Влияние высоких концентраций детергента "Sarma" на активность in vitro респираторного мерцательного эпителия Sinanodonta woodiana (lea, 1834)

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ДЕТЕРГЕНТА «SARMA» НА АКТИВНОСТЬ IN VITRO РЕСПИРАТОРНОГО МЕРЦАТЕЛЬНОГО ЭПИТЕЛИЯ SINANODONTA WOODIANA (LEA, 1834)

¹Житомирский государственный университет имени Ивана Франко, Житомир,

²Государственный университет «Житомирская политехника», Житомир

Исследовали влияние анионактивного детергента «Sarma» в высоких концентрациях на продолжительность работы и частоту биения in vitro ресничек мерцательного эпителия жаберного аппарата самцов, самок и гермафродитных особей беззубки китайской Sinanodonta woodiana (Lea, 1834). Детергент «Sarma» в концентрациях 3 и 6 мг/дм³ в среде пребывания беззубки удлиняет продолжительность локомоции ресничек и увеличивает частоту их биения. Исследованный детергент в диапазоне концентраций 12-48 мг/дм³ способствует сокращению значений обеих показателей в 1,2-6,2 и в 1,1--8,3 раз соответственно в сравнении с нормой.

Ключевые слова: беззубка, СМС, респираторный эпителий.

анионактивный детергент sarma мерцательный жаберный sinanodonta woodiana

В настоящее время антропогенный прессинг на гидросферу привел к загрязнению природных вод компонентами как промышленных, так и хозяйственно-бытовых стоков [4, 10, 18]. Среди них опасными для гидробионтов являются поверхностно-активные вещества (ПАВ) -- компоненты синтетических моющих средств (СМС), функцией-мишенью которых у всех жабродышащих животных является мерцательный эпителий их жаберного аппарата. Степень поражения последнего под влиянием поверхностно-активных веществ (ПАВ) обусловливается как концентрацией этого токсиканта, так и физиологическим статусом особей, подвергшихся его воздействию [13, 15--17].

Начало XXI ст. в Украине ознаменовалось появлением и быстрым распространением (сперва в Северном Причерноморье - в Килийской дельте Дуная, несколько позже - в Закарпатье) беззубки китайской Sinanodonta woodiana (Lea, 1834) - вида-иммигранта, проникшего сюда, скорее всего, по дунайскому инвазионному коридору [11, 20--22]. Этот моллюск юго-восточноазиатского происхождения отличается широкой экологической валентностью, чем и обусловлено его успешное быстрое расселение, особенно в последние десятилетия, в пресных континентальных водоемах (как проточных, так и стоячих) разных континентов [14, 23--26]. Успешность существования появившихся в Украине популяций этого вида-вселенца в значительной мере будет зависеть от степени устойчивости его к загрязнению детергентами заселенных им поверхностных вод. Насколько существенной для китайской беззубки является роль этого антропогенного фактора свидетельствует тот факт, что при действующих в настоящее время ПДК, принятых для ПАВ (0,5 мг/дм³ - для анионактивных и 0,1 мг/дм³ - для неионогенных), содержание их в природных водах к настоящему времени в ряде регионов Украины превышено в десятки и сотни раз [9].

Выяснение этого вопроса важно в том отношении, что у этой беззубки, как и у всех остальных Bivalvia, от уровня активности респираторного эпителия зависят все важнейшие функции ее жизнеобеспечения. На сегодня установлено только влияние ПАВ на частоту сердцебиения у этого моллюска разных условий температурного режима [5].

Цель работы - выяснить особенности влияния на продолжительность работы и частоту биения in vitro ресничек фронтального мерцательного эпителия жаберного аппарата woodiana при воздействии на нее детергента «Sarma» в высоких концентрациях.

Материал и методы исследования

Материал исследования - 342 особи У. м>ооЛапа (длина раковин - 12,9-16,1 см, высота - 8,6-9,7 см), собранных вручную в Килийской дельте Дуная у западной границы заповедника «Дунайские плавни» (Одесская обл.) в июне 2011 г. В лабораторию животных транспортировали обернутыми 6-ю слоями мокрой мешковины. В стационарных условиях их сразу же подвергли обязательной предшествующей токсикологическому эксперименту 15- суточной акклимации (объем аквариумов - 50-100 л, плотность посадки особей - 1 екз./10 л воды, температура воды - 20-22°С, pH - 7,4-8,6, оксигенизация - 8,5-9,3 мг 0₂/дм³) [19]. Обновление среды ежесуточное, как и кормление особей (растертый сухой корм для рыб).

