Содержание к диссертации
Введение
Глава 1, Обзор литературы
1.1 Качество поверхностных вод в современных условиях 11
1.2. Применение гистологических методов в эколого-токсикологических исследованиях
1.2.1. Эколого-гистологические исследования печени рыб 16
1.2.2. Характер морфологических изменений в печени рыб под воздействием внешних факторов 24
1.2.3. Эколого-гистологические исследования почек рыб 35
1.3. Применение гематологических методов в эколого-токсикологических исследованиях 47
1.4. Применение иммуннологических методов в эколого-токсикологических исследованиях 50
Глава 2. Материал и методы исследований 58
Глава 3. Накопление некоторых экзотоксикантов в органах и тканях рыб
3.1. Накопление тяжелых металлов во внутренних органах карпа 69
3.2. Содержание хлорорганических пестицидов в органах и тканях карпа 76
Глава 4. Патолого-морфологический анализ состояния некоторых органов и тканей рыб
4.1. Морфологическая характеристика печени некоторых видов рыб дельты Волги и Северного Каспия 84
4.2. Патологическая морфология печени рыб 91
4.3. Морфология печени рыб при экспериментальных токсикозах 100
4.4. Репаративные процессы в печени рыб 107
4.4.1. Регенерационная и компенсаторная гипертрофия печени после частичной гепатэктомии 107
4.4.2. Регенерационная и компенсаторная гипертрофия печени после экспериментальной интоксикации кадмием 116
4.5. Морфологическая характеристика почек некоторых видов рыб дельты Волги и Каспия 136
4.6. Патологическая морфология почек рыб 140
4.7. Морфология почек рыб при экспериментальных токсикозах 147
4.8. Некоторые механизмы нефротоксичности кадмия для рыб 155
Глава 5. Факторы естественной резистентности рыб и их изменения при токсических воздействиях
5.1. Оценка влияния токсикантов на кровь рыб 169
5.2. Система полинуклеарных фагоцитов 187
5.3. Система лизоцима, естественных антител рыб в норме и при некоторых патологических состояниях 191
5.4. Иммунные реакции, обусловленные лимфоцитами
5.4.1. Иммуноглобулины 199
5.4.2. Иммунные комплексы 202
5.5. Изменение защитных функций крови рыб под воздействием различных токсикантов
5.5.1. Изменение иммунологических показателей карпа под влиянием ртути и меди 204
5.5.2. Изменение иммунологических показателей осетра при интоксикации нефтью 206
5.5.3. Изменение иммунологических показателей карпа при интокси- 208 кации нефтью
5.6. Оценка влияния токсикантов на иммунную реактивность
5.6.1. Влияние интоксикации на трансплантационный иммунитет 212
5.6.2. Влияние хронических интоксикаций на устойчивость к условно-патогенной микрофлоре 225
Заключение 228
Выводы 234
Список использованной литературы 237
- Качество поверхностных вод в современных условиях
- Накопление тяжелых металлов во внутренних органах карпа
- Регенерационная и компенсаторная гипертрофия печени после частичной гепатэктомии
Введение к работе
Проблема изучения влияния на живые организмы вредных факторов окружающей среды приобрела в последние годы универсальное биологическое значение. При разработке этой проблемы большое значение отводится токсикологическим исследованиям, В последние годы приоритеты исследований в проблеме влияния загрязнения водоемов на гидробионтов меняются. В связи с проводимыми природоохранными мероприятиями и современным падением промышленного производства острые экзотокси-козы водных животных стали относительно редкими. Вместе с тем, в водоемах, в частности, в р. Волге и в Каспийском море, постоянно присутствуют загрязняющие вещества в концентрациях, зачастую превышающие предельно допустимые (Хорошко и др., 1989; Андреев и др., 1990; Кукса, 1994).
Важность изучения рыб в эколого-токсикологических исследованиях не вызывает сомнений. Рыбы, являясь высшим трофическим звеном в водных экосистемах, в наибольшей степени испытывают на себе влияние загрязнения водной среды. Вместе с тем, в настоящее время токсикозы проявляются чаще всего в опосредованной форме в виде снижения резистентности, инфекционных и инвазионных заболеваниях, опухолевого роста тканей и др. Все это вынуждает исследователей применять различные морфологические и физиологические методы для изучения отдаленных последствие интоксикаций рыб, важное значение приобретают методы биотестирования (Патин, 1991).
