Развитие патологии внутренних органов карпа в зависимости от концентрации сульфата меди

УДК 597.5

Н. Н. Федорова, Г. Ф. Журавлева*, Г. В. Земков**

Кафедра гидробиологии и общей экологии Каспийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства Проблемная лаборатория осетроводства

РАЗВИТИЕ ПАТОЛОГИИ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ КАРПА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ СУЛЬФАТА МЕДИ

Рассеивание тяжелых металлов в окружающей природной среде в настоящее время превышает уровень их добычи (Динамика 1989), поэтому в организме гидробионтов их содержание нередко достигает летального уровня. В связи с этим промысловые виды рыб с высоким уровнем кумуляции металлов теряют товарное качество, а бесконтрольное употребление таких рыб в пищу приводит к заболеваниям человека.

В литературе имеются многочисленные сведения о токсичности меди для растений, животных и человека (Флеров, 1983; Мохамед, 1994 и др.). При изучении механизма действия была установлена инактивация с помощью связывания металлов белком, что является одним из путей адаптации организма (Лукьянова, Евтушенко, 1982). Однако адаптационные процессы, поддерживающие гомеостаз, нарушаются при нарастании концентрации элементов в среде и увеличении длительности их действия на организм.

Из опубликованных данных известно, что медь оказывает на организм рыб политропное действие. В связи с этим представляют интерес сведения о последовательности и степени функциональных нарушений органов под влиянием интоксикации, вызванной растворами меди.

В настоящей работе представлены данные микроскопического анализа жабр, печени, селезенки, туловищной и головной почек, мышц, мозга карпа, находившихся под воздействием сульфата меди в течение 60 дней.

Методы исследования

В опыте рыбу содержали в растворе сульфата меди при концентрации

0,5 мг/л в пересчете на ион металла. В каждый аквариум емкостью 50 л помещали по 10 экземпляров рыб. Опыт проводили в 3-х повторностях.

Биоматериал для гистологического анализа собирали через 30 дней. Для этого препарировали кусочки мышц спины, селезенки, печени, туловищной и головной почек, 2-й жаберной дуги, мозга и фиксировали их в 10 % нейтральном формалине. Гистологические препараты окрашивали гематоксилин-эозином, мозг - по методу Ниссля с использованием крезил-виолета, микроскопировали, отмечая степень и характер морфологических нарушений. Все данные, полученные в опыте, сравнивали с контролем.

Результаты исследований

Гистологическое исследование органов показало следующее.

Печень. Контроль. Венозные капилляры печени карпа идут сравнительно прямолинейно, на препаратах прослеживаются на значительных расстояниях. Обычно вдоль такого капилляра тянется от 5 до 7 печеночных балок, т. е. печеночные балки выявляются достаточно хорошо. Составляющие клетки крупные, отмечается их некоторый полиморфизм. Ядра в основном крупные, светлые, с 1-2 ядрышками. Цитоплазма гепатоци-тов содержит едва заметную зернистость.

Опыт. Балочная структура печени нарушена. Во многих клетках отмечены необратимые дистрофические изменения (некробиоз), характеризующиеся преобладанием катаболических реакций над анаболическими: многие клетки и их ядра сморщены, в ядрах при этом происходит конденсация хроматина (кариопикноз), в цитоплазме - вакуолизация (плазмолиз). Имеются клетки без ядер (кариолизис - в 30 %). Только 10 % гепатоцитов сохранили крупные светлые ядра с одним ядрышком.

Значительные участки, особенно на периферии органа, некротизи-рованы, причем участки некроза - от самых маленьких до массивных. Границы клеток нечетки. В распавшейся ткани печени находится детрит и бурый пигмент - липофусцин.

Обнаружены дисциркуляторные расстройства - венозное полнокровие (застойный стаз) печени и резкое расширение капилляров, забитых элементами крови. В паренхиме печени отмечены массивные плазморрагии.

Таким образом, в печени имелись адаптивные реакции - расширения сосудов; остальные реакции клеток - вакуолизацию цитоплазмы, пикноз ядер, некроз участков ткани печени, застойный сосудистый стаз, плазмор-рагии - следует отнести к патологическим.

Следовательно, под влиянием солей меди возникает токсическая дистрофия печени или прогрессирующий массивный некроз печени, сопровождающийся панкреонекрозом. Соли меди обладают сильным ге-патотоксическим действием. Степень повреждения тканей печени следует оценить как IV (тяжелые повреждения) - V (летальное отравление).

