ảnh hưởng của chất độc và các yếu tố heliophysical đến các thông số sinh hóa lớp niêm mạc của cá chép

TÓM TẮT Các thông số động học sinh hóa của lớp niêm mạc lớp chất nhày bên ngoài của cá chép khi tiếp xúc với 1 mM nồng độ của các muối kim loại nặng CuSO4.5H2O, Pb NO32 và ZnSO4.7H2O đã

ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT ĐỘC VÀ CÁC YẾU TỐ

HELIOPHYSICAL ĐẾN CÁC THÔNG SỐ SINH HÓA LỚP NIÊM

MẠC CỦA CÁ CHÉP.

Nina Lebedeva*, Milda Zita Vosylien**, Tamara Golovkina*

TÓM TẮT

Các thông số động học sinh hóa của lớp niêm mạc (lớp chất nhày bên ngoài) của cá chép khi

tiếp xúc với 1 mM nồng độ của các muối kim loại nặng (CuSO4.5H2O, Pb (NO3)2 và ZnSO4.7H2O) đã được nghiên cứu Các thông số sinh hóa của lớp niêm mạc ( như khối lượng riêng, độ pH, tổng lượng protein, hemoglobin, xeton) được đo trong thời gian tiếp xúc ở 1, 3,

6, 24 h và vẫn thường xuyên trong một thời gian sau tiếp xúc 21 ngày Có sự thay đổi đáng

kể về nồng độ hemoglobin và tổng nồng độ protein trong khoảng thời gian tiếp xúc với kim loại nặng và sau đó Mối tương quan của những thay đổi trong các thông số sinh hóa của niêm mạc với cường độ của các thông số như hoạt động của ánh nắng mặt trời và dòng bức

xạ vô tuyến đã được tìm thấy trong khoảng thời gian sau phơi nhiễm Và có thể kết luận rằng

nó là cần thiết để đánh giá những tác động phức tạp có thể có nguồn gốc khác nhau và tầm quan trọng của các yếu tố môi trường lên cá

GIỚI THIỆU

Loài vật trong điều kiện tự nhiên thường bị ảnh hưởng chung của những căng thẳng gây xáo trộn tạm thời trong cân bằng nội môi (Kovalskii 1982, Slonim 1971, Shilov 1981) nghiên cứu trước đây của chúng tôi đã chứng minh tính những thay đổi trong các thông số sinh hóa như cá chép khỏe mạnh sẽ đồng bộ với những căng thẳng khác nhau như đói, cô lập và các hóa chất có nguồn gốc sinh học mà con vật phải chịu (Lebedeva et al 2000) Mối tương quan của những thay đổi đồng bộ với những thay đổi trong các yếu tố Heliophysical chẳng hạn như cường độ của hoạt động ánh nắng mặt trời và dòng bức xạ vô tuyến, đã được xác định (Lebedeva và Golovkina 1998) Các dữ liệu thu được cho phép chúng ta kết luận rằng sự trao đổi chất trong cá có những thay đổi bởi căng thẳng từ các nguồn gốc khác nhau, ví dụ: kim loại nặng, và nó cũng liên quan đến những ảnh hưởng của các yếu tố Heliophysical

Các quá trình trao đổi chất xảy ra trong cá được phản ánh trong những thay đổi của các thông

số sinh hóa khác nhau của các cơ quan và các mô Yếu tố môi trường cũng có thể gây ra những thay đổi lên lớp niêm mạc và nó tạo thành một rào cản để bổ sung các chất để bảo vệ động vật từ sự gây hại và tác động bên ngoài Như vậy, thành phần của niêm mạc da có thể được xem như là một tiêu chí đánh giá về tình trạng sinh lý của cá, và phát hiện sự thay đổi trong lớp niêm mạc này có thể cho phép xác định được các yếu tố đặc biệt khác nhau có trên

đó được xác định

Mục đích của nghiên cứu này là để xác định hiệu quả của việc tiếp xúc với kim loại nặng trên các thông số sinh hóa lớp nhầy của cá chép và để xác định liệu các yếu tố Heliophysical, đặc biệt cường độ hoạt động ánh nắng mặt trời và mức độ lưu lượng bức xạ vô tuyến, có liên quan đến hiệu quả của việc tiếp xúc với kim loại nặng

