Жаберный эпителий пресноводных костных рыб (морфофункциональная организация, адаптация, эволюция)

Матей, Виктория Евгеньевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Жаберный эпителий пресноводных костных рыб (морфофункциональная организация, адаптация, эволюция)
ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Жаберный эпителий пресноводных костных рыб (морфофункциональная организация, адаптация, эволюция)"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

ИНСТИТУТ ЭВОЛЮЦИОННОЙ ФИЗИОЛОГИИ И БИОХИЛ\ИИ им. И. М. СЕЧЕНОВА

На правах рукописи

МАТЕЙ 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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Ленинград 1989

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

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, проф. И. А. Баранников а;

доктор биологических наук Я. 10. Комиссарчик;

член-корреспондент АН СССР Ю. В. Наточин.

Ведущее учреждение:

Институт эволюционной морфологии и экологии животных им. А. И. Северцова 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 « » 1959 г.

Ученый секретарь

специализированно

доктор биологических наук, проф.

М. Н. М а с л о в а

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Зволюц..я рыб тесно связана о прогрессивным развитием основных физиологических систем организма, в том числе дыхания, водно-солевого обмена и кислотно-склочного равновесия. Высокая отепень специал..зации а адаптационная тлас-гачность зы механизмов, достигнутая в ходе филогенеза водных животных, позволила рыбам приобрести определенную независимость от среды обитания и заселить как морские, так и пресные воды.

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 почкам, и мочевым пузырем выполняет роль ведущего эфбекториого компонента физиологической системы водно-солевого обмена, функции жабр - предает ряда фундаментальных исследований, показавших, что механизм обмена дыхательных газов одинаков у морских я пресноводных рыб, в о^шчие от осмотической регуляции, которая у первых обеспечивается гипо-сгсмотическим, а у вторых - гиперошотическим способом {smith, 1953; Ггга цинский, 1964; Иаточин, 1976; Кшшторин, 1982; Randall , Daxboeck, 1934 И Д".).

Процессы дыхания, водно-солевого обмена и кис*: этио-щелочно-го равновесия у рыб связаны между собой и имеют едгну» морфо-функадюнальную основу - лаберный э^телий. Он представляет собой многокомпонентную систему, главными звеньями которой является специализированные респираторные клетки п злорадные, в которых происходит направленный перенос ионов против градиента концентрации мезгту внутренней и внешней средой. Если структура ааберного эпителия морских и эзвригалинных рыб исследуется очень интенсивно и успешно (Bcrridge.Oachman, 1972; Краиш"пш,1974; Hughes, 1984; Laurent, 1984 и др.), то сведения обобщем строе-1ши и ультра структуре этой ткаш! у пресноводных рыб редки, фрагментарны и зачастую противоречивы. В связи о этим саяновитс-л очевидной необходимость детального исследования структуры и функции жабр на органном, тканевом и клеточном уровнях для познагаь. сановных механизмов обмена ионов и дыхательных газов у пресноводных рыб и nocTpoeiuji общей модели их адапт^ дии к изменению состава внешней среды.

Теоретический штерео к изучению жабр дополняется необходимостью решения рдда практических задач, связанных о интенсификацией антропогенных загрязнений водной ореда. Прогрессирующий рост за кк слегая пресных водоемов, присутствие в них остатков Пестицидов, соединений ашония, возрастание концентрации солей ' метилов оказывает негативный эффект на рыб. Жабры как барьерный орган испытывают прямое поврездамцее действие токсических веществ, приводящее к нарушению дыхания, водно-солевого обмена и кислотно-щелочного равновесия (Ейяоградов, 1979; 1987; Ргшш, 1960; <ЛгаяаД987; ааеое, 1988). Комплексное изучение морфофункци-ональной организации жаберного эпителия пресноводных рыб при острых и хронических воздействиях позволяет выявить не только первичную реакцию ткани на действие стрессируицих и повреждающих факторов, но и показать структурные основы адаптации системы к действию антропогенных факторов ореда в толерантном диапазоне концентраций.

Цель я основные задачи работы. Цель работы - изучение морфо-функцпональной организации жаберного эпителия пресноводных костистых рыб и установление ооновных закономерностей его адаптации к изменению состава воды.

Задачи исследования:

1. Провести сравнительный анализ макро- и дакроотруктуры 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 жаберного эпителия рыб на изменение минерализации воды, повышение концентраций ионов водорода и алюминия.

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

5. Определить ооновные направления эволюции функций кябр костистых рыб.

О снопшс полоу.енкя, внносимце нп защиту

I. Мпкотгал пое увеличение поверхности жабр пресноводтос

костистых рыб, являющееся одним из способов оптимизации обмена ионов в дыхательных газов, достигается у оксифалышх видов о высокой двигательной активностью за счет усложнения мащо- к микроструктуры органа.

2. Обосновывается предотавяениа о системной организации яаберного эпителия, клетки которого служат структурной ооновой процессов дыхания, водно-солевого обмена, кислотно-щелочного равновесия и экскреции метаболитов.

3. Адаптация пресноводных костистых рыб к низкой минерализации, закисленив воды, увеличению концентрации в ней нй^ и aij+ , включает комплекс морфофункциоиальных реакций даберного эпителия, носящих неспецифический характер. Они заключаются в увеличении количества и функциональной активности клеток, ответственных за обмен ионов, гиперплазия слизиотых клеток эпителия, преобразовании ультраструктуры мезкклеточных контактов, ограничивающих утечку ионов из организма.

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

Теоретическая значимость и научная новизна

Работа являемся первым систематическим исследованием кабр пресноводных костимых рыб различных таксономических и экологических групп. Новые ванные об ультратонкой организации жаберного эпителия служат ооновой для развития представлений о морфе-функциональных механизмах процессов обмена ионов и дыхательных газов .у пресноводных рыб.

Выявлена корреляция меаду макроструктурой кабр и экологнчес-кими характеристиками рыб: количество и линейные размеры жаберных лепестков и их структурно-с&угпсциональннх единиц вше у окси-с|вльных видов с высокой двигательной активностью. IIa основаны» ультра структурных и морфометрических данных впервые установлена прямая зависимость мезду степенью оксифильностн рыб и увелсте-нием поверхности специализированных респираторных клеток эпителия кабр за счет развития системы микрогребней. 'Показано, что насыщенность ионтранспортирующих хлоридных клеток органоидами, связанными с активным транспортом, выше у рыб, обнтаташс в во-

доемах о низкой минерализацией. Получены новые данные о развитии палочковых клеток, позволяющие классифицировать их как железистый компонент камерного эпителия.

Впервые установлены закономерности адаптивных реакций кабер-ного опите.шя большой гру..пы пресноводных рыб на действие различных экологических и антропогенных факторов внешней среда -снижение минерализации, закисление, повышение концентрации ионов алшшшя и аммония, обладающих общим физиологическим эффектом - угнетением сорочий ионов и увеличением их общей потери через жабры. Показано, что адаптишк; механизмы включают повышение функциональной активности хлоридных клеток за счет увеличения числа органоидов, связанных о транспортом иоьов, гиперплазию клеток, образование мощных хлориднис комплексов, что обеспечивает стимуляцию поглощения ионов из внешней среды. На основашш ультраструктуричх и цитохимических данных выявлено, что ограничите потери ионов из э.штелия жабр достигается снижением проницаемости плотных межклеточных контактов и усложнением структуры апикальных соединительных комплексов.

Ьмервые показано, что в основе необратимых изменении функций ионной регуляции и дыхания у рыб при остром кислотном воздействии лежат деструкция митохондрий и тубуляркого ретикулума в хлоридных клетках, редукция микрогребной на поверхности респираторных клеток, преципитация слизи, разрушение межклеточных контактов. Получены доказательства способности экзогенного кальция восстанавливать отруктуру эпитолия жабр в условиях острого закисления среды. Установлено наличие избиро :ольного негативного эффекта пеотивдда полихлорпинена на ультраструктуру и адгезивные характеристики плазмалодо плеток жаберного эпителия, цриводяцего к деструкции ткани.

Обоснованы основные тенденции эволюции футодай жабр в филогенезе низших позвоночных - олигомеризация жаберных пластинок, полимеризация и многократная дифферош-иация их структурно-фушс-циональинх единиц; специализация клеток жаберного эпителия и зон меточных контактов} повышение степени гомеостатирования и со^ршенствов шя регуляции воеН систсми водно-солового обмена.

- б -

Практическое значение

Учитывая эффективность.применения цитоморфод огичеci .их методов исследования в водной' токоикологии, результаты работы могут быть использованы ъ качестве дополнительных характеристик дая обоснования предельно допустимых уровней кислотного загрязнения, определения 1ЩК соединений алюминия, аммония, ряда пестицидов. Полученные данные могут привлекаться дая решения проблемы экологической и сравнительной физиологии и морфологии.

Модифицированный нами метод определения адгезивных свойств плазмалемм клеток каберного эпителия может быть применен в практике ихтиотоксикслогических исследований для диагностики действия подихлорпинена и других веществ, нарушающих силу межклеточных взаимодействий. Описание патоморфологпческих изменений общей структуры жабр яри острых токоических воздействиях монет использоваться в ихтиопатологии.

Материалы диссертации в течение ряда лет используются в курсах сравнительной гистологии и цитологии Ленинградского государственного университета, Ярославского государственного университета и могут быть рекомендог-'нн дая включения в курсы сравнительной физиология, ихтиологии и токсикологии.

Публикашрт. По материалам диссертации опубликовано 32 работы.

Апробация работы. Материалы диссертации бшп' доложены на 1У, У, У1 Всесоюзных конференциях по экологической физиологии и биохимии рыб (Астрахань, 1Г79; Севастополь, 1982; шланга, 1985); на XI Всесоюзной конференции по электронной микроскопии (Таллин,1979);на У1П Научном совещании по эволюционной физиологии, посвященном памяти академика Л.А.Орбели (Ленинград,1982); ЛУ съезде Всесоюзного физиологического общества им. И.П.Павлова (Кйп2п:з5, 1X7); 7 Бсгссгспсй г.с::форс:пс:п по годно» токсикологии (Одесса, 1968); III Вс^оюзном научно-практическом семинаре "члектроннотликроскопическое исследование клеток при действии повреждающих факторов" (Мурманск,1984); семинарах кафедры гистологии, анатомии, эмбриологии Ленинградского Государственного университета (Ленинград, 1979,1982,19Я6); семинарах Беломорской биологической станции Зоологического института АН СССР (Ленинград, 1979,1981,1986); на отч^лшх сессиях Инотптута био-

- 6 -

логин внутренних вод АН СССР (Борэк, 1976-1988).

