Влияние токсикантов на вегетативные функции рыб

Определяя первоочередные задачи разработки физиологических аспектов ихтиотоксикологии [161, 162, 163, 164], мы указывали на необходимость изучения не только поведенческих реакций рыб (условные и безусловные рефлексы), но и важнейших вегетативных функций, таких, как дыхание и кровообращение, чувствительность которых к низким концентрациям токсических веществ не уступает поведенческим реакциям. Весьма показательны в этом отношении рекомендации некоторых авторов [433] изучать роль хеморецепции рыб, ее разрешающие способности методом кардиографии. Использование этого метода для определения чувствительности рыб (карась и карп) к некоторым химическим веществам [115] показало, что они реагируют на уксусную кислоту (2•10^-6 мг/л) и аммиак (2•10^-5 мг/л). Что касается дыхания, которое обычно оценивается по частоте движения оперкулярныХ крышек, то его изменения наступают у рыб, отравленных, например, фенолами [187, 156], одновременно с изменениями двигательной активности (одной из наиболее чувствительных поведенческих реакций) или даже несколько ранее.

Уже в первых наших исследованиях, выполненных на русском осетре и севрюге, отравленных сточными водами сложного состава [183], электрографическая регистрация частоты дыхания и ритма сердечных сокращений на двухканальном электрокардиографе ЭКПСЧ-3 позволила выявить сложные изменения в деятельности органов дыхания и кровообращения, сопутствующие интоксикации. Дыхание у отравленных рыб становится аритмичным и замедленным (20 — 25 движений в минуту против 100 — 115 у контрольных). Частота сердцебиений у подопытных рыб в 2-3 раза ниже, чем у контрольных, т. е. имеет место отчетливая брадикардия. Отмечены резкая деформация электрокардиограммы (рис. 27), заметное сокращение времени систолы желудочка, смещение влево и стертость зубца Т, исчезновение зубца Р и патологическая очерченность зубца S. Все это свидетельствует о нарушении проводимости между желудочком и предсердием.

Рис. 27. Электрокардиограммы здоровой (а) и отравленной (б) севрюг

Учитывая важное функциональное значение дыхания и кровообращения, которые вместе с гемоглобином крови являются основными звеньями физиологической системы обеспечения кислородного режима организма, мы предложили использовать электрографический метод [169, 172] в качестве стандартного метода ихтиотоксикологических исследований для быстрого определения токсичности низких концентраций химических веществ. Показателями токсичности при этом служат изменение частоты и силы дыхательных движений оперкулярных крышек, изменение частоты и силы сердечных сокращений, изменение структуры электрокардиограммы.

Широкое использование этого метода позволило выявить высокую чувствительность физиологической системы обеспечения организма кислородом, которая раньше других реагирует на многие экзогенные воздействия и потому может быть использована для ранней диагностики отравления рыб или выявления токсического эффекта малых концентраций различных веществ, таких, как соли тяжелых металлов [784, 526, 611], различные пестициды. [195, 684, 82], фенолы [110-112], поверхностно-активные вещества [5]. Анализ полученных данных показывает, что изменение сердечного ритма, частоты дыхания и структуры дыхательного цикла, объема вентиляции, а также нарастание сердечно-дыхательной синхронии наступают задолго до гибели рыб и отражают особенности их функционального состояния в экстремальных условиях.

Важным звеном физиологической системы обеспечения кислородного режима организма является гемоглобин крови, определяющий ее кислородную емкость. Учитывая это, мы начали использовать некоторые гематологические показатели (концентрация гемоглобина крови, число эритроцитов, осмотическая резистентность эритроцитов) в ихтиотоксикологических исследованиях в середине 60-х годов [183, 163]. Оказалось, что под влиянием ядов органического ряда у некоторых видов осетровых (русский осетр, севрюга) наряду с нарушением деятельности органов дыхания и кровообращения происходят серьезные гематологические изменения. Например, количество гемоглобина снизилось с 7-9 г% у здоровых рыб до 2,8 г % у отравленных, причем у некоторых рыб количество гемоглобина падало до 1,1 — 1,2 г%, т. е. в 5-7 раз в сравнении с нормой. Резко снижалось и число эритроцитов у подопытных рыб, которое варьировало от 0,65 до 1,2 млн. на 1 мл при норме у здоровых севрюг 1,6-2,0 млн. на 1 мл.

