4 курс / Общая токсикология (доп.) / Toxikologia_ryb_Lukyanenko

Иными словами, под синергизмом понимают явление, когда биологический эффект (в данном случае токсический) смеси выше любогоиз составляющих компонентов. Следует отличать явление синергизма от аддитивного эффекта или простого суммирования действия двух компонентов какой-либо токсической смеси, который выражают:

а (х) + b (у)= 1.

Отсюда синергизм можно определить как сверхаддитивный эффект. Однако не все разделяют такое понимание синергизма. Некоторые (Bliss, 1954; Veldstra, 1956) понимают под синергизмом такое явление, когда эффект смеси превышает сумму эффектов отдельных компонентов.

В некоторых случаях под синергизмом имеют в виду способность неактивного или обладающего незначительной активностью компонента смеси увеличивать биологическую активность второго компонента

(Хьюлетт, 1962).

Нам представляется, что понимание синергизма как явления, при котором смесь более активна, чем любой составляющий ее компонент (Gaddum, 1948; Summerford, 1954), предпочтительнее, поскольку оно охватывает все случаи синергизма, включая и те из них, при которых каждый из компонентов смеси в отдельности обладает выраженной токсичностью.

Если два вещества действуют в противоположном направлении и вследствие этого биологическая активность смеси меньше, чем биологическая активность наиболее активного компонента, то говорят об антагонизме:

а (х) + b (у) > 1.

Различают два вида антагонизма: абсолютный и относительный. Когда а (х) + b (у) >1 и при этом а и b порознь также >1, говорят об абсолютном антагонизме. Относительный антагонизм проявляется в том случае, если а (х)+b (у) > 1\, но а и b ≥ 1. Можно считать, что антагонизм существует в том случае, если эффект меньше аддитивного.

Рассматривая общие закономерности ответных реакций организма на комбинированное действие веществ, С. Блисс (Bliss, 1039, 1954) пришел к выводу о необходимости разделения трех видов совместного действия смесей. Первое - независимое совместное действие, при котором каждый из двух ядов имеет различный физиологический механизм действия. Второе - одинаковое совместное действие, предполагающее сходство механизма токсического действия обоих компонентов. Третье - синергетическое, объединяющее все виды совместного действия, не вошедшие в первые две группы, причем антагонизм рассматривается как отрицательный синергизм.

Некоторые считают, что термины «антагонизм» и «синергизм» строго применимы только при действии комбинации веществ или ионов, не теряющих идентичности в смеси путем химических реакций, вследствие чего продукт химического взаимодействия будет более или менее активен, чем исходные вещества (Doudoroff, 1957). В значительной мере это справедливо, если иметь в виду физиологический антагонизм, реализующийся вследствие противоположного по направлению действия на одну функциональную систему или влияние на разные системы, приводящие к ослаблению конечного эффекта. Следует однако иметь в виду и так называемый химический антагонизм, который проявляется в результате химической -реакции между веществами. Он имеет определенное значение при оценке степени токсичности сложных смесей, таких, как индустриальные стоки и сильно загрязненные воды.

Комбинированное действие веществ подробно изучено на примере различных лекарств и ядов в опытах на теплокровных животных. При этом исходят из представления, что реакция организма на вещество является функцией концентрации, продолжительности действия и времени наблюдения за эффектом, обусловленным данной концентрацией. Это позволяет рассматривать совместное действие двух веществ как количественную связь между концентрациями веществ при постоянном уровне ответной реакции. Откладывая на оси ординат концентрацию одного вещества (X), а по оси абсцисс концентрацию другого вещества (Y), получают изоболлу. Изоболла комбинированного действия представляет собой линию, соединяющую точки X и Y и показывающую концентрацию веществ, при которых наблюдается определенный эффект (например, гибель). Область изоболлической диаграммы, в которой находится экспериментально найденная линия, определяет вид совместного действия (рис. 1).

С. Леве (Loewe, 1932, 1953) и его ученики использовали графическое изображение комбинированного действия веществ. При сравнительном изучении комбинированного действия ядов пользуются также диаграммой другого вида (рис. 2), предложенной Д. Хорсфоллом (Horsfall, 1945). В этом случае комбинацию двух ядов, вызывающих определенный токсический эффект, устанавливают путем пропорциональной замены одного ингредиента в смеси другим, в концентрации, дающей такой же эффект. Например, вначале берут концентрацию CL50 вещества X, а затем 75% от этой концентрации и 25% CL50 вещества Y. Такую замену продолжают до тех

21

пор, пока не установят величину CL50. Пара веществ характеризуется как синергестическая или антагонистическая (см. рис. 2) в зависимости от того, находится ли экспериментальная линия, отражающая токсичность испытуемой комбинации, над или под горизонтальной линией, соединяющей точки относительной токсичности на параллельных осях. При этом горизонтальная линия на рис. 2 равноценна аддитивной линии на рис. 1.

Рис. 1. Синергизм и антагонизм, характеризуемые площадями болограммы, в которых размещаются изоболлы: ЕДА- дозы вещества А; ЕДБ - дозы вещества Б,

которые вызывают одинаковую ответную реакцию организма; 1 - линия аддитивности;

2 - примерная изоболла для частного случая антагонистического действия (по Хьюлетту, 1962).

Рис. 2. Синергизм и антагонизм, выраженные в относительных показателях активности смесей. Количество компонента Б в смеси эквивалентно

по активности ЕД замещаемому им количеству компонента А. Пунктиром дана кривая частного случая синергизма (по Хьюлетту, 1962).

