CC BY
54
УДК 577. 1-034
Сштинський В. В., д. б. н., професор, академж НААНУ Онисковець М. Я., астрант © Лье1еський нацюнальний аграрный утеерситет
ОСНОВН1 МЕХАН1ЗМИ ТОКСИЧНО1 Д11 ЙОН1В ВАЖКИХ МЕТАЛ1В НА ОРГАН1ЗМ РИБ
У статт1 проанал1зоеано проблему забруднення еодних екосистем еажкими металами. Узагальнено лтературш дат щодо осноених мехатзм1е токсичного еплиеу йоте еажких метал1е на оргашзм риб.
Ключоei слова: еажт метали, риби, токсичтсть, еоднг екосистеми
За остант десятирiччя антропогенний вплив на водт екосистеми набув глобального характеру i в цшому призводить до рiзкого попршення умов шнування водних органiзмiв, у тому чи^ i риб [34]. Найбiльшу небезпеку становить забруднення водойм важкими металами [3, 32], яю навiть у порiвняно малих кiлькостях можуть негативно впливати на органiзм водних тварин [25]. Бюлопчш наслiдки забруднення водного середовища важкими металами виявляються, насамперед, у прямому токсичному впливi на риб, що призводить до змши бiохiмiчних, фiзiологiчних та морфологiчних показниюв у !х органiзмi [27, 40]. Вельми актуальним е дослiдження впливу важких металiв на органiзм риб, оскшьки в санiтарно-гiгiенiчному планi риба е важливою ланкою у м^раци важких металiв за трофiчним ланцюгом, кiнцевою ланкою якого е людина [7].
Проблема токсично! дií важких металiв у водних екосистемах та 1х впливу на органiзм водних тварин i, зокрема риб, дослщжуеться давно. На сьогоднi напрацьовано чималий матерiал, який узагальнено в багатьох роботах [1, 13, 20, 24, 27, 28, 36, 38]. Аналiз л^ературних даних свiдчить, що саме тдвищення концентрацií йонiв металу у водному середовищi е основним фактором, який впливае на !х проникнення i накопичення в органiзмi риб [5, 12, 30].
Встановлено, що потужним джерелом надходження важких металiв у водойми е неочищенi стоки пщприемств гiрничодобувноí промисловостi, кольорово! металурги, машинобудiвельних, металообробних заводiв та гальвашчних цехiв [2, 6]. Крiм того, не останне мюце займають вщходи тваринних фер, застосування мiнеральних добрив та отрутохiмiкатiв у сiльському господарствi [39].
Поведiнка важких металiв у водному середовищi е своерiдною, оскшьки вони, на вiдмiну вiд оргашчних речовин не пiддаються деструкцií, а постшно присутнi у водних екосистемах, змшюючи лише форму сполук, реакцшну здатнiсть та бiологiчну активнiсть. 1х фiзико-хiмiчний стан змiнюеться в результат процесiв гiдролiзу, комплексоутворення, адсорбцií та осадження. Вказаш процеси визначають м^ацшну рухливiсть важких металiв, íх
© Сштинський В. В., Онисковець М. Я., 2011
471
перерозподш мiж основними компонентами водно! екосистеми, бюдоступшсть i токсичшсть для водних органiзмiв [21]. Встановлено, що максимальну здатнiсть накопичувати важкi метали мають завислi частинки та донш вiдклади водойм, поим оргашзми планктону, бентосу та риб [35]. Вченими доведено наявшсть кореляцшного зв'язку мiж вмiстом важких мет^в у бентосi, донних вiдкладах та оргашзмах риб [37]. Таким чином, риби як завершальна ланка трофiчних ланцюгiв у водних екосистемах дають найбiльш iнтегровану оцiнку забруднення i можуть виконувати функцiю бiоiндикаторiв [26].
