Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Критериальная значимость изменений липидного статуса раннего онтогенеза рыб при эколого-гигиеническом нормировании пестицидов в воде водоемов

:' > А п

1 Ь и ((

На правах рукописи

ОЪ

КАТАСКОВА СВЕТЛАНА ИВАНОВНА

КРИТЕРИАЛЬНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ИЗМЕНЕНИЙ ЛИПИДНОГО СТАТУСА РАННЕГО ОНТОГЕНЕЗА РЫБ ПРИ ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКОМ НОРМИРОВАНИИ ПЕСТИЦИДОВ В ВОДЕ ВОДОЕМОВ

14.00.07 - Гигиена

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1999 г

Работа выполнена в Азовском НИИ рыбного хозяйства и Московском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте гигиены имени Ф.Ф.Эрисмана

Научные руководители:

член-корреспондент РАМН, профессор Ракитский В.Н.

доктор медицинских наук, Гвозденко С.И.

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук, профессор Юдина Т.В.

Доктор медицинских наук, профессор Королев A.A.

Ведущая организация:

Московский медицинский стоматологический институт

Защита состоится '^октября 1999 года в ^ часов на заседании диссертационного совета Д.084.05.01 при Московском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте гигиены имени Ф.Ф.Эрисмана по адресу: 141000, Московская область, г. Мытищи, ул. Семашко, д. 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского НИИ гигиены им. Ф.Ф.Эрисмана.

Автореферат разослан "27" сентября 1999 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор медицинских наук Шушкова Т.С.

/7

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Химические загрязнители являются приоритетным фактором ухудшения качества окружающей среды, включая гидросферу ( Потапов А.И., Новиков Ю.В., 1997-1998; Сидоренко Г.И., 1996 и др.). В настоящее время наблюдается ухудшение санитарного состояния многих водоемов в различных регионах России (Новиков Ю.В.. 1993: Сарафанюк Е.В.,1994: Гвозденко С.И., 1997 и др.). Наличие высоких концентраций химических загрязнителей в водной среде с одной стороны является причиной повышения заболеваемости населения, а с другой стороны вызывает нарушения жизнедеятельности и видового состава водных экосистем (Потапов А.И., Ракитский В.Н., Гвозденко С.И., 1998).

Особое место в структуре загрязнителей занимают пестициды. Их высокая биологическая активность, преднамеренность внесения в окружающую среду и неотвратимость циркуляции в ней - определяют их потенциальную опасность для здоровья человека и окружающей среды (Ракитский В.Н.. 1993: Рязанова P.A., 1989).

Однако, до настоящего времени гигиеническая и экологическая регламентация пестицидов, как и других химических веществ, в водоемах проводится разобщенно, что не позволяет обеспечить комплексную защиту здоровья человека. и качества водных экосистем. Так, в ряде случаев, концентрации пестицида в воде на уровне гигиенической ПДК вызывают гибель гидробионтов различных трофических уровней, что впоследствии может нарушить процессы самоочищения водоемов. В этой связи, Потаповым А.И.. Ракитским ВН., Новиковым Ю.В., Гвозденко СИ. в 1998 году предложена концепция и соответствующая методическая схема установления единого эколого-гигиенического норматива (ПДК) пестицида в воде водоемов.

Указанная концепция предусматривает одновременное установлена пороговых и недействующих концентраций пестицидов для теплокровных I гидробионтов, впоследствии используемых для научного обоснование эколого-гигненической ПДК по принципу лимитирующего критери; вредности. В этой связи, дальнейшее совершенствование критериев оцени степени токсического воздействия пестицидов как на гидробионтов, так и н; теплокровных будет способствовать нарастанию надежности комплексно! защиты здоровья человека и качества водных экосистем. Многочисленны! исследования (Брагинский Л.П. 1979-81; Гвозденко С.И., 1991-99; и др. свидетельствуют о том, что в подавляющем большинстве случае! гидробионты являются более чувствительными к пестицидам чек теплокровные. Согласно существующей методической схемы (1998 экологического нормирования, обязательным объектом изучения являютс предличинки осетра, которые наряду с дафниями выступают, как правиле наиболее чувствительным звеном трофической цепи. Однако, до настоящей времени пороговые и недействующие концентрации водных контаминанто было рекомендовано устанавливать для раннего онтогенеза только п выживаемости и морфофункциональным показателям. В тоже врем; многими авторами отмечена способность пестицидов нарушать гидробионтов обмен липидов, которые играют важную роль в и метаболизме (Шатуновский М.И., 1967; Шульман Г.Е. 1972: Сидоров В.С 1983; Шагаева В.Г. и др., 1994; Булли Л.И. и др., 1997; Кесельман М.Л.,1998).

Однако, критериальная значимость изменений липидного обмена рыб на стадиях раннего постэмбрионального развития для целе нормирования водных загрязнителей не была изучена.

Выше изложенное явилось основанием для выполнения настоящи исследований, проводимых в рамках отраслевых программ "Экологе гигиеническая безопасность населения России и пути их решения", а так» по плану научно-исследовательских работ Комитета по рыболовств

"Научно-техническое обеспечение развития рыбного хозяйства России в 1993-1995 гг. и на период до 2000 года" по теме "Разработать научные основы экологического мониторинга и охраны водных экосистем рыбохозяйственных водоемов".

