Возрастная и тканевая специфика чувствительности про- и антиоксидантной систем карповых рыб к действию тяжелых металлов

Аюбова Аида Биригимовна, аспирантка процесса – баланс прооксидантов и антиоксидантов [3, 14, 18-20].

Цель работы: исследовать комплексное влияние тяжелых металлов на состояние про- и ан-тиокислительных процессов в организме сеголеток, годовиков и трехлеток карпа.

Материалы и методы исследования. Объектом исследования нами выбран наиболее массовый и широко распространенный в Широкольском рыбоводном комбинате Республики Дагестан (Та-румовский район республики Дагестан) вид промысловой рыбы – карп (Cyprinus carpio Linne) . Рыбы разного возраста (сеголетки в возрасте 6 месяцев, годовики и трехлетки) отлавливались перед их переброской в зимовальные пруды и перевозились в специальных мешках с кислородом. Рыбы помещались в аквариумы объемом 250 л, в которых создавались условия постоянного температурного и газового режима. В течение одного месяца рыбы проходили адаптацию в условиях аквариума. В эксперименте использовались выжившие рыбы.

В качестве токсикантов была использована смесь солей тяжелых металлов (ТМ): ацетата свинца (0,5 мг/дм3; ПДК - 0,1 мг/дм3); хлорида кадмия (0,025 мг/дм3; ПДК -0,005 мг/дм3) и сульфата марганца (0,05 мг/дм3; ПДК - 0,01 мг/дм3). Контролем служили рыбы, содержащиеся в среде без добавления токсикантов. В гомогенатах тканей (головной мозг, печень, почки, белые и красные мышцы) и в крови рыб определяли содержание малонового диальдегида (МДА) [1], общую антиоксидантную активнось (ОАА) [9] и каталазную активность (КА) [14]. На 5-е и 15-е сутки экспозиции рыб в водной среде с токсикантами в тканях карпа определяли содержание МДА, КА и ОАА, а также устойчивость эритроцитов к кислотному гемолизу. Полученные данные подвергали вариационно-статистической обработке методом малой выборки [12]. Корреляционный анализ проводили с помощью компьютерной про- граммы «Statistica 5.0». Построение диаграмм осуществлено при помощи пакета Excel 7.0.

Результаты и их обсуждение. Исходя из полученных нами данных, на 5-е сутки интоксикации смесью ТМ можно выделить специфичность их действия на ткани в различные периоды онтогенеза. Во все возрастные периоды и во всех исследованных тканях отмечено повышение интенсивности ПОЛ, которая имеет, однако, различную степень выраженности. Причем у сеголеток отмечается относительная сбалансированность процессов ПОЛ-АОЗ, тогда как у годовиков, несмотря на снижение интенсивности ПОЛ во все органах по сравнению с сеголетками, нарушается баланс прооксидантов-антиоксидантов в пользу первых. У трехлеток карпа отмечена большая устойчивость к оксидативному стрессу скелетных мышц на фоне ухудшения состояния других органов.

Очевидно, у сеголеток карпа при небольшой длительности действия токсикантов антиоксидантная система гасит активность свободных радикалов, появляющихся при действии ксенобиотиков, а уро- вень отклика соответствует повышенной активации защитных механизмов. В этих условиях роль печени в обеспечении организма энергией снижается, но возрастает роль скелетных мышц. При этом проявляются возрастные особенности, связанные с различной реактивностью тканей рыб. При более длительном действии токсикантов реакция рыб проявляется как стресс-реакция со всеми свойственными ей фазами.

На 15-е сутки действия солей ТМ нами отмечено понижение уровня МДА во всех органах сеголеток карпа (кроме печени) по сравнению с 5-ми сутками. Очевидно, снижение интенсивности ПОЛ в крови происходит за счет повышения каталазной активности, тогда как в других органах за счет включения других антиоксидантных ферментов. В пользу этого свидетельствует значительное повышение ОАА (особенно в почках, красных мышцах и головном мозге) на фоне менее значительного роста КА в этих органах. У годовиков карпа содержание МДА остается на высоком уровне в крови, головном мозге и белых мышцах.

■ МДА ■ ОАА КА

Рис. 1. Возрастная динамика показателей окислительно-антиоксидантной системы тканей карпа на 5-е сутки интоксикации смесью ТМ (1-кровь, 2 – головной мозг, 3- печень, 4 – почки, 5 – белые мышцы, 6 – красные мышцы)

Обращает на себя внимание значительное повышение ОАА в почках (на 106.5 %), тогда как активность каталазы в этих органах снижена. Истощение ОАА и нарушение баланса прооксиданты-антиоксиданты в пользу первых отмечено нами в крови всех возрастных групп карпа, а также в печени годовиков и трехлеток. Относительная сбалансированность процессов ПОЛ-АОЗ обнаружена в головном мозге вне зависимости от возраста, а также в печени и почках сеголеток.