Фiзiологiчна активнiсть важких металiв щодо гiдробiонтiв, i риб зокрема, визначена !хшми фiзико-хiмiчними формами наявностi у вод1 Найдоступнiшi для водних органiзмiв е вiльнi йони важких мет^в, !хш гiдрокомплекси та iншi низькомолекулярш комплекснi сполуки. Водночас важкi метали, зв'язаш в комплекси з природними органiчними речовинами (гумiновi та фульвокислоти, бшки, амiнокислоти та iн.), е бюлопчно недоступними або малоактивними [4, 35]. Зв'язаш форми важких металiв з молекулярною масою, яка перевищуе 1,0-1,5 тис. атомних одиниць маси, практично нетоксичш або токсичнiсть !х для гiдробiонтiв сильно послаблена [22, 29]. Зниження токсичностi зумовлене створенням мщних хiмiчних сполук, часто хелатного типу, та зменшенням завдяки цьому активност йонiв металiв. 1ншим чинником зниження токсичност важких металiв е недоступшсть !хшх комплексних сполук для живих органiзмiв [22], оскiльки високомолекулярш сполуки металiв не можуть проникати через мембрану кл^ини [35].
Незважаючи на певнi вiдмiнностi в процесах токсичного впливу рiзних важких металiв на органiзм риб, як правило, вид^ють ряд послiдовних фаз з такими симптомами отруення: неспокш, тдвищення частоти дихання, рясне слизовидiлення, далi слiдуе глибоке дихання, зниження реакцп на зовнiшнi подразнення, риби рухаються поштовхами (безсистемними кидками), намагаються вистрибнути з води, вiдбуваеться порушення рiвноваги i риби перекидаються на бж, потiм аритмiчне дихання i смерть без судом. Картина подiбна до тае!, яка спостерiгаеться при повшьнш задусi в зв'язку з нестачею кисню i надлишком в органiзмi вуглекислоти. Дихання порушуеться внаслiдок прямо! ди солей на епiтелiй зябер. При отруенш риб токсикантами ще! групи у риб вiдзначаеться утворення на шкiрi i зябрах товсто! оболонки iз слизу, що покривае зябра i все тiло. Рестраторний епiтелiй i епiдермiс шкiри руйнуються. Швидкiсть перебiгу певних стадiй отруення залежить вiд концентрацi! токсиканту у водi та видово! чутливостi риб [2, 16].
Пщ дiею важких металiв в органiзмi риб вщбуваються патологiчнi змiни на всiх рiвнях вiд молекулярного до органiзмового [8]. Йони важких металiв, прямо, шляхом дп на ферменти, чи опосередковано, шляхом утворення регуляторних сполук, здатш змiнювати iнтенсивнiсть та спрямованiсть метаболiзму у риб [13, 23]. Крiм цього, вiдбуваються змiни проникностi мембран, шпбуеться окислювальне фосфорилювання, синтез бшюв та нукле!нових кислот [18, 24]. Важю метали викликають в живому органiзмi канцерогенну, мутагенну, ембрiотоксичну, гонадотоксичну дiю [4, 9, 19].
Токсичшсть мет^в прямо пропорцшно залежить вщ фiзико-хiмiчних властивостей води (температури, вмiсту кисню, твердост^ рН середовища, йонно! сили, наявност хелатуючих агентiв, домiшок iнших речовин ) [30].
З еколого-токсиколопчних позицш не всi важкi метали можуть бути оцiненi однозначно. Серед важких металiв особливу загрозу для гiдробiоценозiв становлять: свинець, кадмiй, мiдь, цинк, хром i ртуть [16, 17, 31]. Навт незначнi концентрацi! цих металiв порушують екологiчну рiвновагу i через токсичний стрес спричиняють незворотш функцiональнi порушення, а часом i смерть гiдробiонтiв [20, 25]. Перш за все, щ метали у значних об'емах використовуються у виробничш дiяльностi людини [31, 36]. До прикладу, свинець включений до групи металiв, гранично допустимi концентрацi! яких значно перевищують реальнi природнi фоновi значення. Дослiдження токсично! забрудненостi iхтiофауни поверхневих вод Укра!ни, показали, що за вмiстом йонiв РЬ2+ у рибi понад 15% водойм перевищують допустимi норми, при цьому близько 5% - бшьш нiж удвiчi [31].