Цель исследования . Научно обосновать критериальную значимость комплекса биохимических показателей липидного статуса предличинок осетра при эколого-гигиеническом нормировании в водной среде и прогнозировании параметров токсичности пестицидов для теплокровных.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

1. Установить верхние и нижние пределы физиологической нормы липидного статуса и показателей морфо.метрин предличинок осетра.

2. Изучить характер биологического действия пестицидов на липидный обмен и морфометрию раннего онтогенеза рыб.

3. Установить токсикометрические параметры пестицидов для предличинок осетра.

4. Установить зависимость величин пороговых и недействующих концентраций пестицидов от метода постановки опыта.

5. Установить корреляционно-регрессионные зависимости пороговых и недействующих концентраций пестицидов для гидробионтов и теплокровных.

6. Разработать нормативно-методические документы для осуществления предупредительного и текущего санитарного надзора и экологического контроля.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

- Определены верхние и нижние пределы липидного статуса и морфометрических параметров в норме у предличинок осетра, культивируемых в лабораторных условиях.

Обоснована недостаточность критериев морфометрии г приоритетность критериальной значимости общих и структурных липидо* для предличинок осетра при пестицидной интоксикации.

- Оценка состояния липидного статуса у гидробионтов использован; при установлении 17 ПДК пестицидов для воды водоемов.

- Усовершенствована методика пестицидного воздействия н; гидробионты для установления пороговых и недействующих концентрата пестицидов на стадии раннего онтогенеза рыб.

- Установлена корреляционная связь между недействующим! концентрациями (NOEL cli) для гидробионтов и теплокровных и разработань соответствующие прогностические модели.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

Материалы проведенных исследований были использованы:

- при разработке 1 7 ПДК пестицидов в воде водоемов (утвержденны; МЗ РФ и НТС Главрыбвода);

подготовке «Методических рекомендаций по применении информативных биохимических методов диагностики пестицидио! интоксикации ихтиофауны и оценке токсического воздействия пестицидов н; гидробионтов». Приказ ЦУРЭН№ 01-19/126-17 от 15.08.96.;

- "Правила по хранению, транспортированию и применении пестицидов" М., 1999 (утв. МЗ России).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы доложены i обсуждены на межотдельческой конференции Московского НИИ гигиень им. Ф.Ф.Эрисмана 20 сентября 1999 г.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ДОЛОЖЕНЫ И ОБСУЖДЕНЫ НА:

Второй международной конференции «Гипоксия в медицине» Москва (1996).

Первом конгрессе ихтиологов России. Астрахань (1997).

Научно-практической конференции по токсикологии пестицидов во Франции, Ницца (1997).

Европейских совещаниях по гармонизации методов исследования пестицидов, Ростов-на-Дону, 1997-1998 гг.

Ученом Совете АзНПИРХ в 1998 г.

ПУБЛИКАЦИИ.

По изучаемой проблеме опубликовано 12 работ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Комплекс чувствительных и информативных критериально-диагностических показателей состояния липидного обмена предличинок осетра, существенно повышающий надежность установления пороговых и недействующих концентраций пестицидов в водной среде в целях их чколого-гигненического нормирования.

2. Ведущий патогенетический механизм токсического действия пестицидов на ранний онтогенез рыб заключается в нарушении обмена липидов, выражается в изменениях их субстратно-энергетической и структурно-транспортной функций и определяется химической структурой ксенобиотиков.

3. Повышение надежности установления пороговых и недействующих концентраций пестицидов в воде путем использования наименее защищенной стадии раннего постэчбрнонального развития ихтиофауны.

4. Математическая модель прогноза недействующих уровней пестицидов для теплокровных при хроническом воздействии, основанная на результатах краткосрочных опытов на гидробионтах.

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ.

Диссертация состоит из введения; обзора литературы, главы посвященной обоснованию методов исследований. 3-х глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов и списка литературы Текст изложен на /¿О страницах машинописного текста; иллюстрирован -¿О

таблицами: .3 рисунками; указатель литературы содержит 135 источникос из них 104 отечественных и 31 иностранных авторов.

Личный вклад в работу заключается в организации непосредственном выполнении экспериментальных исследований по всег разделам диссертационной работы, проведении анализа и обобщени результатов работы, сборе, систематизации и анализе литературных экспериментальных данных.

МАТЕРИАЛЫ II МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Исследования выполнялись в условиях лабораторного эксперимент; Объектами исследований являлись действующие вещества и препаративны формы основных групп пестицидов отечественного и иностранног производства. Всего изучено 17 пестицидов, использовано 11 показателе! проведено 7735 анализов.

В качестве тест-объекта использовали предличинок осетра Acipenst guldenstadti colchicus (V. Marti).

Материал собран в 1991-1994, 1997, 1998 гг. Исследованн выполнялись на базе КаспНИИРХ (Турали-2) и АзНИИРХ. Предличино завозили с осетровых рыбоводных заводов «Сулак», республика Дагеста! «Взморье» и «Рогожкино» Ростовской области. Предличинок брали г инкубационных аппаратов сразу после выклева и затравляли в возрасте 2-часов после выклева. Температура воды была относительно стабильной 1' 18° С. Оценку токсичности пестицидов на ранний онтогенез рыб проводил согласно действующим методическим рекомендациям.

