Влияние свинцовой и марганцевой интоксикации на метаболизм живых организмов

Содержание

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Влияние свинцовой и марганцевой интоксикации на метаболизм живых организмов

1.2 Общая характеристика липидного состава липопротеидов сыворотки крови рыб

1.3 Липопротеиды крови осетровых (Аcipenseridae) рыб

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1 Объект исследования

2.2 Постановка эксперимента

2.2.1 Методика определения содержания общих липидов в сыворотке крови (Chromy et al., 1975)

2.2.2 Методика определения содержания общего холестерина в сыворотке крови (Fishbach, Dunning, 2004)

2.3 Вариационно-статистическая обработка результатов

Глава 3. Результаты исследования и их обсуждение

Выводы

Литература

Список сокращений

 

МДА - малоновый диальдегид

ЛПВП - липопротеиды высокой плотности

ЛПНП - липопротеиды низкой плотности

ПДК - предельно-допустимая концентрация

ПОЛ - перекисное окисление липидов

Введение

 

Актуальность проблемы. Среди антропогенных факторов, действующих на гидробионтов северных широт, наибольшую опасность представляют промышленные стоки, содержащие соли тяжелых металлов (Лукин и др., 1998). Токсичность тяжелых металлов тесно связана с их физико-химическими свойствами (Дмитриева и др., 2002). Им свойственна высокая биологическая активность, способность аккумулироваться в тканях и органах живых организмов.

Рыбы являются наиболее удобными объектами в исследованиях водоемов, позволяющих установить степень влияния на живой организм различных факторов, в том числе и токсикантов. Они могут быть использованы для прогноза различного рода воздействий на водные экосистемы (Кашулин, 2000; Суховская, Смирнов, 2006).

Тяжелые металлы действуют на самые разные органы и системы, зачастую обладают очень высокой кумулятивной способностью (Азарин, 2008). К настоящему времени большинство исследований было посвящено изучению влияния марганца и свинца на организм человека во вредных условиях труда, в то время как роль этих тяжелых металлов, как значимого фактора загрязнения окружающей среды, практически не изучена.

С одной стороны цинк, медь, марганец, кобальт, железо и другие элементы относятся к жизненно важным элементам, необходимым в определенных количествах для нормального функционирования порядка 90 ферментов, части гормонов, витаминов, биосинтеза РНК и ДНК, влияющим на все виды обмена веществ в организме, а с другой - находясь в больших количествах в воде и корме, они могут оказывать отрицательное (токсическое) влияние на рыб (Воробьев, 2008).

Загрязнение вод отрицательно сказывается на всех представителях биоты, но особое значение для оценки трансформации водных экосистем имеют исследования на рыбах, являющихся конечным звеном в трофической цепи, в котором накапливаются и отражаются все изменения на предыдущих уровнях. Использование биохимических показателей значительно расширяет возможности изучения, как самих рыб, так и среды их обитания.

В этой связи приобретает актуальность изучения динамики содержания липидных показателей сыворотки крови сеголеток карпа рыб в условиях оксидативного стресса, вызванного ионами марганца и свинца.

Цель и задачи исследования. Целью нашей работы является сравнительное изучение влияние хронической интоксикации ионами марганца и свинца на содержание общего холестерина и общих липидов в сыворотке крови сеголеток карпа. Из поставленной цели вытекает задача изучения влияния загрязнения водной среды ионами марганца и свинца на содержание общего холестерина и общих липидов в сыворотке крови сеголеток карпа.

Научная новизна. Получены данные о хроническом воздействии ацетата свинца (0,5 мг/л) и сульфата марганца (0,1 мг/л) на динамику содержания общего холестерина и общих липидов в сыворотке крови сеголеток карпа.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные материалы по содержанию общего холестерина и общих липидов в сыворотке крови карпа могут служить важным информативным материалом для оценки патологий, наблюдаемых у рыб на рыбоводных комбинатах в водоемах, доступных для ксенобиотиков различного происхождения.

Полученные материалы могут быть использованы также в качестве биохимического теста для мониторинга и экологических экспертиз водоемов.

Глава 1. Обзор литературы

 

Объект исследования

 

Материалом исследования послужили сеголетки карпа (Cyprinus Сarpio L.), достигшие 5 - 6 месяцев, весом 100 - 150 гр., отловленные в прудах Широкольского комбината Тарумовского района РД перед их переброской в пруды для зимовки. Рыбокомбинат занимает около 1,5 тыс. гектаров водной поверхности. Глубина прудов составляет примерно 1,5 - 2 м., они снабжаются пресной водой из р. Сулак.

