伊维菌素对细鳞鲑的毒性效应评价
2015-03-01李绍戊卢彤岩
王 荻 韩 冰 李绍戊 卢彤岩
(中国水产科学研究院黑龙江水产研究所, 哈尔滨 150070)
研究简报
伊维菌素对细鳞鲑的毒性效应评价
王 荻 韩 冰 李绍戊 卢彤岩
(中国水产科学研究院黑龙江水产研究所, 哈尔滨 150070)
伊维菌素(Ivermectin, IVM)是美国Merck公司于1976年研发的[1], 由阿维链霉菌(Streptomyces avermitilis)发酵产生的半合成大环内酯类多组分抗生素, 为阿维菌素衍生物, 属口服半合成的广谱抗寄生虫药。IVM可通过增加细胞膜和其他配体阀门氯离子通透性, 引起神经细胞或肌肉细胞超极化, 导致寄生虫麻痹或死亡, 对各种体外寄生虫特别是线虫和节肢动物具有良好的驱杀作用[2], 且因难于穿透血脑屏障而对脊椎动物安全性较好, 在农、牧产品培植养育过程中被广泛应用。自1990年首次用于大西洋鲑海虱病防治取得良好效果后[3], IVM也开始用于水产动物寄生虫病的防治, 并取得良好效果。但也有报道指出, IVM安全范围较窄, 过量用药有中毒危险[4]。
细鳞鲑(Brachymystax lenok)系鲑形目(Salmoniformes)、鲑科(Salmoninae)、细鳞鲑属(Brachymystax), 是冰川时期经日本海来自北方的残留鱼类, 为我国名贵的土著陆封型鲑科冷水鱼品种。由于对生境要求严苛, 且遭到过量捕捞等方面的影响, 细鳞鲑已于 1988年底被列为我国二级保护动物, 属于易危等级[5]。目前, 已有关于细鳞鲑全人工繁育技术[6]、杂交育种[7], 生物学特性[8, 9]及饲料营养[10]等方面的研究报道, 但药物对细鳞鲑毒性影响方面的研究仍属空白。
本研究拟通过不同剂量口灌给药情况下, IVM 对细鳞鲑急性毒性、血液生理生化指标及主要组织损伤情况的影响进行测定观察, 用以评价IVM对细鳞鲑的毒性效应, 为IVM在细鳞鲑养殖中科学使用提供理论基础及科学数据, 并对可能经由农用或畜禽用药物进入细鳞鲑养殖水环境对养殖鱼类造成的影响进行初步的探索性安全性评价。
1 材料与方法
1.1 实验鱼
实验用细鳞鲑购自中国水产科学研究院黑龙江水产研究所渤海冷水性鱼类养殖试验站, 平均体质量为(77.33±2.55) g。实验鱼饲养于自动循环水鱼缸中, 水温16℃左右, 暂养 7d后, 随机选取规格较均一, 健康非免疫状态下细鳞鲑进行实验。
1.2 实验材料
伊维菌素原粉: 含量99.2%, 购自郑州天耀科技有限公司, CAS: 70288-86-7。实验用氰化高铁血红蛋白检测试剂盒购自南京建成生物工程研究所; 红细胞及白细胞稀释液自行配制; 实验所用化学试剂为分析纯, 由国药集团化学试剂有限公司提供。
1.3 LD50的测定
按预实验摸索剂量, 实验共设8个实验组, 给药剂量分别为0、1.69、2.19、2.86、3.71、4.83、6.27和8.16 mg/kg (其中 0给药剂量组为溶剂对照组, 为 50%乙醇溶液), 每组10尾鱼。
连续观察并详细记录实验鱼口灌给药后 96h内的行为状态及死亡情况, 计算各实验组实验鱼死亡率, 并采用加权回归法计算该实验条件下IVM对细鳞鲑的LD50。
1.4 血细胞计数及血红蛋白含量测定
自实验鱼尾静脉取血, 并制备抗凝血(0.4 mL全血加入0.1 mL质量浓度为3‰的肝素钠), 用于进行血细胞计数及观察。
血红蛋白测定: 按照试剂盒说明书方法对血红蛋白进行测定, 血红蛋白克数(升)=测得540 nm波长下的吸光度值×367.7。