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

Cá chép một tuổi, Cyprinus carpio L., nặng khoảng 20 g mỗi con, được thích nghi trong điều kiện phòng thí nghiệm ít nhất một tuần thì họ bắt đầu cho ăn Cá được nuôi 1 nhóm 5 con trong hồ với công suất 20 lít nước được lọc sạch và thoáng khí Nhiệt độ nước dao động từ 18,5 đến 210 C Một nhóm gồm mười con cá đã được tiếp xúc với mỗi hóa chất Cá được tiếp xúc với nồng độ 1 µM các muối kim loại nặng - CuSO4.5H2O, Pb (NO3)2 và ZnSO4.7H2O trong 24 h Các thông số sinh hóa của chất nhầy cá đã được xác định tại điểm 1, 3, 6 và 24 giờ từ khi bắt đầu tiếp xúc Sau thời gian tiếp xúc 24 h, con cá đã được chuyển giao cho hồ nước kim loại tự do và nghiên cứu được tiếp tục trong 21 ngày Các thông số được đo vào các ngày 1, 3, 6, 9, 12, 15, 18 và 21 trong khoảng thời gian sau phơi nhiễm Nước trong hồ được thay đổi hàng ngày Cá chép được cho ăn tự do với thức ăn dạng viên cho cá thương phẩm Để tiến hành phân tích, mỗi con cá đã bị bắt và được phân tích màng ngoài bằng cách

ấn nhẹ cá Thành phần sinh hóa của chất nhờn da đã được xác định với thuốc thử cố định trên chất mang rắn của nhiều lớp màng Ames (sản xuất bởi Ames Division, Miles Laboratories, Ltd, England) bằng cách sử dụng phương pháp mô tả bởi Lebedeva và Golovkina (1990) Phương pháp này cho phép xác định các thành phần chất nhầy da và các biến đổi về các thông số của nó trong một nghiên cứu lâu dài mà không làm hỏng cá Các thông số cơ bản của chất nhờn da, như là tổng số protein (g l-1), ketones (mM), hemoglobin (g l-1), pH và khối lượng riêng (g cm-3), đã được xác định Các chỉ số sinh hóa thu được được so sánh với cường độ của các yếu tố ánh sáng tự nhiên như sau: thay đổi trong hoạt động mặt trời (Ak); cường độ vết đen mặt trời được đánh giá theo Wolf (W); cường độ dòng bức xạ vô tuyến điện (F) Việc đánh giá cường độ của các yếu tố Heliophysical được hình thành do Russian Scientific Center of Rehabilitation and Physiotherapy Các chỉ số sinh hóa biểu diễn cho giá trị trung bình ± SE của các thông số đo cho mười con cá Tầm quan trọng của tất cả các dữ liệu thu được đã được xác định sử dụng t-test Student tại P 0,05 và P 0.01, và Spearman hệ số tương quan r đã được tính toán

KẾT QUẢ

Sự gia tăng nồng độ hemoglobin trong chất nhầy của cá tiếp xúc với muối kim loại nặng đã được phát hiện sau khi 1 giờ từ khi bắt đầu cho đến khi kết thúc tiếp xúc Tham số này tăng lên đáng kể nhất (ba lần) trong cá tiếp xúc với kẽm (P 0.01; Bảng 1)

Bảng 1 Hiệu quả của việc tiếp xúc với kim loại nặng trên các thông số sinh hóa của chất nhầy bên

ngoài của cá chép

Sự ti p xúc c a cá ế ủ Các thông

số

Kiểm soát Thời gian ti p xúc ế (h)

4 Khối l ượ ng

riêng

1.018 a 1.014 1.017 1.015 1.017 (g cm -3 ) b 1.014 1.015 1.015 1.022

c 1.015 1.016 1.017 1.022

pH 6.4±0.01 a 6.4 6.6 6.5 6.2

b 6.6 6.2 6.3 6.5

c 6.5 6.5 6.7 6.6 Tổng protein 0.70±0.04 a.

0.50±0.04*

0.50±0.04* 0.40±0.03*

*

0.70±0.07 (g l -1 ) b.