Структура и объем работы. Материалы диссертации обобщены в двух томах. I тал содержит введение, 8 глав, нклотащих II таблиц и 18 схем-рисунков, общие вывода и спиоок литературы (120 отечественных и 340 иностранных работ). II том - приложение содержат 117 рисунков, объединяющих вдектроннограш.

Экспериментальная часть работы выполнена по заданиям и темам 1КНГ СМ СССР, Президиума АН СССР, самостоятельно или совместно о сотрудниками Института биологии внутренних вод им. И.Д.Шшнина АН СССР Я.В.Балабановой, Г.А.Виноградовым, П.А. Ецовскш, Е.С.Даль, В.Т.Комовым, В.Б.Тагуновым; с сотрудником Лешш1радского Государственного университета А.Д.Харазовой, а также в рамках проекта 02.02-13 сотрудничества СССР-США с учеными из США и Канады Р.В.Турстоном и Т.А.Хемингом.

СОДЕРЖШ PAE01Ü

Глава X. Штерна л и метода исследования

В соответствии о целями нашей работы было исследовано 19 видов пресноводных костистых рыб, относящихся к 9 семействам, в том числе и молодь лососевых в пресноводный; период их зшзни <семга-пестрятха, форель радужная). Вэдовой состав и количество исследованных рыб представлены в табл.1. Изучение морфофункци-опальнсй организации жаберного эпителия осуществили о учетом экологических особенностей рыб, сравни шли ультра структуру жабр филогенетически удаленных и близкородственных видов.

Материал дня исследований был собран в 1976-1988 гг. из водоемов, значительно различающихся по своему ионному составу -слабошнерализоваяных озер Вологодской обл. и Карельской АССР, оз.Байкал; Рыбинского водохранилища, р.Волги, р.Амур с умеренным уровнем минерализации. Часть материала - молодь карповых, окуневых и лососевых - была получена с рыбоводных заводов Ярославской и Костромской обл. и КАССР и экспериментальной базы Института биолошк внутренних вещ АН СССР,

Для ипучения жабр пресноводных рыб на органном, тканевом и клеточном уровнях в норме и при различных экспериментальных воэ действиях били попользованы методы световой и флуоресцентной микроскопии, авторадаогра<$ическне, биохимические, биофизические

Таблица I Виды и количество исследованных рыб

Звды исследованных рнб Количество рыб

Зем. Salmónidas

Salmo salar L. 96

Salmo trutta morpba Parió I». > 22

Salmo gairdneri Hich. 95

Зем. Coregonidae

Coregonus autimnalia migratoriua (Gaorgl) 20

3eM. Eaocidae

Esox lucius L. 10

Зем. Anguillidae

Anguilla anguilla <L.) 10

Зем. Cyprinidae

Kutilus rutilus (L.) 15

leuda cua idus (L.) 10

Scardinius erythrophtalmua (L.) 7

Abraniia brama (Ь.) 21

Abramia ballerua (L,) IB

Cyprinus carpió L. 92

Caraasiua carassiue (I>.) 285 3eM. Siluridae

Silarus glanis L. 7 Зем. Qasfcerostaidae

Oaateroateus aculeatua L. 48

Pimgitius pungitius (I.) 62 3eM. Pftreirt«»

Perca íluviatilia b. 135

Stizostedion lucioperca (L.) 12 Зем. Cottidae

Cot tocoiaephorus grewingki (Qyb. ) 14

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

Для гистологического исследования жаберные пластинки фиксировали в жидкостях Буэна и Шзмпи о допалнителышм хромированием, обезвочаволи, заливалч в парафин, срезы окрашивали железным гематоксилином по Гейденгайну. Полутонкие орезы, использованные в основном для количественной оценки и изучения топографии различных типов клеток в эпителии жабр, окрашивали метиленовым или толуидиновым синим.

С помощью флуоресцентной микроскопгн было проведено выявление биогенных ai знов в нейроэпителиальных клетках жаберного эпителия рыб по глиоксшалькову методу ( Torre,.surgeon , 1976) в модификации Каботянского <1985).

Авторадиографичеокие исследования окорости пролиферации и дафференцировки клеток различных типов в жаберном эпителии производили о помощью ^-тимидоша. Тканх фиксировали в жидкости Карнуа по стандартной мотодате. Препараты покрывали эмульсией М (НШШШОТОцроект). Подсчет индекса меченых ядер производили отдельно для. хлоридных, респираторных и недифференцированных клеток. При изучении уровня синтетиче^шх процессов в клетках жаберного эпителия рыб использовали радиоактивные предаествен-шки синтеза балка - 3Н-глицин и РНК - 3П-уридин. Исследова1ШЯ проводили по стандартной методике (Матай, Харазова, 1982).

Материал для электронномикроскопических исследований - фрагменты 2-й и 3-ей жаберных плаотинок фиксировали в 2.5-5/5 растворах глутарового альдегида, приготоаленного на O.I М натрий-калий фосфатном или натрий-какодилатном буферах с рН 7.2-7.3 с последующей дофиксацией в I/i-ном растворе четцрехокиси осмия. После обезвоживания образцы, предназначенные юл исследований в трансмиссиошюм микроскопе, заливали в Аралдит. Ультратошсие срезы (50-60 им) контрастировали 2/Í спиртовым или 4$ водным раствором уранилацетата, окрашивали цитратом свинца по стандарт ной методике ( neynoids, 1963) и просматривали в электрошшх микроскопах tesla -613 (ЧССР) и Ji® -100 С (Япония). Изуче-ш: тубуло-ве"нкулярной системы в хлоридньос и микропузырьков в респираторных клетках проводил с использованием метода быстрой фцтКСаЦИИ но Бхг --ЛИ ( BmcUey , 1981). ДЛЯ лучшего ВИЯШСШШ

гликокадикса и мембранных сгруктур клеток в состав фиксирующей ' янеол вклвчаяя танниногута кислоту ( v/agner, 1976) или галловую кислоту.

Структуру поверхности жабр изучали методом сканирующей электрошой микроскопии, для чего объекта после дегидратации проводили через критическую гошсу в сжиженном COg, напыляли золотом и просматривали в микроскопе J3M -25 s (Япония). данные сканирующей микроскопии позволили произвести количественную оценку увеличения поверхности респираторных »меток,

Доя характеристика проницаемости ¡шберного эпителия, о целью лучшего выявления глеиклеточннх пространств, структуры специализированных контактов и примембранных слоев применяли' методику окрашивания ультратонких срезов.0.3% раствором хлористого лантана (Kamovsky , Revel, 1968). Такой же эффект был получен при использовании в качестве метки б-тригидроксифешш-эхиламина (5-СЩА) по методу Готова и'Хапшмото (Cotov, Наим-rnoto, 1981 ) в нашей модификации'.

¿истинность сукцгшатдегидрогеназы (СДГ) - К.Ф. I.3.99.I, попользуемого как маркер митохондрий, определяли гистохимическим методом на тотальных препаратах но Шелтон-Янейдеру в модификации Гинецинского и др. (1962) и биохимически - по методу Кинга з модификации Наточина и др. (Х977).

' Для характеристика адгезивных свойств клеток заберного эпителия, определяющих механическую связь меяду элементами ткани, использовали метод Маленкова и ^ича в ношей модификации (Тагу-нов и др.,1984). Он состоит в подсчете числа клеток,- сорванных центробежной силой при центрифугировании образца ткани, в норне и пря экспериментальных воздействиях.

Наряду с изучением макро- и микроогруктуры забр ннтакяшх рнб, .исследовано действие ряда экологических н антропогенных Зйкхсров twettmRft орелн на морфойуташиональные характеристик; наборного эпителия: изучено влияние изменения минерализации и кислотности воды, эффект полей алюминия и змглотййг: соединегаИ, пестицидов хлор- и фосфорорганического ряда- на лабрн пресноводных рыб различных таксономических и экологическях групп.

Действие деминерализации бшго изучено гш молоди лосооегих (семга-нестрятка, форель радужная) и окуневых (окунь) рнб, повышение солености - па окунях (7£о), карпах (IOi'o) л лошаке

девятииглой (22#о). Наиболее обширный раздел работы, посвященный изучению влияния низких значений рН в острых и хронических экспериментах, был ш :олнен на рыбах, принадлежащих к трем семействам, различающимся по чувствительности к повышению концентрации гонов водорода: чарповых (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 карпгвых (карп,карась) рыб в условиях деминерглизации и закисления воды. В специальной серии экспериментов изучали чзменепия ультраструктуры жаор молоди окуня, радужной форели и семги-пестрятки при комплексном действии соединений шш.шния, снижения уровня минерализации и кислотности воды до значений рН 5.5. Концентрации А13*, 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.

Влияние аммонийных соединений в толерантном диапазоне концентраций на ультраструктуру жабр изучали на 2 ¿идах колюшки-трехиглой и девятииглой. Концентрации нП^ в экспериментах составляли соответственно 0.5 ммоль/л и 0.5; 2.0 ммоль/л. В условиях эксперимента исследовали острое действие пестицидов хлорорганической природы - подихлорпинена и гексахлорана.ла макро- и микроструктуру жабр карася и карпа. Концентрация по-лихлортшена для карпа была 0.2, для карася - 0.1 и 0.25 мг/л; гексахлорана соответственно 0.2 и 8.0 мг/л. Исследование эффекта фосдрина - фосфороргакического инсектицида в концентрации 0.5 мг/л проводили на угрях.

Материал был получен л экспериментальных и полевых исследованиях. Острые и хронические опыты проводили в аквариумах при постоянных температурах, оптимальных для исследуемых видов рыб. Заданную концентрацию иоиов водорода в -.епроточних аквариумах поддерживали автоматическим титрованием НС1 и Н2 з04. Необходимую концентрацию Н+, ашонля, алюминия, пестицидов в проточных истемах отдавав с помощью универсального разбавляющего устройства конструкции Виноградова (1984).