Влияние пестицидов на раннее постэмбриональное развитие осетр определяли на предличинках, полученных в производственных условия: Затравку предличинок проводили в два этапа. Предварительно осуществлял острую затравку продолжительностью 48 часов с большим диапазоне концентраций пестицида (6-8), который должен обеспечить гибель особей с 0 до 100%. Эксперимент проводили в 10 л емкостях, куда помещали по 1С

шт. предличинок. На основании острой затравки выбирали концентрации для хронического эксперимента в диапазоне 1/5 ЛК?и - 1/100 ЛК^. Опыты проводили в двух новторностях при постоянных концентрациях (растворы пестицида менялись в зависимости от стабильности). Длительность эксперимента составляла 7 суток

Физиолого-биохимические подходы к оценке и прогнозированию состояния предличинок заключались в сопоставлении морфо-физиологическнх и фнзполого-биохимических индикаторов, взаимно контролирующих друг друга. Это - питание и рост. В период эндогенного питания организм предличинок строит самого себя за счет внутреннего аккумулированного определенного количества жирового и белкового накопления, количество которого лимитирует различные стороны жизнедеятельности организма (Слоним, 1961. Никольский 196.")). При росге организма происходит постоянная смена массы через обмен веществ, рост предличинок - особенно интенсивный (за 7 суток длина увеличивается в 2-3 раза).

Показателями токсичности пестицидов служили: выживаемость предличинок, патоморфологические признаки и морфометрические параметры. Длину тела измеряли окуляр микрометром 8 х 0,6. Массу предличинок определяли взвешиванием на аналитических весах. Из всех исследуемых концентраций пестицидов и контроля делали промеры 10-ти предличинок.

Для биохимической диагностики нарушений в организме предличинок использовали онтогенетические особенности общих липидов и липидного спектра. Липиды экстрагировали по методу Фолча (Ро1сЬ е! а1, 1957) (смесь неполярного растворителя с полярным, в частности, хлороформа с метанолом 2:1) с последующей разгонкой их в тонком слое.

Для количественного и качественного определения структурных липидов использовати экспресс-микроанализ Л.Г. Грибанова, С.Л.Сергеева

(1975). Главными компонентами липидных фракций являются - эфиры холестерина (ЭХ), триацилглицериды (ТГ), свободные жирные кислоты (СЖК); холестерин (X) и фосфолипиды (ФЛ).

Из каждой концентрации пестицидов отбирали по 5 проб.

Липидный экстракт полученный по методу Фолча упаривали на водяной бане при t" 70° С и доводили хлороформом до концентрации 0,1 мг/мл. Полученный раствор служил исходным для проведения тонкослойной хроматографии на пластинках «Силуфол» (Чехия) На каждую пластинку наносили 0,1 мл исходного раствора на расстоянии 0,5 см от края. После высушивания на воздухе проводили разделение в системе растворителей: гексан- диэтиловый эфир - метанол - ледяная уксусная кислота в соотношении (9:2:0,2:0,3).

По окончании разгонки пластинки сушили на воздухе и проявляли в парах йода. Липидные компоненты идентифицировали с помощью известных значений Rf с использованием стандартных липидов (холестерин, триолеин, кефалин).

Контуры проявленных фракций очерчивали и пластинки оставляли на воздухе до исчезновения йода. Затем фракции переносили в пробирки.

Фракции холестерина (X), свободных жирных кислот (СЖК), триацилглицеринов (ТГ) и эфиров холестерина (ЭХ) элюировали смесью хлороформа с метанолом (3:2) дважды по 2 мл, а фосфолипиды (ФЛ) -смесью хлороформ - метанол - 14н NH4OH (5,6:4,2:0,2). Осадок на фильтре еще раз промывали 1-2 мл соответствующей смеси. Двукратное элюирование практически полностью извлекает сорбированные липиды. Количественное определение общих липидов и отдельных фракций проводили методом сжигания с концентрированной H2SO.4. Элюаты фракций высушивали на водяной бане. К высушеным пробам добавляли 2 мл концентрированной серной кислоты, нагревали до 200" и выдерживали в течение 20-30 минут

После охлаждения добавляли дисшплированной воды и фотометрировали на ФЭК при 400 им.

При статистической обработке результатов исследований использованы программы статистической обработки "STATGRAF" и Microsoft Excel 97.

Основные направления и объемы исследований представлены в табл.1. Таблица!

Направления и объем исследований

Л» Направления Объем

п/п исследований Показатели исследований

(кол- во анализов)

1. Изучение токсичес- 1. Параметры токси- 85

кого воздействия кометрии

пестицидов на пред- 2. Морфометрические: 1700

личинок осетра а) длина 850

б) масса 850

i i 3. Патоморфология. 3400

4. Биохимические: 2525

а) эфиры холестерина 425

б) триглицерпды 425

в)свободные жирные 425

кислоты

г) холестерин 425

д) фосфолипиды 425

е) оощие липиды 425

Всего исследований: 7735

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Многолетние собственные исследования по влиянию пестицидов на эмбриогенез осетровых рыб позволил провести анализ физиолога-

биохимического состояния чистой культуры предличинок осетра в норме Эти данные необходимы для установления верхних и нижних нредело! колебаний физиологической нормы предличинок осетра по морфометрии I липидному статусу для использования указанных параметров в качеств! исторического контроля при научном обосновании величин пороговых I недействующих концентраций пестицидов. Данные морфометрически: параметров, липндного статуса предличинок осетра в норме представлены 1 табл.2.