За даними деяких авторiв (I. I. Грициняк, Т. Г. Литвинова, Н. Л. Колесник), залежно вщ здатностi накопичувати важкi метали, органи i тканини риб можна розмшти в такiй послiдовностi: юстки > зябра > печiнка > нирки > шюра > м'язи [9].
Мехашзм дi! йонiв важких металiв базуеться на !х здатност утворювати в живих тканинах стшю зв'язки iз сiрковмiсткими лiгандами, джерелами яких можуть бути бшки та низькомолекулярш тiоли [14]. [ Токсичнi ефекти важких металiв реалiзуються переважно за конкурентним мехашзмом з iншими металами. Вiдома конкуренцiя наступних металiв [15]: кадмш - кальцiй, мiдь, цинк; мщь - цинк, марганець, шкель; нiкель - кальцiй, магнiй, залiзо, мiдь, цинк; хром - залiзо, марганець, кобальт, мiдь; молiбден - мщь, свинець; марганець - магнш, цинк; цинк - марганець, кобальт, мщь, кадмш.
Встановлено, що за умов забруднення водних екосистем важкими металами знижуеться виживання, темпи росту та розвитку риб, продуктившсть !х популяцiй, порушуються мiжпопуляцiйнi зв'язки та екологiчна рiвновага [10, 27, 28, 33].
Таким чином, наукову i практичну актуальнiсть становить подальше дослiдження особливостей впливу йошв важких металiв на оргашзм риб, оскiльки риби е найбшьшою групою хребетних, якi займають значну частину водних екосистем [11]. Доцшьшсть таких дослiджень зумовлена необхщшстю корекцi! кругообiгу важких металiв у навколишньому природному середовищi та зменшенш екологiчного напруження в окремих ланках трофiчного ланцюга.
Лггература
1. Арсан В. О. Енергозабезпечення оргашзму коропа при адаптацп до змш концентрацп юшв важких металiв у водному середовищi : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. бюл. наук / В. О. Арсан. - Ки!в, 2004. - 20 с.
2. Б^ндикащя стану забруднення вод токсикантами [Електронний ресурс] / О. З. Злотш, О. О. Дегтярьова // Охорона довкшля. Нацюнальна бiблiотека Укра1ни iменi В. I. Вернадського. - Режим доступу до журн.: http://www.nbuv.gov.ua/portal/soc циш/7прМпри/Бю1/2008 10/23.Ыт1
3. Брагинский Л. П. К методике токсикологического експеримента с тяжелыми металлами на гидробионтах / Л. П. Брагинский, П. Н. Линник // Гидробиол. журн. - 2003. - Т. 39, № 1. - С. 92-104.
4. Будников Г. К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных экосистем / Г. К. Будников // Соросовский образовательный журнал. -1998. - № 5. - С. 23-29.
5. Воробьев В. И. Микроэлементы и их применение в рыбоводстве / В. И. Воробьев. - М.: Пищевая пром-сть, 1979. - 184 с.
6. Вредные вещества в промышленности. Неорганические и элементоорганические соединения. / Под ред. Н.В. Лазарева. - Л.: Химия, 1977. - 608 с.
7. Гладышев М. И. Содержание металлов в экосистеме и окрестностях рекреационного и рыбоводного пруда Бугач / М. И. Гладышев, И. В. Грибовская, Е. А Иванова // Водные ресурсы. - 2001. - Т. 28, № 3. - С. 320-328.
8. Гомбоева С. В. Экологические особенности распределения тяжелых металлов в рыбах Байкальского региона : автореф. дис... канд. биол. наук / С. В. Гомбоева. - Улан-Удэ, 2003. - 22 с.