Коллчсственг''о дашше, получешшо в ходе роботы, обрабатывали статастичеоки. результаты представлены в виде тае.дщ,

графиков, диаграмм. -

Часть I. Морфофункциональная организация жабр костистых рыб

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

Глава посвящена сравнительному анализу физиологических механизмов ионной и осмотической регуляцгш и газообмена у морских и пресноводных костистых рыб. На основапии литературных данных показага роль различных компонентов физиологической системы водно-солевого обмена - жабр, почек, кншечзшка,мочевого пузыря, фушсционально связанных между собой " контролируемых нервным и гуморальными путями,' в стабилизации состава внутренних жидкостей организма; определена ваяная рать жабр в этом процессе. Рассмотрены гипотетические модели работы жабр гипоосмотических морских рыб, экскретирующих На+ и С1~ во внешнш сред" против градиента концентрации ( 1971), и пресноводных, у кото-

рых гиперосмия создается за очет активного транспорта ш+ ,К+, Са2+, 11 е 2+, сопряженного с эскрецией Н* и пн| (Виноградов, Комов,1985). Приводятся сведения о зысокой эффективности мехе ■ низмов транспорта катионов и ограничения пронивдем^сти кабр для ионов, обусловивших возможность их вселения в слабоминерализованные пресные водоемы.

На основании современных предс'.авлений о том, что через жабры пресноводных рыб происходит в основном экскреция пН| и НСОд, этот орган рассматривается как важное звено кнс;, ,тно-ще-лочного гомеостаза, выполняющее ряд функций, присущих почкам чаземных позвоночных ( Ктопз, 1975; Виноградов,1987).

Рассмотрены общие аспекты физиологии дыхания и механизмы о 'мена дыхательных газов, идентичные у морских и пре-новодных рыб. Согласно современной концепции жабры - контролируемая нервными и гуморальными факторами гысокоопециализировашюя система внешнего цыхагия, в которой происходит поглощение 02 в обмен на выделение эквивалентного количества С02. Прохождение дыхательных газов через наружную поверхность жабр осуществляемл за сч^т* простой диффузии. С-орость диффузии О2 завиочт от величины площади общей поверхности органа, высоты эпителиального барьера, отделяющего элементы кровеносной сис эш от внешней среды, я

разности парциального напряжения меаду кровью и о±)едой (Кляш-торин, I982j Hughes, IS84). Просленепа зависимость этих показателей от экологических особенностей рыб. Рассмотрены межаниз мы обмена С02, установлена связь меяду накоплением углекислого газа в крови, вызванным изменением состава воды, и кислотно-основным гомеостазом У пресноводных рыб ( Randall, ШхЪооск, 1984).

Таким образом, жабры представляют собой подифункционалышй орган, в котором осуществляются процессы ионной к осмотической регуляции, экскреции метаболитов - коночных продуктов азотистого обмена, диффузия кислорода и углекислого газа. Эти процессы отличаются высокой степенью коордюшрованности благодаря развитию оистем нервной и гуморальной регуляции и обладают пластичностью, позволяющей рыбам адаптироваться к постоянно, о зачастую и резко- меняющимся физико-химическим параметрам внеп ней среды.

Глава 3., Макро- и микроструктура мабр

В результате сравнительного изучения кабр большой грушш пресноводных костистых рыб установлены общие черты мащюструк-туры органа. Наберный аппарат всех исоледовашшх наш видов рыб представлен 4 парными жабраш, дифференцирующимися ш дио-талышй к проксимальный отделы. Последний включает жаберную дугу - основную опорную структуру органа, позфытую эпителиальными клеткш.и. На ее поверхности расположены латеральный и медиальный ряды каберних тычинок, имеющих конусовидную шщ серпо видную фор;,;и.

Подвииюсть ¡¿аоерных тычинок, связанная с сокращением или расслаблением ассоциированных о ними поперечно-полосатых мшц одно из необходимых условий работы каберного насоса костистых рыб (Smith, 1982). 1йберше тычинки как компоненты "цедильного аппарате" представляют собой своеобразное сито, препятст яукздпе выфосу пищевых частиц в просветы дихательпнх nyvoii и одновоемышо играют роль субстрата,- на котором ьти частицы осе дпют после ¿[лльтравди. Наг ш показаны некоторые закономерности строения Т1Жлок - :;п 1-й глборной дуге они в 0-10 раз длиннее чем на ?■-'■', - Л->\ дугах; точилки иодиальцого ряда в 2-3 роьа кс чем .штсра-ппого. йк'ерные татп:ша; латерального, реки -

медиального рядов-3-й, 4-й, а у некоторых вг-ов и 2-й кабер-ннх дуг снабг .ны заостренными отростками - шипами, чи^ло которых определяется экологическими особенностями рыб. У исследованных рыб наибольшее количество их отмечено у планктофагов -лосооевадных (молодь семги и форели, овдль) и молод» чсуня, где они играют роль дополнительны., приспособлений, служгчих для повышения эффективности оседания детрита на поверхности "цедильного сита".

На наружной поверхности тычинок медиального ряда располагаются хеморецепторные образования - вкусе -ые почки. Они особенно многочисленны на 1-й и 3-й жаберных дугах, т.е. расположены оптишлвно для восприятия вк„ за пнида. У некоторых видов рыб (омуль, желтокрылка) вкусовые почки локализуются и на поверхности яаберной дуги. Таким образом, проксимальный отдел жаберного аппарата, принимая участие в осуществлении дыхательных актов, включается п в реализации начальных эта. ->в процессов питания и хеморецепции.

Дистальгшй отдал жаберного аппарата представлен жаберными пяаотшг'зми, образованными двумя полужабраш. Структурно-функциональной единицей пластинки я^летея -эберный лепесток, дифференцирующийся на филамент (первичную) и респи!дторные (вторичные) ламеллы. В фшгаментах локализованы механизмы обмена ионов и экскреция метаболитов, в .хамеллах - основные процессы газообмена ( ЪаигеаЬ, гнше1, 1^0). Количеств- и линейные размеры фпламентов и респираторных ламелл -показатели, определяющие величину общей диффуиюй поверхности жабр ( ииеьса,1980). Мы установили, что у рыб различных таксономических групп они находятся в прямой зависимости от таких взаимосвязанных экологических ха^ктеристик как потребность в кислороде и двигательная активность. Макоималвное увеличение числа и размеров фида-шбнхоъ н рвопир5-орп!гс лсмолл сгс£от2енно оксг*^™™»; ттелаги-ческим лососевым, обладающий высокой двигательной активностью, минимальное - малоподвижным, о низкой кислородной чувствительностью карповым.

На основании литературных данных рассмотрены структурны' особенности мыше .лой, нервной и кровеносг ~й сиотеш жабр. Мышечная система, представленная гладкими и поперечно-полосатыми - абдукторными и аддукторными ..ладами, регулирует тонус со-

судов, интенсивность шторной деятельности дыхательного насо-оа, процессы рефлекторного "кашля", освобождающего жабры от чужеродных частиц ( .lughes, 1934). Нервная система, образованная 3 нарами высокоспециализированншс черепно-мозговых нервов, тесно свгпана с мышечноЕ и 1фовенооной системами. Она контролирует процессы перфузии в жабрах и, благодаря деятельности сенсорных компонентов, получающих и проводящих информацию, регулирует реакции на изменение внешних и внутренних ^экологических параметров ( ипяаоп, 1984). Сложность строения кровеносной системы жабр связана с реализацией в едином органе стол: различных функци:" как обмен газов, активный транспорт ионов, экскреция метаболитов. В соответствии с этим у костистих рыб впервые в филогенезе водных животных она разделяется на два самостоятельных отдела - артерио-артериальный, обеспечивающий респираторные процессы и локализованный в ламеллах, и артерио-венозный, ответственный за процессы лонной и осмотической регуляции - в филамонтах ( Laurent, 1984). Оптимизация этих функций достигается за счет создания, у рыб противоточной оиотемы, впертое в эволюции низших позвоночных обеспечивающей наиболее результативный обмен между кровью и внешней средой.

Глава 4. Морфофункциональная организация жаберного эпителия рыб различных таксономических групп в зависимости от их экояогш

Жаберный эпителий пресноводных костистых рыб представляет собой многокомпонентную систему, клетки которой взаимодейотду-ют между собой с помощью системообразующих элементов - межклеточных контактов. Эпителий "эбр подразделяется на эпителий фи-ламента и эпителий респираторных ламелл. Первый, многослойный, обладающий ионообменными функциями, второй - двуслойный, обеспечивающий основные процессы газообмена ( i^urent, 1984). На основании морфометрических исследоваый мы показали, что количество слоев, образующих эпителий филамента, и его высота, таге же, как и высота ламеллярного эпителия, зависят от образа жизт рцо: чем актг 'нее рыба, тем тоньше эпителиальная ткрнь, меньше барьер "кровь-среда", интенсивней обмен газов и ионов. Выоота жаберного эти лия у активных оксифильннх лососевых в 2-2.5 ра-

за ьлхе, чем у малоподвижных карповых. Количественный состав и ультратмжая организация клеток, формирующих жабергой эпи- , телий, зависит от систематической'' принадлежности и экологических особенностей рт'б.

Эпителий филамента, образован 6 типаш клеток, фужциональ-ная роль которых четко определена.

