Тяжелые металлы по-прежнему остаются одной из приоритетных групп загрязняющих веществ, имеющих как локальное и региональное, так и глобальное распространение. Их поступление в водную среду связано с природными и антропогенными источниками. Степень накопления микроэлементов в тканях и органах рыб зависит от геохимической среды и типа водного объекта, т.е. от абиотических условий, зависит также от функционального состояния организма, сезона наблюдения и пола рыб. Поступая в избытке и во много превосходя индивидуальные потребности организмов, металлы могут вызывать нарушения различных функций гидробионтов, накапливаться в их органах, превышая нормируемые величины. Поэтому контроль изменения уровней содержания металлов в организмах актуален и необходим [Адамова, Босин, 1949]. Высокий уровень загрязнения водной cреды тяжелыми металлами приводит к снижению видового разнообразия гидробионтов [Брень, 1998]. Использование гидробионтов в качестве биоиндикаторов позволяет судить о значении этих токсикантов [Христофорова, 1989]. Тяжелые металлы и их соли - широко распространенные промышленные загрязнители. В водоемы они поступают из естественных источников (горных пород, поверхностных слоев почвы и подземных вод), со сточными водами многих промышленных предприятий и атмосферными осадками, которые загрязняются дымовыми выбросами. Тяжелые металлы как микроэлементы постоянно встречаются в естественных водоемах и органах гидробионтов. В экспериментальной токсикологии рыб главным критерием токсичности веществ является выживаемость, количественным и качественным выражением которой является физиолого-биохимические показатели, отражающие степень повреждающего действия токсиканта на функции и структуру различных систем организма. Стойкие токсиканты, по мере накопления их в водоемах, оказывают все более глубокое влияние на биологические процессы в водной среде, это влияние носит в основном скрытый характер и проявляется в виде внезапных заморов и "беспричинной" гибели водных животных [Сергеева, Лукьяненко, 2008]. В организм водных животных металлы попадают в основном с пищей. Для водных растений через поверхность, путем непосредственного проникновения в ткани. Токсичность металлов зависит от концентрации, продолжительности действия, температуры, насыщенности воды кислородом и других факторов. Особенности токсического действия металлов заключаются в их универсальном влиянии на живые организмы как общеплазматических ядов и способности к образованию комплексов с компонентами клеток, белков, аминокислот и других радикалов. В патологии водных животных, вызываемой токсичными веществами, следует различать как общие, так и специфические черты, обусловленные своеобразием механизмов действия различных классов токсикантов [Флеров, 1989]. Тяжелые металлы по-прежнему остаются одной из приоритетных групп загрязняющих веществ, имеющих как локальное и региональное, так и глобальное распространение. Их поступление в водную среду связано с природными и антропогенными источниками. Степень накопления микроэлементов в тканях и органах рыб зависит от геохимической среды и типа водного объекта, то есть от абиотических условий, зависит также от функционального состояния организма, сезона наблюдения и пола рыб [Адамова, Босин, 1949]. В качестве объектов данного исследования выбраны медь, цинк, кадмий и свинец, так как они относятся к числу экологически значимых тяжелых металлов по решению Европейской экономической комиссии ООН и являются наиболее важными с позиции водной токсикологии и приоритетными загрязнителями окружающей среды [Зимаков, 1988]. Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В зависимости от условий среды (pH, окислительно-восстановительный потенциал, наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления и входят в состав разнообразных неорганических и металлорганических соединений, которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить в состав минеральных и органических взвесей. Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма разнообразны, что связано с процессами гидролиза, гидролитической полимеризации (образованием полиядерных гидроксокомплексов) и комплексообразования с различными лигандами. Соответственно, как каталитические свойства металлов, так и доступность для водных микроорганизмов зависят от форм существования их в водной экосистеме. Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органикой; эти комплексы являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных водах. Большинство органических комплексов образуются по хелатному циклу и являются устойчивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяжелых металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной, слабокислой и слабощелочной сред. Поэтому металлорганические комплексы способны мигрировать в природных водах на весьма значительные расстояния. Особенно важно это для маломинерализованных и в первую очередь поверхностных вод, в которых образование других комплексов невозможно [Мур,Рамамурти, 1987]. Присутствие никеля в природных водах обусловлено составом пород, через которые проходит вода: он обнаруживается в местах месторождений сульфидных медно-никелевых руд и железо-никелевых руд. В воду попадает из почв и из растительных и животных организмов при их распаде. Повышенное по сравнению с другими типами водорослей содержание никеля обнаружено в сине-зеленых водорослях. Соединения никеля в водные объекты поступают также со сточными водами цехов никелирования, заводов синтетического каучука, никелевых обогатительных фабрик. Огромные выбросы никеля сопровождают сжигание ископаемого топлива. Концентрация его может понижаться в результате выпадения в осадок таких соединений, как цианиды, сульфиды, карбонаты или гидроксиды (при повышении значений рН), за счет потребления его водными организмами и процессов адсорбции. В поверхностных водах соединения никеля находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состоянии, количественное соотношение между которыми зависит от состава воды, температуры и значений рН. Сорбентами соединений никеля могут быть гидроксид железа, органические вещества, высокодисперсный карбонат кальция, глины. Растворенные формы представляют собой главным образом комплексные ионы, наиболее часто с аминокислотами, гуминовыми и фульвокислотами, а также в виде прочного цианидного комплекса. Наиболее распространены в природных водах соединения никеля, в которых он находится в степени окисления +2. Соединения Ni³⁺ образуются обычно в щелочной среде. Соединения никеля играют важную роль в кроветворных процессах, являясь катализаторами. Повышенное его содержание оказывает специфическое действие на сердечно-сосудистую систему. Никель принадлежит к числу канцерогенных элементов. Он способен вызывать респираторные заболевания. Считается, что свободные ионы никеля (Ni²⁺) примерно в 2 раза более токсичны, чем его комплексные соединения. В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах концентрация никеля колеблется обычно от 0,8 до 10 мкг/дм³; в загрязненных она составляет несколько десятков микрограммов в 1 дм³. Средняя концентрация никеля в морской воде 2 мкг/дм³, в подземных водах - 103 мкг/дм³. В подземных водах, омывающих никельсодержащие горные породы, концентрация никеля иногда возрастает до 20 мг/дм³ [Уильямс, 1975]. В природные воды соединения кобальта попадают в результате процессов выщелачивания их из медноколчедановых и других руд, из почв при разложении организмов и растений, а также со сточными водами металлургических, металлообрабатывающих и химических заводов. Некоторые количества кобальта поступают из почв в результате разложения растительных и животных организмов. Соединения кобальта в природных водах находятся в растворенном и взвешенном состоянии, количественное соотношение между которыми определяется химическим составом воды, температурой и значениями рН. Растворенные формы представлены в основном комплексными соединениями, а также с органическими веществами природных вод. Соединения двухвалентного кобальта наиболее характерны для поверхностных вод. В присутствии окислителей возможно существование в заметных концентрациях трехвалентного кобальта. Кобальт относится к числу биологически активных элементов и всегда содержится в организме животных и в растениях. С недостаточным содержанием его в почвах связано недостаточное содержание кобальта в растениях, что способствует развитию малокровия у животных (таежно-лесная нечерноземная зона). Входя в состав витамина В₁₂, кобальт весьма активно влияет на поступление азотистых веществ, увеличение содержания хлорофилла и аскорбиновой кислоты, активизирует биосинтез и повышает содержание белкового азота в растениях. Вместе с тем повышенные концентрации соединений кобальта являются токсичными.

