4 курс / Общая токсикология (доп.) / Obschaya_ikhtiotoxikologia_Lukyanenko

фенола, принимала затяжной характер (до 60-80 мин) и была чрезвычайно слабо выражена.

Рис. 19. Динамика изменения двигательной активности карасей, наркотизированных новокаином, под влиянием фенола (100 мг/л).

По оси абсцисс дано время (в мин), по оси ординат — количество импульсов: 1, 2, 3 — номера карасей; А — контрольные особи;

Б— караси; наркотизированные 1%-ным раствором новокаина в течение 5 мин;

В— то же, в течение 10 мни

Меняются характер и форма двигательной активности рыб, которая проявляется в отдельных импульсивных перемещениях, не имеющих ничего общего со стремительными бросками и неориентированным плаванием контрольных рыб. Особенно наглядно это выражается при кимографической записи двигательной реакции подопытных и контрольных карасей (рис. 20). Сопоставление полученных кнмограмм показывает, что у наркотизированных карасей не только меняется форма и общая протяженность двигательной активности, но и резко увеличивается время проявления этой реакции в сравнении с временем проявления ее у контрольных рыб. Однако полное-представление о латентном периоде можно получить из данных табл. 18, поскольку на кимограмме показан лишь незначительный ' его отрезок, предшествующий началу двигательной активности рыб. На рис. 21 представлена динамика гибели подопытных (80 экз.) и контрольных (80 экз) карасей под влиянием фенола концентрацией 100, 200, 400 и 800 мг/л. Ход кривой показывает, что время гибели подопытных карасей, наркотизированных 1%-ным раствором новокаина (экспозиция 15 мин), заметно увеличивается в сравнении со временем гибели контрольных. Каждая точка на графике соответствует среднему времени гибели 20 рыб, и только первая точка кривой — гибели 6 рыб, поскольку остальные 14 рыб, т. е. 70%, выжили в течение 24 ч, после чего были помещены и чистую воду для выявления степени обратимости фенольной интоксикации у наркотизированных карасей.

Рис. 20. Зависимость между выраженностью двигательной активности карасей в растворе фенола (100 мг/л) и глубиной новокайнового наркоза.

1, 2, 3 — номера карасей. Сверху вниз — двигательная активность контрольных карасей и подопытных, наркотизированных в течение 2,5; 5 и 10 мин, отметка времени.

Стрелкой указан момент погружения рыб в раствор фенола

Рис. 21. Зависимость между временем гибели и концентрацией яда у наркотизированных новокаином и контрольных карасей.

По оси абсцисс дана концентрация яда, по оси ординат — среднее время гибели (в ч). Пунктирная линия — контрольные особи, сплошная линия — подопытные

Уже через 4 ч после помещения отравленных карасей в чистую воду у них восстанавливался рефлекс равновесия и появлялась заметная двигательная активность, хотя по внешнему виду они все еще находились в несколько угнетенном состоянии. В конечном счете в ближайшие 5 сут из 14 карасей выжили 12 (85,7%) и только 2 карася погибли. Большинство рыб перенесены в чистую воду в третьей фазе развития фенольной интоксикации, характеризующейся потерей двигательной активности и конвульсивными судорогами в боковом положении. При 5,5-часовом выдерживании ненаркотизированных карасей в растворе фенила (100 мг/л) выживают 70% испытываемых рыб [189]. Следовательно, полученные нами данные по обратимости фенольной интоксикации убедительно свидетельствуют о более высокой скорости н степени обратимости токсического процесса у наркотизированных карасей в сравнении с контрольными. При этом контакт наркотизированных карасей с ядом был более длительным, чем контрольных особей (24 и 5,5 ч соответственно).

Анализ хода кривой, выражающей зависимость между временем гибели подопытных и контрольных карасей и концентрацией яда, показывает также, что последующее увеличение концентрации фенола в 2,4 и 8 раз, приводило к гибели всех наркотизированных карасей, как и контрольных, но в течение более длительного времени.

Учитывая принципиальное значение обнаруженного нами факта: снятие новокаиновым наркозом летального исхода фенольной интоксикации, обусловленной концентрацией фенола 100 мг/л, мы пропели еще одну серию опытов на 30 карасях (15 подопытных и 15 контрольных). Полученные данные подтвердили результаты предыдущей серии опытов: из 15 контрольных карасей погибли 13 в среднем за 6,2 ч, а из 15 наркотизированных новокаином погибли только 2 и 13 карасей (86,6%) выжили.

Таким образом, полученные экспериментальные данные показывают, что наркотизация рыб уретаном и новокаином приводит к резкому торможению внешнего симптомокомплекса фенольной интоксикации и значительному увеличению латентного периода реакции. Наряду с этим существенно изменяется время и процент гибели подопытных рыб, а также степень и скорость обратимости токсического процесса. Тормозное влияние новокаина на внешний симптомокомплекс фенольной интоксикации и исход отравления выражено в значительно большей степени, чем аналогичный эффект уретана. Мы склонны объяснять это тем, что новокаин не только обладает центральным наркотическим эффектом, но и ярко выраженной проводниковой анестезией, препятствующей передаче импульсов с периферии в центр. Кстати, этот же феномен лежит в основе спинномозговой анестезии, наступающей вследствие блокады проводимости по задним (чувствительным) корешкам спинного мозга. Если учесть, что новокаин, как и другие местноанестезирующие препараты, подавляет интероцептивные и спинномозговые рефлексы, тормозит передачу возбуждения в синапсах спинного мозга, то становится понятной большая выраженность тормозного влияния новокаина в сравнении с уретаном на внешнюю картину и исход фенольной интоксикации.

