Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Жаберный эпителий пресноводных костистых рыб

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Жаберный эпителий пресноводных костистых рыб"

N очяд

г?2о

/^С

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

ИНСТИТУТ ЭВОЛЮЦИОННОЙ ФИЗИОЛОГИИ И БИОХИМИИ им. И. М. СЕЧЕНОВА

МАТ Ей Виктория Евгеньевна

УДК 597—142.84 + 597—112.5

ЖАБЕРНЫЙ ЭПИТЕЛИЙ ПРЕСНОВОДНЫХ КОСТИСТЫХ РЫБ

(морфофункциональная организация, адаптация, эволюция)

03.00.13 — физиология человека и животных 03.00.11 — эмбриология, гистология, цитология

На правах рукописи

Автореферат диссертации па соискание ученой степени доктора биологических паук

Ленинград 1989

Работа выполнена в Институте биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина АН СССР.

доктор биологических наук, проф. II. Л. Баранникова;

доктор биологических наук Я. Ю. К о м и с с а р ч и к;

член-корреспондент АН СССР Ю. В. Наточин.

Ведущее учреждение:

Институт эволюционной морфологии и экологии животных им. Л. И. Севсрцова АН СССР.

Защита диссертации состоится « » 19 г.

на заседании специализированного совета Д 002.89.01 по присуждению ученой степени доктора биологических наук при Институте эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова АН СССР.

Адрес: 194223, Ленинград, проспект М. Тореза, 44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Автореферат разослан « » 1939 г.

Официальные оппоненты:

Ученый секретарь

специализированного ученого совета, доктор биологических паук, проф.

Л\. Н. М а с л о в а

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Эволщ..я рыб тесно связана о прогрессивным развитием основных физиологических систем организма, в том числе дыхания, водно-солевого обмена и кислотночг-шочного равновесия. Высокая степень специализации а адаптационная плас- ■ тичность этих механизмов, достигнутая в ходе филогенеза водных животных, позволила рыбам приобрести определенную независимость от среды обитания ц заселить как морские, так и пресные вода.

Особый интерес при изучении процессов об ена газов и ионов представляют жабры, так как они не только являются основным органом дыхания, но и наряду с почкаш. и мочевым пузырем выполняют рель ведущего эффекторного компонента физиологической системы водно-ссисвого обмена. Функции жабр - предает ряда фундаментальных исследований, показавших, что механизм обмена дыхательных газов одинаков у морских и пресноводных рыб, в о^шчие от осмотической регуляции, которая у первых обеспечивается гипо-осмотическим, а у вторых - гиперосмотическим способом (Smith, 1953; Гин цинский, 1964; Наточив. 1976; Кляштории, 1982; лап-dall, Daxboeck, 1984 и д™,).

Процессы дшеания, водно-солсвого обмена и киаитпо-щелочно-го равновесия у рыб овязаны меаду собой и имеют едгную морфо-фужциональную основу - жаберный э^телий. Он представляет собой многокомпонентную систему, главными звеньями которой являются специализированные ^респираторные клетки и хлорядные, в которых происходит направленный перенос ионов против градиента концентрации мезгту внутренней и внешней средой. Если структура яаберного эпителия морских и эвригалинных рыб исследуется очень интенсивно и успешно (Bcrridge.Oochman, IS72; Краюшгша,1974; Hughes, 1Э84; jsurent, 1984 и др.), то сведения об общем строении и ультраструктуре этой ткани у пресноводных рыб редки, фрагментарны и зачастую противоречивы. В связи о этим становятся очевидней необходимость детального исследования структур« я функции жабр на органном, тканевом и клеточном уровнях для познать, основных механизмов об-*зна ионов и дыхателышх газов у пресноводных рыб и построения общей модели их одопт^даи к изменению состава внешней среды.

- г -

Теоретический интерес к изучению жабр дополняется необходимостью решения ряда практических задач, связанных о интенсификацией антропогенных загрязнений водаой ореда. Прогрессирующий роот закксления пресных: водоемов, присутствие в них остатков цеотицидов, соединений ашония» возрастание концентрации солей ' металлов оказывает негативный эффект на рыб. 1£абры как барьер-шй орган испытывают црямое повреядамщое действие токсичеоких веществ, приводящее к нарушению дыхания, водно-солевого обмена и кислотно-щелочного равновесия (Ваноградов,197Э;1987; Ргошт, 1980; ¿уапаД987; Лаеое, 1988). Комплексное изучение ыорфофункци-ональной организации жаберного эпителия пресноводных рыб при острых и хронических воздействиях позволяет выявить не только первичную реакцию ткани на действие стрессирувдих и повреадакн иих факторов, но и показать структурные основы адаптации системы к действии антропогенных факторов ореда в толерантном диапазоне концентраций.

Цель и основные задачи, работы. Цель работы - изучение мррфо-функциональной организации жаберного эпителия пресноводных костистых рыб и установление основных закономерностей его адаптации к изменению состава воды.

Задачи исследования:

1. Провести сравнительный анализ макро- и микроотруктуры жабр пресноводных костистых рыб различных экологических и систематических групп.

2. Изучить ультраструктуру жаберного эпителия пресноводных рыб и морфофункциональную организацию всех типов формирующих его клеток.

3. Исследовать основные закономерности адаптивных реакций лаберкогс эпителия рыб на изменение минерализации воды, повышение концентраций ионов водорода и алшшшя.

4. Изучить влияние солей ашония и пестицидов на ультраструктуру жабр.

5. Определить ооновные направления оволюцпи функций ¡¡сябр чоотистшс раб.

Основные иодоу.еиия;, внносимце да защиту

I. Мпкотгалиие унеличение поверхности кябр пресноводных

1

- 3 -

кости'стых рыб, явтявцееая одним из способов оптимизации обмена ионов и дыхательных газов, достигается у оксифильных вцдов о высокой двигательной активностью за счет усложнения макро- и микроструктуры органа.

2. Обосновывается представление о системной организации лаберного эпителия, клетки которого служат структурно» ооновой процессов дыхания, эодно-солевого обмена, кислотно-щелочного равновесия и экскреции метаболитов.

3. Адаптация пресноводных костистых рыб к низкой минерализации, закиолению воды, увеличению концентрации в ней nh£ и ai3+ , включает комплекс морфофункционалышх реакций жаберного эпителия, носящих неспецифичеокий характер. Они заключаются в увеличении количества и функциональной активности клеток, ответственных за обмен ионов, гиперплазии слизистых клеток эпителия, преобразовании ультраструктуры межклеточных контактов, ограничивающих утечку ионов из организма.

4. Эволюция функций яабр костистых рыб включает прогрессивное развитие функций органа, его структурно-функциональных единиц, всей системы водно-солевого обмена. Ее основной итог - повышение интенсивности цроцеооов дакания и ионного обмена.

Теоретическая значимость и научна^ новизна

Робота являемся первым систематическим исследованием яабр пресноводных костистых рыб различных таксономических и экологических групп. Новые данные об ультратоякой оргamsasm жаберного эпителия служат ооновой для развития представлений о морфс-функционалышх механизмах процосоов обмена ионов и дыхательных газов .у аресноводннх рыб.

Выявлена корреляция меаду макроструктурой хабр и экологическими характеристиками рыб: количество и линейные размеры кабер-ных лепестков и их структурно-функциональных едюощ вше у оясл-фильных видов с высокой двигательной активностью. IIa основании ультраструктур1шх и морфомэтрических данных впервые установлена прямая зависимость мезду степенью оксифильнооти рыб н увелсте-нием поверхности специадизировашшх респираторных клеток эгшто-лия яабр за счет развития системы микрогребкей. 'Покззапо, что насыщенность ионтранспортируицих хлорвдных клеток оргаиондаш, связанными с яктйяшм транспортом, выше у рыб, обитающее в во-

доемах о низкой минерализацией. Получены ноше данные о развитии палочковых клеток, позволяющие классифицировать их как аелезис-тый компонент «аберниго эпителия.

Впервые установлены закономерности адаптивных реакций жаберного эпите.шя большой гру.-пы пресноводных рыб на действие различных экологических и антропогенных факторов внешней среда -снижение минерализации, закисление, повышение концентрации ионов алюминия и аммония, обладающих общим физиологическим эффектом - угнетением сорбции ионов я увеличением их общей потери через жабры. Показано, что адаптивны; механизмы включают повышение функциональной активности хлоридаых клеток за счет увеличения числа органоидов. связанных о транспортом ионов, гиперплазию клеток, образование мощных хлориднис комплексов, что обеспечивает стимуляцию поглощения ионов из внешней ореда. На оонова1ши ультраотруктурнчх и цитохимических данных выявлено, что ограничение потери ионов из е,штелия жабр достигается снихеиием проницаемости плотных межклеточных контактов и усложнением структуры апикальных соединительных комплексов.

1_.;ервие показано, что в основе нообратимых измене1ШЙ функций ионной регуляции и дыхания у рыб при остром кислотном воздействии лежат деструкция митохондрий и тубулярного ретикулума в хдоридных клетках, редукция ыикрогребной на поверхности респираторных меток, преципитация слизи, разрушение межклеточных контактов. Получены доказательства способности экзогенного кальция восстанавливать структуру эпителия жабр в условиях оотрого закисления среды. Установлено наличие избира .-ольного негативного аффекта пеотицида полихлорпииена на ультраструктуру и адгезивные характеристики плазмалемм клеток жаберного эпителия, цриводгацого к деструкции ткани.

Обоснованы основные тенденции эволюции функций кайр в филогенезе низших позвоночных - олигомеризация жпборнкх пластинок, полимеризация и многократная дифферснпшция их структурно-фуш-ццошлиШх едашгц; специализация клеток жаберного эпителия и зон клеточных контактов; повышение степега гоыеостатировашш и со^ршенствов шя регуляции воей оистсмы водно-солевого обмена.

- б -

Практическое значение

Учитывая эффективность применения цитоморфологичес*.их методов исследования в водной' токоикояогии, результаты работы могут быть использованы ь качестве дополнительных характеристик для обоснования предельно допустимых уровней кислотного загрязнения, определения ЩК соединений алюминия, аммония, ряда пестицидов. Полученные данные могут привлекаться для решения проблемы экологической и сравнительной физиологии и морфологии.

Модифицированный нами метод определения адгезивных свойств плазма лемм клеток ааберного эпителия может быть применен в практике ихтиотоксикологаческих исследований для диагностики действия полихлорпинена и других веществ, нарушающих силу межклеточных взаимодействий. Описание патоморфологических изменений общей структуры жабр при острых токсических воздействиях мояет использоваться в ихтиопатшюгии.

Материалы диссертации в течение ряда лет используются в курсах сравнительной гистологии и цитологии Ленинградского государственного университета, Ярославского государственного университета и могут быть рекомендог^нн для включения в курсы сравнительной фйзишюгик, ихтиологии и токсикологии.

Публикации» По материалам диссертации опубликовано 32 работы.