Исследования показали, что количество структурных липидо! менялось согласно индивидуальным физиологическим показателя» предличинок, а доля их в процентах к сумме общих липидов (ОЛ) был; постоянной.

Дальнейшие исследования показали, что все без исключени: изученные пестициды вызывали отклонения в липидном обмене. Величинь пороговых концентраций пестицидов, установленные по изменения* липидного обмена и морфометрических показателей, представлены в табл.3.

Из таблицы видно, что чувствительность показателей липидноп обмена, в сравнении с морфометрией, у 60% исследованных пестицидо! была выше в 2-10 раз. Это пестициды гранстар, ризоплан, агат, хармони хардин, зеллек супер, ниссоран, харнес, силк, ортус. В 40%-х случае1 пороговые концентрации по липидному обмену были на уровн! морфометрических показателей (титус, фацет, фронтьер, бутизан, альто корбел, демитан). И не в одном случае мы не наблюдали, чтобы норогова; концентрация пестицида по липидному обмену превышал; соответствующую концентрацию, установленную по морфометрическнл показателям. Из исследованных 17 пестицидов, 10 лимитировалис; изменениями липидного обмена, а 7 - одновременными изменениям! показателей липидного обмена и морфометрии. Выявленные соотношени; определялись химической структурой пестицидов и практически не зависел!

от класса токсичности. Таким образом, была обоснована критериальная значимость показателей липидного обмена.

Таблица 2

Средние морфо-биохимические параметры предличинок осетра

в возрасте 7 суток (в норме)

ПОКАЗАТЕЛИ реднашоголетние величины (1991-1994 гг., 1997-1998г)

Количество самок , шт. 19

Количество предличинок, шт. 3825

Длина предличинок. мм 18,10+0,31 шах 19,90^0,19 min 15,74+0,14

Масса предличинок. мг 36,20+1,68 max 46,70+1,29 min 21,52+0.68

Масса жира, мг 1,63+0,14 (max 2,44; min 0,66)

Триглицериды (ТГ) % к ОЛ 1,910+0,180* (max 2,76; min 0.79) 41,6

Свободные жирные кислоты (СЖК) % к ОЛ 0,755+0,099* (max 1,43; min 0,39) 16,4

Эфиры холестерина (ЭХ) % к ОЛ 0,598+0,094* (max 1.25; min 0,22) 13,0

Холестерин (X), % к ОЛ 0,373+0,039A (max 0,63; min 0,18) 8.1 i

Фосфолипиды (ФЛ), 0 О к ОЛ 0,945+0,113* (max 1,65; min 0,44) 20,5

Среднее содержание общих липидов (ОЛ) 4,590+0,456*

* мг на 100 мг сырой ткани

Таблица 3

Величины пороговых концентраций пестицидов, установленные по изменениям липидного обмена и морфометрическим показателям (па 7-е сутки опыта)

Пестициды Пороговая концентрация по липидному обмену, м г/л Пороговая концентрация по морфометрическим параметрам, м г/л

1 кл. Очень слаботоксичные пестициды (ЛК;п более 500 мг л)

ГраНСТар (двтркасульфурон) 10,0 50,0

РИЗОПЛЭН U.B.Pscudomonas fiuorcsccns) 10,0 >1000

Агат (л б Pscudomoms aurcofaticns) 100,0 >5000

2 кл. Малотоксичные пестициды (ЛК^, от 50 с)о 500 мг л)

I ИТуС (д.в римес\льф\рон) 1,0 1.0

ХармОНИ (дв квииклорак) 5,0 10,0

Фацет (дв тнфсис\льф\ронмстил) 0,1 0,1

Хардин (дв хлора льфурон) 0,1 >10

3 кл. Срсднетоксичные пестициды (ЛКц, от 5,0 до 50.0 мг л)

Фронтьер (д в димстснамид) 0.5 0,5

БутИЗЗН-С (д в мстачахлор) 0.1 0,!

Альто (д в цнпрокон.гюл) 0,1 0.1

4 кл. Высокотоксичные пестициды (ЛКщ от 0,5 до 5,0 мг л)

Корбел (дв фенпрошшорф) 0,01 0.01

Зеллек СУПер (д в галаксифоп-Р-мстил) 0,005 0,01

Ниссоран (д в гскситиатокс) 0,005 0,01

Харнес (д.в. ацетохлор) 0,01 1,0

Сил К (д в. трпгерпсновыс кислоты) 0.01 0,1

5 кл. Особо токсичные пестициды (ЛК™ менее 0,5 мг л)

Демитан (д.в фенатахин) 0,0005 0,0005

ОртуС (д.в, фсипнроксимат) 0,0005 0,001

При пестицидной интоксикации организмов в ранний постэмбриональный период развития отклонения количества содержания общих и структурных липидов от контрольной группы в сторону увеличения свидетельствует об угнетении дипидного обмена под действием токсикантов. Уменьшение количества структурных и общих липидов при одновременном замедлении роста, относительно контроля, говорит о преобладании процессов катаболизма над процессами анаболизма. И тот и другой случай, при статистической достоверности и при выходе за верхние или нижние пределы физиологической нормы считается патологией Влияние токсических концентраций пестицидов на показатели липидного обмена представлены в табл.4.

