Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
ВВЕДЕНИЕ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ ГИДРОБИОЛОГИИ

Кривопиша Виктория Викторовна

УДК 597.554.3: 591.481.1 + 577.42 / 48

Влияние стресс-факторов водной СРЕДЫ

НА адаптивной функции нервной системы КАРПА

03.00.10. - ихтиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

КИЕВ 2001

Актуальность темы

Работа выполнена в лаборатории экологической биохимии Черниговского государственного педагогического университета имени Т.Г. Шевченко

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Грубинко Василий Васильевич

Тернопольский государственный педагогический

университет имени Владимира Гнатюка

проректор по учебной работе

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

АРСАН Орест Михайлович,

Институт гидробиологии НАН Украины,

заведующий отделом экотоксикологии

кандидат биологических наук,

ГАНДЗЮРА Владимир Петрович

Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко

доцент кафедры зоологии

Ведущая организация: Институт биологии южных морей им. А.А. Ковалевского

НАН Украины,. Севастополь

Защита диссертации состоится "15" ноября 2001 в 10 час.

на заседании диссертационного совета Д 26.213.01 при Институте гидробиологии НАН Украины по адресу: 04210 г.. Киев-210, проспект Героев Сталинграда, 12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института гидробиологии НАН Украины,. Киев, проспект Героев Сталинграда, 12

Автореферат разослан "27" августа 2001

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук Гончаренко Н.И.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Рост антропичного воздействия на водную среду обострило проблему выживания организмов в стрессовых условиях, которые изначально создаются накоплением токсичностьних веществ. Последние меняют физико-химические свойства водоемов, нарушают биологическое равновесие и процессы самоочищения, что влияет на жизнедеятельность водных организмов. Среди значительного количества высокотоксичных для водных организмов веществ, наиболее распространенными являются аммонийный азот, тяжелые металлы (Cu2 +; Pb2 +; Co2 +), фенол и другие. Повреждение водных экосистем вследствие их влияния осуществляется путем воздействия этих веществ на организм гидробионтов, экологическая толерантность которых определяется их физиолого-биохимическим статусом. В регуляции метаболизма и функций организма ведущая роль принадлежит головном мозге, который является компонентом гематоэнцефалический барьера организма, защищает последний от стрессового воздействия факторов среды.

Компенсаторные возможности нервной ткани, которые формируются за действия стрессовых факторов, хорошо изучены в ендотермних животных. По эктотермных организмов, то данный вопрос требует углубленного рассмотрения и систематизации. Работы Лукьяненко В.И. (1983), по вопросам общей ихтиотоксикологии, Высоцкой Р.У. (1991) и Руоколайнен Т.Р. (1987), по вопросам токсического воздействия солей аммония и катионов тяжелых металлов на активность лизосомальных ферментов в почках и головном мозге карпа, Меерсон Ф.З. (1981), по динамике и физиологического значения активации ГАМК в головном мозге рыб, Сомкинои Н.В. (1968), по исследованию функциональной роли аминокислот в мозге рыб, Грубинко В.В. (1995), который изучал адаптивные реакции рыб к действию аммиака водной среды, дают сведения об отдельных звена формирования адаптаций к стресс-факторов в мозге рыб в экстремальных состояниях. Наше исследование предполагает комплексное изучение процессов, происходящих в мозге карпа за действия на организм рыб токсикантов, таких как фенол, аммонийный азот, катионов свинца на фоне аммиачной интоксикации рыб, а также исследования корректирующей действия катионов Mg2 +, Mn2 + и Co2 +.

Связь работы с научными программами. Данная работа является составной частью госбюджетных научно-исследовательских работ 5/97 "Кслидження механизмов адаптации пресноводных рыб к токсикантов водной среды, разработка на их основе методов биохимического мониторинга и модельных экосистем для очистки загрязненных вод "и 16/98" Оценка комплексного влияния токсикантов и природных физических факторов на экосистему малой реки (на примере рек Черниговского полиса), которые выполнялись в рамках координационного плана по профессиональному направлению "Биология" Министерства образования и науки Украины.