Айрооация работы. Материалы диссертации бшп< доложены на 2У, У, 71 Всесоюзных конференциях по экологической физиологии и биохимии рыб (Астрахань, 1Г79; Севастополь, 1962; шланга, 1985); на Ы Всесоюзной конференции по электронной микроскопии (Таллин, 1379} ;на У1П Научном совещании по эволюцигашой физиологии, посвященном памяти академика Л.А.Орбели (Ленинпад,1982); ЛУ съезде Всесоюзного физиологического общества им. И.П.Павлова (Кишинев, 1967;; У Всесоюзной конференция по водной токсикологии (Одесса, 1988); III Всьсоюзном научко-практигеском семинаре "^лектюнномшфоскопическое исследование клеток при действии поврездающих факторов" (Мурманск,1984); сешшарах кафедры гистологии, анатомии, эмбриологии Ленинградского Государственного университета (Ленинград, 1979,1982,1ГЧ6); семинарах Беломорской биологической станции Зоологического института АН СССР (Ленинград, 1979,1981,1986); на отчитай сессиях Института био-

- 6 -

догш внутренних вод АН СССР (Борэк, I976-IS88).

Стоуктата и объем работы. Материалы диссертация обобщены в двух томах. I том содержит введение, 8 глав, включающее II таблиц и 18 охемг-риоунков, общие выводы и спиоок литературы (120 отечественных и 340 иностранных работ). XI том - приложение содержит 117 рисунков, объединяющих адектроннограмм.

Экспериментальная часть работы выполнена по заданиям и теним IKHT СУ СССР, Президиума АН СССР, самостоятельно или совместно с сотрудниками Инотнтута биологии внутренних вод им. И.Д.Папаиина АН СССР Л.В.Балабановой, Г.А.Виноградовым, П.А. ГХовокш, Е.С.Даль, В.Т.Комовым, В.Б.Гагуновш; с сотрудником Ленинградского Государственного университета А.Д.Харазовой, а также в рамках проекта 02.02-13 сотрудничайтва СССР-США о учеными из США и Канады Р.В.Туротонш и Т.А.Хемикгом.

СОДЕРЖАНИЕ РАШШ

Глава I. Материал и методы исследования

В соответствии о целяш нашей работы было исследовано 19 видов пресноводных костистых рыб, относящихся к 9 семействам, в том числе и молодь лососевых в цреонозодиый период их жизни (семта-пестрятка, форель радужная). Ввдовой соотав и ксдачеотво исоледованных рыб представлены в табл.1. Изучение морфофунквд-ональнсй организации жаберного эпителия осуществляли о учетом экологических особенностей рыб, сравнивали ультраструктуру жабр филогенетически удаленных и бдизкородотвенных видов.

Шгериал для исследований был собран в 1976-1Э88 гг. из водоемов, значительно различающихся по своему ионному составу -слабошнерадизоваяных озер Вологодской обл. и Карельской АССР, оз.Байкал; Рыбинского водохранилища, р.Волги, р.Амур с умерен- . нш уровнем шнерализацал. Часть материала - молодь карповых, окуневые и лососевых - была получена с рыбоводных заводов Ярославской и Костромской обл. и КАССР и экспериментальной базы Института биологии внутренних вещ АН СССР,

Для изучения жабр пресноводных рыб на органном, тканевом и клеточном уровня? в норме и при различных экспериментальных воздействиях бшш попользованы методы световой и флуоресцентной микроскопии, авторадаографические, биохимические, биофизические

Таблица I Вида и количеотзо исследованных рыб

Виды исоледованннзс рыб Количество рыб

Сем, Salmónidas

Salmo salar L. 96

Salmo trutta morpba Parió L. 22

Salmo gairdneri Hioh. 95

Сем. Coregonidae

Coregonus autimaalia migratorias (Gsorgi) 20

Cett. Enocidae

ЕвОХ luoiua L. 10

Сем. Aiigttillidae

Anguilla anguilla (I.) 10

Сем. Cyprihidae

Hutilus rutilus (L.) 15

Leuoisoua idus (I.) 10

Soardiniua erythrophtalmua (b.) 7

Abramia Ъгшяа (L.) 21

Abramia ballerufl (L.) 18

Cyprinuo carpió L. 92

Carassiua car&uaiua (L.) 285 CeM. Siluridaa

Silurus glanie L. 7 Сем. Gasteroataidaa

Gaaterosteua aculeatua b. 48

Pungitius pungitiua (I<.) 62 Сем. Percidae

Perca fluviatilia L. 135

Stizostedion lucioperca (L, ) 12 Сем. Cottidae

Cottoconephorus srewingki (Dyb.) 14

методики, методы электронной - трансмиссионной и сканирующей -микроскопии и цитохимии.

Дня гистологического исследования жаберные пиаотишси фиксировали в жидкостях Буэна и Шампи о дополнителышм хрошроваки-ем, обезво-кивали, валивала в парафин, срезы окрашивали железным гематоксилином по Гейденгайну. Полутонкие срезы, использованные в основном доя количественной оценки и изучения топографии различных типов клеток в эпителии жабр, окрашивали метиденовым или толуидиновым синим.

О помощью флуоресцентной микросиопги било проведено выявление биогенных агинов в нейроэпителиальных клетках жаберного эпителия рыб по глиокоиальному методу (Torre,. Surgeon , 1976) в модификации Каботянского (1985).

Авторадиографаческие исследования скорости пролиферации и даф|юренпировки клеток различных типов в жаберном эпителии производили о помощью ^-тимидшю. Ткань фиксировали в жидкости Карнуа по стандартной методике. Препараты побывали эмульсией И (НШШШОТОпроект). Подочет индекса меченых ядер производили отдельно для. хлоридиых, респираторных и недифференцированных клеток. При изучении уровня синтетических процессов в клетках жаберного эпителия рыб использовали радиоактивные предшественники синтеза белка - 3Н-глицин и РНК - аН-уридин. Исследования проводили по стандартной методике (Матей, Харазова, 1982).

Материал дая электронномикроокопических исследований - фрагменты 2-й и 3-ой жаберных пластинок фиксировали в 2.5-5% растворах глутарового альдегида, приготовленного на 0.1 М натрий-калий фосфатном или натрий-какодилатном буферах с рН 7.2-7.3 с последующей дофиксацией в 1$-ном растворе четырехокиси осмия. После обезвоживания образцы, продназначешше дая исследований в трансмиссионном шкроскопе, заливали в Аралдит. Ультратонкие срезы (50-60 шл) контрастировали 2/» спиртовым или 4% водным раствором уранилацетата, окрашивали цитратом свинца по стандартной методике ( Reynolds, 1963) и просматривали в олектрош£ых микроскопах тез и -613 (ЧССР) и JEM -100 С (Япония). Нзуче-щ: тубуло-ве"тнсулярной системы в хлоридных и шкроцузырьков в респираторных клетках проводили с использова!шем метода быстрой фиксации 110 Брг ""ЛИ ( Bradley, 1981). Для лучшего выявления

гликокшикса и мембранных структур клеток в состав фиксирующей ' смеси шгочвди ташшновую кислоту ( «аепег, 1976) или 1% гал-лоцую кислоту.

Структуру поверхности яабр изучали методом «санирующей электронной микроскопии, для чего объекты посла дегидратации проводили через критическую точцу в сниженном СО2» напыляли золотом и просматривали в микроскопе .13м -25 я (Япония). Лунные «санирующей микроскопии позволили произвести коигчестБегшуй оценку увеличения поверхности респираторных, клеток.

Для характеристики проницаемости жаберного эпителия, о целью лучшего выявления ыеяклеточннх пространств, структуры специализированных контактов и примембранннх олоев приделали методику окрашивания ультратонких срезов.0.3$ раствором хлористого лантана (Кагпо?з1су , Леуе1, 1968). Такой же эффект бил получен при использовании в качестве метки 5-тригидроксифешгл-этиламина (5-ОЧДА.) по методу Готова и Хагаимото (оо1;оу, НаяМ-шо'Ьо, 1981 ) В нашей модификации' „

Активность сукцднатдогидрогеназы (СДГ) - К.Ф. 1.3.99.1, потользуемого как маркер митохондрий, оцределяли гистохимическим методом на тотальных препаратах но Шелтои-Инейдеру в модификации йшецинокого и др. (1962) и биохимически - по методу Кинга з модификации Наточша и др. (1977).

' Дтя характеристики адгезивных свойств клеток кабернсго эпителия, определявших механическую связь между элементами ткани, использовала метод Маленкова и Ч?та в нашей модификации (Тагулов и др. ,1984). Он состоит в подсчете числа клеток,- сорванных цеяетробеаной силой при центрифугировании образца ткани, в норме и цра экспериментальных воздействиях.

Наряду с изучением макро- и микроструктуры жабр пнтазстных рыб, исследовано действие ряда экологических и антропогешшх факторов внесшей среды на морфофункциональные характеристик; наборного эпителия: изучено влиянге изменения минерализации и кислотности воды, эффект солей алюминия и зшош1ййс; соединений, пеотицздов хлор- и фосфорорганического ряда • на габрн прссноьод-ннх рыб различных таксономических и экологических групп.

Действие деминерализации било изучено на молоди лосооакк (семга-нестрятгл, форель радугащя) и окуневых (окунь) рыб, гто-вшение ссяекосит - га окунях (7#о), карпах (10,То) л лойжсе

девятииглой (22^о). Наиболее обширный раздел работы, посвященный изучению влияния низких значений рН в острых и хронических экспериментах, был bi :олнен на рыбах, принадлежащих к трем семействам, различающимся по чувствительности к повышенир концентрации гонов водорода: тсарповых (карп, карась, лещ), рН 3.8-5.5; окуневых (окунь), рН 4.0; 5.5; лососевых (семга-пест-рятка, молодь форели радужной, форель ручьевая), рН 5.0-5.5. Действие низких значений рН оценивалось на фоне обычной и низкой минерализации воды, исследовался эффект повышения концентрации Са + на ультраструктуру жабр карпгзых (карп,карась) рыб в условиях деминерализации и закисления воды. В специальной серии экспериментов изучали чзменешш ультраструктуры жаор молоди га;уня, радужной форели и семги-пестрятки при комплексном действии соединений алюминия, сшкения уровня минерализации и кислотности воды до значений рН 5.5. Концентрации AI3*, использованные в экспериментах, составляли для окуня - 0.25 и 0.5 мг/л, семги - 0.1 и 0.25 мг/л, форели - 0.05 и 0.125 мг/л.

Ейишше аммонийных соединетшй в толерантном диапазоне кон-центрр'шй на ультраструктуру зхабр изучали на 2 лщах ксдаошки-трехиглой и девятииглой. Концентрации в экспериментах составляли соответствешю 0.5 ммоль/л и 0.5; 2.0 ммоль/л. В условиях эксперимента исследовали острое Действие пестицидов хлорорганической природа - полихлорпинена и гексахлорана.на макро- и микроструктуру кабр карася и карпа. Концентрация полихлорпинена для карпа была 0.2, для карася - 0.1 и 0.25 мг/л; гексахлорана соответственно 0.2 и 8.0 мг/л. ^следование эффекта фосдрина - фосфорорганического инсектицида в концентрации 0.5 мг/л проводили на угрях.