Из данных, представленных в таблице, видно, что в токсических концентрациях 65% изученных препаратов вызывают изменения содержания общих липидов. Это гранстар, титус, хардин, фронтъер, альто, зеллек супер, ниссоран и ортус. Причем, при воздействии пестицидов фронт ьер, альто, зеллек супер, ортус, корбел и хармони был выявлен дозозависимый эффект.

Из представленных данных следует, что в токсических концентрациях все изученные препараты вызывают изменения содержания отдельных липидных фракций.

Анализ биохимических показателей выявил, что при воздействии пестицидов структурные липиды изменялись по сравнению с контролем как в сторону увеличения, (недоиспользование липидов желточного мешка), так и в сторону уменьшения (т.е. совокупность ферментативных реакций в живом организме направлена на расщепление жиров, в качестве защитной реакции на воздействие токсикантов).

Пестициды хармони, фацет, силк, демитан оказывали влияние только на структурно-транспортную функцию, не затрагивая субстрактно-энергетическую. Титус и фронтьер нарушали только субстратно-энергетическую функцию организмов. Все остальные изученные пестициды

вызывали достоверные изменения как структурно-транспортной, так и субстратно-энергетической функций.

Таблица ^

Влияние токсических концентраций пестицидов на показатели липидного _обмена предличинок осетра_

Пестициды Структурно-транспортная функция Субстратно-энергетическая функция Общие

ЭХ X ФЛ ТГ СЖК липиды

1 кл. Очень слаботоксичные пестициды (ЛК.ю более 500мг.и

Граистар 0 - - ! 0 1 - -

Ризоплан 0 0 - 1

Агат 0 1 - | - + 0 0

2 кл. Малотоксичные пестициды (ЛКу от 50 оо 540 мг л)

Титус 0 0 0 0 -

Хармони + 1 0 0 0 0 0

Фацет - 0 0 0 0

Хардии 0 + 0 0 +

3 кл. Среднетоксичные пестициды (ЛКн от 5,0 Оо 50,0 мг .у

Фронтьер 0 0 0 + 1 о +

Бутизан-С ! - 1 - 0 1

Альто 0 + - 0 +

4 кл Высокотоксичные пестициды (У/А" п от 0,5 Оо 5,0 мг л)

Корбсл - 0 0 0 г

Зеллек супер ! 0 0 - г

Ниссораы - 0 - 0

Харнес 0 - 0 + - 0

Силк - 0 0 0 0 0

5 кл. Особо токсичные пестициды (ЛКщ менее 0,5 мг л)

Демитан - - 0 0 0

Ортус - -г +

Условные обозначения. ЭХ - эфиры холестерина 0 - отсутствие достоверных и 5мснсни

X - холестерин + - достоверное увеличение (р<0.<)5)

ФЛ • фосфолипиды - - достоверное} мсньшснне (р>п.()5)

ТГ - триглицериды

СЖК - свободные жирные кислоты

Рис.1. Влияние токсических концентраций пестицидов на показатели суммарных липидов (ОЛ) предпичинок осетра

8

5,85

2,78 ГУ ,91

П

[г

12,9

гг

;7,58

3,5

■ т 2,09|

гг

5,85 4,42р

т

„7,46

Е1

4,97|

ЕЗГ

2,84 ^,64

Ш

.7,53

„„5,52. 5)2б 5,35

-и.

4,76

и

8

10 11

! ряд - контроль; 2 ряд - опыт

1-гранстар, 2-ризоплан, 3-титус, 4-хардин, 5-фронтьер, 6-бутизан, 7-альто, 8-корбел, 9-зеллек супер, 10-

ниссоран, 11-ортус.

1

Как видно из представленных данных, способность препаратор вызывать изменения содержания общих и структурных линидое определяется не классом токсичности, а только их химической структурой.

Токсикометрические показатели для раннего онтогенеза ихтиофауны могут зависеть и от биологических особенностей тест-объекта.

Методическими рекомендациями предусматривается проведение исследований по нормированию пестицидов на эмбриональном уровне с экспозицией опыта 13 суток - от оплодотворения яйцеклеток до переход; предличинок на активное питание. Из них 6 суток эмбрион развивается I оболочках I! 7 суток - вне оболочек, как свободный эмбрион ил! предличинка.

На примере двух пестицидов (клипер и ланцет) показано, что ес.к токсическое воздействие начинать на стадии выхода эмбриона из обо;юче1 (предличинка), то как видно из данных табл.5 величины пороговых I недействующих концентраций пестицидов лля предличин^1** о^ячяпиг:! значительно ниже (в 3-10 раз) соответствующих концентраций установленных по классической методической схеме. Меньшие различия (| 1.1-1,8 раза) были отмечены при сравнении средне-летальных концентраций.

По нашему мнению, это связано с тем, что стадия предличинкт (лишенная оболочек) является более чувствительной, чем стадия эмбрион; (защищенного оболочками). Кроме этого, микродозы токсикантов поступающих через микропиле оболочек эмбриона, по-видимому способствуют повышению токсикорезистентности организм; адаптационного характера.

