CC BY
15УДК 504.05/06
А.М.Пономаренко1А, Н.Ю.Степанова2, В.З.Латыпова2, МАЛеревозников1
ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РТУТИ В ТКАНЯХ И ОРГАНАХ РЫБ
В МОДЕЛЬНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ
ФГНУ «Государственный научно-исследовательский институт озерного и речного
рыбного хозяйства», С.-Петербург 2Казанский государственный университет
Дается математическое описание процесса накопления ртути в тканях и органах карпа (Cyprinus carpio L.) в модельном эксперименте при концентрации нитрата ртути 0,01 и 0,1 мг/л. Процесс накопления ртути в мышцах и костях подчиняется экспоненциальной, а в жабрах и печени — логарифмической зависимости, что отражает барьерную функцию последних для организма.
Ключевые слова: накопление ртути, ткани и органы рыб.
Введение. По объему загрязнения и по потенциальной биологической и экологической эффективности наиболее существенное влияние на водные экосистемы оказывают тяжелые металлы, поступление многих из них из антропогенных источников по объему соизмеримо с источниками естественными, а в некоторых случаях — и превосходит их. В отличие от загрязняющих органических веществ металлы практически не выводятся из водной экосистемы, так как они не транформируются при воздействии природных факторов, а лишь перераспределяются между водной, твердой фазами и биотой [14]. Что касается ртути, то ее поступление в водную среду из антропогенных источников превышает таковое из естественных более чем в 2 раза. Мигрируя по пищевым цепям, она накапливается в отдельных компонентах водной экосистемы, о чем свидетельствуют многочисленные литературные данные [1-3, 6-10, 15-17]. Предыдущими исследованиями показано [18], что даже при весьма низких концентрациях ртути в водной среде она имеет тенденцию накапливаться в биоте и в специальных искусственных серосодержащих сорбентах, используемых для целей мониторинга. Особую опасность ртуть представляет для рыб.
Целью данной работы было выявить закономерности распределения ртути по органам и тканям рыб в условиях лабораторного моделирования, исключающего влияние трофических и популяционных особенностей, природно-климатических и возрастных факторов.
Материалы и методы исследований. Исследование проводили на годовиках карпа (Сурппт carpio Ь.) массой 9,4±1,5 г и длиной 10,2+2,4 см.
* Фрагмент диссертационной работы
Рыб предварительно адаптировали в лабораторных условиях в течение 10—14 дней [13]. В лаборатории моделировали условия, характерные для зон интенсивного поступления ртутного загрязнения в водоем. В аквариумы объемом 80 л помещали рыб из расчета 2—3 г рыб на литр воды [4, 5, 11, 12]. В отстоянную водопроводную воду с низкой жесткостью (0,76 мг-экв/л), предварительно пропущенную через фильтр «Роса», добавляли раствор нитрата ртути для постоянного поддержания концентрации 0,01 мг/л в первом эксперименте и 0,1 мг/л — во втором, что соответствует 100 и 1000 ПДК. Один раз в сутки проводили замену воды с возобновлением исходной концентрации ртути. Время экспозиции составляло 40 суток, в течение всего времени проведения эксперимента в аквариумах контролировали величину рН (7,0—7,5), содержание растворенного кислорода (5,84—9,24 мг О/л), температуру воды (17,7—19,2°С).
Ежедневно в течение всего опыта рыб кормили искусственным гранулированным комбикормом К-16-82 из расчета суточного рациона 5% от массы рыбы. Корм вносили за 2 ч до смены воды [4, 5]. Содержание ртути в используемом корме не превышало нормативных величин. Все серии опытов повторяли дважды.
Через 2, 4, 10, 15, 20, 25, 30 и 40 суток из аквариума отлавливали соответствующее количество особей, промывали их дистиллированной водой для удаления слизи с поверхности, отбирали для анализа органы и ткани: печень, жабры, мышцы, кости. Образцы взвешивали, гомогенизировали. Проводили пробоподготовку для количественного определения ртути методом холодного пара атомно-абсорбционной спектроскопии на приборе Юлия-2.
