Диссертация (1151316), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В то время как природныелиганды, обладающие способностью к комплексообразованию (белки,нуклеиновые кислоты, нуклеозидфосфаты и др.), возможно, выполняютфункции буферных систем в защите организма от вредного воздействияионов алюминия [131]. Показано, что ионы Al3+ стимулируют Fe2+-зависимоеокисление белков, липидов миелина и синаптических мембран нейронов. Ворганизме рыб ионы алюминия нарушают диффузию газов и транспортионов натрия.
Физико-химические процессы, протекающие в водной среде,могутприводитьорганическихкобразованиюсоединений,высокотоксичныхсодержащихионыкомплексныхалюминия.Особуютоксичность алюминия связывают со способностью рыб к интенсивномувыделению слизи и аккумуляцией ионов этого металла в жабрах [132]. Приэтом действие алюминия на функции жабр молоди рыб и мальков лососядифференцировано.Наиболеевысокаячувствительностьктакомухимическому стрессу выявлена у мальков, что может быть опосредованонедостаточно высокой активностью антиоксидантной защиты рыб в раннийпериод онтогенеза [133].34В настоящее время токсичность алюминия для биологических систем невызывает сомнения, в частности доказано участие этого металла ввозникновении нейродегенеративных патологий у человека и животных[134–140]. Однако, несмотря на распространенность алюминия в воднойсреде,эффектыинтоксикацииалюминиемгидробионтовизученынедостаточно.
К тому же, антропогенное загрязнение водных ресурсовсоединениями, приводящими к снижению кислотности среды, создаетблагоприятные условия для хронического роста содержания алюминия.Таким образом, исследования биологических эффектов ионов алюминия напопуляции водных организмов является актуальными, прежде всего дляпромышленных регионов с развитыми отраслями электротехнической,авиационной, химической, нефтеперерабатывающей промышленности.2.1.2.4 Молекулярные механизмы интоксикации ионами свинцаСвинец является наиболее распространенным токсикантом из группытяжелых металлов, загрязнение свинцом и его соединениями признаетсяодной из важнейших природоохранных проблем. Естественному увеличениюпоступления свинца в поверхностные воды способствует растворениеэндогенных (галенит) и экзогенных (англезит, церусит и др.) минералов [141].К повышению его содержания в водных объектах приводит применениететраэтилсвинцакакантидетонаторавмоторномтопливеводныхтранспортных средств, а также поступление в водоемы сточных водрудообогатительных фабрик, химических производств, шахт [142].Соединения свинца относят к наиболее опасным загрязнителям,количество которых в окружающей среде неуклонно увеличивается ввидуширокогокругаисточниковпоступления(выбросыпромышленныхпредприятий, выхлопные газы автотранспорта, сжигание угля и т.
п.). Этотметалл широко применяется в различных отраслях промышленности.Источникомсвинцовогопромышленностьзагрязнения(производствоявляютсяаккумуляторов),электротехническаяприборостроение,35полиграфия, цветная металлургия. Зона влияния таких промышленныхобъектов может достичь нескольких сотен квадратных километров, а нагрузкапо загрязнению – до 20 кг/км2 в год [143].ПДК по свинцу для водных объектов хозяйственно–питьевого икультурно–бытового назначения 0,1 мг/л, однако его концентрация внезагрязненных поверхностных водах обычно не превышает 3 мкг/л [143], вто же время в природных водах промышленных регионов отмечается болеевысокое содержание свинца. В частности, в водоемах, прилегающих крайонам месторождений полиметаллических руд, его концентрация достигаетдесятковмиллиграммовналитр.Значительныеконцентрациитетраэтилсвинца поступают в природные воды с городскими поверхностнымистоками в процессе таяния снега, который обладает высокой способностьюаккумулировать этот токсикант.
