ФИЗИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА
УДК 537.63+591.13
ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОЙ БУРИ НА АКТИВНОСТЬ ПРОТЕИНАЗ И ГЛИКОЗИДАЗ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ КИШЕЧНИКА РЫБ
© 2014 г. В. В. Кузьмина, Н. В. Ушакова, В. В. Крылов, Д. В. Петров
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742Ярославская обл., Некоузский р-н, пос. Борок
E-mail: vkuzmina@ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 22.05.2012 г.
Показано, что пребывание рыб семейства карповых (карп, карась) в условиях сильной магнитной бури продолжительностью 20 ч приводит к значительному снижению активности гликозидаз, но слабо влияет на активность протеиназ (достоверное уменьшение ферментативной активности отмечено только у голодных рыб). При исследовании влияния отдельных получасовых интервалов магнитной бури, соответствующих главной фазе и фазе восстановления, на активность тех же ферментов in vitro обнаружена противоположная тенденция. Установлено, что независимо от условий эксперимента магнитная буря в большей степени негативно влияет на ферментные системы голодных рыб.
DOI: 10.7868/S0002332914020052
Геомагнитной или магнитной бурей (МБ) называют связанное с солнечной активностью возмущение геомагнитного поля (ГМП) длительностью от нескольких часов до нескольких суток, которое сопровождается повышением индексов геомагнитной активности. Типичные МБ состоят из следующих сменяющих друг друга характерных интервалов: начальной фазы (незначительного усиления напряженности и флуктуаций ГМП), главной фазы (относительно резкого падения напряженности ГМП) и фазы восстановления (медленного колебательного восстановления значений ГМП) (Akasofu, Chapman, 1972). Биологическая эффективность МБ была установлена давно (Чижевский, 1936), причем в большинстве работ в этой области выявлялись связи между реально случившимися МБ и различными физиологическими показателями (Knox et al, 1979, Cor-nelissen et al., 2002; Stoilova, Dimitrova, 2008). При этом довольно трудно выделить фазы МБ, обладающие наибольшей биологической эффективностью. Причиной этого могут быть как неточности в регистрации геомагнитной активности при определении физиологических показателей (Ора-евский и др., 1998), так и несовпадение во времени биологических макроэффектов и эффективной фазы МБ, вследствие того, что на передачу сигнала от первичной мишени воздействия до регистрируемого эффекта тратится определенное время. В связи с этим без экспериментальных исследований крайне сложно судить о механизмах и закономерностях влияния МБ на живые организмы, а также выделить наиболее эффективную фазу этого геофизического процесса.
Воспроизведение МБ в лабораторных условиях требует сложного технического сопровождения, что затрудняет экспериментальное изучение этого экологического фактора. В некоторых экспериментах предпринимались попытки имитировать геомагнитные возмущения, однако используемые сигналы были далеки от естественных (Dupont et al., 2004; Persinger et al., 2005). Предварительные эксперименты, проведенные нами с растениями (лен, Linum bienne Mill.) и беспозвоночными (дафния, Daphnia magna Straus), свидетельствуют о том, что наибольший биологический эффект может быть обусловлен максимальными флуктуациями ГМП во время МБ (главная фаза и фаза восстановления МБ) (Крылов, 2012).
Сведения о влиянии МБ на пищеварительную систему животных, в частности рыб, отсутствуют. В то же время эта система, будучи одной из самых древних, исключительно важна для функционирования не только отдельных организмов, но и их сообществ.
Цель работы — изучение влияния МБ и отдельных фаз МБ на активность протеиназ и гликозидаз, обеспечивающих деполимеризацию белковых и углеводных компонентов пищи в кишечнике, а также в установлении зависимости эффектов от функционального состояния рыб (модель сытость—голод).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Работа проводилась в 2011—2012 гг. Объекты исследования — карп обыкновенный, Cyprinus carpio L., выращенный на экспериментальной ба-
4
161
зе "Сунога" ИБВВ РАН, и карась, Carassius caras-sius (Ь.), выловленный в Рыбинском водохранилище. Рыбы до экспериментов длительное время содержались в аквариумах с проточной или принудительно аэрируемой водой, летом при температуре 20 ± 2°С, зимой при 14 ± 2°С. Было проведено три цикла экспериментов на сытых и голодных рыбах. Первых кормили за 1 ч до опыта, вторым не давали пищу в течение 2 сут. Длина карпов в первом и втором циклах 5.8 ± 0.1 см, масса 6.0 ± 0.1 г, возраст 1+. Длина карасей в третьем цикле 25 ± 6 см, масса 800 ± 42 г.
Воспроизведение МБ проводилось в экспериментальной установке, позволяющей компенсировать в рабочем объеме флуктуации ГМП и создавать указанные пользователем сложные магнитные поля (Крылов и др., 2011). Экспериментальная установка включает в себя трехкомпонентный феррозондовый магнитометр, регистрирующий локальное магнитное поле и его вариации в широтном, меридиональном и вертикальном направлениях (НВ 0302А, НПО ЭНТ, С.-Петербург), систему из трех пар взаимно ортогональных колец Гельмгольца, в которой происходит компенсация флуктуаций ГМП в направлении трех регистрируемых компонент магнитного поля и генерация МБ, а также оборудование для аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования сигналов (Е^-Еи-8, ЗАО "Л-кард", Москва). Управление экспериментальной установкой осуществлялось с помощью компьютера со специальным программным обеспечением. В опытах воспроизводилась МБ на основе широкополосного сигнала реальной бури (октябрь 2003 г.), записанной на широте проведения экспериментов (рис. 1). МБ воспроизводилась при 0—5 Гц, размах амплитуды по одной компоненте составлял ~300 нТ В восстановительной фазе воспроизводимой МБ присутствовали Рс1-пульсации со средней несущей частотой 1 Гц и средней амплитудой 64 пТ.
