6.2.2. Тяжелые металлы

Хроническое воздействие на гидробионты растворенных в воде в низких концентра-
циях тяжелых металлов, таких как ртуть, медь, цинк, кадмий, свинец, марганец, кобальт,
никель, может проявиться спустя десятилетия.

В совместной работе Ведемейер, Мейер и Смит «Стресс и болезни рыб» (1981) до-
статочно подробно исследуется воздействие всевозможных токсикантов на жизнедея-
тельность рыб. В частности, ссылаясь на работу J. H. Pippy и G. M. Hare (1969), авторы
нашли, что одним из проявлений негативного воздействия на живые организмы раство-
ренных в воде металлов является снижение их сопротивляемости инфекции. Так, обыч-
но переносимые рыбами невысокие концентрации тяжелых металлов (меди и цинка),
в сочетании с малой проточностью и повышенной температурой, вызвали их поражение
условно патогенной бактерией Aeromonas hydrophila, что привело к эпизоотии большого
масштаба. Вызывает также тревогу авторов проблема загрязнения водной среды ртутью.
Концентрация ртути в морских (выловленных в прибрежных зонах) и пресноводных ры-
бах превышает предельно допустимый уровень в продуктах питания человека (0,1 мг/кг).
Так, в съедобных частях щуки, окуня и балтийской салаки содержание ртути превысило
1,0 мг/кг, причем в основном это была метилртуть, гораздо более токсичная, чем просто
ионная ртуть (Ведемейер, Мейер и Смит, 1981).
116
Исследованиями Н. А. Кашулина (1994), проведенными на озерах Кольского полуо-
строва, загрязняемых комбинатом «Печенганикель», установлена прямая зависимость
между поступлением в водоем компонентов воздушных загрязнений (никель, медь, цинк
и марганец) и биологическими параметрами популяции рыб.