Суммируя полученные экспериментальные данные, можно сделать вывод, что токсическое действие фенола на рыб осуществляется через центральную нервную систему. Именно она определяет внешний симптомокомплекс фенольной интоксикации, проявление которого можно полностью предотвратить или временно предупредить, изменяя исходное функциональное состояние центральной нервной системы.

Головной и спинной мозг

Получив прямое доказательство ведущей роли центральной нервной системы в реакции рыб на фенол, мы поставили перед собой задачу уточнить влияние головного и спинного мозга на характер внешнего симптомокомплекса фенольной интоксикации рыб.

Опыты проводили на трех группах подопытных карасей. У рыб первой группы проводили оперативное разобщение головного и спинного мозга на уровне грудных плавников (несколько ближе к голове), у особей второй группы извлекали головной мозг из черепной коробки, а у рыб третьей группы удаляли только передний мозг. Часть опытов была поставлена На препарате изолированной головы, приготовленном таким образом, что сохранялись оба грудных плавника. Такая постановка опытов позволяла проследить за реакцией мышц грудных плавников, использованной нами в качестве индикатора возбуждения в центральной нервной системе под действием фенола. Во всех опытах применяли остротоксичную концентрацию фенола (100 мг/л) и проводили регистрацию двигательной активности рыб. Функциональное состояние спиналышх рыб и препарата изолированной головы определяли путем раздражения переменным током но первичной реакции и перемещению спинальных рыб в ноле электрического тока.

В первой серии опытов, проведенной на 25 спиналышх карасях, у которых был удален головной мозг, было установлено, что реакция рыб па токсическое воздействие фенолом, проявляющаяся в бурной двигательной активности и последующих судорогах, полностью отсутствовала. Социальные рыбы, погруженные в раствор фенола концентрацией, 100 мг/л, оставались совершенно неподвижными на всем протяжении наблюдений (до 2 ч). Не удалось отметить и каких-либо судорожных явлений. Под воздействием переменного электрического тока снинальные рыбы вздрагивали и перемещались.

Из данных этой серии опытов следует, что головной мозг играет определяющую роль в реакции рыб на воздействие фенолом. Специальные опыты были проведены на обезглавленных карасях. При этом обезглавленные караси также не реагировали на токсическое воздействие фенолом, как и караси, у которых был полностью вылущен головной мозг. Реакция на электрический ток у обезглавленных карасей сохранялась. .

Следующая серия опытов, поставленная на 25 карасях, была проведена для выявления влияния высокой перерезки спинного мозга на внешнюю картину феиольной интоксикации. Для этого спинной мозг отделялся от головного на уровне грудных плавников.

Поведение спинальных карасей в растворе фенола несколько отличалось от поведения карасей, у которых разобщение спинного и головного мозга достигалось посредством полного удаления головного мозга. У большинства подопытных карасей, погруженных в раствор фенола, отмечались беспокойные движения грудных плавников и мышц головы. Однако рыбы оставались неподвижными, лежа на дне аквариума. Иногда у некоторых особей наблюдались редкие вздрагивания всего туловища, но судороги, подобные тем, которые отмечались у контрольных карасей, так и не развивались.

В 19 случаях из 25 отделение спинного мозга от головного на уровне грудных плавников приводило к более или менее полному снятию фенольной реакции и прежде всего ее наиболее характерных компонентов: двигательной активности и судорог. У оставшихся 6 карасей, несмотря на полное перерезание связей между головным и спинным мозгом, имели место интенсивные судорожные подергивания головной части туловища и спинного плавника. В отдельных случаях было замечено редкое импульсивное перемещение карасей с перерезанным спинным мозгом под влиянием фенольного раздражения. Внимательный визуальный анализ характера перемещения оперированных карасей в токсическом растворе позволяет предположить, что двигателем при таком перемещении является не хвостовая часть тела, как это происходит в норме, а передняя часть туловища. Ведущую роль при этом играют приводящие мышцы грудных плавников, а задняя часть туловища выполняет статическую функцию.

Вопытах на 10 карасях нами было установлено, что внутри-мозговая инъекция 0,1 или 0,05 мл фенола (10

и5 мг) через 30-40 с приводила к развитию у рыб бурной двигательной активности и потере рефлекса равновесия. Предварительное разделение спинного и головного мозга привело к тому, что ни в одном из 10 случаев описанные симптомы действия фенола не развились. На основании этого можно предположить, что фенол, проникая в общий

круг кровообращения, не оказывает прямого действия на возбудимость спинного мозга, вследствие чего караси остаются неподвижными.

Как известно, передний мозг костистых рыб играет ведущую роль в дифференциации запаховых раздражителей. Кроме того, передний мозг рыб принимает участие в сложной координирующей деятельности центральной нервной системы. Поскольку фенол обладает выраженным запахом, можно было предположить, что раздражение, поступающее по обонятельному тракту в передний мозг, определяет латентный период наступающего генерализованного возбуждения в центральной нервной системе рыб. Для проверки этого предположения были проведены опыты на 15 карасях с вылущенным передним мозгом. Через 24-72 ч оперированных рыб, у которых не было заметных нарушений в статической или моторной функции, помещали в раствор фенола (100 мг/л). Опыты показали, что реакция карасей на фенолыюе раздражение ничем существенно не отличалась от реакции контрольных карасей и развивалась полностью. Средний латентный период фенольной реакции подопытных карасей, составлявший 47 с, оказался весьма близким к латентному периоду контрольных карасей (43 с). Данные этой серии опытов позволяют отвести предположение, что переднему мозгу рыб может принадлежать ведущая роль в определении скорости развития первоначального, двигательного возбуждения, наступающего под влиянием фенола.

