CC BY
120
УДК 597.5:577.170.49
В. Ф. Зайцев, Е. Н. Щербакова*
Астраханский государственный технический университет Астраханский государственный университет
СОДЕРЖАНИЕ НЕКОТОРЫХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОРГАНАХ И ТКАНЯХ ВОЛЖСКОЙ СТЕРЛЯДИ (A. STELLATUS)
Введение
Каспийское море - крупнейший на нашей планете замкнутый естественный водоем. Ихтиофауна Каспия весьма разнообразна. Здесь обитает самое многочисленное в мире стадо осетровых рыб: белуга, осетр, севрюга, шип, стерлядь, персидский осетр. Промысловое значение имеют белуга, осетр и севрюга, стерлядь добывают в небольших объемах, в основном в реке.
Положение с антропогенным загрязнением Волго-Каспийского и в настоящее время. В речной воде содержатся тысячи различных веществ [1-4], многие из них обладают выраженным токсическим действием. Загрязнение основных нерестовых рек бассейна Каспия сельскохозяйственными и промышленными сточными водами резко снизило эффективность естественного воспроизводства осетровых.
Проблему каспийских осетровых, их сохранения и воспроизводства нельзя рассматривать однозначно. На благополучие осетровых влияет комплекс факторов как экологических, так и антропогенных, причем выделить ведущий фактор, который непосредственно влияет на запасы осетровых, очень трудно. Как показали многолетние научные исследования, все факторы взаимосвязаны между собой. Изменение одного звена (фактора) повлечет за собой изменение других.
В последние годы к проблеме адаптационных возможностей рыб в условиях антропогенного загрязнения среды обитания привлечено внимание многих исследователей [5-7]. Результаты их исследований позволяют приблизиться к пониманию интегральных воздействий среды в адаптивной деятельности целого организма. В данной работе сделана попытка проанализировать содержание тяжелых металлов в организме стерляди.
Материал и методы исследований
Изучение содержания тяжелых металлов в органах и тканях (мышцы, почки, гонады, жабры, кишечник, пилорическая железа, печень) проводили методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии [8] на спектрофотометре фирмы «Hitachi», модель AAS 180-50.
Результаты и обсуждение
Распределение металлов в организме рыб зависит от геохимии среды обитания, функционального состояния организма и характера пищевых цепей водоемов [9]. Изучение содержания тяжелых металлов, являющихся
микроэлементами, в органах и тканях рыб не только способствует выяснению физиологической роли этих веществ в организме рыбы, но и может служить одним из критериев качества производителей. В [5] микроэлементы разделены на три основные группы. Первая группа - эссенциальные микроэлементы: железо, медь, цинк, марганец, кобальт, хром, селен, молибден, йод. Вторая группа - условно эссенциальные микроэлементы: мышьяк, бор, бром, фтор, никель, кремний, ванадий. Третья группа - токсичные микроэлементы: алюминий, кадмий, свинец, ртуть, бериллий и висмут.
В исследованиях была предпринята попытка определить у половозрелых особей стерляди уровень содержания микроэлементов всех групп. Из первой группы - железо, цинк, медь, кобальт, марганец; из второй - никель и из третьей - кадмий, свинец.
Эссенциальные микроэлементы в тканях стерляди. Железо -широко распространенный в природе элемент. Ранее его относили к макроэлементам в связи с относительно высоким содержанием в организмах и тканях живых организмов.
Железо выводится из организма в основном через желудочнокишечный тракт и почки.
У стерляди самое значительное количество этого элемента содержит печень - 386,13 ± 1,6 мг/кг сухого вещества (как известно, у рыб и теплокровных животных печень - функциональное депо железа). Количество железа в жабрах и почках составляло соответственно 171,13 ± 1,4 и 159,93 ± 2,7 мг/кг сухого вещества. Значительное содержание железа в жабрах и почках обусловлено участием этих органов в гемопоэзе и их интенсивным кровоснабжением. По данным В. И. Воробьева [9], содержание железа в икре растительноядных рыб варьировало от 17,9 до 21,2 мг/кг, по данным наших исследований у половозрелых особей стерляди уровень содержания железа составил в гонадах 63,86 мг/кг. Это свидетельствует о том, что интенсивный процесс кровоснабжения гонад в преднерестовый период способствует накоплению в них железа. Необходимо отметить, что резервное железо, депонированное в печени в виде сложных железобелковых комплексов, расходуется прежде всего на образование пигментов крови.
