ЭКОЛОГИЯ, 2014, № 2, с. 147-153
УДК 591.8:591.436.2:597.551.2:597.552.1
ГИСТОМОРФОЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПЕЧЕНИ У ПЛОТВЫ (RUTILUS RUTILUS) И ЩУКИ (ESOXLUCIUS), ОБИТАЮЩИХ В РАЗНЫХ ПО АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКЕ ОЗЕРАХ © 2014 г. С. А. Мурзина, З. А. Нефедова, С. Н. Пеккоева, Н. Н. Немова
Институт биологии Карельского научного центра РАН 185910 Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11 e-mail: murzina.svetlana@gmail.com Поступила в редакцию 07.05.2013 г.
С использованием гистологических методов анализа обнаружены различия в гистоморфологиче-ском состоянии печени у рыб, обитающих в озерах с различной антропогенной нагрузкой. К числу наиболее значимых морфологических изменений в печени плотвы из оз. Костомукшское (накопитель отходов ГОКа Костомукшский) относятся начальные проявления паренхиматозной белковой дистрофии и в меньшей степени — липидная дистрофия, в то время как в печени щуки установлено доминирование липидной дистрофии. В печени плотвы и щуки из оз. Койвас, расположенного на удалении 20 км от источника загрязнения, выявлены лишь начальные стадии дистрофических изменений локального характера. Щука по сравнению с плотвой наиболее чувствительна к сложи-шейся экологической обстановке в оз. Костомукшское, включая повышенную минерализацию. У рыб из чистого оз. "Каменное" (район заповедника) изменений в структуре печени не обнаружено.
Ключевые слова: экология, биоиндикация, гистоморфология, адаптация, рыбы, липиды.
DOI: 10.7868/S036705971402005X
Экологические факторы оказывают различного рода воздействия на организм. В комплексной оценке состояния рыб, обитающих в водных экосистемах с повышенной антропогенной нагрузкой, давно используется целый ряд методов эко-лого-физиологической и эколого-биохимической индикации (Немова, Высоцкая, 2004; Моисеенко, 2009; Биота северных озер..., 2012; Stehr et al., 1997; Handy et al., 2002; van der Oost etal., 2003; Iwaniwicz et al., 2012). Следует отметить, что любой патологический процесс начинается на уровне ультраструктур или биохимических систем клетки, и только после достижения некоторого уровня их дезорганизации в поврежденной клетке начинают проявляться морфологические изменения (Ипатова, 2005). В настоящее время экотоксикологические исследования направлены на поиск гистологических биомаркеров, наиболее чувствительных к воздействию токсических веществ. Печень рыб является наиболее подходящим органом для подобных исследований, поскольку изменения ее морфологии (внутриклеточных структур) являются предпосылкой к ряду изменений в метаболизме как отдельного органа (печени), так и других взаимосвязанных систем организма. Морфологические изменения в других органах и тканях (мышцы, гонады и т.д.)
можно рассматривать, прежде всего, как следствие снижения детоксикационной функции печени.
В настоящей работе приводятся результаты гистологического анализа морфологической структуры печени плотвы и щуки (наиболее массовых видов рыб исследуемых озер), обитающих в разных по удаленности от источника загрязнения водоемах.
МАТЕРИАЛ И МЕТОД
Сбор проб проводился в июне 2012 г. в ходе экспедиции на оз. Костомукшское и оз. Койвас (озерно-речная система р. Кенти, Республика Карелия). Озеро Костомукшское (30°50' с.ш., 64°40' в.д.) — верхний водоем системы р. Кенти и хранилище инфильтрационных вод Костомукш-ского горнообогатительного комбината (так называемое "хвостохранилище" отходов). Общая минерализация воды хвостохранилища достигает 645 мг/л, концентрация (в мг/л) ионов составляет: К+ - 156, Ш+ - 18, Са2+ - 38, Ы§2+ - 18, С1- - 7,
нсо з - 122, общего азота - 15, общего фосфора -0.007-0.012; рН 7.4-7.5. Главный загрязняющий фактор вод хвостохранилища - высокая минерализация (до 645 мг/л), щелочная среда и высокие кон-
147
5*
148
МУРЗИНА и др.
центрации ионов К+ и HCOj. Кроме того, для его вод характерно наличие мелкодисперсной механической взвеси, которая затрудняет дыхание и пищеварение рыб.
Озеро Койвас (31°01' с.ш., 64°48' в.д.) — шестое после водохранилища озеро системы р. Кенти. Озеро является глубоководным и олиготрофным, рассматривается как относительно чистое в связи с тем, что находится на значительном удалении от комбината (Состояние водных объектов..., 2007). Средний рН — 7.25, в придонном слое количество К+ составляет 32.1 мг/л, Na+ — 4.6, Ca2+ — 12.9, Mg2+ - 5.2, Cl- - 2.4, Alk - 48.2 мг НС03-/л (Состояние водных объектов..., 2007).
В качестве контроля были использованы рыбы, выловленные в оз. Каменное (64°28' с.ш., 30°13' в.д., верхнем водоеме системы рек Каменная -Чирка-Кемь), которое расположено в границах заповедника "Костомукшский". В целом гидрохимические и гидробиологические показатели этого водоема существенно не изменились с момента ввода и в период работы ГОКа (Морозов, 1998). Озеро характеризуется высоким качеством воды: низкой минерализацией (9.5 мг/л), низким содержанием биогенных соединений (общий азот - 0.41 мг/л, общий фосфор - 0.005 мг/л), железо общее в среднем - 0.10 мг/л; pH 5.97-6.49 (Иешко, 1998; Морозов, 1998; Ильмаст и др., 2010).