Штериал был получен а экспериментальных и нолевых исследованиях. Острые и хронические опыты проводили в аквариумах при постоянных температурах, оптимальных для исследуемых видов рыб. Заданную концентрацию ионов водорода в чепроточных аквариумах поддерживали автоматическим титрованием H0I и Н2 S Необходимую концентрацию Н+, ашошш, алюминия, пестицидов в проточных истемах отдавали с помощью универсального разбавляющего устройства конструкции Виноградова (1984).

Колпчественг'о данные, порченные в ходе работы, обрабатывали статистичеоки, результаты представлены в виде «к'.лц,

- II -

графиков, диаграмм. -

Часть I. Морфофункциональная организация кайр костистых рыб

Глава 2. Физиологические механизмы обмена ионов и дыхательных газов в жабрах костистых рц*

Глава пеовящена сравнительному анализу физиологических механизмов ионной и осмотической регуляции и газообмена у морских п цресноводных костистых рыб. На основании литературных данных показана роль различных компонентов физиологической спстс?.щ водно-солевого обмена - кабр, почек, кишечника,мочевого пузыря, функционально связанных мекду собой г контролируемых нервным и гуморальными путями,' в стабилизации состава внутренних жидкостей организма; определена ваетшя роль кабр в этом процессе. Рассмотрены гипотетические модели работы аабр гипоосмотических морских рыб, экскретирующих и С1~ во, внешнюю сред" против градиента концентрации ( илвъг, 1971), и пресноводных, у которых гиперосмия создается за счет активного транспорта 1Га+ ,К+, Са2+, и 6 2+. сопряженного с эскрецией Н* и N Н| (Виноградов, Комов,1985). Приводятся сведения о "эыоокой эффективности мехе • низмов транспорта катионов и ограничения проницаемости кабр для ионов, обусловивших возмоянооть их вселения в слабомшера-лизовашше пресные водоемы.

На основании современных представлений о том, что через жабры пресноводных рыб происходит в основном экскреция нН| и НСОд, этот орган рассматривается как важное звено кис;- .тночде-лочного гомеостаза, выполняющее ряд функций, присущих почкам наземных позвоночных ( Втапз, 1975; Виноградов, 1987).

Рассмотрев общие аспекты физиологии дыхания и механизмы о ' .'.ена дыха темных газов, идентичные у морских и пре':юводных рыб. Согласно современной концепции етбры - контролируемая нервными и гуморальными факторами гюокоспециализированная система внешнего цыхагтя, в которой происходит поглощение Од в обмен на выделение эквивалентного количества С02. Прохокдедае дыхательных газов через наружную поверхность жабр осуществляемая за сч^™ простой диффузии. Скорость дифйузии 02 зашочт от величины пло-!'Рди общей поверхности органа, высоты эпителиального барьера, отделяющего элементы кровеносной сис емы от внесшей среды, и

разности парциального напряжения между кровью и средой (Клящ-торин, 1982; Hughes, IS84). Просленена зашоимость этих показателей от экологических особенностей рыб. Рассмотрены механизмы обмена COgi установлена связь мезду накоплением углекислого газа в крови, вызванным изменением состава воды, и кислотко-ОСНОВНШ гомеостазом У пресноводных рыб ( Kandall, йзхЪоеск, 1984).

Таким образом, жабры представляют собой падийушщионалышй орган, в котором осуществляются процессы ионной и осмотической регуляции, экскреции метаболитов - коночных продуктов азотистого обмена, дай;узия кислорода и углекислого газа. Эти цро-цессы отличаются высокой степенью коордшшрованности благодаря развитию систем нервной и гуморальной регуляции и обладают пластичностью, позволяющей рыбам адаптироваться к постоянно, а зачастую и резко- меняющимся физико-химическим параметрам внешней среды.

Глава 3.. Макро- и микроструктура кабр

В результате сравнительного изучения кабр большой группы пресноводных костистых рыб установлены общио черты макроструктуры органа. Неберный аппарат всех исследованию: нами видов рыб представлен 4 парными жабрами, дафферетдарушщшиоя на дас-талышй к прокешалышй отделы. Последний включает жаберную дугу - основную опорную структуру органа, покрытую эпителиальными клеткаш. Па ео поверхнооти расположены латеральный и ые-даэлышй ряды каберяих тычинок, имеющих конусовидную или серповидную форкы.

Подвижность каоерицх тычинок, связанная с сокращенней или расслаблением ассоциированных с ними поперечно-полосатых мышц -одно из необходимых условий работы таборного насоса коотистых рыб < Srjith, 1982). Цабернце тычишш как компоненты "цедильного аппарата" представляют собой своеобразное сито, препятствующее выбросу пищевых частиц в просветы дыхательных путей и одновременно играют роль субстрата,- на котором эти частицы оседают после фиьтраши. Наш показаны некоторые закономерности строо'гиа TiMiaioK - :m 1-Я таборной дуге они в 0-10 раз длиннее, чем на - 4-!i дугах; тнчлнки модгольцого ряда в 2-3 раза кого'!.!, чеь; датц.адхного. ¿абериые та'пгнки латерального, рени -

меда льного рядов-3-й, 4-й, а у некоторых вг-ов и 2-й жаберных дуг снабг.ны заостренными отростками - шипами, чигмго которых определяется экологическими особенностями рыб. У исследованных рыб наибольшее количество их отмечено у шганктофагов -лосооевидных (молодь семги и форели, омуль) и молоди -куня, где они играют роль дополнительна, приспособлений, слуягчих для повышения эффективности оседания детрита на поверхности "цедильного сита".

На наружной поверхности тычинок медиального ряда располагаются хеморецепторные образования - вкусс ые почки. Они особенно многочисленны на 1-й и 3-й жаберных дугах, т.е. расположены оптимально дам восприятия вк„ ja пищи. У некоторых видов рыб (омуль, желтокрылка) вкусовые почки локализуются и на поверхности каберной дуги. Таким образом, проксимальный отдел яаберного аппарата, принимая участие в осуществлении дыхательных актов, включается и в реализацию начальных эта., jb процессов питания и хеморецепции.

Дпоталышй отдел габерного аппарата представлен каберными пяаотшг ами, образованными дщумя полуяабрами • Структурно—функциональной единицей штаптинки а—яется ".аберний лепесток, феретдарувщийся на филамент (первичную) и респщшторные (вторичные) ламавлы. В филаментах локализованы механизмы обмена ионов и экскреция метаболитов, в .хамеллах - основные процессы газообмепа ( Laurent, Dural, IbdO). Количеств- и линейные размеры фвламентов и ресгшраторных ламелл-показатели, определяющие величину общей диффуиюй поверхности жабр ( uughee,IS80). Мы установили, что у рыб различных таксономических групп они находятся в прямой зависимости от таких взаимосвязанных экологических характеристик как потребность в кислороде и двигательная активность. Максимальное увеличение числа и размеров фила-ментов и респира.орных ламелл свойственно оксифильным пелаги-ческш-т лососевым, обладающий высокой двигательной активностью, минимальное - малоподвижным, о низкой кислородной чувствительностью карповым.

На основании литературных данных рассмотрены структурны' особенности мшпе лой, нершой и кровеносг^й системы яабр. Мышечная система, представленная гладкими и поперечно-полосатыми - абдукторными и аддукторными ..лпцэми, регулирует тонус со-

судов, интенсивность шторной деятельности дыхательного насоса, процессы рефлекторного "кашля", освобождающего жабры от чужеродных частиц ( .iughes, 1934). Нервная систем, образованная 3 парами выоокоспециализировашшх черепно-мозговых нервов, тнсно свпана с мышечноЛ и кровенооной системами. Она контролирует процессы перфузии в жабрах и, благодаря деятельности оенсорных компонентов, получающих и проводящих информацию, регулирует реакции на изменение внешних и внутренних "^чэкологических параметров ( иияаоп, 1984). Сложность строения щюве-носной системы яабр связана с реализапей в едином органе стоя различных функця:'" как обмен газов, активный транспорт ионов, экскреция метаболитов. В с--ответствии с этим у костистцх рыб впервые в филогенезе водных животных она разделяется та два самостоятельных отдела - артерио-артериальный, обеспечивающий респираторные процессы и локализованный в ламеллах, в артерио-венозный, ответственный за процессы лонной и осмотической регу ляции - в филаментах ( Laurent, 1984). Оптимизация этих функций достигается за счет создания.у рыб противоточной оиотеыы, вперше в эволюции низших позвоночных обеспечивающей наиболее результативный обмен между кровью и внешней оредой.

Глава 4. Морфофункциональная организгция жаберного эпителия рыб различных таксономических груш в зависимости от их экологи!

Жаберный эпителий пресноводных костистых рыб представляет собой многокомпонентную систему, клетки которой взаимодействуют между собой о помощью системообразующих элементов - межклеточных контактов. Эпителий "абр подразделяется на эпителий фи-ламента и эпителий респираторных ламелл. Первый, многослойный, обладающий ионообменными фушциями, второй - двуслойный, обеспечивающий основные процессы газообмена ( Laurent, 1984). На основании морфометрических исаяедоваилй мы показали, что количество слоев, образующих эпителий филамента, и его высота, так же, как и высота ламеддярного эпителия, завиоят от образа кизн pbot чем актг 'нее раба, Тем токьие эпителиальная ткякь, меньше барьер "кровь-среда", интенсивней обмен газов и ионов. Выоота жаберного эпиа лия у активных окоиЗвяьных лососевых в 2-2.5 ра

за ълже, чем у малоподвижных карповых. Количественный состав и ультра тонкая организация клеток, формирующих жаберичй эпи- . телий, зависит от систематической'' принадлежности и экологических особенностей рт'б.

Эпителий филамента, образован 6 типами клеток, фуащпональ-ная роль которых четко определена.