В экологической токсикологии патоморфологические изменения внутренних органов рыб являются одним из объективных критериев токсичности, чему посвящено большое количество исследований (Кондратенко, Щербин, 1991; Корниенко и др., 1996; Ткачева, Рыжков , 1997; Федорова и др., 1999 и др.). Авторы этих работ убедительно показали значение патологических изменений в микроструктуре органов и тканей рыб для оценки степени токсичности того или иного вещества. Вместе с тем, многие принципиальные вопросы, такие как значение выявляемых патологических изменений для функции органа или для устойчивости всего организма рыб зачастую еще остаются вне поля зрения исследователей. Мало изучены вопросы морфофункциональных нарушений, отражающих принцип единства структуры и функции, единства процессов деструкции и восстановления (Саркисов, 1988). Требуют дальнейшего обобщения огромные по объему фактические данные по патологии органов и тканей рыб с целью возможности сравнения результатов, полученных разными исследователями.
Для нормального функционирования организма необходим высокий уровень резистентности к внешним факторам воздействия. В этой связи необходимо отметить, что устойчивость животных к действию многих биологических, химических и физических факторов обусловлена деятельностью иммунной и других физиологических систем. Иммунная система является одной из важнейших в организме рыб, функции которой, наряду с нервно-эндокринной регуляцией, направлены на сохранение гомеостаза. Иммунная система наиболее тесно связана с неспецифической инактивацией патогенов и циркуляцией патогенов и защитных образований. Оценка иммунофизиологического статуса животных получила широкое распространение при диагностике заболеваний, установлении физиологической опасности техногенных воздействий, изучении общей адаптационной реакции организма в условиях интенсификации животноводства (Коромы-слов, 1988; Федоров, 1990 и др.). Принципы данного подхода с успехом реализованы для системного анализа иммунофизиологической реактивности рыб в условиях аквакультуры (Вихман, 1996). Несомненно, что эти или подобные методы могут быть применены и в практике экотоксикологиче-ских исследований.
Как известно, зачастую суждение о негативном воздействии на организм экстремальных факторов среды, в том числе и токсикантов, основывается на самом факте выявления изменения исследуемого показателя. При этом, как правило, не всегда учитывается, какое значение для организма имеет наблюдаемое изменение биологической функции. Кроме того, необходимо сопоставление изменений с биологической нормой, что по ряду причин тоже не всегда оказывается возможным.
Целью исследований явилось выявление современных морфологических и функциональных признаков патологии и адаптации у рыб, а также оценка общей резистентности при патологических изменениях в организме рыб, вызванных действием токсикантов, находящихся в воде.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи
Установить уровень кумуляции некоторых тяжелых металлов и хлорорганических пестицидов в органах и тканях рыб.
Обобщить основные патологические изменения в печени и почках некоторых видов рыб дельты Волги и Каспийского моря, возникающих в современных условиях внешней среды, а также изучить частоту распространения основных морфологических нарушений в печени рыб.
Изучить механизмы патологии и адаптации печени рыб к воздействиям токсических веществ на тканевом, клеточном и субклеточном уровнях, а также определить экспериментальными методами функциональное значение адаптивных и репаративных процессов в печени рыб после интоксикаций.
Исследовать механизм нефротоксичности некоторых ксенобиотиков, а также определить роль иммунных процессов в развитии патологии почек рыб.
Изучить направленность и характер морфофункциональных нарушений периферической крови рыб при хронических токсикозах.
Оценить влияния на иммунофизиологический статус рыб токсикологических стресс-факторов и выявить характер и направленность изменений общей резистентности рыб.
Впервые проведено обобщение патоморфологических изменений в жизненно важных органах осетровых и карповых рыб в современных условиях загрязнения водной среды Нижней Волги и Каспийского моря, а также приводятся сведения о распространении основных видов патологии печени у осетровых видов рыб, возникающих под действием внешних факторов. Впервые на тканевом, клеточном и субклеточном уровнях описаны как патологические, так и репаративные процессы в печени и в почках при действии на них различных токсикантов. Показано, что патология печени при некоторых токсикозах характеризуется функциональным напряжением гепатоцитов, вследствие чего происходит разрушение их органелл. Адаптивные процессы в печени происходят в виде внутриклеточной гиперплазии и регенерации ультраструктур, функционально связанных с синтезом белка. На основании морфофункционального анализа показано, что состояние печени осетровых рыб оценивается как компенсированная патология.
Впервые исследован один из основных механизмов хронического токсического действия кадмия на рыб, в связи с чем изучена роль иммунных процессов при развития морфологических и функциональных нарушений в почках карповых рыб. Выявлен дозазависимый эффект развития гломеру-лярных изменениий почек рыб при накоплении в них кадмия.
Описан процесс отторжения первичного чешуйного аллотранспланта-та у рыб, показана возможность использования данного показателя для оценки иммунной реактивности рыб при токсикозах.
Выявлена связь патоморфологических нарушений в паренхиматозных органах рыб с некоторыми показателями неспецифической резистентности, изменения которых приводят к развитию состояния, характеризующимся иммунодефицитом. Доказана возможность неспецифического проявления экзотоксикозов в виде сопутствующей инфекции.
