Morphologische und physiologische Untersuchungen an transparenten und kataraktösen Linsen von Farm- und Wildlachsen : Morphological and physiological investigation on transparent and cataractous lenses from farmed and wild salmon (Salmo salar)

• Main Author: Willeke, Katja
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: unknown
• Published: Freie Universität Berlin 2008
• Subjects: Salmo salar; Atlantic salmon; eyes; eye diseases; eye lens; cataract; morphology; enzymes; phosphofructokinase; lactate dehydrogenase; glucose-6-phosphate-dehydrogenase; aldehyde oxidoreductases; Aldehyde Reductase MeSH; L-iditol-dehydrogenase; spectrophotometry; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften630 Landwirtschaft; Norway
• Online Access: https://dx.doi.org/10.17169/refubium-16798; https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/12600

In Ländern wie Norwegen und dem Vereinigten Königreich hat die Farmhaltung von Salzwasserfischen, speziell Lachsen, in den zurückliegenden 10 bis 15 Jahren große wirtschaftliche Bedeutung erlangt. Aus diesen Ländern wurde in den zurückliegenden 8 Jahren vermehrt über eine zunehmende Rate von Kataraktausbildung bei Lachsen berichtet. Die Katarakte können aus den bisherigen Kenntnissen der Fischlinsenphysiologie und –morphologie nicht erklärt werden. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Schritte der Glykolyse in der Fischlinse (anhand von Bestimmung der spezifischen Aktivität von 5 Enzymen in definierten Linsenschnitten) spektrophotometrisch untersucht. Es werden erste Einblicke in die Stoffwechsel-Physiologie der Fischlinse gezeigt und Voraussetzungen für die spätere gezielte Untersuchung von möglichen Kataraktnoxen benannt. Der Linsenstoffwechsel der Lachse verläuft ähnlich dem der Säugetiere. Die gemessenen Enzymaktivitäten liegen in der Fischlinse deutlich unterhalb derer, die von Säugetierlinsen bekannt sind. Die niedrigen Enzymaktivitäten können Ausdruck einer Anpassung an die umgebende Wassertemperatur sein. Die relativ hohen LDH-Aktivitäten und PFK-Aktivitäten beweisen das Stattfinden der Glykolyse in der Augenlinse von Lachsen. Die niedrigeren PFK-Aktivitäten in den kataraktösen Farmlachslinsen können die Hemmung dieses Enzyms durch ein Überangebot an Glukose oder eine Entkopplung der Glykolyse beispielsweise durch Organophosphate anzeigen. Die G6P-DH liefert ein Indiz für das Vorhandensein des Pentosephosphatweges. Eine erhöhte AR-Aktivität weist auf einen latenten Typ II-Diabetes hin. Dies ist bei den unveränderten Linsen der Farmlachse und bei Kataraktlinsen gezeigt worden und deutet darauf hin, dass der Farmlachs ein ständiges Nahrungsüberangebot nicht verstoffwechseln kann. Eine hohe SDH-Aktivität bei den nur kurzfristig unter Stress stehenden WSS könnte eine Schutzfunktion anzeigen. Nimmt der WSS kurzfristig viele Kohlenhydrate zu sich, könnte die SDH verstärkt arbeiten, um ein Überangebot an Sorbit zu verhindern. Der Farmlachs dagegen weist nur geringe SDH-Aktivitäten auf, was Ausdruck eines Unvermögens ist, mit dem ständigen Glukoseüberangebot zurechtzukommen. Im Gegensatz zum Wildlachs steht der Lachs in der kommerziellen Fischzucht aufgrund von unnatürlichen Haltungsbedingungen (hohe Besatzdichte, permanentes Futterangebot, künstliche Belichtung) ständig unter Stress. Der Stoffwechsel scheint durch die Futteraufnahme – bei bereits gedecktem Bedarf – zu entgleisen. Als Argument für diese Hypothese wird die Assoziation von BMI (Verhältniszahl zwischen Körpergröße und Gewicht) und Katarakthäufigkeit beim Menschen angeführt. Der schädigende Einfluss von regelmäßig eingesetzten Pestiziden (Organophosphate) auf die Augenlinse ist wahrscheinlich und sollte in späteren Arbeiten gezielt untersucht werden. Die Linse scheint den intraokularen Parasitenbefall zu tolerieren. Dies zeigte sich dadurch, dass der Parasitenbefall weder auf das LFG (ungestörtes Wachstum) noch auf die Transparenz der Linse im Sinne kataraktogener Veränderungen Einfluss genommen hat. In der vorliegenden Arbeit wird auf die Prüfung triploider Fische hinsichtlich der Zuchteignung hingewiesen und es werden die Faktoren (osmotischer) Stress, Pestizide, Nahrungszusammensetzung, Temperatur, UV-Licht, oxidative Prozesse, Besatzdichte und Wachstumsgeschwindigkeit als mögliche Kataraktursachen aufgeführt. Deren weitere monokausale Überprüfung hinsichtlich Kataraktogenität ist notwendig. : In countries such as Norway and the United Kingdom, fish farming of salt-water fish, especially salmon, has gained great economic importance in the past 10 to 15 years. A greater rate of cataract formation has been increasingly reported in salmon in these countries over the past 8 years. The increase in cataract frequency, however, cannot be explained using knowledge about fish lens physiology and morphology gained up until now. In the work presened here, the various stages of glycolysis in the fish lens (based on a determination of the specific activity of 5 enzymes in defined lens sections) were investigated using spectrophotometry. Using this methodology, it was possible to gain an initial insight into the metabolic physiology of the fish lens and the prerequisites for later investigations of possible cataract noxae could be defined. The metabolism of the lens of the salmon is similar to that of mammals. But, the enzyme activities measured in the fish lens are clearly lower than those found in the lenses of mammals. The lower enzyme activities may represent the expression of an adaptation to the surrounding water temperature. The relatively high LDH activity and PFK activity demonstrate that glycolysis takes place in the crystalline lens of the salmon. The lower PFK activities in the eyes of farm salmon with cataracts may show blockage of this enzyme due to excessive glucose or decoupling of glycolysis due, for example, to organic phosphates. G6P-DH provides an indication of the presence of a pentose phosphate pathway. Increased AR activity indicates a latent type II diabetes. This is present in normal lenses of farmed fish and cataract lenses and is an indication that salmon in fish farms is not able to cope with a constant excessive supply of food. Increased SDH activity with an only short-term WSS existing under stress may indicate a protective function. If a WSS takes up to much carbohydrate, then the SDH could work effectively in order to prevent an excessive accumulation of sorbitol. The salmon in fish farms, in contrast, only show low SDH activity, which is a sign of an inability to cope with the constant over supply of glucose. In contrast to wildsalmon, the salmon used for commercial breeding are on account of unnatural conditions (population density, excessive supply of food, light) under constant stress. The metabolism appears – with an already satisfied requirement – to go out of control. As an argument in favour of this hypothesis, the association of BMI (the ratio between height and weight) with frequency of cataracts in humans is cited. A damaging influence of the regular use of pesticides (organophosphates) on the crystalline lens is probable and will be specifically investigated in future studies. The lens appears to tolerate intra-ocular infections with parasites. This could be demonstrated by the absence of any influence of parasites on lens fresh weight (undisturbed tissue growth) or its transparency. In this study reference is made to testing triploid fish for breeding suitability and (osmotic) stress, pesticides, diet, temperature, UV light, oxidative processes, population density and growth speed lised as possible contributory factors to cataracts. Further monocausal examination where cataracts and their origins are concerned is essential.