Ярославль, Ярославская область, Россия
ВАК 4.1.2 Селекция, семеноводство и биотехнология растений
ВАК 4.1.3 Агрохимия, агропочвоведение
ВАК 4.1.4 Садоводство, овощеводство, виноградарство и лекарственные культуры
ВАК 4.1.5 Мелиорация, водное хозяйство и агрофизика
ВАК 4.2.1 Патология животных, морфология, физиология, фармакология и токсикология
ВАК 4.2.2 Санитария, гигиена, экология, ветеринарно-санитарная экспертиза и биобезопасность
ВАК 4.2.3 Инфекционные болезни и иммунология животных
ВАК 4.2.4 Частная зоотехния, кормление, технологии приготовления кормов и производства продукции животноводства
ВАК 4.2.5 Разведение, селекция, генетика и биотехнология животных
ВАК 4.3.3 Пищевые системы
ВАК 4.3.5 Биотехнология продуктов питания и биологически активных веществ
УДК 639.216.4 Судак
УДК 591.1 Физиология животных
УДК 546.4 Металлы II группы
Цель исследования – определить содержание металлов в мышцах судака из Иваньковского и Угличского водохранилищ и оценить риск потребления мяса этого вида для человека. У особей судака, выловленных тралом на стандартных станциях водохранилищ, иссекали мышечную ткань, взвешивали и замораживали. В лаборатории ткани высушивали, измельчали и определяли содержание Zn, Cu, Mn, Fe, Mg с помощью спектрофотометра KVANT 2-AT; Cd, Pb, Al, Hg, Cr, Co, Ni, V – с помощью ОЭС ИСП Optima 2000 DV; K – с применением пламенно-эмиссионной спектрометрии. Оценка рисков производилась расчетными методами на основании полученных концентраций тяжелых металлов. Мышечная ткань судака из Иваньковского водохранилища содержала достоверно больше Cd и Cr и меньше Fe, чем мышцы судака из Угличского водохранилища. Концентрации Hg и V были ниже предела обнаружения. Обнаружена синхронность биоаккумуляции ряда токсичных и эссенциальных металлов в зависимости от их концентрации в воде водохранилищ. Полученное содержание тяжелых металлов не превышало установленные российские ПДК и международные стандарты. Среди проанализированных элементов максимальное накопление в мышцах судака из обоих водохранилищ выявлено для K, Al, Zn и Fe, минимальное – для Co, Cd и Ni. Показатели неканцерогенного риска для здоровья человека от тяжелых металлов не превышали допустимого порога. Риск возникновения рака при потреблении мяса судака от Cd, Al и Cr превышал 1 на 100 000. Общий индекс риска развития рака оказался выше установленных нормативов (> 1 • 10–4).
судак, Sander lucioperca, тяжелые металлы, мышцы судака, Иваньковское водохранилище, Угличское водохранилище, коэффициент опасности, канцерогенный риск
Введение. Иваньковское и Угличское водохранилища, являясь первым звеном системы водохранилищ Волго-Каспийского бассейна, имеют комплексное значение в деятельности человека. Водоемы используются для судоходства, энергетики, рекреации, сельского и рыбного хозяйства. Кроме того, Иваньковское водохранилище служит главным источником питьевого снабжения Москвы [1–3].
Тверская и Московская области, на территории которых расположены водохранилища, являются густонаселенными и активно застраивающимися зонами [2]. В них сосредоточено промышленное производство (машиностроительное, химическое, топливное, пищевое и др.) [4]. Из-за этого водоемы испытывают огромную антропогенную нагрузку. К основным причинам загрязнения водохранилищ относят хозяйственно-бытовые, промышленные, сельскохозяйственные и ливневые сточные воды, вместе с которыми поступают тяжелые металлы – вещества, накапливающиеся в гидробионтах и поступающие в организм человека по пищевой цепи [5, 6].
В рыбных запасах водохранилищ одним из наиболее ценных и массовых видов рыб является судак Sander lucioperca. Он характеризуется широким распространением по всем водоемам [7].
