Динамика активности аминотрансфераз и щелочной фосфатазы в крови сеголеток карпа при хроническом воздействии ионов кадмия и марганца

Магомедгаджиева Джамиля Набиевна, доцент кафедры анатомии, физиологии, гистологии

Курбанова Изабела Курбанмагомедовна, доцент кафедры анатомии, физиологии, гистологии

Шихмагомедова Раисат Магомедрасуловна, соискатель тяжелым металлам относится также марганец, который является эссенциальным элементом, однако при избыточном поступлении в организм оказывает токсическое действие. При хроническом отравлении соединения марганца выступают как цитоплазматические яды, способные вызывать тяжелые нарушения в нервной системе, почках и органах кровообращения [8]. В последнее время уделяется серьезное внимание разработке биохимической системы тестирования и биоиндикации водных экосистем [12]. Активными и специфическими экологобиохимическими тестами в числе других является активность аминотрансфераз (АЛТ и АСТ) и ферментов с более широким спектром действия (щелочной фосфатазы).

Цель работы: изучение биохимических параметров крови сеголеток карпов как маркеров степени нарушений метаболических процессов в организме рыб при действии ионов кадмия и марганца.

Экспериментальная часть. Работа выполнена на базе лаборатории физиологии человека и животных и ихтиологии Дагестанского государственного университета. В эксперименте использованы сеголетки карпа (Cyprinus carpio L.) массой 100-150 г., выращенные в прудах рыбоводного комбината Республики Дагестан, которые перед переброской в пруды для зимовки отлавливались и переносились в аквариумы объемом 300 л с содержанием хлорида кадмия 0,25 мг/ дм3 (ПДК – 0,005 мг/дм3) и сульфата марганца 0,1 мг/л (ПДК – 0,01 мг/дм3) [1]. Контролем служили рыбы, содержавшиеся в чистой воде. В плазме крови исследовали динамику активности щелочной фосфатазы и аминотрансфераз (АЛТ и АСТ) [5] в разные сроки экспозиции рыб в водной среде с ионами свинца и сульфата марганца (5, 15, 30 и 40 дни эксперимента). Полученные результаты подвержены вариационностатистической обработке [3].

Результаты и их обсуждение. Результаты наших исследований представлены на рис. 1. По полученным данным хроническое воздействие ионов Cd2+ вызвало значительное увеличение активности аминотрансфераз на всем протяжении эксперимента, характеризуемое волнообразной динамикой. На 5-е сутки воздействия хлоридом кадмия на сеголеток карпа отмечается резкое повышение активности ферментов (АЛТ на 66,2%; АСТ – на 83,0% по отношению к контролю). Дальнейшее пребывание рыб в среде с ионами кадмия сопровождалось более значительным ростом активности обоих ферментов, особенно выраженным в отношении АСТ. Так, на 15, 30 и 40 дни повышение активности АЛТ составляет 60,0; 92,0 и 76,0%, тогда как активность АСТ увеличивается в 2,8; 4,0 и 2,7 раз соответственно. Таким образом, в нашем эксперименте наблюдается повышение активности аминотрансфераз сыворотки крови сеголеток карпа при хронической интоксикации водной среды ионами кадмия, сопровождающееся снижением коэффициента де Ритиса (АСТ/АЛТ) до 0,71 на 5-е сутки и повышением до 2,0; 2,4 и 1,8 на 15, 30, и 40-е сутки соответственно, тогда как в контроле коэффициент де Ритиса равен 1,16 ед. Активность щелочной фосфатазы под влиянием ионов кадмия прогрессивно снижается в течение опыта. На начальных этапах эксперимента (5-й и 15-й дни) активность ее угнетена на 59,7%; к концу опыта (40-й день) – на 68,5%.