Навеску исследуемого образца массой 0,2—3,0 г подвергали мокрому озолению, добавляя к образцу 15—20 см3 смеси концентрированных азотной и серной кислот (1:1) и нагревали на водяной бане с обратным холодильником в течение 60—90 мин. Горячий деструктат фильтровали, охлаждали, для полного окисления в деструктат добавляли 15 см3 5% раствора перман-ганата калия. Избыток перманганата калия удаляли добавлением 5—7 см3 раствора солянокислого гидроксиламина до обесцвечивания раствора.
Статистическую работку результатов проводили с использованием программы 81аИ8Иса 6,0.
Результаты и обсуждение. Результаты содержания ртути в тканях и органах карпа при экспонировании в лабораторных условиях при различном содержании ртути в воде обобщены в табл. С первых дней эксперимента наблюдалось накопление ртути в жабрах и печени, а через 10 дней содержание ртути во всех тканях и органах было значительно выше, чем в воде.
Среднее содержание ртути в тканях и органах карпа в обоих вариантах эксперимента можно расположить по мере убывания в следующий ряд: жабры > печень > мышцы > костная ткань.
В данном ряду на первом месте по содержанию ртути стоят жабры. В литературе [8-10, 16, 17] отмечается большее содержание ртути в печени по сравнению с другими органами в различных видах рыб, обитающих в природных условиях.
Особое положение жабр в нашем случае объясняется поддержанием постоянной концентрации ртути в воде в условиях лабораторного моделирования. Проницаемость жаберного эпителия определяется формами нахождения металла в воде, и наибольшая проницаемость характерна для ионных форм. Соединения ртути характеризуются весьма высоким сродством к твердой фазе, поэтому легко адсорбируются взвешенными частицами, теряют способность проникновения через мембраны по типу ионного обмена и накапливаются жабрами по сорбционному меха-
Таблица
Содержание общих форм ртути (мг/кг) в органах и тканях карпа в модельном эксперименте
Время экспозиции, сут. Среднее содержание (М±Д)
печень жабры мышцы костная ткань
Содержание в воде ртути, 0,01 мг/л
1 0,023+0,003 0,128+0,016 0,007+0,002 0,0016+0,0002
4 0,237+0,023 0,472+0,092 0,008+0,002 0,002+0,0002
10 1,187+0,140 5,379+0,222 0,012+0,002 0,0032+0,0004
15 1,369+0,105 6,490+0,123 0,015+0,001 0,0060+0,0004
20 2,130+0,189 6,529+0,155 0,030+0,003 0,0070+0,0004
25 4,121+0,101 8,157+0,243 0,034+0,003 0,0084+0,0004
30 3,983+0,092 7,398+0,259 0,037+0,004 0,0130+0,0006
40 4,998+0,417 7,986+0,187 0,041+0,002 0,0200+0,0010
Содержание в воде ртути, 0,1 мг/л
1 0,078+0,005 1,954+0,100 0,032+0,004 0,0060+0,0010
4 3,346+0,281 6,170+0,816 0,082+0,020 0,0180+0,0005
10 18,050+1,778 23,640+1,656 0,138+0,017 0,042+0,002
15 24,530+ 0,257 26,110+2,775 0,218+0,019 0,058+0,003
20 33,470+3,614 29,480+1,641 0,302+0,020 0,080+0,003
25 34,540+2,824 28,820+1,041 0,344+0,032 0,109+0,003
30 32,280+3,200 29,620+1,740 0,722+0,004 0,128+0,0030
40 32,760+2,820 36,400+2,557 0,872+0,042 0,615+0,092
Жабры я <"' Мышцы
/ * ' _ * '
* Печень,,''' Костная ткань
/i
ч
о
0,04
0,02
15 20 25 30 35 Время экспозиции, сутки
40
45
0,00
с
^ S рк
Рис. 1. Зависимость содержания ртути в тканях и органах карпа (Cyprinus carpió L.) от времени экспонирования в условиях лабораторного моделирования при концентрация ионов ртути 0,01 мг/л
Жабры: y = 5,74-lg x -0,82; R = 0,86; p < 0,05; Печень: y = 0,14-x - 0,25; R = 0,97; p < 0,05; Мышцы: y = 0,005+0,001-x; R = 0,96; p < 0,05; Костная ткань: y = 0,002-exp(0,066-x); R = 0,97; p < 0,05.