Реош.оаторные клетки. составляйте около 80% от общего чиола дифференцированных клеток эпителия .табр, представляют собой морфологическую основу газообмена. Особенность ультратопкой организации, присущая только этому те-У клеток - развклтт на их поверхности системы микрогребней. Они представляют складки апикальной плазмалеммы и увел., тют площадь контакта клетка с внешней средой. Ультраструктурный и морфометричеокий анализ респираторных клеток рыб различных таксономических и экологических групп позволил нам выявить четкую зависимость увеличения площади поверхности этих клеток за счет развития микрогребней от оксифпльности животных (табл.2). Элементарной структурой поверхности характеризуются респираторные клетки дойного малоподвижного сома, у которых несколько узких (0.1 мкм) нераз-ветвленных шкрогребне^ дают шАшлалы прирост поверхности (табл.2). У более оксифшшшх карповых рельеф ълкрогребней усложняется, увеличивается их ширина (0.2 мкм), с-впень анасто-мозиро.пния, и прирост поверхности превышает таковой у сома (табл.2). В пределах сем.карповых у активных "пщшков, рыб с более высокими показателями газообмена - язя и красноперки -структура поверхности сложная и увеличение ее близко или превышает таковс1 у окуневых и туковых, микрогребни которых образуют сложную лабиринтную систему. Существует зависимость уль-траструктзгн поверхности от функционального состоянг : рыб. У угря в период летних миграций широкие (0.6 мкм) шкрогребпи образуют сложную сотовидную структуру, значительно увеличивающую поверхность клеток (тасл.2). Максимального усложнения рельефа и соответственно наибольшего увеличения площади контакта с внешней средой достигают респираторные клетки актиташх оксифшшшх рыб - лососевых (табл.2). Таким образом, в основе 1 ш-шения интенсивности газообмена лежат не .олысо мзкро-, но и микроскопические модификации жаберной поверхности, представляю-

Таблица 2

Суммарное увеличен!"? поверхности респираторных клеток жабр за счет микрогребысл ( на условную единицу площади )

Поверхность микрогребней Количество

в уол.ед., I,fe

Сем.сомовых

сом £,7.2*2.2 45 Сем.карповых

карп 69.5*3.8 50

карась 75.3*2.5 50

лещ 80.4*4.8 50

сикец 83.1*3.2 40

плотва 85.7*о.З 50

язь 111.1*4.6 45

красноперка 139.7*6.3 45

Сем.с :уневые

окунь 113.9*4.4 50

судак 117.6*5.8 45

Сем.щуковые

щука , 120.1*7.9 45

Сем .угревые

угорь 173.4*6.6 45

Сем.лососевые

оемга 179.2*8.1 50

форель радужная 185.7*7.5 45

щие пример адаптации к условиям округающой ореды на клеточном уровне.

Хчорщцща клетки являются структурной основой поглощения ионов в жабрах пресноводных рыб. Они составляют 4-7£ от общего числа клеток и локализуются преимущественно в мекламеллярной попе шштелпя филамента. Ультраструктура этих клоток "одтверк-

дает их ионтрансиортнрующие функции. Клетки характеризуются асимметрией апикальной и базолатералькой плазшлеш и развитием органоидов, вепосредст-знно сзязашшх с активным поглощением ионов из внешней среды - митохондрий и тубулярного ре1, лкулу-вд. Высокая энергоемкость процессов активного транспорта обо-печивается за счет присутствия в хлоридных клетках множества митохондрий, общее количество которых по нашим данным б 5-7 раз превыше? таковое в респираторных клетках.

Тубулярный ретшсулум в зиоридных клетках уееноводных рыб ' образован анастдаозврованнши тубулаг.га, фор;.труюдаш сеть о широкими нерегулярны®? ячейками (Штей, 1980,1986). Мембраны ретикулума явшотся продолжением базолатеральных плазмалемгл, что хорошо прослежено наьм с помощью специальных меток - хлористого лантана и 5-01ЩА. Известно, - что на мембранах тубулярного ретикулума, пронизывающего цитоплазму клеток, локализуется ATS-азный комплекс, представляющий молекулярную основу ионных.' насосов { Karnaky et al.,1976; Sardst et al.,1979j Bill-pott.igso). Нами отмечена тенденция к прогрессирующему развитию тубуллрной системы у м<-"Оди лососевых, лресноводпых колюшек, окуневых, что,вероятно, связано о более высоко« активностью ряда физиологических процессов, требующих повит иного уровня обме:д ионов у этих видов рнб.

Наряду с тубулярной, мы описали в хлоридных к;: тках жабр пресноводных рыб тубуло-везикуэшрную систему, представленную многочисленными "гладкими" микропузнры: ш и короткими неанас-томозированныни т^булами. Она локализуется в апикальной зоне клетки и может рассматриваться как кошуникационннй канал, по / которому происсгдат транспорт полисахаридного материала органических молекул, "fil показали, что наибольшей степенью развития характеризуется тубуло-веяикулярная система лососем:, менее вырякона она у некоторых представителей карповых (карп, карась, лещ). Третья мембранная система хлоридных клеток - гранулярный эндоплазматический ретикулум - развит слабо. гчоло его ццугерн возрастает гти функциональных нагрузках (Матей,1986).

На основании изучения ультраструктуры хл-ридных клеток рыб из водоемов с различным ионным с ос та ром показано, что насыщенность этих клеток органоидами, непосредственно связашшии о

активным транспортом ионов, - адтсковдриями и тубудами реткку-дука выше у видов, обитающих в природных елабоминерализовшшш; средах.

Апикальная мембрана хлоридцой клетки фуккмокально асимметрична по отношению к баг -латеральной мембране, так как оодеркит Ш -каналы, имеющие сложную молекулярную основу (Sardet, 1980; ®гочин,1934). Апикальная мембпаш характеризуется и структурной асимметрией: она утолщена из-за наличия слоя эляктронно-ддотных мелких гранул непосредственно под ней и развития на ее поверхности хорошо выраженного гликок' такса (Ыатей,1980,1986). Последний рассма „жвается как своеобразное ионное "сито", которое, благодаря отридатальгтвд- заряду, способствует локальному повышению концентрации катионов на поверхноот;. хлоридах клеток, Апикальная мембрана хлоридаых клеток пресноводных рыб складчатая и способна образовывать углубление - апикальную ямку, в которой концентрируются Ка+, 1.+, Са2*. Нами установлено, что степень развития апикальных ямок "определяется экологией рцб, в первую очередь уровнем минерализации ореды обиташя. Мцк тмальноР глубшш (до 2 мкм) достигают апикальные ямки у рыб из водоемов с "жесткой" водой.

Сравнительный анализ ультраструктуры ионтранопортирующих клеток в различных эпителиальных тканях н органах, осуществляющих направленный переноо ионов, ползал, что она идентична на всех этапах эволюции гидробяонтов - от гребневиков, одного из древнейших типов многоклеточных, до низших позвоночных - кругло-ротых и рыб (îfekao, 197?; Матей, 1986; Арггова, 1987).

Железистый компонент эпителия аабр представлен слизистыми я палочковыми клетками. Их количество определяется видовой принадлежностью и экологи носкими особенностями р^б и варьирует от 6-8% у пелагических Г до 12-15$ у донных рыб и бентофагов. Это овязано о защитными свойствами слизи, предохраняющей орган от повреждений при непосредственном кок акте рыб о грунтом.

Слизи.стце клетки предотавшшт собой типичные экзокришше одноклеточные железы. Они локализуются в дистальных участках ф иментов, " их афферентной и - в меньшем количестве - эфферентной зонах. Клетки характеризуются чрезвычайным развитием гранулярного 'доплазматического ретикулума и четко поляризован

них комплексов Гольдяи и непрерывно продуцируя гранулы секрета . Последние содержат нейтральные и кислые мукояолиочхари-дя ( M&ttey at al., 1979; Zuc.helkot.dky et al.,1935). Выведение отдельных гранул или их "онгломератов происходит по мерокрино-вому типу. После разрушения мембраны, ограничивающей се ретор-пый "пузырек", его содержимое изливается на поверхность жг^р, представляя собой основной компонент сгтзи.

Палочковые клетки характеризуются развитием широкого фибриллярного слоя на периферии цитоплазмы и наличием множества' двухкомпонентннх гранул (Матей,1987). Послед ле состоят из электрошоплотной центральной палочки и т.н. '"палочкового мешка" с мукополисахаридным содержимым , Mattey et al., 1979). Первоначально эти клетки классифицировались как паразитические ЩЮСТеЙШе - КОКЦИДИИ, ОТНОСЯЩИеСЯ К ТЕПУ Apicomplexa (The-lohan, 1892). Некоторые исследователи до сих пор разделяют эту tow зрения ( Mayberry et al., 1979). Ш проелиДОИ полный цикл развития клеток - от недаффзренглрованных до полностью сформированных, выводящих гранузш на поверхность жзбр, и обнаружили принципиальное сходство секреторного цикла палочковых и слизистых клеток. Был поведен сравните: ^кый анализ ультрасж-руктурн палочковых клеток и ультратонкой организа^уШ кокцидай, начиная о ранних стадий - шизогоний или спорогоний до зрелых форм, con- ставлены сведения о химическом составе палочковых цэанул и роптрий простейших типа Apicompiexa, привлечены данные, полученные при изучении генетического аппарата палочковых клеток ( Mattey et al., I./79; Lei о, 1982; Barber, -Viaater-mann, ■ 1986). й..знциеся данные позволили нам придти к заключению, что палочковые клетки являются компонентом жаберного эпителия рыб, а основная функция их сходна с таковой слиз: зтнх клеток и в определенной мере дополняет ее. Содержимое секреторных палочковых гранул, смешиваясь с содержимым гранул слизиотнх клеток, образует сложную полианионную субстанцию сллзи, покрывающую поверхность жабр. Слизь заряжена отрицательно и играет роль ионообменника, способствующего созданию особой, насыщенно.. - этионами микросреды г зоне непосредственного обмена и он ой ( Marshall, 1980). Таким образом, сдшзист з и палочковые клетки, благодаря фвзико-хзтчесяим свойствам продуцируемого ими оекрета, принишют косвенное учаогие в процессах водпо-солевого

обмена у пресноводных рыб.

2аберный эпителий пресноводных костистых рыб - типичная пограничная барьерная ткань, организованная по принципу непрерывно обновляющей: : системы. Пополнение основных типов клеток - респираторных и хлоридных осуществляется за счет недифферен-цнровашпк клеток, лека'-дас в основании эпителия филамента над базальной пластинкой, разграничивающей интирстициальную и эпителиальную ткани. Используя меченый тимидин, мы показали, что обновление эпителиальных клеток идет вдоль всего Фпламента. Продолжительность дифференцировки респираторной клетки составляет 24 ч, хлоридной - 4-5 сут. Обраг^ющиеся в процессе пролиферации метки продвигаются по направлению к поверхности эпителиального пласта и еключртоя в осуществление фрзиолошческих процессов, прямо или косвенно связанных с да анием и ионной регуляцией.

В серозной зоне эпителия филамента пресноводных рыб нами выявлены т.н. нейтюэгштелыльнне ю.зтки. описанные ранее у морских видов ( 1>ипе1-ЕгЪ еъ а1., .1982). Они непосредственно взаимодействуют с базальной пластинкой и, следовательно, с элементам кровеносной системы жабр, и нервными волокнами. Нейроэпи-телиальные ¿слетки представляют собоЦ четкие униполяры, одиночные или объединенные в гроздья. Их главная отруктурная характеристик - наличие в цитоплазме гладкие или окаймленных везикул с электрошюплотным центром. С помощью флуоресцентных методов исследования мы выявили присутствие в них клеточного моно-амина-серотонина. Вероятно, нейроэпителиашше клетки, выделяющие биогенные амины и имеющие контакты о нервными клетками, могут рассматриваться как элементы дополнительной регуляторной системы, контролирующей наряду с нервной и гуморальной системами работу жаберного аьларата.

