Особенности распределения и накопления тяжелых металлов в органах и тканях рыб

Особенности распределения и накопления тяжелых металлов.

УДК 591.5

И.А. Газина

Особенности распределения и накопления тяжелых металлов в органах и тканях рыб

В последние десятилетия заметно повысился интерес к микроэлементам группы тяжелых и переходных металлов в связи с загрязнением природной среды. В районах, подверженных интенсивному антропогенному воздействию, возникла опасность существенного нарушения естественного фона и соотношений металлов в окружающей среде, особенно водной. Биологические и экологические последствия таких антропогенных аномалий не могут не привлекать пристального внимания, так как в отличие от других веществ, загрязняющих среду, металлы в естественных условиях не разрушаются, а лишь меняют форму нахождения в зависимости от ряда факторов.

Опасность изменения фонового содержания металлов объясняется тем, что они являются компонентами главнейших физиологических регуляторов - ферментов, гормонов, витаминов. Без их участия невозможны дыхание, образование крови, белковый, углеводный и жировой обмен. Причем оптимальные области концентраций элементов достаточно узки, и обычно это микроколичества, составляющие пренебрежимо малую весовую часть живого вещества. Кроме того, металлы способны оказывать как стимулирующее, так и ингибирующее воздействие не только на отдельные организмы и их популяции, но и на биопродукционные процессы в водных экосистемах. Характерно, что переход от стимуляции к ингибированию может происходить в довольно узком диапазоне, иногда даже при удвоении природной концентрации металла [1, 2].

Сведения о микроэлементном составе органов и тканей можно использовать для оценки качества водоема. Рыбы занимают в биоценозах водных экосистем верхний трофический уровень. Повышенное содержание в их организме металлов свидетельствует о накоплении последних в пищевых цепях, функциональном нарушении во всех звеньях экосистемы, что в конечном итоге отражается на здоровье человека как потребителя продукции.

Цель нашей работы - выявить наиболее общие, характерные для ихтиофауны Сибири закономерности накопления и распределения в организме рыб Ре, Мп, 2п, Си, РЬ, Сс1 и Нд.

Металлы в организме рыб распределены неоднородно, подчиняясь некоторым общим закономерностям, связанным с физико-химическими свойствами самих металлов, и со спецификой тканей и органов рыб. Если расположить элементы в порядке убывания их концентраций в органах и тканях, то получаются следующие ряды [3]:

Скелет Ре е» 2п > Мп > Си > РЬ > Нд > СС

Мышцы Ре > 2п > Си > Мп > Нд = РЬ > СС

Печень Ре > 2п > Си > Мп > СС > РЬ > Нд

Сердце Ре > 2п > Си > Мп > РЬ = Нд > СС

Жабры Ре е» 2п > Мп > Си > РЬ > Нд > СС

Хотя в этих ранжированных рядах нивелированы все видовые, возрастные и половые различия в концентрациях рассматриваемых металлов в органах и тканях, тем не менее, для оценки общих тенденций локализации элементов в организме рыб именно такое обобщение данных представляется нам наиболее приемлемым.

В целом во всех рассмотренных органах и тканях преобладают железо (Ре) и цинк (2п); минимальные концентрации характерны для свинца (РЬ), ртути (Нд) и кадмия (СС). Результаты исследований подтверждают имеющиеся в литературе сведения о высокой концентрации Ре и 2п у рыб, а также о значительных величинах коэффициентов их накопления по сравнению с другими элементами. Это явление объясняется интенсивной аккумуляцией в организме микроэлементов, которые принимают активное участие в протекании физиологических процессов [4].

По способности к концентрации тяжелых металлов внутренние органы и ткани можно расположить в следующий ряд [3]:

Ре Печень > Жабры > Сердце > Скелет > Мышцы

2п Скелет > Печень > Жабры > Сердце > Мышцы

Мп Жабры > Скелет > Печень > Сердце > Мышцы

Си Печень > Жабры > Сердце > Мышцы > Скелет

РЬ Скелет > Печень > Жабры > Мышцы > Сердце

СС Печень > Жабры > Сердце > Мышцы > Скелет

Нд Печень > Жабры > Мышцы > Скелет > Сердце

Повышенные концентрации металлов в жабрах связывают с их участием в обмене химическими элементами между водой и организмом рыб [5]. Особое место среди исследуемых внутренних органов занимает печень, которая интенсивно аккумулирует металлы, превосходя по

8 5

БИОЛОГИЯ

этому показателю остальные органы. В печени рыб обнаружены наиболее высокие концентрации Си, 2п и Ре, поскольку она является функциональным депо этих элементов. Печень содержит в значительном количестве и токсичные металлы (РЬ, СС, Нд), что обусловлено участием данного органа в процессах детоксикации. Распределение микроэлементов в остальных тканях и органах (сердце, мышцах, скелете) не подчиняется определенной закономерности.

Кроме неравномерного распределения металлов по органам имеет место вариабельность со-держан ия этих элементов в разн ых частях одного и того же органа или ткани, что объясняется различной поглотительной способностью клеток и тканей, неодинаковой химической и физической

структурой, а также различным уровнем обмена веществ. Как известно, микроэлементы группы металлов обладают высоким сродством к таким радикалам, как - ЭН, = ЫН 2, - ОН, - СООН. Между тем относительное количество этих реакционных групп и доступность их для образования металлоорганических комплексов специфично для каждой ткани и зависит от ее биохимического состава [6, 7].

Таким образом, распределение металлов по органам и тканям рыб зависит как от физикохимических свойств самих металлов, так и от физиолого-биохимической специфики тканей и органов рыб и их морфофизиологического состояния, что следует учитывать при отборе проб тканей рыб на микроэлементный анализ.

Литература

1. Патин С.А. Микроэлементы в морских организмах и экосистемах / С.А. Патин, Н.П. Морозов. - М., 1981.

2. Ветров В.А. Микроэлементы в природных средах региона озера Байкал / В.А. Ветров, А.И. Кузнецова / СО РАН, Институт геохимии. Новосибирск, 1997.

3. Попов П.А. Оценка экологического состояния водоемов методами ихтиоиндикации. Новосибирск, 2002.

4. Петухов С.А. Распределение микроэлементов группы тяжелых и переходных металлов в органах и тканях рыб / С.А. Петухов, Н.П. Морозов, М.С. Добру-

син // Экологические аспекты химического и радиоактивного загрязнения водной среды. М., 1983.

5. Евтушенко Н.Ю. Особенности накопления тяжелых металлов в тканях рыб Кременчугского водохранилища / Н.Ю. Евтушенко, О.В. Данилко // Гидробиологический журнал. 1996. Т. 32. №4.

6. Попов П.А. Накопление и распределение тяжелых и переходных металлов в рыбах Новосибирского водохранилища / П.А. Попов, Н.В. Андросова, Г.Н. Аношин // Вопросы ихтиологии. 2002. Т. 42. №2.

7. Руднева Н.А. Тяжелые металлы и микроэлементы в гидробионтах Байкальского региона. Улан-Удэ, 2001.