Выбор объекта исследования связан с тем, что карповые обладают значительной устойчивостью к смене среды обитания, холоду и другим неблагоприятным условиям жизни. Рыбы были перевезены в специальных мешочках с кислородом из с. Юрковка Тарумовского района в г. Махачкала и помещены в аквариумы объемом 250 - 300 литров по 15 - 20 штук в каждом. В течение месяца они проходили адаптацию в условиях лаборатории.

 

Постановка эксперимента

 

Сеголетки карпа были распределены на три группы, которые содержались в разных аквариумах:

- контроль (интактные рыбы, которые содержались в чистой воде);

- опытная группа (в аквариумы добавляли раствор ацетата свинца расчета 0,5 мг/ дм3) (ПДК - 0,1 мг/дм3);

- опытная группа (в аквариумы добавляли раствор сульфат марганца из расчета 0,1 мг/ дм3) (ПДК - 0,01 мг/дм3) (Минина, 2003; Волошина, 2006).

В аквариумах создавались условия постоянного температурного (t 19-210C) и газового режима. Биохимические анализы проводили на 5, 15, 30 и 40 дни эксперимента по следующему показателю  динамика общих липидов и общего холестерина в сыворотке сеголеток карпа в норме и при хронической интоксикации ионами марганца и свинца.

 

2.2.1 Методика определения содержания общих липидов в сыворотке крови (Chromy et al., 1975)

Набор реактивов для приготовления 290 мл рабочего раствора для определения общих липидов в сыворотке крови. Объем достаточен для 180 анализов.

Принцип метода:

Ненасыщенные липиды и жирные кислоты, фосфолипиды и холестерин взаимодействуют после гидролиза серной кислоты с фосфованилиновым реактивом с образованием красного окрашивания.

Реактивы:

. Стандартный раствор (8 мл)

общие липиды 8 г/л

. Раствор ванилина (290 мл)

ванилин 10 ммоль/л, кислота ортофосфорная 11,5 моль/л

Состав реакционной смеси:

Ванилин 9,4 ммоль/л

Кислота ортофосфорная 10,8 ммоль/л

Кислота серная 1,1 моль/л

Соотношение сыворотка/реакционная смесь 1/1230

Референтные величины:

(нтБ) С - Общие липиды, (г / л) 4-8

Приведенный диапазон референтных значений является ориентировочным.

Воспроизводимость:

Около ± 5%

Вспомогательный раствор (не входит в состав набора)

Кислота серная конц., ч. д. а.

Проведение анализа:

Длина волны (510-550) нм

Кювета 1 см

Температура (+15 до +25)°С

В трех пробирках смешивают серную кислоту конц., ч. д. а. в соотношении 75+1 с сывороткой (проба), реактивом 1 (стандарт) или дистиллированной водой (контрольный раствор), перемещивают и нагревают 15 мин на кипящей водяной бане (напр.1,5 мл серной кислоты конц. ч. д. а. и 0,02 мл сыворотки, реактив 1 или дистиллированной воды). После охлаждения пробирок проточной водой смешивают гидролизат с реактивом 2 в объемном соотношении 1+15 и оставляют стоять 50 мин при температуре (с +15 до +25)°С (напр.0,1 мл гидролизата пробы, стандарта или контрольного раствора и 1,5 мл реактива 2). Не позднее чем через 60 мин измеряют оптическую плотность пробы (А1) и стандарта (А2) против контрольного раствора.

 

Отмерить (мл)	Проба	Стандарт	Контрольный раствор
Сыворотка Реактив 1 Кислота серная конц.	0,02 1,50	- 0,02 1,50	- 1,50
Перемешивают и нагревают 15 мин на кипящей водяной бане. После охлаждения пробирок проточной водой отмеряют
Гидролизат Реактив 2	0,10 1,50	0,10 1,50	0,10 1,50
Перемешивают и оставляют стоять 50 мин при (+15 до +25)°С. Не позднее чем через 60 мин измеряют оптическую плотность пробы (А1) и стандарта (А2) против контрольного раствора

 

Расчет:

Общие липиды (г/л) = 8 × А1/А2

 

2.2.2 Методика определения содержания общего холестерина в сыворотке крови (Fishbach, Dunning, 2004)

Набор реагентов для определения концентрации общего холестерина в сыворотке и плазме крови энзиматическим колориметрическим методом.

Принцип метода:

Холестерин из состава эфиров высвобождается под действием фермента холестеринэстеразы (ХЭ). При участии фермента холестериноксидазы (ХО) холестерин окисляется до 4-холестен-3-она. Освобождающаяся перекись водорода, при участии фермента пероксидазы, способствует окислительному азосочетанию 4 - аминоантипирина (4-ААП) и фенола с образованием окрашенного соединения (хинониминовый краситель). Интенсивность окраски реакционной среды пропорциональна содержанию холестерина в исследуемом материале и определяется фотометрически при длине волны 500 (490-520) нм.