Практическое значение работы состоит в систематизации основных форм патологии печени и почек рыб, развивающихся под влиянием совре- менных экологических условий. Предложен комплекс морфофизиологиче-ских методов, позволяющих оценить степень развития адаптивных и патологических реакций организма рыб, который применим при проведении мониторинговых и токсикологических исследованиях популяций рыб в естественных ареалах, что позволяет прогнозировать дальнейшее состояние популяции. Материалы исследования используются в преподавании курсов «Прикладная экология», «Экологическая токсикология», «Цитология», «Гистология» в институте биологии и природопользования Астраханского государственного технического университета.
Основные положения, выносимые на защиту
Накопление из окружающей среды некоторых тяжелых металлов и хлорорганических пестицидов в органах и тканях рыб зависит от функциональных свойств тканей. Уровень накопления указанных токсикантов в современных экологических условиях не оказывает непосредственного влияния на характер и степень развития изменений во внутренних органах рыб. Исключение составляет кадмий, для которого выявлен критический уровень накопления в экскреторных отделах почек рыб, что приводит к развитию почечной патологии.
Действие различных по своей природе поллютантов (нефть, кадмий) приводит к развитию схожих изменений в печени, т.е. их действие на тканевом и клеточном уровнях неспецифично. Основным механизмом развития патологии печени рыб при действии изученных токсических веществ является функциональное перенапряжение гепатоцитов, приводящее к появлению морфологически измененных структур клетки. Морфологическим субстратом функциональных резервных возможностей печени является гипертрофия и гиперплазия внутриклеточных ор-ганелл гепатоцита.
Кадмий играет важную роль при возникновении изменений в почках рыб даже при относительно небольших его концентрациях в воде. Иммунным процессам принадлежит ведущая роль в развитии гломерулярных форм почечной патологии у рыб.
На фоне патологических изменений в жизненно важных органах рыб при действии токсикантов развивается состояние, характеризующееся лейкопенией и функциональной недостаточностью иммунной системы. Торможение реакции отторжения первичного аллотрансплантата и снижение толерантности к условно-патогенной микрофлоре рассматривается как неспецифическое проявление хронического токсикоза.
В работе использованы следующие сокращения:
АГ — антиген AT - антитело
БАСК - бактериостатическая активность сыворотки крови
АЭК - агглютинины к эритроцитам кролика
АЭЧ - агглютинины к эритроцитам человека
ФАН - фагоцитарная активность нейтрофилов
ФИ - фагоцитарный индекс
ЦИК - циркулирующие иммунные комплексы
Ig - иммуноглобулины
Качество поверхностных вод в современных условиях
Среди многих экологических проблем современности центральное место по праву занимает проблема качества воды. Эта сложная многоплановая проблема возникла в результате повсеместного нарастающего загрязнения рек, озер, водохранилищ, внутренних морей, промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами (Ласко-рин, Лукьяненко, 1990; Строганов, 1969)
Развитие индустрии привело к тому, что в гидросфере и, особенно в пресноводных поверхностных водоемах стали обнаруживать вещества, воздействие которых гидробионты или никогда ранее за всю миллионную историю не испытывали, или испытывали, но в очень малых концентрациях. Нефть и нефтепродукты, многочисленные соли тяжелых и легких металлов, огромное количество органических соединений с включением металлов и металлоидов, пестициды и др. — все это резко изменяет среду обитания организмов (Строганов, 1969).
Первые признаки ухудшения среды водных организмов под влиянием загрязнения промышленными сточными водами были отмечены еще в середине прошлого столетия. В настоящее время антропогенное давление на водные экосистемы достигло достаточно высокого уровня. Ежегодно в реки и водоемы сбрасываются несколько десятков миллиардов тонн промышленных и бытовых сточных вод, содержащих большое количество загрязняющих веществ (нефтепродукты, пестициды, гербициды, тяжелые металлы и др.) (Семенов и др. 1991). Эти вещества в той или иной степени токсичны для гидробионтов, сельскохозяйственных животных и человека (Лукьяненко, 1983).
Формы нахождения и состояние нефти в водной среде отличаются особой сложностью, многообразием и динамичностью из-за многокомпо-нентности этого природного субстрата, в составе которого насчитываются тысячи соединений с различным свойствами (углеводороды алифатического ряда, ароматические соединения и т.д.). Распределение нефти между поверхностной пленкой, раствором, эмульсией и твердой фазой зависит от столь многих факторов (включая состав и свойства самой нефти, условия перемешивания, температуру, активность и численность микроорганизмов, их видовой состав, кислородный режим и т.д.), что дать однозначную количественную характеристику физического состояния нефти в море практически невозможно. По мнению О.Г. Миронова (1972), характерная особенность углеводородов нефти с эколого-токсикологических позиций состоит в том, что они находятся в морской воде в виде комплексов (сочетаний), лишь до некоторой степени характерных для сырой нефти и продуктов перегонки, и их следует рассматривать как самостоятельный групповой токсикант переменного состава.