红细胞比容: 取抗凝血加入预先用抗凝剂润洗并干燥后的微量毛细管中, 至毛细管的2/3处(约50 mm), 石蜡封堵未吸血端, 水平式毛细管离心机12000 r/min离心5min。测量红细胞柱及全血柱高度, 红细胞比容=红细胞柱高度/全血柱高度×100%。
红细胞计数: 取抗凝血0.02 mL与3.98 mL红细胞稀释液混匀, 制备200倍稀释的红细胞悬液。取一滴红细胞悬液加入细胞计数板, 对红细胞进行显微镜下计数, 重复计数3次, 取其均值R。每立方毫米红细胞数=(R×200)/ (0.004×5)=R×10000。
白细胞计数: 取抗凝血0.02 mL与0.38 mL白细胞稀释液混匀, 制备 20倍稀释的白细胞悬液, 低倍镜下对白细胞进行计数, 重复计数3次, 取其均值W。则每立方毫米白细胞数=(W×20)/(0.1×4)=W×50。
1.5 血浆生理生化分析
用 3‰肝素钠润洗过的注射器自实验鱼尾静脉取血, 4 ℃ 4000 r/min 离心10min, 取上层血浆储存待测。采用Beckman公司生产的CYNCHRON CH4PRO全自动生化分析仪对实验鱼血浆生理生化指标进行检测分析。检测指标包括: 总蛋白、白蛋白、钙离子及总胆红素。
1.6 组织切片制作
取每组3尾实验鱼(如实验组存活鱼数小于3尾, 则取实验中刚刚死亡鱼体组织)肝、肾、肠及心相同部位组织, 于Bouin’s液中固定24h, 样品经脱水、透明、石蜡包埋、连续切片制成5 μm厚的切片, HE染色后, 显微镜观察拍照。
2 结果
2.1 实验鱼毒性效应及行为变化
实验发现, 对照组实验鱼行为及剖检均无异常, 亦未见死亡。实验组随着给药剂量的增加, 实验鱼出现行为异常及中毒症状的时间越来越早, 且毒性症状越来越明显。
随着给药剂量增加, 实验鱼逐步表现为体色变暗至发黑。1及1.3剂量组实验鱼给药初期有神经中毒症状, 身体侧弯, 眼球突出, 身体痉挛, 有失去平衡的趋势, 鳃盖张合加速, 游动缓慢, 部分鱼浮于水面, 48h后症状有所减轻, 解剖无异常; 1.69至2.86 剂量组, 实验鱼体色发黑,侧卧缸底, 触动后缓慢游动, 鳃盖张合加速。24—48h期间开始出现死亡, 解剖后可见肠道充血, 肝脏颜色异常; 3.71剂量组, 17h开始出现死亡, 体表充血, 背鳍尤为严重, 肌肉松散有糜烂现象, 肠充血; 4.83及6.27剂量组实验鱼体色乌黑, 死亡鱼肝、肠严重充血, 肌肉糜烂严重, 6.27 剂量组24h内实验鱼全部死亡。
2.2 IVM对细鳞鲑的急性毒性
随着给药剂量增高, 各实验组 96h累计死亡率分别为0、0、0、10%、30%、50%、80%、100%和100%, 1.69剂量组开始出现死亡, 4.83及 6.27剂量组实验鱼全部死亡。经计算, 实验条件下 IVM对细鳞鲑 96h的 LD50为2.66 mg/kg, 线性回归方程为y= –2.94607+6.93151x, 95%置信区间为2.17—3.32 mg/kg。
2.3 血细胞及血红蛋白变化
将各实验组细鳞鲑血红蛋白含量, 红细胞比容及红、白细胞数分别整理如下图所示。
由图1可见, 与对照组相比, 各实验组血红蛋白浓度,红细胞比容, 红、白细胞数均有所变化, 但变化幅度不大。血红蛋白浓度最大和最小值分别出现在 1.3和 4.83剂量组, 分别为(83.59±2.92)和(77.7±3.78) g/L。红细胞比容表现出和红细胞数一致的变化趋势, 1.3和2.197剂量组均较前一剂量组有所上升, 后三个高剂量组表现为较平缓的变化趋势, 均略低于对照组。实验鱼白细胞数除 1.3剂量组外, 均低于对照组, 1、4.83及6.27剂量组最低。