Изоболлическая диаграмма иногда неудобна для интерпретации комбинированного действия, так как эффективные концентрации X и Y могут отличаться одна от другой в десятки или сотни раз и в таком случае график получается асимметричным. При этом лучше использовать изодинамическую диаграмму не абсолютных концентраций вещества X и Y, а равных частей (в %) от эффективных, т.е. вызывающих определенный эффект, принимаемый за 100%. Полученный график будет симметричным. Иногда, при изучении комбинированного действия трех веществ, строят так называемые пространственные диаграммы.

Графические методы изучения комбинированного действия ядов используют при установлении предельно допустимых концентраций тех или иных веществ в воздухе рабочих помещений и в других случаях (Лазарев, 1961), однако в токсикологии рыб они еще не находят должного применения.

Хорошо известно, что токсичность некоторых катионов металлов в смешанных токсических растворах нейтрализуется другими катионами металлов (Loeb a. Wasteneys, 1911, 1915; Garrey, 1916; Powers, 1920, 1921; Gueylard, 1923, 1924; Kriiger, 1928 и др.). Речь идет об антагонизме катионов металлов, с учетом которого составляется физиологически сбалансированный солевой раствор. В этом случае основные катионы, обнаруженные в естественных водах: Na, Са, К и Mg - подбирают так, что специфическая токсичность каждого

22

сводится до минимума антагонистическим действием других (Heilbrunn, 1938).

В. Гаррей (1916) описывает результаты опытов по испытанию токсичности для гольянов простых и смешанных растворов Na, К, Са и Mg в дистиллированной воде. Ионы Са (табл. 10) заметно снижают токсичность растворов Na, Mg и К и являются ярко выраженными антагонистами. Менее выраженным антагонистическим действием обладают ионы Na по отношению к ионам Са и К: для снижения токсичности растворов СаС12 и КС1 требовались высокие концентрации NaCL. Заметное антагонистическое действие оказывали ионы Mg по отношению к ионам К. Интересно отметить, что растворы КСl и MgCL2 оказывали менее выраженный антагонистический эффект по отношению к смесям NaCL-СаС12.

Таблица 10

Антагонизм некоторых катионов металлов

(по Doudoroff, Katz, 1953)

*В мг/л.

Впоследующем, основной вывод В. Гаррея о выраженном антагонизме ионов Са и Na был подтвержден в опытах Е. Пауэрса (1920, 1921), выполненных также на гольянах. По его данным, летальное действие растворов

NaCL нейтрализовалось добавлением уже небольших количеств СаС12. Сходные результаты зарегистрированы в опытах с колюшкой Ф. Крюгером (Kjuger, 1928). Он показал, что смешанные солевые растворы, составленные из

КСl, MgCL2 и СаС12 (0,35-0,40 М), значительно менее токсичны, чем раствор NaCL аналогичной концентрации, вызывавшей гибель рыб за 2 ч.

Имеются указания, что соли некоторых тяжелых, металлов, оказывающие выраженный токсический эффект на рыб в мягкой и дистиллированной воде, значительно менее токсичны в жесткой (Leger, 1912) и морской воде (Thomas, 1915). Механизм этого феномена еще неясен и существует мнение, что низкая токсичность тяжелых металлов в высокоминерализованных водах, вероятно, связана с образованием осадков, а не антагонизмом катионов.

Р. Аффлек (Affleck, 1952) показал, что токсичность солей цинка и свинца значительно уменьшается в присутствии растворенных соединений кальция. Колюшка, например, в растворе свинца с концентрацией 1 мг/л (Рb), приготовленного на мягкой воде, погибала в течение 24 ч. При добавлении в токсический раствор свинца 50 мг/л хлорида, нитрата или бикарбоната кальция рыбы выживали в течение всего периода наблюдений-'10 суток. Подобным же образом кальций может снижать токсичность цинка. Эти данные согласуются с более ранними наблюдениями (Ellis, 1937; Jones, 1938) об антагонистическом действии кальция на токсичность некоторых тяжелых металлов, таких, как цинк и свинец.

X. Бандт (Bandt, 1946) описал явление синергизма между некоторыми тяжелыми металлами, токсичность солей которых оказалась более высокой, чем токсическое действие простых растворов равных концентраций. В опытах на форели и плотве он установил, что токсичность сульфатов цинка и кадмия, а также никеля и кобальта значительно выше в смешанных растворах двух солей, чем при их действии на рыб порознь. Токсическое действие каждой из трех пар тяжелых металлов: никеля и цинка, меди и цинка, меди и кадмия (все в форме сульфатов) - намного выраженнее в сравнении с токсическим действием солей отдельных металлов (более чем в

5 раз).

П. Дудоров (Doudoroff, 1952) показал, что гольяны могут переносить концентрации 8,0 мг/л цинка или 0,2 м/л меди до 8 ч. Если же эти токсиканты оказывались в растворе вместе, то рыбы погибали при концентрации 1,0 мг/л цинка и 0,025 мг/л меди (токсичность увеличилась почти в 8 раз!). Это один из наиболее иллюстративных примеров синергизма между солями тяжелых металлов.

Показанные фактические данные, иллюстрирующие явление синергизма и антагонизма между

23

токсическими соединениями, получены в опытах с одной группой токсикантов с солями различных металлов. Вещества из других классов химических соединений значительно реже использовались для этой цели.

Р. Стеймке и В. Экенфельдер (Stiemke a. Eckenfelder, 1948) отметили, что токсичность смеси соляной и серной кислот для ушастого окуня примерно равна токсичности отдельных кислот (аддитивный эффект). Сходная картина отмечена и при испытании токсичности смесей соляной кислоты с уксусной и серной с уксусной. Смеси этих кислот менее токсичны, чем сильная кислота, но более токсичны, чем слабый компонент смеси. В данном случае также следует говорить об аддитивном эффекте, т. е. о простом суммировании действия.