Эпителий респираторных ламелл, в отличие от многокомпонентного эпителия филамента, состоит из клеток 2 типов. По нашим данным недифференцированные клетки внутреннего слоя респираторного эпителия, в отличие от таковых эпителия филамента, не обладают способностью к делению. Ультраструктура респираторных г 'еток обоих отделов жаберного эпителия имеет общий тип строения, однако микрогребни на поверхности клеток ламе.л развиты в меньшей степени, чем в эпитешш филамента (Штей, 1987).

Различные по структуре и функции клетки жаберного эпителия рыб объединяются в единую систему о помощью межклеточных контактов. Последае не только выполняют интегративные функции, но и играют изолирующую роль, препятствуя пассивной потере ионов из эпителия. Это является необходимым условием существования пресноводных рыб, у которых проницаемость тканей дш ионов должна быть минимальной. Мы установили, что ультраотрук-тура межклеточных контактов определяется минеральным составом воды, в котгрой обитает рыба. В "жесткой" среде клетки взаимодействуют между собой о помощью специализированного плотного контакта, в средах о низкой минерализацией образуют сложные соединительные комплексы - терминальные замки, последовательно включающие плотный, промежуточный контакты и десмосош. Это обеспечивает прочное и гибкое сцепление клеток, препятствующее дезинтеграции ткани*

Таким образом, жаберный эпителий пресноводных костистых рыб представляет собой цультиксшонентную полифунквдональную систему, постоянно обновляющиеся к~зтки которой служат структурной основой для обмена ионов и дыхательных газов. Морфологические особенности жаберного эпителия рыб различных экологических груш могут рассматриваться как пример адаптации к условия;.! среда на тканевом и клеточном уровнях.

Часть II. Адаптивные реакции иберного эпителия рыб на

изменение ионного состава и загрязнение внешней среды

Глава 5. Влияние минерального состава воды на ультраструктуру жабр пресноводных костистых рыб

Изменение ионного состава среды (деминерализация, повышение оолености) вызывает развитие сложного комплекса адаптивных процессов в жабрах пресноводных костистых рыб. Изучение действия дистиллированной воды на ультраструктуру жабр окуня и семги-кеот-рятки и среды о повышенной соленостью - 7-10%о на ультратонкую оргаклзацию жабр окуня и карася показало, что ответные реакции -а гида- и гипертонические воздействия имеют ряд обилх и специфических черт.

Адапта.зя к изменению минерального. состава воды, независимо от таксономического положения рыб, на ранних этапах обеспечивается внутриклзточними перестройками, а дальнейпее приспособление происходит за счет системной реакции эпителия жабр.

И при повышении солености, и при деминерализации воды у рыб различных таксономических и экологических групп наибольшей реактивностью обладают хлоридные клетки. В первые часы воздействия в них осуществляются типичные стрессорные реакции, состоящие в набухании митохондрий и туб^л ретикулума. Нарушение ультраструктуры этих органоидов коррелирует с угнетением поглощения ка+ у этих рыб на ранних этапах воздейс -'вия (Виноградов к др.,1983). В дальнейшем (1-7 сут) как при повышении, так и при снижении уровня минерализации внешней среды изменения ультраструктуры клеток свидетельствуют о повышении функциональной активности клеток. Умножение числа митохондрий обеспечивает более высокий энергетический уровень ионтранспортирующих клеток. Увеличение протяженности апикальной плазмал^лмы за счет значительной выпуклости в деминерализ о ва нной или вогнутости -в соленой воде рассматривается в пользу возрастания числа ионных каналов, а расширение системы тубулярного ретикулума - ионных насосов в хлоридных клетках. За счет повышения интенсивности синтеза белка и РЫС поддерживается высокая метаболическая активность и осуществл: .этся репаративные процессы в клетках (Матей, Харазова, 1983).

Однако, есть и ряд существенных различий в реакции ионтранспортирующих элементов эпителия жабр, определяемых характером действующего фактора. Это - нарушение волюморегуляции, которое в хлоридных метках жаберного эпителия рыб, адаптированных к слабоминерализованноД воде, приводит к прогрессирующему увеличению их объема, а в среде с повышенной соленостью - к первоначальному уменьшению и последующей его стабилизации на уровне, близком к контрольному. Изменения объема в зависимости от степени минерализации вода характерны и для других компонентов жаберного эпителия - слизистых и респираторных клеток. Размеры последних при деминерализации внешней среды в обоих отделах эпителия жабр резко возрастают, вследствие чего увеличивается расстояние между кровью и внешней средой. Следствием гипертро-

фии является фрагментация и редукция мнкрогребней на поверхности респираторных клеток. Увеличение высоты жаберного эпителия в нарушение ультраструктуры поверхности респираторных клеток способствует ухудшению условий газообмена в жабрах. В случае повышения солености эта реа^-ция выражена в меньшей стан a и характерна толькб для реошраторных клеток ламеллярного эпителия (Штей, 1987).

Одна из наиболее важных комплексных реакций жаберного эпителия на изменение степени минерализации воды - гапершшзия клеток. В основе этого процесса лежит усиление пролифератиыой активности базального слоя недифференцированных клеток эпителия филамента. Этот процесс контролируется гормональным путем. В случав повышения солености преобладающее действие на темпы .размножения и дозревания клеток имеет кортизол, при деминерализации его антагонист - пролактин ( Bern,1975; Foakett et al., 1983; Pang, Pang, 1986). Цролактин стимулирует пролиферацию слизистых клеток и, вероятно, этим мое :о объяснить чрезвычайную насыщенность ими жаберного эпителия пресноводных рыб из деминерализованной воды. Слизь, продуцируемая многочисленными специализированными клетками, характеризующимися высокой фунн-фональной активностью, конденсируется на поверхности хлоридных 'клеток. Это чрезвычайно ванно для рыб, обитающих в воде, бедной минеральными компонентами, т.к. способствует концентрации "катионов в узком слое, граничащем с апикальной длазмалеммой п - как следствие - оптимизации процессов поглощения ионов из внешней среды.

Изменение степени минерализации внешней среды в сторону •повышения или понидс:шя влечет за собой увеличение общего числа молодых, хлоридаых клеток в эпителии филамента. Созревая, они мигрируют в верхние слои ткани и вступают в контакт с внешней средой, становясь таким образом активно функционирующими единицами. Согласно морфометрическим данным общее количество хлорид-ннх клеток в эпителии филамента рыб из деминерализованы 3 и со-лонозатоводной среды через 5-7 сут воздействия увеличивается в 6-8 píis по сравнению с контролем. Судьба хлоридных клеток в на-оерном эпителии рыб из деминерализова.шой к солено? воды разли.-на. В первом случае эпителий филамента насыцен одиночными хло-

родными клетками, которые мигрируют в эпителий респираторных ламелл. В результате последний, значительно цревышащий по площади эпителий филамента, включает максимальное число хлоридных клеток не только в ба зальных и оредних, но и дистальных участках ламелл. Именно благодаря этому через респираторный эпителий происходит основное поглощение На* и Са2+ в средах с очень низкой степенью шнерализацди (.Репу , Wooà ,1985; Bornnncln et al., 1987). Концентрация хлоридных клеток на ламеллах, где обменные процессы более интенсивны, благодаря высокой эффективности ирригации, чем в аила ментах, может расценпаться как приспособительная реакция, цризвашая обеспечить максимально высокий уровень сорбции ионов из разбавленной среды.

У пресноводных рыб в воде повышенной солености хлоридные клетки сосредоточзны только в эпителии филамента. Помимо одиночных в мехсламеллярной зоне эпителия выявляются многочисленные хлоридные комплексы, образовашше зрелых.® и ма.одыш исн-транспортиругацпми клетками и объединенными общей апикальной ямкой (Матей, Харазова, 1983; Матей, 1987). Предполагается, что эти комплексы обладают большей эффективностью, чем отдельные специализированные клетки. Впервые выявленная наш у пресноводных рыб, эта реакции носит адаптивный характер и может рассматриваться как ключевсэ звено тканевых трансформаций.

Важным компонентом адаптации пресноводных рыб к низкой минерализации воды является практически полное блокирование пассивной утечки ионов, в частности, Ка+ , из эпителия жабр (Виноградов и.др.,1983). Проницаемость эпителиального олаота для ионов регулируемся на уровне межклеточных контактов. Основным изолирующим элементом, определяющим общую проницаемость ткани, является плотный контакт. '

С помощью лантановой метки мы показали, что в первые оутт воздействия " он утрачивает барьерные свойства, а затем, как в в контроле, вновь становится непроницаемым для ионов. Первоначально деминерализация воды вызывает снижение адгезивных свойотв илазкалеш, привода к значительному расширению межклеточных пространств в обоих отделах эпителия жабр. Дезаз^егации ткани препятствуют апикальные межклеточные соединительные комплексы, которые помимо плотного и промежуточного контактов вгош-чаят многочисленные специализированные адгезивные соединения -

десмосомы. Такой тип мепклеточных взаимодействий предотвращает выход ионов из эпителия, способствует сохранетпо его целостности и, наряду с развитием механизмов сорбции, является необходимым условием, определяющим возможность выливания рыб в слабоминерализованной среде.

Сравнительное изучение состояния кабр пресноводных костистых рыб в средах о различным ионнг' составом выявило ведущую роль кальция в с .'руктурной' организации органа. Внесение солей кальция в деминерализованную воду в концентрациях 50-70 мг/л не только полностью нормализует.морфофункциональные характеристики различных типов клеток наберного эпителия, но и стабилизирует адгезивные свойства наружных клеточных мембран, структуру межклеточных контактов и, вероятно, межклеточного вещества.

Таким образом, морфофункционалыюй основой адаптивных реакций жаберного эпителия на изменение иошюго состава воды являются гиперплазия и качественные изменения хлоридных клеток,связанных о обменом электролитов, респираторных и слизистых клеток и преобразование улыраструктуры межклеточных контактов, модулирующих изменения проницаемости ткани.

Глава 6. Жаберный эпителий пресноводных рыб при закислении внешней среды

Закисление пресных водоемов - один из наиболее распространенны..' и гласных факторов их загрязиешш, оказывающих него дивный аффект на ихтиофауну. Погашение концентрации в воде ионов водорода подавляет жизненно важные функции в организме рыб, в первую очередь водно-солевой обмен, кислотно-щелочное равновесие, .дыхание.

Мы изучили изменения ультраструктуры жабр рыб, относящихся к различным таксономическим грушам и отличающихся по устойчивости к повышению концентрации в воде Н+, при острых и хрони-чеоких кислотных воздействиях.

