CC BY
76
УДК 597.442:628.394.12 (262.81)
П. П. Гераскин, Г. Ф. Металлов, В. П. Аксёнов, М. Л. Галактионова
ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СЕВЕРНОГО КАСПИЯ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ И АКТИВНОСТЬ ЦИТОХРОМОКСИДАЗЫ ПЕЧЕНИ И МЫ1ШЦ ОСЕТРОВЫ1Х РЫБ
Введение
Загрязняющие вещества, поступающие в водоёмы, оказывают сложное, многоплановое влияние на их экосистемы. Как правило, на экосистему действует одновременно множество факторов, влияние которых чрезвычайно сложно отделить друг от друга. Разнообразие поллютантов и их взаимодействие друг с другом в водоеме приводят к возникновению новых соединений с неизвестными свойствами, а также к эффектам синергизма и антагонизма при их воздействии на гидробионтов. Направленность и выраженность изменений, происходящих в организме рыб под влиянием загрязняющих веществ, зависят от многих переменных: характера загрязнения и его токсичности, концентрации токсичных веществ в воде и содержания их в кормовых объектах, особенностей гидрологического и гидрохимического режима водоёмов, сезона года [1, 2]. Особенно сложно оценить влияние на гидробионтов тех или иных веществ в больших водоёмах, где концентрации поллютантов могут существенно различаться по районам, а сами объекты исследования обладают высокой миграционной способностью, как, например, осетровые рыбы в Каспийском море. Это означает, что степень интоксикации исследуемых объектов в естественном водоёме не всегда соответствует среднему уровню загрязнения вод исследуемого района из-за возможности токсического воздействия на рыб в других районах водоёма, повторной интоксикации, потребления кормов, аккумулировавших токсичные вещества, биологических и экологических особенностей объектов исследования.
Необходимость исследования реакции организма на появление в естественной среде тех или иных загрязнителей диктуется не только теоретическим интересом - как функционируют различные физиологические системы в этих условиях, но и знанием возможных последствий их воздействия на организм рыб - они могут приводить к снижению продукционных возможностей популяций. Реакция на токсическое воздействие у рыб проявляется, как правило, в виде неспецифических изменений общего адаптационного синдрома - стресс-реакции, которая, как следует из современных представлений, не обходится без резкого увеличения интенсивности перекис-ных процессов [3, 4] и повышенного потребления энергии. Энергетическая функция, безусловно, является одной из ведущих. В процессе жизнедеятельности организма происходит непрерывное перераспределение энергии, накопленной в форме макроэргических (высокоэнергетических) веществ. Освобождаемая при гидролизе энергия используется для многих энергоёмких процессов. Основное продуцирование макроэргических веществ в форме АТФ имеет место при биологическом аэробном окислении различных органических субстратов (углеводов, жиров и белков). В качестве индикатора состояния аэробного окисления, как показали наши исследования, наилучшим образом подходит ключевой фермент этого процесса - цитохромоксидаза (цитохром с-оксидаза КФ 1.9.3.1).
Материал и методика исследований
Материалом для анализа проявления реакции осетровых рыб на загрязнения моря служили данные, полученные при мониторинговых исследованиях в 1993-2003 гг. физиологического состояния русского осетра (Acipenser güldenstädti Brandt), севрюги (Acipenser stellatus Pallas) и белуги (Huso huso L.), выловленных в море. В исследованиях использовали только половозрелых (взрослых) особей «спокойного» физиологического состояния (II стадия зрелости гонад). Сбор проб осуществляли во время морских экспедиций в Северный Каспий. Лов рыб велся 9-метровым тралом при 30-минутном тралении. Пробы тканей печени и мышц отбирали сразу же после поднятия рыбы на палубу. Интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ) изучали в печени и белых мышцах по реакции малонового диальдегида (МДА) с тиобарбитуровой кислотой, выделяя спонтанную (СпПОЛ) и аскорбатзависимую (АсПОЛ) составляющие, а также накопление МДА в этих тканях [5]. Активность цитохромоксидазы выявляли по скорости
окисления цитохрома С [6]. Предварительную подготовку проб тканей печени и белых мышц к анализам (получению гомогенатов и супенатантов, выделению митохондрий) проводили согласно общепринятым методикам [7]. Полученные результаты подвергали статистической обработке, используя пакет программ STATISTIKA 6. Всего проанализировано для исследования активности цитохромоксидазы и интенсивности ПОЛ: у русского осетра - 239 и 512 экз., у севрюги - 118 и 211 экз., у белуги 91 и 164 экз.