Ряд сообщений В. Соусгейта (Southgate, 1932, 1948) посвящен описанию токсичности смесей различных соединений органической природы, в том числе и фенолов. В опытах на форели он обнаружил, что цианистый калий и паракрезол оказывают на рыб независимое действие и не являются синергистами. Интересные соотношения токсичности были выявлены в опытах с фенолами. Если фенол и паракрезол оказывают на рыб простой суммарный эффект и концентрации равной токсичности взаимозаменяемы, то паракрезол и 1, 2, 6- ксиленол частично взаимозаменяемы. Оказалось, что сублетальные концентрации 1, 2, 6-ксиленола увеличивают токсичность паракрезола, т. е. являются синергистами. Однако субтоксические концентрации паракрезола не влияют на токсичность ксиленола.

Е. А. Веселов (1957) изучал совместное действие фенола с метакрезолом и фенола с трикрезолом. Он отметил, что концентрация фенола (60%) с метакрезолом (40%)-70 мг/л не вызывала гибели карасей в течение трех суток, в то время как чистый фенол был губителен для карасей в концентрации 40-50 мг/л, а чистый трикрезол - в концентрации 25 мг/л. Примерно такие же соотношения были отмечены в опытах со, смесью фенола с трикрезолом. Фенол и трикрезол антагонисты, поскольку токсический эффект смеси меньше такового составных компонентов.

В практическом отношении большой интерес представляют данные, характеризующие степень токсичности различных компонентов промышленных сточных вод, объединенных общностью технологического процесса. Чаще всего в этом случае речь идет скорее о химическом синергизме или антагонизме, поскольку возникают новые комплексные или простые соединения с той или иной токсичностью, отличной от токсичности исходных соединений. Одно из наиболее обстоятельных сообщений в этом плане принадлежит Н. С. Строганову и А. Т. Пожиткову (1941) по токсичности медно-аммиачного комплекса для различных видов рыб (окунь, уклейка, карась, вьюн). Результаты их опытов (табл. 11) позволяют сделать вывод, что токсическое действие комплекса на уклейку, карася и окуня несколько более выражено, чем чистого раствора меди с равной концентрацией. По мнению авторов, пороговая концентрация комплекса, выявленная в опытах с выживанием, находится в области 0,5 мг/л (по меди).

Ванглийской лаборатории по изучению загрязнений (W. P. R., I960) было установлено, что смесь аммония

ифенола более токсична для радужной форели, чем каждый из ингредиентов, поскольку концентрации этих веществ в смеси обычно меньше, чем соответствующие пороговые. концентрации аммония (0,6 мг/л) и фенола . (4,4 мг/л). Следовательно, фенолы могут оказать токсическое действие в присутствии других ядов, даже при таких концентрациях, которые в чистом виде неэффективны. К. Вурман и X. Вокер (1948) отметили более высокую токсичность комбинации аммония и цианидов, чем каждого компонента порознь.

Токсичность сложных сточных вод определяется не только компонентами, объединенными химическим сродством, но и сопутствующими веществами. Так, например, токсичность фенолов может изменяться при присутствии в сточных водах цианидов, нафтола, пиридина, родана, сероводорода и др. Например, группа

.дианидов обладает высокой собственной токсичностью и оказывает существенное влияние на токсичность отдельных, соединений и сточных вод некоторых предприятий. Известны случаи не только синергизма, но и, что особенно интересно, антагонизма с другими веществами и элементами. Соединения цианидов с металлами, образующие отно- : сительно стабильные металл-цианидные комплексы, такие, как никель, медь и железо, значительно менее токсичны, чем цианиды и соли тяжелых металлов порознь. П. Дудоров (1956) показал, что комплексы цианидов с цинком и кадмием менее токсичны, чем исходные компоненты. Вместе с тем цинк-цианид

24

и кадмий-цианидные соединения могут диссоциировать почти полностью, образуя высокотоксичные компоненты: цианиды и ионы тяжелых металлов. В этом случае высокая индивидуальная токсичность продуктов разложения металл-цианидных комплексов (CN и металл-ион) увеличивается за счет частичного синергизма. Диссоциация этих комплексов в значительной мере определяется величиной рН, а также рядом других причин. Известно, например (Burdick a. Lipschuetz, 1956), что безвредный раствор ферроцианида калия становится высоко токсичным для рыб, если выдерживается на прямом солнечном свете (путем фоторазложения стабильного комплекса цианид освобождается).

Мы уже говорили о действии хлора на рыб, добавим к этому, что 0,3 мг/л свободного хлора убивает радужную форель за 2 ч, а 0,25 м/гл за 4-5 ч (Taylor a. James, 1928). В более поздних работах (W. P. R., 1947) указываются сходные концентрации хлора - 0,2-0,3 мг/л. Хлор особенно опасен тем, что легко комбинируется с различными компонентами сточных вод, сообщая им высокую токсичность. Малые количества аммония, соединяясь с хлором, образуют хлорамин, токсичность которого значительно выше, чем исходных продуктов. Даже концентрации 0,05-0,06 мг/л хлорамина оказались летальными для форели в течение 48 ч (Coventry, Shelford a. Miller, 1935). Г. Шаут (Schaut, 1939) показал, что хлорирование разведенных нелетальных растворов тиоцианата калия (KCNS) делает эти растворы высокотоксичными для гольянов. При дальнейших исследованиях этого феномена (Allen, Blezard a. Wheatland, 1946, 1948) установлено, что тиоцианат мгновенно вступает в реакцию с хлором, образуя чрезвычайно токсичное вещество, по-видимому, хлористый цианид (CNCL).