Цель исследования – определение концентрации токсичных и эссенциальных металлов в мышцах судака из Иваньковского и Угличского водохранилищ и оценка рисков потребления мяса этого вида.
Задачи: выявить особенности аккумуляции микро- и макроэлементов в мышцах судака из Верхневолжских водохранилищ и определить показатели неканцерогенного и канцерогенного рисков для здоровья человека; сравнить полученные результаты с допустимыми нормативами.
Объекты и методы. Объектом исследования были особи судака, выловленные тралом в нагульный период на стандартных станциях траления Иваньковского (n = 11) и Угличского (n = 14) водохранилищ. У пойманных рыб на хладагенте иссекали мышечную ткань вдоль позвоночника, взвешивали и замораживали до проведения анализов.
В лаборатории ткани высушивали до постоянной массы при температуре 60 °C, измельчали в лабораторной мельнице, затем приготавливали минерализат для определения металлов. Анализ образцов проводили с помощью спектрофотометра KVANT 2-AT (Kortec Ltd., Moscow, Russia) для получения цинка (Zn), меди (Cu), марганца (Mn), железа (Fe), магния (Mg) и оптического эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой Optima 2000DV для получения кадмия (Cd), свинца (Pb), алюминия (Al), ртути (Hg), хрома (Cr), кобальта (Co), никеля (Ni), ванадия (V). Содержание калия (K) определяли с применением пламенно-эмиссионной спектрометрии. Полученные результаты выражали в мг/кг сырого веса.
Для оценки неканцерогенного и канцерогенного риска потребления мяса судака в пищу использовали метод, описанный ранее [8]. Cуточное потребление рыбы в РФ, по данным FAO, для пелагических рыб составляло 0,015 кг/день. Эталонная преоральная доза (RfD) для Zn, Ni и Cu составляла 0,3, 0,02 и 0,04 мг/кг/день соответственно [9].
Статистическую обработку полученных результатов проводили в программе MS Excel с расчетом средних значений и их стандартного отклонения (x ± SD). Для оценки достоверности различий между средними значениями применяли непараметрический критерий U-Манна-Уитни. Различия считались статистически значимыми при P ≥ 0,95.
Результаты и их обсуждение. В результате исследования выявлено статистически достоверное превышение Cd в мышцах судака из Иваньковского водохранилища по сравнению с Угличским водохранилищем (табл. 1). Статистически значимых различий между Pb и Al в тканях исследованных особей не обнаружено. Содержание Hg оказалось ниже предела обнаружения.
Мышцы судака из Угличского водохранилища содержали достоверно меньше хрома и больше железа, чем мышцы судака из Иваньковского водохранилища (табл. 2).
Таблица 1
Содержание неэссенциальных тяжелых металлов в мышцах судака, мг/кг
The content of nonessential heavy metals in walleye muscles, mg/kg
|
Водохранилище |
Cd |
Pb |
Al |
Hg |
|
Иваньковское |
0,024±0,019 |
0,165±0,103 |
19,756±7,680 |
НПО |
|
Угличское |
0,011±0,002* |
0,130±0,050 |
19,697±12,593 |
НПО |
Здесь и далее: НПО – ниже предела обнаружения; (*) – отличия от Иваньковского водохранилища достоверны.
Таблица 2
Содержание эссенциальных микро- и макроэлементов в мышцах судака, мг/кг
The content of essential micro- and macronutrients in the muscles of the vessel, mg/kg
|
Водохранилище |
Cr |
Co |
Ni |
V |
Zn |
Cu |
Mn |
Fe |
Mg |
K |
|
Иваньковское |
0,180± 0,083 |
НПО |
0,039±0,041 |
НПО |
3,879±0,217 |
0,939±0,257 |
0,134±0,021 |
0,947± 0,659 |
0,429±0,180 |
3485±1032 |
|
Угличское |
0,118± 0,054* |
0,002±0,003 |
0,011±0,019 |
НПО |
4,252±0,402 |
0,898±0,590 |
0,159±0,064 |
1,502± 0,552* |
0,447±0,121 |
3949±717 |
Выявлено незначительное превышение содержания цинка, марганца, магния и калия в мышцах судака из Угличского водохранилища по сравнению с Иваньковским. Содержание V в обоих водохранилищах и Co в Иваньковском водохранилище было ниже предела обнаружения.