В описанной выше серии опытов по влиянию фенола на карасей, у которых была проведена перерезка спинного мозга на уровне грудных плавников, установлено, что, хотя основные компоненты реакции рыб на фенолыюе раздражение были сняты, у рыб отмечались движения грудных плавников и судорожные подергивания головы. Следовало проанализировать природу этих реакций и выяснить, в частности, сохранятся ли они после того, как будут нарушены не только нервные, но и гуморальные связи между спинным и головным мозгом.

С этой целью было проведено 15 опытов с препаратом изолированной головы. Сразу после отделения от туловища голову помещали в токсический раствор фенола. Через 60-90 с отмечались дыхательные движения оперкулярных крышек изолированной головы. Опыты показали, что дыхательный центр карасей может действовать еще около 1 ч после прекращения притока крови. Частота дыхательных движений широко варьирует и в значительной мере определяется индивидуальными особенностями использованных препаратов. Амплитуда колебаний оперкулярных крышек, как правило, находится в обратной связи с частотой дыхательных движений: чем выше частота дыхательных движений, тем меньше амплитуда, и наоборот. Через 2-4 мин после погружения препарата в раствор фенола отмечаются сильные и беспорядочные движения парных грудных плавников. Сокращение мускулатуры грудных плавников настолько интенсивное, что вызывает перемещение головы по дну аквариума. Одновременно наблюдаются сокращения мышц головы и вращательные движения глазных яблок. Частота дыхания, вначале высокая, постепенно убывает (рис. 22), при этом амплитуда дыхательных движений также значительно уменьшается. Все отмеченные в опытах на препарате изолированной головы реакции со стороны мышечной системы грудных плавников, головы и глазных яблок продолжаются обычно не более 7—12 мин, затем прекращаются, и голова лежит неподвижно на дне аквариума. Даже через I ч, когда движение оперкулярных крышек очень редкое и еле заметное, препарат изолированной головы реагирует вздрагиванием на воздействие электрическим током. Правда, напряжение на электродах при этом довольно значительно (около 5 В).

Рис. 22. Динамика изменения дыхания препарата изолированной головы карася под влиянием фенольного раздражения: 1, 2, 3 — отдельные препараты

Из полученных данных можно сделать вывод, что в основе отмеченных реакций препарата изолированной головы па воздействие фенолом лежат нервные импульсы, генерируемые в головном мозгу и посылаемые по 4 парам черепно-мозговых нервов (III — oculomotorius, IV — trochlearis, V — trigeminus и VII — facialis). Из них глазодвигательный и блоковой нервы, ядра которых расположены на основании среднего мозга, иннер-вируют сложную мышечную систему глазного яблока, а тройничный и лицевой с ядрами в продолговатом мозгу обеспечивают чувствительными и двигательными волокнами рыло и челюсти. К сожалению, то обстоятельство, что V и VII пары черепно-мозговых нервов являются смешанными и в них наряду с двигательными волокнами имеются чувствительные, не позволяет решить вопрос о том, является ли фенол гуморальным или автоматическим раздражителем для нервных центров головного мозга, так как не исключена возможность, что он может оказывать раздражающее действие на периферические чувствительные о'копчания указанных нервов. Однако позже мы вновь вернемся к данному вопросу.

Результаты настоящей серии опытов проливают свет на особенности поведения в токсическом растворе фенола спинальных рыб, полученных путем высокой перерезки связей между спинным и головным мозгом, в сравнении с поведением спинальных карасей, полученных путем полного удаления головного мозга. Отмеченные у первых реакции со стороны мышечной системы передней части туловища обусловлены импульсами из головного мозга, посылаемыми по черепно-мозговым нервам, инпервирующим головную часть туловища карасей.

В заключение остановимся на результатах еще одной серии опытов по выявлению влияния разобщения спинномозговых путей на время гибели рыб в токсическом растворе фенола. Оперированные караси поступали в опыт через 24 ч после высокой перерезки спинного мозга.

Среднее время гибели подопытных карасей (4 ч 12 мин) несколько меньше среднего времени гибели контрольных (5 ч 20 мин), однако проверка достоверности выявленного различия по Вилкоксону не подтвердила его реальности. Полученные материалы показывают, что разобщение нервной связи между центром и периферией не оказывает существенного влияния ни на исход фенольной интоксикации, ни на время гибели рыб.

Анализируя приведенные данные можно сделать вывод, что головной мозг имеет более важное значение, чем спинной, и играет ведущую роль в определении наиболее характерных компонентов реакции рыб на токсическое действие ядов органического ряда: двигательной активности вначале и судорог впоследствии. Полное удаление головного мозга приводит к тому, что ни одна из этих реакций так и не развивается на

протяжении всего опыта. Локомоторный аппарат спинного мозга приводится в действие импульсами из головного мозга. Следовательно, спинной мозг является обычным звеном рефлекторной дуги и выступает как орган, проводящий импульсы, вызванные фенольным раздражением, из различных отделов головного мозга к периферическому нейромускулярному аппарату рыб.

