Статья: Связь интегрального биохимического индекса и содержания хлорорганических ксенобиотиков в печени морского ерша Scorpaena porcus Linnaeus, 1758 в севастопольской морской акватории

Примечание: n - количество проанализированных особей; БХМ - биохимический маркер; Кат - каталаза, ркат/мг белка; Алб - альбумин, мг/г белка; ХЭ - холинэстераза, мкмоль/г белка-с; ПОЛ - перекисное окисление липидов, нмоль/мг белка; ОМБ - окислительная модификация белков, ед. опт. плотности/г белка; X - среднее значение биомаркера на станции; m - среднее значение по всей выборке данных; s - стандартное квадратичное отклонение m; параметр Y -- стандартизированное среднее Х; параметр Z, равный Y или -Y, если биологический эффект соответственно активировался или ингибировался; min - минимальное значение для всех станций; S - стандартизованное значение биохимических маркеров.

Рис. 4. Показатель ИБХИ для печени морского ерша Scorpaena porcus из различных по загрязненности морских районов Севастополя

Fig. 4. IBR of the liver of black scorpionfish Scorpaena porcus from differently-polluted sea areas near Sevastopol

Таблица 4. Концентрация ЈПХБ (от 5 до 20 конгенеров) и ЈДДТ в донных осадках из различных районов морей средиземноморского бассейна

Table 4. PCB (from 5 to 20 congeners) and DDT concentrations in bottom sediments from various regions of the Mediterranean seas

* - не обнаружено; ** - нет данных; *** - сумма концентрации п,п'-ДДТ и его метаболитов п,п'-ДДЭ и п,п'-ДДД, а также о,п'-ДДТ и его метаболитов о,п'-ДДЭ и о,п'-ДДД.

Загрязненные донные отложения могут составлять серьезную угрозу для фито- и зоо- бентосных организмов, а через пищевую цепь также оказывать влияние на демерсальных рыб, к которым относится изученный вид. Экологическую оценку уровней загрязненности грунтов проводят сравнением с определенными нормами. В Российской Федерации такие нормы для морских донных осадков не установлены. Известные рекомендованные критерии экологического качества морских осадков рассчитаны на основании пороговой концентрации (threshold effect concentration - TEC), ниже которой неблагоприятные воздействия маловероятны, вероятной концентрации (probable effect concentration - PEC), при которой возможны негативные эффекты, и предельной концентрации (extreme effect concentration - EEC), воздействие которой приводит к ухудшению в состоянии гидробионтов (Gomez-Gutierrez et al., 2007). В работе (Gomez-Gutierrez et al., 2007) для суммы ПХБ указаны уровни ТЕС, РЕС и ЕЕС, равные 29, 274 и 3490 соответственно, для суммы ДДТ, ДДЭ и ДДД - 5,5, 77 и 703 нг/г сухой массы соответственно. Сравнение концентрации ХОС в донных отложениях с этими критериями представлено на рис. 5.

Согласно этим нормам концентрация как ^ПХБ5, так и ^ДДТ в донных осадках в бухтах Александровской, Стрелецкой и Балаклавской находилась на уровне, при котором возможны неблагоприятные воздействия на биоту, а в бухтах Казачьей, Ласпи и в акватории Любимовки отрицательные эффекты от воздействия токсикантов на биоту маловероятны.

В печени рыб максимальное накопление ХОС так же, как в донных отложениях, было обнаружено в полузакрытых бухтах. Соотношение уровней загрязненности донных осадков исследованных акваторий и показателей содержания ХОС в печени ерша показаны на рис. 6.

Статистическая надежность уравнений регрессии на рис. 6 оценена с помощью F-статистики распределения Фишера. В результате расчетов было установлено, что коэффициенты детерминации уравнения зависимости ^ПХБ6 в печени от ^ПХБ5 в грунтах статистически значимы и уравнение регрессии статистически надежно (а = 0,05), чем подтверждается предположение о влиянии уровня загрязненности среды обитания ерша в изученных полигонах на содержание ^ПХБ6 в печени скорпены.

Статистическая значимость функциональной зависимости ^ДДТ в печени от ^ДДТ в донных осадках не подтверждена.

