Автореферат (Характеристика молекулярных маркеров состояния животных разных таксонов в постнатальном онтогенезе при влиянии техногенного загрязнения), страница 4

Наличие оксидативного стресса– одного из центральных механизмов нейротоксичности, подтверждают данныео содержании конечных продуктов перекисного окисления липидов вразличных отделах головного мозга крыс (гиппокамп, мозжечок, кора большихполушарий), получавших хлорид кадмия с питьевой водой. Достоверное(Р<0,05) однотипное повышение (по сравнению с контролем) этого показателяоксидативных повреждений, выявленное у экспериментальных животных на56-ые и 70-ые сутки постнатального развития, свидетельствует об устойчивомнарушении нормального метаболизма клеток нервной ткани животных.Загрязнение среды обитания рыб ионами свинца также сопровождаетсяувеличением количества конечных продуктов ПОЛ как в мозге, так и в печенивзрослых половозрелых особей рыб различных видов (солнечный окунь,карась, плотва обыкновенная, бычок-песочник).

Установлено, что в тканяхгидробионтов неоднородная реакция клеток печени, сопровождается весьмасхожей реакцией клеток головного мозга. Так количество ТБК-активныхпродуктов в головном мозге особей экспериментальной группы бычкапесочника было достоверно (Р<0,01) повышенным в среднем на 39%, плотвыобыкновенной – в среднем на 37% (Р<0,05), солнечного окуня (Р<0,05) и карася(Р<0,05) – в среднем на 23% по сравнению с аналогичными значениямиконтрольных групп рыб этих же видов.Комплексныйанализособенностейантиоксидантнойсистемыисследуемых гидробионтов показал, что в печени и головном мозге особей всехэкспериментальных групп рыб активность каталазы возросла болеезначительно, чем активность супероксиддисмуты.

Однако выявленные вклетках печени и головного мозга экспериментальных животных измененияактивности одного из ключевых ферментов антиоксидантной защиты – СОДбыли менее подвержены межвидовым колебаниям, чем динамика активностикаталазы. В печени рыб в условиях хронического загрязнения ионами свинцаэтот показатель в 1,3-1,9 раза превышал контрольные значения, тогда как вголовном мозге животных активность СОД была выше контрольных значений в1,2-1,5 раза (рис.

3).Результатыисследованиймеханизмовтоксичностиалюминияподтверждают, что присутствие алюминия в среде обитания (10 мг/л)индуцирует характерные изменения окислительно-восстановительного балансаклеток печени и головного мозга взрослых половозрелых рыб разныхбиологических видов. Максимальный рост содержания конечных продуктовПОЛ при воздействии ионов Al3+ выявлен в головном мозге особей плотвыобыкновенной, который был выше аналогичных показателей контрольной13группы животных в среднем на 58% (Р<0,01), достоверный рост содержанияТБК-активных продуктов в мозге особей экспериментальных групп карася,солнечного окуня и бычка-песочника относительно контрольных значений былменее значительным и находился в пределах 41-51%.

Рост содержанияконечных продуктов ПОЛ в клетках печени животных экспериментальныхгрупп превышал контрольные значения на 22-35%.6**3***Активность СОД (у.е. /мг белка)Активность СОД (у.е./мг белка)3,5*2,521,510,50**5**4****3210К PbК Pbсолн. окунь карасьК PbбычокмозгК PbК Pbсолн. окунь карасьК PbплотваК PbбычокК PbплотвапеченьРис.

3 Показатели активности супероксиддизмутазы в мозге и печени взрослыхполовозрелых особей солнечного окуня, карася, бычка-песочника и плотвы обыкновенной вусловиях хронического загрязнения ионами свинца (Pb) по сравнению с контрольнымигруппами рыб (К); ** – P<0,01 – достоверность разницы в сравнении с контролемИсключение составили особи экспериментальной группы плотвыобыкновенной, у которых интенсивность оксидативных процессов в головноммозге была сопоставима с интенсивностью этих процессов в печени (рис.