KCNS+4CL2 + 4H2O,

CNC1 + КС1 + H2S04 + 6HCI.

Количество образующегося CNC1 зависит от соотношения тио-Цианита и добавленного хлора, а также ряда других факторов.

Хлорирование некоторых малотоксичных сточных вод хлором в концентрациях ниже токсичных, приводит к резкому возрастанию токсичности сточных вод для рыб. Минимальные летальные концентрации хлористого цианида ниже 0,1 мг/л, а концентрации 0,10-0,15 мг/л приводят к опрокидыванию рыб менее, чем через 1 ч при температуре 17-20° С.

Мы видели, что для реальной оценки токсичности комбинированного действия различных компонентов промышленных сточных вод важно учитывать возможное комплексное действие различных ингредиентов на жизнь водоема в целом и рыб, в частности. Оценка токсичности сложных по своему составу сточных вод по одному, пусть наиболее токсичному, компоненту может не соответствовать действительности, если не учитывать антагонизма или синергизма. Токсичность многокомпонентных сточных вод определяется не только наиболее токсичным компонентом этой смеси или «суммой» эффектов отдельных компонентов, но и существенно меняется в присутствии антагонистических или синергестических веществ органической или неорганической природы.

В связи с этим необходимо рассмотреть один чрезвычайно важный, на наш взгляд, вопрос. Нередко приходится устанавливать причину массовой гибели рыб в водоеме, используя прю этом данные патоморфологического и патофизиологического исследования, совокупность которых позволяет в первом приближении представить симптомокомплекс отравления. По этим данным можно составить предварительное мнение относительно группы веществ, послуживших причиной гибели, которое необходимо проверить в экспериментальных условиях. Если картина отравления будет идентична той, которая имела место при гибели рыб в естественных водоемах, это будет служить решающим доказательством для определения завода, сточные воды которого вызвали массовое отравление рыбы. Этот своего рода ихтиотоксикологический научноследственный эксперимент приобретает особое значение, если в рыбохозяйствен-ный водоем сбрасывают сточные воды несколько предприятий. Целесообразность проведения научно-следственного эксперимента очевидна и основана на хорошо известном положении, что в смеси ядов общую картину отравления определяет наиболее токсичный компонент (особенно в случае острого отравления). Но научно-следственный эксперимент может лишь ориентировочно очертить круг веществ, обусловивших гибель рыб, не указывая, какое именно вещество играет решающую роль в отравлении рыб. На основе данных научно-следственного эксперимента нельзя, даже приблизительно, высчитать количество вещества, необходимого для получения токсического эффекта в естественном водоеме. И дело не только в том, что в зависимости от гидрохимических и гидрологических особенностей водоема будет меняться минимальная летальная концентрация для рыб. Основное препятствие для подобного рода расчетов состоит в том, что то или иное химическое соединение может резко менять свою токсичность в результате совместного действия различных компонентов сточных вод.

СИМПТОМЫ ОТРАВЛЕНИЯ И ОБРАТИМОСТЬ ИНТОКСИКАЦИЙ РЫБ

Изучение особенностей поведения рыб в токсических растворах, содержащих различные компоненты промышленных сточных вод, представляет интерес по многим причинам, среди которых в первую очередь

25

следует указать на необходимость всестороннего описания картины действия токсического вещества и внешне обнаруживаемых симптомов отравления. Детальная характеристика симптомов отравления и их полный перечень могут быть использованы в качестве индикаторов для определенных групп ядов, она позволит определить причину гибели рыб в естественных водоемах.

Симптоматология отравления необходима также для унификации показателей (при оценке токсического действия того или иного вещества), используемых в различных лабораториях. Между тем даже при изучении токсичности какого-либо одного вещества в разных лабораториях в качестве показателей токсичности используют различные симптомы отравления, без учета их специфичности для данной интоксикации, времени появления и продолжительности. Все это затрудняет понимание и сопоставление литературных данных, а подчас и полностью обесценивает их,

Это в первую очередь относится к работам, характеризующим токсичность органических соединений. Известно, что вещества этой группы ядов оказывают на организм более разнообразное влияние, внешние признаки отравлений этими ядами значительно разнообразнее, чем ядами неорганической природы (тяжелые металлы, кислоты, щелочи и др.). Это обстоятельство затрудняет правильный выбор основных показателей токсического процесса, на основе которых можно судить о степени вредности исследуемого вещества.

Рассмотрим общую картину и внешние симптомы фенольного отравления рыб. Реакция рыб на яды фенольного ряда имеет много общего с реакцией рыб на многие другие компоненты промышленных сточных вод органического происхождения.

Общая характеристика фенольного токсического процесса и поведения рыб при отравлении различными концентрациями яда описывались многими авторами (Mason-Jones, 1930; Southgate, Pen-telow, Bassiudal, 1933; Ellis; 1937 и т. д.). И. Масон-Джонсон (по Jones, 1951) отмечает, что при высоких концентрациях яда у окуней и форели наступала быстрая потеря рефлекса равновесия, «взбешенное плавание» и опрокидывание на бок. Дыхание, глубокое и учащенное вначале, по мере развития отравления становится нерегулярным и слабым. В опытах М. Эллиса (1937) на золотых рыбках в качестве характерного признака фенольного отравления был отмечен паралич нейромускулярного аппарата. В последующих работах К. Вурмана и X. Вокера (1950), Д. Джонса 11951), В. Букштейга и др. (1955), Е. А. Веселова (1957), В. Альберсмейера (1957), М. Ф. Вернидуб (1962) эти наблюдения в основных чертах были подтверждены. Исследования К. Вурмана и X. Вокера (1950), проведенные на форели, пескарях, окунях, голавле, плотве и усачах, а также Д. Джонса (1951) на голавле, выявили особенности поведения испытуемых рыб в слабых растворах фенолов: меньшую двигательную активность, кратковременную потерю рефлекса равновесия с последующим восстановлением. Важная особенность этих работ - значительное расширение видового состава испытуемых рыб.