Результаты исследования и их обсуждение
Длительными исследованиями (1993-2003 гг.) у разновозрастных особей русского осетра, севрюги и белуги, выловленных в Северном Каспии, выявлена высокая интенсивность перокси-дации липидов в печени и мышцах. В одних случаях она была очень высокой, в других опускалась до относительно низких величин. Такие колебания отмечены как для СпПОЛ, так и для АсПОЛ, а также в накоплении продукта этой реакции - МДА.
Межгодовые изменения интенсивности обоих типов реакций переокисления и накопления МДА в печени и мышцах у всех исследованных видов однотипны, при имеющихся видовых особенностях (рис. 1).
Годы
СпПОЛ, СпПОЛ, -к- АсПОЛ, АсПОЛ,
мышцы печень мышцы печень
а
Годы
СпПОЛ, СпПОЛ, —*— АсПОЛ, АсПОЛ,
мышцы печень мышцы печень
Годы
МДА, мышцы —■—МДА, печень
б
Годы
МДА, мышцы —А— МДА, печень
в
Годы
♦ СпПОЛ, СпПОЛ, —А— АсПОЛ, -к- АсПОЛ,
мышцы печень мышцы печень
д
г
Годы
—♦— МДА, МДА,
мышцы печень
е
Рис. 1. Межгодовая динамика интенсивности АсПОЛ и СпПОЛ и накопления МДА в печени и мышцах: а, б - русского осетра; в, г - севрюги; д, е - белуги
Скорость аскорбатзависимой, в сравнении со спонтанной реакцией, у всех видов осетровых была больше. В печени уровень пероксидации, как правило, был выше, чем в мышцах, как и накопление МДА, что отразилось на характере межгодовой динамики этих показателей -плавная у показателей мышечной ткани, резкая - печени. Особенно заметна плавность межго-довых изменений спонтанного переокисления липидов мышц. Такой характер динамики связан с функциональными различиями решаемых задач клеток мышечной ткани и печени. В последнем случае, наряду с другими, - функцией детоксикации. В динамике межгодовых изменений интенсивности перекисных процессов, как в печени, так и мышцах русского осетра, севрюги и белуги, четко прослеживаются два пика. Первый пик приходится на 1994 г., а у белуги он пролонгируется и на 1995 г., второй - на 1998-1999 гг. При этом хорошо просматриваются видовые особенности исследованных рыб, выражающиеся в интенсивности роста изучаемых параметров ПОЛ в эти годы. У русского осетра они менее выражены. По сравнению с 1993 г. у этого вида рыб все параметры ПОЛ (АсПОЛ, СпПОЛ, МДА) в печени и мышцах в 1994 г. увеличились в 1,3-1,5 раза ^ < 0,05). У севрюги рост интенсивности перекисных процессов в это время был наиболее стремительным: в печени 2,6-3,1 раза ^ < 0,01), в мышцах - 1,5—1,7 раза ^ < 0,001), при увеличении накопления МДА, продукта этой реакции, в исследованных тканях соответственно в 7,7 и 3,8 раза ^ < 0,001). Белуга в этом отношении занимала промежуточное положение. Уровень ПОЛ в печени у неё увеличился в 2,6-3,1 раза ^ < 0,05), в мышцах -в 1,5-1,7 раза ф < 0,05), а содержание МДА соответственно в 4,0 и 3,1 раза ф < 0,01). К 1997 г. параметры исследуемых показателей ПОЛ у всех исследованных видов осетровых снизились до уровня, наблюдавшегося в 1993 г., и даже ниже, за исключением спонтанной реакции в мышцах и содержания МДА в обоих видах ткани. Скорость АсПОЛ в печени у русского осетра уменьшилась до 87,0 ± 10,0 мкмоль/ч на кг сырой массы ткани, в мышцах - до 57,0 ± 6,0 мкмоль/ч на кг, что в 1,8-2,0 раза ниже, чем 1993 г. Интенсивность спонтанной реакции понизилась соответственно до 70,0 ± 8,0 и 30,0 ± 6,0 мкмоль/ч на кг. В первом случае это ниже, чем в 1993 г. в 1,7 раза, а во втором, наоборот, больше вдвое, что объясняется разной степенью лабильности СпПОЛ в печени и мышцах. Содержание МДА в печени и мышцах снизилось соответственно до 14,3 ± 1,1 и 5,5 ± 0,5 мкмоль/кг, однако в первом случае оно было на 22 % меньше, а во втором - в 2 раза больше, чем 1993 г. У севрюги наблюдалась аналогичная картина, однако уровень ПОЛ у этого вида рыб оставался более высоким, чем у русского осетра. Скорость неферментативной реакции составляла в печени 114,0 ± 12,0 мкмоль/ч на кг, в мышцах - 58,0 ± 6,0, что соответственно в 1,4 и 1,6 раза меньше, чем в 1993 г. Интенсивность спонтанной реакции понизилась соответственно до 86,0 ± 8,0 и 24,0 ± 3,0 мкмоль/ч на кг, при содержании МДА в печени 14,3 ± 1,5 мкмоль/кг, в мышцах -