Схема реакции:

 

Эфиры холестерина + Н2О  холестерин + жирные кислоты

Холестерин + О2  4-холестен-3-он + Н2О2

Н2О2 + 4-ААП + фенол хинониминовый краситель + 4 Н2О

 

Исследуемый материал:

Сыворотка, гепаринизированная или ЭДТА-плазма крови без следов гемолиза.

Проба стабильная 7 дней при температуре 2-8˚С.

Состав набора:

Монореагент (250 мл)

Калибратор - раствор холестерина 5,17 ммоль/л (1,5 мл)

Подготовка реагентов к процедуре анализа и их стабильность:

Монореагент готов к применению; после вскрытия флакона монореагент стабилен не менее 6 месяцев при температуре 2-8 ˚С в защищенном от света месте. Тщательно закрывать флакон с монореагентом после каждого использования. Бледно-розовая окраска монореагента с величиной оптической плотности до 0, 200 А, измеренной против дистиллированной водой при длине волны 500 нм, не влияет на правильность определения холестерина в исследуемом образце.

Калибратор готов к применению; после вскрытия флакона калибратор стабилен не менее 6 месяцев при температуре 2-8 ˚С.

Невскрытые реагенты стабильны в течение года при температуре 2-8 ˚С, монореагент в защищенном от света месте.

 

Процедура анализа:

Компоненты реакционной смеси	Опытная проба	Калибровочная проба	Контрольная проба
Монореагент, мл	2,0	2,0	2,0
Сыворотка (плазма), мл	0,02	-	-
Калибратор, мл	-	0,02	-
Вода дистилл., мл	-	-	0,02

 

Реакционную смесь тщательно перемешайте и инкубируйте не менее 15 минут при комнатной температуре (18-25 ˚С) или 10 минут при температуре 37˚С. После окончания инкубации измерьте оптическую плотность опытной и калибровочной проб против контрольной (холостой) пробы при длине волны 500 нм (490-540 нм). Окраска растворов стабильна в течение 1 часа после окончания инкубации при хранении проб в защищенном от света месте при комнатной температуре. Объемы исследуемого образца и монореагента можно изменить, соблюдая соотношение 1: 100.

 

Автоматические анализаторы:

Длина волны                                       500 нм

Измерение против                        Контрольной пробы

Метод измерения                                Конечная точка

Изменение оптической плотности      Возраст

Температура                                       37 ˚С

Соотношение образец/реагент           1: 100

Время преинкубации                          3 секунды

Время реакции                                    600 секунд

Предел абсорбции контрольной пробы 0, 200 А

Предел максимальной абсорбции     2,000 А

Калибратор                                                  5,17 ммоль / л

Линейность                                          0,5-25,8 ммоль / л

 

Расчет концентрации холестерина (С, моль / л) проведите по формуле:

 

С= × 5,17 ммоль / л,

 

где Е пробы - ед. опт. плотность исследуемой пробы

Е калибр. - ед. опт. плотность калибровочной пробы

,17 ммоль / л - концентрация холестерина в калибраторе

Аналитические характеристики:

Линейность - 0,5-25,8 ммоль /л

Коэффициент вариации - не менее 5 %.

 

Выводы

 

1. Содержание общих липидов и общего холестерина в сыворотке крови в норме у сеголеток карпа составляет 3,96±0,18 г/л и 7,94±0,06 ммоль/л соответственно.

2. На 5 сутки интоксикации карпа в водной среде с ионами свинца наблюдается рост содержания общих липидов в сыворотке крови на 4,41 и 21,46 %, тогда как под влиянием ионов марганца наблюдается снижение общего холестерина на 44,96 % на фоне повышения содержания общих липидов на 57,83% по сравнению с контролем.

3. На 15 сутки экспозиции рыб в водной среде с ионами свинца наблюдается снижение концентрации общего холестерина и общих липидов в сыворотке крови сеголеток карпа на 5,29 и 15,4 % соответственно; а под влиянием ионов марганца уровень общего холестерина в сыворотке крови карпа падает на 60,83% на фоне повышения общих липидов на 83,84% по сравнению с контролем.

4. Дальнейшее пролонгирование интоксикации карпа в водной среде с ионами марганца до 30 суток приводит к росту содержания общего холестерина и общих липидов в сыворотке крови на 86,78 и 42,42% соответственно. При воздействии ионами свинца содержание холестерина снижается на 66,49% при одновременном росте общих липидов на 13,38% по сравнению с контролем.

Литература

 

1. Азарин К.В. Тяжелые металлы как экотоксиканты и генераторы окислительного стресса / Второй Санкт-Петербургский Междунар. экологический форум "Окружающая среда и здоровье человека" / Конгресс "Экотоксиканты и здоровье человека" // Вестник Российской военной академии, Приложение 2. - 3. - 23. - 2008. - С.62-63.

