили рыб живым трубочником Tubifex tubifex. В каждом аквариуме содержалось по 15-20 рыб. В хронических лабораторных опытах был испытан ацетат свинца с содержанием в водной среде 0,5 мг/дм3 (ПДК - 0,1 мг/дм3) [3].
На 5, 15, 30 и 40-е дни эксперимента кровь подопытных и контрольных рыб подвергали анализам. Кровь брали прокалыванием из хвостовой вены. В сыворотке крови исследовали содержание ионов калия, натрия и кальция, кислотную резистентность эритроцитов [8], содержание малонового диальдегида (МДА) [4], каталазную [9] и общую антиоксидантную активности (ОАА) [1].
Статистическую обработку результатов проводили методом малой выборки по t-критерию Стьюдента [7].
Результаты исследований
Результаты исследований представлены в таблице 1 и на рисунках 1-3.
По нашим данным, на 5-й день содержания рыб в среде с ионами свинца отмечается повышение содержания ионов натрия (на 12,3 %) и снижение ионов калия (на 39,5 %) и кальция (на 30,8 %).
В последующем, на 15, 30 и 40 день содержание ионов натрия и кальция возвращается к норме и лишь незначительно уменьшается относительно контрольных значений. Однако содержание ионов калия в сыворотке крови ниже контроля на 42,1, 47,4 и 42,1 % соответственно на 15, 30 и 40-е дни (табл. 1; рис. 1).
Таблица 1. Влияние длительного воздействия РЬ на содержание №+, К+ и Са (мкмоль/л) в сыворотке крови сеголеток карпа
Показатели мкмоль/л К+, мкмоль/л Са2+, мкмоль/л Ш+/К+ №+/ Са2+
Дни
экспозиции
контроль 130,0±14,5 3,8±1,1 2,6±0,8 34,2 60,0
5 146,0±19,1* 2,3±0,9* 1,8±0,5* 63,5 81,0
15 129,2±6,9 2,2±0,6* 2,5±1,2 58,6 52,0
30 125,5±10,4* 1,9±0,5* 2,6±1,1 63,0 48,0
40 * 126,0±15,2 * 2,2±0,7 2,6±1,3 57,2 48,0
достоверность относительно контроля. %
20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60
натрии калии кальции
□ 5-й день Ш15-Й день 11130-й день □ 40-й день
Рис. 1. Динамика содержания №+, К+ и Са + в сыворотке крови сеголеток карпа (в % к контролю) при хроническом воздействии ионов свинца
Изменения концентрации ионов калия, натрия и кальция в крови приводит к нарушению соотношения между этими катионами. Так, уже на 5 день воздействия ацетатом свинца отмечается значительное увеличение соотношения №+/К+ (63,5), которое остается повышенным на протяжении всего эксперимента. Относительно соотношения №+/Са2+ можно заметить, что оно повышается на 5 день до 81 и в дальнейшем снижается до 48 на 30 и 40 день (табл. 1; рис. 2). Изменение указанных соотношений свидетельствует о влиянии ионов свинца на работу №+/К+ - насоса, поддерживающего постоянство ионных градиентов, и системы № /Са - обмена, обеспечивающего сопряженный разнонаправленный трансмембранный перенос ионов натрия и кальция.
%
80 70 60 50 40 30 20 10
МДА КА ОАА
□ 5-й день ш 15-й день ш 30-й день □ 40-й день
0
-10
Рис. 2. Динамика изменения показателей окислительно-антиоксидантной системы сыворотки крови сеголеток карпа (в % к контролю) при интоксикации водной среды ацетатом свинца в зависимости от длительности эксперимента: МДА - малоновый диальдегид, КА - активность каталазы, ОАА - общая анти-оксидантная активность
Известна способность свинца связываться с белками плазмы крови и тканей и инициировать процессы перекисного окисления липидов и белков. В наших исследованиях показано повышение концентрации МДА в крови, а также активация систем антиоксидантной защиты при хроническом содержании рыб в среде с ионами свинца. Так, содержание МДА в этих условиях повышается на 73,3; 19,3; 46,7 и 40,0 % соответственно на 5, 15, 30 и 40-е дни интоксикации по сравнению с контролем.