Привлекает внимание различие в механизмах локомоторной реакции рыб, обусловленной химическим раздражителем — фенолом и физическим — электротоком. Спинальпые рыбы оставались рефрактерны на химическое раздражение, по реагировали на воздействие электрическим током вздрагиванием и перемещением. Нами выявлено, что спинной мозг имеет более важное значение в реакции рыб на ток, чем головной, в то время как в опытах с фенолом ведущую роль играет головной мозг, причем различные его отделы (продолговатый, средний, промежуточный и передний) имеют далеко неравноценное значение в определении характера реакции рыб на фенольное раздражение.

Опыты на карасях, лишенных переднего мозга, показали, что скерость наступления и динамика развития комплекса реакций, обусловленных воздействием фенола, у оперированных и интактных рыб почти не различаются. Сопоставляя внешнюю картину фенольного отравления с характерными для нее нарушениями статической и моторной функций (искривление корпуса, потеря рефлекса равновесия, манежные плавательные движения) с явлениями, наступающими после полной экстирпации или раздражения среднего мозга и мозжечка можно обнаружить их значительное сходство.

Опыты, проведенные нами на препарате изолированной головы, показали, что воздействие фенола вызывает интенсивное движение грудных плавников и вращение глаз. По данным Н. В. Пучкова [294], такие же реакции можно получить при униполярном раздражении различных участков зрительных полей среднего мозга. Следует вспомнить также, что одной из самых ранних и типичных реакций рыб на фенолыюе раздражение наряду с бурной локомоторной деятельностью является потеря рефлекса равновесия, а центры равновесия, как известно, относят к основанию среднего мозга. Все это свидетельствует о том, что средний мозг играет ведущую роль в развитии целой гаммы рефлекторных реакций рыб на воздействие ядов органической природы. Возникающее здесь возбуждение распространяется по многочисленным путям, связывающим mesencephalon с остальными отделами мозга. Достаточно указать, что из tectum выходят центробежные волокна tractus tecto-thalamicus, tractus tecto-bulbaris и tractus tecto-spinalis. Особую роль в реакциях рыб на фенолыюе раздражение играют два последних нервных тракта, соединяющих крышу среднего мозга с продолговатым и спинным, поскольку в сетевидной формации продолговатого мозга наряду со средним мозгом локализуется рефлекторный центр равновесия, представляющий собой ядра слухового нерва (VIII пара). К последнему идут волокна от лабиринта и сложная локомоторная система, регулирующая вместе с мозжечком координацию движений. Двигательные расстройства и потеря рефлекса равновесия, по-видимому, и определяются токсическим воздействием органических ядов на средний и продолговатый мозг, которые наряду с мозжечком регулируют тонус мышц, локомоторные движения и равновесие тела рыбы.

Справедливость высказанного положения подтверждается не только существованием анатомоморфологических связей между средним мозгом и другими отделами центральной нервной системы, но и проведенным экспериментальным анализом механизмов отдельных реакций, составляющих внешний симптомокомплекс фенольного отравления.

Наряду со средним мозгом важную роль в определении характера и исхода феиольной интоксикации у рыб играет продолговатый мозг, представляющий собой многозначный рефлекторный центр важнейших функций организма. Есть основание полагать, что основной причиной гибели рыб в токсических растворах многих ядов органической природы является необратимый паралич дыхательного центра, расположенного в продолговатом мозге. Кроме того, от продолговатого мозга среди других шести пар черепно-мозговых нервов (V—X пары) отходят тройничный и лицевой нервы, по которым, как показали наши опыты на препарате изолированной голавы, передается двигательное возбуждение на головную часть туловища.

Мионевральный синапс

Как показали наши исследования, раздражение поверхности тела спинальных карасей фенолом не приводило к развитию бурной двигательной активности (моторной реакции), которая обычно возникает при погружении интактных рыб в раствор токсиканта. Следовательно, либо фенол не оказывает раздражающего действия на чувствительные окончания и волокна спинно-мозговых корешков, а также на мышечную ткань, либо для проявления локомоторной реакции необходимо, чтобы импульсы с периферии достигли центральной нервной системы и оттуда было оказано пусковое влияние на локомоторный аппарат спинного мозга. Иными словами, возникла необходимость выявить, что лежит в основе бурной двигательной активности рыбы в растворе фенола: непосредственное раздражающее действие токсиканта на мышцы или рефлекторная реакция в ответ на импульсы из центральной нервной системы.

Для решения поставленного вопроса были проведены эксперименты на рыбах, подвергнутых действию курареподобных препаратов, обладающих выраженным блокирующим действием на нервно-мышечное проведение в мионевральном синапсе. Функция центральной, нервной системы, нервных проводников и периферических нервных окончаний при этом полностью сохраняется, как и возбудимость, а также сократимость мышечной ткани. Опыты поставлены на карасях 2-3-летнего возраста массой 15-18 г. Из курареподобных препаратов использованы растворы сукцинилхолина [(1:10-3)÷(1:10-5)] из группы лептокураре, а также флакседил

[(1:10-3)÷(1:10-4)) и парамион [(1:10-3)÷(1:10-4)] из группы пахикураре. После наступления релаксационного эффекта подопытных карасей погружали в остротоксичные концентрации фенола (50, 100, 200 и 400 мг/л) и проводили регистрацию двигательной реакции с помощью импульсного счетчика АТС с одновременной записью двигательных импульсов на ленте кимографа.