Рис. 5. Концентрация ЈПХБ5 (а) и ЈДДТ (б) в исследованных донных осадках и их пороговая концентрация (ТЕС), вероятная концентрация (PEC) и предельная концентрация (EEC) в донных осадках (Gomez- Gutierrez et al., 2007)

Fig. 5. SPCB5 (а) and ЈDDT (б) eoncentrations in the sediments and their threshold effect concentrations (TEC), probable effect concentrations (PEC) and extreme effect concentrations (EEC) in bottom sediments (Gomez- Gutierrez et al., 2007)

Рис. 6. Соотношение между содержанием ХОС в донных отложениях и печени морского ерша в севастопольской акватории

Fig. 6. Correlation of the OC content in liver of scorpion fish and in bottom sediments in the Sevastopol coastal areas

Сравнительная оценка выявленных концентраций в печени ерша с опубликованными данными затруднена из-за отсутствия единообразия в представлении данных: в публикациях концентрации представлены как на сухую, так и на сырую и липидную массу проб, количество обнаруженных конгенеров ПХБ варьирует в широких диапазонах от 6-7 маркерных до 40 индивидуальных соединений, а сумма метаболитов ДДТ - от двух до шести. Несмотря на это, проведенный литературный поиск показал, что в различных акваториях Мирового океана имеются районы, где в печени рыб обнаруживались более высокие концентрации пестицидов группы ДДТ, чем в севастопольской акватории. Так, в Азовском море концентрация в печени бычка-кругляка достигала 936 нг/г (Короткова и др., 2019) (табл. 5). На шельфе Сан-Диего в печени скор- пены Scorpaena guttata концентрация ^ДДТ в 2000 г. составляла в среднем 363 нг/г (Groce et al., 2005), что в полтора раза выше, чем средняя концентрация ЈДДТ в севастопольском регионе, где в среднем она была равна 212 нг/г (табл. 5). Концентрации ЈДДТ в печени придонных видов рыб в северных морях Баренцевом (Плотицына, Зимовейскова, 2016) и Ирландском (Giltrap et al., 2017) во втором десятилетии XXI в. оказались более низкими, чем обнаруженное содержание ЕДДТ в печени ерша в данном исследовании.

В отличие от ^ДДТ концентрация ^ПХБ в печени проанализированных рыб оказалась выше, чем в большинстве соответствующих опубликованных данных (табл. 5).

Соотношение конгенеров ПХБ в печени рыб дает информацию о связи между структурой ПХБ, их распространенностью в окружающей среде и потенциальной токсичностью и является характеристикой изменения изначального состава смеси ПХБ (Бродский и др., 2012). В пробах печени ерша из всех районов, кроме бухты Ласпи, доминирующими конгенерами были высокохлорированные гексахлорбифенилы 138 и 153 (см. рис. 3). Такое избирательное накопление гексахлорбифенилов, с одной стороны, может быть связано с потерей низкохлорированных конгенеров благодаря их селективной биотрансформации по мере включения ПХБ в пищевые цепи (Клюев, Бродский, 2000). Кроме этого, повышение доли высокохлорированных бифенилов может быть связано со снижением содержания низкохлорированных конгенеров в среде обитания рыб, так как известно, что в загрязненных ПХБ биотопах в микробном сообществе формируются бактерии, способные разрушать полихлорбифенилы (Vasilyeva, Strijakova, 2007). В то же время, в экологически чистых районах активные штаммы деструкторов токсичных соединений выявлены не были (Егорова и др., 2014). В бухте Ласпи не наблюдалось значительного превышения гексахлорированных бифенилов над тетра- и пентахлорированными конгенерами, что, возможно, связано с невысоким уровнем загрязненности ХОС ее акватории, близким в последние годы к таковому в глубоководной части Черного моря (Петренко и др., 2015).

Таблица 5. Концентрация ПХБ и ДДТ и его метаболитов в печени рыб из различных морских регионов

Table 5. The concentration of PCBs and DDT and its metabolites in the liver of fish from various marine areas

1 - сумма концентрации шести конгенеров ПХБ (по IUPAC): 28, 52, 101, 138, 153, 180; 2 - нет данных; 3 - сумма концентрации 11 конгенеров ПХБ по IUPAC: 28, 31, 52, 99, 101, 105, 118, 138, 153, 156, 180 +/- СКО; 4 - сумма концентрации 5 конгенеров ПХБ (по IUPAC): 118, 138, 153, 180, 187; 5 - сумма концентрации п,п'-ДДТ и его метаболитов п,п'-ДДЭ и п,п'-ДДД, а также о,п'-ДДТ и его метаболитов о,п'-ДДЭ и о,п'-ДДД, 6 - сумма концентрации 7 конгенеров ПХБ (по IUPAC): 28, 52, 101, 118, 138, 153, 180.

Воздействие высоких концентраций хлорорганических ксенобиотиков на биоту может вызвать множество специфичных ответных реакций, которые определяют перестройки на разных уровнях - от биохимических процессов в клетках до популяционных изменений, и оказать влияние на многие метаболические процессы в организме, в том числе на процессы фотосинтеза у первичных продуцентов (Егоров и др., 2012), антиоксидантной системы - у консументов (Малахова и др., 2018).