Медь является одним из незаменимых микроэлементов, необходимых для жизнедеятельности животных и растений. Важной функцией меди в организме является ее участие в синтезе гемоглобина. А. И. Войнар [10] подчеркивал, что замена меди другими элементами в процессах кроветворения невозможна. Содержание меди регулируется центральной нервной системой, а также железами внутренней секреции.
Исследования показали, что печень имела самое высокое содержание меди, в среднем 20,01 мг/кг. Ключевую роль в обмене меди играют клетки печени - гепатоциты. Этим и объясняется большое количество меди, содержащееся в печени. Количество меди в жабрах, почках и кишечнике - 9,46; 9,95; 12,44 мг/кг сухого вещества соответственно относительно небольшое. Содержание меди в жабрах и почках оказалось в 2,1 раза меньше, чем в печени, в кишечнике - меньше в 1,6 раза. В то же время относительно высокие показатели содержания меди в печени (орган, депонирующий медь), почках, жабрах, стенках кишечника свидетельствуют о том, что процесс кроветворения у стерляди находится в угнетенном состоянии.
Содержание меди в гонадах самок и самцов стерляди в среднем составило 9,79 ± 0,8 мг/кг, причем самые высокие значения отмечены у самцов - 11,74 ± 0,7 мг/кг. Различия в содержании меди в тканях самок и самцов статистически достоверны (р < 0,05).
Цинк входит в состав многих ферментов. Наибольшая потребность в цинке отмечена в период интенсивного роста и полового созревания рыб.
Самое высокое содержание цинка отмечено в печени стерляди -98,27 мг/кг сухого вещества. Довольно высоким оказался уровень накопления цинка в кишечнике - 127,97 мг/кг сухого вещества, что, по-видимому, связано с содержанием цинка в кормовых организмах, которыми питается стерлядь. Относительно высоким оказалось содержание цинка в гонадах - 48,92 мг/кг сухого вещества с преобладанием его у самцов. Накопление цинка гонадами в преднерестовом состоянии связано, вероятно, с присутствием высокоактивных металлорганических комплексов и ферментов. Различия в количестве цинка в тканях у самок и самцов статистически достоверны (р < 0,05).
Считается, что марганец связан с ферментами, гормонами, витаминами [10] и участвует в биологическом катализе, стимулируя белковый, углеводный и липидный обмен. Марганец оказывает значительное влияние на рост, размножение, кроветворение у рыб [9]. Обмен марганца находится под контролем нервной и эндокринной систем. Исследование различных органов стерляди на содержание марганца свидетельствует об относительно низких показателях его накопления.
Исследование показало, что содержание марганца в тканях стерляди небольшое. Максимальное его содержание - 6,04 мг/кг сухого вещества -было обнаружено в кишечнике. По-видимому, значительный дефицит марганца в пищевых цепях у стерляди приводит к относительно низкому уровню накопления марганца в тканях, что ухудшает продуктивную способность производителей.
Общеизвестно, что кобальт положительно влияет на процесс кроветворения у разных животных. Избыток кобальта, наоборот, угнетает гемо-поэз, а при его недостатке развивается анемия. Физиологические дозы кобальта стимулируют образование гемоглобина в эритроцитах. Во всех исследованных органах самок и самцов стерляди отмечено относительно небольшое содержание кобальта. Максимальное содержание этого элемента было обнаружено в печени - 1,87 мг/кг сухого вещества, а минимальное в мышцах - 0,34 мг/кг сухого вещества.