0.70±0.07

0.80±0.07 0.70±0.07 0.80±0.08 c.

0.80±0.07

1.20±0.08*

*

0.90±0.08* 0.90±0.08*

Hemoglobin 100.0±5.5 a.

150.0±9.5**

170.0±10.

5**

193.0±12.

5**

250.0±12.5*

*

166.0±10.5

185.0±11.

0**

217.0±13.

0**

258.0±15.5*

* c.

175.0±11.5

193.0±12.

1**

231.0±13.

2**

304.0±15.8*

* Ketones 0.50±0.05 a.

0.50±0.05

0.50±0.03 0.50±0.04 0.50±0.04

0.50±0.04

0.50±0.03 0.50±0.04 0.50±0.03 c.

0.50±0.03

0.50±0.04 0.50±0.05 0.50±0.04

Nồng độ hemoglobintrong niêm dịch ( chất nhầy bên ngoài) của cá tiếp xúc đã được phục hồi

để kiểm soát các giá trị trong vòng 21 ngày sau khi chuyển cá sang nước chứa kim loại tự do (Hình 1) Nồng độ protein trong dịch nhầy của cá tiếp xúc thay đổi theo những cách khác nhau: đồng gây ra sự suy giảm ngắn hạn, chì không có tác dụng; kẽm có độ cao đáng kể trong mức protein (P ≤ 0,05; Bảng 1) Không có sự khác biệt đáng kể nồng độ protein được tìm thấy trong niêm dịch của cá tiếp xúc với đồng và chì vào cuối giai đoạn tiếp xúc so với nhóm chứng, mặc dù sự gia tăng nồng độ protein gây ra bởi kẽm đã được phát hiện vào cuối giai đoạn tiếp xúc Nồng độ protein trong niêm dịch của cá dao động trong khoảng thời gian

21 ngày (Hình 2), và tầm quan trọng của những biến động này là lớn hơn so với quan sát

trong thời gian phơi Nồng độ protein trong niêm dịch của cá tiếp xúc với chì và kẽm trở lại ở mức kiểm soát vào cuối giai đoạn của nghiên cứu, trong khi đó cá chép tiếp xúc với đồng tăng vào cuối giai đoạn sau phơi nhiễm

Không có sự thay đổi đáng kể về mức độ pH đo được trong khoảng thời gian 24h tiếp xúc với kim loại nặng Giảm rõ rệt nhất trong số này là xác định trong khoảng thời gian sau phơi nhiễm vào những ngày 14 và 15 là quan trọng vì khi đó dịch nhầy dày nhất Nồng độ Ketone không thay đổi trong suốt thời gian 24h phơi sáng với kim loại nặng, nhưng trong khoảng thời gian sau phơi thì tham số này giảm tới mức gần như không thể phát hiện Một sự gia tăng nhỏ trong khối lượng riêng của chất nhầy của cá tiếp xúc với muối kim loại nặng được xác định vào cuối giai đoạn tiếp xúc

Hình 1 Biến động nồng độ hemoglobin (%) trong chất nhầy của cá chép trong khoảng thời gian sau

phơi nhiễm Mức độ kiểm soát 100%

Hình 2 Biến động tổng nồng độ protein (%) trong chất nhầy của cá chép trong khoảng thời gian sau

phơi nhiễm Mức độ kiểm soát 100%

Một mối tương quan đã được phát hiện giữa những thay đổi thông số sinh hóa trong các chất nhầy của cá trong khoảng thời gian sau phơi nhiễm, so sánh với kiểm soát cá, và cường độ của các yếu tố heliophysical sau: thay đổi hoạt động mặt trời; vết đen mặt trời; cường độ dòng bức xạ vô tuyến (Bảng 2) Nồng độ hemoglobin trong chất nhầy của cá tiếp xúc với đồng và kẽm tương quan đáng kể với chỉ số nhiễu loạn từ trường và cường độ dòng bức xạ

vô tuyến vào đúng ngày đăng ký thông số (P ≤ 0,05), trong khi thay đổi gây ra bởi chì chỉ tương quan với cường độ dòng bức xạ vô tuyến (r = -0,70; P ≤ 0,01) Chỉ có nồng độ hemoglobin trong chất nhầy của cá đối chứng tương quan đáng kể với cường độ vết đen mặt trời (P ≤ 0,05), Và trong cá tiếp xúc tương quan với cường độ dòng bức xạ vô tuyến (P ≤ 0,05) Chỉ có hàm lượng protein trong dịch nhầy của cá đối chứng tương quan với chỉ số nhiễu loạn từ trường (P ≤ 0,05)

