БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2013, № 2, с. 78-84
ВОДНАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ
УДК 597-113+574.64
ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕМ НА ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫЕ ФЕРМЕНТЫ РЫБ (ОБЗОР)
© 2013 г. А. А. Филиппов, И. Л. Голованова, А. И. Аминов
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: golovan@ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 22.11.2011 г.
Дан краткий обзор по действию органических загрязнителей различной химической природы (хлорорганические, фосфорорганические и оловоорганические соединения, нитрозогуанидин, нафталин, формалин, глифосат, метилртуть) на активность ферментов, гидролизующих основные компоненты пищи у рыб. Показано разнонаправленное влияние указанных агентов на активность пищеварительных ферментов в зависимости от вида рыб, типа гидролизуемого субстрата, диапазона концентраций токсиканта и условий эксперимента.
Ключевые слова: органические загрязнители, рыбы, пищеварительные ферменты. DOI: 10.7868/S0320965213020034
Органические загрязнители признаны особо опасными экотоксикантами. Они повсеместно распространены в окружающей среде и большинство из них в силу устойчивости к действию физических и химических агентов слабо подвергается естественному разложению [24]. Общепринятого списка этих веществ не существует из-за отсутствия полных данных о биоаккумуляции и длительном воздействии на живые организмы. Однако 12 стойких органических загрязнителей (СОЗ) по решению Стокгольмской конференции 2001 г. признаны особо опасными и требующими немедленных действий по обезвреживанию.
Поступая в организм с водой, пищей [36—38] и донными осадками [30], органические загрязнители могут накапливаться в различных тканях и органах, изменяя выживаемость, развитие, рост и репродукцию рыб [23, 31, 49—51]. Даже в крайне малых дозах они оказывают токсическое, мутагенное и канцерогенное действие [3, 15, 28, 43], изменяют поведение рыб [32, 44], нарушают гормональный баланс [34], обмен витаминов и минеральных элементов [16], вызывают различные морфологические патологии [27, 42]. Рыбы на ранних стадиях развития наиболее чувствительны к действию органических токсикантов [51, 53]. Изменение скорости метаболизма у развивающихся эмбрионов и личинок при действии пестицидов может быть обусловлено нарушением процессов генерации и использования энергии [45].
Кишечник играет важную роль в абсорбции и метаболизме многих органических загрязнителей [41, 52, 56]. При действии ксенобиотиков отмечены нарушения ряда морфофункциональных характеристик пищеварительного тракта рыб [7, 11, 12, 28, 29, 39, 47, 48, 55]. Так, при поступлении с пищей бензопирена — полициклического ароматического углеводорода (ПАУ), в дозе 20 мг на 1 кг массы тела у лаврака Dicentrarchus labrax (L.) и в дозе 12.5 мкг на 1 кг массы тела у оранжевопятни-стого групера Epinephelus coioides (Hamilton) отмечены ультраструктурные изменения в клетках кишечного эпителия: гиперплазия энтероцитов, нарушение межклеточных контактов и структуры митохондрий, увеличение клеточной пролиферации, образование крипт [41, 56]. При содержании нильской тилапии Oreochromis niloticus (L.) в течение 24 ч в воде с пиретроидным инсектицидом неопибутрин в дозе 1/2 ЛК50 выявлено изменение структуры и уменьшение количества плотных контактов кишечных эпителиальных клеток, указывающее на снижение содержания мембранных белков (включая ферменты) и нарушение проницаемости слизистой оболочки кишечника [46]. Уменьшение скорости кишечного транспорта глюкозы отмечено у пятнистого змееголова Chan-na punctatus (Bloch) при выдерживании рыб в течение 96 ч при ЛК50 пестицидов эндосульфан и хинальфос [48].
Органические загрязнители различной химической природы могут изменять активность ферментов, гидролизующих основные компоненты
корма в пищеварительном тракте рыб [1, 6—9, 11, 20, 21, 33, 35, 36, 40]. В хроническом эксперименте установлено, что полихлорированные бифени-лы (ПХБ), относящиеся к классу хлорорганиче-ских полициклических ароматических соединений, присутствуя в пище (50.8 нг на 1 г сырой массы) и грунте (426 нг на 1 г сухой массы), снижают скорость начальных этапов ассимиляции углеводов и белков в кишечнике сеголетков плотвы Rutilus rutilus (L.) [9]. При этом активность глико-зидаз слизистой оболочки кишечника уменьшается на 11—33% на 96-е сутки, а значения константы Михаэлиса (Km) гидролиза крахмала увеличиваются на 23% на 218-е сутки, отражая уменьшение сродства ферментов к субстрату. Активность протеиназ у сеголетков опытной группы снижается на 10—26% на 40-, 96- и 218-е сутки опыта. Увеличение коэффициента отношения амилолитической активности к протеолитической у сеголетков опытной группы позволяет предположить большую чувствительность протеиназ плотвы к хроническому действию ПХБ по сравнению с гликозидазами. Активность ферментов в содержимом кишечника (химусе) у молоди плотвы при хроническом действии ПХБ изменялась разнонаправленно в зависимости от сроков эксперимента [9]. Кроме того, повышенные концентрации ПХБ в корме и грунте увеличивают чувствительность гли-козидаз слизистой оболочки кишечника сеголетков плотвы к действию ионов Cu2+ и Zn2+ (0.1— 25 мг/л) in vitro. Повышение чувствительности происходит за счет как увеличения тормозящего эффекта при одной и той же концентрации металла, так и снижения амилолитической активности при более низких концентрациях металлов [33].