При оценке биологических последствий нефтяного загрязнения морей особое внимание уделяют растворимым компонентам нефти, составляющим всего 0,01% от количества введенной в морскую воду сырой нефти, и обладающими максимальной токсичностью (Мазманиди, Ковалева, 1979). К ним относятся многие низкокипящие углеводороды ароматического ряда, в том числе бензол, составляющий около 20% ароматических углеводородов сырой нефти (Struhsaker et al., 1974), низкомолекулярные соединения с углеродной цепью от Сі до С5 (Sackett, Brooks, 1974), канцерогенные вещества типа бензпирена (Sullivan, 1974). К этому надо добавить многочисленные нефтепродукты различного состава и происхождения, включая отходы двигателей внутреннего сгорания, нефтесодержа-щие стоки различных производств и др.
Количественный анализ и идентификация нефтепродуктов в объектах морской среды представляют значительные трудности не только из-за многокомпонентное и изменчивости состава углеводородов нефти в море, но и вследствие природного фона углеводородов естественного, в том числе биогенного происхождения. Например, около 90% растворенных в поверх ностных водах океанов низкомолекулярных углеводородов типа этилена связано с метаболической активностью организмов и распадом их остатков. Однако в районах интенсивного нефтяного загрязнения, как, например, в Мексиканском заливе (Sackett, Brooks, 1974), уровень содержания растворенных низкомолекулярных соединений в морской воде повышается в десятки и сотни тысяч раз по сравнению с фоновыми природными уровнями.
Важным с экологической точки зрения является концентрирование нефтепродуктов в морях и океанах в поверхностной пленке воды.
Максимальное загрязнение нефтяными углеводородами характерно для внутренних морей (Поликарпов и др., 1975).
Одной из приоритетных групп загрязнителей является группа тяжелых металлов.
По биологической роли в живых организмах тяжелые металлы включают в себя как типичные микроэлементы (Со, Си, Zn, Ni, Мп), биохимические функции которых подробно изучены, так и металлы, чья биологическая роль не столь многогранна или вообще сомнительна (Sc, Ті, Ag, Cd, Pb, As и др.) (Мур, Рамамурти, 1987). Все тяжелые металлы обладают одним общим свойством - они могут быть биологически активными. Вследствие этого, попадая в результате антропогенных процессов в природную среду, они начинают мигрировать, включаясь в значительной степени в биологический круговорот, и при определенных условиях и концентрациях начинают оказывать токсическое действие на живые организмы. При этом неспецифическое действие проявляется в снижении защитных функций организма к воздействию физических и биологических факторов, появлении аллергических состояний и т.п. (Эльпинер, 1995).
Во многих случаях такие металлы, как Си, Zn, Cd, Ni, присутствуя в микроколичествах, играют жизненно важную роль в билогической системе и могут рассматриваться как микроэлементы питания. Однако при более высоких концентрациях они могут выступать в качестве ингибиторов ре акций с энзимами, и в некоторых случаях могут проявлять высокую токсичность по отношению к определенным организмам. Таким образом подчеркивается двоякая роль металлов: металлы как необходимые для жизни элементы, и металлы как токсиканты (Будников, 1998).
Выделяют 18 токсичных и относительно доступных металлов (Al, Cd, Си, Pb, Hg, Mn, Zn, AS, Sb, Sn, Ni, Co, Mo, V, Sr, Se, Cr, Bi) (Campbell P.G. et al., 1985.), которые характеризуются: высокой токсичностью и потенциалом к биоаккумуляции, значительными антропогенными поступлениями в атмосферу, геохимической мобильностью.
Э. Эйхенберг (1993) расположил металлы по токсичности в ряды, в которых для ракообразных на первом месте стоит ртуть, на втором - кадмий, далее - медь, цинк, свинец, кобальт, никель. Для рыб, по его мнению, наиболее токсичным является кадмий, затем в порядке убывания токсичности следуют ртуть, медь, цинк, свинец, никель, хром, причем токсичность -порядка нескольких мкг/л (для свинца, никеля и хрома - мг/л).
Загрязнение поверхностных вод тяжелыми металлами давно привлекает к себе внимание исследователей. Осуществляемый на протяжении многих лет мониторинг за состоянием водной среды показал значительное увеличение содержания металлов в волжской воде (Андреев, 1989; Григорьев, Крючков, 1989; Крючков, Григорьев, 1989; Некрасов и др., 1989а, 19896). За период с 1975 по 1989 гг. среднее содержание меди увеличилось в И,5 раза, цинка - в 9,8 раза, свинца - в 5,6 раза, кадмия - в 4,9 раза. (Андреев и др., 1989).