H? 20
И
JS 15
тут р
ие
к 5
4 о
U
О
Жабры " Печень /
/ "
Мшим X / ■/
^ТСостная ткань
■ щ ш ___
[
10 15 20 25 30 35 Время экспозиции, сутки
1,0
0,8 ^ S
И Sí
0,6 S ж
с
^ s
рк
0,2 Ü
р
0,0 § и
Рис. 2. Зависимость содержания ртути в костной ткани карпа (Cyprinus carpio L.) от времени экспонирования в условиях лабораторного моделирования при концентрация ионов ртути 0,1 мг/л
Жабры: у = 22,07-!дх -0,83; Я = 0,89; р < 0,05; Печень: у = 24,83-!дх-4,18; Я = 0,87; р < 0,05; Мышцы: у = 0,05-ехр(0,08-х); Я = 0,96; р < 0,05; Костная ткань: у = 0,01-ехр(0,10-х); Я = 0,81; р < 0,05.
низму (рис. 1, 2).
Полученный логарифмический вид зависимости в обоих случаях (рис. 1, 2) свидетельствует об общем механизме накопления ртути в жабрах — сорбция металла, главным образом, в виде неорганических соединений. Отсутствие эффекта насыщения (выхода на плато), по-видимому, связано с большой площадью поверхности жабр.
Однако ртуть присутствует в водной среде также и в органической форме в результате протекания процессов метилирования с образованием метил- и диметилртути с участием микрофлоры. Считают, что свыше 90% ртути, содержащейся в рыбе, включено в метилртуть [14]. Проникая через жаберные мембраны, органическая ртуть легко достигает внутренних органов. Опасность для гидробионтов этих форм ртути состоит в том, что во внутренних органах они легко вступают в соединения с белком, солями крови и тканей. Токсическое действие ртути и ее соединений обусловлено, главным образом, блокированием функциональных (преимущественно сульфгидрильных) групп тканевых белков, в результате чего тиогруппы теряют свои реакционные свойства.
Анализ полученных данных свидетельствует о том, что при концентрации ртути в растворе 0,01 мг/л происходит закономерное увеличение ее содержание в мышцах и печени, выражающееся линейной зависимостью (рис. 1).
При увеличении концентрации ртути в растворе накопление ее в печени носит логарифмический характер, т. е. наблюдается резкий рост содержания ртути в печени, т. к. выделение остатков поглощенных организмом и пре-
вращенных в процессе детоксикации метилор-ганических соединений происходит через печень (рис. 2). На уровне 32 мг/кг (20—25 сутки) наблюдается «насыщение» ртутью печени, после чего возможна интоксикация и гибель организма.
В мышцах также наблюдается увеличение содержания общей ртути, но вид этой зависимости несколько иной (экспоненциальный) в отличие от предыдущего случая (рис. 2). Накопление общей ртути также происходит, но в первое время этот процесс носит более замедленный характер за счет активно действующих механизмов выведения токсиканта. И только по истечении 5 суток — время максимального насыщения печени ртутью — происходит резкое ее накопление в мышцах. Подобный экспоненциальный механизм накопления общей ртути в костной ткани отмечен в обоих вариантах эксперимента (рис. 1, 2).
Костная ткань в силу своих особенностей не очень активно вовлекается в процесс миграции и трансформации ртути в ее неорганической и органической формах. Однако по мере ослабления процессов выведения ртути из организма здесь также прослеживается тенденция к резкому росту содержания ртути после 25 суток экспонирования.
Заключение. Проведенный эксперимент с содержанием годовиков карпа в среде, содержащей неорганическую ртуть в концентрациях 0,01 и 0,1 мг/л, показал, что особое положение, которые заняли жабры среди других органов и тканей по абсолютному содержанию ртути объясняется сорбционным механизмом накопления и каса-
ется, по-видимому, ее неорганических форм, содержащихся в растворе в избытке.
Процесс увеличения содержания ртути в печени связан с ее детоксифицирующей функцией в организме и имеет логарифмический характер, после достижения предела «насыщения» наблюдается резкое увеличение (экспоненциальная зависимость) содержания ртути в мышцах и костной ткани.
Список литературы
1. Голованова И.Л., Кузьмина В.В., Комов В.Т. и др. Влияние ртути на скорость и кинетические характеристики гидролиза углеводов в кишечнике окуня// Современные проблемы водной токсикологии. — Борок, 2002. — С. 33.