2.4 血浆生理生化变化
将测得的实验鱼血浆中各项生理生化指标绘制如下图。
由图2可见, 随着给药浓度增加, 与对照组相比, 实验鱼血浆中总蛋白含量和钙浓度呈相同变化趋势, 分别在1.3和2.197剂量组形成峰值, 且三个最高给药浓度组中的含量均低于对照组; 而血浆中白蛋白浓度随着给药浓度增加, 呈先升高后降低趋势, 在1.3剂量组形成峰值后, 其他各高剂量组均低于对照组; 血浆中总胆红素含量随着给药剂量增加大体呈现先升高后降低趋势, 在2.197剂量组形成峰值, 随后略有下降, 但各给药组均高于对照组相应数值。
2.5 组织切片观察结果
采集对照组及给药组实验鱼肝、肾、心、肠组织进行切片, 观察结果如下, 箭头所指为主要组织变化位置:
肝: 由图 3可见, 对照组, 肝细胞分布较均匀, 呈多角状; 而 1.69剂量组肝细胞略有肿胀, 有血细胞浸润现象, 且有少数肝细胞出现空泡样变形, 细胞坏死溶解; 至6.3剂量组, 部分肝细胞变性、坏死直至萎缩、溶解。
肾由图4可见, 对照组肾小管组织完整, 管壁细胞排列整齐, 无异常; 而6.3剂量组肾间质炎症细胞大量浸润,且肾小球内有大量血细胞出现。
心: 由图 5可见, 对照组心肌纤维饱满, 排列有序;而 1.69剂量组心肌纤维间有炎症细胞浸润现象出现; 至6.3剂量组部分心肌纤维严重萎缩、变性。
肠: 由图6可见, 对照组肠壁形态完整, 肠绒毛整齐无损伤; 而 3.17剂量组肠壁及绒毛组织中有大量血细胞浸润; 至6.3剂量组肠绒毛上皮细胞变性、坏死情况严重,甚至有肠绒毛溶解、消失现象出现。
图1 血红蛋白浓度、红细胞比容及红、白细胞数变化Fig. 1 Changes of hemoglobin concentration, cell specific volume, red and white blood cell count
图2 总蛋白、白蛋白、钙及总胆红素浓度变化Fig. 2 Changes of total protein, albumin, calcium and total bilirubin concentration
图3 肝组织变化Fig. 3 Changes in the liver tissues
图4 肾组织变化Fig. 4 Changes in kidney tissues
图5 心组织变化Fig. 5 Changes in heart tissues
3 讨论
作为一种新型高效、广谱抗生素类抗寄生虫药物, IVM 在农、牧、畜禽及水产动物抗寄生虫病方面有着广泛的应用。但有报道指出IVM可对水产动物血液指标造成影响[11], 特别是冷水性鱼类使用IVM后甚至有中毒反应出现[12, 13]。因此, 本实验选取我国土著名优冷水性鱼类细鳞鲑为实验对象, 对其使用 IVM过程中可能造成的毒理效应进行了研究。
3.1 IVM对细鳞鲑的急性毒性效应
本研究结果表明, 高剂量 IVM口灌给药后的细鳞鲑表现为体色发黑、行动迟缓、游动失衡、鳃部呼吸异常等现象与 Palmer等[12]报道低水温下虹鳟(Oncorhynchus mykiss) IVM中毒现象及Toovey 和Lyndon[13]报道的IVM对大西洋鲑(Salmo salar)鳃呼吸率的影响结果极为相似,推测IVM对冷水性鱼类可能具有相似的神经毒性作用。
图6 肠组织变化Fig. 6 Changes in intestinal tissues