9. Грициняк I. I. Споаб прогнозування концентрацш деяких важких металiв в органах i тканинах коропових риб / I. I. Грициняк, Т. Г. Литвинова, Н. Л. Колесник // Рибогосподарська наука Укра!ни. - 2009. - № 2. - С. 21-24
10. Грициняк I. I. СпоЫб прогнозування концентрацш Бе, Мп, N1, Со у органах i тканинах коропа та товстолоба / I. I. Грициняк, Т. Г. Литвинова, Н. Л. Колесник // Рибогосподарська наука Украши. - 2009. - № 4. - С. 11-15
11. Данилiв С. I. Реакщя лейкоциив периферично! кровi коропа на надлишковi концентрацп свинцю / С. I. Данилiв, М. А. Мазепа // Рибогосподарська наука Укра!ни. - 2009. - №2. - С. 105-109
12. Евтушенко Н. Ю. Особенности накопления тяжелых металлов у тканях рыб Кременчугского водохранилища / Н. Ю. Евтушенко, О. В. Данилко // Гидробиол. журн. - 1996. - Т. 32, № 4. - С. 58-66.
13. Евтушенко Н. Ю. Роль макро- и микроэлементов в метаболизме пресноводных рыб : атореф. дис.докт. биол. наук / Н. Ю. Евтушенко. -Москва, 1985. - 41с.
14. Заботкина Е. А. Влияние тяжелых металлов на иммунофизиологический статус рыб / Е. А. Заботкина, Т. Б. Лапирова // Успехи соврем. биологии. - 2003. - Т. 123, № 4. - С. 401-408.
15. Иванов В. В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: в 6 кн./ Под ред Э.К. Буренкова. - М.: Экология, 1995. - Кн. 4. - 416 с.
16. Калининградский рыболовный клуб. Опасно: сточные воды! [Электронный ресурс] / А. Канаев, В. Метелев // ВИЭБ "Рыбоводство и рыболовство. - 1968 г. - № 3-5. - Режим доступа до журн. : http://www.kaliningrad-fishing.ru/zhur-mix/rr/rr-0045.html
17. Касумян А. О. Воздействие химических загрязнителей на пищевое поведение и чувствительность рыб к пищевым стимулам / А. О. Касумян // Вопросы ихтиологии. - 2001. - Т. 41, № 1. - С. 82-95.
18. Коновалов Ю. Д. Связывание кадмия и ртути белками и низкомолекулярными тиоловыми соединениями рыб / Ю. Д. Коновалов // Гидробиол. журн. Экологическая физиология и биохимия водных животных. -1992. - Т. 39. - № 1. - С. 42-51.
19. Коршун М. М. Довкшля та здоров'я / М. М. Коршун. - 2002.-№4(23). - С. 51-56.
20. Линник П.Н. Кадмий в поверхностных водах: содержание, формы нахождения, токсическое действие / П. Н. Линник, И. В. Искра // Гидробиол. журн. - 1997. - Т. 33, № 6. - С. 72-85.
21. Линник П. Н. Роль растворенных органических веществ в миграции цинка, свинца и кадмия в водохранилищах Днепра / П. Н. Линник, И.В Искра // Водные ресурсы. - 1997. - 24,4. - С. 494-502.
22. Линник П. Н. Формы нахождения тяжелых металлов - составная часть экотоксикологической характеристики водных экосистем / П. Н. Линник // Водные ресурсы. - 1989. - № 1. - С. 123-135.
23. Лукьяненко В. И. Общая ихтиотоксикология / В. И. Лукьяненко. -М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982. - 320 с.
24. Мурадова Г. Р. Влияние ионов кадмия и свинца на некоторые показатели липидного обмена и систему антиоксидантной защиты карпа (Cyprinus carpió L.) : автореф. дис. ... канд. биол. наук / Г. Р. Мурадова. -Махачкала, 2007. - 22 с.
25. Мур Дж. Тяжелые металлы в природных водах / Дж. Мур. С. Рамамурти. - М. : Мир, 1987. - 285 с.