4).3**43,52,5******3Содержание ТБК-активных продуктов(нмоль/мг ткани)Содержание ТБК-активных продуктов(нмоль/мг ткани)4,52,5*2***К AlбычокК Alплотва*1,521,5110,50,50К Alсолн. окуньК AlкарасьмозгК AlбычокК Alплотва0К Alсолн. окуньК AlкарасьпеченьРис. 4 Содержание конечных продуктов ПОЛ в мозге и печени взрослых половозрелыхособей солнечного окуня, карася, бычка-песочника и плотвы обыкновенной в условияххронического загрязнения ионами алюминия (Al) по сравнению с контрольными группами рыб(K); ** – P<0,01 – достоверность разницы в сравнении с контролем14При исследовании эффектов ионов алюминия на состояние нервной тканисолнечного окуня в различные сроки онтогенеза (6-7 месяцев, 2-3 года, старше5 лет) наиболее значительное возрастание продуктов ПОЛ выявлено у особейэкспериментальной группы рыб в возрасте более 5 лет (в среднем на 70% всравнении с контролем, Р<0,01), что может быть связано как с возрастнымиизменениями экспрессии ферментов антиоксидантной защиты, так схарактерным для позвоночных нарушением баланса между повреждениями ирепарацией митохондриальных мембран в процессе онтогенеза.Результаты определения активности ферментов (СОД и каталазы) в тканяхэкспериментальных животных, обитающих в условиях загрязнения ионамиалюминия, позволяют утверждать, что клетки печени имеют более высокийуровень антиоксидантной защиты.

Максимальный рост активности СОД впечени экспериментальных животных, по сравнению с аналогичнымипоказателями в головном мозге, выявлен у взрослых половозрелых особейкарася – достаточно неприхотливого биологического вида рыб (в среднем 53%,Р<0,01).Те же закономерности нарушения окислительно-восстановительногобаланса выявлены в ходе исследования метаболизма взрослых половозрелыхрыб разных видов (плотва обыкновенная, карась и бычок-песочник),обитающих в водах прибрежной акватории р. Самара Днепровская вблизиметаллургического комбината.

Так содержание ТБК-активных продуктов вмозге тест-объектов, выловленных на загрязненных участках р. СамараДнепровская, превышало количество этих соединений, обнаруженных в печениживотных, на 52-82%. Анализ данных активности ферментов антиоксидантнойзащиты в печени и головном мозге гидробионтов подтверждает выявленныехарактерные закономерности формирования ответных молекулярныхмеханизмов на загрязнение среды обитания (рис. 5).140****120100806040200**4,5Активность СОД (у.е./мг белка)Активность каталазы (нмоль/мг белка)16043,5***32,521,510,5МПкарасьМПплотваМПбычок0ПМкарасьПМплотваПМбычокРис. 5 Динамика показателей активности ферментов антиоксидантной защиты вголовном мозге (М) и печени (П) взрослых половозрелых особей карася, плотвы обыкновеннойи бычка-песочника в условиях загрязнения природной среды ионами металлов; * – P<0,05; **– P<0,01 – достоверность разницы в сравнении с контролем15Выявленное при моделировании хронического загрязнения средыобитания органическими ксенобиотиками возрастание конечных продуктовПОЛ в головном мозге и печени взрослых половозрелых особей солнечногоокуня свидетельствует об однотипной реакции клеток различных тканей наповышенные концентрации промышленных поллютантов.

Сравнительныйанализ эффектов чужеродных органических соединений показал, чтонаибольший рост ТБК-активных продуктов вызывают полициклическиеароматические гидрокарбоны, а интенсивность оксидативного стресса в тканяхживотных уменьшается в ряду: ПАГ > хлорбензол > мазут.Достоверный рост активности СОД в клетках головного мозга солнечногоокуня относительно контроля в условиях загрязнения ПАГ, хлорбензолом имазутом составил в среднем 73% (Р<0,05), 59% (Р<0,05), 61% (Р<0,01)соответственно.