Изучение активности гликозидаз (а-амилазы, сахаразы, мальтазы и амилолитической активности) в кишечнике леща Abramis brama (L.) Рыбинского водохранилища показало, что у рыб из наиболее загрязненного Шекснинского плеса с большим содержанием ПХБ в печени активность мальтазы и сродство ферментов к субстрату ниже, чем у леща из более чистого Моложского плеса [5]. В то же время активность протеиназ, гидроли-зующих белковые компоненты корма, в кишечнике леща из Шекснинского плеса в 1.5 раза выше, чем из Моложского [25]. Эти различия могут быть обусловлены большим содержанием белка в тканях кормовых объектов рыб, обитающих в загрязненном районе, а также разным влиянием токсических веществ на протеолитические и гли-колитические ферменты. Графики температурной зависимости у леща из разных мест обитания достаточно близки (температурный оптимум протеиназ 60°С, гликозидаз — 50°С). Однако у леща Шекснинского плеса в диапазоне температур жизнедеятельности отмечены более высокие значения энергии активации (Еакт) протеиназ и гли-козидаз, свидетельствующие о снижении эффек-
тивности гидролиза основных компонентов корма у рыб с большим накоплением ПХБ [13, 25]. В то же время достоверное снижение Km гидролиза ди- и полисахаридов свидетельствует об адаптивном увеличении фермент-субстратного сродства с ростом накопления ПХБ в печени рыб [5].
При хроническом 60-суточном действии нафталина (ПАУ) в концентрации 1.5 мг/л (1/15 24-ч ЛК50) амилолитическая и протеолитическая активности в слизистой оболочке кишечника мозамбик-ской тилапии Oreochromis mossambicus Peters фактически не меняются [35, 40]. В содержимом кишечника активность указанных ферментов может возрастать на 50—98% контроля. В экспериментах in vitro установлено, что нафталин в концентрации 0.3—15 мг/л не вызывает значительных изменений амилолитической активности слизистой оболочки кишечника у 12 видов пресноводных костистых рыб [35]. Эти результаты показывают, что данный ПАУ не оказывает влияния на функционирование мембранных ферментов кишечника тилапии, а также на процессы их синтеза.
При кратковременном действии хлорофоса (фосфорорганический пестицид) в концентрациях 1 х 10—6— 1 х 10-2 мг/л на осемененную икру выявлены отдаленные эффекты, проявляющиеся в разнонаправленных изменениях активности и кинетических характеристик гликозидаз в кишечнике развивающейся молоди плотвы [11]. Амилоли-тическая активность в слизистой оболочке кишечника 4-месячных сеголетков снижалась по сравнению с особями контрольной группы. Максимальное торможение на 45—49% отмечено при концентрации хлорофоса 1 х 10-5 и 1 х 10-4 мг/л. Активность сахаразы, наоборот, возрастала, при этом наибольший стимулирующий эффект на 90—103% отмечен в крайних точках испытанного диапазона концентраций. Разнонаправленные эффекты действия хлорофоса в период эмбриогенеза на амилолитическую активность и активность сахаразы у сеголетков плотвы могут быть связаны с разным влиянием токсиканта на синтез панкреатических (а-амилаза) и собственно кишечных (маль-таза, сахараза) ферментов. У рыб опытной группы значения Km гидролиза крахмала снижались в 1.3—3.8 раза, отражая адаптивное повышение сродства ферментов к субстрату. Значения Km гидролиза сахарозы, напротив, возрастали в 2—4 раза обратно пропорционально концентрации хлорофоса, свидетельствуя о снижении фермент-субстратного сродства и скорости гидролиза дисаха-ридов [11].
Токсические свойства хлорофоса обусловлены в основном образующимся из него более токсичным ДДВФ — диметил-дихлорвинил-фосфатом. На примере мозамбикской тилапии показано, что хроническое 60-суточное действие ДДВФ в сублетальной концентрации 0.46 мг/л (1/15 24-ч ЛК50)
80
ФИЛИППОВ и др.
обратимо снижает амилолитическую активность в кишечнике на <20% контроля и не изменяет протеолитическую активность [35, 40]. В экспериментах in vitro ДДВФ в концентрации 0.2— 100 мг/л не влияет на активность гликозидаз в слизистой оболочке 11 видов рыб, обитающих в Рыбинском водохранилище [36]. Достоверное снижение активности протеиназ на 21% контроля отмечено лишь у щуки при действии ДДВФ в концентрации 0.2 мг/л. Сравнение эффектов ДДВФ в экспериментах in vivo и in vitro свидетельствует о том, что выявленные изменения ферментативной активности неспецифические, а негативный эффект при хроническом действии токсиканта обусловлен его действием на пищевое поведение рыб [44].
Кратковременное действие ^метил-№-нит-ро-^нитрозогуанидина (MNNG) — генотокси-канта с прямым влиянием на химическую структуру ДНК, в концентрации 7.5 мг на 1 л в период эмбриогенеза изменяет скорость гидролиза углеводов в кишечнике развивающихся сеголетков плотвы и чувствительность пищеварительных глико
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.