Туловищная почка. Контроль. На срезах почки можно выделить 5 важнейших элементов. Основная масса органа (межканальцевая ткань) состоит из гемопоэтической (ретикулярной) ткани, в которой формируется ФЭК; из рыхлой волокнистой неоформленной соединительной ткани, сопровождающей сосуды; из почечных телец с пустой чистой полостью; извитых мочевых канальцев, выстланных однослойным кубическим эпителием с относительно широкой чистой полостью; собирательных трубочек, выстланных плазматическим эпителием.

Опыт. Отмечается значительный отек эпителия извитых канальцев. В большинстве из них эпителиальные клетки не имеют между собой четкой границы, в некоторых из них отсутствуют ядра (кариолизис). В цитоплазме эпителиальных клеток одних канальцев наблюдается дистрофия и некробиоз, в других - атрофия и десквамация эпителия канальцев. В некоторых извитых канальцах и собирательных трубочках эпителиальный пласт отслоен от базальной мембраны; обнаружены разрывы канальцевой базальной мембраны (тубулорексис).

Полости извитых канальцев сужены, заполнены белковым экссудатом (цилиндрами). Многие почечные капсулы сморщены, превратились в гиалиновые шарики (гломерулогиалинус), в других заметны спайки между капиллярными петлями в полости клубочковой капсулы (фибропластический гломерулонефрит).

В межканальцевой ткани обнаружена масса точечных кровоизлияний разной временной продолжительности, в том числе имеются кровоизлияния, где располагаются разрушенные эритроциты. Эти участки содержат детрит и липофусцин, т. е. диапедезные кровоизлияния прииняли системный характер. Кроме того, в межканальцевой ткани имеется множество участков некроза разной величины и формы, плазморрагии. Все сосуды почки всех калибров резко расширены, заполнены форменными элементами крови.

Таким образом, в почках имелись адаптивные реакции - расширения сосудов, остальные реакции - отек эпителия, дистрофию, пикноз ядер, слущивание эпителиальных пластов, разрывы базальных мембран под ними, сморщивание почечных телец, сужение извитых канальцев, их белковый экссудат, некроз межканальцевой ткани - следует отнести к патологическим. Следовательно, под влиянием солей меди начинает активно развиваться диффузный фибропластический гломерулонефрит, что в конечном итоге приводит к хронической почечной недостаточности и сморщиванию почек. Степень повреждения тканей можно оценить как ^^.

Селезенка. Контроль. Трабекулы на препаратах едва заметны. Паренхима органа пронизана толстостенными артериями, артериолами, капиллярами и венулами. Островки гемопоэза определяются в основном вокруг артериол. В селезенке различается белая и красная пульпа. Белая пульпа - это лимфоидные фолликулы, в каждом из которых располагается артериола. Определяются только мелкие лимфоидные фолликулы без светлых (реактивных) центров и мелкие лимфоидные фолликулы с маленьким светлым центром и тонким темным ободком. В красной пульпе много расширенных кровеносных капилляров (синусов), где находятся созревающие, зрелые и гибнущие эритроциты. Многие эритроциты содержат гемосидерин.

Опыт. Белая пульпа вследствие неравномерного распределения разных типов клеток на окрашенных препаратах имеет вид неоднородных, нечетко очерченных образований. Различаются единичные, очень мелкие фолликулы без светлых центров. Выявлено большое количество лимфоидных фолликулов со светлым центром. В большом светлом центре определяется распад ядер и клеток развивавшихся форменных элементов на отдельные глыбки. В светлом центре содержатся единичные свободные макрофаги, способные к фагоцитозу продуктов распада форменных элементов, погибших при массивном антигенном раздражении (интоксикация солями меди). Периферическая часть лимфоидных скоплений занята лимфоцитами, образующими темный наружный ободок фолликула. Четкого перехода от белой пульпы к красной не обнаружено. В красной пульпе имеются кровоизлияния и плазморрагии различной величины и формы.

Определяется полнокровие красной пульпы. Обнаружено большое количество единично расположенных или в виде скоплений дегенерирующих эритроцитов, наполненных гемосидерином.

Таким образом, микроструктура белой пульпы была очень динамичной, зависела от функционального состояния рыбы, что, в свою очередь, определялось фазой иммунного ответа на аутоантитела.

Единственной адаптивной реакцией тканей селезенки явилось ее полнокровие, остальные реакции - некроз реактивных центров фолликулов, кровоизлияния в красную пульпу - патологические. Можно утверждать, что нарушение равновесия между образованием и генерацией эритроцитов - основное следствие интоксикации солями меди. Степень повреждения селезенки - IV.