2. Аксенов В.П., Гераскин П.П., Горбанев Е.А. Содержание холестерина в крови самок севрюги в период нерестовой миграции / Тез. докл.1-го симпоз. по эколог, биохимии рыб. - Ярославль, 1987. - С.5-6.

.   Аксенова М.Е. Тяжелые металлы: механизмы нефротоксичности / РДО, Материалы, журнал, 2000. - С.1-2.

.   Баль Н.В. Фракционный состав липопротеидов сыворотки крови каспийской севрюги / Тез. докл.1-го симпоз. по экологии, биохимии рыб. - Ярославль, 1987. - С. 20-21.

.   Богач П.Г., Курский М.Д., Кучеренко Н.Е., Рыбальченко В.К. Структура и функция биологических мембран. - Киев: Высшая школа, 1981. - 336 с.

.   Болдырев А.А. Матриксная функция биологических мембран // Соросовский образоват. журн. Биология. - 2001. - Т.7. - № 7. - С.2-8.

.   Будников Г.К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных систем // Соросовский образоват. журн. Биология. - 1998. - Т.7. - №4. - С.21-28.

.   Васильева О.Б., Лизенко Е.И., Регеранд Т.И., Юровицкий Ю.Г., Сидоров В.С. Биохимические особенности липидного состава липопротеидов у рыб разной экологии: форели Salmo Iriseush. и сига Coregonus Lavaretus L. // Изв. АН. Сер. Биол. - 2004. - № 4. - С.146-149.

.   Васьковский В.Е. Липиды // Соросовский образоват. журн. Биология. - 1997. - №3. - С.32-37.

.   Волошина Г.В. Экологическая оценка состояния поверхностных вод реки Понура // Эколог. вест. Север. Кавказа. - 2006. - Т.2. - № 1. - С.118-122.

.   Воробьев Д.В. Функциональные особенности метаболизма металлов у рыб в современных биогеохимических условиях дельты р. Волги // Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. биол. наук. - Астрахань, 2008. - 22 с.

.   Гершанович А.Д., Лапин В.И., Шатуновский М.И. Особенности обмена липидов у рыб // Успехи современной биологии. - 1991. - Т.111. - №2. - С. 207-217.

.   Грубен О.М. Взаимосвязь функционирования системы гемоглобина и перекисного окисления липидов в крови карпа при интоксикации / Докл. Нац. АН Украина. - 1997. - № 2. - С.146 - 150.

.   Гурин В.Н. Обмен липидов при гипотермии, гипертермии и лихорадке. - Минск: Беларусь, 1986. - С. 190.

.   Дмитриева А.Г., Кожанова О.Н., Дронина Н.Л. 2002. Физиология растительных организмов и роль металлов. - М.: Изд-во МГУ. - 160 с.

.   Кашулин Н. А, Лукин А.А., Амундсен П.А. 1999. Рыбы пресных вод субарктики как биоиндикаторы техногенного загрязнения. - Апатиты: КНЦ РАН. - 142 с.

.   Кизеветтер И.В. Биохимия сырья водного происхождения. - М.: Пищевая промышленность, 1973. - 345 с.

.   Крепс Е.М. Липиды клеточных мембран. - Л.: Наука, 1981. - 339 с.

.   Кучеренко Н.Е., Васильев А.Н. Липиды. - М.: Высшая школа, 1985. - 247 с.

.   Кучер Е.О., Шевчук М.К., Петров А.Н. Изучение влияния совместного введения марганца, пирацетама и цитофлавина на когнитивные функции белых крыс / Второй Санкт-Петербургский Междунар. экологический форум "Окружающая среда и здоровье человека", конгресс "Экотоксиканты и здоровье человека" // Вестник Российской военной академии, Приложение 2. - 3. - 23. - 2008. - С.94-95.

.   Лакин Т.Б. Биометрия. - М.: "Высшая школа", 1990. - 352 с.

.   Леус Ю.В., Грубинко В.В. Перекисное окисление липидов и антиоксидантная защита у рыб (Обзор) // Гидробиология. - 2001. - Т.37. - № 1. - С.64-78.

.   Лизенко Е.И., Сидоров В.С., Лукьяненко В.И., Регеранд Т.И., Гурьянова С.Д., Васильева Т.С., Такшеев С.А. Общая характеристика липидного состава липопротеидов сыворотки крови осетровых (Аcipenseridae) // Вопр. ихтиологии. - 1995. - Т.35. - № 4. - С.553-557.

.   Лизенко Е.И., Загорских О.М., Соловьев Л.Г. Сравнительная характеристика липидного состава органов енисейских и каспийских осетров // Биохимические особенности болезней рыб. - Петрозаводск, 1991. - С.36 - 41.

