Вплив іонів важких металів на електричні параметри мембран зародків в’юна Misgurnus fossilis L. - Автореферат

Особливо важливим є дослідження таких впливів на електричні параметри мембран зародкових обєктів, оскільки динаміка електрофізіологічних показників клітин в період раннього розвитку відображає зміни функціонального стану, зокрема ступінь життєздатності, і може бути прогностичним біофізичним показником їх подальшого виживання. Також було показано, що період таких коливань відповідає тривалості клітинного циклу під час дроблення бластомерів, причому гіперполяризація (зростання абсолютних значень потенціалу) припадає на інтерфазу клітинного циклу, а деполяризація (зменшення абсолютних значень) - на мітоз. Однак, вплив на цей показник таких поширених забрудників навколишнього середовища, як катіони важких металів, майже не досліджувався з використанням зародкових обєктів, хоча подібні дослідження проведені на мікроорганізмах (Грузина, Балакина, Карамушка и др., 1997; Карамушка, Ульберг, Грузина, 1991). Дисертаційна робота виконана в межах науково-дослідних тем “Частотний аналіз та моделювання коливань мембранозвязаних процесів у ранньому ембріогенезі тварин при різних екологічних ситуаціях”, № держреєстрації 0194U029962, “Дослідження динаміки біоелектричних параметрів мембран зародків тварин за різних умов інкубації з використанням компютерного моделювання”, № держреєстрації 0196U023018, а також науково-дослідної теми “Вплив іонів важких металів на електрогенез клітин в ранньому ембріогенезі”, № держреєстрації 0102U003573 (здобувачем проведено дослідження впливу катіонів важких металів, а саме Ni2 , Co2 , Sn2 , Zn2 , Mn2 та Cd2 , на динаміку трансмембранного потенціалу та на активність Na , K -АТФАЗИ мембран зародків вюна з використанням частотного аналізу). Метою роботи є дослідження впливу катіонів важких металів на динаміку ТМП з тим, щоб зясувати механізми впливу цих іонів на електрогенез клітин зародків вюна.У першому розділі ”Огляд літератури” систематизовано і узагальнено наукові дані про електрофізіологічні показники мембран зародків тварин, проаналізовано дані про вплив іонів важких металів на електричні параметри мембран різних обєктів, розглянуто ембріотоксичну та тератогенну дію катіонів металів. При проведенні експерименту в камеру з оргскла з інкубаційним середовищем, де знаходився зародок, вносили розчини хлоридів важких металів у концентраціях від 10-6 М до 10-4 М, які виготовляли на основі фізіологічного розчину для холоднокровних - розчину Гольтфретера, і проводили реєстрацію трансмембранного потенціалу, зміненого внаслідок впливу іонів важких металів. Як було показано в проведених дослідженнях, за умов присутності в середовищі інкубації зародків вюна катіонів важких металів, а саме нікелю, кобальту, цинку, олова, марганцю та кадмію в концентраціях 10-6-10-4 М, відбувається загальна деполяризація мембрани, а також зменшення амплітуди та збільшення періоду коливань ТМП. Середні значення періодів коливань ТМП зародків вюна протягом періоду дроблення бластомерів як в нормі, так і внаслідок впливу іонів важких металів можна визначити за допомогою спектрального аналізу коливань потенціалу. У присутності іонів олова в концентрації 10-5 М період коливань ТМП становить приблизно 39 хв, а при дії іонів олова в концентрації 10-4 М частотний пік є широким: 0,023 - 0,033 періоду на інтервал квантування, отже період коливань ТМП є неоднаковим протягом дроблення бластомерів, а змінюється від 38 до 54 хв.Досліджено динаміку трансмембранного потенціалу зародків вюна Misgurnus fossilis L. протягом періоду дроблення бластомерів. Встановлено, що внаслідок впливу катіонів важких металів, а саме: нікелю, кобальту, цинку, олова, марганцю та кадмію в концентраціях 10-6-10-4 М, відбувається зменшення амплітуди та частоти коливань потенціалу, а також загальна деполяризація мембран зародкових клітин на 10-30 МВ у порівнянні з контролем. Період коливань трансмембранного потенціалу зародків вюна протягом синхронних дроблень бластомерів збільшується в 1,3-2 рази внаслідок впливу катіонів важких металів, що свідчить про сповільнення процесів розвитку зародків.

Основний зміст роботи

1. Досліджено динаміку трансмембранного потенціалу зародків вюна Misgurnus fossilis L. протягом періоду дроблення бластомерів. Встановлено, що внаслідок впливу катіонів важких металів, а саме: нікелю, кобальту, цинку, олова, марганцю та кадмію в концентраціях 10-6 -10-4 М, відбувається зменшення амплітуди та частоти коливань потенціалу, а також загальна деполяризація мембран зародкових клітин на 10-30 МВ у порівнянні з контролем.