Ответ жаберного эпителия кард общ рыб (карп, карась) на острое кислотное воздействие (рН 3.5-3.8) представляет собой фаз-ую стрессовую реакцию, завершающуюог (Гункционалышм истощением и деотруктивными изменонияг.ш на тканевом и клоточном уровнях. В наиболее чувствительном звено исследуемой скотеш - хлоридных

клетках - происходит прогрессирующее разрушение митохондрий и тубулярного ретикулуыа. Начинаясь в клетках, расположенных в поверхностных слоях эпителия фияамента, эти процессы распространяются на все ионтранспортирующие элементы жаберного эпителия. После 6-ч экспозиции в закисленной среде митохондрии хлоридных клеток представляют собой двумембранные пузырыа! с редуцированными криотами, часть органоидов лизируется или трансформируется в ламелшгрные тельца. Чрезвычайно низкие показатели обмена и угнетение способности к регуляции синтеза АТФ подтверждается значительнш ингибированием активности СДГ, связанной с хлорид-шита клетками (Ыатей, Комов, 1983). Параллел: но происходит редукции системы тубулярного ретикулума. Это практически полностью подавляет поглощение ионов из внешней среда (Виноградов и др.,1983).

Острое кислотное воздействие приводит к резкому увеличению объемов респираторных клеток, деструктивным изменениям их поверхностной структуры, преципитации слизи, продуцируемой гипертрофированными слизистыш клетками, на поверхности жабр. Отмечается слияние респираторных ламеял, колбообразные вздутия дис-талышх участков филаментов, шрушение щгавоснабжения органа, приводящие к угнетешш дыхательных функций.

Мы показали, что низ::ле значения рН среды (3.5-3.8), нарушая ультраструктгру плазмалемм, приводят к уменьшению сил сцеп-лошя мсгду клетками жаберного эпителия и чрезвычайному расшире-г шю межклеточных.пространств, Согласно гипотезе Мак Дональда, это вызвано замещением- Са2+ в кальциевых сайтах на поверхности плазмалемм на Н+ и вымыванием Са^+ из межклеточного вещества (моБопага, ¡эвз" ). Нарушение структуры специализированных межклеточных, конта- "гав является, вероятно, основной причиной прогрессирующей утечки ионов из эпителия жабр. В сочетании с подавлением их сорбции из внешней среды это приводит к потере солей из организш рыб, а поступление ¡Г* по ггадиенту концентрации в эпителий жабр - к закислешш крови (Виноградов и др. ,1983). Обсссоливание и ацздоз, в основе которых лежат нарушения структуры но только хлоридных, но и слизистых и респираторных клеток и деструкция межклеточных контактов, являются основными причинами гибели рнб цри остром кислотном стрессе.

Эгафект оотрого кислотнох'о воздействия, так ке, как и послед-

- 27 -

ствия деминерализация внешней среды, полностью снимается при внесении в среду соединений Са, нормализующих ультраструктуру пдазмалеш, внутриклеточных мембранных систем, митохондрий и адгезивные характеристики эпителиальных клеток. Это подтверждает представления о ведущей роли кальция в стабилизации ¿трук-. туры и функции жабр (ншт, 1985; Матей,КабреваД988; Соломати-на, 1988).

Адаптаци." жаберного эпителия рыб к снижению кислотности воды в толерантном диапазоне <рН 4.5-5.5) обеспечивается комплексом морфофушсциональных механизмов, характер которых у рыб различной . экологии (карповых,лососевых,окуневых) принципиально сходен. Они носят неспецифический характер и направлены на поддержание определенного урошя сорбция ионов из внешней среды и . предотвращение их утечки из жаберного эпителия.

Как и при адаптации к деминерализации воды, угнетение сорбции ионов из закисленной внешней среды компенсируется двумя сопряженными механизмами. Первый - быстрая (0.4-24 ч) реакция . хлоридных клеток, приводящая к повышению их функциональной активности. Способность хлоридных клеток к активному поглощению ионов из внешней среды в условиях, когда количество "ионных ласосов" уменьшается в результате, прямого действия IT*" на мембраны тубулярной сети (McDonald, Wood, 1983) поддерживается за' оче'.' чрезвычайного развития этой сиотегщ. Это коррелирует с нашими данными о повышении активности Ha-K-АТФ-азы при адаптации рыб к закислению среда (Турстон и др., 1979). Увеличение числа митохондрий обеспечивает необходимый для поддержания сорбции ионов зпергетичеокий уровень, что подтверждается данными о возрастании активноси СДГ в хлоридных клетках жабр. Повышение интенсивности пластического обмена является основой репаратив-ных процессов, препятствующих деотрукции внутриклеточных мембранных структур (МатеЙ, Харазова,1982). Усложнение строения апикальной ямки, приводящее к возрастанию протяженности наружной плазмалеммы, может рассматриваться как один из способов увеличения числа ионных каналов в ионтранопортирующих клетках. В этом случае, если предположить, что часть каналов блокирована действием Н*, поступление ионов в клетку монет осуществляться достаточно успешно. Совокупность этих реакций обуславливает переход хлсридной клетки на новый уровень функционирования, необ-

ходиглый дая поддержания активного транспорта в условиях, когда процессы обмена понов ипгибируются.

Активация деятельности иоатранспортирующих клеток поддерживается за счет возрастания количества, функциональной активности слизистых и палочковых клеток, секрет которых скапливается на поверхности апикальных ямок. Это способствует ко. .центрации в них катионов, облегчая их поглощение хлоридными клетками ( Marshall, 1980; 14ik et а1.Д985). Эта реакция рассматривается нами как Ba;KHitii коь^юнент адаптации к действию закисленной среды.

Пролонгированная (5-7 сут) системная реакция эпителия на сакисление осуществляется путем гипертрофии и гиперплазии основных типов клеток, прежде всего хлоридных. С помощью меченою тшшщна г.ш показали, что пополнение их популяции, как и при изменении минерального состава ореды, происходит за счет усиленного функционирования пласта недифференцированных клеток эпителия филамента. Пролиферация клеток обусловлена возрастанием в крови рыб из закисленной среды уровня кортиг остероидных гормонов - кортизола и пролактина ( Aschoa,I979; Hotter et al., 1979; iiichoin, iiuatly, 1986). В результате сложных динамических процессов общее число хлоридных клеток резко возрастает. Через 5 сут кислотного воздействия у окуневых, лососевых и большинства карповых рыб пс зшо одг :очных ионтранспортирующих клеток в эпителии фшимснтр образуются шогоклеточные хлоридные ксмшгок-сы. Следующий этаи адаптивной реакции, гак и в деминерализован- . ной воде, характеризуется миграцией хлоридных клеток из эпите-гпя филамента в лаыеллярный эпителий. В результате этого последний, ноыш.ю чисто дыхательных функций и отчасти в ущерб им, начинает выпс пять функции активного транспорта ионов.

Респираторные кротки более других компонентов эпители-i подвержены гипертрофии. Это одна из основных причин увеличения высоты глберного эпителия и редукции системы ыпкрогребней на поверхности респираторных клеток, приводящих к снижению интенсивности газообмена в жабрах рыб из закисленных вод. Компенсатор- . пыо реакции в данном случае осуществляются на организменном и ' органном уровнях - за счет учащения сердечных и дыхательных ритмов, усиления кровоснабжения, изменения гематологических характеристик (Виноградов и др.,I979;Giles et al., 1984).

Поддержание ионного гоыеостаза у рыб в кислой среде возмож-

но лишь при условии ограничения проницаемости жаберного эпителия для ионов. Очевидно, основную роль в этом процессе играет изменение структуры межклеточных апикальных соединительных комплексов» главным образом их изолирующего компонента - плотного контакта. Как показано наш с помощью цитохимических исследований, динамика изменений его проницаемости для ионов при закиолз-нии та ;ке, что и в деминорализовашюй ореде: кратковршешшй эффект 1Г1" вызывает ее повышение, пролонгированное действие делает эти'контакты непроницаемыми пда ионов. Мы предполагаем, что последнее может объясняться мобилизацией эвдогешого кальция, способствующего восстановлению структуры ядазмалемм. Возможно, определенный вклад, в ограничение утечка ионов вносит и усложнение структуры соединительных комплексов, играющих ведущую роль в возрастании сил сцешгеняя мегду клеткаш.

Сравнительное изучение комплексного действия закисления, снижения минерализации п повышегая в воде концентрации Al^1" (естественная триада факторов внешней среда) выявило синергизм этих реакций. Общие адаптационные механизмы включают увеличение функциональной активности и общего числа хлорвдгасс клеток и миграцию их в ламедлярный эпптелий, гипертрофию и гиперплазию железистых компонентов кабр, усложните структуры апикальных ооеданптелыак комплексов. Нами отмечены особенности действия алшшшя, зашсящие от видовых и экологических характеристик исследованных рыб. У ¡.тодл лососевых (форель, семга) было обнаружено накопление этого металла в эпителии яабр, особешо выраженное в хлорид arc клетках. Были прослекены пути прмшгаюве-ния AI®4" в югетку и преципитация ого в лизооомалыпк вюшчитях, значительно сокращавдая число активно функциошгрующцх ионтран-спортлрующцх элементов жабр. ¡.1ы показали, что в ог.игл'е от лососевых клеит наберного эпителия окуня не обладают способностью к аккумуляции алкмпшя дако при 2-5-кратпом увеличении концснт-роциц этого моталля в среде. Известна высокая талерантнооть окуновых к зтшсдешпо воды, обусловлеш;ая как генотипичеошши, так и фенотшшческнш факторами (Якоитов,19С4; Ьуопв, 1982; Виноградов, Колов,1987). Можно предполотать, что устойчивость этих рыб к повышению концентрации AI3*, в прпроднш. условиях сопутствующему закислешю, определяется теш же мехатшзыамп.

- 30 -

Глак' 7. Действие токсических веществ па кабрц ры0

Изучение действия га жабры рыб ряда токсических веществ, широко распространенных в водоемах: содей аммония, пестицидов хлор- и фосфорорганического ряда позволило выявить некоторые специфические и неспецифические кошоненты отве"ных реакций. К иеспецифическим относятся изменения общей структуры жабр: нарушения кровообращения, искажение формы респираторных тамелл, их слияние, с-згтывание жаберной поверхности слизью, отторжение IwTCtok от поверхности жаберного эпителия, раослоение ткани. ütii признаки в случае суйдеталышх воздействий выражоны в значительно меньшей степени и могут проявляться не в полном объеме, по в острых экспериментах совокупность их составляет основу патоморфологическнх изменений структуры органа, определяющих нарушите его основных Гизиологических функций: регуляции обмена ионов и дыхательных газов. Степень поражения жабр в среде, содержащей пестициды, гораздо выше, чем в воде с высокой концентрацией II* или солей аммош1я. Вероятно, это обгоняется тем, что в течешш длительного времени в процессе эволюции рыбам не приходилось сталкиваться с эффектом загрязняющих вещеоти химической природы, и механизмы адаптации к ним развиты в меньшей степени.