.   Лукин А. А, Даувальтер В.А., Кашулин Н.А., Раткин Н.Е. Влияние аэротехногенного загрязнения на водосборный бассейн озер Субарктики и рыб // Экология. - 1998. - № 2. - С.109-115.

.   Методы биохимических исследований. Учебное пособие под ред. проф. Прохоровой М.И. - Л., 1982. - 272 с.

.   Минина Л.И. Методические указания к практикуму "Анализ объектов окружающей среды". Определение массовой концентрации меди, свинца, кадмия в поверхностных водах суши инверсионным вольтамперметрическим методом / Под ред.Е.М. Цыганков. - Ростов-на-Дону, 2003. - 26 с.

.   Момыналиев К.Т., Говорун В.М., Панасенко О.М., Сергиенко В.И. Участие холестерина в гипохлорид - индуцированном окислении холестерин-фосфатидилхолиновых липосом // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. Биофизика и биохимия. - 1996. - №5. - С.516-519.

.   Мусаев Б.С., Рабаданова А.И., Мурадова Г.Р. Влияние загрязнения водной среды ацетатом свинца на белково-липидные компоненты печени и почек сеголеток карпа // Токсикологический вестник. - 2008. - №4. - С.14-17.

.   Пурмаль А.П. Антропогенная токсикация планеты // Соросовский образоват. журн. Химия. - 1998. - № 9. - С.39-51.

.   Пустовит Н.С., Пустовит О.П. Некоторые гематологические показатели молоди Камчатсткой микижи Parasalmo mykiss // Вопр. ихтиологии. - 2005. - Т.45. - № 5. - С.680-688.

.   Регеранд Т.Ч. Липопротеиды сыворотки крови позвоночных животных // Биохимия экто - и эндотермных организмов. - Петрозаводск, 1989. - С.27 - 53.

.   Рипатти П.О., Михайлова Н.В., Антонова В.В. Содержание жирных кислот в печени и мышцах молоди озерного лосося Salmo salar morpha Sebago при некрозе плавников // Вопр. ихтиологии. - 1996. - Т.36. - №1. - С.120-124.

.   Самотуга В.В., Малоног К.П., Бондаренко Ю.Г., Литвиченко О.М. Оцінка ризику для здоров‘я населення в зв‘язку з викидами канцерогенних речовин автотранспортом // Актуальные проблемы транспортной медицины. - 2006. - № 3. - 5. - С.118-122.

.   Сидоров В.С. Экологическая биохимия рыб. Липиды. - Л.: Наука, 1983. - 238 с.

.   Силкина Н.И., Микряков В.Р. Влияние сублетальных концентраций ионов кадмия на некоторые показатели липидного обмена рыб // Мат-лы 3 науч. - практ. конф. "Актуальные проблемы экологии Ярославской области". - Ярославль: издание "ВВО РЭА". - 2005. - Вып.3. - Т.1. - С.284-288.

.   Скальный, А.В. Биоэлементология: основные понятия и термины (Текст): терминологический словарь / А.В. Скальный, И.А. Рудаков, С.В. Нотова, В.В. Скальный, Т.И. Бурцева, О.В. Баранова, С.Г. Губайдулина. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2005. - 50 с.

.   Талакин Ю.Н., Сергеева Л.А., Давыдова С.Ф., Пидоренко А.И. Гигиенические аспекты содержания соединений тяжелых металлов в почве и воде: состояние проблемы, перспективы дальнейших исследований (обзор) // Ж. Довкілля та здоров’я. - 2007. - № 3. - С.13-19. К

.   Таранова Н.П. Липиды центральной нервной системы при повреждающих воздействиях. - Ленинград: Наука, Ленинградское отд-ние, 1988. - С.158.

.   Хуцишвили М.Б., Рапорт С.И. Клиническая медицина. Лаборатория хрономедицины и клинических проблем гастроэнтерологии" РАМН, М. - 2002. - №10. - С.10-16.

.   Черкесова Д.У., Магомедгаджиева Д.Н., Магомедов Т.П., Исуев А.Р. Реакция гидробионтов на воздействие свинца / В сб. Материалы IV Ассамблеи Ассоциации Университетов Прикаспийских государств. - Махачкала, 7-11 сентября, 1999. - С.218.

.   Шепелев А.П., Корниенко И.В., Шестопалов А.В., Антипов А.Ю. Роль процессов свободнорадикального окисления в патогенезе инфекционных болезней // Вопр. мед. химии. - 2000. - 46. - №2. - С.100-116.

43. Bahin J. M. V. Plasma lipoproteins in fish // J. Lipid Res. - 1989. - V.30. - № 4. - P.467-484.

44. Bastiaanse E. M. Lars Hőld Karin M., Van Der Laarse Arnoud. The effects of membrane cholesterol content on ion transport processes in plasma membranes // Cardiov. Pes. - 1997. - 33. - №2. - P.272-283.