Цель и задачи исследования. Целью работы было изучение влияния токсичных уровней ионов свинца, аммиака, фенола и при изменении рН водной среды на функционирование и состояние метаболического и энергетического обеспечения мозга рыб. Для достижения цели решались следующие задачи: изучение сезонных адаптаций в мозгу рыб к периодическим абиотических факторов: исследование действия экстремальных факторов водной среды на энергетическое обеспечение мозга рыб (аминокислот, глюкозы, кетоновых тел, состояние энергогенерирующей системы, содержание аденилат и функционирования адаптивных механизмов метаболизма энергетических субстратов ) изучение адаптаций головного мозга карпа к действию аммиака и катионов Mn2 +, Co2 +, Mg2 + на формирование токсикотолерантности мозга карпа к аммиака; субстратные механизмы детоксикации, роль глутаминовой системы в поддержании гомеостаза аммиака, функционирования системы обмена g-аминомасляной кислоты.

Научная новизна полученных результатов. Впервые на субстратно-метаболическом уровне дана комплексная характеристика процессов, происходящих в мозге карпа под влиянием сезонных изменений температуры и интенсивности питания. Установлены механизмы смещения равновесия между енергоутворюючимы и энергозатратными процессами под влиянием токсикантов: аммиака, ионов свинца, фенола и политоксикозу, вызванного сточными водами. Показана роль гамма-аминобутиратного шунта и глутамат-глутаминовой системы в поддержании энергетического и метаболического гомеостаза: формировании пула нейромедиаторов, детоксикации аммиака, обеспечении функционирования адапных энергетических ветвей ГАМК-шунта (в зимние месяцы активно нейромедиаторная его ветвь, весной - энергетическая). Обнаружен эффект поддержания гомеостаза в мозге карпа за счет синтеза кетоновых тел, при воздействии гипотермии и под влиянием токсикантов (аммиака, ионов свинца, фенола, политоксичний действия сточных вод).

Практическое значение полученных результатов. На основе полученных результатов выявлены ключевые показатели оценки физиологического и метаболического гомеостаза головного мозга карпа: содержание глюкозы, свободных аминокислот, кетоновых тел, активность ферментов глутамат-глутаминовой, ГАМК-эргического систем, соотношение скоростей энергозатратных и енергоутворюючих процессов. Предложено использовать их как биоиндикаторы для оценки состояния и развития интоксикаций в организме карпа, а также для мониторинга загрязнений водной среды.

Установлено, что катионы магния выполняют протекторное роль при действии стрессовых факторов на рыб, что позволяет рекомендовать их как токсикопротекторы в рыбоводстве.

Личный вклад соискателя. В получении экспериментальных данных автору принадлежит ведущая роль. Статистическая обработка данных, их обсуждение и выводы выполнены диссертантом лично.

Апробация результатов диссертации.

Основные положения работы докладывались на:

1. VII Украинский биохимическом съезде (Украина, Киев, 1997).

2. II съезде Гидроэкологического общества Украины (Киев, Украина, 1997).

3. I Международной научно-практической конференции "Экология и молодежь" (Республика Беларусь, Гомель, 1998).

4. I Всеукраинской научной конференции "Экологический стресс и адаптация в биологических системах" (Украина, Тернополь, 1998).

5. Научном семинаре "Современная экология и проблемы устойчивого развития общества" (Украина, Львов, 1999).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (2 разделы), экспериментальной части (6 разделов), итогив и выводов. Работа изложена на 169 страницах, содержит 41 рисунок, 11 таблиц, 219 литературных источников, из которых 83 - на иностранных языках.

содержание работы

Материалы и методы исследований. Опыты проводились на карпах (Cyprinus carpio L.) двухлетнего возраста.

Сезонная динамика содержания основных субстратов энергетического обмена в тканях мозга определяли течение зимовки с сентября по апрель. Рыб отбирали из естественного водоема (пруд Черниговского рыбкомбината). В течение всего периода исследований гидрохимический режим воды контролировался с помощью прибора Horiba модели U-7 (Япония). Указанные условия не вызвали развитие в организме карпа гипоксии, гиперкапнии, гипотермии. По данным ихтиопатологических наблюдений, у рыб возбудителей паразитарных болезней не выявлено. Опыты по изучению влияния различных стресс-факторов проводили в 200-литровых аквариумах с отстоянной водопроводной водой. Во всех случаях осуществляли контроль и поддерживали постоянный гидрохимический режим воды. Величина рН составляла 7,30 ± 0,27; содержание кислорода - 5,6 ± 0,4 мг / л, температура выдерживалась близкой к естественной в зависимости от сезона года.