Bảng 2 Hệ số tương quan (r) động học của các yếu tố ASTN và các thông số sinh hóa trong

chất nhầy bên ngoài của cá chép

Các yếu tố ASTN Hemoglobi

n

Total protein

CuSO4 • 5H2O

Cường đ nhi u lo n t tr ộ ễ ạ ừ ườ ng

Ak

Pb(NO3)2

Radio radiation flow intensity

F

ZnSO4 • 7H2O

Radio radiation flow intensity

F

Control

Sunspot intensity W

Magnetic perturbation Ak

Radio radiation flow intensity

-0.80

*

0.36 0.77*

0.32

Việc tiếp xúc của cá để thay đổi các kim loại nặng gây ra trong các thông số sinh lý của chất nhầy của cá chép.Nghiên cứu trước đây của chúng tôi cũng đã chứng minh sự thay đổi trong các quá trình trao đổi chất của cá bị ảnh hưởng bởi nồng độ thấp hơn ngưỡng của các yếu tố

có nguồn gốc hữu cơ (Lebedeva et al 2001) Cá hồi cầu vồng (Parasalmo mykiss) tiếp xúc với một hỗn hợp kim loại nặng (Cu, Zn, Cr, Ni, Fe) ở nồng độ tương tự được tìm thấy ở sông Lithuania không bị ô nhiễm cũng gây ra sự thay đổi trong các thông số sinh lý của cá (Vosylien et al 1999 ).Các đặc thù cụ thể về ảnh hưởng của nồng độ tương tự của các kim loại trên phản ứng hành vi của cá được cho ăn không được tìm thấy; Tuy nhiên, 24-48h tiếp xúc của cá với các hóa chất gây ra những thay đổi trong hành vi ăn, tức là chúng không ăn (Kasumyan và Morsi 1998) Tuy nhiên, mục đích của nghiên cứu là xác định liệu một, thậm chí yếu tố mới, nồng độ thấp-lớn (heliophysical) có thể gây ra những thay đổi trong quá trình phục hồi và khoảng thời gian của họ khi xảy ra ở động vật sau những tác động của các chất độc hại

Sự khác biệt về sự thay đổi của hemoglobin và tổng nồng độ protein trong dịch nhầy của cá tiếp xúc với kim loại có thể được liên quan đến các nhân vật hành động cụ thể của họ Hemoglobin xuất hiện trong dịch nhầy đã được phát hiện ở nhiều loài cá được nghiên cứu (Lebedeva 1999).Nó được phục vụ như một tiêu chuẩn của phản ứng căng thẳng, trong khi nồng độ hemoglobin phụ thuộc vào độ lớn của sự căng thẳng được áp dụng (Lebedev et al

1993, 1998) nghiên cứu trước đây của chúng tôi cho thấy rằng với sự phát triển của hội chứng căng thẳng ở cá chép bạc, Hypophthalmichthys molitrix (Val.), nồng độ creatinin máu tăng lên gấp ba lần và số lượng hồng cầu trong chất nhầy tăng gấp 100 lần (Lebedeva và Golovkina 1993) Sự gia tăng hemoglobin tập trung xác định trong dịch nhầy sau một giờ tiếp xúc trong nghiên cứu này có thể được coi là sự khởi đầu của các phản ứng căng thẳng trong cá vẫn tiếp tục trong suốt thời gian tiếp xúc Sự giảm nồng độ hemoglobin trong chất nhầy của cá chuyển vào trong nước kim loại tự do xảy ra dần dần, và hình dạng của các đường cong giảm tương tự cho tất cả các kim loại Sự giảm hemoglobin tập trung trong chất nhầy có thể phản ánh các quá trình được tìm thấy xảy ra ở cá sau khi tiếp xúc với các chất độc hại có cùng tính chất - kim loại nặng

