Содержание металлов в мышцах судака из Иваньковского и Угличского водохранилищ: оценка риска для здоровья, связанного с потреблением рыбы

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 пламенноэмиссионной 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]. Cуточ-ное 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 достоверны.

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

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±	0,002±	0,011±	НПО	4,252±	0,898±	0,159±	1,502±	0,447±	3949±
	0,054*	0,003	0,019		0,402	0,590	0,064	0,552*	0,121	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 на-

копления 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 кислотнощелочном 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

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).

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.

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

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 водо-

хранилищ. 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.

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.