В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах его содержание колеблется от десятых до тысячных долей миллиграмма в 1 дм³, среднее содержание в морской воде 0,5 мкг/дм³ [Майстренко, Хамитов, 1996]. Изучение материальной кумуляции элементов в организме рыб до настоящего времени заключалось в определении критического уровня их накопления, выше которого начинаются функциональные нарушения, но определение абсолютного критического уровня невозможно. В кишечнике рыб, куда вместе с кормом попадают взвешенные вещества, происходит десорбция элементов, которые могут при всасывании питательных веществ поступать в кровь. Таким образом, ионы в воде могут резорбироваться через кожу, жабры, а сорбированные металлы во взвешенном веществе - через кишечник [Попов, 2002]. Fe,Cu и Zn относятся к истинным биоэлементам, но при высоких концентрациях оказывают негативное действие на живые организмы. Кроме того, Cu и Zn являются трассерами антропогенного воздействия (если они не связаны с рудоносностью, добычей и использованием в производстве). СоединенияNi свидетельствуют об индустриальном прессе на окружающую среду. Известно, что концентрации железа, цинка и марганца заметно возрастают в ряду: океанические - морские и полупроходные - пресноводные рыбы, что связывают с увеличением содержания этих элементов в среде при переходе от морских к пресным водам [Патин, Морозов, 1974].

