CC BY
472
Экология животных Юг России: экология, развитие. №4, 2009
Ecology of animals_gggjf^j^_The South of Russia: ecology, development. №4, 2009
рополья. - Ставрополь, 1984. - Вып. 3. - С. 149-165. 4. Акопова Г.В. Ласточки - поставщики гнезд воробьям // Природные ресурсы и экологическое образование на Северном Кавказе: Материалы межрегиональной научно - практической конференции. - Ставрополь, 1998. - С. 70. 5. Акопова Г.В., Ильюх М.П., Хохлов А.Н. Экология размножения деревенской ласточки и воронка в Ставропольском крае. - Ставрополь, 2000. - 100 с. 6. Доржиев Ц.З., Доржиева В.Д. Особенности гнездования полевого воробья в населенных пунктах Забайкалья // Фауна и экология наземных позвоночных животных на территориях с разной степенью антропогенного воздействия: Межвузовский сборник научных трудов. - М., 1985. - С. 21-34. 7. Коваль Н.Ф., Самарский С.Л. Особенности размножения воробья полевого (Passer montanus L.) в фруктовых насаждениях Среднего Приднепровья // Вестник зоологии. - Киев, 1972. - № 3. - С. 62-66. 8. Wimberger Peter H. The use of green plant material in bird nests to avoid ectoparasites // Auk. - 1984. - 101. - № 3. - P. 615 - 618. 9. Чурсинова H.B. О необычной находке в гнезде домового воробья // Кавказский орнитологический вестник. - Ставрополь, 2001. - Вып. 13. - С. 160. 10. Хохлов А.Н. О зимнем и ранневесеннем гнездовании домового воробья в Центральном Предкавказье // Кавказский орнитологический вестник. - Ставрополь, 1992. - Вып. 3. - С. 144-145. 11. Ильенко А.И. Экология домовых воробьев и их эктопаразитов. - М.: Наука, 1976. - 120 с. 12. Матюхин A.B., Пваницкий В.В. О зимнем размножении домовых воробьев в Московской области // Птицы и урбанизированный ландшафт: Сборник кратких сообщений. - Каунас, 1984. - С. 95-96. 13. Лэк Д. Численность животных и ее регуляция в природе. - М., 1957. - 403 с. 14. Чурсинова Н.В., Ильюх М.П. Эффективность размножения полевого воробья в Ставропольском крае // Природные ресурсы и экологическое образование на Северном Кавказе: Материалы 2-й межрегиональной научно - практической конференции. - Ставрополь, 2002. - С. 104106. 15. Чурсинова Н.В., Хохлов А.Н., Ильюх М.П. Об эффективности размножения домового воробья в Ставропольском крае // Кавказский орнитологический вестник. - Ставрополь, 2002. - Вып. 14. - С. 108-111.
УДК 577.1: 597
ТОКСИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НИТРИТОВ НА ОРГАНИЗМ РЫБ
© 2009. Черкесова Д.У., Шахназарова А.Б.
Дагестанский государственный университет
Представлен обзорный материал, касающийся токсичности нитритов и накопления их в водных экосистемах. Образование метгемоглобина, вследствие нитритной интоксикации, приводит к развитию гемической и гистотоксиче-ской гипоксиям, нарушению метаболических и морфофизиологических процессов. Реакция рыб на воздействие нитритов зависит от вида и возраста рыб, дозы токсиканта и химического состава воды.
The article presents the data, that the toxical effect of nitrites and their accumulation in water ecosystems. Formation of methemoglobin as a result of nitrite intoxications, leads to destructions of the metabolism and morphophysiological processes. Reaction of fishes to nitrites depends on the species and age of fishes, a dose of the nitrite and chemical composition of water.