Приспособительные реакции жабр пресноводных рыб на действие токсических веще гв в толерантном диапазоне концентраций рассмотрены нами на примере адаптации жаберного эпителия колюмки к действию солей аммония. Они вызывают угнетение активного поглощения iia+ из внешней среды и потерю его из эпителия жабр (Виноградов vi др. ,1982). Как и при деминерализации и закислении воды, обладающих тем же физиологичнеким эффектом, для ад'чтащга и действию ini^ используются универсальные механизмы: гипертрофия и гиперплазия слизистых и хлоридных клеток, возрастание в последних количества орпзноидов, связанных с активным транспортом ионов, образование сложных хлоридных комплексов, вклю-•чонпе в состав межклеточных "терминальных замков" шогочислешш деилосоп. Это является морфологической основой для установления баланса меззду потерей и поглощением ионов и способствует вшодва нпю риб в среде, содержащей солп атония (Виноградов и др.,198<

Специфика эффекта токсичемсих веществ на жаберный эпителий обнар" -швоется в .эстрнх экспериментах. Действие паштаоршлюно

единственного из ряда иоследованных пестицидов вызывает необратимую массированную утечку ионов из эпителия жабр (Виноградов и др.,1983). В основе этого лежит избирательное нарушение структуры базшштеральных мембран, чрезвычайное ослабление их адгезивных овойотв. Как и при кислотном стрессе или действии аммония в соленой воде, это приводит к деструкции органа. Однако, при остром воздействии полихлорпинена внутриклеточные мембранные отруктурч не поврождаются. Следовательно, основной мишенью для этого пестицида, в отличие от других исследовашшх нами веществ, являются плазмалеммы эпителиальных клеток.

фосфорорганичоский пестицид - фосдрин вызывает гипертрофию реопираторных клеток. Это лежит в основе увеличения высоты жаберного эпителия и вызывает редукцию поверхностных шкрогребней респираторных клеток. Наши данные об увеличении высоты жаберного эпителия и уменьшении площади непосредственного контакта с внешней средой хорошо коррелируют с данными об угнетении дыхательных фушсций жабр в среде, содержащсЛ фосдрин (Ма11а«,1984). Нарушение ультра структуры хлоридных меток, лизис митохондрий и тубул ретикулуш может рассматриваться гак структурная основа для подавления сорбции ионов в среде о повышенной концентрату ей этого токсиканта.

Таким образом, анализ морфофушционалыюго состояшш жабр позволяет определить наиболее уязшмоо звено в системе жаберного эпителия гтри различных токсических воздействиях.

Глава 8. Эволюция функций глбр костиотцх рыб

Ионная регуляция постоянства состава внутренней среды -древняя функция, приоуцая водным животным уже на ратин этапах филогенеза. Система, способная к осуществлению такохю процесса, проходит сложный путь 1x53пития, достигая многокомпонентной и многоуровневой организации у низших позвоночных. В результате прогрессивной эволюции происходит отановлсшю высокоэффективных механизмов поддор:.-л1шя необходимого уровшт концентрации ,.онов и осмотически активных веществ в жидкостях организма. Параллельно идет совс1Ж1й1ствовашю механизма обмена дыхательных газов.

Для анализа закономерностей развития фушщнй наор использо-ва1Ш критерии, разработанные Ю.В.Наточиным (1984). Рассмотрены три категории явлений - эволюция фуччцнП орппа, эволплш его

структурно-функциональны* единиц, эволюция всей функциональной сиотемы.

В филогенезе водных нивотных развитие набр как органа ионной и осмотической регуляции и дыхания било обусловлено прогрессирующей олигомеризацией аабр - от 15 пар у современных круглоротых до 5 - у высших представителей плаотиножаберных и 4-4*'2 у костистых: рыб (Догель,1954). Уменьшение числа пабер-1шх пластинок сопрякено о полимеризацией их отруктурно-Оушсци-оналлши единиц. Гладеоотенные наборные мешки (пластины), характерные дня дрекшх и современных ракообразных, предков круглоротых и рыб, современных миксин, делятся на ааберные лепестки, представляющие своеобразные септы. Еабры цри общем небольшом объеме приобретают чрезвычайную рассеч'шность, позволяющую сделать заключение о перистом отроении органа. Это преобразование делает жабры более компактными и экономичными, влечет за собой смену и. компенсацию фушеций, создающие предлосшпш для усиленного развития основных видов их деятельности (Соверцов, 1981).

Совокупность этих процессов обеспечила повышение интенсивности механизмов газообмена и транспорта ионов, достигающих максимума у твгеоаге!.

На уровне структурно-функциональных единиц большую роль в эволюции жабр оыграла дифференциация наберных лепестков на фи-ламенты и респираторные ламеллы. Морфологическое и функциональное разделение эпителия на ошорехуляторной и респираторный от~-делы и параллельная коыпартметализация кровеносной систеш обусловили повышение интещпвнооти обмена йогов и дыхательных газов, каждый из которых осуществляется на своем морфологическом базисе . Ведущая роль в становлении .процессов ионного обмена на тканевом уровне принадлежит специализации зон клеточных контактов, регулирующей проницаемость жаберного эпителия для ионов. Соеди-нительшо комплексы в жабрах гидробионтов, представляющие ообой сочетания нескольких типов специализированных контактов обеопе-чпли более наделаше пояивариантние коммуникативные отношения незду кошонентами структурно-фушсционалыш: единиц, связав отдельные элементы в единую систему.

Изолирующие свойства соединительных ме;лслеточ1шх комплексов, определяеше структурой плотных контактов, позволили отграничить

- зз -

внутренний среду от внешней. Это сыграло решающую роль в становлении преоноводной фауны, необходимым условием оуществова-ния которых является чрезвычайно низкая проницаемость тканей жаберного эпителия для ионов.

Наиболее важное достижение эволюции осморегуляторного эпителия жабр на клеточном уровне - структурно и функционально асимметричная ионтранспортируюшпя клетка, в апикальной мембране которой сосредоточены ионные каналы, а в базолатераль-ных - ионные насосы (Наточин,1384). Принципиально такая структура возникла достаточно рано - некоторые овойства и ультра-отруктурные характеристшш ионтранспортирующей клетки - обнаруживает хоморецеоторная клетка эпителия губ примитивных многоклеточных гребневиков (Аронова,1987). Входе эволюции структура клетки постепенно усложняется. Полимеризация митохондрий, делающая ионтранопортируюцую клетку выоокознергизпровашюй структурой, разделение и специализация внутршшеточных мембран, в особенности связанных о актив!шм транопортоп ионов, максимальна у костиотцх рыб. Именно это обеспечивает высокую эффсктнв-иость обмена ионов у Те1ео^е1.

Социализация клеток, осуществляющих газообмен, шла по путл совершенствования структуры наружной клеточной мембраны. У рыб в ходе эволюции было достигнуто значительное усложнение рельеф! респираторных клеток, что явилось основой для многократного увеличения площади обмена газов и повышения интенсивности функции дыхания.

Наконец, эволюция функциональной оиотемы водно-солевого обмена шгш путем повышения степени гомеостатирования и увеличения числа регуллторных факторов. Высокая степень гомеостатирования внутренней среды у круглоротых и рыб определяется эффективностью регуляции концентрации ионов и осмотически активных веществ в жидкостях организма. Один из основных факторов, определяющие стабильность состава внутришей сроды - резкое расширите круга эффекторщ« органов системы водно-содевого обмена. В иее у низших позвоночных помимо жабр включа ется хэдд эпителиев - кож-шй, кишечный, мочевого пузыря, п новые органы - почка н ректальная железа (у акул). Комплексное действие всех ; .емеатов системы, поддержание шогообразпих связей мевду ши.ш возможно .лишь при наличии хорошо отлаженных координациошшх механизмов.

- 34 -

У низших позвоночных прослеживается усложнение регуляции со стороны нервной системы, достигающее высокой степени специализации у костистых рыб. Жабры Tsieoetei получают централизованную информацию и регулируются 3 парами центробежных черепно-мозговых нервов, специализация которых по отношению к каждой ¡¡аберной дугр очень высока ( Hilsson, 1964 ).

У костистых рыб - наиболее молодой в филогенетическом отношении группы - увеличение количества регуляторных гормональных факторов связано о совершенствованием структуры и функции нейро-эвдокринной системы, включающей гипоталамо-гипофизарную неДро-секреторную сиотецу (ГПЮ) и периферические эндокринные железы. Прогрессивное развитие ГП1С в ходе филогенеза приводит к образованию у костистых рыб нового нсЯросекреторного центра, совершенствованию форм нейросекреторных контактов и структуры гипофиза, увеличению количества и расширению спектра действия его гормонов, играющих важную рать в регуляции обмена ионов (Поленов, 1968; Баранникова,1975). Расширяется круг периферических эндокринных желез: у костистых рыб формируются тельца Станниуса, значительного развития достигают' ультимобранхиалышя и интерре-наловая железы. В связи с этим совершенствуются гормональные механизмы, ответственные за регуляцию ионного обмена при смене сред обитания, что можно рассштривать как цример прогрессивной эволюции, определившей эврибионтность рыб.

Главный итог эволюции функции аабр костистых рыб - повышение интенсивности основных протекающих в них процессов - обмена ионов и дыхательных газов. Это расширяет их адаптивные воз-иожности и способствует быстрому приспособлению к колебаниям различных параметров природной среды в широком диапазоне, обуславливая прогресс этой группы.животных.

Выводы

I. Па основании изучения структуры кабр пресноводных костистых рыб различных таксономических и экологических групп выявлена корреляция между количеством, линейными размерами фшшментов и респираторных ламелл и потребностями рыб в кислороде. Максимальное увеличение поверхности органа свойственно оксифилькым видам с высокой двигательной активностью (форель,се:та), мн;ш-ыальное - малоподвижным (карп).

2. Яаберный эпителий - полифункциональная многокомпонентная система, включающая спецпализировагаше респираторные и хло-ридные клетей, играет ведущую роль в обмене газов и ионов у рыб. Высота зштелия, определяющая величину барьера "кровь-среда", находится в обратной зависимости от степени оксиашльности и двигательной активности рыб.

3. Основная структурная характеристика респираторных клеток - присутствие на их поверхности системы микрогребней, увеличивающих площадь газообмена. Установлено, что прирост поверхности за счет эдкрогребней у представителей различных таксономических групп - сомовых, карповых, лососевых определяется их экологией и находится в соотношении 1:2:5, что сопоставимо с увеличением потребности этих рыб в кислороде.

4. Хлоридные клетки эпителия жабр пресноводных рыб, являющиеся структурной основой сорбции ионов, характеризуются обилием митохондрий, развитым тубулярлым ретикулумом,- асимметрией апикальной и базслатзральной клеточных мембран. Ульораструктур-ная организация этих клеток типична для ионтранспортирующюс элементов эгателиальных тканей на всех этапах эволюции гидро-бионтов.

5. В основе адаптивных реакций жаберного эпителия пресноводных -рыб к снижению или повышению генерализации воды лежит гиперплазия хлоридных клеток и максимальное развитие в них органоидов, связанных о активным транспортом ионов. Деминерализация вызывает гипертрофию клеток всех типов, миграцию хлоридных клеток в респираторный- эпителий, гиперплазию слизистых клеток, образование межклеточных соединительных комплексов, препятствующих дезагрегацш ткани и потере ионов из эпителия жабр.