Таблица 5

Средне-летальные, пороговые и недействующие концентрации Клипера и Ланцета для предличинок осетра в зависимости от времени выдержки в растворах токсикантов

Недейству-

Пестициды Варианты опыта ЛК5„ мг/л Пороговая концентрация. мг/л ющая концентрация мг/л

Клинер I вариант (13 суток)* 9,98 10,0 5,0

II вариант (7 суток)** 5,59 1,25 0,5

Ланцет I вариант (13 суток)* 28,31 15,0 10,0

II вариант (7 суток)** 25,18 5,0 1,0

* - от оплодотворения до перехода на смешанное питание

** - от выклева до перехода на смешанное питание

На основании проведенных исследований установлены корреляционно-регрессионные зависимости между пороговыми и недействующими концентрациями пестицидов для гидробионтов. установленных с помощью вышеуказанных изменений липидного обмена у предличинок и недействующей дозой для крыс при хроническом воздействии (табл.6).

Из представленных результатов видно, что наиболее тесная связь отмечена между величинами недействующей концентрации для крыс (NOEL ch) и пороговой для предличинок (г = 0,999) и менее выраженная соответственно с недействующей концентрацией для предличинок (г == 0,695).

Указанные зависимости явились научной основой для разработки соответствующих математических моделей прогноза, представленных в табл.6.

Таблица 6

Корреляционно-регрессионная зависимость между пороговыми и недействующими концентрациями пестицидов для гидробионтов и теплокровных при хроническом воздействии

Предличинки осетра Крысы

Пестициды Lim ch NOEL ch NOEL ch

по липидному обмену, мг/л по липидному обмену, мг/л мг/кг

Демитан 0,0005 0,0001 0,51

Корбсл 0.01 0,001 0,35

Хардин 0,1 0,01 0,2

Альто 0,1 0,01 1,0

Титус 1,0 0,1 11,8

Гранстар 10,0 1.0 1.1

Хармони 5.0 1.0 23,0

Коэффициент корреляции, г 0,695 0,999

log у =-0,432 + 4,281х + 1214,732х2 - 1207,395х3 у = NOELch крыс: х - NOELch предличинок осетра

logy =-0,455 + 1,914х -0,434х2 + 0,025х3 у = NOELch крыс; х - Lim ch предличинок осетра

Таким образом, в результате проведенных исследований определены верхние и нижние пределы физиологической нормы раннего постэмбрионального развития представителей ихтиофауны; научно обоснован комплекс чувствительных критериально-диагностических показателей пестицидной интоксикации; установлен ведущий патогенетический механизм токсического действия пестицидов на гидробионтов, а также корреляционно-регрессионная зависимость между токсикометрическими параметрами для гидробионтов и теплокровных.

ВЫВОДЫ

1. В результате многолетних натурно-экспериментальных исследований установлено, что пестициды различных химических классов способны нарушать липидный обмен у гидробионтов в концентрациях существенно более низких в (2-10 раз), чем при определении по общепринятым морфометрическим показателям.

2. Установлены среднемноголетние колебания физиологической нормы липидного статуса и морфометрии предличинок осетра в лабораторных условиях для целей эколого-гигиенического нормирования (общие липиды - 4,590^0,456; эфиры холестерина - 0,598-0,094; холестерин - 0,373+0,039; фосфолипиды - 0,945^0,113; триглицериды - 1,910±0,180; свободные жирные кислоты - 0,755+0,099 мг/100 мг ткани. Длина и масса предличинок 18,10+0,31 мм, 36,20+1,68 мг).

3. Научно обоснован комплекс чувствительных и информативных критериально-диагностических показателей липидного обмена у предличинок осетра ( общие липиды, эфиры холестерина, холестерин, триглицериды, свободные жирные кислоты, фосфолипиды) для обеспечения безопасности водопользования для здоровья человека и качества водных экосистем,

4. Установлен ведущий патогенетический механизм токсического воздействия пестицидов на липидный обмен предличинок осетра, выраженный в дозозависимом нарушении их субстратно-энергетической и структурно-транспортной функций и определяемый химической структурой пестицидов.

5. Предложен более совершенный методический подход режима пестицидного воздействия на стадии предличинки, как наименее защищенной физиологической системы.

6. Установлена достоверная корреляционно-регрессионная зависимость между пороговыми концентрациями пестицидов для предличинок осетра (по изменениям липидного обмена) и недействующим уровнем для теплокровных при хроническом воздействии, послужившая научной основой для разработки соответствующей математической модели прогноза.

7. Разработан комплекс нормативно-методических документов, обеспечивающих проведение предупредительного и текущего санитарного надзора и экологического контроля.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Рыбохозяйственная оценка и нормирование биопрепарата бирингин. // Материалы к ХХУ1 Пленуму Госхимкомиссии. - М. 1987,-С.231-232 (в соавт.).

2. Экспериментально-токсикологическое испытание фостака на гидробионтах. // Материалы к ХХУ1 Пленуму Госхимкомиссии. - М. 1987,-С.235-236 (в соавт.).

3. Рыбохозяйственная оценка и ПДК валексона для пресноводных водоемов. // Материалы к ХХУ1 Пленуму Госхимкомиссии. - М. 1987,-С.213-214 (в соавт.).

4. Влияние некоторых гербицидов на эмбриональное развитие осетровых.// Тезисы докладов областной научной конференции по итогам работы АзНИИРХ в XI пятилетке. - Ростов-на-Дону, 1986. -С. 52-53 (с соавт.).

5. Сравнительная характеристика токсического действия некоторы> пиретроидов на осетровых в эмбриональный и постэмбриональный периодь развития. .// Тезисы докладов областной научной конференции по итогал:

работы АзНИИРХ в XI пятилетке. - Ростов-на-Дону, 1986. -С. 53-54 (с гоавт.).