Повышение содержания МДА в сыворотке крови сеголеток карпа сопровождалось коррелятивным повышением каталазной и общей антиоксидантной активности. Максимальное повышение активности каталазы (на 24,2 %) отмечается на 5 день опыта. На остальных этапах экспозиции рыб в среде с ацетатом свинца активность фермента находится в пределах нормы. Общая антиоксидантная активность остается повышенной в течение всего периода эксперимента.
О разрушении мембран эритроцитов в результате действия ионов свинца свидетельствует снижение их резистентности к действию гемолитика. Об этом свидетельствуют данные эритрограмм кислотной резистентности в норме и при действии ацетата свинца (рис. 3).
время (мин)
—♦— контроль —■— 5-й день д 15-й день х 30-й день —*— 40-й день
Рис. 3. Изменение кислотной устойчивости эритроцитов крови сеголеток карпа в зависимости от длительности интоксикации водной среды ацетатом свинца
Эритрограмма контрольных рыб имеет одну вершину с максимумом на 1,5 мин. В этой точке гемолизирует 30,7 % эритроцитов. Продолжительность гемолиза составляет 6,5 мин. Размах основания пика - 2,5 мин. В крови контрольных рыб наиболее многочисленной является среднестойкая популяция эритроцитов (58,8 %). На долю низко- и высокостойких эритроцитов приходится 0,2 и 37,8 % соответственно.
Пребывание рыб в среде с ионами свинца в течение 5 суток привело к сдвигу эритрограммы влево к 1 мин и повышению доли эритроцитов, подвергшихся гемолизу на пике эритрограммы, до 51,9 %. Эритрограмма имеет небольшой дополнительный пик на 2,5 мин. Продолжительность кислотного гемолиза и размах основания пика сокращены до 5,5 и 1,5 мин соответственно. В этот период отмечается преобладание низкостойких (51,9 %) эритроцитов. Доля высоко- и среднестойких эритроцитов снижается до 19,6 и 28,4 % эритроцитов соответственно.
Кислотная эритрограмма сеголеток карпа, подвергшихся воздействию ионов свинца в течение 15, 30 и 40 суток, существенно не отличается от эритрограммы, полученной на 5 день эксперимента. Различия отмечаются лишь в количестве гемолизированных эритроцитов на пике эритрограммы (1 мин).
Обсуждение результатов. По характеру изменений в ионном составе крови сеголеток карпа отмечаются концентрационные отличия между изученными ионами в зависимости от длительности интоксикации. Так, содержание ионов натрия и кальция наиболее подвержено изменениям на начальном этапе интоксикации (5 день): снижается содержание кальция и повышается концентрация натрия. В этот период организм, видимо, активно использует компенсаторные механизмы для восстановления гомеоста-за. Причем степень возвращения уровней изученных показателей к исходному практически одинакова. Для ионов же калия снижение концентрации отмечено в течение всего эксперимента, что свидетельствует об адаптации рыб к интоксикации солями свинца.
Подобного рода изменения в содержании электролитов связаны, вероятно, с повреждением мембранных структур в результате действия стресса.
Нарушение концентрации ионов натрия, калия, кальция может быть причиной существенных расстройств различных систем и органов, так как они необходимы для обеспечения нормального уровня обменных процессов и поддержания ферментного статуса.
Токсический эффект воздействия металлов обычно обусловлен их взаимодействием с клеточной мембраной. Эффект свинца может быть связан с двумя главными механизмами действия. Значительная аффинность к сульфгидрильным группам белков и формирование ковалентных связей с этими группами металлов могут ингибировать активность ферментов или нарушать целостность клеточных мембран. Другой механизм проявления токсичности металла - конкуренция и замещение эссенциальных катионов [6].
Связь транспорта ионов и окислительного обмена не подвергается сомнению. Об этом свидетельствуют отмеченные нами изменения, возникающие в системе про- и ан-тиоксидантной защиты при хроническом действии ионов свинца. Повышение содержания МДА, усиление общей антиоксидантной активности на фоне относительной стабильности активности каталазы могут свидетельствовать о напряжении окислительно-антиоксидантной системы в условиях хронического действия ацетата свинца.