Следует отметить, что основной биологической функцией кобальта в организме животных является его присутствие в молекуле витамина В12, поскольку, по мнению многих исследователей, дефицит витамина В12 в организме является следствием недостаточного поступления кобальта в организм с питанием. Витамин В12 образуется в печени, и недостаток в ней кобальта может вызывать авитаминоз, анемию крови разной степени.
Никель по механизму своего биологического действия проявляет заметное сходство с железом и кобальтом. Недостаток его содержания в организме животных ведет к задержке роста, повышенной смертности
производителей и их потомства, снижению уровня гемоглобина [9]. Содержание никеля в тканях производителей стерляди относительно невысокое, но выше, чем содержание кобальта.
Максимальные значения по содержанию никеля в органах отмечены в пилорической железе - 6,49 мг/кг сухого вещества, минимальные -в жабрах - 0,92 мг/кг сухого вещества. В литературе отсутствуют сведения по содержанию никеля в тканях стерляди, хотя, по данным В. И. Воробьева [9], содержание никеля в печени проходных осетровых Каспия составляло 2,14-10,57 мг/кг, что мало отличается от полученных нами результатов.
Токсичные микроэлементы в тканях стерляди. Известно, что каждый микроэлемент имеет присущий ему диапазон безопасной экспозиции, который поддерживает оптимальные тканевые концентрации и функции. У каждого микроэлемента имеется свой токсический диапазон, когда безопасная степень его содержания превышена.
Свинец обнаружен во всех органах, причем максимальное его количество обнаружено в жабрах - 3,76 мг/кг сухого вещества. Высокое содержание свинца выявлено также в мышцах, почках - 1,81 и 1,79 мг/кг сухого вещества соответственно и пилорической железе и печени - 1,60 и 1,29 мг/кг сухого вещества соответственно.
Кадмий - один из продуктов радиоактивного распада. При фоновых концентрациях в окружающей среде он накапливается в первую очередь в почках и печени. Если кадмий поступает в организм в виде солей, то его накопление отмечается прежде всего в печени. Если же его вводят в организм в составе металлоидина, то повышение концентрации кадмия отмечается в почках [5]. У производителей стерляди кадмий накапливается преимущественно в печени, кишечнике, почках - 1,77; 1,21 и 0,89 мг/кг сухого вещества соответственно. Минимальное количество этого микроэлемента обнаружено в мышцах - 0,38 мг/кг сухого вещества. Как известно, кадмий длительно хранится в организме, имея необычно долгий период выведения, составляющий, в частности, у человека, около 25 лет.
В связи с достаточно большим количеством кадмия в изученных тканях стерляди следует отметить отрицательное влияние этого элемента на качество половых продуктов и потомства.
Заключение
Таким образом, среди выявленных микроэлементов содержание железа и цинка в тканях стерляди находится на уровне средних показателей рыбоводной зоны дельты Волги [6]. В тканях стерляди отмечается значительный дефицит таких микроэлементов, как марганец, медь, кобальт. В связи с этим вполне объяснимы симптомы анемии разной индивидуальной выраженности почти у всех исследованных особей нижневолжской стерляди. Наряду с этим наличие относительно большого количества условно эссенциального микроэлемента - никеля и токсичных микроэлементов - свинца и кадмия во всех тканях стерляди объясняет их морфофункциональные изменения.
Следует подчеркнуть, что преобладание таких микроэлементов, как железо, цинк и медь отмечено практически во всех органах. В наиболее высоких концентрациях присутствует железо. Цинк по уровню накопления в отдельных случаях уступает железу, например, в почках. Суммарное содержание железа и цинка во всех органах составляет около 95 % общего количества содержания металлов в конкретном органе. Медь уступает и цинку, и железу.
Содержание свинца в органах стерляди сравнительно невелико. Резко выраженная кумуляция данного металла отмечена только в жабрах. Печень, гонады имеют сходный ряд накопления металлов.
Печень, гонады: Fe > 2п > Си> Мп > № > Со > Cd > РЬ.