Головная почка. Контроль. Окраска головной почки имеет мозаичный характер в связи с тем, что ее паренхима делится на красную и белую пульпу.

Опыт. Отстствует четкое разделение белой и красной пульпы. Имеются очень мелкие скопления лимфоидной ткани, чередующиеся с красной пульпой. По всей паренхиме головной почки обнаружена масса кровоизлияний различной величины, формы, времени возникновения; кроме того, отмечаются плазморрагии. Все сосуды, в том числе и капилляры, неравномерно расширены, «забиты» элементами крови.

Таким образом, единственная адаптивная реакция - кровенаполнение головной почки, остальные реакции - уменьшение количества лимфатических фолликулов, снижение основных функций органов (появление кровоизлияний) - патологические. Можно оценить степень повреждения органов как IV.

Скелетные мышцы. Контроль. Мышечные волокна плотно прилегают друг к другу, отмечается четкая поперечная исчерченность, многочисленные мелкие ядра. Мышечные волокна имеют почти одинаковую толщину и длину.

Опыт. мышечные волокна фрагментированы, фрагменты различной длины и толщины. Исчерченность волокон не определяется, ядра сохранились лишь в отдельных фрагментах мышечного волокна. Между волокнами наблюдаются промежутки, отмечается извитость волокон, волнообразное расположение миофибрилл. Можно определить степень повреждения мышц как IV.

Мозг. Опыт. У большинства рыб отмечались значительные изменения нейронов промежуточного, среднего, продолговатого отделов головного мозга и нейронов спинного мозга. Выявлены структурные нарушения - дистрофия и некроз нейронов, пролиферация глии. У большинства нейронов имелась неравномерность окраски тела и отростков. Вокруг некоторых нейронов обнаружен светлый венчик вследствие отека нервной ткани. Кроме того, в нервной ткани наблюдались расстройства микроциркуляции крови. Степень повреждения мозга можно определить как IV.

Кишечник. Контроль. С поверхности слизистой оболочки каждая ворсинка выстлана каемчатым эпителием. Бокаловидные клетки в ворсинках расположены поодиночке среди каемчатых.

Опыт. Кишечные ворсинки резко отечные, увеличены в толщине, на верхушках имеют различную форму, напоминая барабанные палочки.

На верхушках всех ворсинок эпителиальные пласты отделились от базальный мембраны. В отслоившихся пластах эпителиальные клетки в три раза ниже оставшихся прикрепленными к мембране. Некоторые отслоившиеся эпителиальные пласты разорваны. Клетки слущенных пластов потеряли ядра, сморщились. В просвете кишки - обрывки некротизированных тканей. Наблюдается гиперплазия бокаловидных клеток (бокаловидная трансформация). Собственная пластинка слизистой оболочки инфильтрирована лимфоцитами. Отмечается неравномерность толщины мышечного слоя, где многие гладкомышечные клетки потеряли ядра. Между мышечными клетками появились пространства, что свидетельствует об отеке оболочки кишки.

Таким образом, некрозу подвержен не только каемчатый эпителий дистальных отделов кишечных ворсинок, но и строма тех же отделов. Слизистая оболочка кишки резко гиперемирована; воспалительный инфильтрат пронизывает всю толщу слизистой оболочки, в ней обнаружены кровоизлияния. Дистрофия и некробиоз эпителия сочетаются с десквама-цией его с верхушек ворсинок и гиперсекрецией желез. Выявлено укорочение ворсинок, их деформация, появление большого количества сросшихся ворсинок, продолжающийся некроз их апикальных отделов. Следовательно, интоксикация солями меди вызывает у рыб хронический атрофический некротический энтероколит. Можно оценить степень повреждения кишечника как ГУ^.

Жабры. Контроль. Респираторные клетки покрывают ламеллы. Хлоридные клетки составляют 4-7 % от общего числа клеток эпителия филамента. Слизистые клетки представляют собой железистый компонент жаберного эпителия рыб. У карпа их количество достигает 12-15 % от общего числа эпителиальных клеток.

Опыт. Нарушена структура межклеточных соединений эпителиальных клеток. Обнаружено слущивание поверхностного слоя респираторного эпителия с верхушек ламелл. Выявлена гипертрофия как респираторного, так и многослойного эпителия, причем она неодинакова на разных участках филаментов. Следует указать на то, что гипертрофия многослойного эпителия преобладает над гипертрофией респираторного. Имеются участки некроза разной величины в слоях многослойного эпителия филамента в межламеллярных пространствах филамента, кроме того, обнаружены мелкие кровоизлияния и плазморрагии. Крупные слизистые клетки переполнены секретом, ХК не обнаружены. Капилляры ламелл и сосуды филаментов расширены и заполнены эритроцитами.