Полученные результаты свидетельствуют о значительных качественных изменениях состава эритроцитарной популяции сеголеток карпа, подвергшихся хроническому воздействию ацетатом свинца. Преобладание в популяции эритроцитов с низкой кислотной резистентностью указывает на значительное ее постарение, которое может быть связано с деструктивными процессами, развивающимися в эритроцитарных мембранах в условиях хронического воздействия токсиканта.
Таким образом, на основании полученных нами данных можно сделать заключение о возможности развития деструктивных процессов в клеточных мембранах в результате
хронического действия ацетата свинца. О достоверности данного утверждения свидетельствуют изменение ионного состава крови, снижение резистентности эритроцитов к действию гемолитика, а также активация процессов перекисного окисления липидов и угнетение систем антиоксидантной защиты крови сеголеток карпа.
Изменение концентрации ионов натрия, калия и кальция, а также состояния окисли-тельно-антиоксидантной системы и мембран эритроцитов можно рассматривать в качестве маркеров развития стрессовой реакции клеток на действие чужеродных факторов среды.
Выводы
1. При длительном содержании рыб в водной среде с ацетатом свинца отмечается изменение содержания ионного состава крови, что особенно выражено в отношении ионов калия.
2. Длительная интоксикация ионов свинца приводит к активации всех звеньев окислительно-антиоксидантной системы крови сеголеток карпа: повышается содержание МДА, а также каталазная и общая антиоксидантная активности.
3. В отношении состояния эритроцитарных мембран отмечено снижение их устойчивости к действию гемолитика на протяжении 40 дней, что выражается в левом сдвиге эритрограмм, сокращении их продолжительности и повышении количества эритроцитов, подвергшихся гемолизу на пике эритрограммы.
4. Отмеченные изменения свидетельствуют о значительных сдвигах физиолого-биохимических показателей крови, являющихся следствием токсического действия ионов свинца на мембраны клеток сеголеток карпа.
Литература
1. Андреева Л.И., Кожемякин А.А., Кишкун А.А. Модификация метода определения перекисей липидов в тесте с тиобарбитуровой кислотой // Лаб. дело. 1988. № 11. - С. 41-43.
2. Будников Г.К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных систем // Соросовский образоват. журн. Биология. 1998. Т. 7. № 5. - С. 23-29.
3. Волошина Г.В. Экологическая оценка состояния поверхностных вод реки Понура // Эколог. вест. Север. Кавказа. 2006. Т.2. № 1. - С. 118-122.
4. Демчук М.Л., Левченко Л.И., Промыслов М.Ш. Процессы перекисного окисления липидов при черепно-мозговой травме // Нейрохимия. 1990. Т. 9. № 1. - С. 108-110.
5. Желтова Н.А. Патологическая физиология. - М.: Владос-Пресс, 2005. - 214 с.
6. Калетин Г.И. Влияние дисбаланса микроэлементов на регуляцию апоптоза // Вестник ОГУ. 2006. № 12. - С. 11-113.
7. Калинина В.Н., Панкин В. Ф. Математическая статистика. М.: Дрофа, 2002. - 336 с.
8. Камышников В.С. Справочник по клинико-биохимическим исследованиям и лабораторной диагностике. - М.: МЕДпресс-информ, 2004. - 910 с.
9. Королюк М.А., Иванова Л.К., Майорова И.Г., Токарева В.А. Метод определения активности каталазы // Лаб. дело. 1988. № 4. - С. 44-47.
10. Мартемьянов В.И. Динамика содержания катионов в плазме крови, эритроцитах и мышечной ткани плотвы в период размножения // Биология внутренних вод. 2003. № 3. - С. 20-123.
11. Столяр О.Б., Курант В.З., Хоменчук В.А., Балан Р.Б. Влияние сублетальных концентраций свинца на содержание тиоловых соединений и белков в организме карпа // Гидробиологический журнал. 1999. № 6. - С. 63-68.
Поступила в редакцию 21 декабря 2010 г.