最初 IVM 用于大西洋鲑海虱防治的治疗剂量为0.05 mg/kg[14], 而本研究结果表明 IVM 对细鳞鲑的安全剂量[15]=0.1×LD50=0.266 mg/kg, 远高于其最初使用剂量。后期研究报道指出, 口灌IVM对11℃和20℃下体质量为3 g以及11℃时35 g的欧洲狼鲈(Dicentrarchus labrax)的96h LD50分别为0.335、0.839和0.523 mg/kg[16]; 而对11℃时50 g的大西洋鲑的口灌和浸泡96h LD50和LC50分别为0.5 mg/kg和17 μg/L, 而14℃时50 g褐鳟(Salmo trutta)肌肉注射的96h LD50为0.3 mg/kg[17]。而在16℃水温下口灌 IVM 对体质量为 80 g左右的细鳞鲑 96h LD50为2.66 mg/kg, 高于低水温下大西洋鲑的相应值, 但低于松浦镜鲤(Cyprinus specularis songpu)的4.04 mg/kg[18], 根据联合国世界卫生组织(WHO)公布的外来化合物急性毒性分级标准, IVM对细鳞鲑属高毒化合物。由此可见, 随着水温升高和鱼发育程度的增加, IVM 对鱼类的毒性有减小的趋势; 但物种间存在着较大差异, 推测可能是由于生理机能、特点及进化程度不同, 从而导致对同一毒物的敏感性存在差异而造成的[19]。
3.2 IVM对细鳞鲑血细胞及血浆生理生化指标的影响
血液是鱼体内循环系统的重要组成部分, 与机体代谢、营养及疾病状况密切相关。当鱼体受外界影响而发生生理或病理变化时, 必定会通过血液指标反映出来[20]。因而, 鱼类血液指标被广泛用于评价鱼类的健康、营养以及对环境的适应情况, 是重要的生理、病理和毒理学观测指标[21]。
本研究结果表明, 不同给药剂量组细鳞鲑血液中红细胞和白细胞数无明显变化趋势, 未形成显著性差异。这样的结果与彭章晓等[11]和 Katharios等[22]对鲫(Carassius carassius)和海鲷(Sparus aurata)进行 IVM 口灌和腹腔注射给药后报道的结果一致。而血红蛋白含量及红细胞比容变化趋势与红细胞数基本一致, 红细胞比容虽有一定变化, 但未形成显著差异。
血浆中生理生化测得结果表明, 血浆中总蛋白及钙的含量变化可能是由于药物刺激机体产生了相应的应激反应, 促进了血浆中蛋白合成及钙的吸收, 而达到高剂量组后, 毒性效应严重损害了机体机能, 导致其含量逐渐降低。血钙在鱼类生长、发育及代谢中起着重要的作用[23], 且一般变化幅度较小, 保持着生理生化的稳定水平。而血浆中总蛋白及白蛋白的浓度可反映机体的营养和代谢状态,实验结果表明机体对药物产生应答后, 逐步损伤, 进而导致白蛋白浓度下降, 可能会引起营养和代谢障碍。而有报道指出, 血浆中总胆红素浓度与动物冠状动脉粥样硬化有一定关系[24], 实验中血浆中总胆红素含量随给药剂量增加逐渐升高, 可能与循环系统受损有一定联系。综上,高剂量IVM给药可能对细鳞鲑生长发育、营养代谢及循环系统均造成了一定损伤。
3.3 IVM对细鳞鲑组织损伤观察
经组织切片观察发现, 1.69剂量组细鳞鲑肝组织开始出现细胞肿胀、血细胞浸润现象, 而心肌纤维也出现了炎症细胞浸润现象; 3.17剂量组肠组织有充血现象发生。至6.3剂量组肝细胞大量变性、坏死; 肾间质大量炎症细胞浸润, 肾小球充血; 心肌严重萎缩、变性; 肠绒毛溶解、消失。
