Динамика перекисного окисления липидов озерной лягушки под действием нефти

Биохимические показатели животных являются лабильными системами, четко реагирующими на изменения показателей среды.  Любое внешнее воздействие оказывает на животное стрессирующее действие, в результате чего возникают ответные реакции организма. Одной из таких реакций является изменение скорости перекисного окисления липидов в различных тканях. Этот процесс протекает и в нормальных условиях, однако, под воздействием стресса его скорость значительно увеличивается, что служит одной из надежных регистрирующих характеристик токсичного действия. Процессы перекисного окисления липидов постоянно протекают в любой живой клетке и являются необходимым условием ее нормальной жизнедеятельности. В физиологических условиях регуляция ПОЛ в клетке осуществляется различными ферментами, расположенными как в цитоплазме, так и в мембранных системах клетки. Стационарность процессов перекисного окисления липидов в норме обеспечивается системой окислительных реакций в липидах мембран, что непосредственно связано с их функциональной активностью. Независимо от причин интенсификации ПОЛ изменение скорости окисления взаимосвязано с уменьшением количества биоантиоксидантов и изменениями в составе фосфолипидов мембран за счет как более быстрой деградации окисленных липидов, так и ускорения реакций переноса липидов переносящими их белками [7, с.3-4].

При избыточной генерации активных форм кислорода процесс свободнорадикального окисления принимает каскадный характер, что приводит к липид-липидным и белок-липидным нарушениям. Основным субстратом перекисного окисления липидов являются полиненасыщенные цепи жирных кислот, входящих в состав клеточных мембран, а также липопротеинов. Их атака кислородными радикалами  приводит к образованию гидрофобных радикалов, взаимодействующих друг с другом.  Сначала из ненасыщенных жирных кислот образуются липидные радикалы, которые в свою очередь могут реагировать с кислородом с образованием пероксильного радикала, который, в свою очередь, взаимодействует с новыми молекулами ненасыщенных жирных кислот и приводит к появлению липидных пероксидов. Образующиеся липидные радикалы повреждают  молекулы белков и нуклеиновых кислот, что сопровождается нарушением структуры макромолекул и дезорганизует их функционирование [3, с.74].

Мы рассмотрели влияние различных концентраций нефти на динамику показателей перекисного окисления липидов в различных тканях озерной лягушки. ПДК нефти составляет 0,05 мг/л [5, с.36]. Озерные лягушки были отловлены в чистых водоемах ботанического сада Кубанского Государственного Университета и помещены в следующие концентрации нефти - 0,05; 0,1; 0,5 мг/л. В качестве контрольных использовались особи, помещенные в чистую отстоянную воду. Вода в контроле и опытных растворах заменялась каждые 4 суток. Плотность посадки составляла 1 особь на 2 л воды. В каждом опыте было использовано по 5 животных. Через 12 суток животных умерщвляли, после чего проводили их вскрытие и забор таких органов как печень, почки, мышцы, сердце, тонкий кишечник. Для указанных органов определяли перекисное число [2, с.183-184]. Статистическая обработка данных проводилась стандартными методами [4, с.270-271]. Различные свободные радикалы - супероксид кислорода, гидропероксид, гидроксил, гидроперекиси, липидные перекиси, эпоксиды, диеновые конъюгаты, количество которых и характеризуется перекисным числом, относятся к первичным продуктам ПОЛ, они дают характеристику ранним этапам стресс–реакций организмов на экстремальные воздействия [9, с.8]. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Перекисное число липидов различных тканей земноводных после экспозиции в растворах нефти (ммоль О/кг)

Наибольшая активность перекисных процессов  из исследованных  нами органов характерна для почек и сердца озерной лягушки. Н.М. Айвазян [1, с.5-7] проводил сравнительный анализ активности перекисного окисления липидов в различных органах земноводных. Автором  рассмотрены  различные вторичные и конечные показатели ПОЛ. Установлено, что, с наибольшей активностью процессы перекисного окисления липидов происходят в мозге и печени земноводных. Количество малонового диальдегида  было максимальным в сердце и печени, активность суперокисдтизмутазы и интенсивность хемолюминисценции - в мышцах и сердце. Таким образом, судя по комплексу показателей, наибольшая интенсивность процессов ПОЛ характерна для сердца земноводных.