В районе влияния выбросов комбината концентрации никеля в тканях рыб были зна-
чительно выше контрольных, и наблюдалась сильная положительная корреляция между
концентрациями никеля в воде и в почке рыб. Наиболее высокое содержание никеля
в почке сига из оз.Куетсиярви было 22,1 мкг/гсух.в. Содержание никеля в органах и тка-
нях малотычинковых сигов было выше, чем у других рыб, а наиболее низкое у щуки.
Сравнение концентрации никеля у двух форм сига показывает, что у сигов-бентофагов,
питающихся в придонных слоях, по сравнению с сигами-планктофагами, наблюдаются
более высокие концентрации. Распределение концентраций никеля и меди по органам
сига (по убывающим значениям) было следующим:
Ni — почка > жабры > скелет > печень > мышцы
Cu — печень >>> почка >> жабры > скелет > мышцы
Между концентрациями никеля и меди во всех органах существует сильная от-
рицательная корреляционная связь, свидетельствующая об антагонистических взаи-
модействиях между ними. Содержание никеля определяет уровни других исследо-
ванных металлов и может служить наиболее подходящим индикатором данного типа
загрязнений.
Прослеживаются значительные колебания концентраций цинка в органах и тканях
рыб. Этот металл, несмотря на относительно низкое его содержание в воде, накапливает-
ся в наибольших количествах в жабрах, почке и печени рыб, причем содержание цинка
в печени возрастает по мере удаления от источника загрязнения.
Марганец в наибольших количествах откладывается в почках, жабрах и скелете рыб,
а в наименьших — в мышцах. Это металл с переменной валентностью, благодаря чему
он задействован в целом ряде окислительно-восстановительных реакций. Биологическая
роль марганца определяется его связями с ферментами, гормонами и витаминами. Реак-
ция карбоксилирования и декарбоксилирования с участием марганца, помимо дыхания,
имеет существенное значение в синтезе белков, жиров и фотосинтезе. Этот элемент так-
же участвует в углеводном обмене позвоночных животных, под его влиянием усилива-
ется гипогликемический эффект инсулина, снижается уровень сахара в крови, уровень
общих жиров и усиливается их утилизация. Марганец активирует карбоксилазу, в состав
коферментной группы которой входит витамин В1. Марганец участвует в эритропоэзе
и гемоглобинообразовании, образует комплекс с гаммаглобулином крови, воздействует на
рост и размножение животных (Никаноров и др., 1985). При недостатке марганца в среде
обитания наблюдаются нарушения обмена веществ, а при повышенном содержании, по
имеющимся данным, он оказывает мутагенное и гонадотоксическое воздействие.
Медь. Ионы меди входят в состав ферментов. Они реагируют с аминокислотами,
белками и другими биополимерами, образуя стабильные комплексы. К таким белкам
относятся гемоцианин — основной дыхательный пигмент крови ряда беспозвоночных
животных. Чаще медь локализуется в митохондриях и гранулах (лизосомах). Избыточные
концентрации меди оказывают токсическое воздействие, вызывая эндемическую анемию
и нарушение процесса кроветворения.
Кобальт. Также относится к металлам с переменной валентностью. Он входит в со-
став белков, ферментов и витамина В12. Кобальт участвует в реакциях карбоксилирования
и декарбоксилирования, гидролиза пептидных связей и фосфорных эфиров. Избыток ко-
117
бальта в водной среде угнетает тканевое дыхание, тормозит активность ряда важнейших
ферментов.
Молибден. Метал, легко вступающий в комплексные соединения и являющийся хо-
рошим катализатором биохимических процессов. Важнейшей функцией молибдена явля-
ется участие в азотистом обмене, в восстановлении нитратов и фиксации молекулярного
азота, и в образовании гемоглобина. При недостатке или избытке молибдена наблюдается
подавление активности ферментов и, как следствие, нарушение тканевого дыхания.
Ртуть. Обычно ртуть в живых организмах связана с азотом в пуриновых и пирими-
диновых нуклеозидах, образуя прочные связи с урацилом и тимином. В малых дозах
ртуть положительно влияет на фагоцитарную деятельность лейкоцитов и увеличивает
иммуно-биологическую устойчивость. При повышенных концентрациях ртути в среде
обирания в организмах рыб наблюдаются глубокие нарушения функций центральной
нервной системы и органов кроветворения.
Селен — высокотоксичный элемент, выполняющий в органах и тканях животных
роль катализатора ряда ферментативных реакций, является стабилизатором плазмати-
ческих, ядерных и внутриклеточных мембран, обладает антиоксидантными свойствами.
Предполагаемой причиной токсического действия селена является его вмешательство
в метаболизм серы, ингибирующее сульфгидрильные группы ферментов. Селен являет-
ся еще и антагонистом ртути. Установлено, что при повышенных концентрациях ртути
в биоте наблюдается усиленная концентрация селена. Этим и объясняется факт высокого
содержания в организме рыб ртути без видимого вреда для здоровья особи (Никаноров
и др.,1985).
Тяжелые металлы вызывают в организмах рыб нарушение функций жизненно важных
органов: жабр, почки, печени, гонад. Характер наблюдаемых патологий является типич-
ным для рыб, обитающих в загрязняемых тяжелыми металлами водоемах: изменения
в окраске тела, изменения экстерьерных показателей (аномалии плавников и челюстного
аппарата) и внутренних органов. Так, при избытке цинка отмечено угнетающее воздей-
ствие на ферменты — каталазу, амилазу и инсулиназу, цинк ингибирует также дыхатель-
ную активность митохондрий печени и сердца.
Рыбы, обитающие в одном водоеме, но различающиеся характером питания и образом
жизни, испытывают различную нагрузку загрязнителями. Малотычинковые сиги-бенто-
фаги, проводящие большее время в придонных слоях, испытывают большую нагрузку, по
сравнению со среднетычинковыми сигами-планктонофагами, обитающими в пелагиале.
У малотычинковых сигов наблюдаются более высокие концентрации никеля и более тя-
желые поражения жизненно важных органов (Кашулин и др., 1999).
Индикатором загрязнений воды полиметаллами может служить поражение почки
рыб, которое в крайнем значении проявляется в форме нефрокальцитоза. Процент боль-
ных рыб и степень их поражения хорошо коррелирует с концентрацией никеля в теле
рыбы и нагрузкой на водоем. Концентрации Ni 3–8 мкг/гсух.в. в почке, вероятно, являются
критическими для сигов изученных водоемов.
Принято рассматривать три типа нарушения системы воспроизводства:
а) поражение гонад (асимметрия, перетяжки, блокировка оогенеза) вплоть до полной
ее дегенерации и вывода из строя;
б) нарушение соотношения соматического и генеративного обменов в пользу пре-
обладания последнего; как следствие этого — ускоренное созревание (в более раннем
возрасте и при меньших размерах);
в) образование карликовых форм у сигов.
118
Наблюдаемые нарушения в организме рыб являются последствиями стрессового
воздействия загрязнителей, что сказывается на ряде популяционных показателей рыб:
сокращение продолжительности жизни, преобладание в уловах молодых рыб, снижение
темпов роста и уменьшение средних размеров, раннее половое созревание и наступление
его при экстремально малых для вида размерах (Кашулин, 1994). (См. главу о темпах
развития).
Использованный метод комплексного анализа состояния популяций и организмов
рыб, а также ряд предложенных показателей могут быть применены и на других водо-
емах России в районе металлургических комбинатов. Для дальнейшего мониторинга
Таблица 11.
Содержание металлов в компонентах водных экосистем чистых районов и районов,
подверженных влиянию сбросов сточных вод горнорудных предприятий Сихотэ-Алиня
(Морозов, 1983) (часть таблицы)