Адаптивная реакция, направленная на снижение образования свободных радикалов и подавление их активности, наиболее выражена в скелетных мышцах всех возрастных групп карповых рыб, особенно на 15-е сутки интоксикации. В меньшей степени с этой ролью справляется печень карповых, в которой, как известно, накапливаются и метабо- лизируются токсиканты [4, 6]. В целом изменения, выявленные в организме карповых рыб при загрязнении среды ТМ, соответствуют признакам гепатоток-сической гипоксии [6]. Смесь ТМ в ходе онтогенеза не оказывает существенного влияния на интенсивность свободнорадикальных процессов в головном мозге карповых рыб. Наши данные, наряду с литературными, подтверждают, что наиболее уязвимыми по сравнению с липидами других тканей в процессе адаптации остаются липиды крови в связи с быстрым истощением пула альфа-токоферола плазмы [7, 8].

Отличия в реакциях ПОЛ отдельных органов могут быть обусловлены различными механизмами адаптации. Известно, что при действии стрессовых факторов в метаболически активных тканях усиливается образование ненасыщенных жирных кислот, а в ткани печени на фоне снижения их уровня значительно меняется соотношение отдельных ненасыщенных жирных кислот. Показано, что в печени двухлеток карпа происходит синтез кетоновых тел в качестве дополнительного источника для мозга при подготовке к зимовке. В октябре количество кетоновых тел в мышцах, печени и мозге двухлеток карпа в среднем в 10-20 раз больше, чем у сеголеток в тех же органах [15, 9]. Различия в реакции разновозрастных рыб на 15-дневную интоксикацию в наших опытах объясняется, возможно, различными стратегиями компенсаторно-приспособительных реакций.

Выявленные функциональные изменения у карповых рыб представляют собой комплекс неспецифических реакций адаптации, степень вовлеченности в которые органов и тканей зависит от силы и длительности воздействия на рыб токсических веществ и представлены от стадий повышенной активации до стресс-реакции, которая может привести к метаболической депрессии. Ответная реакция организма на внешнее воздействие зависит как от его интенсивности, так и исходного состояния физио- логических систем, а также реактивности самого объекта исследования [6-8,14].

Можно предположить этапность процесса адаптации: на первом этапе происходит разрушение внутри- и межсистемных связей, на втором -формирование новых корреляционных взаимодействий. Таким образом, закрепление адаптации появляется в межсистемной координации функций, поэтому формирование новых корреляционных взаимосвязей между процессами свободнорадикального окисления и антиоксидантной защиты, реализирующихся в ответ на действие токсикантов - ключевой момент изменений, произошедших в организме рыб [7, 8, 17]. В клетках и органах (на структурно-функциональном уровне) возникает ответная реакция в виде «аварийной» стадии. Увеличенная нагрузка на орган приводит к мобилизации энергетических и структурных ресурсов организма, их перераспределение в сторону обеспечения систем, ответственных за адаптацию к данному фактору. В результате организм приобретает дополнительные способности, которые позволяют ему извлекать максимальную пользу из окружающей среды.

Рис. 2. Возрастная динамика показателей окислительно-антиоксидантной системы тканей карпа на 15-е сутки интоксикации смесью тяжелых металлов (1-кровь, 2 - головной мозг, 3- печень, 4 - почки, 5 - белые мышцы, 6 - красные мышцы)

Организм более взрослых особей приобретает новые благоприятные для него свойства, как бы заранее готовит себя к действию неблагоприятных факторов, что свидетельствует о наличии у него эксплутативной формы адаптации. В отличие от этой ситуации при действии токсических веществ формирование эксплуатативной адаптации затруднено. Токсиканты вызывают у рыб компенсаторные ответные реакции, которые обеспечивают устойчивость организма к ксенобиотикам и протекание которых зависит от физико-химических свойств токсических веществ, особенностей проникновения их в организм и от возраста рыб.

Выводы: изменения в интенсивности свободнорадикальных и антиоксидантных процессов имеют значительные возрастные особенности. По мере постнатального развития происходит совершенствование и корректировка механизмов адаптации, и возрастные различия играют в этом процессе значительную роль. Они проявляются в активности фер-ментативнго звена антиоксидантной защиты и на уровне процессов свободнорадикального окисления. С возрастом происходит перераспределение стресс-протекторной функции между органами: у сеголеток основную защитную функцию выполняет печень, у годовиков - почки, у трехлеток - скелетные мышцы. Несмотря на повышенный уровень свободно- радикальных процессов, трехлетки карпа проявляют большую скорость восстановления гомеостаза, что является признаком более развитых регуляторных механизмов по сравнению с сеголетками.