В первых двух циклах экспериментов использовали карпов, которые были разделены на четыре группы: две контрольные (сытые и голодные) и две опытные (сытые и голодные), состоявшие из четырех или пяти особей. Рыб помещали в стеклянные трехлитровые банки с отстоянной водопроводной водой. Рыбы контрольных групп во время эксперимента находились в условиях постоянного магнитного поля Земли, при этом естественные флуктуации ГМП были скомпенсированы. Опытные рыбы находились в условиях действия МБ. Эксперименты продолжались 20 ч. Первый цикл опытов был проведен весной (конец мая), второй — зимой (январь). В третьем цикле, проведенном в феврале, исследовали влияние главной фазы и фазы восстановления МБ на активность пищеварительных гидролаз слизистой оболочки кишечника карася. Эти два интер-
вала МБ отчетливо различаются амплитудой флуктуаций. Воздействие изучаемой фазы МБ проводилось непосредственно во время инкубации гомогената слизистой оболочки кишечника и соответствующего субстрата в течение 30 мин.
Для получения ферментативно активных препаратов вскрывали брюшную полость рыб, изымали и помещали на ледяную баню висцеральные органы. Кишечники очищали от жира, разрезали вдоль, промывали раствором Рингера для холоднокровных животных (103 мМ NaCl, 1.9 мМ KCl, 0.45 мМ CaCl2, 1.4 мМ NaHCO3, рН 7.4), затем специальным скребком снимали химус и слизистую оболочку кишечника. После этого отбирали требуемое количество материала для приготовления исходного гомогената. Навески тканей гомогенизировали в стеклянном гомогенизаторе с использованием того же раствора Рингера в соотношении 1 : 9 при 0—4°С. Для этого стеклянный гомогенизатор помещали в стакан со льдом. Затем полученный гомогенат доводили раствором Рингера до конечного разведения 1 : 99.
Общую амилолитическую активность (АА), т.е. суммарную активность а-амилазы (КФ 3.2.1.1), глюкоамилазы (КФ 3.2.1.3) и ферментов группы мальтаз (КФ 3.2.1.20), определяли методом Нельсона в модификации Уголева и Иезуито-вой (1969). Общую протеолитическую активность (ПА), преимущественно активность трипсина (КФ 3.4.21.4), оценивали по увеличению концентрации тирозина методом Ансона (Anson, 1938) в некоторой модификации. Для определения АА и ПА в качестве субстратов использовали соответственно 1%-ный раствор растворимого крахмала (рН 7.4) и 1%-ный раствор казеина (рН 7.4), приготовленные на растворе Рингера. Инкубацию гомогената и субстрата осуществляли при 20°С в течение 30 мин при непрерывном перемешивании в 4—5 повторностях. О ферментативной активности судили по приросту продуктов реакции за 1 мин инкубации субстрата и ферментативно активного препарата с учетом фона (количество глюкозы или тирозина в исходном гомогенате) в расчете на 1 г сырой массы ткани, мкмоль/(г • мин). Результаты были обработаны статистически с помощью стандартного пакета программ (Microsoft Office' 95, приложение Excel). Различия между средними арифметическими оценивали с помощью критерия Стьюдента для малых выборок при р < 0.05.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Влияние магнитной бури на активность проте-иназ слизистой оболочки кишечника карпа. Полученные данные приведены на рис. 2. Уровни ПА слизистой оболочки кишечника у рыб контрольных групп весной достоверно не различались (рис. 2а). У голодных рыб ПА соответствовала
(а)
-200
Т
я
й 200
о С
о
О 100 £
Я
1-1
а
Я
я
ч я
И
-200
300
12
Время, ч
18
Рис. 1. Флуктуации ГМП в направлении Х- (а), У- (б) и Z-компонент (в), соответствующие реальной МБ и использованные в качестве сигнала. Начальная фаза МБ соответствует 2-6, главная фаза МБ — 6-8.5, фаза восстановления МБ - 8.5—24 ч.
9.57 ± 0.37, у сытых - 8.79 ± 0.38 мкмоль/(г • мин). После воздействия МБ уровень ПА у голодных рыб достоверно снизился до 6.94 ± 0.5 мкмоль/(г • мин), а у сытых рыб не изменился (9.44 ± 0.35 мкмоль/(г • • мин)).
Зимой ПА слизистой оболочки кишечника у рыб контрольных групп была ниже, чем весной -7.08 ± 0.91 и 6.01 ± 1.06 мкмоль/(г • мин) у голодных и сытых рыб соответственно (рис. 2б). После воздействия МБ ПА достоверно не изменилась ни у
голодных (6.85 ± 1.01 мкмоль/(г • мин)), ни у сытых рыб (6.25 ± 1.19 мкмоль/(г • мин)).
Влияние магнитной бури на активность глико-зидаз слизистой оболочки кишечника карпа. Весной АА слизистой оболочки кишечника у рыб контрольных групп также достоверно не различалась.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.