В. Букштейг и др. (1955) показали, что окунь и гольяны в Растворах гидрохинона, пирогаллола и пирокатехина ведут себя, как и при фенольном и крезольном отравлении. У рыб отмечались возбужденные беспорядочные броски и усиление дыхательной деятельности. Затем рыбы заваливались на бок и оставались в таком положении до наступления смерти. Интересна реакция угря на токсическое действие фенолов. Угри обычно остаются на месте при развитии интоксикации, причем удается отметить только вздрагивание без обычно развивающейся у других видов рыб бурной двигательной активности.

В работах Е. А. Веселова (1957) и М. Ф. Вернидуб (1962) помимо описания общего поведения рыб в токсических растворах фенолов представлена развернутая картина фенольной интоксикации. Е. А. Веселов считает, что симптомы отравления карасей развиваются в определенной последовательности и выделяет семь этапов от начала отравления до смерти рыбы. Характерными признаками отравления рыб фенолами автор считает паралич мышц туловища. Это подтверждает более раннее наблюдение Н. А. Мо-севича и др. (1952), согласно которому одним из важнейших признаков фенольной интоксикации служит кровоизлияние в мышцы туловища.

Для детального учета характерных признаков фенольной интоксикации и их смены во времени и для сравнения результатов отдельных опытов по испытанию токсичности различных фенолов желательно выделить основные, наиболее существенные реакции, характеризующие качественно различные стадии отравления рыбы.

С этой целью был проведен специальный анализ общей картины и особенностей течения фенольной интоксикации у 22 различных видов рыб (карась, лещ, плотва, густера, синец, жерех, чехонь, радужная и ручьевая форели, окунь, судак, ерш, щука, осетр, стерлядь, сом, красноперка, вобла, тарань, севрюга, белоглазка и налим) при широкой амплитуде токсических концентраций (от 5 до 800 т/л). Выявлен однотипный (за редким исключением) характер реакции различных видов рыб на патогенное действие фенолов: фенол, орто-, мета- и паракрезолы, пирогаллол. Спустя 3-10 мин после погружения в токсический раствор (в зависимости от концентрации яда) отмечается чрезвычайно бурное и беспорядочное движение со стремительными бросками из толщи раствора на поверхность, кратковременным заваливанием на спину, и на бок, с последующим выходом из бокового положения. Через 30-90 мин, наблюдается стойкое нарушение рефлекса равновесия. В боковом положении рыбы находятся до наступления смерти. В начале отравления относительно неподвижное боковое положение рыб сопровождается интенсивными клоническими судорогами с частотой 1224 судорожных подергиваний в минуту, затем рыбы выходят из неподвижного состояния и начинают импульсивное толчкообразное перемещение в боковом положении. Характер двигательных реакций бывает двояким:

26

перемещение на поверхности раствора по кругу или неориентированные перемещения в толще раствора. Потеря рефлекса равновесия, опрокидывание на бок и импульсивное перемещение в боковом положении являются самым длительным и наиболее характерным признаком фенольного отравления. Спустя некоторое время двигательная активность в боковом положении постепенно затухает и прекращается. Рыбы становятся неподвижными, движения всех плавников, кроме грудных, парализуются, отмечаются редкие клонические судороги и рыбы погибают. Но даже в этот период полной неподвижности испытуемых рыб реакция на механические раздражители сохраняется, хотя и в значительно ослабленной форме. Из других признаков и реакций, составляющих внешние симптомы фенольного отравления, можно указать характерное дугообразное изгибание туловища рыбы, вследствие одностороннего тетанического сокращения мышц хвостовой части, а также резкую пигментацию (потемнение) спины и головы и одновременное побледнение брюшной и хвостовой части туловища рыбы. Нередко, особенно при длительном воздействии различных концентраций яда, отмечались обширные кровоизлияния в области грудных и брюшных плавников.

В период общего двигательного возбуждения дыхание резко учащается (до 128-144 в мин против исходного 48-60), а затем постепенно уменьшается и становится ниже исходного. Резко нарушается сама структура дыхательных движений, дыхание становится аритмичным и нерегулярным.

Таким образом, внешнее проявление действия токсического раствора на организм рыб довольно разнообразно, но совокупность реакций стереотипна при действии различных концентраций яда. В общефизиологическом плане можно выделить стадию возбуждения и угнетения.

Фенольное отравление проявляется в трех последовательных фазах: 1) резкая двигательная возбудимость с кратковременным заваливанием на бок; 2) потеря рефлекса равновесия, опрокидывание на бок, импульсивное перемещение в боковом положении; 3) боковое положение, сопровождаемое конвульсивными судорогами, завершающееся полной потерей двигательной активности, расстройством дыхания и смертью. Продолжительность отдельных фаз при разных концентрациях яда и соотношение отдельных фаз различны, однако трехфазная стандартная форма реакции сохранялась в опытах с большинством видов рыб, хотя длительность и степень выраженности отдельных фаз определялась видовыми особенностями испытуемых рыб. Как правило, у мирных рыб (карась, лещ, плотва, синец) различные фазы фенольной интоксикации более продолжительны, чем у хищных (щука, налим) и полухищных (ерш, окунь, форель). Только у налима и сома специфика реакций в токсических растворах состоит в конвульсивных подергиваниях мышц туловища при неподвижном состоянии. Изредка у этих видов рыб бывает заметное повышение двигательной активности, сопровождаемое резкими стремительными бросками.