В первой серии опытов установлено, что блокада передачи возбуждения с двигательных нервов на мышцы, вызванная сукцинилхолином, приводила к полному снятию двигательной реакции рыб в растворе фенола (100 мг/л). Из данных табл. 19 следует, что выраженность тормозного влияния сукцинилхолина на двигательную реакцию карасей находится в прямой зависимости от глубины наступающей релаксации, определяемой дозой препарата и местом его введения.

Результаты опытов, представленные в табл. 19, получены при действии на рыб фенола концентрацией 100 мг/л. Увеличение силы токсического раздражителя в 2-4 раза (от 100 до 200-400 мг/л) также не приводило к развитию двигательной реакции у карасей, которым инъецировали сукциннлхолин. В тех случаях, когда не удавалось полностью снять двигательную реакцию рыб иод влиянием фенола (дозы сукцинилхолина от 0,03 до 0,6 мг/кг), мы наблюдали резкие изменения характера двигательной активности, о чем свидетельствует форма полученных актограмм (рис. 23). Вместо стремительных бросков и беспрерывного неориентированного плавания, как это имеет место у контрольных карасей, подопытные рыбы совершают кратковременные перемещения (в боковом положении), чередующиеся с неподвижным состоянием.

Таблица 19

Торможение двиательной реакции рыб сукцинилхолином (в %) в зависимости от дозы препарата и места его введения.

Рис. 23. Влияние различных доз сукцинилхолина на выраженность двигательной реакции рыб под влиянием фенола (100 мг/л). 1,2 номера рыб. Сверху вниз двигательная активность контрольных и подопытных карасей при дозах сукцинилхолина 0,03, 0,0о и 0,6 мг/кг.

Стрелкой указан момент погружения карасей в раствор фенола

Вторая серия опытов поставлена на 42 карасях с флакседилом. Установлено, что только относительно высокие дозы препарата (от 2 до 6 мг/кг) вызывали торможение двигательной реакции рыб при погружении их в раствор фенола концентрацией 50-100 мг/л. Для купирования двигательной реакции карасей в растворе фенола (200-400 мг/л) необходимо было увеличить дозу флакесдила до 6-8 мг/кг.

Третья серия опытов с парамионом (15 рыб) показала, что дозы псепарата 3-6 мг/кг вызывают полное торможение двигательной реакции карасей в растворах фенола концентрацией 100 и 400 мг/л. Дозы парамиона 0,6, 1 и 2 мг/кг в ряде случаев также вызывали обездвижение рыб с потерей рефлекса равновесия, однако не тормозили развитие двигательной реакции карасей при погружении их в раствор фенола концентрацией 50-100 мг/л.

Анализируя данные в опытах с каждым из трех препаратов, вызывающих нервно-мышечную блокаду,

можно сделать вывод, что в основе реакции рыб на остротоксичные концентрации фенола лежит не непосредственное раздражение фенолом мышц, тела, а рефлекторное движение под влиянием импульсов, исходящих из центральной нервной системы. Об этом свидетельствует снятие двигательной реакции рыб посредством блокирования передачи импульсов с нервов на мышцы в области мионеврального синапса. Из трех использованных нами курареподобных препаратов наиболее активным оказался сукцинилхолин из группы лептокураре, вызывающих стойкую деполяризацию концевой двигательной пластинки. По-видимому, сукцинилхолин выступает в качестве конкурента ацетилхолина в никотинчув-ствительных холинореактивных системах мышечных волокон, обусловливая более эффективное функциональное разобщение нервной и мышечной систем, чем это отмечено в опытах с флакседилом или парамионом. Результаты этих опытов свидетельствуют также о важной роли ацетилхолинового метаболизма в механизмах развития внешнего симптомокомплекса фенольной интоксикации рыб.

Хеморецепторы

Согласно современным представлениям сенсорной физиологии первичное восприятие химических раздражителей осуществляется специализированными хеморецепторами — специальными образованиями, в которых происходит трансформация энергии раздражающего стимула в сигналы, несущие нервным центрам информацию о действующем агенте. У рыб, как и у других позвоночных животных, восприятие многочисленных химических раздражителей, поступающих в воду, осуществляется хеморецепторами. Афферентная импульсация, возникающая в хеморецепторах, направляется в центральную нервную систему, в результате чего организм получает информацию о присутствии в водной среде тех или иных химических соединений.

Химическая рецепция рыб включает обоняние, вкус и общее химическое чувство [205а]. Разделение первых двух видов химической рецепции рыб экспериментально обосновано с морфологических и физиологических позиций и потому общепризнано. Что касается выделения общего химического чувства, отличного от вкусового, то его правомерность все еще дискутируется [2, 37].

Важнейшим физиологическим свойством любого рецептора является чувствительность к адекватному стимулу. Уровень чувствительности оценивается порогом возбуждения, т. е. минимальной величиной стимула, способной вызвать возбуждение. Величина порога обратна величине возбудимости. Существуют различные методы регистрации обонятельных порогов пахучих веществ (условные рефлексы, поведенческие реакции, электрическая активность). С их помощью удалось установить, что рыбы обладают исключительно высокой чувствительностью обонятельных рецепторов, в сотни раз превышающей чувствительность обонятельной рецепции человека [205а]. Это позволяет рыбам воспринимать чрезвычайно малые концентрации химических веществ, обладающих запахами.