Ю.М. Сытник и др. (1989) показали, что концентрация таких тяжелых металлов, как Си, Zn, Cd, Pd, Ni в водах Каспийского моря превышают
Влияние крупных городов с развитой промышленностью закономерным образом влияет на загрязненность водных экосистем тяжелыми металлами. Уровень содержания различных тяжелых металлов (кадмий, свинец, медь) в воде в растворенных формах, во взвесях, в речных седиментах « по мере увеличения влияния города увеличивается сходным образом (Fuch etal., 1996).
Накопление тяжелых металлов во внутренних органах карпа
Тяжелы металлы, многие из которых в адекватных количествах являются необходимыми для нормальной жизнедеятельности организма рыб микроэлементами, широко распространены в окружающей среде. Распространение металлов в природе определяется не только геохимией среды, но и в огромной мере ролью живых организмов, которые концентрируют элементы, вовлекая их в трофический круговорот. Распределение металлов в организме рыб зависит от геохимии среды обитания, функционального состояния организма и характера пищевых цепей водоемов (Берман, Илзинь, 1968). Элементы распределяются в организме неравномерно в зависимости от свойств металлов и функциональных особенностей органов. Значительные концентрации металлов отмечены прежде всего в органах, для которых характерно активное протекание процессов метаболизма с одной стороны, а с другой - они активно участвуют в процессах, направленных на поддержание гомеостаза, таких как печень, туловищная почка, селезенка. Сводные данные по содержанию металлов в органах и тканях карпа представлены в табл. 3.
В наиболее высоких концентрациях из исследованных элементов в теле карпа присутствует железо. Больше всего этого элемента имеется в органах, обильно снабжаемых кровью, главным образом, за счет гематинового железа. На первом месте по накоплению железа стоит селезенка, в различные годы его содержание колебалось незначительно - 718,3-769,2 мг/кг сухого веса, при этом минимальное значение было 322,2 мг/кг, а максимальное - 974,7 мг/кг. Далее, по мере уменьшения содержания железа, следуют туловищная почка, жабры, кишечник, головная почка, мышцы. Как известно, у рыб, как и у теплокровных животных, печень служит депо железа; значительное содержание железа в почках и селезенке обусловлено участием этих органов в гемопоэзе, кроме того, в селезенке происходит утилизация отмирающих и дегенерирующих эритрцитов. Резервное железо, депонированное в печени и селезенке в виде железобелко-вых комплексов, расходуется прежде всего на образование пигмента крови.
Цинк распространен в окружающей среде в больших количествах. В организме рыб он уступает лишь железу, а иногда и превосходя его по-уровню накопления в отдельных органах и тканях. Цинк является незаменимым микроэлементом для живых организмов, причем необходимо отметить полифункциональность этого металла (Авцын и др., 1991). Цинк в основном концентрируется в почках (головной и туловищной) и селезенке, где его наибольшее содержание достигало соответственно 1168,4, 490,0, и 1412,9 мг/кг. Значительное количество цинка накапливается в желудочно-кишечном тракте (до 529,7 мг/кг при средних значениях по годам от 340,9 до 352,4 мг/кг), гораздо меньше его было в печени и в мышцах. Рядом исследователей (Алабастер, Ллойд, 1984) отмечается, что цинк в основном концентрируется в жабрах и слизи непосредственно из воды. Максимально отмеченные концентрации цинка в жабрах достаточно высоки - до 425,7 мг/кг. Прямой зависимости между содержанием цинка в жабрах и его концентрацией в воде не прослеживается, т.к. заметное накопление цинка в организме рыб происходит при довольно большом его наличии в воде - 200 мкг/л и более (Назаренко, 1972). Также нет прямой корреляции между содержанием этого металла в воде и других органах (печени, мышцах), т.к. в них цинк накапливается путем перераспределения из жабр и желудочно-кишечного тракта (Алабастер, Ллойд, 1984). Медь активно депонируется печенью (до 69,1 мг/кг), поскольку этот элемент является компонентом ряда ферментов, связанных с окислительно-восстановительными процессами, имеет большое значение в фенольном, азотистом, нуклеиновом и ауксиновом обменах. По результатам собственных исследований, концентрация меди в печени в среднем в 3,9 раз больше, чем в жабрах, в 3,5 раз больше, чем в кишечнике и в 8,4 раза больше, чем в мышцах. Как известно, ключевую роль в обмене меди играют печень и ее основные структурные элементы - гепатоциты. Этим объясняется и большое количество меди, приходящееся на единицу массы печени. Следует отметить, что на единицу массы почки и селезенки меди приходится в 7-10 раз меньше. Важной функцией меди в организме животного является ее участие в синтезе гемоглобина. А.И. Войнар (1960) подчеркивал невозможность замены меди другими элементами в процессах кроветворения. В органах, участвующих в гемопоэзе, содержание меди находится примерно на одном уровне, что и жабрах, кишечнике. Несколько выше уровень содержания отмечается в селезенке тех рыб, у которых больше имеется фолликулов белой пульпы. Снижение количества меди в печени и в органах гемопоэза (почки, селезенка) сопровождается морфологическими изменениями показателей красной крови в виде симптомов анемии. Учитывая, что мышцы составляют большой процент от массы тела, их, как и печень, можно отнести к депонирующим медь органам.