1.2 Биологическое действие оксидов тяжёлых металлов на организм рыб

тяжелый металл наноформа рыба

Считают, что большая часть неорганических соединений металлов поступает в организм гидробионтов с пищей. Например, абсорбция проглоченного свинца не велика - по причине образования нерастворимых форфата Pb₃ (PO₄) ₂ и основного карбоната Pb₃ (CO₃) ₂ (OH) ₂. Но свинец также может поступить с воздухом, в результате загрязнения продуктами горения тетраэтилсвинца Pb (C₂H₅) ₄, который входит в состав бензина (для повышения октанового числа). Свинец воздействует на нервную систему, печень, пищеварительную систему. Никель не так токсичен как свинец, но он легко абсорбируется в органах дыхания, вызывает острый желудочный дискомфорт. Интоксикация никелем приводит к разрушению сердечной и других тканей. Кобальт известен как необходимый компонент витамина В₁₂. Не смотря на полезные свойства кобальта, его избыток уменьшает способность щитовидной железы аккумулировать йод [Берман, Ильзинь, 1968]. В последние годы опубликованы данные многолетнего опыта макроскопического описания органов рыб при токсикозах. Эти исследования показали, что за исключением некоторых анатомо-морфологических особенностей, присущих рыбам, все патогистологические изменения соотносятся с классификацией, разработанной в медицине и в медико-биологических исследованиях. В итоге исследований установлено увеличение тяжести патологических изменений в мотонейронах по мере утраты двигательной и пищевой активности подопытных рыб. Таким образом, экспериментальные исследования по токсикологии рыб значительно расширили знания о механизмах действия токсикантов, о характере динамике интоксикации при различных концентрациях веществ [Врочинский, 1990]. Выявленные закономерности в распределении металлов по органам приморских рыб хорошо согласуются с литературными данными. Цинк концентрируется преимущественно в органах, контактирующих с внешней средой (чешуя, жабры, кожа), а также в органах экскреции и репродуктивных органах. Для железа характерно накопление в органах кроветворения, экскреции и депонирования. Медь находится в значительном количестве в органах кроветворения и репродуктивных органах. Высокий уровень содержания Mn, как и Zn, наблюдается в органах, непосредственно контактирующих с внешней средой. Ni, Pb и Cd обнаруживаются, прежде всего, в органах экскреции и депонирования, что свидетельствует о проявлении механизмов регуляции, перераспределения и выведения поллютантов из организма [Берман, Ильзинь, 1968]. Известно, что содержание Mn в тканях животных и человека, в отличие от растений, невелико, так как он обладает высоким окислительно-восстановительным потенциалом и, как правило, по величине концентрации уступает меди. Вместе с тем у карася уровни содержания Mn сопоставимы с концентрациями Cu в коже, мышцах, почках и гонадах, а в чешуе, жабрах и коже концентрации Mn выше, чем Cu [Карпевич, Шурин, 1977]. Жабры являются органом, где происходит процесс разложения угольной кислоты до CO₂ и H₂O, катализируемый карбоангидразой, в состав которой входит цинк [Стороганов, 1962]. Можно полагать, что в жизни карасей этот фермент приобретает особое значение, так как условия их существования сопряжены с постоянным дефицитом кислорода. С увеличением содержания угольной ангидразы улучшается газообмен между организмом и средой, создаются лучшие условия для протекания метаболических процессов, поэтому организмам требуются более высокие концентрации цинка [Воробьев, Самилкин, 1980]. Физиологическая роль многих металлов ещё до конца не раскрыта, а, следовательно, нет индивидуальной изменчивости количественной оценки оптимального их содержания в организме рыб. Кроме того, известный вытеснительный ряд в химических реакциях в определенной степени сохраняет свое значение и в организме [Попов, 2002]. Патология различных органов и систем, обнаруживаемая исследователями визуально или с помощью световой микроскопии, является итогом влияния токсикантов в заметных концентрациях. В результате отравления тяжелыми металлами нарушается проницаемость оболочек клеток крови. Образующиеся при попадании в организм труднорастворимые гидроксиды, фосфаты, альбуминаты или стойкие комплексы с тяжелыми металлами плохо всасываются из желудочно-кишечного тракта и способны откладываться в органах и тканях, избирательно накапливаясь в них [Моисеенко, 1984]. Соли некоторых тяжелых металлов, оказывающие выраженный токсический эффект на рыб в мягкой и дистиллированной воде, значительно менее токсичны в жесткой и морской воде [Мур, Рамамурти, 1987]. У гурами под воздействием меди и метилртути угнетается антителообразование к антигену вирусной природы, то есть снижается образование специфического иммунитета, а к бактериальному антигену - не вырабатывается совсем [Perlmutter, 1980]. Для выяснения региональных особенностей в аккумуляции металлов органами рыб произведено сравнение содержания микроэлементов в карасях из водоемов юга Приморья и других регионов Евразии: венгерского участка Дуная [Евтушенко, Сытник, 1993] и Оби [Глазунова, 2005].

1.3 Гуппи как объект для определения действия токсических вещестнарыб