Содержание и особенности распределения тяжелых металлов в органах и тканях рыб Верхней Оби

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 597.08:628.394

И.А. Глазунова

Содержание и особенности распределения тяжелых металлов в органах и тканях рыб Верхней Оби

Интерес к содержанию тяжелых металлов в рыбах бассейна Верхней Оби резко возрос сравнительно недавно и связан с увеличением антропогенной нагрузки на водные экосистемы этого региона, нарушающей естественный круговорот химических элементов. Экологические последствия таких геохимических изменений 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.

Тяжелые металлы являются неотъемлемой составной частью организма, поскольку многие соединения данных элементов входят в состав ферментов, витаминов, гормонов. Без их участия невозможны дыхание, образование крови, белковый, углеводный и жировой обмены. Опасность изменения фонового содержания металлов объясняется тем, что индивидуальная потребность гидробионтов в данных элементах очень мала, а поступление из внешней среды их избыточных количеств приводит к различным токсическим эффектам и нарушению жизнедеятельности [1-3].

Сведения о микроэлементном составе органов и тканей рыб можно использовать для оценки качества водоема. Рыбы занимают в биоценозах водных экосистем верхний трофический уровень и обладают ярко выраженной способностью, наряду с другими гидробионтами, накапливать металлы. Повышенное содержание в организме рыб металлов свидетельствует о значительной их концентрации в водной среде, аккумуляции последних в пищевых цепях, функциональном нарушении во всех звеньях экосистемы [4].

Знания о составе и количестве металлов в тканях (прежде всего, в мышечной) промысловых рыб имеют важное практическое значение. Рыбы являются одним из компонентов пищевого рациона населения, и избыточное содержание металлов в рыбопродуктах, в конечном итоге, отражается на здоровье человека как потребителя продукции.

Цель данной работы - выявить общие тенденции содержания и распределения металлов (Те, Мп, 2п, Си, РЬ, Cd и ^) в организме промысловых рыб Верхней Оби.

Материал и методика. Для аналитических исследований выбраны виды рыб, которые имеют широкое распространение по всему району исследования и являются преобладающими видами ихтиофауны изучаемого водоема (лещ - 68 экз., серебряный карась - 56 экз., окунь - 60 экз., судак - 44 экз.). Все

рыбы вылавливались в июне 2001-2003 гг. в верхнем течении реки Оби в районе водозабора города Барнаула. В качестве орудий лова использовали ставные жаберные сети.

Материалом для изучения послужили образцы тканей и органов (жабры, мышцы, печень и сердце) рыб. Количественный анализ образцов на содержание меди (Си), марганца (Мп), железа (Ре) и цинка (2п) производили с использованием метода атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Кадмий (Cd), свинец (РЬ) определяли методом инверсионной вольтам-перометрии (ИВА) на ртутно-пленочном электроде (компьютерный вольтамперометрический анализатор ТА-2). Определение ртути (Н^) производили атомноабсорбционным методом «холодного пара» на анализаторе «Квант-2А». Все результаты анализа выражены в мкг/г сырой массы.

Результаты и обсуждение. Спектральный анализ содержания элементов в органах и тканях изучаемых видов рыб позволил выявить следующее. Среднее содержание Си, 2п, РЬ, ^ в исследуемых органах и тканях рыб не превышает допустимых концентраций (табл.).

Содержание железа (Ре) варьирует в пределах 61,87-169,22, что превышает ПДК (предельно допустимые концентрации) в 2,1-5,6 раза. Максимальные концентрации железа (р<0,05) обнаружены в печени рыб (табл.). Резервное железо, депонированное в печени в виде сложных железобелковых комплексов, расходуется на образование пигмента крови и многих других гемопротеинов. Кроме того, этот орган является функциональным депо многих металлов. Жабры, наряду с печенью, характеризуются повышенным содержанием изучаемого элемента (табл.). Вполне вероятно, что они участвуют в обмене металлами между водной средой и организмом. Содержание железа в мышцах сравнительно мало. Высокий уровень железа (Ре) в целом свидетельствует о его избыточном поступлении в организм рыб, что приводит к депонированию этого элемента.

Содержание марганца (Мп) в органах и тканях рыб не превышает допустимые нормы, за исключением жабер (табл.). В жабрах марганец накапливается в концентрациях, превосходящих его содержание во внутренних органах (р < 0,05). Это определяется в значительной мере тем, что основной обмен марганцем между внешней средой и организмом рыб осуществляется именно через жаберные лепестки.

содержание и особенности распределения тяжелых металлов.

Среднее содержание металлов в органах и тканях рыб верховьев Оби, мкг/г сырой массы

Металл Жабры Мышцы Печень Сердце ПДК, мкг/г

Си 2,33 ± 0,19 0,94 ± 0,12 3,82 ± 0,26 2,27 ± 0,28 10

Мп 17,29 ± 2,67 2,24 ± 0,22 2,17 ± 0,30 3,28 ± 0,54 10

Ре 148,21 ± 15,64 61,87 ± 7,17 169,22 ± 14,99 143,16 ± 12,36 30

7п 13,82 ± 1,88 9,29 ± 1,25 28,29 ± 1,92 17,12 ± 2,18 40

РЬ 0,88 ± 0,11 0,28 ± 0,02 0,41 ± 0,05 0,79 ± 0,04 1,0

Cd 0,53 ± 0,07 0,12 ± 0,02 0,27 ± 0,03 0,44 ± 0,07 0,2

0,018 ± 0,005 0,015 ± 0,007 0,013 ± 0,005 0,030 ±0,010 0,5

Содержание металла в остальных органах существенно ниже.