Для проведения гистологического анализа было выловлено 11 особей плотвы и 13 особей щуки из оз. Костомукшское, 12 особей плотвы и 15 особей щуки из оз. Койвас, а также 5 особей плотвы и 14 особей щуки из оз. Каменное. Возраст рыб 5+.7+.
Для гистологического анализа кусочки ткани (1 х 1см) печени плотвы и щуки извлекали из свежего материала и закладывали в гистологические кассеты, которые затем помещали в контейнер с 10%-ным забуференным раствором формальдегида. Пробы хранили в холодильнике (-8°C) до момента доставки в лабораторию. Анализ материала проводили с использованием оборудования ЦКП Института биологии КарНЦ РАН. Проводку и пропитку парафином осуществляли через автоматическую систему карусельного типа - модель STP-120 (MICROM). Парафиновые блоки изготавливали с использованием заливочного комплекса EC-350 (MICROM), их резку осуществляли на санном микротоме HM-440 (MI-CROM) с толщиной среза 6 мкм. Окраска гистологических срезов проводилась гематоксилин-эозином. Микроснимки изучали с использованием светового микроскопа Axioskop 40 (Carl Zeiss) с окуляром х10 и объективами х5; х10; х20; х40; х100 и цифровой камеры Pixera Pro 150ES. В работе использованы методические рекомендации Е.В. Микодиной с соавт. (2009).
Достоверность различий (p < 0.05) размеров ге-патоцитов исследуемых видов рыб оценивали с
помощью однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) с использованием пакета Stat-graphics for Windows 2.5.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Паренхиматозное строение печени плотвы и щуки, обитающих в чистом оз. Каменное (бассейн р. Кемь), оказалось без видимых повреждений с нормально окрашенными гепатоцитами (рис. 1, 2), что позволяет оценить состояние печени рыб из этого озера как "норму". Результаты гистологических исследований морфологической структуры печени плотвы и щуки, обитающих в водах техногенного оз. Костомукшское, позволили выявить ряд патологических изменений. Популяция плотвы из оз. Костомукшское на 82% состоит из особей, в печени которых выявлены начальные патологические изменения (рис. 3), а у рыб из оз. Койвас — на 50% (рис. 4). Начальная стадия паренхиматозной белковой дистрофии (нарушение метаболизма белков) была установлена в печени плотвы из оз. Костомукшское (см. рис. 3) и в меньшей степени у рыб из озера Койвас. У большей части гепатоцитов наблюдались мелкие зерна белка округлой формы. Известно, что при таких изменениях гепатоциты начинают объединяться в отдельные группы, что указывает на некоторое атипичное строение паренхимы (http://my-coralclub. net/anatom/710-anatom.html). Кроме того, у одной особи плотвы из оз. Костомукшское была установлена "пенистая" структура печени, что характерно для липидной дистрофии — липидная капля занимает весь объем гепатоцита, в некоторых случаях может происходить разрыв мембран и излияние содержимого, в результате чего образуются жировые кисты, разные по размеру и форме (Яковенко и др., 2003).
В 50% исследованной печени плотвы из оз. Койвас обнаруживалась начальная стадия дистрофических изменений (см. рис. 4). Обращает на себя внимание, что по интенсивности развития дистрофии печень плотвы неоднородна — у визуально нормальной печени встречаются участки с начальными признаками морфологических изменений. Более того, у плотвы из оз. Койвас (3 особи) установлено наличие небольших узлов в печени. Как правило, узлы формируются в местах повреждения, что указывает на способность печени к регенерации (Жункейра, Карней-ро, 2009). Известно, что при сочетании абиотических и биотических факторов в сторону более благоприятных (в частности, при изменении качественного и количественного состава пищи, ее доступности), а также снижении прессинга антропогенного воздействия на водные экосистемы могут иметь место обратимые процессы, направленные на восстановление структуры печени у рыб. В определенных физиологических пределах
Рис. 1. Структура печени плотвы из оз. Каменное. Окраска: гематоксилин-эозин, увеличение х400.
. к? Ч.
-
С г I Ч ' *
7 * с л. да
; л ? .я**л %
А
( С'
Ьу Л «г
ж ж}
г^Г
100 мкм
Рис. 2. Структура печени щуки из оз. Каменное. Окраска: гематоксилин-эозин, увеличение х400.
и при непродолжительном воздействии неблагоприятных факторов печень может проявлять высокую степень резистентности (Крючков, 2010).
По сравнению с плотвой щука в большей степени реагирует на изменение среды обитания. Популяция щуки из оз. Костомукшское на 67% представлена особями с сильно дистрофичной печенью (рис. 5), из оз. Койвас - на 57% (рис. 6).
Показана сильная вакуолизация печени, как следствие липидной инфильтрации гепатоцитов. Визуально печень щуки из "хвостохранилища" отходов ГОКа отличалась от таковой у щуки из оз. Койвас по цвету. Она имела ярко-желтую или мутно-желтую окраску и была увеличена в размерах. Степень развития липидной дистрофии у щуки из оз. Костомукшское различалась от мелкока-
Рис. 4. Структура печени плотвы из оз. Койвас, начальная стадия липидной инфильтрации. Окраска: гематоксилин-эозин, увеличение х1000.
пельной до крупнокапельной. Возможный механизм токси
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.