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

Антропогенное влияние на водные экосистемы постоянно возрастает. Это вызывает необходимость изучения ответных реакций гидробионтов и определение допустимых пределов таких воздействий. В результате усиливающегося антропогенного воздействия трансформированы экосистемы многих водоемов [5, 4, 16]. В настоящее время число поллютантов исчисляется тысячами и продолжает расти. Механизмы и скорость проникновения их через разные биологические барьеры и среды зависят от физико-химических свойств тяжелых металлов (ТМ), химического состава и условий внутренней среды организма. В результате взаимопревращений между поступившими в организм металлами или их соединениями и химическими веществами различных тканей и органов могут образоваться новые соединения металлов, обладающие иными свойствами и по-другому ведущие себя в организме. При этом пути превращения исходных соединений металлов могут быть различными в разных органах, вследствие особенностей обмена. Отдельные металлы могут избирательно накапливаться в определенных органах и длительно задерживаться в них. В результате накопление металла в том или ином органе может быть первичным или вторичным [7, 16].

К самым распространенным загрязнителям техногенной природы относятся ТМ, способные оказывать свое действие на все звенья метаболических путей, вызывая у гидробионтов состояние стресса – органического или физиологического расстройства, сопровождающегося нарушением обмена веществ [2, 9]. Одним из самых токсичных металлов является кадмий, который аккумулируется в организме преимущественно в почках и печени. Он накапливается в виде комплексов с белками, участвующих в ферментативных процессах. Попадая в организм извне, кадмий оказывает ингибирующее действие на целый ряд ферментов, разрушая их. Его действие основано на

связывании группы –SH цистеиновых остатков в белках и ингибировании SH-ферментов. Он может также ингибировать активность цинксодержащих ферментов, замещая цинк [2]. В современной научной литературе изучению токсического действия кадмия посвящено немало работ [2, 8, 9, 12]. Наиболее типичным проявлением отравления кадмием является нарушение процессов поглощения аминокислот, фосфора и кальция в почках. Показано, что нарушение процессов обмена в почках может привести к изменению минерального состава костей. В последнее время уделяется серьезное внимание разработке биохимической системы тестирования и биоиндикации водных экосистем [13]. Активными и специфическими эколого-биохимическими тестами в числе других является активность аминотрансфераз (АЛТ и АСТ) и ферментов с более широким спектром действия (щелочной фосфатазы).

Цель исследования: изучение биохимических параметров крови сеголеток воблы как маркеров степени нарушений метаболических процессов в организме рыб при действии ионов кадмия.

Экспериментальная часть. Работа выполнена на базе лаборатории физиологии человека и животных и ихтиологии Дагестанского государственного университета. В эксперименте использованы сеголетки воблы (Rutilus caspicus) 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) [1]. Контролем служили рыбы, содержавшиеся в чистой воде. В плазме крови исследовали динамику активности щелочной фосфатазы и аминотрансфераз (АЛТ и АСТ) [3] в разные сроки экспозиции рыб в водной среде с ионами кадмия (5, 15, 30 и 40 сутки эксперимента). Полученные результаты подвержены вариационно-статистической обработке [6].

Результаты и их обсуждение. Результаты наших исследований предcтавлены в табл. 1 и 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 в 3,0; АСТ – в 4,0 раза по отношению к контролю). Дальнейшее пребывание рыб в среде с ионами кадмия сопровождалось снижением активности обоих

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 18, №2(2), 2016

ферментов, особенно выраженным в отношении АЛТ. Таким образом, в нашем эксперименте наблюдается повышение активности аминотрансфераз сыворотки крови сеголеток карпа при хронической интоксикации водной среды ионами кадмия, сопровождающееся линейным повышением коэффициента де Ритиса (АСТ/АЛТ) до 1,4; 1,7; 2,5 и 2,0 на 5, 15,30 и 40-е сутки соответственно.

Таблица 1. Изменение активности аминотрансфераз и щелочной фосфатазы в крови сеголеток воблы при хронической интоксикации водной среды ионами кадмия

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

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 40%; к концу опыта (40-й день) – на 12,5%. 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 [2]. 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. 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-каль-циевого обмена, при действии ионов кадмия 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, а также ингибирование активности щелочной фосфатазы при действии ионов кадмия, возможно, является тонким механизмом, который организм использует при усилении или угнетении тех или иных процессов метаболизма, тем самым, адаптируясь к неблагоприятным условиям. Необратимость указанных изменений может быть связана с хроническими токсическими нагрузками на печень, как основной орган детоксикации ксенобиотиков у рыб.