Кадмий в наибольшей степени содержится в жабрах и сердце. Печень в данном случае занимает второстепенное положение и накапливает меньшие количества металла. Содержание кадмия в мышцах достоверно ниже (р < 0,05) по сравнению со всеми изучаемыми органами. С учетом низкой способности кадмия к выведению из организма и высокой степени его аккумуляции в органах и тканях рыб в течение всего периода жизни его продолжительное поступление может вызвать хронические заболевания. Известно, что даже после прекращения воздействия этого металла повреждения, произошедшие в органах, остаются необратимыми. Повышенная способность рыб к накоплению кадмия может стать причиной возникновения нарушений в окислительных процессах, происходящих в организме, и в целом понижает способность к осмотической регуляции. Совместное действие кадмия, цинка и меди приводит к значительному возрастанию смертности рыб [5, 6].

Анализируемые органы и ткани аккумулируют различные металлы в разной степени. Распределение металлов в организме рыб характеризуется неравномерностью и зависит от функциональных особенностей органов, их кумулятивной активности и химических свойств самого металла.

Ре печень > жабры > сердце > мышцы 2п печень > сердце >жабры > мышцы Мп жабры > сердце > мышцы > печень Си печень > жабры > сердце > мышцы РЬ жабры > сердце > печень > мышцы Cd жабры > сердце > печень > мышцы ^ сердце > жабры > мышцы > печень Хотя в этих ранжированных рядах нивелированы все видовые, возрастные и половые различия, тем не менее для оценки общих тенденций локализации элементов в организме рыб именно такое обобщение данных представляется нам наиболее приемлемым.

В наибольшем количестве железо (Ре), цинк (2п) и медь (Си) накапливаются в печени, марганец (Мп) -в жабрах. Токсичные металлы (РЬ, Cd, ^) в большей степени концентрируются в жабрах и сердце.

Повышенные концентрации металлов в жабрах связывают с их участием в обмене химическими элементами между водой и организмом рыб (Евтушенко, Данилко, 1996). Жаберный эпителий по сравнению с внешними покровами рыб имеет значительно большую поверхность и активно взаимодействует с внешней средой, поэтому жабры фактически лишены защиты от действия различных веществ, присутствующих в воде, в том числе металлов. Особое место среди исследуемых внутренних органов занимает печень, которая интенсивно аккумулирует металлы, превосходя по этому показателю остальные органы. В печени рыб обнаружены наиболее высокие концентрации Си, 2п и Ре, следовательно, она является функциональным депо этих элементов и одновременно участвует в процессах детоксикации. Незначительные количества изучаемых элементов наблюдаются, как правило, в мышечной ткани. Однако, учитывая, что мышцы составляют большой процент от массы тела, их, как и печень, можно отнести к депонирующим органам.

По содержанию в органах и тканях металлы располагаются в следующие ранжированные ряды:

Печень Ре > 2п > Си > Мп > РЬ > Cd > Нg

Жабры Ре > Мп > 2п > Си > РЬ > ^ > Cd

Сердце Ре > 2п > Мп > Си > РЬ > Cd > Нg

Мышцы Ре > 2п > Мп > Си > РЬ > Cd > Нg

В целом во всех рассмотренных органах и тканях преобладают железо (Ре) и цинк (2п), минимальные концентрации характерны для свинца (РЬ), ртути (Н£) и кадмия (Сd), что подтверждают имеющиеся в литературе сведения [7, 8]. Это явление объясняется интенсивной аккумуляцией в организме элементов, которые принимают активное участие в протекании физиологических процессов (дыхания, кроветворения, депонирования, выделения и др.).

Выводы

1. Превышение предельно допустимых концентраций в органах и тканях рыб Верхней Оби отмечено для железа, марганца и кадмия. Содержание меди, цинка, свинца и ртути в органах и тканях рыб находится в пределах нормы.

2. Распределение металлов в организме рыб характеризуется неоднородностью, что зависит

биологические науки

от физико-химических свойств самих элементов и функциональных особенностей органов и тканей: медь и цинк концентрируются в печени, марганец - в жабрах, железо - в печени и жабрах, свинец, кадмий, ртуть - в жабрах и сердце.

3. Для рыб Верхней Оби выявлено высокое содержание железа, цинк, и минимальное - ртути.

В целом необходимо регулярно отслеживать содержание металлов, в том числе и токсичных, в организме рыб, обитающих не только в загрязненных водоемах, но и в относительно чистых. Это позволит накапливать информацию о фоновом содержании изучаемых элементов в организме рыб и оценивать антропогенную нагрузку на водоемы, используя методы ихтиоиндикации.

Библиографический список

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 оз. Байкал / В.А. Ветров, А.И. Кузнецова. - Новосибирск, 1997.

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

4. Руднева, Н.А. Тяжелые металлы и микроэлементы в гидробионтах Байкальского региона / Н.А. Руднева.

- Улан-Удэ, 2001.

5. Мур, Дж. Тяжелые металлы в природных водах: контроль и оценка влияния / Дж. Мур, С. Рамамурти.

- М., 1987.

6. Щербакова, Е.Н. Возрастные изменения содержания тяжелых металлов в органах и тканях русского осетра

(Acipenser guldenstadti brandt) : автореф. дис. ... канд. биол. наук / Е.Н. Щербакова. - Астрахань, 2004.

7. Евтушенко, Н.Ю. Особенности накопления тяжелых металлов в тканях рыб Кременчугского водохранилища / Н.Ю. Евтушенко, О.В. Данилко // Гидробиологический журнал.

- 1996. - Т. 32. - №4.

8. Петухов, С.А. Распределение микроэлементов группы тяжелых и переходных металлов в органах и тканях рыб / С.А. Петухов, Н.П. Морозов, М.С. Добрусин // Экологические аспекты химического и радиоактивного загрязнения водной среды. - М., 1983.

9. 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.