Реого.пагорные клетки, составляйте около 80$ от общего чиола дифференцированных клеток эпителия жабр, представляют собой морфологическую основу газообмена. Особенность улвтрато/:-кой организации, присущая только этому ти.у клеток - развит!;; на их поверхности системы микрогребней. Они представляют складки апикальной плазмалеммы и увел;: шва ют площадь контакта клетки с внешней средой. Ультраструктурный и морфочетрический анализ респираторных клеток рыб различных таксономических и экологических групп позволил нам выявить четкую зависимость увеличения площади поверхности этих клеток за счет рилития микрогребней от окоифялыюстя животных (табл.2). Элементарной структурой поверхности характеризуются респираторные клетки донного малопогданного сома, у которых несколько узких (0.1 мкм) нерав-ветвленных микрогребнеЧ дают мкнималы й прирост поверхности (табл.2). У более оксифшгьных карповых рельеф ь.лкрогребней усложняется, увеличивается их ширина (0.2 мкм), огэпенъ анасто-мозиропния, и прирост поверхности превышает таковой у со?ла (табл.2). 3 пределах сем.карповых у активных "гшцшков, рыб о более высокими показателями газообмена - язя и красноперки -отруктура поверхности сложная и увеличение ее близко или превышает таковс ч у окуневых и щуковых, микрогребни которых образуют сложную лабиринтную систему. Существует зависимость уль-траструнту^н поверхности от функционального состояш: рыб. У угря в период летних миграций широкие (0.6 мкм) микрогреопл

ОирйаУьгА' СЛОЖЦуш ООхОЗлДяуй ОГр^Кх^р,/, апаЧИТСЛ1ПО

щую поверхность клеток (таол.2). Максимального усложнения рельеф 1г соответственно наибольшего увеличения площади контакта с внешней средой достигают респираторные клетки актиташх окси-фильных рыб -лососевых (табл.2). Таким образом, в основе 1 вд-шения интенсивности газообмена лежат не только шзфо-, но и микроскопические модификаций жаберной поверхности, представляю-

Таблица 2

Суммарное уведиченп поверхности респираторных клеток жабр за счет микрогребнсд ( на условную единицу площади )

Поверхность мшсрогребней Количество

в усл.ед., М*х

Сем. сомовшс

сом £7.2*2.2 45 Сем. карповых

карп 69.5*3.8 50

карась 75.342.5 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

семга 179.2*8.1 50

форель радужная 185.7*7.5 45

щие цример адаптации к условиям овдужающей ореды на клеточном уровне.

Хлоридные клетки являются структурной основой поглощения ионов в жабрах пресноводных рыб. Они составляют 4-7/2 от общего числа клеток и локализуются преимущественно в мекламеллярной зоне эпителия фадамента. Ультраструктура этих клеток ^одтверхс-

дает их ионтрансыртпрувяцие функции. Клетки характеризуются асимметрией апикальной и базолатеральной плазшлеш п развитием органоидов, непосредст-знно связанных с активным поглощением ионов из внешней среды - митохондрий и тубулярного ре'.лкулу-га. Высокая энергоемкость процессов активного транспорта обо-печивается за счет присутствия в хлоридт тс клетках множества митохондрий, общее количество которых по нашим данным в 5-7 раз превышает таковое в респираторных клетках.

Тубулярный ретикулум в хлоридкых клетках х^есноводных рыб ' образован анастсмозированнши тубулами, фор;.шру1эдиш сеть о широкими нерегулярными ячейками (НатеК, 1980,1986). Мембраны ретикулума являются продолжением базолатера,явных плазмалемп, что хорошо прослежено наш с помощью специальных меток - хлористого лантана и 5-ОНДА., Известно, что на мембранах тубуляр-ного ретикулума, пронизывающего цитоплазму клеток, локализуется АТФ-аздай комплекс, представляющий молекулярную основу ионных* насосов < Каитку оЬ а1. ,1976; Эаг:^ еЪ а!. ,1979! Ш1-ро«,1980). Нами отмечена тенденция к прогрессирующему развитию тубулярной систем у метода лососевых, лресноводшк кош-шек, окуневых, что,вероятно, связано о более высоко- активностью ряда физиологических процессов, требующих новые: -того уровня обме:.а ионов у этих видов рнб.

Наряду с тубулярной, мы описали в хлоридных к.-; . тках жабр пресноводных рыб тубуло-везикуяярную систему, представленную шюгочисленными "гладкими" микропузыры. ;ми и короткими неанас-томозированными тубулаш. Она локализуется в апикальной" зоне клетки и может раосматриваться так комлуникацпонный канал, по которому происг:дат транспорт палисахаридного материала ; органических молекул. Чы показала, что наибольшей степенью развития характеризуется тубуло-веяикулярная система дососете:, менее ва1'?»:изна спс у ::с::стср:г: т^го-гавитвлей каотовых (карп, караоь, лещ). Третья мембранная система хлоридных клеток - гранулярный эндоплазматический ретикулум - развит слабо, ^чело его цистерн возрастает пли функциональных нагрузках (Штей,1986).

На основании изучения ультраструктуры хл-ридных клеток рыб из водоемов с различным ионным составом показано, что насыщенность этих клеток органоидами, непосредственно связанпш® о

активным транспортом ионов, - митохондриями и тубулами ретику-лука выше у видов, 'чЗи тающих в природных слабоминерализованных средах.

Апикальная мембрана хлоридаой клетки функционально асимметрична по отношению к баг 'латеральной мембране, так как содержит Еа -каналы, имеющие сложную молекулярную основу (Загае<;, 1980; Щточин,1934). Апикальная мембшш характеризуется и структурной асимметрией: она утолщена из-за наличия сдоя электронно-плотных мелких гранул непосредственно под ней и развития на ее поверхности хорошо выраженного гликок.' тикса (Штей, 1980,1986). Последний рассма вяжется как своеобразное ионное "сито", которое, блах'одаря отрлцательгтму заряду, способствует локальному повышению концентрации катионов на поверхности здорвдщк клеток, Апикальная мембрана хлоридных клеше пресноводных рыб складчатая и способна образовывать углубление - агшкал£ную ямку, в которой концентрируются Ка+, 1.+, Са2+. Нами установлено, что степень развития апикальных ямок"определяется экологией рыб, в первую очередь уровнем минерализации среды обитания. Шк сильно» глубины (до 2 ынм) достигают апикальные ямки у рыб из водоемов с "жесткой" водой.

Сравнительный анализ ультраструктуры ионтранспортирующих клеток в различных эпителиальных тканях * органах, осуществляющих направленный переноо ионов, по{адзал, что она идентична на всех этапах эволюции гидробионтов - от гребневиков, одного из древнейших типов многоклеточных, до низших позвоночных - кругло-ротых и рыб (Какао, 197?; №тей, 1986; Арпова, 1987).

Железистый компонент эпителия жабр представлен слизистыми л палочковыми клетками. Их количество оцределяется видовой принадлежностью и эколога вескими особенностями р«б и варьирует от 6-8/2 у пелагичеоких Г до 12-15$ у донных рыб и бентофагов. Это связано о защитными овойстваш слизи, предохраняющей орган от повреждений при непосредственном кок чкте рыб о грунтом.

Слизистые, клетка представляют собой типичные экзокришше одноклеточные железы. Они локализуются в даоталышх участках ф. .иментов, ^ их афферентной и - в меньшем количестве - эфферентной зонах. Клетки характеризуются чрезвычайным развитием гранулярного 'доплазматического ретикулума и четко поляризован

них кошлексов Гольдая и непрерывно продуцирую гранулы секрета. Последние содержат нейтральные и кислые мукояолиочхари-да ( Mattey et al. ,1979; Zuchaikoitdiqr et al. ,198П). Выведение отдельных гранул или их "онгломератов происходит по мерокрино-вочу типу. После разрушения мембраны, ограничивающей се ретор-ный "пузырек", его содержимое изливиется на поверхность ж?Чр, представляя собой основной кошонент сгтзи.

Палочковые клетки характеризуются развитием широкого фибриллярного слоя на периферии цитоплазмы и наличием множества' двухкомпонентных гранул (Матей,1987). Послед лв состоят из алектронноплотной центральной палочки и т.н. ''палочкового мешка" о щунополисахаридаым содержимым i Wattey et al., 1979). Первоначально эти клетки классифицировались гак паразитические простейшие - кокцидии, относящиеся к типу Apicoapiexa (The-lohan, 1892). Некоторые исследователи до сих пор разделяют эту tow зрения (шуЬеггу et al., 1979). Мы проследили полный цикл развития клеток - от недифференцированных до полностью сформированных, выводящих гранузщ на поверхность жабр, и обнаружили принципиальное сходство секреторного цикла палочковых и слизистых клеток. Был приведен сравните: лшй анализ ультрао*-руктуры палочковых клеток и ультратонкой организа^ кокцидий, начиная с ранних стадий - шизогоний или спорогоний чо зрелых форм, соп- отавлены сведения о химическом составе палочковых гранул и-роптрий простейших типа Apicompiexa, привлечены данные, полученные при изучении генетического аппарата палочковых клеток < Mattay et al., 1У79; lei о, 1982; Barber, -ffester-шапп, • 1986). Ж.зющиеся данные позволили нам цридти к заключению, Что палочковые клетки являются компонентом жаберного эпителия рыб, а основная функция их сходна с таковой слиз: этых клеток и в определенной мере дополняет ее. Содержимое секреторных палочковых гранул, смешиваясь с содержимым гранул слизи и ж клеток, образует сложную палиннионную субстанцию сллэи, покрывающую поверхность жабр. Слизь заряжена отрицательно и играет роль ионообменншса, способствующего созданию особой, насыщенно., ■атиовами микросреды i зоне непосредственного обмеш ионов ( Marshall, 1980). Таким образом, слизист г и палочковые клетки, благодаря физико-хзштческим свойствам продуцируемого ими секрета, принимают косвенное учаотие в процессах водпо-солевого

обмена у пресноводных рыб.

йаберный эпителий пресноводных костистых рыб - типичная пограничная барьерная ткань, организованная по принципу непрерывно обновляющей: : системы. Пополнение основных типов клзток - респираторных и хлоридных осуществляется за счет недифферен-цировашттк клеток, лежащих в основании эпителия филамента над базальной пластинкой, разграничивающей инт^рстициальную и эпителиальную ткани. Используя меченый тишдин, мы показали, что обновление эпителиальных клеток идет вдоль всего Ф«ламента. Цродолнительность дифференцировки респираторной клетки составляет 24 ч, хлоридной - 4-5 сут. Обраг^ющиеся в процессе пролиферации клетки подвигаются по направлению к поверхности эпителиального пласта и еключр'ттоя в осуществление физиологических процессов, прямо или косвенно связанных о дыганием я ионной регуляцией.