45. Brooks R. R. Geobotany and Biogeochemistry in Mineral Exploration. Harper and Row // New York. - 1972. - 4. - 412 p.

46. Chapman MJ., Goldstein S., Mills G. L. Leger С. Distribution and characterization of the serum lipoproteins and their apoproteins in the rainbow trout (Salmo gairdnsri) // Biochemistry. - 1978. - V.17. - №21. - P.4455-4464.

.   Cоrraze Genevieve, Kaushik Sadasivam. Les lipides des poissons marins et d’eau douce // OCL: Oleagineux, corps gras. lipides. - 1999. - Vol.6. - № 1. - P.111-115.

48. Cromy V., Kukla R., Homakova M., Malimankova A., Belusa О. // Diagn. Lab. - 1975. - 11. - Р.231.

Содержание

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Влияние свинцовой и марганцевой интоксикации на метаболизм живых организмов

1.2 Общая характеристика липидного состава липопротеидов сыворотки крови рыб

1.3 Липопротеиды крови осетровых (Аcipenseridae) рыб

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1 Объект исследования

2.2 Постановка эксперимента

2.2.1 Методика определения содержания общих липидов в сыворотке крови (Chromy et al., 1975)

2.2.2 Методика определения содержания общего холестерина в сыворотке крови (Fishbach, Dunning, 2004)

2.3 Вариационно-статистическая обработка результатов

Глава 3. Результаты исследования и их обсуждение

Выводы

Литература

Список сокращений

 

МДА - малоновый диальдегид

ЛПВП - липопротеиды высокой плотности

ЛПНП - липопротеиды низкой плотности

ПДК - предельно-допустимая концентрация

ПОЛ - перекисное окисление липидов

Введение

 

Актуальность проблемы. Среди антропогенных факторов, действующих на гидробионтов северных широт, наибольшую опасность представляют промышленные стоки, содержащие соли тяжелых металлов (Лукин и др., 1998). Токсичность тяжелых металлов тесно связана с их физико-химическими свойствами (Дмитриева и др., 2002). Им свойственна высокая биологическая активность, способность аккумулироваться в тканях и органах живых организмов.

Рыбы являются наиболее удобными объектами в исследованиях водоемов, позволяющих установить степень влияния на живой организм различных факторов, в том числе и токсикантов. Они могут быть использованы для прогноза различного рода воздействий на водные экосистемы (Кашулин, 2000; Суховская, Смирнов, 2006).

Тяжелые металлы действуют на самые разные органы и системы, зачастую обладают очень высокой кумулятивной способностью (Азарин, 2008). К настоящему времени большинство исследований было посвящено изучению влияния марганца и свинца на организм человека во вредных условиях труда, в то время как роль этих тяжелых металлов, как значимого фактора загрязнения окружающей среды, практически не изучена.

С одной стороны цинк, медь, марганец, кобальт, железо и другие элементы относятся к жизненно важным элементам, необходимым в определенных количествах для нормального функционирования порядка 90 ферментов, части гормонов, витаминов, биосинтеза РНК и ДНК, влияющим на все виды обмена веществ в организме, а с другой - находясь в больших количествах в воде и корме, они могут оказывать отрицательное (токсическое) влияние на рыб (Воробьев, 2008).

Загрязнение вод отрицательно сказывается на всех представителях биоты, но особое значение для оценки трансформации водных экосистем имеют исследования на рыбах, являющихся конечным звеном в трофической цепи, в котором накапливаются и отражаются все изменения на предыдущих уровнях. Использование биохимических показателей значительно расширяет возможности изучения, как самих рыб, так и среды их обитания.

В этой связи приобретает актуальность изучения динамики содержания липидных показателей сыворотки крови сеголеток карпа рыб в условиях оксидативного стресса, вызванного ионами марганца и свинца.

Цель и задачи исследования. Целью нашей работы является сравнительное изучение влияние хронической интоксикации ионами марганца и свинца на содержание общего холестерина и общих липидов в сыворотке крови сеголеток карпа. Из поставленной цели вытекает задача изучения влияния загрязнения водной среды ионами марганца и свинца на содержание общего холестерина и общих липидов в сыворотке крови сеголеток карпа.

Научная новизна. Получены данные о хроническом воздействии ацетата свинца (0,5 мг/л) и сульфата марганца (0,1 мг/л) на динамику содержания общего холестерина и общих липидов в сыворотке крови сеголеток карпа.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные материалы по содержанию общего холестерина и общих липидов в сыворотке крови карпа могут служить важным информативным материалом для оценки патологий, наблюдаемых у рыб на рыбоводных комбинатах в водоемах, доступных для ксенобиотиков различного происхождения.