4.0 ± 0,5 мкмоль/кг. У белуги интенсивность аскорбатзависимой реакции к этому времени уменьшилась до уровня 1993 г. и составляла в печени 65,0 ± 5,0 мкмоль/ч на кг сырой массы, в мышцах -
59.0 ± 4,0 мкмоль/ч на кг. Уровень спонтанного переокисления тоже снизился до 63,0 ± 13,0 в печени и 46,0 ± 5,0 мкмоль/ч на кг в мышцах, но не достиг уровня 1993 г., особенно в мышцах, где интенсивность этой реакции оставалась высокой - в 3,6 раза больше, чем в 1993 г. То же самое наблюдается и в накоплении продукта ПОЛ, МДА, в печени и мышцах. Его содержание снизилось до 9,3 мкмоль/кг в печени и 5,6 мкмоль/кг в мышцах, оставаясь в 1,6 и 3,5 раза больше, чем в 1993 г.
Уже в следующем, 1998 г., значения параметров ПОЛ у исследуемых видов осетровых резко возросли, оставаясь высокими и в 1999 г., с постепенным снижением к 2002-2003 гг. Наиболее высокими они были у севрюги: скорость АсПОЛ достигла к этому времени 383,0 ± 51,0 мкмоль/ч на кг в печени и 198,0 ± 20,0 мкмоль/ч на кг в мышцах, а СпПОЛ - соответственно 301,0 ± 43,0 и 88,0 ± 13,0 мкмоль/ч кг, при накоплении МДА в исследованных тканях 46,0 ± 7,1 и 19,0 ± 3,2 мкмоль/кг соответственно. У белуги рост параметров ПОЛ был наименьшим: по АсПОЛ -до 206,0 ± 25,0 мкмоль/ч на кг в печени и 135,0 ± 14,0 - в мышцах; по СпПОЛ соответственно -до 157,0 ± 22,0 и 58,0 ± 8,0 мкмоль/ч на кг, а содержание МДА увеличилось до 25,8 мкмоль/кг в печени и 13,2 в мышцах. Русский осетр в этом отношении занимал промежуточное положение между севрюгой и белугой. Интенсивность АсПОЛ составила в это время 248,0 ± 26,0 мкмоль/ч на кг сырой массы в печени, 181,0 ± 14,0 - в мышцах, а скорость СпПОЛ соответственно 197,0 ± 23,0 и 92,0 ± 13,0 мкмоль/ч на кг при содержании МДА в этих тканях 31,0 ± 3,8 и 18,5 ± 2,6 мкмоль/кг. Изменения во всех случаях имели достоверный характер ф < 0,05 и выше). Динамика снижения параметров ПОЛ в последующие годы у каждого из исследуемых видов осетровых имела свои особенности. У севрюги она равномерно понижалась до 2001 г. с относительной стабилизацией в последующие два года: АсПОЛ на уровне 150 мкмоль/ч на кг в печени и 90,0-100,0 - в мышцах,
СпПОЛ соответственно 85,0-95,0 и 11,0-13,0 мкмоль/ч на кг, при содержании МДА в печени около 15,0 мкмоль/кг, в мышцах - около 2,0. Это соответствовало примерно параметрам ПОЛ, зафиксированным у севрюги в 1993 г., за исключением накопления продуктов этой реакции в печени, уровень которых был в 1,5 раза больше. У русского осетра наблюдалось резкое уменьшение параметров ПОЛ к 2000 г. и стабилизация на этом уровне до 2001 г., с последующим снижением к 2002 г. Интенсивность реакции переокисления к этому времени снизилась в печени до 100,0 мкмоль/ч на кг по АсПОЛ и до 61,0 - по СпПОЛ, в мышцах соответственно до 102,0 и 13,0, при накоплении МДА в этих тканях 10,0-12,0 и 2,0-3,0 мкмоль/кг. Это ниже, чем в 1993 г. У белуги отмечалась некоторая асинхронность межгодовой динамики параметров ПОЛ. Если в печени их значения синхронно снижались до 2001 г., с последующим небольшим подъёмом к 2003 г., то в мышцах интенсивность АсПОЛ оставалась достаточно высокой до 2001 г., несколько снижаясь в 1999 и 2000 гг., при небольшом уменьшении в 2002-2003 гг. Аналогичная динамика, но в более сглаженном виде, была характерна и для СпПОЛ. В 2003 г. интенсивность переокисидации липидов в печени примерно соответствовала таковой у рыб, исследованных в 1993 г.: 61,0 ± 34,0 мкмоль/ч на кг -по АсПОЛ и 49,0 ± 26,0 по СпПОЛ, при содержании МДА 7,3 ± 3,8 мкмоль/кг. В мышцах интенсивность АсПОЛ была почти в 2 раза выше и достигала 107,0 ± 11,0 мкмоль/ч на кг, при накоплении МДА в 4 раза больше (6,1 ± 3,3 мкмоль/кг), чем в 1993 г., при остальных параметрах, примерно соответствующих параметрам в 1993 г. Такие резкие изменения в межгодовых колебаниях параметров ПОЛ возможны лишь при появлении во внешней среде факторов, воздействие которых на организм рыб носит чрезвычайный характер. Это высокий уровень загрязнения морских вод различными видами поллютантов, органического и неорганического характера (рис. 2).