В серозной зоне эпителия филамента пресноводных рыб нами выявлены т.н. нейтюэпителыльнне кг-¡тки, описанные ранее у морских видов ( 1>ш1е1~ЕгЪ ег а1., . 1982). Они непосредственно вза-иыодейотьуют с базальной пластинкой и, следовательно, с элементам кровеносной системы жабр, и нервными волокнами. Нейроэви-телиальные клетки представляют собо! четкие униполяры, одиноч-1ше или объединенные в гроздья. Их главная структурная характеристика - наличие в цитоплазме гладкий или окаймленных везикул с электронноплотным центром. С помощью флуоресцентных методов исследования мы выявили присутствие в них клеточного моно-амина-серотонина. Вероятно, нейроэпителиалыше клетки, ввделяю-щие биогенные амины и имеющие контакты о нервными клетками, могут рассматриваться как элементы дополнительной регуляторной спстемн, контролирующей наряду с нервной и гуморальной системами работу жаберного апларата.

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. Ультраотруктура респираторных I- 'еток обоих отделов жаберного эпителия имеет общий тип отрое-1шя, однако микрогребни на поверхности клеток ламелл развиты в меньшей степр-ш, чем в эпителии филамента (Штей, 1987).

Различные по структуре и функции клетки жаберного эпителия рыб объединяются в единую систему о помощью межклеточных контактов. Последние 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 цроницаемость тканей дгя ионов должна быть минимальной. Мы установили, что ультра структура межклеточных контактов определяется минеральным составом воды, в которой обитает рыба. В "жесткой" среде клетки взаимодействуют между собой о помощью специализированного плотного контакта, в средах с низкой минерализацией образуют сложные соединительные комплексы - терминальные замки, последовательно включающие плотный, цромежуточный контакты и десмосомы. Это обеспечивает прочное и гибкое сцепление клеток, препятствующее дезинтеграции ткани*

Таким образом, жаберный эпителий пресноводных костистых рыб представляет собой мультикомпонентную полифункциональную систему, постоянно обновляющиеся клоткн которой служат структурной основой для обмена ионов и дыхательных газов. Морфологические особенности жаберного эпителия рыб различных экологических груш могут рассматриваться как пример адаптации к условиям среды на тканевом и клеточном уровнях.

Часть II. Адаптивные реакции ;:лберного эпителия рыб на

изменение ионного состава и загрязнение внешней среды

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

Изменение ясного пплтяря лпятта ¿леминерализапия. повышение оолености) вызывает развитие сложного комплекса адаптивных процессов в жабрах пресноводных костистых рыб. Изучение действия дистиллированной воды на ультраструктуру жабр окуня и семгп-пеот-рятки и среды о повышенной соленостью - 7-10$о на ультратонкую организацию жабр «супя и карася показало, что ответные реакции -?а тало- и гипертонические воздействия имеют ряд обирх и специфических черт.

Адапта да к изменению минерального.состава вода, независимо от таксономического положения рыб, на ранних этапах обеспечивается внутриклеточными перестройками, а дальнейшее приспособление происходит за счет системной реакции эпителия жабр.

И при повышении солености, и при деминерализации вода у рыб различных таксономических и экологических групп наибольшей реактивностью обладают хлоридные клетки. В перше часы воздействия в них осуществляются типичные стрессорные реакции, состоящие в набухании митохондрий и туб^л ретикулума. Нарушение ультра структуры этих органоидов коррелирует с угнетением поглощения Т1а+ у этих рыб на ранних этапах воздейе-'вия (Виноградов к др.,1983). В дальнейшем (1-7 сут) как при повышении, так и при снижении уровня минерализации внешней среды изменения ультраструктуры клеток свидетел- ствуют о повышении функциональной активности клеток. Умножение числа митохондрий обеспечивает более высокий энергетический уровень ионтранспортирующих клеток. Увеличение протяженности апикальной пяазшлылмы за счет значительной выпуклости в деминерализованной 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 подделывается высокая метаболическая активность и осуществл; .этея репаративные процессы в клетках (Матей, Хагязова, 1983).

Однако, есть и ряд существешшх различий в реакции ионтранспортирующих элементов эпителия жабр, определяемых характером действующего фактора. Это - нарушение волшорегуляцаи, которое в хлоридных ьлетках жаберного эпителия рыб, адаптированных к сяабоминерализованнсл воде, приводит к прогрессщ>увдевд' 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 воды характерны и дня других компонентов жаберного эпителия - слизистых и респираторных клеток. Размеры последних при деминерализации внешней среды в обонх отделах эпителия жабр резко возрастают, вследствие чего увеличивается расстояние между 1фовьга и внешней средой. Следствием гипертро-

фии является фрагментация и редукция минрогребней на поверхности респираторных клеток. Увеличение высоты жаберного эпителия и нарушение ультраструктуры поверхности респираторных клеток способствует ухудшению условий газообмена в жабрах. В случае повышения солености эта реакция выражена в меньшей степс и и характерна тсшькб дан респираторных клеток ламеллярного эпителия (Матей, 1987).

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

Изменение степени минерализации внешней среды в сторону ■повышения или пониже:шя влечет за собой увеличение общего числа молодых, хлоридннх клеток в эпителии филамента. Созревая, они мигрируют в верхние слои ткани и вступают в контакт о внешней

СрСДОй, О raiiurunjii lulu:¿л OupaoOm алтиЬпО сДИТП! -

цами. Согласно морфометрическим дзншм общее количество хлоридннх клеток в эпителии филамента рыб из деминерализованы а и со-лонодатоводаой среды через 5-7 сут воздействия увеличивается в 6-8 раз по сравнению с контролем. Судьба хлоридных клеток в ка-оернон эпителии рыб из деминерализова.шой и солено!* воды различна. В первом случае эпителий филамента насыщен одиночными хло-

рцдными клетками, которые мигрируют в эпителий респираторных лаыелл. В результате последний, значительно превышающий по площади эпителий филамента, включает максимальное число хлоридных клеток не только в базальных и средних, но и дастальных участках ламедл. Именно благодаря этому через респираторный эпителий происходит основное поглощение На+ и Са2+ в средах с очень низкой степенью минерализации (.Perry , Wood ,1985; Borwncin et al., 1987). Концентрация хлоридных клеток на ламедлах, где обменные процессы более интенсивны, благодаря высокой эффективности ирригации, чем в филаментах, может расценгтаться как приспособительная реакция, призванная обеспечить максимально высокий уровень сорбции ионов из разбавленной среды.

У пресноводных рыб в воде повышенной солености хлорцдкые клетки сосредоточвны только в эпителии филамента. Помимо одиночных в кежламеялярной зоне эпителия выявляются многочисленные хлоридаше комплексы, образованные зрелыми и молодыми ион-транспортирующими клетками и объединенными общей апикальной шжой (Матей, Харазова, 1983; Матей, 1987). Цредполагается, что эти комплексы обладают большей эффективностью, чем отдельные специализированные клетки. Впервые выявленная наш у пресноводных рыб, эта реакции носит сдаптивный характер и может рассматриваться как ключевое звено тканевых трансформаций.

Важным компонентом адаптации цресноводннх рыб к низкой минерализации воды является практически полное блокирование пассивной утечки ионов, э частности, На+ , из эпителия жабр (Виноградов и.др.,1983). Проницаемость эпителиального плаота для ионов регулируемся на уровне межклеточных контактов. Основным изолирующим элементом, определяющим общую проницаемость тка±ш, является плотный контакт. '

С помощью лантановой метет мы показали, что в первые сутт~т воздействия' он утрачивает барьерные свойства, а затем, как и в контроле, вновь становится непроницаемым для ионов. Первоначально деминерализация вода вызывает снижение адгезивных свойств плазкалеш, приводя к значительному расширению межклеточных просгх>анств в обоих отделах эпителия жабр. Дезагрегации ткани препятствуют апикальные межклеточные соединительные комплексы, которые пошло плотного и промежуточного контактов включают многочисленные специализированные адгезивные соединения -

десмосомы. Такой тип межклеточных взаимодействий предотвращает выход ионов из эпителия, способствует сохранешпо его целостности и, наряду с развитием механизмов сорбции, является необходимым условием, определяющем возможность вшивания рыб в слабоминерализованной среде.

Сравнительное изучение состояния жабр пресноводных костистых: рыб в средах о различным иошп"' составом вылито ведущую роль кальция в с .руктурной' организации органа. Внесение солей кальция в деминерализованную воду в концентрациях 50-70 мг/л не только полностью норшлизует.шрфофункциональные характеристики различных типов клеток жаберного эпителия, но и стабилизирует адгезивные свойства наружных клеточных мембран, структуру межклеточных контактов и, вероятно, межклеточного вещества.

Таким образом, морфофункциональной основой адаптивных реакций жаберного эпителия на изменение ионного соотава воды являются гиперплазия и качественные изменения хлорндных клеток, связанных о обменом электролитов, ^еспирагорных и слизистых клеток и преобразование ультраотруктуры межклеточных контактов, модулирующих изменения проницаемости ткани.

Глава 6. Жаберный эпителий пресноводных рыб при закисленшг внешней среды

Закисление пргоных: водоемов - один из наиболее распространенна..'и гласных факторов их загрязнения, оказывающих него „ив-ный эффект на ихтиофауну. Погашение концентрации в воде ионов водорода подавляет жизненно важные функции э организме рыб, в первую очередь водно-солевой обмен, кислотно-щелочное равновесие, дыхание.

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

Ответ жаборного эпителия кардовых рыб (карп,карась) на острое каслотное воздействие (рН 3.5-3.8) представляет собой фаз-ую стрессовую реакцию, завершающуюся функциопальны»! истощением и деструктивными изменениями на тканевом и клеточном уровнях. В наиболее чувствительном звене исследуемой сиотемы - хлоридных

клетках - происходит прогрессирующее разрушение митохондрий и тубулярного ретикулума. Начинаяоь в клетках, расположешшх в поверхностных слоях эпителия фидамента, эти процессы распространяются на все ионтранспортлрующие элементы каберного эпителия. После 6-ч экспозиции в вакисленной среде митохондрии хлорцдных клеток представляют собой двумембранные нузырыо! с редуцированными кристами, часть органоидов лизируется или трансформируется в ламеллярные тельца. Чрезвычайно низкие показатели обмена и угнетение способности к регуляции синтеза АТФ подтверждается значительным ингибированием активности СДГ, связашой с хлорид-ныш клетками (Цатей, Комов, 1983). Параллел: по происходит редукция сиотемн 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, проецируемой гипер-траХированныш слизистыми клетками, на поверхности жабр. Отмечается слияние респираторных ламелл, колбообразные вздутия дио-талышх участков филаментов, нарушение кровоснабяения органа, приводящие к угнетению дыхательных функций.