Содержание свинца в снеге крупных городовможет достигать 1 г/л, поэтому количество свинца в донных отложенияхводоемов, прилегающих к промышленно развитым регионам, остаетсякритически высоким [144].В природных водах свинец может находиться в структуре взвешенныхчастиц, а также в виде растворимых комплексов с гуминовыми кислотами и всоставе нерастворимых солей (сульфида, сульфата, карбоната) донныхотложений. При биометилировании возможно образование тетраметилсвинца– высокотоксичного соединения, содержание которого в водах водоемовхозяйственно–питьевого,назначениянекультурно–бытовогодопускается[141].Диапазонирыбохозяйственногобиологическиопасныхконцентраций солей свинца, вызывающих патогенетические нарушения ворганизме гидробионтов, варьирует в довольно широких пределах. Признакисвинцовой интоксикации наблюдаются у водных организмов при содержанииPb2+ в среде обитания гидробионтов в концентрациях от 0,1 до 0,5 мкг/л [145].Для разных видов рыб летальная доза нитрата свинца варьирует от 0,1 до0,16 мг/мл, хлорида свинца – от 0,33 до 1,0 мг/л.
Эти значения несколько36выше для ацетата и сульфата свинца – 0,4–2,8 мг/л и 20–25,0 мг/лсоответственно. Необходимо отметить, что свинец обладает синергическимдействием, увеличивая токсичность других металлов [143]. Как и для многихдругих металлов, скорость выведения свинца из организма значительно нижескорости его притока из окружающей среды. Накоплению ионов свинцанекоторыми органами и тканями гидробионтов способствует отсутствиемеханизмов, вовлекающих Pb2+ в процессы биотрансформации. Однако рыбыаккумулируют этот металл не так значительно, как млекопитающие [142].Коэффициент концентрирования свинца для фитопланктона находится науровне аналогичных значений для ртути и составляет в среднем 105 [146]. Какправило, при поступлении в организм, свинец накапливается, в основном, вкостях, печени и почках.
В результате мобилизации из костной ткани ионысвинца поступают в кровь, что приводит к повреждению сосудистой системы[144, 147–149].Политропное отравляющее действие соединений свинца обусловленоспособностью Pb2+ связываться с анионами–лигандами, к которым относятсясульфгидрильные,имидазольное,карбоксильныегруппы,производныецистеина, фосфаты и др. Повышенные концентрации этого катиона ворганизме вызывают широкий спектр негативных последствий, таких какпоражение кроветворной, нервной, пищеварительной, выделительной идругих систем. При интоксикации свинцом уменьшается проницаемостьмембран, повышается вязкость внутриклеточных коллоидов.
Соединениясвинцавызываютизменениявметаболизмекальция,гемопоэзе,порфириновом обмене. Одной из главных мишеней для ионов свинцаявляются функциональные группы белков, в частности ферментов ирегуляторных Са2+–связывающих белков. Именно высокое сродство иинактивация ключевых белков ионами свинца обусловливают широкийспектр клеточных и метаболических эффектов [150–152]. Повышениесодержания свинца в организме – один из наиболее опасных факторов,37индуцирующих нарушение функционирования ЦНС. Одной из возможныхпричин нейродегенерации в присутствии свинца является торможениеаксонального транспорта [153]. В последнее время значительное вниманиеуделяется хроническому действию ионов свинца на нервную системуживотных[154,155].Особаячувствительностьнервнойтканиприпролонгированной экспозиции низкими дозами Pb2+, приближающихся кестественным,наблюдаетсянараннихэтапахразвития.Влияниесоответствующих доз солей свинца на ЦНС в этот период приводит к сдвигусроков дифференцирования и созревания астроцитов и генерации глиоза [6].Свинцовая интоксикация в нейронах зрелого головного мозга не менееопасна,онасопровождаетсяформированиемаберрантныхнейрофибриллярных структур (скоплений) и значительным повышениемколичества ГФКБ в астроцитах [156].Ранее при использовании изменений экспрессии ГФКБ в качествемаркера эффектов нейротоксичности ограничивались, главным образом,исследованиями мозга взрослых животных [157].