Стереотипность трехфазовой картины фенольной интоксикации при отравлении различных видов рыб представляет определенный интерес не только для унификации показателей токсического действия ядов фенольного ряда, полученных в различных лабораториях, но и для интерпретации результатов опытов с другими ядами органической природы и, в частности, инсектицидами. Известно (Gruber, 1959), что при отравлении, например, эндрином или токсафеном вначале наблюдается повышенная двигательная активность, затем потеря равновесия, опрокидывание на бок, расстройство дыхания и смерть.

Специфические особенности действия разных концентраций одного яда и одной концентрации различных ядов выражаются в количественном варьировании неспецифической формы реагирования, которой характеризуется однотипная трехфазная реакция разных видоз рыб. В этом отношении реакция рыб сходна с трехфазным изменением уровня защитно-адаптационного потенциала у теплокровных под влиянием чрезвычайных раздражителей (длительное голодание, воздействие низких температур, мышечное перенапряжение, различные яды и т.д.), изменяющих постоянство внутренней среды организма. Подобное сходство делает необходимым изложение основных положений учения канадского исследователя Г. Селье (Selye, 1950, 1952, 1956) о стрессе как теории, намечающей перспективные пути обобщений и анализа характера реакций различных групп животных на самые разнообразные внешние влияния, нарушающие постоянство внутренней среды (гомеостаз). Термин «стресс» был перенесен Г. Селье в биологию из физики, где он характеризует напряжение как производное силы и сопротивления. С точки зрения биолога «стресс» обозначает состояние организма, обусловленное взаимодействием реакции защиты и повреждения. «Стресс - это состояние, выражающееся специфическим синдромом, - пишет Селье, - который состоит из всех вызванных неспецифических изменений в биологической системе» (1956, с. 54).

Факторы, вызывающие стресс, получили название стрессоров или стрессирующих воздействий. В основе теории стресс лежит экспериментально обоснованное представление об общем адаптационном синдроме (ОАС). Не останавливаясь на всех симптомах, характеризующих ОАС, число которых постоянно растет и, видимо, еще далеко от завершения, отметим, что в основе развития ОАС Г. Селье четко различает три фазы: 1) реакция тревоги (алармная реакция); 2) фаза резистентности и 3) фаза истощения (рис. 3). Эти фазы мы наблюдали и в опытах на рыбах.

Реакция тревоги (alarm reaction) представляет собой комплекс реакций, развивающихся в неадаптированном организме под влиянием стрессора.

Фаза резистентности характеризуется повышенной устойчивостью организма к действию стрессоров и приобретением организмом адаптации.

27

Рис 3. Схема фаз общего адаптационного синдрома (по Selye, 1956).

Фаза истощения сменяет фазу резистентности при длительном воздействии стрессоров на организм. Теория стресс не только позволяет рассматривать любой токсический процесс как сцепленность реакций

защиты и повреждения, она раскрывает фазность изменений резистентности и указывает на факторы, изменяющие защитно-адаптационный процесс, представляющий физиологическое содержание феномена резистентности.

Анализ экспериментальных данных в свете теории стресс позволяет увязать исследования по токсикологии рыб с общим направлением исследований по приспособительным реакциям организма в ответ на самые разнообразные раздражители, вызывающие нарушения го-меостаза.

X. Денцер (Denzer, 1959), одним из первых оценивая токсическое действие ряда химических веществ по потреблению кислорода, частоте и глубине дыхания, приходит к выводу, что эти показатели изменяются под влиянием разнообразных ядов так же, как изменяется частота дыхания радужной форели под влиянием высоких ; температур (рис. 4). X. Денцер выделяет несколько фаз в реакции рыб на повреждающие воздействия. Бескомпенсационная фаза (I) и фаза полной компенсации (II) представляют собой нормальную биологическую реакцию, а фазы неполной компенсации (III) и критическая (IV) отражают патологические сдвиги, наступившие в организме. В соответствии с этим X. Денцер предлагает различать порог нормальной реакции, повреждения, критический порог и летальный. При определенной концентрации яда наступает такой момент, когда выходит из строя регуляторный механизм, компенсирующий повреждения, и наступает гибель рыбы.

Рис. 4. Кривая изменения частоты дыхания радужной форели при повышении температуры воды:

I - бескомпенсационная фаза; II - фаза полной компенсации; III- фаза неполной компенсации; IV - критическая фаза;

1 - порог нормальной реакции; 2 - порог повреждения;

3 - критический порог; 4 - летальный порог (по Denzer 1959).

К сожалению, такого рода анализ, направленный на выявление общих и специфических черт действия на организм рыб различных повреждающих агентов и, прежде всего, токсических компонентов промышленных сточных вод, весьма редок. Обычно авторы ограничиваются описанием общего впечатления о поведении рыб в токсических растворах и некоторых типичных признаков отравления, которые удается выявить при внешнем осмотре погибших рыб. Известно, что, например, растворы аммиака, фенолов и некоторых других ядов органического происхождения возбуждающе действуют на рыб (бурная двигательная активность), в то время как

28

соли тяжелых металлов, и прежде всего соли меди, действуют на рыб угнетающе. Следует отметить, что даже при одном и том же яде внешние признаки отравления погибших рыб могут быть неодинаковы. Так, внешние симптомы отравления фенолом мирных рыб отличаются от симптомов отравления хищных и полухищных рыб.