Считается, что основное воздействие на гидрохимический режим Угличского водохранилища оказывают воды, поступающие из Иваньковского водохранилища [3]. Воды Иваньковского и Угличского водохранилищ ранее оценивались как «загрязненные» и «очень загрязненные» [10]. В Иваньковском водохранилище отмечают превышение нормативов по содержанию в воде меди, цинка и железа [11]. В водах Угличского водохранилища концентрации железа, марганца, меди и цинка превышают ПДК в несколько раз [5]. Содержание Cd и Al в донных отложениях Иваньковского водохранилища было выше, чем в Угличском, Pb – ниже [12, 13].
Сравнение полученных нами данных и сведений о накоплении металлов в воде Иваньковского и Угличского водохранилищ свидетельствует о синхронности биоаккумуляции эссенциальных элементов (за исключением Mn) в зависимости от их количества в водной массе. Схожая тенденция выявлена для кадмия и свинца [5, 11–14].
Тяжелые металлы, содержащиеся в мышцах судака из Иваньковского и Угличского водохранилищ, не превышали установленные российские ПДК и международные стандарты [15].
В Иваньковском водохранилище выявлена следующая закономерность интенсивности накопления металлов: Hg = V = Co < Cd < Ni < Mn < Pb < Cr < Mg < Cu < Fe < Zn < Al < K, в то время как в Угличском металлы накапливались в ряду Hg = V < Co < Cd = Ni < Cr < Pb < Mn < Mg < Cu < Fe < Zn < Al < K.
В мышечной ткани судака из обоих водохранилищ такие элементы, как K, Al, Zn, Fe и Cu, превосходили остальные исследованные вещества. При этом концентрация K была выше в несколько тысяч раз, чем остальных элементов. Эти металлы, за исключением Al, являются жизненно необходимыми для живых организмов и называются эссенциальными. В норме они должны накапливаться в больших количествах из-за их важной роли в работе биологических систем (ферментативной, метаболической, регуляторной и других) [16, 17]. Их дефицит может приводить к нарушению метаболических функций, опосредованных ферментами, врожденным аномалиям, иммунологическим нарушениям, хроническим заболеваниям [16, 18]. Калий является очень важным минеральным компонентом для организма, который участвует в кислотно-щелочном балансе, реакции гликогенеза, регуляции осмотического давления, проведении нервных импульсов, сокращении мышц [19]. Алюминий – неэссенциальный металл, однако его биоаккумуляция в рыбах происходит при высоком содержании его взвешенных форм в воде [20].
Значения целевого и суммарного коэффициентов опасности, характеризующие неканцерогенные риски от продолжительного воздействия тяжелых металлов, представлены в таблице 3.
Таблица 3
Показатели неканцерогенного риска от тяжелых металлов в мышцах судака
для здоровья человека
Non-carcinogenic risk indicators of heavy metals in pike perch muscle for human health
|
Водохранилище |
Целевой коэффициент опасности (THQ) |
HI |
|||||||||
|
Cd |
Pb |
Al |
Cr |
Cu |
Mn |
Fe |
Co |
Zn |
Ni |
||
|
Иваньковское |
0,005 |
0,010 |
0,004 |
0,013 |
0,005 |
0,0002 |
0,0003 |
– |
0,003 |
0,0004 |
0,041 |
|
Угличское |
0,002 |
0,008 |
0,004 |
0,008 |
0,005 |
0,0002 |
0,0005 |
0,0011 |
0,003 |
0,0001 |
0,033 |
Примечание: HI – суммарный коэффициент опасности.