Việc tiếp xúc của cá với kim loại cũng gây ra những thay đổi về nồng độ protein với các biên

độ khác nhau và thời gian Cá trong dung dịch chì nitrat được hiển thị theo hướng bắt đầu sản sinh glycoprotein nhầy tiết ra từ các tế bào biểu bì của cơ thể, và độ lớn của phản ứng phòng

vệ này phụ thuộc vào loài cá (Coello và Khan 1996) Nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử cho thấy rối loạn đáng kể trong việc giải phóng chất nhầy trong vòng 24 h cá chép tiếp xúc với kim loại nặng Cá tiết ra quá nhiều chất nhầy có thể chất và thành phần hóa học là khác nhau so sánh với các kiểm soát (Devitsina 2001) Sự phục hồi của nồng độ protein trong cá tiếp xúc với kim loại nặng trong các nghiên cứu của chúng tôi đã diễn ra khác nhau so với hemoglobin, và hoàn toàn hoặc một phần sự phục hồi đối với cá đối chứng chỉ xảy ra vào cuối của nghiên cứu Các giai đoạn khác nhau của sự phục hồi có thể được kết nối với các hành động cụ thể mà các kim loại được nghiên cứu có trong cá

Sự thay đổi của các mức độ pH cũng không được thể hiện như các thông số đã thảo luận ở trên, cũng không kim loại nặng gây ra những thay đổi đáng kể trong độ dày (khối lượng riêng) của các chất nhầy Mức độ thấp của các thông số và thay đổi của chúng không cho phép chức năng của những thay đổi trong các thông số này được tính toán chính xác hoặc thảo luận Tuy nhiên, những thay đổi xảy ra trong tổng nồng độ protein và độ pH có thể làm thay đổi các thuộc tính chất nhầy Thay đổi cấu trúc trong dịch nhầy có thể làm tăng tính thấm của nó và làm giảm chức năng bảo vệ của nó Không có thay đổi đáng kể đã được xác định trong xeton tập trung trong việc tiếp xúc với các chất độc hại, mặc dù ca không ăn gây

ra sự gia tăng nồng độ keton (Lebedeva et al 2001) Việc giảm nồng độ keton đến mức không thể được tìm thấy trong chất nhầy của cá được chuyển giao; do đó, nó đã không thể tính toán sự tương quan của tham số này với các yếu tố heliophysical

Thành phần chất nhầy của cá, cùng với dịch sinh học khác, phản ánh sự thay đổi vật lý hợp

lý và sinh hóa xảy ra ở động vật (Natochin 1984, Lebedeva 1999) Những thay đổi trong các thông số sinh hóa của chất nhầy được tìm thấy trong các nghiên cứu hiện nay cũng có thể là

do sự tương tác trực tiếp của chất độc với các thành phần chất nhầy Tuy nhiên, chúng tôi có đặt ý tưởng liên quan dựa trên những gợi ý sau đây:

(I) Chất nhầy được đưa ra và loại bỏ khỏi da liên tục nên thành phần của nó không ngừng được đổi mới

(II) Trong suốt thời gian tiếp xúc với các chất độc cá kéo dài được 24 h, sau khi tiếp xúc những con cá này được giữ trong nước kim đá tự do trong giai đoạn

21 ngày trong thời gian đó các thông số bị biến đổi về mức tiếp xúc trước

cho da cá và không thể thay đổi đáng kể chức năng của các tế bào chất nhầy hoặc các thành phần của chất nhầy

Dữ liệu của chúng tôi chứng minh rằng những thay đổi trong thành phần sinh hóa của chất nhầy phản ánh sự cố gắng tác dụng của nước đá đã có trên các quá trình trao đổi chất của cá khi cho đá vào cơ thể của cá

Nghiên cứu này cho thấy rằng quá trình này đã đủ dài Sự biến đổi thông số sinh hóa của cá chép đã được xác định trong một khoảng thời gian dài hơn 20 lần so với thời gian phơi nhiễm (24 h) Cũng nên lưu ý rằng các thông số sinh hóa thay đổi trong khoảng thời gian sau khi