Токсикологический эксперимент поставлен по стандартной методике [1]. Как токсикант использован детергент <^агша» (производитель - «Винницабытхим»), который является одним из наиболее востребованных в последние годы в Украине, включительно в Северном Причерноморье. Состав детергента, заявленный производителем: сульфаты (более 30%), карбонаты (5-15%), фосфаты (5-15%), анионные ПАВ (5-15%), неионогенные ПАВ (< 5%), кислородсодержащие отбеливающие вещества (5-15%), силикаты (5-15%), пеногаситель (< 5%), фосфонаты (< 5%), антисорбенты (< 5%), поликарбоксилаты (< 5%), энзимы, оптические отбеливатели, отдушка.

Ориентировочным опытом для У woodiana установлены значения (мг/дм³) ЬС₀=0,1 и ЬС1₀₀=100, а графически (методом скользящей кривой) - ЬС₅₀=50. В основном опыте задействовано СМС в 5-ти концентрациях в пределах ЬС₀-ЬС₅₀ (таблица). Экспозиция - 2 сут.

Продолжительность активности функционирования и частоту биения ресничек фронтального мерцательного жаберного эпителия определяли на временных микропрепаратах по стандартной методике [3], воспользовавшись микроскопом «Биолам» (»200 и »450) со сниженной степенью освещенности поля зрения (диафрагмирование осветителя). Пол моллюсков устанавливали по [21]. Результаты опыта обработаны методами базовой вариационной статистики [6].

Таблица

Влияние детергента «Sarma» на активность локомоции in vitro ресничек мерцательного эпителия жаберного аппарата Sinanodonta woodiana

Примечание: n - количество исследованных моллюсков, экз.; lim - минимальное и максимальное значения; M±m -- среднее значение показателя с погрешностью к среднему; CV - коэффициент вариации, %.

Результаты исследования и их обсуждение

При 3 мг/дм³ ПАВ в среде у всех подопытных А м>ооП1апа отмечена тенденция к возрастанию как длительности активности респираторного эпителия, так и частоты биения его ресничек. При 6 мг/дм³ токсиканта подобного рода сдвиги достигают уровня высокой статистической достоверности (р<0,01), составляя у самцов, самок и гермафродитов прирост (в %) для продолжительности активности 21,8, 27,5, 16,3 %, а для частоты биения - 22,2, 14,3, 11,7 % соответственно. Дальнейшее повышение концентрации детергента в среде (с 6 до 48 мг/дм³) сопровождается быстро нарастающим сокращением значений обоих обсуждаемых показателей: у самок - в 8,3 и 8,4 раза, у самцов - в 7,0 и 7,3, у гермафродитов - в 8,8 и 10,6 раза соответственно (р<0,01). Наименьшую степень сдвига значений этих показателей выявлено у самцов, а наибольшую - у гермафродитов.

К настоящему времени установлено, что пребывание моллюсков в средах, содержащих ПАВ, в зависимости от их концентрации, продолжительности воздействия и уровня резистентности к ним этих гидробионтов, сопровождается развитием у них патологического процесса - отравления, каждая из стадий которого характеризуется присущим ей симптомокомплексом [15, 17]. Настоящим исследованием выявлено, что 3 и 6 мг/дм³ ПАВ в среде провоцируют развитие у А. м>оо^апа отравление в форме стадии стимуляции, свидетельством чего являются как приведенные выше данные о возрастании активности ее респираторного эпителия, так и проявление у отравленных особей быстрой защитной физиологической реакции в виде интенсификации ослизнения фронтального жаберного эпителия, замедляющей диффундирование детергента внутрь особей.

В среде, содержащей 12 мг/дм³ токсиканта, у беззубок развивается депрессивная стадия патологического процесса. Симптомы начального ее этапа («ранняя» депрессия) - значительное (на 4,34-8,17%) сокращение продолжительности работы мерцательного эпителия у всех, без исключения, категорий исследованных моллюсков. Частота биения ресничек при этом существенно сокращается только у самок (на 6,86 %), тогда как у самцов и гермафродитов она составляет лишь 0,19 и 0,70% соответственно. Наблюдается возрастание ослизнения 2078-2357. Наук. зап. Терноп. нац. пед. ун-ту. Сер. Бюл., 2020, № 1-2 (79) 79 эпителия жабр, появление рассыпанной мелкозернистой пастозности покровных тканей мантии и ноги, указывающее на начало развития оводнения, а значит и отечности последних. Степень повреждаемости особей на этой стадии их отравления, однако, такова, которая обеспечивает 100%-ную их выживаемость вплоть до конца экспозиции (на данном этапе эксперимента).