Г оды
"Нефтеуглеводороды ■ Фенолы А СПАВ '
Годы -Си ---ж--- РЬ -
а б
Рис. 2. Межгодовая динамика уровня загрязнения Северного Каспия: а - органическими поллютантами (ХОП мкг/л х 10); б - некоторыми видами металлов: Zn, Си, РЬ - левая, Сё, Мп - правая шкала (по данным Лаборатории водных проблем и токсикологии КаспНИРХ)
0 25
0 2
0 15
0 1
0 05
Сопоставление межгодовой динамики уровня ПОЛ в печени у исследованных видов осетровых с колебаниями содержания нефтяных углеводородов в воде Северного Каспии в этот период выявило их достаточно высокое сходство. Естественно, в условиях большого водоёма и высокой миграционной способности осетровых и их биологических особенностей эти совпадения не были идеальными. Однако общие черты динамики изменений совпадали. Минимальному содержанию в воде этих веществ, зафиксированному в 1997 г., соответствовал и минимальный уровень ПОЛ у всех исследуемых видов осетровых. В то же время рост концентрации нефтеуглеводородов в воде в 1998 г. в 4,3 раза, по сравнению с 1997 г. [8], вызвал соответственно увеличение интенсивности ПОЛ как в печени, так и в мышцах. То же самое наблюдалось и 1994 г. - увеличение содержания нефтяных углеводородов в водах Северного Каспия повлекло за собой и подъем скорости ПОЛ в исследуемых тканях осетровых. Соответствие и направленность изменений концентрации в воде нефтяных углеводородов и уровня ПОЛ отмечаются и в 1995-1996 гг.: больше нефтеуглеводородов - выше ПОЛ в 1995 г. в сравнении с 1996 г. Заметим, что повышенные концентрации нефтеуглеводородов в 1999-2002 гг. [9, 10] отразились и на динамике параметров ПОЛ в эти же годы. Необходимо учесть и то обстоятельство, что в это же время в водах Северного Каспия регистрировались и другие виды токсикантов - как органического, так и неорганического характера.
»Ии
Содержание СПАВ в морской воде хотя и увеличивалось в отдельные годы исследуемого периода, однако не выходило за пределы рыбохозяйственного ПДК. Максимальные концентрации этого поллютанта в воде наблюдались в 1996 г. и примерно в 2,0-2,6 раза меньше - в 1997 и 1995 гг., что практически не отразилось на динамике уровня ПОЛ в печени и мышцах осетровых.
То же самое можно сказать и о тяжелых металлах. Из пяти изучаемых элементов ^п, Си, Мп, РЬ, Сё) только медь присутствовала в водах Северного Каспия в количествах, превышающих ПДК в 1,5-2,0 раза в период с 1996 по 2001 г., с максимумом в 2000 г. Эта тенденция также не нашла свого отражения в динамике уровня ПОЛ в печени и мышцах. Однако это не означает, что тяжелые металлы вовсе не оказывали никакого влияния на организм осетровых рыб.