2. Виявлено, що катіони всіх застосованих важких металів дозозалежно інгібують активність Na , K -АТФАЗИ мембран зародків вюна. Найсуттєвіше активність цього ферменту зменшується при дії іонів нікелю та кадмію - в 1,5-3 рази в залежності від концентрації.

3. Встановлено, що деполяризація мембран зародкових клітин вюна за умов впливу іонів важких металів обумовлена зниженням активності Na , K -АТФАЗИ внаслідок дії цих іонів.

4. Період коливань трансмембранного потенціалу зародків вюна протягом синхронних дроблень бластомерів збільшується в 1,3-2 рази внаслідок впливу катіонів важких металів, що свідчить про сповільнення процесів розвитку зародків. Найсильніше період коливань потенціалу змінюється внаслідок впливу іонів нікелю та кадмію, найменше - при дії іонів кобальту.

5. Електронно-мікроскопічне дослідження ультраструктури бластомерів зародків вюна показало суттєві структурні пошкодження органел та мембран бластомерів при дії катіонів важких металів.

6. Інкубування зародків вюна у присутності іонів важких металів веде до появи значних аномалій, зокрема відставання у розвитку в порівнянні з контрольною групою, деформації кісток скелету зародків, набряку черевної порожнини, недорозвиненості зябер та плавців.

7. Отримані результати дають підставу вважати, що зародки вюна Misgurnus fossilis L. на стадії дроблення бластомерів є зручною та адекватною тест-системою для вивчення токсичного впливу хімічних, фармакологічних та інших біологічно активних чинників на живі обєкти.

1. Гойда О.А., Бойко Н.М., Полуйко В.Ю. Мембранний електрогенез та швидкість споживання кисню в ранньому розвитку зародків риб // Вісник Київського ун-ту ім. Т. Шевченка. - 1996. - Вип. 2 - С. 27-35.

2. Бойко Н.М., Гойда О.А. Морфогенез та електричні параметри мембран зародків вюна за умов наявності в середовищі важких металів // Актуальні проблеми мед., біол., ветер. і сільськ. госп. - 1996. - С. 85-86.

3. Бойко Н.М., Санагурський Д.І. Динаміка трансмембранного потенціалу зародків вюна в умовах впливу іонів важких металів // Вісник Львів. ун-ту, Сер. Біол. - 2000. - Т. 25. - С. 3-7.

4. Бойко Н.М., Санагурський Д.І. Вплив іонів важких металів на динаміку трансмембранного потенціалу зародків риб // Вісник Харків. ун-ту. Сер. Біофізичн. вісник. - 2000. - Вип. 2 (7). - С. 42-46.

5. Бойко Н.М., Целевич М.В., Санагурський Д.І. Зміна активності Na , K -АТФАЗИ мембран зародків вюна під впливом катіонів важких металів // Проблеми екол. та мед. генетики і клітин. імунології. - 2002. - Вип. 2 (41). - С. 17-23.

6. Бойко Н., Целевич М., Санагурський Д. Вплив йонів важких металів на активність Na , K -АТФАЗИ та динаміку трансмембранного потенціалу зародків вюна // Вісник Львів. ун-ту, Сер. Біол. - 2002. - Вип. 29. - С. 25-31.

7. Бойко Н.М., Кулачковський О.Р., Ковалишин В.І., Целевич М.В., Санагурський Д.І. Вплив катіонів нікелю та марганцю на ультраструктуру бластомерів зародків вюна // Вісник Харків. ун-ту. Сер. Біофізичн. вісник. - 2002. - Вип. 1 (10). - С. 62-67.

8. Boyko N., Goyda O. The heavy metal ion influence on membrane electric parameters and morphogenesis of loach embryo // Book of Abstracts of 4th International Students’ Scientific Conference. - Gdansk, Poland, 1996. - p. 37.

9. Бойко Н.М., Гойда О.А., Дика М.В. Вплив іонів важких металів на електрогенез мембран зародків вюна // Тези доповідей VII Українського біохімічного зїзду, ч. І. - Київ, 1997. - С. 36-37.

10. Целевич М.В., Бойко Н.Н., Санагурский Д.И. Влияние ионов тяжелых металлов на активность Na , K -АТФ-азы мембран зародышей вьюна // Сборник тезисов 6-ой Пущинской школы-конференции молодых ученых, т. 1. - Пущино, 2002. - С. 38-39.

11. Бойко Н.М., Санагурський Д.І. Вплив катіонів важких металів на електрофізіологічні параметри мембран зародків вюна // Тези доповідей ІІІ зїзду Українського біофізичного товариства. - Львів, 2002. - С. 248.

12. Бойко Н.М., Целевич М.В., Кулачковський О.Р., Ковалишин В.І., Санагурський Д.І. Ультраструктура бластомерів зародків вюна за умов впливу катіонів важких металів // Матеріали міжнародної конференції памяті І.В. Шостаковської - Львів, 2002. - С.13.