Марганец и никель максимально накапливаются в жабрах, в среднем соответственно 9,7 и 5,5 мг/кг. Преобладание марганца и никеля в жабрах связано, по-видимому, с тем, что жабры играют основную роль в проникновении этих металлов в организм. В пользу этого говорит тот факт, что ранее на других видах пресноводных рыб нами была показана прямая зависимость содержания марганца и никеля в жабрах от величины их концентрации в водной среде (Крючков и др., 1989). В 1992 г. были отмечены аномально вы сокие концентрации марганца в печени и кишечнике (до 153,1 и 176,3 мг/кг). Чем это сопровождалось, будет показано ниже.
Содержание свинца относительно невелико. Во многих случаях в таких органах, как почки, печень, кишечник обнаруживались его следовые количества. Относительное увеличение этого элемента отмечалось в жабрах.
Незначительные количества кадмия постоянно присутствуют в организме карпа. Отмечается преобладание его в жабрах, за исключением некоторых случаев, когда выявлено его преобладание в туловищной почке. Накопление кадмия идет непосредственно из воды, поглощение же из пищи играет незначительную роль (Алабастер, Ллойд, 1984), поэтому уровень содержания его в желудочно-кишечном тракте был незначительным. Наименьшее количество кадмия было в мышцах.
К органам, активно накапливающим металлы, следует отнести жабры, где преобладают марганец, кобальт, никель, свинец. В печени преимущественно накапливается медь, а также железо и марганец. В селезенке больше, чем в других тканях, отмечается уровень накопления железа и цинка, что тесно связано с процессами кроветворения.
В мышцах средние концентрации металлов невелики, но, учитывая их большую массу в организме, их в общем можно отнести к депонирующим органам.
Средние концентрации металлов в органах и тканях карпа можно расположить в убывающие ряды:
мышцы: Fe Zn Со Ni Си Pb Mn Cd
жабры: Zn Fe Pb Mn Co Ni Си Cd
печень: Fe Zn Си Mn Co Ni Cd Pb
кишечник: Zn Fe Cu Mn Co Ni Pb Cd
селезенка: Fe Zn Co Cu Ni Mn Cd Pb
почка тул.: Fe Zn Co Cu Ni Mn Cd Pb
чешуя: Zn Fe Mn Pb Co Ni Cu Cd
Наиболее стабильно соотношение между содержанием элементов сохраняется в печени. Несмотря на имеющиеся значительные колебания концентраций (у цинка, например, максимальное значение накопления превышает минимальное в 3,8 раза, у меди в 7,8 раза и т.д.), у всех без исключения обследованных рыб в печени отмечается явное преобладание железа над другими металлами и почти во всех случаях - следовые количества свинца. Менее устойчиво соотношение металлов в селезенке. Отклонения от среднего убывающего ряда концентраций металлов были обнаружены у 21% рыб. К примеру, у некоторых карпов наблюдали превышение содержания цинка (655,8 мг/кг) над железом (540,6 мг/кг) и увеличение содержания кадмия до 1,0 мг/кг по сравнению со средним уровнем 0,51 мг/кг. Интересно отметить, что изменения в соотношении содержания элементов в одном органе, как правило, сопровождается у этих же рыб подобными явлениями в других органах. Так, увеличение содержания цинка в селезенке имеет место при одновременном возрастании концентрации в жабрах свинца до 13,3 мг/кг (при средних значениях 9,9 мг/кг), а повышение концентрации кадмия сочетается с увеличением относительного содержания в жабрах свинца (на фоне уменьшения других элементов), а также значительным увеличением в почках цинка до 490 мг/кг.
Регенерационная и компенсаторная гипертрофия печени после частичной гепатэктомии
Изучение процессов регенерации печени рыб проводилось после оперативного удаления до 1/3 части органа. Опыты проводились на карпах массой 40-45 г.