Уже в первоначальных работах [585, 586] с помощью метода условных рефлексов выявлена способность рыб (тупоносые хибо-ринхусы) обнаруживать фенол концентрацией 0,01 мг/л. Некоторые особи после длительной тренировки отличали фенол от парахлорфенола при концентрации этих веществ 0,0005 мг/л, что значительно ниже порога чувствительности для человека.

Гольяны различают запахи эвгенола и фенилэтилового спирта концентрацией 6•10-14 и 4,3•10-14 мг/л (соответственно), т.е. концентрацией, в 250 раз более низкой, чем человек [726]. Дальневосточные лососи обнаруживают морфолин концентрацией 1•10-12 мг/л [583]. Еще более высокая чувствительность рыб выявлена в опытах с α-ионопом (0,2•10-15 М) и β-фенилэтилалкоголем (0,5•10-18мг/л). Угри воспринимали β- фенилэтилалкоголь даже концентрацией 3•10-20 М, т. е. когда в ольфакторном мешке могли находиться лишь 2-3 молекулы этого вещества [815]. Чрезвычайно высока чувствительность плотвы к бензолу и особенно его производным [691]. Рыбы воспринимали 1, 3, 5-тринитробензол концентрацией 1,4•10-16 М, 1,3-динитробензол

— 7•10-16 М, нитробензол — 7,3•10-6 M, бензол — концентрацией 20-10-6 М. Несколько ниже, но достаточно высокая чувствительность этого вида рыб к фенолу (9,4 • 10-6 М) и его производным — резорцину (54,2 • 10-6 М) и флороглюцину (76•10-6 М). Караси и данио (Danio malabaricus) обнаруживают кумарин даже при таких низких концентрациях, как 1•10-17 — 1•10-18 М, оказывающих на них репеллентное действие [593]. Любопытно, что более высокие концентрации этого вещества (от 10-12 до 10-2 М) привлекают рыб.

Электрофизиологическими исследованиями подтверждена высокая чувствительность обонятельной рецепции рыб, которые хорошо воспринимают различные органические соединения — спирты, кетоны, альдегиды, кислоты, эфиры, фенол и его производные [205а]. Так, с помощью электрофизиологичеокого метода показано, что бутиловый спирт (концентрацией 10-15 М), уксусная кислота (10-13 М), морфолин (10-11 М) вызывают четко выраженные реакции в обонятельной системе сомов [465]. По мнению Дж. Будро [465], истинные пороги лежат ниже этих величин, и есть основания согласиться с этим мнением. Известно, что при электрофизиологических исследованиях периферических отделов обонятельного анализатора пороговые интенсивности обонятельного раздражения, вызывающего ответ, обычно значительно превосходят порог, измеренный по поведенческим реакциям, что объясняется скорее всего несовершенством техники регистрации.

Необонятельная химическая рецепция рыб (вкус и общая химическая чувствительность) так же высока, как и обонятельная. Рецепторный аппарат вкусовой системы рыб представлен вкусовыми почками, расположенными в слизистой оболочке ротовой полости, на жабрах и наружной поверхности тела. Кроме того, восприятие химических раздражителей осуществляется свободными нервными окончаниями тройничного, блуждающего и спинномозговых нервов. Основными проводниками химической необонятельной рецепции

служат блуждающий, языкоглоточный и лицевой нервы [37]. Наружные вкусовые почки рыб высокочувствительны к различным веществам. Например, вкусовая чувствительность у гольянов по отношению к глюкозе в 1,6 раза, к фруктозе в 2,5 раза, хинину в 24 раза, а к поваренной соли в 205 раз выше, чем у человека [563].

Электрофизиологическими исследованиями показаны способность пресноводных рыб воспринимать химические вещества в очень низких концентрациях [647] и наличие в небном органе карпа особой хеморецепторной системы, отвечающей специфично на разведенные растворы электролитов [646], интенсивность ответа зависит от валентности аниона. В опытах на пресноводном сомике выявлено существование двух типов кислотных волокон, одни из которых отвечают только на органические кислоты, а другие — на соляную [813, 814]. Изучение электрической активности лицевого и небного нервов атлантического лосося при химическом раздражении области рыла и небного органа показало, что под влиянием слабых растворов солей, минеральных и органических кислот в афферентных нервах возникают разряды, величина которых зависит от концентрации и химической природы вещества [806].

Многолетнее изучение химической необонятельной рецепции рыб, в частности ее центральных механизмов с помощью электрофизиологических методов, и особенностей анализа различных химических веществ при использовании метода условных рефлексов ведется сотрудниками кафедры физиологии высшей нервной деятельности Ленинградского университета [2, 37]. Анализируя результаты этого направления исследований, Н. Е. Василевская [37] приходит к вполне обоснованному выводу «о высокой специализации химического анализатора, обеспечивающей распознавание очень небольших концентраций химических веществ, воздействующих на кожную поверхность» (с. 52).

Имеющиеся экспериментальные данные однозначно свидетельствуют о чрезвычайно высокой чувствительности рыб к различным группам химических веществ, что ставит их в особое положение по отношению к другим гндробионтам, в частности к водным беспозвоночным. Конечно, последние также обладают определенным уровнем чувствительности к токсикантам, поскольку химическая раздражимости— общее свойство живых клеток. Однако среди гидробионтов только рыбы обладают высоко развитой центральной нервной системой и специализированными анализаторными системами, в частности химическим анализатором, специальное назначение которого — информировать организм о присутствии в окружающей среде разнообразных химических веществ.