Таблица 12.
Ряды изменений концентраций металлов в гидробионтах (Сейсума, 1984)

Примечание: Содержание металлов — в мкг/г сырой массы
В числителе: пробы взяты из р. Рудная выше первого пункта поступления загрязнения
В знаменателе: пробы из р. Рудная от первого пункта поступления загрязнения устья. К — коэффи-
циент роста концентрации металлов в пробах
состояния водоемов, наряду с гидрохимическим контролем, могут быть рекомендованы
ряд ихтиологических показателей, характеризующих состояние популяции и организма:
а). Популяционные показатели: изменение средних размеров рыб, возрастной струк-
туры популяций, возраст и размеры впервые нерестующих рыб.
б). Показатели состояния организма: состояние жизненно важных органов (в первую
очередь — почка, печень, жабры), содержание никеля в почке (Патин, 1981).
Основная масса загрязнений, поступающих в морскую среду с суши, приурочена
к прибрежной зоне, экосистема которой испытывает наибольшую токсикологическую
нагрузку. Прибрежная распресненная зона северных морей является основной зоной от-
корма сиговых рыб, которые являются конечным звеном трофической цепи, накапливая
в тканях организма токсичные вещества.
Изучение содержания металлов в различных компонентах экосистем позволяет вы-
делить зоны с разной степенью загрязненности и состояния водных сообществ. Биоге-
охимические и гидробиологические исследования нескольких рек восточного склона
Сихотэ-Алиня, часть которых подвержена влиянию сточных вод горнодобывающих
и перерабатывающих предприятий, обнаружили многократное превышение содержания
металлов в компонентах исследованных экосистем по сравнению с компонентами «чи-
стых» (контрольных) экосистем (Морозов, 1983). Так, в теле рыб содержание металлов
превышало контрольные показатели: по железу в 4.3 раза, по марганцу — 7.1, цинку —
7.6, меди — 3.25, свинцу — 18.6, стронцию — 4.2, кадмию — в 5.0 раз (табл. 11).