Результаты исследования показали, что морфологическим субстратом функциональных резервных возможностей органа является гипертрофия и гиперплазия внутриклеточных органелл гепатоцита.
Гипертрофия гепатоцитов возникает вслед за усиленным их делением. Следует отметить, что митотический индекс остается значительно повышенным только в течение 3-5 суток, после чего он значительно снижается, но еще в течение длительного времени (вплоть до 30 суток после операции) не возвращается к норме.
Одновременно с активизацией деления наблюдаются существенные изменения в ультраструктуре гепатоцитов.
Прежде всего, необходимо отметить, что изменения коснулись большинства ультраструктур клетки.
Через 5 суток после частичной гепатэктомии было отмечено нарушение межклеточных контактов. Между плазматическими мембранами гепатоцитов отмечались значительные промежутки. Также были расширены пространства Диссе.
Кроме того, было отмечено своеобразное явление, когда структура, характерная для желчных протоков, выявлялась в цитоплазме гепатоцитов (рис. 19). По всей видимости, травматизация печени привела к достаточно выраженному холестазу, и при затруднительном оттоке желчи произошло «вдавливание» желчных протоков в цитоплазму. Аналогичные наблюдения были сделаны еще в 1962 г. Steiner с соавторами (цит. по Саркисов, Втю-рин, 1967), которые объясняли появление вакуолей в паренхиматозных клетках печени расширением цистерн комплекса Гольджи а также впячива-нием в их цитоплазму желчных капилляров. Следует отметить, что такое изменение структуры цитоплазмы гепатоцитов рыб ранее описано не было.
Отмечался полиморфизм ядер. Большинство ядер было характерного строения нормальной клетки: с одним, реже двумя крупными ядрышками, в которых были различимы две зоны (состоящая из электронно-плотных гранул и расположенной между ними аморфной части). Встречались клетки с лопастыми ядрами, т.е. образование множественных выпячиваний в связи с увеличением поверхности ядра, что характерно при гиперфункции или регенерации клетки при усилении синтеза нуклеиновых кислот и белка (Серов, Пауков, 1975).
Другие ядра обладали кариоплазмой, заполненной электронно-плотным зернистым материалом. Ядрышки при этом были сохранены, или же происходила дезинтеграция ядрышек. Отмечались скопления конденсированного хроматина, особенно ассоциированного с кариолеммой. Происходили процессы, заканчивающиеся пикнозом ядер.
Наибольшим изменениям были подвергнуты эндоплазматическая сеть и митохондрии. В большинстве клеток гранулярный эндоплазматический ретикулум занимал незначительную часть цитоплазмы. В этих зонах канальца ЭПР были узкими, заполненные электронно-плотным содержимом. На внешних мембранах располагались рибосомы. Эндоплазматический perns тикулум располагался в основном на периферии клетки, а также был связан с наружной мембранной ядерной оболочки (рис. 20).
Митохондрий на этой стадии развития процесса в клетках было относительно немного. Митохондрии располагались в зонах скопления мембран эндоплазматического ретикулума. Характерно, что в пределах отдельно взятой клетки преобладали или крупные или относительно небольшие митохондрии. Крупные митохондрии можно было наблюдать как вблизи ядра, так и на периферии клеток.
Большинство крупных митохондрий имели характерное для этой орга-неллы строение. Матрикс был плотным, иногда в нем отмечались плотные гранулы. Кристы имели незначительную степень искривления. Иногда можно было наблюдать неравномерные расширения межмембранного пространства с образованием светлых полостей (рис. 21).
В клетках с преобладанием митохондрий относительно небольших размеров были отмечены митохондрии с плотным матриксом, а также их гибель с образованием миелиноподобных телец (рис. 22).
Центральная зона цитоплазмы была заполнена крупными вакуолями, причем их мембраны (границы), отчетливо видимые на полутонких срезах, при электронной микроскопии зачастую не просматривались. По всей видимости, эти вакуоли были ограничены мембранами эндоплазматического ретикулума (рис. 23).
Были выявлены липидные включения. Они представляли собой тельца овальной формы, окруженные одинарной мембраной.
Состояние клеток паренхимы печени через семь суток после частичной гепатэктомии претерпело существенные изменения, причем это коснулось практически всех клеточных структур.
Состояние ядер большинства гепатоцитов свидетельствовало об их высокой функциональной активности. В большинстве ядер были четко морфологически обособлены одно, реже больше (до четырех) ядрышек. Четко были видны гранулярный и фибриллярный компоненты ядрышка, а также центральные светлые зоны ядрышка, где располагается рибосомальная РНК. Гетерохроматин располагался в зонах локального скопления в центральной части ядра, вокруг ядрышка, около ядерной оболочки. В кариоплазме можно было наблюдать большое количество мелких плотных гранул - интерхроматиновые и перихроматиновые гранулы, которые представляют собой РНП (рис. 24).