Ключевые слова: нитриты, гидробионты, метгемоглобин, гипоксия, токсичность. Keywords: nitrites, hydrobionts, methaemoglobin, hypoxia, toxicity,
В настоящее время изучение нитросоединений как токсикантов привлекает большое внимание. Накопление нитритов в водных экосистемах происходит экзогенным и эндогенным путем. Основными источниками экзогенного загрязнения водоемов нитритами являются сельскохозяйственные угодья с внесенными в почву азотными минеральными удобрениями в завышенных дозах, животноводческие фермы и комплексы, стоки предприятий по производству красителей, целлулоида и металлообрабатывающих заводов, грунтовые воды и донные отложения с высоким уровнем содержания азота, выделений рыб и беспозвоночных [13].
Эндогенное накопление нитритов осуществляется в процессе нитрификации, который включает в себя биологическое окисление аммиака до нитритов бактериями рода №1то8отопа8. Дальнейшее превращение нитритов в нитраты осуществляют бактерии рода №1тоЬас1ег. Энергия окисления аммиака и нитритов используется этими организмами на удовлетворение своих по-
требностей в углероде путем фиксации углекислоты. На эффективность процессов превращения влияют несколько факторов, включающих рН, температуру, концентрацию растворенного кислорода, численность нитрифицирующих бактерий и присутствие ингибирующих веществ [8].
При нормальных условиях фаза превращения аммиака в нитриты является лимитирующей скорость всего процесса, а превращение нитритов в нитраты происходит довольно быстро. По этой причине нитриты в большинстве природных пресных вод обычно присутствуют лишь в следовых количествах. Однако нередко процесс нитрификации остается незавершенным, что временно создает избыточный фон нитритов, которые в 10 раз токсичнее нитратов.
Процесс нитрификации может подавляться в присутствии азотистой кислоты (НК02) и не-ионизированного аммиака (КН3). Если рН среды повышается естественно или в результате добавления оснований, концентрация неионизированного аммиака повышается. Неионизированный аммиак подавляет бактерии рода №1тоЬаС:ег при концентрациях (0,1 -1,0 мг КН3/л) значительно более низких, чем таковые (10 - 150 мг/л), подавляющие бактерии рода №1то8отопа8. Это замедляет превращение нитритов в нитраты, вызывая накопление нитритов. При уменьшении рН аммоний и нитриты окисляются, происходит увеличение концентрации азотистой кислоты (НКО2), которая подавляет бактерии родов №1тоЪас1;ег и М1то8отопа8 (в диапозоне концентраций 0,22 -2,8 мг/л), что вызывает увеличение количества нитритов. Основные процессы нитрификации и денитрификации отвечают потребностям экосистемы, но вмешательство человека вносит в них изменения, а в ряде случаев оказывает разрушительное действие на водоемы и гидробионты. Нитриты негативно влияют на химические и гидробиологические показатели воды, что в конечном итоге отражается на гидробионтах. Так, нитрит натрия, начиная с концентраций 0,25 мг/л, снижает содержание кислорода в воде [6].
В результате взаимодействия нитритов с низкомолекулярными аминами образуются нитро-замины, обладающие высокой токсичностью, тератогенностью и канцерогенностью [13]. В последние годы высказывается предположение, что опухоли у рыб могут вызывать нитрозосоеди-нения, которые обладают хорошей растворимостью и значительной стабильностью в воде. Более того, нитрозосоединения могут формироваться из нитритов и вторичных аминов, образующихся в результате расщепления животных белков при гнилостных процессах. Концепция так называемого «эндогенного синтеза» нитрозаминов из предшественников, основанная на изучении этиологии опухолей у человека и млекопитающих до последнего времени не была проверена на гидробионтах. Лишь недавно удалось получить четкие данные, подтверждающие эту точку зрения
Токсичность нитритов обусловлена метгемоглобинобразующим действием, которое является одним из механизмов токсичности растворенных в воде нитритов для рыб [1].
При взаимодействии нитритов с гемоглобином осуществляется окислительно-восстановительная реакция, сопровождающаяся окислением дезоксигемоглобина в метгемогло-бин, а ионы КО2" восстанавливаются до N0" в результате акцептирования электронов. Чем выше концентрация нитритов, тем больше количество образующего метгемоглобина.