Фенольное загрязнение, имеющееся в Северном Каспии, по своей динамике существенно отличалось от динамики ПОЛ. Так, три года подряд содержание этих веществ в воде было примерно на одинаковом уровне. Лишь в 1998-1999 гг. зарегистрирован резкий подъем содержания в воде фенолов, что могло сказаться на уровне ПОЛ, особенно в 1999 г. Возвращаясь к данным по загрязнению нефтяными углеводородами, необходимо добавить, что их концентрация в воде Северного Каспия превышала рыбохозяйственные ПДК в среднем от 1,8 до 8,6 раза, при этом максимальная концентрация этих веществ в воде достигала в 1998 г. в районах обитания осетровых 20 и 25 ПДК [11].
Другая закономерность, связанная с сезонными колебаниями содержания в воде нефтяных углеводородов - преимущественным снижением их содержания от летнего максимума к осени [12], отражалась и на сезонной динамике уровня ПОЛ. Чаще всего интенсивность этой реакции в печени и мышцах снижалась от лета, когда она была наибольшей, к осени (табл. 1).
Таблица 1
Параметры ПОЛ (М ± т) мышц и печени осетровых рыб в разные сезоны года в целом за исследуемый период (1993-2003 гг.)
Сезон года СпПОЛ, мкмоль/ч • кг сырой массы АсПОЛ, мкмоль/ч • кг сырой массы МДА, мкмоль/кг сырой массы
Мышцы Печень Мышцы Печень Мышцы Печень
Русский осетр
Весна 28,2 ± 4,0 75,4 ± 6,2 113,6 ± 7,6 108,2 ± 8,8 6,2 ± 1,0 10,6 ± 0,8
Лето 42,6 ± 3,4 136,8 ± 9,2 133,0 ± 5,4 184,2 ± 11,4 8,8 ± 0,8 21,4 ± 1,6
Осень 24,2 ± 2,0 95,8 ± 7,2 111,2 ± 4,4 142,0 ± 10,2 4,6 ± 0,4 16,0 ± 1,2
Севрюга
Весна 47,0 ± 9,6 187,2 ± 22,4 119,0 ± 11,4 228,4 ± 23,8 9,6 ± 2,0 31,6 ± 3,6
Лето 44,6 ± 4,8 188,8 ± 16,4 139,2 ± 6,8 248,8 ± 19,2 8,6 ± 0,8 29,0 ± 3,0
Осень 31,8 ± 5,2 136,0 ± 19,8 113,2 ± 10,2 208,0 ± 24,6 6,4 ± 1,2 24,8 ± 3,6
Белуга
Весна 28,4 ± 2,2 76,0 ± 10,0 93,4 ± 8,2 100,6 ± 14,6 6,0 ± 0,6 13,8 ± 2,0
Лето 35,6 ± 4,2 122,8 ± 14,4 115,8 ± 7,2 159,8 ± 18,0 8,0 ± 1,0 18,0 ± 2,2
Осень 25,6 ± 5,0 133,0 ± 27,8 94,0 ± 10,6 143,6 ± 29,8 6,8 ± 2,6 22,8 ± 5,0
Интенсификация перекисных процессов в печени и мышцах в летний период зафиксирована у всех исследованных видов осетровых. Она обусловлена в первую очередь выносом токсичных веществ паводковыми водами в море и увеличением температуры воды. Наиболее резкий подъём отмечен у русского осетра в печени. Скорость реакции переокисления от весны к лету увеличивается в этом органе в 1,7—1,8 раза, а содержание МДА - более чем вдвое ^ < 0,05). В мышечной ткани он менее заметен. Скорость неферментативного окисления липидов увеличивается лишь на 18 %, при повышении интенсивности спонтанной реакции и содержания МДА соответственно в 1,5 и 1,4 раза. К осени наблюдается снижение интенсивности пе-рекисных процессов: в печени - в 1,3-1,4 раза, в мышцах - в меньшей степени - на 18 %. Наиболее ярко оно проявляется в мышечной ткани, в меньшей степени - в печени, в том числе и накоплении продуктов этой реакции.
Та же закономерность отслеживается и в сезонной динамике ПОЛ у двух других видов осетровых. У севрюги при более высоких параметрах ПОЛ, но при меньшей амплитуде колебаний (табл. 1). У белуги сезонная динамика параметров ПОЛ характеризуется повышением от весны к лету в печени в 1,6 раза, в мышцах - на 25 %, а содержание МДА в этих тканях в 1,3 раза, при возвращении их к осени к исходному состоянию лишь в мышечной ткани. В печени интенсивность перекисных процессов оставалась на уровне летнего периода.