Таким образом, в условиях действия токсикантов в эпителии жабр развиваются адаптивные реакции, препятствующие гибели рыб. Четко прослеживается системность ответов организма на интоксикацию: на тканевом уровне - это усиление дифференцировки и созревания недифференцированных элементов, последующее увеличение числа железистых клеток, предохраняющих жабры от прямого воздействия токсикантов. Затем происходит увеличение проницаемости эпителия жабр для ионов и нарушение целостности эпителиальной ткани на уровне межклеточных образований. Кроме того, по мере нарастания интоксикации происходит переход от гипертрофии эпителиальной ткани к беспорядочной гиперплазии. Можно оценить степень повреждения жабр как ^^.

Резюме. Медь вызывала в печени деструктивный гепатит, характеризовавшийся резкой дистрофией и некрозом гепатоцитов, сочетающихся с выраженной клеточной инфильтрацией. В конце эксперимента у рыб развивалась токсическая дистрофия или прогрессирующий массивный некроз печени, сопровождавшийся панкреонекрозом. Соли меди обладают сильным гепатотоксическим действием. Интоксикация, вызванная солями меди, способствовала появлению в почках симптомов диффузного фибропластического гломерулонефрита, так как фибропластической трансформации подверглось большинство клубочков. В конечном итоге развивается хроническая почечная недостаточность. В конце эксперимента это уже терминальный гломерулонефрит, для которого характерно сморщивание почек. Под влиянием сульфата меди в кишечнике возникли дистрофические и атрофические изменения слизистой оболочки средней кишки сеголеток карпа: укорочение и уменьшение ворсинок почти на 4/5 от их прежней величины, по сути, остались лишь их утолщенные основания; происходила вакуолизация и уменьшение числа энтероцитов; омертвению подвержены не только слои каемчатого эпителия на дистальных частях ворсинок, но и подстилающая их строма. К концу эксперимента развивался некротический атрофический энтероколит. В кроветворных органах под воздействием солей меди происходил некроз гемопоэтической ткани, в связи с чем нарушался баланс между образованием и разрушением форменных элементов крови. В тканях жабр происходили бурные пролиферативные процессы, сопровождавшиеся некрозом и структурными нарушениями межклеточных соединений, причем гипертрофия эпителия сменялась беспорядочной гиперплазией.

Выводы

Г лубокие морфологические изменения органов и тканей под влиянием сульфата меди дестабилизируют нормальное функционирование организма рыб, снижают уровень иммунных реакций и естественную резистентность, что приводит к их гибели.

Под влиянием сульфата меди происходят значительные изменения морфофункциональных показателей рыб, степень и глубина которых возрастает в зависимости от времени пребывания рыб в этих растворах.

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

1. Динамика загрязнения почв Волго-Ахтубинской поймы сульфитами и сульфатами за 1986-1988 гг. / В. В. Давидюк, А. З. Щербаков, В. К. Маркин, А. В. Плохов // Проблемы изучения, охраны, рационал. использования природных ресурсов Вол-го-Ахтубинской поймы и дельты Волги. - Астрахань, 1989. - С. 141-142.

2. Лукьянова О. Н., Евтушенко З. С. Металлотионеины морских беспозвоночных // Биология моря. - 1982. - № 4. - С. 3-12.

3. Мохамед А. С. Степень сопряженности морфофункциональных нарушений в жабрах и паренхиматозных органах карпа под влиянием ртути и меди: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. - М, 1984. - 24 с.

4. Флеров Б. А. Механизмы приспособления водных животных к токсическим веществам // Реакции гидробионтов на загрязнения. - М.: Наука, 1983. - С. 30- 34.

Получено 24.01.04

DEPENDENCY OF PATHOLOGICAL DEVELOPMENT OF CARP’S INTERNAL ORGANS FROM CUPRUM SULPHATE CONCENTRATION

N. N. Fedorova, G. F. Juravleva, G. V. Zemkov

Copper is proved to make politropic influence, destabilizing normal functioning of fish organism, lowering level of immune reactions. Under the influence of cuprum sulphate take place considerable changes of morpho-functional features of fishes, their degree and depth growing due to the fishes’ being in these solutions.