Нв + N02"+ 2Н+ = Ме1Нв + N0"+ Н2О
Взаимодействуя с восстановленным гемоглобином, окись азота (N0") образует стабильные №-N0" - комплексы. N0" образует также комплексы с негемовым железом ферментов дыхательной цепи митохондрий [1].
Присутствие высоких концентраций метгеоглобина становится визуально очевидным, поскольку кровь становится коричневой [2]. Даже незначительные концентрации нитрита, проникая через жаберный аппарат, вызывает метгемоглобинемию и функциональную анемию [23].
Гемическая и гистотоксическая гипоксия, развивающаяся вследствие интоксикации нитритами, вызывает тяжелейшие сдвиги в метаболизме, усиление процессов ПОЛ, подавление систем антиоксидантной защиты организма с последующими деструктивными процессами на уровне ферментативных реакций, гуморальных факторов регуляции и клеточных мембран. Часто повторяющаяся и длительная интоксикация организма даже небольшими дозами токсикантов, сопровождается стрессами, приводит к истощению гипофизарно-адреналовой системы, подрыву защитных сил организма и ослаблению клеточного иммунитета [9]
[10].
Показано, что при длительной, в течение 48 дней экспозиции радужной форели в среде с содержанием сублетальных доз нитрита, в первые 14 дней концентрация метгемоглобина, нитритов и нитратов в крови увеличивается, а дальнейшее воздействие токсиканта приводит к уменьшению этих показателей. Авторами высказывается предположение, что эритроциты радужной форели обладают способностью к детоксикации нитритов путем окисления их до нитратов. Процесс этот находится в зависимости от окислительной нагрузки гемоглобина и содержания нитритов в среде [18]. Признаки интоксикации, развитие анемии и лейкопении, были обнаружены у форели при сублетальных концентрациях нитрита (1,25 мг/л). В растворах с нитритами, концентрацией 10,1; 5,1 и 2,5 мг/л, выявлен обратный хронозависимый эффект: гибель форели в начале опытов в результате образования метгемоглобина, а на последующих этапах снижение смертности и восстановление цвета крови. Авторы связывают эти особенности реакции форели на нитритную интоксикацию с активацией интерреналовой железы [2].
Развитие стресс-реакции, сопровождающейся увеличением в крови стероидных гормонов, становлено при 24-часовой инкубации радужной форели Salmo irideus в среде с содержанием сублетальных концентраций нитрита (0,24 мг/л) [17].
Известна толерантность некоторых видов рыб к наличию в крови 50 % и более метгемоглобина, благодаря активно функционирующей метгемоглобинредуктазной системе, причем, активность этой системы у рыб выше, чем у человека [20].
Согласно существующим данным [16;20] содержание метгемоглобина в крови рыб зависит не только от концентрации нитритов в воде, но и от продолжительности их контакта с рыбой. Чем больше по времени рыбы находятся в нитритсодержащей воде, тем выше уровень метгемоглобина в крови.
Многие исследователи отмечали при нитритных интоксикациях у рыб мышечные судороги, расстройство равновесия, гиперемию жабр, печени, головного мозга, вакуолизацию цитоплазмы, почечного эпителия, лизис ядер, волокнистость и зернистость вещества мозга, дегенеративные изменения в нервных клетках головного мозга [8].
При непродолжительном воздействии различных концентраций нитрита натрия, превышающих ПДК в 2, 4 и 8 раз (ПДК = 0,01 мг/л) были обнаружены фазные изменения содержания фосфолипидов и холестерина в теле гуппи (Lebistes reticulates). На 10 и 16-е сутки экспозиции независимо от концентрации нитрита содержание суммарных фосфолипидов и холестерина снижается в результате вовлечения липидных компонентов клеточных мембран в катаболический процесс [11].
Повышение концентрации нитритов до 200 мг/л вызывало у карпов снижение содержания триацилглицеринов, особенно в головном мозге. Заметное снижение происходит в жирнокислот-ном составе фосфатидилхолинов и триацилглицеринов головного мозга, печени, мышц [3].