При 24 мг/дм³ ПАВ через 9-12 ч. с начала опыта состояние беззубок соответствует обычному для завершения стадии депрессии («поздняя» депрессия). Для нее характерны патологические изменения респираторного эпителия и кровотечения, быстрое возрастание отечности мягких тканей и ослабления тактильной чувствительности. Тем не менее, к завершению 1-ых суток опыта все особи все еще сохраняли жизнеспособность. Полагают [2, 7, 8], что это связано с их переходом на анаэробный способ использования основного энергетического субстрата - гликогена. Эта адаптация позволяет беззубкам некоторое время выжить в условиях аноксии. При этом, однако, на неповрежденных участках респираторного эпителия продолжительность его работы сокращается вдвое, а частота биения ресничек - втрое. Ко второй половине суток от начала опыта у всех подопытных особей отмечаются выраженные симптомы следующей стадии отравления - сублетальной. Для нее характерны тотальная деструкция респираторного эпителия, обширные разлитые отеки мягкого тела, полное обездвиживание особей, обильное одномоментное опорожнение кишечника. К завершению срока экспозиции у 22,8% особей отмечено развитие завершающей стадии процесса отравления - летальной (в форме «истинного шока»).

При 48 мг/дм³ ПАВ у всех подопытных особей стремительно развивается состояние, соответствующее переходу от «поздней» депрессии в течение 0,5--1,0 сут. в быстро следующее друг за другом сублетальную и летальную стадии. К завершению срока экспозиции смертность подопытных беззубок составляет 98--100%.

Характер изменений показателей продолжительности активности и частоты биения ресничек мерцательного эпителия беззубки в зависимости от уровня содержания детергента в среде их пребывания полностью соответствуют концепции Г. Селье [12], согласно которой небольшие напряжения («эустрессы») в противовес перенапряжениям («дистрессам») оптимизируют жизненную активность организмов, повышая их адаптационные возможности в относительно новых условиях существования. В нашем исследовании эустресс проявлялся при детергента в концентрациях 3 и 6 мг/дм³, тогда как превышающие их концентрации вызывали дистресс.

Исходя из полученных результатов, поскольку к последней четверти XX ст. уровни содержания в природных водах Украины анионактивных и неионогенных ПАВ превысили значения установленных для них ПДК в 40--200 раз, возможность выживания в них адвентивного вида X м>оо^апа является весьма сомнительной, особенно если учесть, что детергенты очень долго сохраняются в водоемах не разлагаясь.

Выводы

Продолжительность работы фронтального мерцательного эпителия жаберного аппарата и частота биения его ресничек определяются концентрацией ПАВ в среде обитания беззубки китайской X. м>оо^апа. Снижение эффективности работы ее респираторного эпителия происходит при воздействии на этих моллюсков детергентом в концентрации 12 мг/дм³, вызывающей у них морфофизиологические повреждения, ведущие к снижению уровня их общего метаболизма и сопротивляемости действию токсиканта. Повышение концентрации ПАВ до 24 мг/дм³ усиливает чувствительность беззубок к воздействию повреждающего фактора. Интенсивность патоморфологических сдвигов в структурах их организма, ответственных за фильтрацию воды, а следовательно, и за дыхание, резко возрастает. При этом сохранение жизнеспособности особями обеспечивается благодаря наличию у них защитноприспособительных физиологических реакций. Учитывая то, что в настоящее время уровень загрязнения детергентами природных вод Украины местами катастрофически высок, а эти соединения очень долго сохраняются в водной среде, выжить в таких условиях, не взирая на ее очень широкую экологическую валентность, X. м>оо^апа не сможет.

1. Алексеев В. А. Основные принципы сравнительно-токсикологического эксперимента. Гидробиол. журн. 1981. Т. 71, № 3. С. 92-100.