Мы уже отмечали, что симптомы отравления могут быть различными у разных видов при действии одного и того же вещества и сходными при отравлении разными веществами.

На современном этапе развития токсикологии рыб более важно патоморфологическое и патогистологическое изучение картины отравления тем или иным ядом. Знание изменений в органах и тканях в результате отравления может быть использовано для посмертной диагностики причин гибели рыб в естественных водоемах. Между тем существуют лишь единичные сообщения, в которых авторы предпринимали специальное изучение патоморфологи-ческих симптомов отравления (KHngler, 1957; Havelka a. Effenberger, 1957; Вишневецкий, 1961). Патологоанатомическое изучение гольянов, отравленных нитритом натрия, показало (Клингер, 1957) увеличенное отложение продуктов распада гемоглобина в печени, селезенке и почках, а также анемию. В опытах Ф. Е. Вишневецкого (1961) на золотых рыбках было обнаружено, что жаберный аппарат при фенольном отравлении (в противоположность действию солей тяжелых металлов, неорганических кислот и щелочей) почти не поражается. Это согласуется с данными И. Гавелки и М. Эффенберга (1957), но противоречит утверждению Д. Масон-Джонса (1930). Ф. Е. Вишневецким были отмечены дистрофические изменения в сердце, печени и почках, а также скопление желтого пигмента и гематоидина в сердечной мышце, селезенке и почках. Патоморфологическая картина отравления рыб воднорастворимыми компонентами сырой нефти, каменноугольной смолы и мазута отличается от картины отравления рыб фенолом (разный характер поражений тканей и органов и локализация). Первая группа ядов вызывает воспалительные и некробиотические изменения в жаберном аппарате и нижних отделах пищеварительного тракта, что не отмечалось при действии фенола на рыб. Во всех обследованных органах наблюдалось расстройство кровообращения с гиперемией и выходом эритроцитов за пределы сосудистого русла. Общими празнаками для ядов обеих групп были дистрофические изменения в паренхиматозных органах (сердце, печень, почки) с отложением желтого гемоглобинного пигмента.

И. Гавелка и Ф. Эффенберг (1957), помимо приведенных выше признаков, сообщают о коагуляции крови в полости сердца и жабрах, однако такие симптомы бывают и при других воздействиях на рыб, в частности при асфиксии; они не специфичны для феноль-ной интоксикации.

Внаших опытах (Володин, Лукьяненко и Флеров, 1965, 1966), проведенных на икре и эмбрионах леща и синца, установлено, что токсический эффект фенола сказывается в резких нарушениях нормального хода эмбриогенеза, определяющих появление различных видов уродств. Наиболее распространенными были изогнутость туловища, а также нарушения в строении сердечно-сосудистой системы (водянка). Сходный характер патоморфологических и патологоанатомических изменений наблюдается и при других чрезвычайных по силе воздействиях на эмбриональное развитие рыб, в частности при резких колебаниях температуры (Володин, 1960 и др.). Выявленные сдвиги носят неспецифический характер и стереотипно воспроизводятся во всех случаях воздействия неблагоприятных условий на эмбриональное развитие рыб.

Впоисках специфических показателей фенольного отравления рыб некоторые исследователи предлагали различные феномены, такие, как обесцвечивание рыб (Steimann, 1927; Wuhrmann, Woker, 1950), усиленное отделение кожных секретов (Heifer, 1936) и т.д., однако эти явления либо воспроизводятся нестереотипно, либо бывают и при других интоксикациях. Это относится и к другим группам ядов. Например, известно, что характерный признак отравления рыб цианидами - увеличение окраски жабер в сравнении с нормой. Опытами Н. Диетварта (Dietwart, 1963) показано, что покраснение жабер бывает и при отравлении рыб ионами таллия. Поэтому необходимо дальнейшее детальное изучение патоморфологической картины интоксикации с тем, чтобы использовать выявленные симптомы отравления для определения причин гибели рыб в естественных водоемах.

Гистологические методы исследования оказались весьма полезными для выявления повреждающего действия радиоактивных веществ. Опытами М. М. Телитченко и Е. Н. Левитовой (1959) показано, что гистологический анализ гонад позволяет вскрыть ранние симптомы отравления ураном-239 и обнаружить даже «залповые» сбросы токсических веществ в водоем. Длительное воздействие азотнокислого уранила на уклеек (Alburnus alburnus L.) уже в концентрациях 1, 5, 10 и 25 мг/л вызывало дегенерацию яичников или их перерождение в семенники. Они отмечают, что сходные изменения, т. е. маскулинизация самок рыб, происходят также под влиянием ряда других факторов: повышенная температура, свет, содержание рыб в малых аквариумах

впериод интенсивного роста (Натали, 1942а, б; Тэриан, 1947), и, следовательно, носят неспецифический характер.

Изучение обратимости различных интоксикаций (возвращение рыбы в нормальное физиологическое состояние после патологических сдвигов, вызванных токсическим агентом) представляет первостепенный интерес по двум причинам. Во-первых, степень обратимости токсического процесса должна учитываться при характеристике степени вредности испытуемого вещества, она может служить также показателем устойчивости рыб к ядам. Во-вторых, Для прогнозирования исхода интоксикации при кратковременном попадании рыб в отравленную зону реки (при миграциях, как это имело место с осетровыми в июле 1965 г. на Нижней Волге) или залпового сброса большого количества промышленных стоков, содержащих вредные примеси, в естественный водоем.

29

До настоящего времени на степень обратимости исследуемой интоксикации почти не обращали внимания. В подавляющем числе работ по токсикологии рыб используется схема опытов, не позволяющая учитывать степень обратимости того или иного патологического процесса, поскольку испытуемые рыбы находятся в токсическом растворе до смертельного исхода.