2. Гремячих В.А., Гребенюк Л.П., Степанова И.К. Накопление ртути и ее влияние на личинок комаров СМгапошш plumosus // Современные проблемы водной токсикологии. - Борок, 2002. — С. 10.
3. Комов В.Т., Лапкина Л.Н., Степанова И.К. Экспериментальное доказательство реальной опасности метилртути, накопленной в рыбе, для гидробионтов // Современные проблемы водной токсикологии. - Борок, 2002. — С. 15.
4. Крьлов О.Н. К методике гематологического обследования рыб при отравлениях. // Известия ГОСНИОРХ. Л., 1974.- Т.98. - С.95-99.
5. Крьлов О.Н. Методические указания по гематологическому обследованию рыб в водной токсикологии. - Л.: Изд-во ГосНИОРХ, 1974. - 40с.
6. Лапкина Л.Н., Комов В.Т., Степанова И.К. Влияние алиментарно поступающей ртути на результативность реакций у хищника и жертвы // Современные проблемы водной токсикологии. Борок, 2002. - С.48.
7. Латыпова В.З., Селивановская С.Ю., Степанова Н.Ю. и др. Региональное нормирование антропогенных нагрузок на природные среды. — Казань: Изд-во «Фэн», 2002. — 345 с.
8. Леонова Г.А., Аношин Г.Н., Кузнецова А.И. и др. Биогеохимическая индикация загрязнения тяжелыми металлами некоторых водохранилищ Си-
бири (Иркутское, Братское, Новосибирское) // Материалы международного симпозиума «Геохимия ландшафтов, палеоэкология человека и этногенез». — Улан-Уде, 1999. — С. 336-338.
9. Леонова Г.А., Бычинский В.А. Гидробионты Братского водохранилища как объекты мониторинга тяжелых металлов // Вод. ресурсы, 1998. — Т. 25. — № 5. — С. 603-610.
10. Леонова Г.А., Щербов Б.Л., Страховен-ко В.Д. и др. Сравнительная оценка экологического состояния водоемов нефтедобывающих районов (север Западной Сибири) и фоновых территорий (Алтайский край) // Экориск. — Томск, 2000. — С. 234-238.
11. Лесников Л.А. Разработка нормативов допустимого содержания вредных веществ в воде рыбохозяйственных водоемов // Известия ГосНИ-ОРХ — Л., 1979. — Т. 98. — С. 3-41.
12. Лукьяненко В.И. Методы исследований токсичности на рыбах. — М.: Агропромиздат, 1985. — 117 с.
13. Подоба З.П. К вопросу о методике проведения токсикологических опытов с рыбами и установления ПДК// Симпозиум по водной токсикологии. — Л., 1969. — С. 93-94.
14. Филенко О.Ф. Водная токсикология. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. — 154 с.
15. Bargagli R. Effects of abandoned mercury mines on terrestrial and aquatic ecosystems// Contaminated Soils. 3rd International Conference on the Bi-ogeochemistry of trace elements, 1995. — Р. 255-265.
16. BargagliR., Corsolini S., FossiM.C. etal. Antarctic fish Trematomus Bernacchii as biomonitor of environmental contaminants at Terra Nova Bay Station (Ross Sea) //Mem. Natl Inst. Polar Res., Spec. Issue, 1998.- V. 52. — Р. 220-229.
17. Bargagli R., Monaci F., Sanchez-Hernandez J.C. et al. Biomagnification of mercury in an Antarctic marine coastal food web // Mar Ecol/ Prog/ Ser., 1998. — V. 169. — P. 65-76.
Материал поступил в редакцию 27.06.06.
A.M.Ponomarenko1, N.Yu.Stepanova2, V.Z.Latypova2, MA-Perevoznikov1
SPECIFIC CHARACTER OF THE MERCURY DISTRIBUTION IN FISH TISSUES AND ORGANS STUDIED IN A MODEL EXPERIMENT
1State Research Institute of Lake and River Fishery, St.Petersburg 2Kazan State University
The process of accumulation of mercury in tissues and organs of carps (Cyprinus carpio L.) is mathematically described in a model experiment at a concentration of mercury nitrate of 0.01 and 0.1 mg/l. The process of accumulation of mercury in muscles and bones obeys exponential dependence and logarithmic dependence in gills and liver which shows a barrier function of the latter for the organism.