Процессы перекисного окисления липидов в разных органах имеют различную динамику (таблица 2). Так,  в печени и сердце  лягушек, находившихся в растворе нефти концентрации 0,05 мг/л в течение 10 дней, происходит увеличение интенсивности ПОЛ, в почках, наоборот,  отмечено снижение в 2,25 раза, а содержание перекисей в мышечной ткани и тонком кишечнике не меняется по сравнению с контролем. У лягушек, находившихся в более концентрированном растворе нефти (0,5 мг/л), количество перекисей в печени возвращается к контрольным показателям, в мышцах, почках  и тонком кишечнике снижается по сравнению с контролем, а в сердце увеличивается. При увеличении концентрации нефти в 10 раз интенсивность ПОЛ изменяется во всех исследованных органах, однако эти изменения  имеют разную направленность - в почках происходит увеличение количества перекисей, а в остальных органах их количество уменьшается.  Необходимо отметить, что наиболее лабильной является система ПОЛ в органах мезодермального происхождения (сердце и почках). В целом можно говорить о том, что концентрация нефти, равная 1 ПДК, вызывает усиление интенсивности процессов ПОЛ по сравнению с контролем, а концентрация в 10 ПДК - угнетает.  Аналогичные результаты были получены при изучении перекисных процессов в мышцах воблы под действием газового конденсата [8, с.10-11].

Таблица 2 - Значения критерия Стьюдента при сравнении показателей перекисного окисления липидов в тканях озерной лягушки  в разных вариантах опыта

Считается, что печень играет наиболее важную роль в процессах детоксикации организма, поэтому можно было бы ожидать, что интенсивность процессов перекисного окисления липидов будет максимальной именно в ней. Однако, по результатам опыта, максимальное перекисное число отмечено не для печени, а для почек озерной лягушки. Объяснить это можно тем, что токсиканты влияют на процессы перекисного окисления липидов, происходящие в разных органах  с разной интенсивностью. Так, в эксперименте, проведенном на двулетних карпах было установлено, что изменения количества продуктов ПОЛ  начинались в  печени на 3-и сутки, но к 7-м суткам их количество возвратилось к исходному. В почках  карпа изменения  начинались также на 3-и сутки, но продолжались дольше  до 14-х суток [6, с.333]. Так как мы изучали процессы перекисного окисления на 10-ые сутки, то можно говорить о том,  что данные  процессы  у рыб и земноводных происходят аналогично.

Перекисное окисление липидов является одной из высоко лабильных форм жизнедеятельности животных, откликающимися на слабые воздействия, не достигающие порогового уровня чувствительности другим систем и функций организма. Организм как целостная система и отдельные его клетки располагают целым спектром различных защитных механизмов, эффективно противодействующих активации ПОЛ. Показателем степени усиления ПОЛ, и, соответственно,  тяжести стресса может служить не только увеличение количества самих продуктов ПОЛ, но и скорость их расходования, степень потери антиоксидантных ресурсов, способных удерживать процесс ПОЛ в физиологически безопасных пределах. Соответственно, способность сохранять интенсивность  перекисного окисления липидов более-менее постоянной свидетельствует о наличии в организме адаптивных механизмов поддержания гомеостаза в условиях токсической нагрузки. Судя по нашим данным, можно говорить, что такой способностью  при низкой токсической нагрузке в большей степени обладают тонкий кишечник и мышечная ткань, а при более высокой - печень. Кроме того, полученные нами данные  свидетельствуют о том, что в целом низкие концентрации нефти (в пределах 1-10 ПДК) не оказывают сильного токсического воздействия на организм водных позвоночных.

Литература:

Айвазян Н.М. Использование биофизических методов в современной герпетологии // Современная герпетология.  Т.8, Вып.1. 2008. С.3-9.

ГОСТ  Р 51487-99. Масла растительные и жиры животные. Метод определения перекисного числа // Государственный стандарт Российской Федерации. М., 2001. С.179-185.

Каниева Н.А. Перекисное окисление  липидов и гистологическая организация печени карпа под влиянием нефти // Человек и животные: Мат-лы 2 Междунар. научн.-практич. конф., Астрахань, 13-14 мая, 2004. Астрахань, 2004. С. 74-76.

Лакин Г.Ф. Биометрия.   М,1980. - 293 с.

Перечень предельно допустимых концентраций наиболее распространенных химических веществ в воде рыбохозяйственных водоемов  // Перечень ПДК и ОБУВ вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. М., 1995. 48 с.

Силкина Н.И., Микряков Д.В., Микряков В.Р. Механизм действия аналога кортизона на окислительные процессы при адаптации рыб к стресс-факторам // Принципы и способы сохранения биоразнообразия : Сб. мат-лов Всеросс. науч. конф. Йошкар-Ола, 28-31 янв. 2006. Йошкар-Ола, 2006. С.332-333.

Урнышева В.В. Роль параметров системы регуляции перекисного окисления липидов в формировании биологических последствий воздействия неблагоприятных экологических факторов : автореф. дис. ... канд. биол. наук: М., 2004. 17 c.

Уцов С.А. Влияние токсикантов нефтегазовых разработок на ихтиофауну Среднего Каспия: автореф. дис. … канд. биол. наук. Махачкала, 2002. 21с.

Шишкина Л.Н. Особенности функционирования физико-химической системы регуляции перекисного окисления липидов в биологических объектах разной степени сложности в норме и при действии повреждающих факторов : автореф.  дис.  …. док. хим. наук.  М., 2003. 38с.