Мы показали, что низ::ле значения рН среды (3.5-3.8), нарушая ультраструктгру плазшлемм, приводят к уменьшению сил сцепления меггду клетками яаберного эпителия и чрезвычайному расширен jaro межклеточных.пространств. Согласно гипотезе Мак Дональда, это вызвано замещением- в кальциевых сайтах иа поверхности плазмалеш на Н+ и вымыванием Са2+ из межклеточного вещества (McDonald, ¡983" ). Нарушение структуры специализированных менклеточных, конта. :ов является, вероятно, основной причиной црогрессирующей утечки ионов из эпителия жабр. В сочетании с подашением их сорбции из внешней среды это приводит к по~ере солей из организма рыб, а поступление IF*" по ггадиенту концентрат щш в эпителий яабр - к закислешш крови (Виноградов и др., 1983). Обессоливание и ацидоз, в основе которых лежат нарушения структуры но только хлоридкых, но и слизистых и-респираторных клеток и деструкция мешслеточншс контактов, являются основными причинами гибели рыб при остром кислотном стрессе.

Эффект острого кислотного воздействия, так ;;;е, как и послед-

- 27 -

ствия деминерализации внешней среды, полностью снимается при внесении в среду соединений Са, нормализующих ультраструктуру шгазмалемм, внутриклеточных мембранных систем, митохондрий и адгезивные характеристики эпителиальных клеток. Это подтверждает представления о ведущей роли кадьцкя в стабилизации лтрук- • туры и функции жабр (ншш, 1985; Ыатей,Кабрева,1988; Соломати-на, 1988).

Адантаци." жаберного эпителия рыб к снижению кислотности воды в толерантном диапазоне (рН 4.5-5.5) обеспечивается комплексом морфофушсциональных механизмов, характер которых j\ рыб различной. экологии (карповых,лососевых,окуневых) принципиально аходен. Они носят неспецифпческий характер и направлены на поддержание определенного уровня сорбции ионов из внешней среда и . предотвращение их утечки из жаберного эпителия.

Как и при адаптации к деминерализации воды, угнетение сорбции ионов из заселенной внешней среды компенсируется двумя оопряженными 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 насосов" уменьшается в результате, прямого действия Н+ на мембраны тубуяярной сети (McDonald, Wood, 1983) поддерживается за' оче^ чрезвычайного развития этой системы. Это коррелирует с нашими данными о повышении активности На -К~АТФ-азы при адоптации рыб к закислению среды (Турстон и др., 1979). Увеличение числа штаховдрий обеспечивает необходимый для поддержания сорбции ионов энергетичеокий уровень, что подтверждается данными о возрастании активное.л СДГ в хлоридных клетках жабр. Повышение ' интенсивности пластического обмена является основой репаратив-ньсх процессов, препятствующих деструкции внутриклеточных мембранных структур (Матей, Харазова,1982). Усложнеше строения апикальной ямки, приводящее к возрастанию протяженности наружной плазмалеымы, 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 может осуществляться достаточно успешно. Совокупность этих реакций обуславливает переход хлоридной клетки на новый уровень функционирования, необ-

ходимый для поддержания активного транспорта в условиях, когда процессы обмена ионов ингибируются.

Активация деятельности ионтрэпспортирующих ютеток поддерживается за счет возрастания количества,функциональной активности слизистых и палочковых клеток, секрет которых скапливается на поверхности апикальных шок. Это способствует ко дентрации в них катионов, облегчая их поглощение хлоридными клетками ( Marshall, 1980; Piik et &i.£985). Эта реакция рассштриваетол наш как ванный киыюнент адаптации к действию закиоленной среды.

Пролонгированная (5-7 сут) системная реакция эпителия на закисление осуществляется путем гипертрофии и гиперплазии основных типов клеток, прежде всего хлоридных. С помощью меченою тишдина ш показали, что пополнение их популяции, как и при изменении минерального состава среда, происходит за счет увиденного функционирования плаота недифференцированных клеток эпителия фвдмента. Пролиферация клеток обусловлена возрастанием в крови рыб из закисленной среды уровня корта: остероидных горионов - кортизола и пролактина £ Aschom,I9?9; Hotter et al., 1979; uichoi.4, iiwstiy, 1986). В результате слошшх динамических процессов общее число хлоридных клеток резко возрастает. Через 5 сут кислотного воздействия у окуневых, лососевых и-большинства карповых рыб пс зшо одг :очных ионтранспортиругацих клеток в эпителии филамеитг образуются многоклеточные хлоридные комплексы. Следующий а таи адаптивной реакции, гак и в деминерализованной воде, характеризуется № грацией хлоридных клеток из эиите-, шя филамента в ламеллярный эпителий. В результате этого послед-1шй, пшшо чисто дыхательных функций и отчасти в ущерб им, начинает выпс пять функции активного транспорта ионов.

Респираторные клотки более других кошонентов э пит ели.. подверчены гипертрофии. Это одна из основных причин увеличения высоты жаберного эпителия и редукции системы мпкрогребней на поверхности респираторных клеток, приводящих к снижению интенсивности газообмена в жабрах рыб из закпсленных вод. Компенсаторные реакции в данном случае осуществляются на организменком и ' органном уровнях - за счет учащения сердечных и дыхательных ритмов, усплешш кровоснабжения, изменения гематологических характеристик (Виноградов и др., 19*79;Giles et al., 1984).

Подцер.таште ионного гомеостаза у рыб в кислой среде возмоп-

по лишь при условии ограничения проницаемости лазерного эпителия для ионов. Очевидно, основную роль в этш процессе играет изменение структура межклеточных апикальных соединительных комплексов, главным образом их изолирующего компонента - плотного контакта. Как показано наш с помощью цитохимических исследований, динамика изменений его проницаемости дал ионов при закиолз-нии та же, что и в деминерализованной среде: кратковременный эффект 11* вызывает ее повышение, пролонгированное действие делает эти"контакты непроницаемыми для ионов. Мы предполагаем, что последнее может объясняться мобилизацией эндогенного кальция, способствующего восстановлению структуры длазмалемм. Возможно, определенный вклад, в ограничение утечзш ионов вносит и усложнение структуры соединительных комплексов, играющих веду-' щуго роль в возрастании сил оцепления между клетками.

Сравнительное изучение комплексного действия закислегаш, снижения минерализации и повышения в воде концентрации (естественная триада факторов внешней среды) выявило синергизм этих реакций. Общие адаптационные механизмы включают увеличение функциональной активности и общего числа хлоридннх клеток и миграцию их в ламелляршй эпителий, гипертрофию и гиперплазию железистых компонентов жабр, усложнение структуры апикальных ооеданптелышх комплексов. Наш! отмечены особенности действия алшшшя, зависящие от видовых и экологических характеристик исследованных рыб. У молоди лососевых (форель, семга) было обнаружено накопление этого металла в эпителии жабр, особенно выраженное в хлоридзшх клетках. Бшш прослежены пути проникновения Л1®4" в клетку и преципитация ого в лиэооотлыяк шиютешик, значительно сокращающая число активно функционирующих понтран-спортирующшс элементов жабр. Мы показали, что в ошпгше от лососевых клетки жаберного эпителия окуня не обладают способностью

К ЦНГСУ?!УЛЯ1"П! Д2.':{0 П™! "тоотгттонии КОНЦОНТ—

рации этого металла в среде. Известна высокая толерантность окуневых к згишелопню води, обусловлешшя как гонотипичеокш.ш, так и фенотигшческиш факторами (Якошов,19С4; Ьуопв, 1982; Виноградов, Конов, 1987). Лопаю предположить, что устойчшость этих рыб к повышению концентрации А13*, з природных условиях сопутствующему закислешда, определяется теш же межашгаьпмл.

- 30 -

Глав," 7. Действие токсических веществ па жабры рыб

Изучение действия на жабры рыб ряда токсических веществ, широко распространенных в водоемах: солей аммония, пестицидов хлор- и фосфороргаиического ряда позволило выявить некоторые специфические и неспецифические кошоненты ответных реакций. К неспоцифическим относятся изменешя общей структуры жабр: нарушения кровообращения, искажение формы респираторных тамелл, их олияние, срывание жаберной поверхности слизью, отторжение меток от поверхности жаберного эпителия, раослоенпе ткани. Эти признаки в случае субяеталышх воздействий выражены в значительно 1.1епьшей степени и могут проявляться не в полном объеме, по в острых экспериментах совокупность its составляет основу латошр(Ъологичес1сих изменений структуры органа, определяющих нарушение его основшк Глзиологических функций: регуляции обнена ионов и дыхательных газов. Степень поражения жабр в среде, содержащей пестициды, гораздо выше, чем в воде с высокой концентрацией ¡Г*" или солей аммония. Вероятно, это объсняется тем, что в течеш!е длительного времени в процессе эволюции рыбам не приходилось сталкиваться с эффектом загрязняющих веществ химической природы, и механизш адаптации к ним развиты в меньшей степеши

Прпспособптелыше реакции жабр пресноводных рыб на действие токсических веще-тв в толерантном диапазоне концентраций рассмотрены нами на примере адаптации жаберного эпителия колюши i: действию солей аммония. Они вызывают угнетение активного поглощения iía+ из внешней среды и потерю его из эпителия жабр (Виноградов и др., 1982). Как и при деминерализации и закисленш воды, обладающих тем же физиологичнским эффектом, для адаптации к действию ira* исаользуются ушгеерсальные мехашюмн: гипертрофия ы гиперплазия слизистых и хлоридаых клеток, возрастание в последних количества органоидов, связанных с активным транспорта i ионов, образование сложных хлоридных комплексов, включение в состав межклеточных "терминальных замков" многочисленных ДСС1Л0СОИ. Это является морфологической основой для установления баланса между потерей и поглощением ионов п способствует вгкпва-шш рцб в среде, содержащей соли аммония (Виноградов и др.,1982)

Специфика оуоокта токспческлх веществ на жобернын эпителий обьар" члвоется в .эстрго: экспериментах. Действие полшслорпкнспа -

единственного из ряда иоследоваиных пестицидов вызывает необратимую массированную утечку ионов из эпителия жабр (Виноградов и др., 1983). В основе этого лежит избирательное нарушите структуры базолатеральных мембран, чрезвычайное ослабление их адгезивных овойотв. Как и при кислотном стрессе или действш: аммония в соленой воде, это приводит к деструкции органа. Однако, при остром воздействии полихлоршшена внутриклеточные мембранные структуры не поврогкдаются. Следовательно, основной мишенью для этого пестицида, в отличие от других исследоваш£ых нам! веществ, являются плазмалеммы эпителиальных ¡теток.