Однако постоянноеприсутствие свинца в воздухе, питьевой воде и продуктах питания вколичествах,приближающихсякподпороговым,обусловливаетнеобходимость исследования особенностей молекулярных механизмовпатологического влияния низких доз Pb2+ на ЦНС в период развития.Принимая во внимание, что процессы раннего онтогенеза сопровождаютсяактивной пролиферацией и дифференциацией определенных субпопуляцийклеток ЦНС, которые чрезвычайно чувствительны к действию токсичныхфакторов, понимание ответных молекулярных и клеточных реакций можетбыть важным звеном в изучении механизмов развития патологий ЦНС истратегии нейропротекции.Таким образом, наличие многочисленных природных и антропогенныхисточников загрязнения водоемов соединениями свинца, распространенностьтоксиканта, особенности патологических процессов и негативные эффекты,сопровождающие свинцовую интоксикацию, делают проблему исследования38молекулярных механизмов действия ионов этого металла на состояниегидробионтов чрезвычайно актуальной.2.1.2.5 Молекулярные механизмы интоксикации ионами кадмияВ ходе изучения влияния ионов кадмия на ЦНС показано, что егоприсутствие индуцирует морфологические изменения в кортикальныхастроцитах, нарушает гомеостаз внутриклеточного кальция в первичныхнейронах мозга крыс, ухудшает процессы миелинизации, и, как следствие,вызывает апоптоз клеток [9, 158].
Имеются данные, что низкие дозы Cd2+снижают экспрессию шаперонов в нейронах, не вызывают значительныхизменений содержания этих белков в астроцитах и повышают их экспрессиюв эндотелиальных клетках [8]. Известно, что инкубация культивируемыхэксплантов спинного мозга эмбрионов человека в растворе CdCl2 напротяжении 24 часов вызывает значительные изменения в соотношениимоторных нейронов и глиальных клеток вентральных рогов спинного мозга[159]. Эти данные дают основания предполагать, что ионы кадмия оказываютсущественное влияние на соотношение нейронов и глиальных клеток,провоцируют нарушения процесса развития мозга.Показано, что кратковременного поступления (в течение 28 часов)низких доз хлорида кадмия в организм крыс с питьевой водой, вконцентрациях от 1 до 90 мкМ, достаточно для изменений показателейэнцефалограммысна,скоростнойподвижностиглазиснижениялокомоторной активности в наиболее активной фазе (ночное время).
В тожевремя, в ходе наблюдения за поведением крыс в течение месяца, прихроническом воздействии более высоких концентраций CdCl2 (100 мкМ впитьевой воде) выявлено, что показатели свободной подвижности как втемное, так и в светлое время суток остаются неизменными [160]. Такиерезультаты исследований еще раз подтверждают гипотезу, что ионыметаллов в малой дозе могут иметь ограниченное действие на молекулярныеи клеточные механизмы нервной системы.39В зависимости от химического состава, интенсивности поступления,погодныхусловийиособенностейводоемакомпонентныйсоставзагрязнителей может изменяться как по структуре, так и по степенитоксичности. Не исключено еще более негативное влияние комплексноговоздействияионовметалловиорганическихвеществтехногенногопроисхождения на все звенья биоценозов (фито– и зоопланктон, бентос,флору и фауну) водоемов. Уровень опасности суммированного действияполлютантов во многом зависит как от образа жизни, так и видовыхособенностей питания гидробионтов [161].Возможное комбинированное воздействие ксенобиотиков со всемисуществующими,ноантагонистическимичастонеизвестнымиэффектами,синергическимиобусловливаетимногофакторностьантропогенного воздействия чужеродных органических соединений и ещебольшую уязвимость водных экосистем.2.1.3Характеристикамолекулярныхиндикаторовфизиологического состояния организмаВ классификации молекулярных повреждений клеток под действиемвнешних факторов, как правило, выделяют три основных направления:метаботропные повреждения, непосредственные токсические повреждения иповреждения, вызванные свободными радикалами, в частности активнымиформами кислорода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