2. Биргер Т. И., Маляревская А. Я. О некоторых биохимических механизмах резистентности водных беспозвоночных к токсическим веществам. Гидробиол. журн. 1985. Т. 13, № 6. С. 69-73.

3. Веселов Е. А. Биологические тесты при санитарно-биологическом изучении водоемов. Жизнь пресных вод СССР. М.-Л. : Изд-во АН СССР, 1959. Т. 4, Кн. 2. С. 7-37.

4. Єрмошина Т. В. Робота війок миготливого епітелію перлівницевих в умовах антропогенного прессу. Житомир : Житомир. держ. ун-т, 2008. 146 с.

5. Иззатуллаев З. И., Стадниченко А. П., Янович Л. Н. и др. Комплексное воздействие поверхностноактивных веществ (ПАВ) и температурного режима на сердцебиение Sinanodonta woodiana (Mollusca, Bivalvia, Unionidae). Научн. вестн. Самарканд. гос. ун-та. 2017. С. 157-161.

6. Лакин Г. Ф. Биометрия. М. : Высш. шк., 1980. 293 с.

7. Маляревская А. Я., Карасина Ф. М. Влияние некоторых поверхностно-активных веществ на гидробионтов. Гидробиол. журн. 1983. Т. 19, № 5. С. 84-90.

8. Маляревская А. Я. Биохимические механизмы адаптации гидробионтов к токсическим веществам. Гидробиол. журн. 1985. Т. 21, № 3. С.70-82.

9. Поліщук В. В., Трав'янко В. С., Коненко Т. Д., Тарасевич І. Г. Гідробіологія і гідрохімія річок Правобережного Придніпров'я. К.: Наук. думка, 1978. 208 с.

10. Романенко В. Д. Основи гідроекології. К. : Обереги, 2001. 723 с.

11. Сон М. О. Моллюски-вселенцы в пресных и солоноватых водах Северного Причерноморья. Одесса : Друк, 2007. 132 с.

12. Селье Г. Стресс без дистресса. М. : Прогресс, 1982. 352 с.

13. Стадниченко А. П., Иваненко Л. Д. Влияние различных концентраций поверхностно-активных веществ на содержание сухого остатка гемолимфы роговой катушки. Mater. IX Miedzynarod. nauk.- praktyczn. konfer. «Europejska nauka XXI powieka», 2013. Vol. 24. S. 29-35.

14. Стадниченко А. П. Види-вселенці у складі прісноводної малакофауни України: зб. наук. праць «Водні і наземні екосистеми та збереження їх біорізноманіття». Житомир : Б. в., 2019. С. 57-59.

15. Уваєва О. І. Порушення очищувальної роботи Viviparus contectus (Mollusca: Pectinibranchia: Viviparidae) за сумісної дії детергентів та трематодної інвазії. Наук. вісн. Волинського нац. ун-ту ім. Лесі Українки. Біол. науки. 2012. №2 (27). С. 45-49.

16. Уваєва О. І. Вплив безфосфатного детергента на фільтраційну роботу калюжниці болотяної. Екологічні науки. 2018. № 1 (20). Т. 2. С. 86-91.

17. Уваєва О. І., Сарган А. П. Вплив синтетичних миючих засобів на фільтраційну активність прісноводних молюсків. Наук. записки Терноп. нац. пед. ун-ту ім. В. Гнатюка. 2011. № 2 (47). С. 147-150.

18. Филенко О. Ф., Михеева И. В. Основы водной токсикологии. М. : Колос, 2007. 142 с.

19. Хлебович В. В. Акклимация животных организмов. Л. : Наука, 1981. 136 с.

20. Янович Л. Н., Пампура М. М. Новая находка Sinanodonta woodiana (Bivalvia, Unionidae) в бассейне Дуная Украины (морфобиологическая характеристика). Наук. вісн. УжНУ. Серія: біол. 2012. Вип. 32. С. 145-149.

21. Янович Л. М. Перлівницеві Unionidae Rafinesque, 1820 (Bivalvia) в сучасних екологічних умовах України (стан популяцій, особливості статевої структури і розмноження, біоценотичні зв' язки та фауна): автореф. дис. на здобуття наук. ступеня докт. біол. наук. Київ, 2013. 48 с.

22. Янович Л. Н., Пампура М. М. Новая находка моллюска-вселенца Sinanodonta woodiana Lea, 1834 (Mollusca: Bivalvia: Unionidae) в Украине. Вестн. зоол. 2011. Т. 45, № 2. С. 186.