Токсичные уровне (2 рыбохозяйственных ПДК) веществ в воде аквариумов создавали внесением их расчетных количеств: аммиака (0,1 мг / л - пороговый уровень) внесением буферной смеси NH4OH: NH4Cl с рН 7,2; Pb2 + (0,2 мг / л) - ацетата свинца; Cu2 + (0,2 мг / л) - сульфата меди Zn2 + (2,0 мг / л) - сульфата цинка; Mg2 + (100,0 мг / л) - хлорида магния с учетом естественной жесткости воды; Mn2 + (2,41 г / л) - сульфата марганца; фенола (0,002 мг / л) - растворенного свижоперегнаного фенола. Кислотный и щелочной стресс создавали внесением в воду HCl или NaOH. Значение рН ежесуточно контролировали и корректировали.

Анализ аминокислотного состава осуществляли с Пасхин Т.С. (1964) и Ali A.N. (1983). Содержание глюкозы в хлорных экстрактах определяли по Зейфтером с о Толуидиновый реактивом (Асатиани В.С., 1957). Содержание кетоновых тел в мозгу рыб определяли по рекомендациям Баева В.И. и БулахЕ.И. (1973) в нашей модификации (Жиденко А.А. и др., 1990).

Определение содержания макроэргических соединений в мозге рыб осуществляли, методом тонкослойной хромотографии по рекомендациям Маляревский А.Я. и Билык Т.И. (1985) в 8-% хлорных экстрактах.

Содержание лактата и пирувата определяли ферментным методом (Прохорова М.И., 1982). Содержание глутамата (Глу), ГАМК исследовали методом хроматографии на бумаге (Пасхина Т.С., 1964); аммиака - микродифузним методом (Балаховский С.Д. и др., 1953; Selligson D. et al., 1951); глутамина - по методу Силаков И.А. и др. (1962). Гомогенаты ткани мозга в 0,32М сахарозе использовали для определения активности ферментов. Глутаминсинтетазну (ГС) активность оценивали фосфатным методом (Евстигнеева З. и др., 1980; Труш М., 1963); глутаминазну за Магарламовим А.Г. и др. (1979) глутаматдекарбоксилазну (ПДК) - по методике Шатунов Н.Р. и сытинского И.А., (1962); ГАМК-трансаминазну - согласно рекомендациям Фарадиева А.Н. (1991) ацетилхолинестеразну (АХЕ) - методом Эллман в модификации (Розенгарт Е.В., 1975).

Для определения возможности образования в организме карпа глюкозы с неуглеводных компонентов, исследовали необратимые реакции глюконеогенеза. Определение активности глюкозо-6-фосфатазы (Г-6-Фазы) проводили по Львовой С.П. (1985), фруктозо-1,6-дифосфатазы (Ф-1,6-ДФазы) - по Орехович В.Н. (1964). С целью установления уровней активности ферментов энергетического обмена исследовали глюкозо-6-фосфатдегидрогеназну (Г-6-ФДГ), лактатдегидрогеназну (ЛДГ) активности в цитоплазматической фракции, сукцинатдегидрогеназну (СДГ) - в митохондриальной, малатдегидрогеназну (МДГ), глутаматдегидрогеназну (ГДГ) - в обоих. Выделение митохондрий осуществляли по общепринятой методике (Зинич В.Н., 1986), дополнительно очищали цетрифугуванням в градиенте плотности сахарозы 0,32-1,2М (Арутюнян А.В. те др., 1978) в горизонтальном роторе. Г-6-ФДГ, ГДГ, ЛДГ- и МДГ-азную активности определяли спектрофотометрически при 340 нм. (Biochemica information, 1975). Содержание белка в ферментных препаратах определяли по методу Лоури и соавт. (1951).