Дозы токсичности нитритов для рыб варьируют в широких пределах. На чувствительность к нитритам влияет видовая принадлежность, масса и возраст рыбы. Так, выживаемость личинок Bidyanus bidyanus при 25-дневной экспозиции в среде с содержанием нитрита 16, 2 мг/л не изменялась. Рост уменьшался при концентрации более 1,43 мг/л. При концентрация 2,78 мг/л происходило уменьшение роста на 5%. При этом, независимо от дозы токсиканта наблюдались гисто-патологические изменения в жабрах под [19]. Концентрации нитрита 2-15 мг/л летальны для некоторых теплолюбивых видов рыб, таких как толстоголовый гальян (Pimephales promelas) и сомик (Octalurus punctatus). Устойчивы к нитритам чукучан (Catostomus commersoni), карпиодес (Carpiodes cyprinus) и подкаменщик (Cottus bairdi) [8]. Однако, при высоких концентрациях нитритов замедляется рост рыб, снижается уровень гемоглобина, гематокрита, белка в крови, количество эритроцитов [25]. Дозы нитрита 12,5 мг/л в хронических экспериментах смертельны для форели. Концентрации нитрита 200, 100, 50 и 25 мг/л при 80-дневной экспозиции не оказывают смертельного действия на карпа [16]. Очевидно, толерантность карповых к действию нитрита связана с высокой концентрацией гемоглобина, достигающей 8-9 г%, и сравнительно высоким объемом крови к весу тела [7].
При концентрации нитратов и нитритов в воде (9,5 и 0,9 мг/л соответственно) в Нальчикском форелевом хозяйстве была отмечена гибель рыб в начале июня в период ливневых дождей,
после обработки водосборной площади хозяйства аммиачной селитрой и мочевиной. В течение 10 дней погибло около 1 млн. экземпляров мальков форели живой массой 15-25 г. Токсикоз протекал с характерными для данного отравления клиническими признаками: уровень метгемогло-бина достигал 20-30% у заболевших. У рыб 3-4-летнего возраста обнаруживали множественные опухоли кишечника, что, по-видимому, связано с постоянной хронической интоксикацией рыб, в период интенсивного применения азотно-минеральных удобрений [14].
Токсичность нитритов зависит от химического состава испытуемой воды [8].
Высокая смертность радужной форели обнаружена при воздействии нитритов (600 мМоль) в комбинации с аммиаком (500 мМоль). Более низкие концентрации аммиака (100-300 мМоль) в сочетании с нитритом (0-300 мМоль) вызывали спорадическую смертность особей [23].
При повышении концентрации одновалентных ионов содержание метгемоглобина в крови рыб уменьшается. Уменьшение уровня метгемоглобина у рыб более интенсивно происходит под действием ионов К, чем ионов Na и Са. Одновалентные ионы конкурируют с нитратами и инги-бируют проникновение нитритов в организм рыб через жаберный аппарат [4]. Установлено, что концентрация метгемоглобина и смертность рыб зависела от содержания ионов Cl в воде. Так, в солоноватой воде при концентрации нитритов 448 мг/л уровень метгемоглобина достигал 75,7%, а смертность составляла 33,3%. В пресной воде при концентрации нитритов 14 мг/л уровень метгемоглобина также составлял 75,7%, смертность достигала 58,5%. После выдерживания рыб в пресной воде при концентрации нитритов 14 мг/л уровень метгемоглобина достигал 68,7%. Однако после перевода рыб в чистую воду этот показатель снижался до нормального уровня через 24-26 часов. Эти данные свидетельствуют об особой опасности нитритов для рыб в пресноводных водоемах [16]. В солоноватой воде (соленость 16%) токсическое действие нитритов на молодь ханоса (Chanos chanos) значительно ослабляется, и летальные концентрации повышаются с 12 мг/л в пресной воде до 675 мг/л в солоноватой воде. Наиболее оптимальным соотношением нитрита и Cl, при котором происходит резкое снижение токсичности нитритов для рыбы, является 5:1. При таком соотношении показатель СК50 нитритов для рыбы возрастает в 5 раз [21].