Нужно сказать, что гематологические показатели, такие, как число эритроцитов, величина их поверхности и объем (гематокрит), осмотическая резистентность эритроцитов, а также рН и окислительно-восстановительный потенциал крови использовались и ранее в отдельных работах по ихтиотоксикологии [337, 770, 345, 576]. Однако начиная со второй половины 60-х годов интерес ихтиотоксикологов к различным показателям функционального состояния системы крови заметно возрос, и они стали широко использоваться в опытах с различными группами токсикантов: фенолами [831, 832, 756, 85, 232], пестицидами [276-278, 126, 129, 130, 131, 227, 255, 195, 123], нефтью [79, 136, 94, 114], диспергентами [137], солями тяжелых металлов [80]. Если раньше использовались только показатели красной крови, то в современных ихтиотоксикологических исследованиях значительное внимание уделяется качественному составу и количественным показателям белой крови [831, 756, 227, 232, 85, 80, 79, 154, 137].

Анализ экспериментальных данных показывает, что изменения в системе крови под влиянием токсикантов различной химической природы выявляются задолго до развития выраженных симптомов отравления. Патология крови проявляется в нарушении морфологии форменных элементов, расстройстве деятельности кроветворных органов, изменении количественного содержания отдельных форменных элементов красной и белой крови. Многие пестициды вызывают у рыб снижение числа эритроцитов (анемию), обусловленное либо их интенсивным распадом в кровяном русле, либо функциональной недостаточностью эритропоэза [280]. И в том и в другом случае нарушается динамическое равновесие процессов кроветворения и кроворазрушения, что ведет к изменению количества эритроцитов в периферической крови. Однако, как справедливо подчеркивает Г. В. Попова [278, 280], с помощью одних лишь количественных показателей не всегда удается уловить изменения в системе крови рыб, подвергшихся токсическому воздействию. Здесь важное значение приобретает морфологический анализ крови, позволяющий получать точные данные о состоянии гемопоэза и выявлять изменения качественного состава форменных элементов, которые обнаруживаются подчас раньше изменения их численности и даже в отсутствие таких изменений. При действии многих токсических веществ на рыб, в том числе и пестицидов, наступают различные эритроцитарные нарушения, причем многие из них имеют необратимый характер (пикноз, кариолиз, хроматолиз и др.).

Наряду с красной кровйю сложные патологические изменения под влиянием токсикантов претерпевает белая кровь. Чаще всего они проявляются в изменении общего количества лейкоцитов и лекоцитарной формулы. На первых этапах токсического воздействия на рыб происходит усиление лейкопоэза, выражающееся в увеличении незрелых форм и молодых гранулоцитов. По мере дальнейшего развития токсического процесса отмечается нарастание числа моноцитов [229], а количество полиморфноядерных лейкоцитов остается все еще большим. На фоне продолжающегося увеличения общего количества гранулоцитов заметно снижается число эозинофильных миэлоцитов. Выявляется тенденция к лейкопении. Вскоре после этого у отравленных рыб резко снижается количество гранулоцитов и полиморфноядерных клеток и развивается лекопения при ярко выраженном моноцитозе. В клетках белой крови развивается вакуолизация цитоплазмы, фрагментация и вакуолизация ядра. Наряду с нормоцитами в периферическом русле появляются макро- и микроциты.

Выявленные в последнее десятилетие сложные морфологические и функциональные изменения системы крови рыб под влиянием различных токсикантов в общих чертах сходны с изменениями, наблюдающимися у теплокровных животных. В связи с этим необходимо широкое использование гематологических методов [169, 171, 344, 227, 278] в ихтиотоксикологии наряду с другими физиологическими методами исследований, особенно, если учитывать многогранную физиологическую роль системы крови, в первую очередь ее дыхательную (красная кровь) и защитную (белая кровь) функции.