23. Bogan A. E. A new threat to conservation of north american freshwater mussels Chinese Pond Mussel Sinanodonta woodiana in the United States / A. E. Bogan, J. Bowers-Altman, M. Raley // Tentacle. - 2011. - Vol. 19. - P. 39-40.

24. Djajasasmita M. The occurence of Anodonta woodiana (Lea, 1834) in Indonesia (Pelecypoda: Unionidae) / M. Djajasasmita // Veliger. - 1982. - Vol. 25. - Р. 175.

25. Douda K. The role of host specificity in explaining the invasion success of the freshwater mussel Anodonta woodiana in Europe / K. Douda, M. Vrtilek, O. Slavik, M. Reichard // Biological invasion. - 2012. - Vol. 14. - P. 127-137.

26. Piechocki A. Freshwater and Marine Mollusca of Poland / A. Piechocki, B. Wawrzyniak-Wydrowska. - Poznan: Bogucki Wydawnictwo naukowe, 2016. - 352 s.

¹A. P. Stadnychenko, ¹H. Ye. Kyrychuk, ²O. I. Uvaieva, ¹D. A. Vyskushenko 'Zhytomyr Ivan Franko State University, Ukraine ²Zhytomyr Polytechnic State University, Ukraine

EFFECT OF HIGH CONCENTRATIONS OF «SARMA» DETERGENT ON IN VITRO ACTIVITY OF RESPIRATORY CILIATORY EPITHELIUM OF SINANODONTA WOODIANA (LEA, 1834)

Nowadays the anthropogenic pollution of natural water bodies has become significant. In Ukraine, the pollutants, which are highly hazardous for aquatic organisms, include detergents entering water bodies as part of municipal fecal sewage. One of the pollutants is the synthetic detergent «Sarma», which is currently in high demand. This is a multi-component detergent containing 5-15% anionic and <5% nonionic surfactants, that in all gill-breathing animals target the ciliated epithelium of their gill apparatus. The degree of damage is determined by the concentration of this toxicant in the aquatic environment, and the resistance of aquatic organisms to its effects.

The purpose of the study was to determine the effects the frontal ciliated epithelium has on the activity of the frontal ciliary epithelium in the gill apparatus of the Chinese pond mussel Sinanodonta woodiana (Lea, 1834) at high concentrations. Pollution of natural water bodies has now reached the level of 40-200 mg/dm³ in a number of regions of Ukraine. This is despite the fact that the currently valid TLV standards are 0.5 mg/dm³ for anionic surfactants, and 0.1 mg/dm³ for nonionic surfactants in Ukraine. It should be mentioned that the object of our study is an invading mollusk species, which at the beginning of the current century used the Danube River as an invasive corridor to enter the Kiliysky Danube Delta and form thriving populations with high densities. A toxicologic experiment was used to study the effect of 5 concentrations of the «Sarma» detergent (3, 6, 12, 24, and 48 mg/dm³) on the duration and frequency of beating of cilia of the frontal epithelium on gills of male, female, and hermaphroditic specimens of S. woodiana. Exposition time was 2 days. At 3 mg/dm³ of toxicant in the medium, the values of both discussed parameters had a tendency towards increasing. At 6 mg/dm³ of toxicant, that trend was replaced by shifts of the same direction with a high degree of reliability (p < 0.01). Within the concentration range of 12 to 48 mg/dm³, the inhibitory effect of the toxicant is observed to increase for both studied parameters. The above-mentioned changes in the activity of the respiratory epithelium of S. woodiana occur against the background of a developing stage-by-stage pathological process of poisoning. At 6 mg/dm³ of the toxicant, the stage of stimulation is observed; at 12 mg/dm³, an «early» depression; at 24 mg/dm³, a “late” depression; at 48 mg/dm³, sublethal and lethal stages. Each of the poisoning stages corresponds to a complex of various symptoms, represented by a set of certain qualitative and quantitative rapid physiological and behavioral reactions, both pathological and protective, due to the toxicant influence. The populations of the invading species S. woodiana are not able to survive if the level of surfactant pollution reaches 40 mg/dm³ in the northern Black Sea water system.

Key words: Sinanodonta woodiana, detergents «Sarma», Kespiratory epithelium.

Размещено на Allbest.ru