Это означает, что и в этом случае проглядывается определённая зависимость интенсивности переокисления липидов в печени и мышцах от уровня общего загрязнения, обусловленного выносом различных токсичных веществ паводком, а также нефтяного загрязнения вод Северного Каспия. Считается [12], что основной объём (около 90 %) загрязняющих веществ в Северный Каспий поступает с речным стоком, при сохранении примерного соотношения загрязняющих веществ. Влияние паводка, или точнее поллютантов, выносимых паводковыми водами в Северный Каспий, на уровень перекисных процессов в печени осетровых рыб можно проследить также и на представленных ниже графиках (рис. 3).
Годы
-АсПОЛ, печень - - ♦- - Паводок
19931994199519961997199819992000200120022003
Годы
----•-АсПОЛ, печень - - - - Паводок
б
Годы
-АСПОЛ, печень
- - - - Паводок
а
в
Рис. 3. Межгодовая динамика уровня АсПОЛ в печени: а - русского осетра; б - севрюги; в - белуги (в летний период при различных объёмах паводка)
Межгодовую динамику объёма паводка волжских вод в общих чертах повторяет и интенсивность перекисных процессов в печени в летний период, продемонстрированных на примере интенсивности реакции АсПОЛ, наиболее чутко реагирующей на влияние неблагоприятных факторов внешней среды. И это закономерно - как правило, именно во время половодья наблюдаются наиболее высокие концентрации вредных веществ, как, например, фенолов и полицик-лических ароматических углеводородов в 2004 г. [13].
Четкую зависимость от величины паводка проявляет также и активность цитохромоксидазы -ключевого фермента аэробного обмена, что иллюстрирует рис. 4, на котором прослеживается обратная зависимость степени активности цитохромоксидазы в печени в летний период от величины паводка. Чем больше вынос волжскими водами токсичных веществ в Северный Каспий, тем ниже активность цитохромоксидазы в печени осетровых. Так, при низком объёме паводка, наблюдавшегося в 1996 г., - 62 км3, активность цитохромоксидазы у русского осетра в печени в летний период составила 5,85 ± 0,13 мкмоль/мг в мин. Столь же высокой (4,33 ± 0,57 мкмоль/мг в мин) она была и в 1993 г. при паводке 109 км3. Большие объёмы паводковых вод, приносящие в Северный Каспий и большее количество загрязняющих веществ, как, например, в 1991 г. (159 км3), 1994 г. (139 км3) и 1998 г. (123 км3), способствовали снижению активности цитохромоксидазы в печени русского осетра до 1,08 ± 0,13, 2,99 ± 0,28 и 1,08 ± 0,27 мкмоль/мг в мин соответственно, т. е. в 1,5-5,4 раза, в сравнении с годами относительно низкого паводка на р. Волге. Такая же картина имеет место
и при анализе данных исследования активности цитохромоксидазы у севрюги и белуги, выловленных в летний период. У севрюги наибольшая активность цитохромоксидазы в печени зафиксирована в 1993 г. - 4,21 ± 0,19 мкмоль/мг в мин, наименьшая - в 1991 г. - 1,15 ± 0,08.
Годы
- Цитохромоксидаза, печень
Паводок
Годы
Цитохромоксидаза,
печень
Паводок
Годы
- Цитохромоксидазы, - - Паводок
печень
Рис. 4. Межгодовая динамика активности цитохромоксидазы печени: а - русского осетра; б - севрюги; в - белуги (в летний период при различных объёмах паводка)
б
а
в
У белуги в те же годы обнаружена соответственно максимальная (4,79 ± 0,18 мкмоль/мг в мин) и минимальная (1,29 ± 0,45 мкмоль/мг в мин) активность этого фермента. Ещё одним доказательством влияния поллютантов на активность цитохромксидазы в печени является уменьшение её активности у русского осетра, выловленного в районах прямого действия волжского стока, более чем вдвое (р < 0,05), в сравнении с рыбами из участков моря, удалённых от дельты р. Волги (табл. 2).