Фосфорорганический пестицид - фосдрин вызывает гипертрофию респираторных клеток. Это лежит в основе увеличения высоты жаберного эпителия и вызывает редукцию поверхностных ыикрогребней респираторных клеток. Наши данные об увеличении высоты жаберного эпителия и уменьшении площади непосредственного контакта с внешней средой хорошо коррелируют с данными об угнетении дыхательных функций жмбр в среде, союряащсЛ фосдрин (МаИ&*'Ь.1984). Нарушение ультраструктуры хлоридных меток, лизис митохондрий и тубул ретикулувд может рассматриваться как структурная основа дал подавления сорбции ионов в среде о повышенной концентрацией этого токсиканта.

То 1сим образом, анализ морфофушеционалыюго состояния ?:сабт? позволяет определить наиболее уязвшоо звоно в системе таборного эпителия при различных токсических воздействиях.

Глава 8. Эволюция фушсциИ жабр костистых рыб

Ионная ро17Ляцпя постоянства состава внутренней среди -древняя (¿ушецня, присущая водным животным уже на ранних этапах филогенеза. Смстош, способная к осуществлению такого процесса, проходит сложный путь развития, досютая многокомпонентной и многоуровневой организации у низших позвоночных. В результате щюгрсссишоЦ оволюции происходит ОТа1ЮВЛС1ШО ВиСОКО»Щ®КТ1ШШХ механизмов поддер:лашш необходимого уровня концентрации „онов и осмотически иктпвпых веществ в вдцеоотях органами. Параллельно идот оовсршсзнствованио механизма обмена дыхательных газов.

Дли анализа закономерностей развития фушеций ;.чоср испальзо-ванц критерии, разработанные Ю.В.Наточиным (1934). Рассмотрены три кигогории явлений - эвешщил «уп'пщй оргэпп, эвалгпия его

структурно-фунчциональшк единиц, эволюция всей функциональной системы.

В филогенезе водных животных развитие жабр как органа ионной и осмотической регуляции н дыхания было обусловлено прогрессирующей алигомеризацней жабр - от 15 пар у современных круглоротых до 5 - у высших представителей плаотиножаберных и 4-41'2 у костистых, рыб (Догель,1954). Уменьшение числа жаберных пластинок сопряжено о полимеризацией их отруктурнсКзункци-ональшк единиц. Гладаостенные жаберные мешки (пластины), характерные для дрекшх и совремешшх ракообразных, дедков круг-лоротых и рыб, современных миксан, делятоя на жаберные лепестки, представляющие своеобразные септы. Еабры щ>и общем небольшом объеме приобретают -чрезвычайную рассеянность, возводящую сделать заключение о перистом строении органа. Это преобразование делает ;тбри более компактными и экономичными, влечот за собой смену и. компенсацию функций, создающие предпосылки для усиленного развития основных видов их деятельности (Соверцов, 1981).

Совокупность этих процессов обеспечила повышение интенсивности механизмов газообмена и транспорта ионов, достигающих максимума у хе1еов£е1.

На уровне структурно-фушодюнальных единиц больщую роль в эволюции жабр сыграла дифференциация жаберных лепестков на фи-лаг,тенты и респираторные ламеллы. Морфологическое и функциональное разделение эпителия на осморегуляторнойи респираторный от-, делы а параллельная компартметализацяя кровеносной системы обусловили повышение интенсивности обмена йогов и дыхательных газов, каждый из которых осуществляется на своем морфологическом базисе . Ведущая роль в становлении .процессов ионного обмена па тканевом уровне принадлежит специализации зон клеточных контактов, регулирующей проницаемость жаберного эпителия для ионов. Соеди-нителышо комплекоы в жабрах гидробионтов, представляющие собой сочетания нескольких типов специализированных контактов обеопе-чпли более надежные поливариантные коммуникативные отношения между компонентами структурно-едщкциопальнщ: единиц, связав отдельные элементы в единую систему.

Изолирующие свойства соединительных мелиеточпих комплексов, определяемые структурой плотных контактов, позволили отграштчить

внутреннюю среда от внешней. Это сыграло решающую роль в становлении преоноводной фауны, необходимым условием оуществова-ния которых являотся чрезвычайно шзкая проницаемость тканей жаберного эштелия для ионов.

Наиболее важное достижение эволюции осморегуляторного эпителия жабр на клеточном уровне - структурно и функционально асимметричная ионтранспортирукигпя клетка, в апикальной мембране которой сосредоточены иощше каналя, а в базолатераль-ных - ионные насосы (Наточил,1984). Принципиально такая структура возникла достаточно рано - некоторые овойства и ультраструктурные характеристики ионтранспортирующей клетки - обнаруживает хоморецепторная клетка эпителия губ примитивных многоклеточных гребневиков (Аронова,1987). Входе эволюции структура клетки поотепешю усложняется. Полимеризация митохондрий, делающая ионтронспортирувдую ¡елепсу выоокоэнергизировашюй структурой, разделение и специализация внутршелеточных мембран, в особенности связанша о активным транспортом ионов, максимальна у коотиотых рыб. Имешю это обеспечивает высокую эффективность обмена ИОНОВ у Те1ео^е1.

Специализация клеток, осуществляющих газообмен, ала по пу-1Л совэршенствовашш структуры наружной клеточной мембраны. У рыб в ходе эволюции было достигнуто значительное усложнение рельеф! респираторных клеток, что явилось основой дня многократного уззеличения площади обмена газов и повышения интенсивности функщи днхишш.

Наконец, эволюция функциональной оиотемы водно-солевого обмена и на путем повышения степени гомеостатировашш и увеличения числа регулярных факторов, Высокая степень гомеоотатировашш внутрелней среды у круглоротых и рыб определяется эффективностью регуляции концентрации ионов и осмотически активных веществ в Щ1дкоотях организма. Один из оенгтниг (Тпктпрптг онрод^лятатпг стабильность состава внутрешшй среды - резкое расширение круга ¡яТфекторшсс органов системы водно-солевого обмена. В ьсе у низших Н03В0Н0Ч1ШХ помимо жабр вюшчэется ряд эпителиев - к синий, шшечшШ, мочевого пузыря, и новые орх'аны - почка и ректальная железа (у акул). Комплексное действие всех ; ;ементов системы, поддержание многообразиях связей между шага возможно •лишь при наличии хорошо отлаженных координационных механизмов.

- 34 -

У низших позвоночных прослеживается усложнение регуляции со стороны нервной системы, достигающее высокой степени специализации у костистых рыб. Еабрц Teieoetai получают централизованную информацию и регулируются 3 парам центробежных черепно-мозговых нервов, специализация которых по отношению к каждой ааберной дуг? очень высока ( Hilsaon, 1984 ).

У костистых рыб - наиболее молодой в филогенетическом отношении группы - увеличение количества регуляторных гормональных факторов связано о совершенствованием структуры и функции нейро-эцдокринной оистегды, включающей гипоталамо-гипофизарнуы neilpo-секреторную систему (ШЮ) и периферические эндокринные железы. Прогрессивное развитие ГПЮ в ходе филогенеза приводит к образованию у костистых рыб нового нойрооекреторного 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 Станниуоа, значительного развития достигают ультимобранхиальвдя и интерре-наловая железы. В связи с этим совершенствуются гормональные механизмы, ответственные за регуляцию ионного обмена при смене сред обитания, что можно рассматривать как цример прогрессивной эволюции, определившей эврибионтность рыб.

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

Выводы

I. На основании изучения структуры гкабр пресноводных костистых рыб различных таксономических и экологических групп выявлена корреляция между количеством, линейными размерами фыламентов и респираторных ламелл и потребностями рыб в кислороде. Максимальное увеличение поверхности органа свойственно оксифилькш впдам с высокой двигательной активностью (форель,се:тга), минимальное - малоподвижным (карп).

2. Еаберный эпителий - полифункциональная мкогокоыпонент-ная система, включающая специализированные респираторные и хло-ридае клетей, играет ведущую роль в обмене газов и ионов у рыб. Высота эпителия, определяющая величину барьера "кровь-среда", находится в обратной зависимости от степени оксищильности и двигательной активности рыб.

3. Основная структурная характеристшш респираторных клеток - присутствие на их поверхности сиз темы мшсро1^ребней, увеличивающих площадь газообмена. Установлено, что прирост повехис-ности за счет микрогребней у представителей различных таксономических хэдтш - сомовых, icapnoEHx,. 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 отруктурной основой сорбции ионов, характеризуются обилием митохондрий, развитым тубулярным ретикулумом," асимметрией апикальной и базолатзральной клеточных мембран. Ульщэаструктурная организация этих клеток типична для ионтранспортпруюцах элементов эпителиальных тканей на всех этапах эволюхцт гидро-бионтов.

5. В основе адаптивных реакций гиаберного эпителия пресноводных-рыб к снижению шш повышению минерализации воды лежит гиперплазия хлоридных клеток и максимальное развитие в mix 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 жаберного эпителия рыб различных экологических i*pyxra (карповые, окуневые, лососевые) на повышение в воде кон-цонтрицЦЗ ¡Г*", AI" , nirj л толиуантлом диапазоне носят неипеЦи-фический адаптивный характер и направлены на увеличение сорбции ионов из внешней среды и предотвращение их утечш! из жаберного эпителия. Активный транспорт поддерживается двумя соцрякеннкш механизмами: I - быстрой (0.4-24 ч) реакцией хлорид; шх глоток, состоящей в увеличении содержания митохондрий, расширении системы тубулярного рстикулума, повышешш ферментативной активности, интенсификации синтеза белка - РНК; 2 - пролонгированной (5-7 сут)

системной реакцией эпителия, включающей пролиферацию слизистых и хлорйдаых клеток, образование хлоридных комплексов в эпителии фшгамента и миграцию ионтранслортирующих клеток в респираторный эпителий. Эффект закисления усиливается при шшмении минерализации и повышении в воде концентрации ионов адошния.