Результаты исследования показали, что показатели THQ и HI для всех металлов не превышали допустимого порога (< 1), что демонстрирует отсутствие потенциального неканцерогенного риска для здоровья человека при потреблении мяса судака из Иваньковского и Угличского водохранилищ в пищу в течение жизни [6].
Наименьшее значение целевого индекса риска развития рака (TR) определено для Pb (< 1 · 10-6) (табл. 4).
Таблица 4
Показатели канцерогенного риска для здоровья человека от тяжелых металлов
в мышцах судака
Indicators of carcinogenic risk to human health from heavy metals in walleye muscles
|
Водохранилище |
Целевой индекс риска развития рака (TR) |
TTR |
|||
|
Cd |
Pb |
Al |
Cr |
||
|
Иваньковское |
7,66·10-5 |
3,00·10-7 |
8,89·10-5 |
1,93·10-5 |
1,85·10-4 |
|
Угличское |
3,63·10-5 |
2,37·10-7 |
8,86·10-5 |
1,27·10-5 |
1,38·10-4 |
Примечание: TTR – общий индекс риска развития рака.
Однако риск возникновения рака при потреблении мяса судака из Иваньковского и Угличского водохранилищ от остальных металлов превышает 1 на 100 000. Кроме этого, значение TTR превосходит общепринятые нормы (> 1·10–4), что может приводить к возникновению рака от кумулятивного воздействия потенциальных канцерогенов, попадающих в организм человека при потреблении мяса судака как из Иваньковского, так и Угличского водохранилища [9].
Полученные значения показателей неканцерогенного и канцерогенного риска в среднем оказались выше в Иваньковском водохранилище по сравнению с Угличским. Данный факт не противоречит результатам исследований, которые указывают на несколько больший уровень загрязнения Иваньковского водохранилища по сравнению с Угличским [12–14].
Заключение. В работе определены концентрации токсичных и эссенциальных макро- и микроэлементов в мышцах особей судака, выловленных из Иваньковского и Угличского водохранилищ. Мышцы судака из Иваньковского водохранилища содержали достоверно больше Cd и Cr и меньше Fe, чем мышцы судака из Угличского водохранилища. Обнаружена синхронность биоаккумуляции Cd, Pb и эссенциальных элементов (за исключением Mn) в зависимости от их концентрации в воде. Среди проанализированных элементов максимальное накопление выявлено для K, Al, Zn и Fe, минимальное – для Co, Cd и Ni. Концентрации Hg и V были ниже предела обнаружения. Потенциальный неканцерогенный риск для здоровья человека при потреблении мяса судака из Иваньковского и Угличского водохранилищ не выявлен. Целевые значения канцерогенного риска изменялись от 2,37 ∙ 10–7 для Pb в мышцах судака из Угличского водохранилища до 8,89 ∙ 10–5 для Al в мышечной ткани рыб из Иваньковского водохранилища. Общий индекс риска развития рака превышает верхнюю границу, установленную нормативами, что может негативно воздействовать на здоровье человека.
1. Ланцова И.В. Влияние рекреационного использования на качество воды Иваньковского водохранилища // Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2009. № 1. С. 42–50.
2. Кирпичев И.А., Григорьева И.Л. Исследование влияния коттеджной застройки береговой зоны Иваньковского водохранилища на качество воды водоема // Вестник Международного университета природы, общества и человека «Дубна». 2018. № 1 (38). С. 19–25.
3. Григорьева И.Л. Закономерности и факторы формирования зимнего гидрохимического режима Угличского водохранилища // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2020. № 2. С. 52–64.
4. Grishantseva E.S., Safronova N.S. Ecological-geochemical assessment of the state of the Volga source of water supply to Moscow // Water Resources. 2012. V. 39. P. 305–321.
5. Тихомиров О.А. Оценка современного загрязнения и качества воды Угличского водохранили-ща // Вестник Тверского государственного университета. Сер. Химия. 2022. № 1. С. 142–151.