Для оценки воздействия токсикантов используют молекулярные биомаркеры как ранние прогностические показатели. Универсальным показателем окислительного стресса при действии отдельных токсикантов и комплексном загрязнении акваторий является повышение в тканях гидробионтов содержания продуктов ПОЛ и ОМБ (Napierska et al., 2009; Rudneva et al., 2016; de Moura et al., 2017). В данном исследовании увеличение уровня ОМБ и ПОЛ в печени ершей из наиболее загрязненных районов (бухты Стрелецкая и Александровская) свидетельствует о смещении прооксидантно-антиоксидант- ного равновесия в сторону интенсификации процессов свободнорадикального окисления белков и липидов и развитии окислительного стресса. В то же время, увеличение активности каталазы у рыб из бухт Стрелецкой и Александровской является адаптивной ответной реакцией фермента на загрязнение и отражает способность активно противостоять последствиям окислительного стресса. Ранее также было отмечено, что при адаптации к условиям загрязнения среды обитания гидробионты усиливали антиоксидантную защиту, при этом реакцией на действие ПХБ было повышение активности ферментов су- пероксиддисмутазы, каталазы и пероксидазы (Schlezinger et al., 2000).

Определение концентрации альбумина в печени и сыворотке крови рыб является важнейшим диагностическим инструментом, отражающим функции печени, метаболический статус, стрессовые условия и качество среды обитания. Альбумин участвует в процессах детоксикации и обладает высокой антиоксидантной активностью (Пашина, Золотавина, 2014; Michelis et al., 2010). Увеличение концентрации альбумина в печени ершей из бухт Александровской и Стрелецкой по сравнению со значениями у рыб из других акваторий может быть следствием его интенсивного синтеза для транспорта и обезвреживания ксенобиотиков, поступающих в организм.

Определение активности ХЭ и ее ингибирование при различных воздействиях является удобным, быстрым и адаптивным тестом оценки токсичности многих химических соединений (Gad, 2009; Rudneva et al., 2016). Снижение активности ХЭ в печени ершей из наиболее загрязненных бухт (Александровской и Стрелецкой), вероятно, обусловлено ингибирующим действием высоких концентраций токсикантов. Имеющиеся в литературе данные также свидетельствуют о снижении холинэстаразной активности в тканях рыб из районов с высоким уровнем загрязнения в результате ингибирования фермента токсикантами (Gad, 2009; Rudneva et al., 2016).

Общей оценкой влияния загрязняющих веществ на ершей может быть величина рассчитанных ИБХИ, для которых наблюдались очевидные различия между исследованными районами (рис. 4). Для Александровской и Стрелецкой бухт величина ИБХИ была многократно выше, чем для других районов, и составляла 10,87 и 13,03.

Значительное увеличение ИБХИ у рыб в двух бухтах, очевидно, связано с внешним негативным воздействием на исследованные особи в этих районах. Анализ связи значений ИБХИ с уровнями накопления ХОС в печени рыб (рис. 7а) и в донных отложениях (рис. 7б) показал, что значительные коэффициенты корреляции при высоком уровне значимости характеризуют тесную прямую связь между ИБХИ и содержанием УПХБ5 в донных отложениях (г = 0,95, p < 0,05) и УПХБ6 - в печени (г = 0,95, p < 0,05). Видимо, изученные биохимические параметры могут быть приоритетными маркерами для обнаружения откликов организмов на воздействие данных токсикантов.

Интегральные биохимические индексы нашли широкое применение в мониторинге состояния водных организмов. ИБХИ могут рассчитываться на основе различного количества биохимических параметров, в некоторых работах их количество достигает сотни (Немова, Высоцкая, 2004). Также показано, что индексы могут быть рассчитаны на основе измерения небольшого числа показателей (Beliaeff, Burgeot, 2002; Luk'yanova, Korchagin, 2017). В работе (Beliaeff, Burgeot, 2002) был рассчитан ИБХИ на основе измерений активности этоксирезоруфин-О- деэтилазы, ацетилхолинэстеразы и содержания ДНК-аддуктов в печени камбалы Platichthys flesus из четырех районов в заливе Сены (Ла-Манш). Авторы данного исследования сравнивали ИБХИ с содержанием полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и ПХБ в печени рыб. Ими установлено увеличение значения ИБХИ в районах с высоким уровнем комплексного загрязнения среды обитания рыб, при этом значения ИБХИ прямо коррелировали с содержанием ПАУ и ПХБ в их печени (Beliaeff, Burgeot, 2002).