Исследование воздействия нитритов на молодь белого амура (масса рыб 0,02-7,6 г) аккли-мированную к температурам 24°, 29° и 32° С в течение двух недель, показало, что на средний летальный уровень нитритов оказывает влияние масса тела и температура воды. Более крупные экземпляры белого амура, акклимированные к 29° С оказались более толерантны к нитритам, чем мелкие. Такая же тенденция отмечена и для амура, акклимированного к 32° С. Установлено, что молодь белого амура при температуре 29° С аккумулирует меньше нитритов в своем теле, чем рыбы при температуре 24° С [15].
В морской воде с добавлением нитритов у лосося были низкие уровни метгемоглобина (44%), но высокая смертность (70%). Рыбы, погибающие в пресной воде, часто имели красные жаберные лепестки, а не коричневые, типичные для метгемоглобинемии.
Таким образом, из приведенного литературного материала следует, что нитритная интоксикация вызывает широкий спектр нарушений метаболических и морфофизиологических процессов, зависящих от вида и возраста рыб, дозы токсиканта и химического состава воды.
Для лечения и профилактики отравления рыб нитритами предложены разные методы: инъекции аскорбиновой кислоты, применение метиленового синего в виде инъекций, растворов [8] или добавок в корм; внесение в воду хлоридов натрия или кальция [22;24]; внесение в воду марганцовокислого калия, установка цеолитовых фильтров на водоподаче или выстилка дна цеолитами, применение цеолитаклиноптилолита в виде муки с кормом [12]. Наиболее подходящим методом очистки среды обитания рыб от нитритов является применение восстановительной каталитической системы, представляющей собой смесь перекиси водорода, аскорбиновой кислоты и микромолей железа, практически всегда присутствующих в воде [5].
Библиографический список
1. Ажипа Я.И., Реутова В.П., Каюшин П.П. Экологические аспекты загрязнения окружающей среды нитритами и нитратами / Физиология человека. - 1990.- Т.16- № 3.- С.131-145. 2. Барсукова М.М. Изменение активности интерреналовой железы у форели при отравлении нитритами / Сб.науч.тр. Гос.НИИ оз.и
реч.рыб.хоз-ва. - 1993.- №35.- C.38-45. 3. Велдре И.А., Роома М.Я., Итра A.P., Паальме П.П. Содержание канцерогенных веществ в налиме и салаке. // В кн.: «Экспериментальная и клиническая онкология».- Таллин, 1986.- Вып.7.- С.186-193. 4. Велдре И.А., Роома М.Я. Токсическое воздействие нитритов на рыб // Экология, 1990. - №1.- С.71-73. 5. Верещагин Г.А. Биологические аспекты изучения перекисных реакций в искусственных водных экосистемах // Автореф.дис.канд.биол.наук.-М.,1988.-23 с. 6 Кокуричева М.П. О токсичности минеральных удобрений для рыб. В кн.: "Актуальные вопросы патологоанатомической диагностики болезней животных". Материалы 8 Всес.конф.по патол. анатомии животных. Витебск, 15-17 сент., 1981, Л., 1982, с.124-127. 7 Леоненко Е.П. Оснащенность организма рыб гемоглобином как показатель их жизнестойкости и продуктивности / В книге: «Экологические особенности крови рыб». - М.:Изд-во "Наука", 1990.-С.42-49. 8. Руссо Р. Последние достижения в исследованиях токсичности нитритов для рыб / Сб.:Теор.вопр.водной токсикологии. Л.: Наука, 1981.- С.186-196. 9 Таранова Н.