Н. С. Строгановым и А. Т. Пожитковым (1941) описана обратимость токсического процесса у карасей, уклеек и окуней, обусловленного действием ионов меди. Караси, находившиеся в опрокинутом положении (незадолго до смерти), в чистой воде приобретали рефлекс равновесия и даже принимали корм. Авторы отметили обратимость отравления некоторых видов рыб, вызванного углекислым аммонием. Только окунь, перенесенный из токсического раствора (в опрокинутом состоянии, с открытым ртом и жаберными крышками) в чистую воду, не приходил в нормальное состояние и погибал.

Г. Швейгер (Schweiger, 1957), изучая токсическое действие солей тяжелых металлов (кадмий, ртуть, никель, кобальт) на различные виды рыб (карп, линь, гольцы и радужная форель), пришел к выводу, что пересадка отравленных рыб в чистую воду не спасала их, а только отдаляла время гибели. Отчасти это противоречит более ранним наблюдениям Д. Джонса (Jones, 1947) относительно обратимости токсического процесса у колюшки, вызванного хлористой ртутью. Перемещение рыбы незадолго до гибели из токсического раствора в чистую воду приводило к постоянному восстановлению исходной частоты и интенсивности движения оперкулярной крышки, а также темпа кислородного потребления. Д. Джонсу (1947, 1957) принадлежит также обстоятельное сообщение по обратимости токсического процесса, вызванного цианидами, сульфидами и этиловым спиртом. Отмечая высокую токсичность цианида (NaCN), который даже при разведении 0,00004N приводит к значительному угнетению кислородного потребления (за 90 мин до 32%), автор отмечает высокую степень обратимости этого вида интоксикации. Колюшки, находившиеся накануне гибели в боковом положении, с медленным и слабым дыханием, вскоре после замены токсического раствора чистой водой (в специальном проточном аппарате) начинали энергично дышать. Через 20 мин восстанавливался рефлекс равновесия и способность нормального плавания, а через 2 ч подопытные колюшки почти не отличались от нормальных. Иными словами, яд весьма быстро может быть удален из организма. Эти факты нашли свое подтверждение в последующем наблюдении английских исследователей Д. Херберта и Д. Меркенса (Herbert, Merkens, 1952). Они установили, что радужная форель, отравленная цианидами, способна очень быстро прийти в нормальное состояние, если ее удалить из токсического раствора перед остановкой дыхания.

Аналогичная картина была выявлена Д. Джонсом и в опытах с сульфидами (Na2S), механизм действия которых на организм рыб сходен с действием цианидов - тормозит утилизацию кислорода. Автор показал, что 0,0002 N раствор Na2S приводит к снижению потребления кислорода до 33% нормы, а у колюшки, помещенной в 0,00IN раствор, дыхание останавливается за 6 мил. Если рыб удалить из токсического раствора перед остановкой дыхания и поместить в чистую воду, быстро восстанавливается рефлекс равновесия и нормальное дыхание. Столь же высокая скорость возвращения рыбы из бокового положения в нормальное состояние была установлена Джонсом и в опытах с этиловым спиртом.

Следует упомянуть, что нахождение рыб в растворах концентрированных минеральных кислот приводит к развитию необратимого токсического процесса вследствие повреждения жабер.

Весьма противоречивы и отрывочны литературные данные, характеризующие обратимость интоксикаций рыб, вызванных органическими ядами и, в частности, фенолами. Большая часть наблюдений была выполнена авторами попутно, при экспериментальном разрешении других задач (Jones, 1951; Grindley, 1946; Wuhrman, Woker, 1950; Bucksteeg et al., 1955; Веселов, 1957; Albersmeyer, 1957).

Д. Гриндлей (1946) отметил, что форель и гольяны после отравления динитрофенолом и пикриновой кислотой не выздоравливали после перенесения в чистую воду. Д. Джонс (1951) в опытах на гольянах с чистым фенолом и крезолом наблюдал довольно быстрое выздоровление рыб после наступления периода потери. координированных движений и опрокидывания на бок. К. Вурман и X. Вокер (1950) считают, что обратимость при низких концентрациях фенола возможна (опыты с форелью, гольянами, окунями). Из наблюдений В. Букштейга с соавторами (1955) можно предположить, что потенциальная способность к обратимости интоксикации у разных видов рыб не одинакова. Авторы отметили, в частности, что угри после наступления явных признаков отравления при перенесении в чистую воду почти всегда поправляются, а окуни и гольяны нет. В. Альбесмейер (1957) считает, что обратимость токсического процесса у рыб, вызванного крезолом и ксиленолом, возможна, но при отравлении собственно фенолом ее не удается отметить. Эта точка зрения совпадает с мнением Е. А. Веселова (1957) о том, что в 90% случаев отравление фенолом необратимо, если рыба находится в состоянии «бокового положения». Значительная противоречивость данных по обратимости фенольной интоксикации объясняется, по-видимому, тем, что авторы изучали возможности выздоровления рыб, находившихся в различной фазе отравления. При специальном изучении динамики обратимости фенольной интоксикации карасей (Лукьяненко и Флеров, 1963), а в последующем и некоторых других видов рыб (плотва, язь, густера) были использованы пять концентраций фенола: 50, 100, 200, 400 и 800 мг/л, каждая из которых вызывает острый токсический процесс, завершающийся во всех случаях гибелью подопытных рыб. Эксперименты проводились в стереотипных условиях: температура 15° С, содержание кислорода 5-7 мг/л, рН 7,5, жесткость 10° Нем. Чтобы проследить степень обратимости фенольной интоксикации, достигшей

30