Сходная динамика показателей антиоксидантной защиты(достоверность разницы Р<0,05) наблюдалась и в клетках печени (табл. 1).Таблица 2 – Показатели активности СОД в головном мозге и печени солнечного окуня вмодельныхусловияхзагрязнениясредыобитанияпромышленнымиорганическими ксенобиотикамиполлютантыактивность СОД в мозге,у.е./мг общего белкаконтрольнаяэкспериментальгруппа рыбная группа рыбактивность СОД в печени,у.е./мг общего белкаконтрольнаяэкспериментальгруппа рыбная группа рыбПАГ2,18±0,1173,77±0,535*3,08±0,2204,65±0,492*хлорбензол2,21±0,1253,51±0,463*3,02±0,2224,12±0,434*мазут2,20±0,1233,54±0,214**3,10±0,2254,15±0,402*Примечание. Достоверность разницы в сравнении с контролем: – р<0,05; – ** – р<0,01.Изменения активности СОД в клетках головного мозга солнечного окунянаиболее ярко отражают происходящие нарушения метаболизма.При сравнительном анализе интенсивности оксидативного стресса втканях карася в присутствии повышенных концентраций хлорбензола и ПАГвыявлены сходные закономерности, что и в тканях солнечного окуня.

Однакообразование конечных продуктов ПОЛ в головном мозге животныхэкспериментальной группы карася в присутствии хлорбензола было болееинтенсивным, чем в присутствии ПАГ (рис. 6).При воздействии ПАГ на нервную ткань особей карася различныхвозрастных групп (6-7 месяцев, 2-3 года, старше 5 лет) максимальный ростсодержания конечных продуктов ПОЛ наблюдался у особей старше 5 лет.Количество ТБК-активных продуктов в этой возрастной группе в среднем на46% (Р<0,01) превышало аналогичные контрольные значения. Сходныеособенности метаболизма характерны и для особей солнечного окуня призагрязнении среды обитания ионами алюминия.Следует обратить особое внимание на наличие видовых особенностеймодуляции активности ферментов антиоксидантной защиты в условияхдействия органических поллютантов. При этом интенсивность реакции клетокпечени у различных видов рыб изменялась в более широком диапазоне, по16сравнению с интенсивностью генерации оксидативного стресса в клеткахголовного мозга.

Так достоверный рост активности супероксиддизмутазы впечени экспериментальных групп рыб при воздействии ПАГ и хлорбензолапревышал аналогичные показатели головного мозга в среднем на 17-23%(солнечный окунь) и на 33-38% (карась). Выявленная динамика ростаактивности ферментов антиоксидантной защиты головного мозга и печениживотных свидетельствует о значительных нарушениях центральныхметаболических путей под воздействием пороговых и предпороговыхконцентраций органических поллютантов.*33**2,521,510,5*Содержание ТБК-активных продуктов(нмоль/мг ткани)Содержание ТБК-активных продуктов(нмоль/мг ткани)3,52,52*1,510,500К ХБПАГпеченьмозгРис. 6 Сравнительное содержание конечных продуктов ПОЛ в мозге и печени взрослыхполовозрелых особей карася в экспериментальной модели хронического загрязненияорганическими ксенобиотиками; К – контрольные группы рыб; ПАГ – полициклическиеароматические гидрокарбоны; ХБ – хлорбензол; * – P<0,05 – достоверность разницы всравнении с контролемКПАГКХБКВыбор акватории для изучения влияния нефтепродуктов на популяции рыбв природных условиях обусловлен тем, что Керченский пролив является нетолько оживленной транспортной артерией, но и важным рыбопромысловымрайоном.

Уровень загрязнения вод Керченского пролива значительноувеличился после кораблекрушения 6 судов, в том числе и нефтеналивноготанкера, в ноябре 2007 г. [Жугайло С.С. и др., 2008]. Анализ фракционногосостава нефтепродуктов донных отложений Керченской бухты в период 20082010 гг. свидетельствуют о постоянном обновлении загрязнений даннойакватории горюче-смазочными материалами [Петренко О. А. и др., 2011].

Дляпроведения исследования был выбран наиболее массовый и распространенныйв данной акватории донный вид рыб – бычок-песочник.В ходе исследования интенсивности оксидативного стресса у взрослыхполовозрелых особей бычка-песочника, обитающих в природных условияхтехногенного загрязнения, выявлено, что содержание конечных продуктов ПОЛв головном мозге и печени рыб превышает контрольные значения в среднем на60% (Р<0,01) и 71% (Р<0,05) соответственно. В тканях животных, обитающих в17модельных условиях загрязнения мазутом, выявлено менее значительноеувеличение содержания ТБК-активных продуктов, превышающие аналогичныепоказатели контрольной группы животных в среднем на 40% (головной мозг,Р<0,05) и 45% (печень, Р<0,05).