Защитная функция крови в совокупности с защитной функцией паренхиматозных органов лежит в основе иммунитета рыб к различным инфекционным и инвазионным заболеваниям [175]. Нормальное течение защитных реакций организма обеспечивает его резистентность, т. е. устойчивость в сложных отношениях с биотическими факторами (вирусы, бактерии, грибки, паразиты) водной среды, а угнетение или подавление защитных реакций неизбежно приводит к снижению устойчивости организма к возбудителям грибковых, инфекционных или инвазионных заболеваний. Исходя из этих представлений в начале 60-х годов [163, 162, 161] нами было высказане предположение о том, что токсические вещества, «нарушая или угнетая иммунобиологические реакции рыб, снижают их иммунитет к разнообразным инфекционным заболеваниям, что может само по себе привести к массовой гибели рыб. Именно в этом можно искать разрешение загадки, почему в рыбохозяйственных водоемах вспыхивают эпидемии инфекционных и инвазионных заболеваний». В связи с этим была сформулирована задача изучать влияние токсикантов на отдельные стороны иммунитета и устойчивость организма к возбудителям заболеваний, а также выявлять возможность использования иммунобиологических реакций для оценки токсического эффекта различных групп веществ.

На модели фенольной интоксикации различных видов рыб (карась, плотва, густера) нам удалось показать, что перенесенное отравление снижает устойчивость рыб к другим патогенным воздействиям, в частности к грибковым (поражение сапролегнией) [163]. Этот вывод был подтвержден в опытах с фенолом и полихлорпине-ном на примере устойчивости карпов и гуппи к ихтиофтириозу [52]. Предварительное 48-часовое воздействие остротоксичной концентрации полихлорпинена (1,5мг/л) вызывало резкое снижение устойчивости (от 2 до 33 раз) выживших рыб к экспериментальному заражению Ichtyophthirius multifilus.

Противоречивые данные получены при изучении характера влияния токсикантов на восприимчивость и течение инфекционных заболеваний [369]. Хлорофос, например, концентрацией 10-50 мг/л практически не оказывал сколько-нибудь значительного влияния на устойчивость карпов к бактериальной форме краснухи (аэромоноз). Детергент «Лотос-71» (10-50 мг/л) вообще не влиял на иммунитет рыб к возбудителю этого заболевания. Что касается полихлорпинена, то его низкие концентрации (0,05 мг/л) несколько увеличивали процент гибели отравленных рыб в сравнении с контрольными при заражении вирулентной культурой Aeromonas punctata (10-50 млн. бактерий на 1 г живой массы рыб). Однако более высокие концентрации токсиканта (0,3-0,5 мг/л) не оказывали влияния на иммунитет. Обобщая полученные данные, авторы приходят к выводу, что они «свидетельствуют о неблагоприятном воздействии пестицидов на исход инфекционного процесса при аэромонозе» [369, с. 60], который, на наш взгляд, неубедителен.

Несомненный интерес представляют единичные данные по влиянию токсикантов на иммунологическую реактивность рыб, в частности на антителогенез [64а].

Работы этого плана необходимо продолжить, расширив при этом перечень показателей иммунологической реактивности за счет клеточных (фагоцитоз, плазмоцитарная реакция) и гуморальных (комплемент, пропордин, лизоцим) факторов врожденного и приобретенного иммунитета.

Завершая краткий аналитический обзор полученных за последние два десятилетия экспериментальных данных, можно сделать вывод о том, что разработка физиологических аспектов ихтиотоксикологии велась весьма продуктивно. Мы значительно продвинулись в понимании возможных механизмов токсического действия ядов органического ряда на рыб, установили идентичность многих физиологических реакций у рыб и теплокровных животных на различные группы токсикантов и всестоц. ронне обосновали правомерность использования этих реакций для ранней диагностики скрытого действия токсических веществ и установления научно обоснованных ПДК. Можно не сомневаться в том, что физиологические экспресс-методы оценки токсичности различных групп веществ займут в ихтиотоксикологии такое же почетное место, какое они заняли в общей и санитарной токсикологии.

ГЛАВА VII