Кишечник: Fe > 2п > Си > Мп > № > Cd > Со > РЬ.
Жабры: Fe> 2п > Си > Мп > РЬ > № > Со > Cd.
Пилорическая железа: 2п > Fe > Си > № > Мп > Cd > РЬ > Со. Селезенка: Fe > 2п > Си > Мп > № > РЬ > Со > Cd.
Мышцы: Fe > 2п > Си > Мп > № > РЬ > Со > Cd.
Почки: Fe > 2п > № > Си > Мп > РЬ > Со > Cd.
Соотношение отдельных металлов в половых железах самок и самцов стерляди значительно отличается. У самок интенсивнее накапливаются медь и марганец - в 1,5 раза. Во всех исследованных органах доля железа составляет в среднем 64,27 % общего количества обнаруженных металлов, доля цинка - 29,99 %, меди - 3,24 %, никеля - 0,76 %, свинца - 0,22 %, марганца - 1,08 %. Уровень накопления кобальта не превышает 0,23 %, кадмия - 0,21 %. Максимум концентрации кадмия отмечен в почках самцов -
0.58.%, в среднем по всем органам - 0,32 %.
Накопление в организме стерляди микроэлементов повышенной концентрации может привести к нарушению физиолого-биохимических процессов с последующими морфофункциональными изменениями патологического характера в органах и тканях. Степень адаптивных реакций отдельных органов у стерляди варьирует в соответствии с ежегодно меняющимся фоновым уровнем загрязнения волжской воды.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Брукс Р. Р. Загрязнение микроэлементами // Химия окружающей среды. - М.: Химия, 1982. - С. 371-414.
2. Будников Г. К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных экосистем // Соросовский образовательный журнал. - 1998. - № 5. - С. 23-29.
3. Линник Г. Н. Формы миграции тяжелых металлов и их действие на гидробио-нтов // Экспериментальная водная токсикология. - 1986. - Вып. 11. - Рига. -
С. 144-154.
4. Спозито Г. П. Распределение потенциально опасных следовых металлов // Некоторые вопросы токсичности металлов. - М.: Мир, 1993. - С. 9-24.
5. Андреев В. В. Видовые особенности содержания микроэлементов и показателей крови осетровых рыб в период нерестовой миграции // Роль микроэлементов в жизни водоемов. - М., 1980. - С. 122-139.
6. Попов П. А., Андросова Н. В., Аношин Г. Н. Накопление и распределение тяжелых и переходных металлов в рыбах Новосибирского водохранилища // Вопросы ихтиологии. - 2002. - Т. 42, № 2. - С. 264-270.
7. Рыжков Л. П., Савицкая Ю. С. Сезонная динамика содержания тяжелых металлов в органах рыб // Экологическая физиология и биохимия рыб: Тез. докл. -Ярославль, 2000. - С. 118-119.
8. Брицке М. Э. Атомно-адсорбционный спектрохимический анализ. - М.: Химия, 1982. - 223 с.
9. Воробьев В. И. Биогеохимия и рыбоводство. - Саратов: МП, Литера, 1993. - 224 с.
10. Войнар В. И. Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека. - М.: Высш. шк., 1960. - 240 с.
Статья поступила в редакцию 24.03.06, в окончательном варианте - 20.04.06
THE CONTENTS OF SOME HEAVY METALS IN ORGANS AND TISSUES OF THE VOLGA STERLET (A. STELLATUS)
V. F. Zaitsev, E. N. Shcherbakova
It is established that the contents of iron and zinc in tissues of Volga sterlet manufacturers is at the level of average indices of a fish-breeding zone of the delta of the Volga. A significant deficiency of such microelements as manganese, copper, cobalt has been found out in tissues of the A. stellatus. The presence of rather a large quantity of a conditioned-essential microelement (nickel), and toxic microelements (such as lead and cadmium) in muscles, kidneys, gonads, gills, intestines, pyloric gland and liver of the A. stellatus is revealed.