6. Реакции наберного эпителия рыб различных экологических групп (карповые, окуневые, лососевые) на повышение в зоде концентрации Н*, А13+, в толерантном диапазоне носят неспецифический адаптивный характер и направлены на увеличение оорбщш ьонов из внешней среды и предотвращение их утечки из ¡заборного эпителия. Активный транспорт поддерживается двумя ооцрякенннш механизмами: I - быстрой (0.4-24 ч) реакцией хлоридных клеток, состоящей в увеличении содержания митохондрий, рагаш:ренип системы тубулярпого регакулума, повшешш ферментативной активности, интенсификации синтеза белка - РНК; 2 - пролонгированной (5-7 оут)

спотошюй реакцией эпителия, включающей пролиферацию слиэистцх н хлоридных клеток, образование хлоридных вдшлексоЕ в эпителии филамента и миграцию ионтранспортирующих клеток в респира-торннй эпителий. Эффект закисления усиливается при шщмсшш минерализации и повшешй в воде концентрации ионов адаминия.

V. Ограничение пассивной потери ионов из эзаберного эпителия и поддержание целостности Т1саш1 при действии II4", А!^, ННд осуществляется за счет снижения проницаемости штопок мешле-точ1 пи контактов и формирования в составе апикальных соединительных комплексов дополнительных адгезивных соединений - дес-посом.

0. Повышение в воде концентраций II , Л13*, вызывает набухание иабернцх лепестков, слияние респираторных ламам, преципитации слизи на поверхности эпителия, увеличение раз;„е-ров реопираторних клеток, сопровождающуюся редукцией части микрогребней, что приводит к нарушению газообмена в габрах.

9. Результаты острого кислотного воздействия лвдяются деструкция митохондрий и тубулярного ретикулумэ в хлоридных клетках, приводящие к глубокому угнетению абсорбтивных функции аабр, нарушение адгезивных свойств плазшлеш и повреждение межлеточ-ных контактов. Внесение кальция в закиолешую среду полноотью нормализует ультра структуру клеток, межклеточных контактов и силу сцепления меяду элементами ткани, способствуя восстановлению ионтранспортирующих функций пабр.

10. Сравнительное исследование повреждающего действия груп-гп пестицидов выявило, что полихдоршшен обладает специфическим повреадающш эфйжтоы на плазшлэшн яабр л резко сличает их адгезивные свойства. Это вызывает деструкцию каберного эпителия и приводит, к необратимым нарушениям основных фушеций ¡..ибр.

11. Имеющиеся дошто позволяют предполог.сить, что эволюция санкций габр в филогенезе шзшх позвоночных шло по пути прогрессивного- развития функций органа, его структурно-функциопаль-ше: одиниц и воой систеш водно-солевого обмена. Б эволюции хабр проелеяивается увеличение поли^ункциональности и оллгомери-эзцпя ;::иберного аппарата, полимеризация и многократная дифференциация каберных лепестков, специализация клеток эпителия и зон глоточных контактов. Совершенствование системы водно-солового

обмена включает повышение степени гомеостатировагаш и роли ро-гуляторных факторов. Главный итог эволюции функций жабр ~ интенсификация процесоов дыхания и иошюго обмена, расширяет возможности адаптации та1е<^01 к природным и антропогенным воздействиям и способствует биологического процессу той ГРУ1ШЫ животных.

Спиоок ооновных публикаций ьо темо диооертации

1. Закиоление водоемов и его влияние на метаболизм у гф°с-новодных животных // Сб. "Физиат. и паразитол. пресн.организмов" - Л.: Наука, 1979. - С.3-16 (совместно о Г.А.Виноградовым, П.А.Гдовским).

2. Действие пестицидов на жаберный эпителий карася // Сб. "Физиол. и паразитол.преон.организмов" - Л.:Наука.1979. -

С.08-60 (оовмеотпо о Мальгиной Н.А.).

3. Влияние низких значений рН, оолей аммония и обеосолива-1ШЯ на активность формонтов, обмон Ка в жабрах и ультраструктуру хлоридных клеток у преоноводщк рыб // Сообщ.1. Информ. бкш. ИБВВ АН СССР, - 1979. - К 43. - С.75-81 (совместно о Р.В. Турстоном, Виноградовыгл Г.А., Комовым В.'Г.).

4. Влияние' низких значешй рН, солей ашогшя и обессолива-}цщ на активность формонтов, обмен На в жабрах н ультраструктуру хторидных КЛОЧОК у просиоводных рыб // Сообщ.П. Шформ. бщ. 113ВВ ."Л СССР. - 1979.-й 44. - С.75-80 (оовместио о Турото-ном Р.В., Виноградовым Г.А., Г.омовш В.Т.).

5. Изменеште структуры жаберного эпителия рыб при токоичес-кнх цоздойотвшк // 1У Всесоюзн.конф. но экологпч.физиологии рыб: Тезисы докл. Т.1. - 1979. - С.186-187.

в. Ультраструктура хлоридных клеток таборного эпителия трехиглой колюшки и карася // Цитология. - 1980 - Т.22, - № 12.

- С .13-37-1391.

7. Роагауш хлоридных клеток ¡/.лберного эпителия трехиглой колшк.! на изменение рН и солености среда // Цитология. - 1201.

- Т.23, 11' 2. - С.Ш9-1С5 (совместно с Харазовой Л.Д.,Випогридо-

Г.А.).

0. Порфо^шцнонилыше аспекты адаптации ^¡борного эпителия ' пресноводных рыб к изменению р!1 внешней среды // У1Л совевднне

по аволвд.физиологии, посвящ.памяти Л.А.Орбели: Тезион докл,-Ленинград. - 1982а. - С.200.

9. Действие гипертонической среда на ультраструктуру хло-ридных клеток жаберного эпителия девятииглой колюшки // Цитология. - 19826. - Т.24, Л 7. - С.750-755.

10. Изменение ультраструктуры и синтеза белка и РНК в хлоридных клетках паберного эпителия карася при 'закиолешш внешней ореды // Цитология. - 1982в. - Т.24, )5 8. - С.905-910 (совместно с Харазовой А.Д.).

П. Влияние изменения солености внешней среды на ультра-отруктуру хлоридных клеток жаберного эпителия карася // У Все-союзн.копференц. экологач.физиологии рыб: Тезиоы докл. - Севастополь.. - 1982г. - С.50-52.

12. Реакция хлоридных клеток даберного эпителия карася да изменение кислотности и ионного состава ореды // Сб."Реакция гидробионтов на загрязнение" - М. - 1983. - С.176-190 (совместно о Комовым В.Т.).

13. Влияние кальция на минеральный обмен и ультраструктуру аабр у пресноводных рыб // Сб. "Реакция гидробионтов на загрязнение" - 1,1. - 1983. - С.199-207 (оовместно с Виноградовым Г.А., Даль Е.С.).

14. Ультраструктурнне изменения в хлоридных клетках жаберного эпителия карася при обессоливании // Информ. бплл.ИЕНВ АЛ СССР. - 1983, - )?. 58. - С.50-54.

15. Влияние ПХПиа обмен Ыа, ультраотруктуру кабр и фор-ментативную активность в тканях у карася // Сб."Пресноводные гидроОионтц и их биология" - ГЛ. - 1933. - С.207-217 (совместно с Виноградовым Г.А., Комовым В.Т., Даль Е.С.).

16. Морфофункционалыая адаптация хлоридных клеток шиберного эпителия преоноводной девятииглой колюшки к аммонию // Цитология. - ,1983. - Т.25, К 6. - С.661-666.

17. Участие хлоридных клеток зкаберного эпителия карася в адаптации к повыпенпю солености внешней среды // Цитология. 1983.'- Т.25, й 9. - СЛ031-103С (сонлестно о Харазовой А.Д.).

18. Изменение ультраструктуры яаберного эпителия девятииглой колюшки при действии аммония в гипертонической среде // Цитология. - 1984. - Т.26, й 4. - С.371-375.

- 39 -

19. Сравнительный анализ ультраструктуры жаберного эпятелия окуня из водоемов о различным иошнм ооотавом // Цитология. -1904. - Т.26, К 7. - С.778-782,

20. Функциональные основы действия низких рН на рыб и ракообразных // Деп. ШНИТИ й 16.37. - 1984. - С.147-190 (совмеотно с Виноградовым Г.А., Комовым В.Т.).

21. Количественная оценка адгезивных свойств клеток наборного эпителия караоя при изменении химического состава внешней ореды // Деп. ВИНИТИ Je 1637. - 1984. - С.211-228 (совместно с Тагуновым В.Б., Виноградовым Г.А.).

22. Морфофункци опальная реакция жаберного эпителия рыб на изменение ионного состава внешней ореды // Конференц. по эко-логач.физиологии рыб: Тезисы докл. - Вильнюс. - 1985, б.144-146.

23. Хлорзздше клетки - структурная основа ионообменных механизмов в жабрах костистых рыб // Цитология. - 1986. - Т.28, » I. - С.Б-22.

24. Ультрасгрукзу ра палочковых клеток на различных стадиях дифференцрровки из жаберного эпителия костистых рыб // Цитология. - 1966. - Т.28, Г» 7. - С.670-676.

25. Влияние повышения солености внешней среда на ультра структуру поверхности жаберного эпителия окуня // Цитология. - 1986.

- Т.28, ft 12. - C.I289-I293.

26. Изменение ультраструктуры жаберного эпителия окуня при действии диотюшгрованной воды // Цитология. - 1987. - Т.29,

& 4. - С.410-415.

27. Ультраструктура палочковых клеток из различных органов карпа и форели // Цитология. - 1987. - Т.29, Л 7. - С.766-770 (совмеотно о Балабановой Л.В.).

28. Ультраотруктура жаберного эпителия ручьевой форели в ' норме и при оакислешш воды // Цитология. - 1987. - Т.29, И 10.

- C.II20-II25.

29. Некоторое данные о po.ni экзогенного кальция в ультраст-дпетурной организации жаберного эпителия окуня // Информ.бкши ШИВ АН СССР. - 1988. - № 7. - С.53-58 (совместно с Набревой С.Б.)

30. Структурные механизмы действия токсических веществ на кабри пресноводных рыб // У Всес.коиф. по водной токошеологии: Тезисы докл. - Одесса. - 1908. - С.132.

31. Плизиотыо клетки жаберного зпитолия молода! осмги в норме и при эакполешш оредц // Цитология. - IS88. - Т. 30, J5 4 - С.402-406.

32. Изменения ультраотруктуры клеток жаберного опителия карпа при экспериментальном закполешш ороды // Цитология. -1939. - Т.31, J5 4. - С.398-403 (совместно о йэбревой О.Б.).

Подписано в печать 30.06.89« АК 01906. Формат 60Х841/16. Бумага газетная. Офсетная печать.

Печ.л. 2,0. Тира* 100.' Заказ 1761. Бесплатно. Типография Ярославского политехнического.института. Япославль, ул.Совегская , 14а.