Все результаты были обработаны статистически с Ойвиним И.А. (1960). Различия между сравниваемыми группами считали достоверными при Р & lt; 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Сезонные особенности содержания основных субстратов и активности основных ферментов глутамат-глутаминовой системы в мозге карпа. При изучении соотношения сезонных изменений активности ферментов глутамат-глутаминовой системы в мозге карпа можно отметить, что осенью, при благоприятных условиях, активность ПДК минимальна, нет необходимости в охранном торможении и образовании ГАМК-медиатора торможения. Активность других ферментов: ГДГ NAD (H) и NADP (H) и ГС достаточно высоки, что свидетельствует о норме в физиологическом состоянии рыб. При снижении температуры воды до 4оС (начало зимнего периода) в 6 раз увеличивается активность ПДК, что приводит к образованию ГАМК и к охранительного торможения в мозге. Это, в свою очередь, влияет на физиологические показатели и поведение рыб, они становятся малоподвижными. Детоксикация аммиака происходит за счет ГС, а не ГДГ NADP (H). Увеличение активности ГДГ NAD (H) обеспечивает ферменты цикла Кребса кетокислот, что способствует поддержанию энергетического гомеостаза мозга рыб. Весенний период (время выхода рыб из зимовки), наиболее неблагоприятный и опасный, вследствие истощения энергетических субстратов, что и отражается на активности ферментов - снижением активности ГДГ NAD (H) и ГС.

Влияние экстремальных факторов водной среды на содержание энергетических субстратов в мозге рыб. Ключевыми показателями энергетического метаболизма головного мозга карпа, которые можно использовать для оценки состояния и развития интоксикаций в организме рыб является аденилатного макроэргов (АТР, АDP, AMP), углеводы, аминокислоты, кетоновые тела.

Участие свободных аминокислот в формировании адаптаций мозга карпа к разным типам экстремальных воздействий базируется на выполнении ими многочисленных функций. главными изтоксикантов, за счет усиления катаболизма белков. Кроме того, аммиак образуется в водоемах вследствие биодеструкции, выделяется гидробионтами и накапливается в водной среде при применении интенсивных методов рыбоводства.

Наши исследования показывают, что увеличение содержания аммиака в воде не приводит к достоверному повышению концентрации его в мозгу рыб (табл. 1).

Таблица 1

Содержание основных субстратов g-аминобутиратного шунта

при 14-суточной акклимации карпа в среде с содержанием аммиака 0,1 мг / л

(мкмоль на 1 г сырой ткани. М ± m; n = 9).

Луне | аммиак | глутамат | ГАМК

Контроль | опыт | контроль | опыт | контроль | Опыт

Июнь | - | - | 6,70 ± 1,08 | 2,71 ± 0,29 | 1,53 ± 0,16 | 0,94 ± 0,24

Сентябрь | 8,11 ± 1,33 | 8,86 ± 0,94 | 0,36 ± 0,03 | 0,47 ± 0,09 | 0,28 ± 0,03 | 0,34 ± 0,09

Октябрь | 1,07 ± 0,09 | 1,07 ± 0,10 | 0,45 ± 0,09 | 2,33 ± 0,64 | следы | 1,65 ± 0,58

Октябрь | 6,49 ± 0,33 | 8,14 ± 1,02 | - | - | - | -

декабрь | 4,50 ± 0,45 | 5,39 ± 0,71 | 1,18 ± 0,20 | 0,66 ± 0,21 | 1,32 ± 0,23 | 1,41 ± 0,11

Январь | 3,50 ± 0,28 | 3,00 ± 0,18 | 1,66 ± 0,33 | 1,62 ± 0,68 | 1,64 ± 0,32 | 1,59 ± 0,17

Февраль | - | - | - | - | 0,88 ± 0,07 | 1,40 ± 0,33

Апрель | 6,79 ± 0,85 | - | 0,12 ± 0,02 | 0,26 ± 0,09 | 1,80 ± 0.12 | 2,46 ± 0,19

"-» - не определяли; "X" - не обнаружено.