Таблица 2
Активность цитохромоксидазы печени особей русского осетра, выловленных в различных участках Северного Каспия
Участки моря Цитохромоксидаза, мкмоль/мг в мин
Ближе к дельте р. Волги 1,22 ± 0,19
Дальше от дельты р. Волги 2,64 ± 0,57
При этом трансформация функционирования энергетической системы осетровых рыб не заканчивается изменениями активности цитохромоксидазы печени. Меняется также соотношение активности этого фермента в печени и мышцах (рис. 5). Оно увеличивается при снижении объёмов паводка и, наоборот, уменьшается при его повышении, что хорошо прослеживается на представленных ниже графиках. Необходимо, однако, ещё раз уточнить, что такая связь является опосредованной, т. к. величина соотношения определяется выносом токсикантов, а не количеством воды. Поэтому абсолютной зависимости в этом случае не наблюдается. Но отчётливо видна асинхронность межгодовых изменений соотношений активности цитохромоксидазы печени и мышц всех трех видов осетровых и объёма паводковых вод. Отметим, что если при относительно небольших объёмах паводка, как это наблюдалось в 1993 и 1996 гг., соотношение активности
км3
цитохромоксидазы печени и мышц было больше единицы: у русского осетра - 2,6 и 1,1, у севрюги -
1,5 и 1,2, у белуги - около 1,0, то в 1994 г. уже меньше единицы, т. е. обратным - соответственно
0,77; 0,91 и 0,66, как и в 1998 и 1999 гг., составляя, соответственно, у русского осетра - 0,78 и 0,57, у севрюги - 0,53 и 0,8, у белуги - 0,47 и 0,64. При этом прослеживается видовая специфичность ответной реакции этого фермента в печени и мышцах на уровень загрязнений, приносимых паводковыми водами в Северный Каспий. У русского осетра она более замедлена, вследствие чего у русского осетра межгодовые изменения соотношения активности цитохромоксидазы печени и мышц не столь вариабельны, как у севрюги и белуги.
Цитохромоксидаза, —±— Паводок —•— Цитохромоксидаза, _ _ Паводок
печень/мышцы печень/мышцы
а б
Годы
—• Цитохромоксидаза, - - Паводок
печень/мышцы
6
Рис. 5. Межгодовая динамика соотношения активности цитохромоксидазы печени и мышц: а - русского осетра; б - севрюги; в - белуги (в летний период при различных объёмах паводка)
Характер межгодовой динамики этого соотношения определяется не только изменениями активности цитохромоксидазы в печени, но и колебаниями активности данного фермента в мышцах, которые напрямую не связаны с уровнем паводка, что видно из рис. 6.
Он определяется сложными компенсационно-адаптационными процессами и фазностью реакции организма на воздействие токсичных веществ. Особенно это заметно в последние годы наблюдений (2001-2004 гг.), когда активность цитохромоксидазы в мышцах у всех исследованных видов осетровых снизилась до минимального уровня. Так, если в 1994-1995 гг. активность цитохромоксидазы в мышцах русского осетра была на уровне 3,9 и 3,5 мкмоль/мг в мин, то уже в 2001-2002 гг. она составляла лишь 1,0 и 1,4 мкмоль/мг в мин (при примерно одинаковых объемах паводка - 139-137 и 134-123 км3 соответственно), т. е. в 2,5-3,9 раза меньше. В последующие годы активность этого фермента не поднималась выше 1,2 мкмоль/мг в мин. То же самое зафиксировано и для двух других видов. У севрюги разница в активности цитохромоксидазы составила 2,4-2,6 раза (снизившись с 4,1-4,2 до 1,7-1,6 мкмоль/мг в мин), у белуги - 2,3-4,4 раза (с 3,5-5,7 до 1,3-1,5 мкмоль/мг в мин), при примерно таком же, как и у русского осетра, уровне активности цитохромоксидазы в мышцах в последующие два года - 1,0-1,3 мкмоль/мг в мин.
км3
. Цитохромоксидаза, мышцы
Годы
-А— Паводок
а
Цитохромоксидаза,
мышцы
Годы
- Паводок
Годы
. Цитохромоксидаза, мышцы
- - Паводок
Рис. 6. Межгодовая динамика активности цитохромоксидазы мышц: а - русского осетра; б - севрюги; в - белуги (в летний период при различных объёмах паводка)
б
в
В целом, если не обращать внимания на детали, динамика межгодовой активности цитохро-моксидазы мышц у осетровых рыб в летний период соответствовала колебаниям объёма паводка, с особенностями, характерными для каждого из исследуемых видов. Они выражались как в различиях степени активности цитохромоксидазы мышц, так и в направленности изменений активности этого фермента, при колебаниях объёма паводка и привносимых им загрязняющих веществ.