V. Ограничение пассивной потери ионов из жаберного эгаие-лия и поддержание целостности пса ни при действии 1Г*", НН^ осуществляется за счет снижения прошшремости плотных межклеточных контактов и формирования в состиве шшкалышх соединительных комплексов дополнительных адгезивных соединений - дес-мосом.

0. Повышение в воде концентраций Н+, А13*, вызывает набухание жаберных лепестков, слияние респираторных ламелл, преципитацию слизи на поверхности эпителия, увеличение размеров респираторных клеток, сопровождающуюся редукцией части микрогребней, что приводит к нарушению газообмена в жабрах.

9. Результаты острого кислотного воздействия -пшштся дест-2>укция митохондрий и тубулярного ретикулуш в хлорид;шх клетках, приводящие к глубокому угнетению абсорбтивных функций г.абр, нарушение адгезивных свойств плазшлемм и повреждение межклеточных контактов. Шесение кальция в закиолешую среду полностью нормализует ультра структур;- клеток, межклеточных контактов и силу оцепления между элементами ткаш!, способствуя восстановле-ГШЮ ИОНТХЮНСПОрТИруЮЩИХ (функций жабр.

10. Сравнительное исследование повреждащего действия груп-гы пести 15[дов выявило, что полпхлоршгнен обладает специфическим повревдшощим эффектом на плазмалемми жабр и резко сштает их адгезивные свойства. Это вызывает дострукцшэ жаберного эплте-лпя и приводит к необратимым наруиезшян ос повит функций ;.~<бр.

11. II:деющиеся догави позволяют предположить, что эволюция функций габр в филогенезе низшх позвоночных ша по пути прогрессивного-развития функций органа, его структурно-функциональ-шп: единиц и всей системы водно-оолевого обмена. В эволюции габр прослеживается увеличение поляфункционалыюстк и олигомерп-зздоя жаберного аппарата, полимеризация к многократная дифференциация жаберных лепестков, специализация клеток эпителия и зон клеточных х'.ентуктов. Совершенствование спстеш водио-солсвого

обмена включает повышение степени гомеостатировашя и роли ро-гуляторных факторов. Главный итог эволюции функций гдбр - интенсификация процесоов дыхания и иошюго обмена, расширяет возможности адаптации Taleoatei к природным и антропогенным воздействиям и опоообствует биологическому процессу iтой грушш животных.

Спиоок ооновнюс пуфшкацнй ьо темо диооертацнн

1. Закиалеиие водоемов и его влияние на метаболизм у пресноводных животных // Сб. "Физиол. и паразитол. пресн.организмов" - Л.'. Наука, 1979. - C.3-IG (оошеотно о Г.А.Виноградовым, П.А.Гдовским).

2. Действие пестицидов на жаберный эпителий карася // Сб. "Физиол. и паразитол.преон.организмов" - Л.:Наука.1979. -C.G8-60 (оовмеотно о Мальгиной H.A.).

3. Влияние низких значений pH, оолой оммошш и обеосолива-1шя 1И активность фермоитов, обман Ка в жабрах к ультраструктуру хлоридных клеток у преоноводшк рыб // СообщД. IIinJopi.i. бш. ИБВВ АН СССР, - 1979. - й 43. - С.75-81 (совместно о Р.В. Турстоном, Виноградовым Г.А., Комовым В.Т.).

4. Влияние' низких значений pH, солей аммония и обессолнва-Ш1Я на активность формонтов, обмен На в жабрах и ультраотпук-туру хлоридных «легок у пресноводных рыб // Сообщ.П. Ннфорп. бш. II3BB Л1 СССР. - 1979.-й 44. - С.75-80 (оошеотно о Турстоном P.D., йшох'рядовш Г.А., Сомовым В.Т.).

5. Измените структуры жаберного эпителия рыб при токсических воздействиях // 1У Всесоюзн.конф. но экологпч.физиологии рыб: Тезисы докл. T.I. - 1979. - С.186-187.

в. Ультраструктура хлоридных клеток жаберного эпителия тппгитчтпн и карася // Цитолог;;«.' - ICCG - 1.22, - 12.

- С.13Э7-1391.

7. Реакция хлоридных ¡'-четок жаберного эпителия трехиглой тташи на измешлше pH и солености среда // Цитология. - ISGI.

- 'Г.23, JJ 2. - C.I59-IG5 (совместно о Хпшзовсй А.Д. .йшогридо-u,i Г.А.).

0. !.1о1\«:н^у11Кцио1Шлышо аспекты адаптации глборпого онитилня нроонооодтк рыб к изменению pH внепной среди // УН совсшнне

по аволвд.фпзлологии, поовтц.памяти Л.А.Орбели: Тезиоы докл.-Ленинград. - 1982а. - С.200.

9. Действие гипертонической среди на ультраструктуру хлоридных клеток жаберного эпителия девятииглой колюшки // Цитология. - 19826. - Т.24, J* 7. - С.750-755.

10. Изменение ультраструктуры и синтеза белка и РНК в хлоридных клетках жаберного эпителия карася при закислешга внешней ореды // Цитология. - 1982в. - Т.24, tó 8. - С.905-910 (совместно с Ларазовой А.Д.).

11. Влияние изменения солености внешней ореды на ультраструктуру хлоридных клеток жаберного эпителия карася // У Вое-союзн.копференц. экологич.«физиологии рыб: Тезиоы докл. - Севастополь.. - 1982г. - С.50-52.

12. Реакция хлоридных клеток жаберного эпителия карася на изменение кислотности и ионного состава среды // Сб."Реакция гидробионтов на загрязнение" - I.Í. - 1983. - С.176-190 (совместно с Комоныц В.Т.).

13. Влияние кальция на минеральный обмен и ультраструктуру жабр у пресноводных рыб JJ Сб. "Реакция гидробионтов на загрязнение" - М. - 1983. - С.199-207 (совместно о Виноградовым Г.А., Даяь E.G.).

14. Ультраструктурнне изменения в хлоридных клетках жаберного эпителия карася при обессоливанш // Игфрм.бгшг.ИЕВВ АЛ СССР. - 1983. - П 68. - С.50-54.

•15. Влияние ПХП на обмен На, ультраотруктуру жабр и ферментативную активность в тканях у карася // Сб."Пресноводные гидробионтц и их биология" - М. - 1933. - С.207-217 (совместно с Виноградовым Г.А., Комовым В.Т., Дрль Е.С.).

16. Морфофункциональпая адаптация хлоридных клеток шиберного эпителия пресноводной девятииглой колюпки к аммонию // Цитология. -.1983. - Т.25, К 6. - C.66I-666.

17. Участие хлоридашх клеток жаберного эпителия карася в адаптация к повышению солености внешней среды // Цитология. 1Э83. - Т.25, ¡i 9. - C.I03I-I0X (сошестно о Харазовой А.Д.).

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

- 39 -

19. Сравнительный анализ ультраструктуры жаберного эпителия окуня из водоемов о различным пошш ооотавом // Цитология. -1984. - Т.26, )» 7. - С.778-782,

20. Функциональные основы действия низких рН на рыб и ракообразных: // Деп. ВИНИТИ й 16.37. - 1984. - C.I47-ID0 (совмеотно о Виноградовым Г.А., Комовым В.Т.).

21. Количественная оценка адгезивных свойств клеток жаберного эпителия карася при изменении хш-ичоского состава внешней среды //Деп. ШНИТИ Si 1637. - 1984, - С.211-228 (совместно с Тагуновым В.Б., Виноградовым Г.А.).

22. ИорпогТункццопальная реакция жаберного эпителия рыб на изменение ионного состава внешней ореды // Конференц. по эко-логич.«язиологел рыб: Тезисы докл. - Вильнюс. - IS85, 0.144-146.

23. Хлорвдше клетки - структурная основа ионообменных механизмов в жабрах костистых рыб // Цитология. - 1986. - Т.28, № I. - 0.5-22.

24. Ультрасгрукчу ра палочковых клеток на различных стадиях дафференцпровки из жаберного эпителия костистых рыб // Цитология. - 1986. - Т.28, И 7. - С.670-676.

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

Г Т.28, » 12. - С.1289-1293.

26. Изменение ультраструктуры жаберного эпителия окуня при дейотвии дистиллированной вода // Цитология. - 1987. - Т.29,

» 4. - С.410-415.

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

28. Ультраструктура жаберного эпителия ручьевой форели в ' норме и при закислаши воды // Цитология. - 1987. - Т.29, й 10. - W.J.X2C-II25.

29. Некоторое данные о роди экзогенного калыдая в ультраст-и1уктурной организации жаберного эпителия окуня // Информ.бюлл. iffiliB АН СССР. - 1988. - № 7. - С.53-58 (совместно с Набревой С.Б.)

30. Структурные механизмы действия токсических веществ ira яабрь пресноводных рыб // У Бсес.конф. по водной токогасолопш: Гезпсы докл. - Одесса. - 1988. - С.132.

- 4С -

31. "I'ikoüotho клоткл лщборного эпителия молода оомги в нормо и щ>и зшшслешш ореда // Цитология. - IS88. - Т.30, J-" 4 - С.402-406.

32. Изменения ультраотруктуры клеток жаберного эпителия карпа при экспериментальном зшепалешш среда // Цитология. -1989. - Т.31, а 4. - С.398-403 (совместно о йзбревой О.Б.).

al'6""

Подписано в печать 30.06.89, АК 01306, Формат 60Х841/16. Бумага газетная. Офсетная печать.

Печ.л. 2,0. Тара* 100. Заказ 1761. Бесплатно. Типография Ярославского политехнического института. Ярославль, ул.Советская , 14а.

Информация о работе

Матей, Виктория Евгеньевна
доктора биологических наук
Ленинград, 1989
ВАК 03.00.13

Автореферат

Похожие работы