Возникшие в процессе эволюции хеморецепторы приобрели особую чувствительность и специфичность в восприятии отдельных свойств химических веществ (вкус, запах), что позволяет им тонко анализировать и своевременно реагировать на химические изменения в окружающей водной среде. Вполне понятно, что чем быстрее и точнее организм получает информацию о состоянии внешней среды и ее изменении, тем быстрее он может включить защитные и компенсаторные механизмы в ответ на эти изменения, тем выше его возможности выживания в экстремальных условиях.

Предпринятый нами экспериментальный анализ роли нервной системы в реакции рыб на фенольное раздражение позволил выявить центральное звено и эфферентную часть рефлекторной дуги этой реакции. Естественно, возникал вопрос, какова афферентная часть, т. е. чувствительные пути, по которым передаются импульсы в центральную нервную систему, и где локализованы хеморецепторы, воспринимающие фенольное раздражение.

Как мы уже отмечали, восприятие химических раздражителей осуществляется у рыб рецепторными аппаратами обонятельной и вкусовой систем, а также свободными нервными окончаниями тройничного, блуждающего и спинномозговых нервов. Можно было предположить, что вкусовые почки и рецепторы общего химического чувства, предназначенные для анализа химического состава или «вкуса» воды, расположенные по всему телу и на пути прохождения воды для дыхания, будут играть ведущую роль в восприятии фенольного раздражения. Вкусовые почки, расположенные на поверхности тела, иппервируются лицевым нервом, а в тех из них, которые находятся в полости рта, глотки и жаберного аппарата, оканчиваются чувствительные волокна языко, глоточного и блуждающего нервов. Все это давало основание надеяться; что выключение периферического звена вкусового анализатора может оказать существенное влияние на скорость и время проявления феиолыюй реакции.

Для проверки этого предположения мы выполнили опыты по фармакологическому выключению рецепторов поверхности тела, а также чувствительных нервных окончаний, расположенных в полости рта, глотки и жаберного аппарата. Использовали кокаин, оказывающий глубокий местноанестезирующий эффект и вызывающий полную потерю чувствительности рецепторов в течение нескольких минут. В опытах, проведенных нами па 23 карасях, применяли 0,01- и 0,1%-ный растворы кокаина при экспозициях 5 и 15 мин (поверхностные рецепторы) и 3 и 5 мин (чувствительные нервные окончания в полости рта и жаберного аппарата). Ни в одном случае нам не удалось предупредить или снять фенольную локомоторную реакцию. Двигательная активность кокаинизированных карасей развивалась так же быстро и с такой же интенсивностью, как и у контрольных особей.

Не произошло существенных изменений в реакции рыб на фенол и после двусторонней перерезки или удаления п. vagi-n. lateralis ипнервирующего боковую линию туловища. Перерезка латеральной ветви блуждающего нерва производилась вблизи от его выхода из черепа. По данным 10 опытов, локомоторная реакция у подопытных особей развивалась под влиянием фенола в полной мере и была идентична реакции интактных карасей. Единственное незначительное различие касалось латентного периода наступления двигательной

реакции, который у оперированных карасей оказался на 17,5% больше, чем у контрольных (114 и 97 соответственно).

Поскольку нами достоверно установлена рефлекторная природа фенольной реакции рыб, выявлены центральное звено и эфферентные пути рефлекторной дуги, можно предположить, что либо фенольное раздражение воспринимается хеморецепторами, локализованными не на поверхности тела, а в более глубоко расположенных тканях, либо фенол действует как гуморальный автоматический раздражитель непосредственно на центральную нервную систему.

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ТОКСИКАНТОВ НА ЦЕНТРАЛЬНУЮ НЕРВНУЮ СИСТЕМУ РЫБ

Завершая экспериментальный анализ роли нервной системы в реакции рыб на яды органического ряда, мы предприняли попытку выяснить механизм действия фенола на центральную нервную систему.

Известно, что механизмы действия многих веществ на нервную систему, а также контролируемые ею органы и ткани связаны с изменением активности двух важнейших медиаторов нервного возбуждения: ацётилхоли-•на и в известной мере норадреналина. Нам удалось показать в опытах с фенолом, что блокада курареподоб-ными препаратами нервно-мышечной проводимости в мионевральиом синапсе приводит к полному торможению двигательной реакции и судорог у рыб, т. е. выявлена чувствительность периферических клеточных рецепторов к ацетилхолину. Последний играет важную роль медиатора и в центральной нервной системе рыб. Именно поэтому можно предположить, что в основе общей интоксикации нервного типа, какой является фенольное отравление, лежит нарушение ацетилхолинового метаболизма, а точнее, нарушение динамического равновесия системы ацетилхолин—ацетилхолииэетераза. Высказанное предположение проверено с помощью антихолинэстеразных препаратов [фосфакола концентрацией (1:10-4)÷(1:10-5), прозерина — (1 : 10-3)÷(1:10-4) и эзерина — (1:10-3)÷(1:10-4)1 в опытах на карасях 2-3-летнего возраста массой 12 — 15 г. Караси поступали в опыт через 7-10 сут после вылова. В течение этого времени они находились в 330-литровых аквариумах с проточной водой, которая дополнительно аэрировалась. Антихолинэстеразные препараты вводили рыбам, как правило, внутримышечно в переднюю часть туловища. Реже использовался внутрибрюшинный способ инъекции. После введения антихолинэстеразных препаратов подопытных карасей через различные промежутки времени погружали в токсические растворы фенола концентрацией 50, 100 (чаще всего) и 200 мг/л. Влияние антихолинэстеразных препаратов на поведение рыб в токсических растворах фенола оценивали по латентному периоду наступления первой фазы фснолыюй интоксикации, характеру и выраженности внешнего симптомокомплекса фенольной интоксикации, интенсивности и структуры двигательной активности.