П. Липиды ЦНС при повреждающих воздействиях. Л.: Наука, 1988.- С.72 10. Худолей В.В., Боговский С.П. Опухоли гидробионтов и монитролинг канцерогенных загрязнений биосферы. - Усп.совр.биологии, 1982, т.93, №3,с.466-472. 11. Черкесова Д.У., Исуев А.Р., Магомедгаджиева Д.Н., Абдуллаев Х.Т., Расулов С.Т. Воздействие нитритной интоксикации на содержание фосфолипидов и холестерина в теле рыб // В сб..:тез. докл. I конгр.ихтиологов России.- М.:"ВНИРО", 1997. - С.465. 12. Шахмурзов М.М., Призенко В.К. Отравление рыб нитритами в форелевых хозяйствах и организация мер борьбы с токсикозами // Вторая всесоюзная конф. по р/х токсикологии. Тез.докл.- С.-Петербург, 1991.- Т.2.- С.265-266. 13. Шахмурзов М.М., Казанчев М.Х., Гущин В.Н. Содержание нитритов и нитратов в воде и рыбе рыбохозяйственных водоемов Кабардино-Балкарии // Сб.н.тр. ВНИИ вет.сан., гигиены и экол.- 1998.- 104.- С.64-67. 14. Шахмурзов М.М. Охрана рыбохозяйственных водоемов при загрязнении азотсодержащими соединениями и пути снижения их токсичности для рыб. Авто-реф.дис.докт.биол.наук.-М.-1994.-28 15. Alcaroza G., Espina S. Bull.Environ. Contand and toxid.- 1995.- № 3.-P.473-478. 16. Almendras J.M.E. Acute nitrite Toxicity and methemoglobinemia in juvenile milkfish (Chanos Forsskal) // Aguaculture, 1987. - V.61. - №1.- P.33-40. 17. Carballo M., Munoz M.J., Cuellar M., Tarazona JV. Effects of waterborne copper, cyanide, ammonia, and nitrite on stress parameters and changes in susceptibility to sa-prolegniosis in rainbow trout // Applied and Enviromental Microbiology.- Vol.61. - №.6.- 1995.- Pp.2108-2112. 18. Doblander C., Lackner R., Can J. Oxidation of nitrite to nitrate in isolated erythrocytes:A possible mechanissm for adaptation to enviromental nitrite // Fist. Aguat.Sci. / J.Can. Sci. Halieut. Aguat.- Vol.54.- №.1.- 1997.- Pp.157-161. 19. Frances J., Allan Gl., Nowak BF. The effects of nitrite on the short-term growt of silver perch (Bidyanus bidyanus) // Aquaculture, 1998.- Vol.163. - № 1-2. - Pp. 63-72. 20. Hilmy A.M., El-Domiaty N.A., Wershana R. Acute and chronic toxicity of nitrite to Clarias lazera // Comp.Biochem. and Physiol.- 1987.- C.86.- № 2.- P. 247-253. 21. Thamavit W. Generation of high yieldes of syrian hamster cholangiocellular carcinomas and hepatocellular nodules by combined nitrite and aminopyrine administration and opesthorchis viverrini infection. // Jpn. J. Cancer Res. - 1988. -V.79. - P.909-916. 22. Tomasso J.R., Wrigt M.I., Simco B.A., Davis K.B. Ingibition of nitrite - induced toxicity in channel catfish by calcium chloride and sodium chloride//The Progressive Fish - Culturist.-1980.- 42, №3. - P.144-146. 23. Vedel NE., Korsgaard B., Jensen F. Isolated and combined exposure to ammonia and nitrite in rainbow trout: effects on electrolyte status, blood respiratory propertiers and brain glutamine/glutamate concentrations // Aguat.Toxicol. - Vol.41, no.4.- 1998.- Pp.325-342. 24. Wedemeyer G.A., Yasutake W.T. Prevention and treatment of nitrite toxicite in yuvenile steelhead trout (Salmo gairdneri)//J.Fish.Res.Board Can/ - 1978.- V.35.- №6.- P.822-827. 25. Yamagata Y., Niwa M. Nitrite toxicity to eels // Aguaculture, 1979.- 27,№1.- P.5-11.