кадмий марганец

• □    5- день    □15-й день

• □    30-й день    □40-й день

Рис. 1. Динамика активности аминотрансфераз и щелочной фосфатазы при хронической интоксикации водной среды ионами кадмия и марганца

В противоположность действию ионов кадмия при интоксикации водной среды сульфатом марганца активность аминотрансфераз снижается на протяжении всего эксперимента. Так, на 5 день опыта активность АЛТ и АСТ снижена на 48,4 и 59,6% и на 40 день – на 54,2 и 65,7% соответственно (рис. 1). Снижение активности АСТ, преимущественно митохондриального фермента, наряду с АЛТ, сосредоточенного главным образом в цитозоле, может свидетельствовать о глубоких изменениях в структуре клеток внутренних органов при марганцевой интоксикации. Активность щелочной фосфатазы под влиянием ионов марганца и кадмия имеет сходную динамику. Так, на 5, 15, 30 и 40-й дни содержания рыб в водной среде с сульфатом марганца активность энзима снижается на 45,4; 54,6; 75,0 и 78,0% соответственно.

Таким образом, при сравнении действия одного из самого токсичных металлов (кадмия)

и металла, являющегося эссенциальным (марганца) можно отметить их противоположный эффект в отношении специфичных ферментов (АЛТ и АСТ) и сходный характер действия на активность щелочной фосфатазы, являющейся ферментом более широкого спектра действия. Выявленные изменения в активности АСТ и АЛТ могут быть следствием метаболического стресса и окислительной модификации белков и липидов под влиянием ионов кадмия и других стрессоров. Они отражают развитие патологических изменений в печени и мышцах рыб.

О функциональном статусе печени можно судить и по коэффициенту де Ритиса, выступающего в качестве интегрального показателя изменений, обусловленного действием загрязняющего фактора среды [11]. Повышение коэффициента де Ритиса также указывает на активацию глюконеогенеза, который необходим для поддержания адекватного уровня глюкозы в условиях интоксикации и определяет направленность метаболических потоков в сторону преобладания катаболических реакций [10]. Наблюдаемое по нашим результатам повышение активности трансаминаз, и в особенности АСТ, при кадмиевой интоксикации организма рыб свидетельствует о гепатотоксическом действии кадмия и глубоких изменениях в клетке. Повышение активности АСТ в результате интоксикации может быть также связано с адаптивным синтезом фермента и с необходимостью удаления избытков ионов аммония при кадмиевой интоксикации. Ингибирующее же действие ионов марганца на активность АЛТ и АСТ, вероятно является следствием конкуренции металла за место связывания в активном или аллостерическом центре, взаимодействуя с различными группами белковой молекулы. Ингибирующее влияние ионов марганца на активность фермента может быть также связано с изменением растворимости субстратов при высоких концентрациях солей.

Отмеченное подавление активности аминотрансфераз свидетельствует об изменениях в регуляции белкового обмена в сторону увеличения содержания свободных аминокислот, в том числе и аспарагиновой, служащей субстратом для глюконеогенеза [11]. Снижение активности щелочной фосфатазы, участвующей в транспорте фосфора через мембрану клеток и являющейся показателем фосфорно-кальциевого обмена, при действии обоих металлов свидетельствует об их ингибирующем действии на активность энзима, что согласуется с литературными данными [7]. Механизм ингибирующего действия ионов металлов на каталитическую активность щелочной фосфатазы неоднозначны. Известно, что свинец и цинк могут конкурировать с субстратом за место связывания с активным центром. В то же время они могут взаимодействовать с различными группами белковой молекулы, находящимися вне активного центра, но влияющими на каталитические функции фермента [4, 6].

Выводы: наблюдаемое увеличение активности аминотрансфераз при действии ионов кадмия и ингибирование их активности под влиянием ионов марганца, а также ингибирование активности щелочной фосфатазы под влиянием обоих металлов на начальных этапах, возможно, является тонким механизмом, который организм использует при усилении или угнетении тех или иных процессов метаболизма, тем самым, адаптируясь к неблагоприятным условиям.

Однако необратимость указанных изменений может быть связана с хроническими токсическими нагрузками на печень, как основной орган детоксикации ксенобиотиков у рыб.