????????? ?? ??????????? ?????? ?????????????? ? ????????, ??? ???? ????????? ? ?????????, ?????? ? ??????, ????? ? ?? ??????, ???? ? ????? ??? ???????????? ?????????? ????????? ?????? ?? ??????? ??????????????????? ??????. ? ?????? ??????? ??? ??? ?????? ??????????????? ????? ????????? ?? ?????????? ?????? ?????????. ? ?? `???? ? ?????????? ?????? ?????? ??? ????????????? ????????? ????????? ? ????????? ? ???????????? ????? ??? ? ?????? ???????, ????? ??????????, ?? ??????? ???? ??? ????????, ????? ?????? ? ????? ???, ??? ???? ?????????? ?????? ? ??????????, ?????????? ????????. ?????????????? ?????????? ???? ??????? ????? ?????????? ? ???????????? ??? ????????? ????????? ?????? ,? ????? ????????? ?????????? ? ?????? ??????????????????? ??????????. ? ???? ?????????? ???????? ????? ?? ???????? ?????????? ?????????? ?????????????????,? ? ?????? ?????? (????????, ????????) ?????????? ???????? ????????? ???????????. ?????????? ?????????? ?? ??? ???????? ?????? ? ????????? ?? ??????????????, ???????? ???? ????????? ??????????? ?? ???????? ??????????? ?? `????.

Аналіз отриманих даних підтверджує незначна роль глутаміну в детоксикації аміаку і перевагу глутаматної гілки його знешкодження. При цоому утворення глутамату може мати і нейромедіаторне значення. Синтез глутаміну із глутамату і його розпад здійснюється, в основному, з метою регуляції гомеостатичного (функціонально необхідного) рівня глутамату у мозку.

Притворные реакции в глухих, глухих и сильных мирах, в том числе и в крупных городах (марганцю, магнію, кобальту), яковом застосовувались у рибництві як мікролелементи, була показана їх протекторна дія. Катіони Со2 +, Mn2 +, Mg2 + сприяють підтриманню гомеостатичного рівня аміаку. Крім того, необхідність в інтенсивній детоксикації аміаку в мозгу риб може бути низенько у зв'язку із функціонуванням в органі гіта-енцефалічного захисного бар'єру. Крім глутамат-глутамінової системи у мозг коропа при дії аміаку функціонує також гама-амінобутиратний шунт, який забезпечує толерантність центральної нервової системи до цього токсиканту.

Інтенсивне функціонування ГАМК-шунту при дії аміаку в усі періоди підтверджує аналіз відповідних ферментативних активностей (табл. 2). Аміак зЬільшує в різні сезони ГАМК-трансаміназну активність, що призводить до використання ГАМК для продукування нейромедіатора ГОМК (g-оксимасляна кислота). Глутаматдекарбоксилазна активність, як правило, також підвищується екзогенним аміаком. Останнє передбачає посилене утворення ГАМК з глутамату. Його джерелом при аміаном токсикозі, якстрин

Загрузка...

Страницы: 1 2 3






Ещё Рефераты по вашей теме

Философской рефлексии ВОСПИТАНИЯ: парадигмальная ИЗМЕНЕНИЯ В КОНТЕКСТЕ СОЦИАЛЬНЫХ ПРАКТИК - Автореферат
Влияние низких доз радиационного излучения на течение стельности и отелов у коров Полесской мясной породы и возникновение ротавирусной инфекции у новорожденных телят - Автореферат
Клинико - иммунологические подходы к оценки функционального состояния небных миндалин ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ больных хроническим тонзиллитом - Автореферат
Эксплуатационный контроль контактных соединений сельских электроустановок термочувствительными устройствами е эффектом памяти формы - Автореферат
МЕМБРАНЫ С ИММОБИЛИЗОВАННЫМИ бактерии и их функциональные свойства - Автореферат
Основы теории автоматической коррекции систематических погрешностей измерения физических величин при нестабильной и нелинейной функции преобразования датчика - Автореферат
ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ОСНОВНЫХ СРЕДСТВ И ЕГО Финансовое обеспечение НА ПРЕДПРИЯТИЯХ железорудной промышленности УКРАИНЫ - Автореферат