Полученные материалы могут быть использованы также в качестве биохимического теста для мониторинга и экологических экспертиз водоемов.

Глава 1. Обзор литературы

 

Влияние свинцовой и марганцевой интоксикации на метаболизм живых организмов

 

Тяжелые металлы, как и другие химические загрязнители, попадают в среду обитания человека в результате не только природных процессов (извержения вулканов, выклинивание на поверхность Земли геохимических аномалий и т.п.), но, главным образом, вследствие интенсивного развития промышленности, нерационального использования природных ресурсов и урбанизации жизни общества. Поступление в окружающую среду металлов, обусловленное техногенной деятельностью, в сотни и тысячи раз выше их фоновых концентраций, что в глобальном масштабе сопоставимо или превышает их промышленную добычу. Антропогенные процессы, определяя в ряде мест и даже отдельных регионах формирование качественно новых антропогенных биохимических провинций, неизбежно сопровождаются комплексной полиэлементной химизацией (металлизацией) по следующей цепи: источники загрязнений (выбросы, отходы, стоки) - депонирование (почва, донные отложения) и главные жизнеобеспечивающие среды (воздух, вода, продукты питания) - организм человека. Общепризнано, что промышленные предприятия и транспорт сегодня интенсивно загрязняют окружающую среду. Добыча твердого и жидкого топлива, работа горнообогатительных комплексов сопровождается выбросами весьма токсичных металлов и их соединений: хрома, меди, кобальта, никеля, цинка, свинца, марганца, ртути и др. Тяжелые металлы поступают в почву в форме оксидов и солей как растворимых, так и практически нерастворимых в воде (нитритов, сульфидов, сульфатов, арсенитов и др.). Оксиды тяжелых металлов закрепляются в основном в твердой фазе почвы, особенно при нейтральном и щелочном рН. Применение минеральных удобрений может усугублять негативное воздействие тяжелых металлов, способствуя возникновению ряда нежелательных физических и биологических процессов: изменяя подвижность тяжелых металлов в почве, удобрения влияют на доступность их растениям. Основными загрязнителями мхов стали кадмий (0,30-0,35 мг/кг) и кобальт (более 5 мг/кг), а лесных подстилок - железо (3500-9000 мг/кг), цинк (100-150 мг/кг), медь (100-150 мг/кг) и кадмий (более 1 мг/кг). Однако лишь концентрации свинца и кадмия превышали ПДК. Накопление тяжелых металлов в разных компонентах биоценозов носит избирательный характер. Для свинца и меди отмечено увеличение их содержания в трофической цепи "фитофаг - хищник - сапрофаг". Железо, марганец, медь, цинк и никель в поверхностных водах могут быть в растворенном виде, в виде коллоидов и взвешенных частиц. Среди твердых субстратов донных отложений поверхностных водоемов активно накапливаются тяжелые металлы (железо, марганец, медь, цинк, свинец, хром и кадмий). Техногенное поступление тяжелых металлов в окружающую среду происходит в виде газов и аэрозолей (возгонка металлов и пылевидных частиц) и в составе сточных вод. Пути миграции тяжелых металлов в изучаемой местности можно описать схемой: "источник эмиссии - атмосфера - почва - растения - животное - человек". Они имеют длительный период концентрации в живых организмах (Талкин и др., 2007).

Свинец относится к наиболее известным ядам. Все соединения свинца токсичны. Наиболее токсичны солянокислые и уксуснокислые соли, как наиболее легко растворимые в воде и жидкостях организма.

Половина от общего количества свинца поступает в окружающую среду в результате сжигания этилированного бензина. Подсчитано, что в составе отработанных газов автотранспорта поступает в атмосферу ежегодно до 260 тыс. т свинца, а один автомобиль ежегодно выбрасывает в атмосферу в среднем 1 кг свинца в виде аэрозоля. В США более 90% антропогенного загрязнения свинцом приходится именно на автомобильный транспорт (Пурмаль, 1998).

ион свинец марганец рыба

Существенными источниками загрязнения окружающей среды свинцом и его соединениями являются предприятия оборонной промышленности. Так, монтажно-паечные работы обусловливают эмиссию свинца и его неорганических соединений в приземный слой атмосферы в целом по России в объеме 1 т/год. Лакокрасочные, пропиточные, эмалировочные работы и работы с применением компаундов обусловливают эмиссию свинца и его неорганических соединений до 150 т/год без учета составов с высоким удельным содержанием свинца, но имеющих ограниченное применение. Поступление свинца в окружающую среду происходит также при производстве свинецсодержащих боеприпасов, нанесении свинцовых покрытий и других специальных работах.