Количество ядерных пор по сравнению с предыдущим сроком наблюдения увеличилось. На наружной ядерной мембране располагалось большое количество рибосом. Также вблизи ядра можно было видеть митохондрии (рис. 25). Кстати говоря, митохондрии были как характерного строения, так и с признаками повреждения.
Состояние клеточных ультраструктур было различным в зависимости от функционального состояния клеток.
Эндоплазматический ретикулум в отдельных клетках был хорошо развит. Зоны скопления цистерн гранулярного ЭПР отмечались как вокруг ядра, так и на периферии клетки (рис. 26). Эргастоплазма вокруг ядра представляла собой нерасширенные канальца, просвет которых был заполнен неплотным содержимым. Периферические зоны скопления эргастоплазмы отличались наличием большего количества рибосом на наружных поверхностях мембран, внутри полостей наблюдалось накопление плотного секрета (рис. 27).
Отмечалось расширение канальцев эндоплазматического ретикулума. Эти расширения были как умеренные, так и значительных размеров с образованием крупных вакуолей. При расширении канальцев происходило уменьшение количества прикрепленных рибосом.
Количество митохондрий в различных клетках варьировало. На рис. 26 видно скопление крупных митохондрий. Но митохондрии набухали, кристы в них разрушались. Межмембранное пространство было неравномерно расширено. Отмечалось превращение митохондрий в миелиноподобные тельца.
В цитоплазме отдельных гепатоцитов находились включения липидов (рис. 28).
Межклеточные пространства оставались расширенными, т.е. межклеточные контакты были нарушены. Но пространства стали меньше по сравнению с предыдущим наблюдением.
Через десять суток в клетках печени также можно было наблюдать сочетание процессов как деструктивного, так и приспособительного характера.
Продолжается формирование новых участков эргастоплазмы. Скопления канальцев эндоплазматического ретикулума (новообразованные) отмечались как вокруг ядер, так и на более отдаленных от ядра участках цитоплазмы. Если постараться воссоздать по препаратам этот процесс в динамике, то можно отметить, что, по всей видимости, образование новых мембран эндоплазматической сети происходит от ядра и далее к периферии клетки. Также отмечалась регенерация ретикулума вблизи митохондрий.
Большинство митохондрий были относительно небольших размеров, с немногочисленными кристами, с плотным матриксом. Как правило, митохондрии были довольно многочисленными, вокруг них располагались канальца гранулярной эндоплазматической сети (рис. 29). Канальца, расположенные ближе к митохондриям, несли на поверхности своих мембран большее количество рибосом, чем более удаленные от митохондрий. Таким образом, формировался комплекс «митохондрии - гранулярная эндоплазматическая сеть», обеспечивающая эффективный синтез белков. Постепенно все большее количество клеток приобретало вид, характерный для нормально функционирующей печени. В центре клетки располагалось ядро с крупным хорошо выраженным ядрышком. Большая часть цитоплазмы при этом была заполнена гранулярным эндоплазматическим ретикулумом и митохондриями. Обычно в нормальных клетках печени эндоплазматическая сеть развита умеренно и занимает небольшую часть цитоплазмы, обычно около митохондрий. При регенерации эндоплазматическая сеть занимает
in
почти всю цитоплазму (Саркисов, Втюрин, 1967), что имело место и при данных исследованиях.
Активная синтетическая функция клетки требует большого количества энергии, в связи с этим идут активные процессы репарации митохондрий. В качестве примера, иллюстрирующего этот процесс, можно продемонстрировать рис. 30, на котором видно деление митохондрии. Хотя и в значительно меньшем количестве, в гепатоцитах сохраняются крупные митохондрии.
В настоящее время общепринята точка зрения, что в клетках новые митохондрии образуются только путем деления предсуществующих (Чен-цов, 1978). Ранее высказывавшиеся предположения о самосборке митохондрий из цитоплазматиеских предшественников с предварительным образованием промитоходрий (Калашникова, 1962, 1963 цит. по Саркисов, Втюрин, 1967) в большинстве современных публикаций не находят подтверждения. Однако процесс формирования митохондрий de novo описан В.В. Семеновым и Н.В. Васильевой (2001).
Процессы, похожие на самосборку митохондрий, были обнаружены в печени карпа. Так, согласно одному их возможных путей формирования митохондрий, в цитоплазме образуется плотное скопление рибосом, в зоне скопления которых накапливается секрет (белок) (рис. 31). Затем начинает формироваться мембрана, что тоже ясно видно на фотографии. Можно обнаружить и другие структуры, которые можно классифицировать как про-митохондрии (рис. 32) - видна митохондрия, в которой только формируются кристы.