6. Характер биологического действия полидима на гидробиоптов в условиях лабораторного эксперимента. // Материалы к XXXI Пленуму Госхимкомиссии. - М. 1991,-С.214-215 (в соавт ).

7. К вопросу о чувствительности осетровых рыб к действию пестицидов в эмбриональный и ранний постэмбрионапышй периоды развития. // Материалы к XXXI Пленуму Госхимкомиссии. - М. 1991,- С.225-226 (в соавт.).

8. Гипоксия как лимитирующий показатель при гигиенической регламентации влияния пестицидов на эмбриогенез осетровых рыб // Вторая международная конференция "Гипоксия в медицине". 19-26 июня 1996. Москва, Россия. - С.27 (с соавт.).

9. "Методические рекомендации по применению биохимических методов диагностики пестицидной интоксикации ихтиофауны и оценке токсического воздействия на гидробионтов". Приказ ЦУРЕН № 01-19/126-17 от 15.08.96.

10. Изучение мутагенного и тератогенного действия пестицидов на эмбриональное развитие осетровых рыб. Рпасепса. Итапия. 8-11 июля 1997 г.

11. Особенности чувствительности эмбрионов и предличинок осетровых рыб к воздействию препарата "Бульдок".'' Первый конгресс ихтиологов России., г. Астрахань. 1997 г.

12. Оценка чувствительности некоторых гидробионтов к действию фунгицида "Монцарен".// Первый конгресс ихтиологов России., г. Астрахань. 1997 г.

Актуальность темы. Химические загрязнители являются приоритетным фактором ухудшения качества окружающей среды, включая гидросферу (77, 79, 94). В настоящее время наблюдается ухудшение санитарного состояния многих водоемов в различных регионах России (23, 68, 91). Наличие высоких концентраций химических загрязнителей в водной среде с одной стороны является причиной повышения заболеваемости населения, а с другой стороны вызывает нарушения жизнедеятельности и видового состава водных экосистем (79, 92).

Особое место в структуре загрязнителей занимают пестициды. Их высокая биологическая активность, преднамеренность внесения в окружающую среду и неотвратимость циркуляции в ней - определяют их потенциальную опасность для здоровья человека и окружающей среды (81, 82, 88).

Однако, до настоящего времени гигиеническая и экологическая регламентация пестицидов, как и других химических веществ, в водоемах проводится разобщенно, что не позволяет обеспечить комплексную защиту здоровья человека и качества водных экосистем. Так, в ряде случаев, концентрации пестицида в воде на уровне гигиенической ПДК вызывают гибель гидробионтов различных трофических уровней, что впоследствии может нарушить процессы самоочищения водоемов. В этой связи, Потаповым А.И., Ракитским В.Н., Новиковым Ю.В., Гвозденко С.И. в 1998 году предложена концепция и соответствующая методическая схема установления единого эколого-гишенического норматива (ПДК) пестицида в воде водоемов.

Указанная концепция предусматривает одновременное установление пороговых и недействующих концентраций пестицидов для теплокровных и гидробионтов, впоследствии используемых для научного обоснования эколого-гигаенической ПДК по принципу лимитирующего критерия вредности. В этой связи, дальнейшее совершенствование критериев оценки степени токсического воздействия пестицвдов как на гидробионтов, так и на теплокровных будет способствовать нарастанию надежности комплексной защиты здоровья человека и качества водных экосистем. Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что в подавляющем большинстве случаев гидробионты являются более чувствительными к пестицидам чем теплокровные (14, 16, 23). Согласно существующей методической схемы (79) экологического нормирования, обязательным объектом изучения являются предличинки осетра, которые наряду с дафниями выступают, как правило, наиболее чувствительным звеном трофической цепи. Однако, до настоящего времени пороговые и недействующие концентрации водных контаминантов было рекомендовано устанавливать для раннего онтогенеза только по выживаемости и морфофункциональным показателям. В тоже время, многими авторами отмечена способность пестицидов нарушать у гидробионтов обмен липидов, которые играют важную роль в их метаболизме (40,41,95,96,109,110,111,116).

Однако, критериальная значимость изменений липиднош обмена у рыб на стадиях раннего постэмбрионального развития для целей нормирования водных загрязнителей не была изучена.

Выше изложенное явилось основанием для выполнения настоящих исследований, проводимых в рамках отраслевых программ "Эколого-гигиеническая безопасность населения России и пути их решения", а также по плану научно-исследовательских работ Комитета по рыболовству "Научно-техническое обеспечение развития рыбного хозяйства России в 1993-1995 гг. и на период до 2000 года" по теме "Разработать научные основы экологического мониторинга и охраны водных экосистем рыбохозяйственных водоемов".

Цель исследования . Научно обосновать критериальную значимость комплекса биохимических показателей липидного статуса предличинок осетра при эколого-гигиеническом нормировании в водной среде и прогнозировании параметров токсичности пестицидов для теплокровных.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

1. Установить верхние и нижние пределы физиологической нормы липидного статуса и показателей морфометрии предличинок осетра

2. Изучить характер биологического действия пестицидов на липидный обмен иморфометрию раннего онтогенеза рыб.

3. Определить токсикометрические параметры пестицидов для предличинок осетра,

4. Выявить зависимость величин пороговых и недействующих концентраций пестицидов от метода постановки опыта.

