Тяжелые металлы в экосистеме: влияние на гидробионтов
В лаборатории аналитического контроля водных экосистем ФГБНУ «АзНИИРХ» уже долгое время проводится мониторинг содержания тяжёлых металлов в водной среде, донных отложениях и гидробионтах Азовского, Чёрного морей и Нижнего Дона. Сотрудниками лаборатории разработаны и аттестованы авторские методики определения тяжёлых металлов как в воде и донных отложениях, так и в тканях гидробионтов. Основным методом определения тяжёлых металлов является метод пламенной абсорбции с электротермической атомизацией. В 2016 г. был приобретен атомно абсорбционный спектрометр МГА – 915 МД позволяющий, проводить качественный химический анализ содержания тяжёлых металлов в различных объектах.
Тяжелые металлы относятся к широко распространенным в природных водах загрязняющим веществам. В ряду тяжелых металлов одни крайне необходимы для жизнеобеспечения человека и других живых организмов и относятся к так называемым биогенным элементам. Другие вызывают противоположный эффект и, попадая в живой организм, приводят к его отравлению или гибели. Эти металлы относят к классу ксенобиотиков, то есть чуждых живому. Тяжелые металлы практически не подвержены процессам самоочищения: они лишь перемещаются из одного природного резервуара в другой, взаимодействуя с различными категориями живых организмов.
Специалистами по охране окружающей среды среди металлов-токсикантов выделена приоритетная группа, в которую входят кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк и хром как наиболее опасные для здоровья человека и животных (ртуть, свинец и кадмий наиболее токсичны).
Соединения тяжелых металлов, поступившие в водную среду, немедленно вовлекаются в цепь разнообразных перемещений и превращений под влиянием многочисленных факторов. При этом происходят процессы физические (механическое перемешивание, осаждение, адсорбция и десорбция), химические (диссоциация, гидролиз, комплексообразование, окислительно-восстановительные реакции), биологические (поглощение живыми организмами, разрушение и превращение с участием ферментов и метаболитов), геологические (захоронение в донных осадках и породообразование).
Кобальт, никель, медь, цинк в микроколичествах (нг/кг) являются жизненно необходимыми для организма. Они участвуют в процессах роста, развития и репродукции. Все они существенным образом влияют на метаболические процессы в организме растений и животных. Но индивидуальная потребность в эссенциальных металлах невелика, а в концентрациях, превышающих предельно допустимые, они становятся биологически опасными.
Гидробионты разных трофических уровней могут аккумулировать в своем организме металлы. Токсичность отдельных соединений значительно колеблется и неодинакова для разных гидробионтов.
Токсическое действие большинства тяжелых металлов на рыб обусловлено их ионами. Концентрированные растворы их солей, обладая вяжуще-прижигающим действием, нарушают функции органов дыхания. В слабых разведениях, проникая в организм, они нарушают проницаемость биологических мембран, вызывают угнетение активности ферментов. Гидроокиси железа и марганца, осаждаясь на жабрах и икре, нарушают газообмен, что приводит к асфиксии. С повышенным загрязнением морской воды соединениями титана, железа, кадмия, хрома и других металлов связывают поражение рыб (треска, ершоватки и др.) опухолями (эпидермальная папиллома, псевдоопухоль жабр, карцинома печени) и язвенной болезнью, а также деформацию скелета и воспаление плавников. В клинической симптоматике острых отравлений рыб тяжелыми металлами преобладают нервно-паралитический синдром и нарушение дыхания, которое обусловлено дистрофическими и некробиотическими изменениями в жабрах и коже. При хроническом отравлении симптомы выражены слабо. На первое место выступают деструктивные изменения жаберного аппарата и паренхиматозных органов, анемия и истощение рыб.
Опасность тяжелых металлов как загрязнителей усугубляется тем, что они устойчивы к разрушению в течение многих лет, быстро накапливаются в гидробионтах и очень медленно выводятся из организмов.
Токсические эффекты, вызванные на низших уровнях, обычно нивелируются на более высоких уровнях пищевой цепи, и поэтому не всегда обнаруживаются в видимых реакциях гидробионтов, хотя играют существенную роль в процессах наследования генетических признаков и воспроизводства потомства в более отдаленный период.
Высокие концентрации ртути приводят к тяжелому отравлению, поражению центральной нервной системы, печени, почек и других органов. Кадмий приводит к замедлению роста, некробиотическими изменениями в жабрах, почках, печени. Соединения свинца в высоких концентрациях нарушают обмен веществ и являются ингибиторами ферментов.