6. Barone G., Storelli A, Garofalo R, et al. Residual levels of mercury, cadmium, lead and arsenic in some commercially key species from Italian coasts (Adriatic Sea): Focus on human health // Toxics. 2022. V. 10, № 5. P. 223.
7. Горячев Д.В., Никитенко А.И., Клец Н.Н., и др. Состояние запасов водных биологических ресурсов Иваньковского и Угличского водохранилищ // Вопросы рыболовства. 2021. Т. 22, № 1. С. 25–37.
8. Паюта А.А., Флерова Е.А., Зайцева Ю.В. Оценка риска потребления леща из Рыбинского водохранилища // Вестник КрасГАУ. 2023. № 12. С. 252–259.
9. Vu C.T., Lin C.H., Yeh G., et al. Bioaccumulation and potential sources of heavy metal contamination in fish species in Taiwan: assessment and possible human health implications // ESPR. 2017. V. 24. P. 19422–19434.
10. Трофимчук М.М. Качество поверхностных вод Российской Федерации. Ростов н/Д.: Гидрохимический институт, 2018. 561 с.
11. Борков Д.Д. Оценка современного качества воды Иваньковского водохранилища. В сб.: География, экология, туризм: научный поиск студентов и аспирантов: материалы XI Всероссийской научно-практической конференции. Тверь: Тверской государственный университет, 2023. С. 11–15.
12. Гапеева М.В., Законнов В.В. Геохимическая характеристика экосистемы Угличского водохранилища // Труды Института биологии внутренних вод РАН. 2016. № 75 (78). С. 41–46.
13. Томилина И.И., Гапеева М.В., Ложкина Р.А. Оценка качества воды и донных отложений каскада водохранилищ реки Волга по показателям токсичности и химического состава // Труды Института биологии внутренних вод РАН. 2018. № 82 (85). С. 106–130.
14. Гришанцева Е.С., Сафронова Н.С. Эколого-геохимическая оценка состояния Волжского источника водоснабжения г. Москвы // Водные ресурсы. 2012. Т. 39, № 3. С. 304–304.
15. Анищенко О.В., Гладышев М.И., Кравчук Е.С., и др. Оценка антропогенного загрязнения р. Енисей по содержанию металлов в основных компонентах экосистемы на участках, расположенных выше и ниже г. Красноярска // Журнал Сибирского федерального университета. Биология. 2010. Т. 3, № 1. С. 82–98.
16. Baki MA, Hossain MM, Akter Jh, et al. Concentration of heavy metals in seafood (fishes, shrimp, lobster and crabs) and human health assessment in Saint Martin Island, Bangladesh // Ecotoxicology and environmental safety. 2018. V. 159. P. 153-163. DOI:https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.04.035.
17. Rakocevic J., Sukovic D., Maric D. Distribution and relationships of eleven trace elements in muscle of six fish species from Skadar Lake (Montenegro) // Turkish Journal of Fisheries and Aquatic Scie-nces. 2018. V. 18, № 5. P. 647–657.
18. Simionov I.A.,Cristea V.,Petrea S.M., et al. Bioconcentration of essential and nonessential elements in Black Sea turbot (Psetta Maxima Maeotica Linnaeus, 1758) in relation to fish gender // Journal of Marine Science and Engineering. 2019. V. 7, № 12. P. 466. DOI:https://doi.org/10.3390/JMSE7120466. EDN: https://elibrary.ru/SEMSXR.
19. Soetan K.O., Olaiya C.O., Oyewole O.E. The importance of mineral elements for humans, domestic animals and plants: a review // African journal of food science. 2010. V. 4, № 5. P. 200–222.
20. Моисеенко Т.И. Влияние геохимических факторов водной среды на биоаккумуляцию металлов в организме рыб // Геохимия. 2015. № 3. С. 222–233. DOI:https://doi.org/10.7868/S0016752515030097. EDN: https://elibrary.ru/TJFGMX.