这样的结果表明, 药物对细鳞鲑的泄殖系统(肾), 循环系统(心), 营养系统(肝、肠)均有一定影响, 与血浆生理生化测定结果相一致。在较低剂量组细鳞鲑肝及心组织已开始出现损伤, 随着给药剂量增加, 对各组织损伤越发严重, 这样的结果可能与 IVM易在血液较充沛的组织蓄积有关。中给药剂量时, 肠组织出现损伤, 将会影响机体营养物质的消化吸收, 导致机体营养、免疫及抗病力等多项指标受影响。至高剂量组, 多个组织受损严重, 已妨碍正常生理机能的进行, 可能是导致鱼死亡的主要原因。
3.4 外源IVM对细鳞鲑养殖的安全性评价
作为一种农、牧、畜禽及水产动物通用的抗寄生虫类药物, 除了通过常规病害防治途径进入养殖水环境及鱼体外, IVM还可通过农作物用药残留、畜禽排泄物、水源药物污染等多种途径进入水产动物的养殖水体, 从而影响到水生生物的生长或生存[24]。有报道指出斑马鱼(Brachydanio rerio)、食蚊鱼(Gambusia affinis)和鲫鱼苗暴露于 IVM 水体中的 96h LC50分别为 40.48、34.81和13.79 μg/L[25]; 而虹鳟, 杂色 鳉(Cyprinodon variegatus)和斑点叉尾(Ietalurus Punetaus)的96h LC50分别为3.2、15和24 μg/L[17]。由此可见, 冷水性鱼类对IVM的耐受性较差, 易产生毒性效应, 这样的结果与Palmer等[13]报道的低水温下IVM的毒性反应与治疗有一定联系相一致。
IVM是一类难降解、极难溶于水的药物, 常温下溶解度仅为4 mg/kg[26], 25℃时, 70d仅降解了28.3%[25]; 因而,天然水体中如长期含有残留的 IVM, 经底泥及水体不断蓄积, 仍会对细鳞鲑健康养殖仍有较大影响。故而, 在注意严格控制药物用量的同时, 应对含有 IVM的废弃物排放进行严格的监控, 并定期对养殖水体进行药物残留监测, 以保障细鳞鲑绿色养殖产业的健康可持续发展。
综上所述, 高浓度IVM虽对细鳞鲑具有较强毒性效应,但其安全剂量0.266 mg/kg与正常治疗剂量0.3 mg/kg[29]极其相近, 因而, 在严格按照指导科学用药, 注意养殖水体药物残留控制的情况下, IVM 仍可作为有效药物用于细鳞鲑养殖中的寄生虫病防治。
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TOXICITY EVALUATION OF IVERMECTIN TO BRACHYMYSTAX LENOK
WANG Di, HAN Bing, LI Shao-Wu and LU Tong-Yan
(Heilongjiang River Fishery Research Institute Chinese Academy of Fishery Sciences, Harbin 150070, China)
伊维菌素; 细鳞鲑; 急性毒性; 生理指标; 组织损伤
Ivermectin; Brachymystax lenok; Acute toxicity; Physiological index; Tissue damage
S948
A
1000-3207(2015)06-1248-07
10.7541/2015.163
2015-01-20;
2015-04-25
公益性行业(农业)科研专项经费 (201203085)资助
王荻(1980—), 女, 辽宁省阜新人; 硕士; 主要研究方向为鱼类病害及免疫学。Email: wangdi_2014@163.com
卢彤岩(1967—), 女, 吉林省长春人; 博士; 主要研究方向为鱼类病害研究。E-mail: lutongyan@hotmail.com