Заключение
Анализ данных по параметрам ПОЛ и активности цитохромоксидазы в печени и мышцах показал, что влияние на осетровых рыб оказывают не отдельные токсичные вещества, а их комплекс, индуцируя состояние окислительного стресса. Подтверждением этому является резкое увеличение параметров ПОЛ у всех исследованных видов осетровых в годы с повышенной загрязнённостью Северного Каспия. Окислительный стресс сопровождается сложными преобразованиями в функционировании энергетической системы, для которых характерно в общих чертах снижение активности цитохромоксидазы - ключевого фермента аэробного обмена в печени и её увеличение в мышцах. Такие изменения зачастую приводят к изменению соотношения активности цитохромоксидазы в печени и мышцах на обратное, что нехарактерно для энергетического обмена этих тканей. Печени свойствен преимущественно аэробный путь получения энергии, мышцам - анаэробный. При длительном воздействии токсикантов (как это имело место в 2000-2004 гг.) наблюдается снижение активности этого фермента как в печени, так и в мышцах. Видовые особенности ответной реакции на воздействие загрязняющих веществ выражаются в проявлениях характера оксидативного стресса и трансформации аэробного обмена в печени и мышцах. Ведущим фактором, влияющим на физиологическое состояние осетровых, в комплексе поллютантов, загрязняющих Северный Каспий, выступают нефтеуглеводороды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лукьяненко В. И. Общая ихтиотоксикология. - М.: Легкая и пищ. пром-сть, 1983. - 320 с.
2. Лукьяненко В. И. Экологические аспекты ихтиотоксикологии. - М.: Агропромиздат, 1987. - 240 с.
3. Барабой В. А. Механизмы стресса и перекисное окисление липидов // Успехи современной биологии. -1991. - Т. 111, вып. 6. - С. 923-931.
4. Чернышов В. И., Теличенко М. М. Физико-химические аспекты развития патологических процессов у Cyprinus carpio Ь. при резких перепадах температуры и содержания кислорода в воде и интоксикациях ядами разной природы // Вопросы ихтиологии. - 1973. - Т. 13, вып. 1 (78). - С. 157-166.
5. Строев Е. А., Макарова В. Г. Практикум по биологической химии. - М.: Высш. шк., 1986. - С. 211-214.
6. Гумидова Г. П., Сорокина Н. Н. Некоторые условия спектрофотометрического определения активности СДГ и ЦХО в митохондриях мозга // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 1967. - С. 41.
7. Методы биологии развития. - М.: Наука, 1974. - С. 323-363.
8. Эколого-токсикологическая характеристика Волго-Каспийского бассейна в современных условиях / Д. Н. Катунин, Т. Ф. Курочкина, Б. М. Насибулина и др. // Рыбохозяйственные исследования на Каспии. - Астрахань: КаспНИРХ, 1999. - С. 26-33.
9. Содержание загрязняющих веществ в водоёмах Волго-Каспийского бассейна / Д. Н. Катунин, Т. Ф. Курочкина, О. В. Попова и др. // Рыбохозяйственные исследования на Каспии. - Астрахань: КаспНИРХ, 2002. - С. 37-41.
10. Эколого-токсикологический мониторинг Волго-Каспийского бассейна / О. Н. Рылина, О. В. Попова, О. П. Попов и др. // Рыбохозяйственные исследования на Каспии. - Астрахань: КаспНИРХ, 2003. - С. 54-74.
11. Современное углеводородное загрязнение Каспийского моря и возможные последствия для экосистемы при широкомасштабном развертывании нефтедобычи на шельфе / Д. Н. Катунин, П. П. Гера-скин, Т. Ф. Курочкина и др. // Вестн. МАНЭБ. - СПб., 1999. - № 9 (21). - С. 33-39.
12. Глумов И. Ф. Современное состояние экосистем и хозяйственное освоение природных ресурсов Каспийского моря // Использование и охрана природных ресурсов в России. - 2001. - № 7. - С. 64-70.
13. Эколого-токсикологическое состояние водной среды низовьев р. Волги и Северного Каспия в 2004 г. / С. Н. Егоров, О. Н. Рылина, О. В. Попова и др. // Рыбохозяйственные исследования на Каспии. -Астрахань: КаспНИРХ, 2005. - С. 31-42.
Статья поступила в редакцию 4.10.2010
EFFECT OF NORTHERN CASPIAN POLLUTANTS ON THE INTENSITY OF LIPID PEROXIDATION AND THE ACTIVITY OF CYTOCHROME OXYDASE IN THE LIVER AND MUSCLES OF STURGEONS
P. P. Geraskin, G. F. Metallov, V. P. Aksenov, M. L. Galaktionova
On the basis of the analysis of long-term data (1993-2003), the regularity of oxidative stress origin was revealed for Russian sturgeon, Stellate sturgeon and beluga. It was conditioned by the total water pollution of Northern Caspian. The main factor, inducing the oxidative stress, was distinguished. The impact of the Caspian Sea pollution with toxic contaminants on the activity of cytochrome oxydase in sturgeons was shown, the peculiarities of changes of its activity in muscles and liver were also observed. The specific reaction of the fermentative system in fish species under study is considered.
Key words: pollutants, flood, oxidative stress, activity of cytochrome oxydase.