26. Назыров А. Д. Биоаккумуляция тяжелых металлов, диоксинов и влияние на гематологические и биохимические показатели гидробионтов р. Уфа: автореф. дис. ... канд. биол. наук / А. Д. Назыров. - Уфа, 2003. - 23 с.
27. Немова Н. Н. Биохимические эффекты накопления ртути у рыб / Н. Н. Немова. - М.: Наука, 2005. - 164 с.
28. Немова Н. Н. Биохимическая индикация состояния рыб / Н. Н Немова, Р. У. Высоцкая. - М.: Наука, 2004. - 210 с.
29. Никаноров А. М. Биомониторинг металов в пресноводных экосистемах / А. М. Никаноров, А. В. Жулидов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. -327 с.
30. Патин С. А. Микроэлементы в морских оргашзмах и водах экосистемах / С. А. Патин, Н. П. Морозов. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981. - 182 с.
31. Пилипенко Ю. В. М!грацшш шляхи розповсюдження юшв важких мет^в в органах i тканинах риб-бiомелiораторiв в умовах малих водосховищ / Ю. В. Пилипенко, О. О. Бедункова, G. Ю. Пилипенко // Вкник НУВГП. - Рiвне, 2007. - вип. 2(38). - С. 313-318.
32. Пилипенко Ю. В. Оценка пищевого качества рыб- биомелиораторов на содержаниетяжелых металлов / Ю. В. Пилипенко // Гидробиол. журн. - 2007.
- Т. 43, № 5. - С. 64-77.
33. Реакция иммунной системы рыб на загрязнение воды токсикантами и закисление среды / [В. Р. Микряков, Л. В. Балабанова, Е. А. Заботкина. и др. ].
- М. : Наука, 2001. - 126 с.
34. Романенко В. Д. Основи гщроекологп. / В. Д. Романенко. - Кшв : Обереги, 2001. - 728 с.
35. Ситник Ю. М. Еколого-токсиколопчна характеристика Чорного Великого озера Шацького нащонального природного парку / Ю. М. Ситник, П. Г. Шевченко, Ю. М. Забиивський // Вюник Львiв. ун-ту серiя бюлопчна. -2007. - Вип. 43. - С. 13-26
36. Трахтенберг И. М. Тяжелые металы во внешней среде. Современные гигиенические и токсиологические аспекты / И. М. Трахтенберг, В. С., Колесников, В. П. Луковеноко. - Минск : Наука и техника, 1994. - 285 с.
37. Федоненко О. В. Розподш свинцю та кадмш в екосистемi самарського рибницького ставу / О. В. Федоненко, Т. С. Шарамок, Н. Б Ссшова. // Вкник Харювського нащонального ушверситету iменi В.Н.Каразша. Серiя: бюлопя. -2007. - Вип. 6, № 788. - С 105-109
38. Хоменчук В. О. Бiохiмiчнi особливост проникнення i розподшу деяких важких металiв в органiзмi коропа лускатого : автореф.дис. на здобуття наук. ступеня канд. бюл. наук / В. О. Хоменчук. - Львiв, 2003. - 18 с.
39. Speciation and mobility in straw and wood combustion fly ash. / [K. H. Hansen, A. J. Pedersen, L. M. Ottosen et al.] // Chemosphere. - 2001. - V 45. - P. 123-128.
40. The relative importance of water and food as cadmium source to Daphnia magna Straus / [C Barata, S. J. Markich, D. J. Baird et al.] // Aquat. Toxicol. - 2002.
- V. 61. - P.143-154.
Summary V. V. Snitinskiy, M. Ya. Onyskovets Lviv National Agrarian University MAIN MECHANISMS OF ACTION OF THE HEAVY METALS TOXIC IONS ON THE FISH ORGANISM The article analyzes the problem of aquatic ecosystems contamination with a heavy metals. It summarizes a literature data on the basic mechanisms of toxic effects of heavy metal ions on the fish organism.
Стаття надшшла до редакци 26.04.2011