5. Установить корреляционно-регрессионные зависимости пороговых и недействующих концентраций пестицидов для щцробионтов и теплокровных.

6. Разработать нормативно-методические документы для осуществления предупредительного и текущего санитарного надзора и экологического контроля.

Научная новизна и теоретическая значимость.

- Определены верхние и нижние пределы липидного статуса и морфометрических параметров в норме у предличинок осетра, культивируемых в лабораторных условиях.

Обоснована недостаточность критериев морфометрии и приоритетность критериальной значимости общих и структурных липидов для предличинок осетра при пестицидной интоксикации.

- Оценка состояния липидного статуса у щдробионтов использована при установлении 17 ПДК пестицидов для воды водоемов.

- Усовершенствована методика пестицидного воздействия на щцробионты для установления пороговых и недействующих концентраций пестицидов на стадии раннего онтогенеза рыб.

- Установлена корреляционная связь между недействующими концентрациями (NOEL ch) для щдробионтов и теплокровных и разработаны соответствующие прогностические модели.

Практическая значимость работы.

Материалы проведенных исследований были использованы:

- при разработке 17 ПДК пестицидов в воде водоемов (утвержденных МЗ РФ и НТС Главрыбвода);

- при подготовке «Методических рекомендаций по применению информативных биохимических методов диагностики пестицидной интоксикации ихтиофауны и оценке токсического воздействия пестицидов на гидробионтов». Приказ ЦУРЭН № 01-19/126-17 от 15.08.96.;

- в "Правилах по хранению, транспортированию и применению пестицидов" М., 1999 (утв. МЗ России).

Результаты работы доложены и обсуждены на:

Второй международной конференции «Гипоксия в медицине». Москва (1996).

Первом конгрессе ихтиологов России, Астрахань (1997).

Научно-практической конференции по токсикологии пестицидов во Франции, Ницца (1997).

Европейских совещаниях по гармонизации методов исследования пестицидов, Ростов-на-Дону, 1997-1998 гг.

Ученом Совете АзНИИРХ в 1998 г.

Апробация диссертации Основные положения работы доложены и обсуждены на межотдельческой конференции Московского НИИ гигиены им. Ф.Ф.Эрисмана20 сентября 1999 г.

Публикации.

По изучаемой проблеме опубликовано 46 работ.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Комплекс чувствительных и информативных критериально-диагностических показателей состояния липидного обмена предличинок осетра, существенно повышающий надежность установления пороговых и недействующих концентраций пестицидов в водной среде в целях их эколого-гигиенического нормирования.

2. Ведущий патогенетический механизм токсического действия пестицидов на ранний онтогенез рыб заключается в нарушении обмена липидов, выражается в изменениях их субстратно-энергетической и структурно-транспортной функций и определяется химической структурой ксенобиотиков.

3. Повышение надежности установления пороговых и недействующих концентраций пестицидов в воде путем использования наименее защищенной стадии раннего постэмбрионального развития ихтиофауны.

4. Математическая модель прогноза недействующих уровней пестицидов для теплокровных при хроническом воздействии, основанная на результатах краткосрочных опытов на гидробионтах. 9

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения; обзора литературы; главы посвященной обоснованию методов исследований, 3-х глав собственных исследований, обсуждения результатов, выводов и списка литературы. Текст изложен на 133 страницах машинописного текста; иллюстрирован 31 таблицами; 3 рисунками; указатель литературы содержит 147 источников, из них 116 отечественных и 31 иностранных авторов.

ВЫВОДЫ

1. В результате многолетних экспериментальных исследований установлено, что пестициды различных химических классов способны нарушать липидный обмен у гидробионтов в концентрациях существенно более низких в (2-10 раз), чем при определении по общепринятым морфометрическим показателям.

2. Установлены среднемноголетние колебания физиологической нормы липидного статуса и морфометрии предличинок осетра в лабораторных условиях для целей эколого-гигиенического нормирования (общие липиды - 4,590+0,456; эфиры холестерина - 0,598+0,094; холестерин - 0,373+0,039; фосфолипиды - 0,945+0,113; триглицериды -1,910+0,180; свободные жирные кислоты - 0,755+0,099 мг/100 мг ткани. Длина и масса предличинок 18,1(Н;0,31 мм, 36,20+1,68 мг).

3. Научно обоснован комплекс чувствительных и информативных критериально-диагностических показателей липидного обмена у предличинок осетра ( общие липидьт, эфиры холестерина, холестерин, триглицериды, свободные жирные кислоты, фосфолипиды) для обеспечения безопасности водопользования для здоровья человека и качества водных экосистем.

4. Установлен ведущий патогенетический механизм токсического воздействия пестицидов на липидный обмен предличинок осетра, выраженный в дозозависимом нарушении их субстратно-энергетической и структурно-транспортной функций и определяемый химической структурой пестицидов.

118

5. Предложен более совершенный методический подход режима пестицидного воздействия на стадии предличинки, как наименее защищенной физиологической системы.

6. Установлена достоверная корреляционно-регрессионная зависимость между пороговыми концентрациями пестицидов для предличинок осетра (по изменениям липидного обмена) и недействующим уровнем для теплокровных при хроническом воздействии, послужившая научной основой для разработки соответствующей математической модели прогноза.

7. Разработан комплекс нормативно-методических документов, обеспечивающих проведение предупредительного и текущего санитарного надзора и экологического контроля.