Различные соединения свинца обладают разной токсичностью: малотоксичен стеарат свинца; токсичны соли неорганических кислот (хлорид свинца, сульфат свинца и др.); высокотоксичны алкилированные соединения, в частности, тетраэтилсвинец. Однако на практике, как правило, анализируется только общее содержание свинца в различных компонентах окружающей среды, продовольственном сырье и пищевых продуктах, без дифференциации на фракции и идентификации вида соединений.

Тетраэтилсвинец также поступает в природные воды, в связи с его использованием в качестве антидетонатора в моторном топливе водных транспортных средств, а также с поверхностным стоком с городских территорий. Данное вещество характеризуется высокой токсичностью и обладает кумулятивными свойствами. Сжигание каменного угля поставляет в окружающую среду 27,5 - 35 тыс. т свинца, а в результате сжигания нефти и бензина почти 50% антропогенного выброса приходится на свинец. В результате работы металлургических предприятий на поверхность Земли поступает около 90 тыс. т свинца. Источником поступления свинца в окружающую среду также являются предприятия металлургической и химической промышленности, которые выбрасывают в атмосферу наряду с другими загрязнителями, и оксиды свинца (Самотуга и др., 2006).

В водных системах свинец в основном связан адсорбционно со взвешенными частицами или находится в виде растворимых комплексов с гуминовыми кислотами. При биометилировании, как и в случае со ртутью, свинец образует тетраметилсвинец. В незагрязненных поверхностных водах и суши содержание свинца обычно не превышает 3 мкг/л. В реках промышленных регионов отмечается более высокое содержание свинца. Снег способен в значительной степени аккумулировать этот токсикант. В окрестностях крупных городов его содержание может достигать почти 1 млн мкг/л, а на некотором удалении от них 1-100 мкг/л. Ежегодно в мире в результате воздействия атмосферных процессов мигрирует около 180 тыс. тонн свинца (Brooks, 1972).

В организм человека большая часть свинца поступает с продуктами питания (от 40 до 70% в разных странах и по различным возрастным группам), а также с питьевой водой, атмосферным воздухом, при курении, при случайном попадании в пищевод кусочков свинецсодержащей краски или загрязненной свинцом почвы.

С атмосферным воздухом поступает незначительное количество свинца - всего 1-2%, но при этом большая часть свинца абсорбируется в организме человека. В питьевой воде различных стран мира содержание свинца изменяется в пределах 1 - 60 мкг/л и в большинстве европейских стран не превышает 20 мкг/л. Загрязненная свинцом почва является источником его поступления в продовольственное сырье и непосредственно в организм человека, особенно детей. Наиболее высокие концентрации свинца обнаруживаются в почве городов, где расположены предприятия по выплавке свинца, производству свинецсодержащих аккумуляторов или стекла.

Водные растения хорошо аккумулируют свинец. Иногда фитопланктон удерживает его с коэффициентом концентрирования 105, как и ртуть. В регионах с промышленными выбросами накопление тетраметилсвинца в тканях рыб протекает эффективно и быстро. Острое и хроническое воздействие свинца наступает при уровне загрязненности 0,1-0,5 мкг/л (Будников, 1998).

Свинец образует в организме стойкие депо, преимущественно в печени. По прекращении введения свинца происходит его перераспределение и свинец почти полностью (80-90%) депонируется в костях. Период полураспада свинца в организме человека составляет 6 лет в мягких тканях и 15 - 20 лет в скелете.

Свинец, подобно другим тяжелым металлам, включается в различные клеточные ферменты, в результате чего нарушается обмен веществ в организме (Brooks, 1972). Производное тетраэтила свинца - триэтилсвинец обладает нейротоксическим действием. Органические соединения свинца поглощаются кожей, легкими и желудочно-кишечным трактом. У рыб органами мишенями свинца являются жабры и желудочно-кишечный тракт. Жабры подвергаются токсической атаке в первую очередь. Реакция пограничных (эпителиальных) структур при отравлении рыб ацетатом свинца проявляется задолго до появления высших признаков токсикоза. Выделена определенная группа клеток жаберного эпителия наиболее подверженная воздействию токсиканта и аккумулирующая ионы свинца с возникновением последних стадий обширного тканевого отека.

Хроническое отравление свинцом и накопление его в организме человека даже при низких уровнях содержания приводит к снижению коэффициента интеллекта, ослаблению внимания, потере работоспособности, гиперактивности, расстройству поведения, отставанию в развитии. Известно также, что свинец неблагоприятно действует на течение и исход беременности. Наличие свинца в органах плода, а иногда в плаценте приводит к преждевременным родам, выкидышам, внутриутробной гибели плода. Особенно опасно воздействие свинца на маленьких детей, оно вызывает умственную отсталость и хроническое заболевание мозга. Так в США обратили внимание на проявление агрессивности у детей в связи с повышенным содержан