В первой серии опытов, проведенной с фосфаколом на 60 карасях, установлено, что введение антихолипэстеразного препарата предохраняет и полностью снимает вес наиболее характерные внешние проявления фенольной реакции рыб. Пороговая доза фосфакола, оказывающая выраженный тормозной эффект на внешний симпто-мокомплекс фенольной интоксикации, составляла 1,2-1,5 мг/кг.

Через 15-20 мин после инъекции препарата (1,5 мг/кг) карасей погружали в раствор фенола. При этом рыбы были малоподвижны, дыхание было очень слабым и замедленным. Плавное и спокойное перемещение в толще токсического раствора чередовалось с кратковременными остановками и последующим перемещением. Фенольпая реакция с ее чрезвычайно характерными компонентами (бурной двигательной активностью в первой фазе отравления и судорогами в последующем) полностью снималась. Большинство карасей в период наблюдений (от 40 до 120 мин) не теряло рефлекса равновесия и сохраняло нормальное положение. Реакция на механические и звуковые раздражения у рыб в этот период сохранялась. Снижение дозы фосфакола в 2-2,5 раза приводило к значительному ослаблению тормозного влияния препарата на фенольную реакцию рыб (рис. 24), но и в этом случае были заметны отклонения в поведении подопытных рыб в сравнении с поведением контрольных.

Рис. 21. Тормозное влияние фосфакола на развитие фенольной реакции в зависимости от дозы препарата.

Сверху вниз двигательная активность контрольных карасей и подопытных карасей после введения фосфакола концентрацией 0,6, 1 и 1,5 мг/кг.

Стрелками указаны моменты погружения рыб в раствор фенола. 1, 2. ,4. 4 — номера рыб

Вторая серия опытов выполнена с эзерином, введение которого в дозе 12 мг/кг приводило к полному или частичному торможению фенольной реакции рыб. Выраженность тормозного эффекта эзерина в значительной мере определялась временем действия препарата перед погружением в раствор фенола. Уже через 5-10 мин после инъекции эзерина фенольная реакция подопытных рыб была значительно замедлена и ослаблена по сравнению с реакцией контрольных (10 опытов). Наиболее выраженное тормозное влияние эзерина на фенольную реакцию рыб отмечалось через 15-20 мин после инъекции препарата (15 опытов). Первая фаза фенольной интоксикации

— сильное двигательное возбуждение — при этих условиях полностью купировалась, однако в отдельных случаях регистрировались судорожные вздрагивания всего туловища или медленное перемещение рыб в боковом положении.

Таким образом, эзерин предупреждает и резко тормозит проявление и развитие реакции рыб на фенол, но эффективные пороговые дозы этого препарата значительно выше таких доз фосфакола. Время, необходимое для получения тормозного эффекта посредством инъекции, эзерина, также заметно больше, чем в опытах с фосфаколом.

В противоположность фосфаколу и эзерину прозерии оказывает наименее выраженное и быстро проходящее тормозное влияние па фенольную реакцию рыб. В дозе 3-6 мг/кг он тормозит двигательпую активность рыб в том случае, если промежуток времени между инъекцией препарата и погружением в токсический раствор не превышает 5—10 мин (10 опытов). Однако и в этом случае у некоторых карасей наблюдалось кратковременное цодергивапие мышц туловища без какой-либо двигательной активности. Если воздействовать на карасей (10 опытов) фенолом через 20-30 мин после инъекции прозерина, то фенольная реакция лишь ослабляется, ее латентный период остается практически без изменений. Итак, прозерин, как и два других антихолинэстеразных препарата, при определенных условиях (сравнительно высокие дозы вещества и короткий промежуток времени между инъекцией препарата и погружением в раствор фенола) способен предупредить или резко ослабить фенольную реакцию рыб.

Полученные нами в трех сериях опытов данные свидетельствуют о том, что фосфакол, прозерин и эзерин оказываю тормозное влияние на внешний симптомокомплекс феинолыюй интоксикации. Выраженность тормозного эффекта определяется фармакологическими свойствами препарата, дозой и временем предварительного действия перед погружением рыб в токсический раствор фенола. Наиболее эффективным оказался фосфакол, который предохранял и полностью тормозил все компоненты фепольной реакции карасей. Значительно менее выраженное действие оказывал прозерин. Он лишь задерживал и ослаблял реакцию рыб на фенол. Промежуточное положение занимает эзёрин, который чаще полностью приостанавливал развитие фенольной реакции, однако при дозах, во много раз превышающих дозы фосфакола.

Каким образом можно себе представить механизм действия фенола и других многочисленных нейротропных веществ, поступающих в рыбохозяйственные водоемы, на центральную нервную систему рыб? Известно, что все три использованных препарата оказывают выраженное угнетающее действие на активность ацетилхолинэстеразы, гидролизующей ацетилхолнн. Об этом свидетельствуют не только прямые определения активности ацетилхолинэстеразы при действии этих веществ, но и центральные эффекты препаратов.