Food Safety of Commercial Hydrobionts From the Sea of Japan: Persistent Organic Pollutants in Bivalves of the Family Mytilidae

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Двустворчатые моллюски (пластинчатожаберные моллюски) – одна из наиболее распространенных и массовых групп морских организмов, имеющих большое промысловое значение [4]. Они обладают высокой пищевой и биологической ценностью, так как содержат большое количество белка, углеводов, незаменимых аминокислот и жирных кислот, витаминов, минералов и микроэлементов [2, 7].

Важными объектами промысла являются моллюски семейства Mytilidae, к которым относятся такие виды, как мидия Грея (Crenomytilus grayanus (Dunker, 1853)), модиолус курильский (Modiolus kurilensis F. R. Bernard, 1983), тихоокеанская мидия (Mytilus trossulus A. Gould, 1850) и мидия средиземноморская (Mytilus galloprovincialis Lamarck, 1819). Мидии широко распространены в прибрежных водах морей и обычно образуют большие популяции. Они встречаются вдоль практически на всем побережье Приморского края, Японского моря [3].

На сегодняшний день на Дальнем Востоке основным промысловым видом является мидия Грея (Седова, 2020). В 2019–2020 гг. запасы Crenomytilus grayanus оценивались в 34 тыс. тонн и были преимущественно сосредоточены в зал. Петра Великого [1].

Однако, наряду с полезными веществами, мягкие ткани двустворчатых моллюсков могут содержать и опасные для здоровья людей соединения. Пластинчатожаберные характеризуются длительным жизненным циклом, высокой толерантностью к различным условиям среды и ограниченностью передвижения. Имея тесную связь с субстратом, двустворчатые моллюски способны аккумулировать в организме большой спектр различных загрязняющих веществ, присутствующих в окружающей их среде [7].

Стойкие органические загрязняющие вещества (СОЗ) – класс наиболее опасных органических соединений с точки зрения воздействия на окружающую среду и здоровье людей. Эти вещества являются ксенобиотиками и должны полностью отсутствовать в биотических и абиотических компонентах естественных экосистем [19]. СОЗ устойчивы к биодеградации, характеризуются биоаккумуляцией и биомагнификацией и являются объектом трансграничного переноса посредством перемещения водных и воздушных масс, за счет чего способны осаждаться на большом расстоянии от источника загрязнения и накапливаться в экосистемах суши, водных экосистемах и жировых тканях живых организмов, в том числе и человека [19].

К СОЗ относятся производимые человеком химические вещества, используемые в сельском хозяйстве и санитарно-эпидемиологическом контроле (дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ) и его метаболиты, изомеры гексахлорциклогексана (ГХЦГ)), и непреднамеренно производимые соединения (полихлорированные бифенилы (ПХБ), диоксины, фураны), выделяющиеся в ходе некоторых производственных процессов и при сгорании [11].

По сравнению с рыбами и ракообразными двустворчатые моллюски обладают очень низким уровнем активности ферментных систем, способных метаболизировать стойкие органические загрязняющие вещества, что способствует аккумуляции токсикантов мягкими тканями организмов [22].

Таким образом, целью исследования является оценка возможного экологического риска для здоровья населения южных регионов Дальнего Востока России от употребления моллюсков семейства Mytilidae в пищу.

 

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Отбор проб

Биологический материал для исследования представлен мягкими тканями четырех видов двустворчатых моллюсков семейства Mytilidae (Crenomytilus grayanus (Dunker, 1853), Modiolus kurilensis F. R. Bernard, 1983, Mytilus trossulus A. Gould, 1850, Mytilus galloprovincialis Lamarck, 1819), отобранных в разных частях трех акваторий зал. Петра Великого (Японское море) – зал. Находка, зал. Восток и Амурский залив (рис. 1). В зал. Находка и зал. Восток особи собраны в летний период 2017 и 2018 гг., в Амурском заливе – в летне-осенний период 2022 г.

Химический анализ

Перед хроматографическим анализом СОЗ проводилась пробоподготовка: липиды экстрагировались смесью гексан:ацетон (1:1), с последующим разрушением соэкстрактивных компонентов концентрированной серной кислотой. Полученный экстракт разделяли на хроматографической колонке с сорбентом Florisill® 100–200 меш. Более подробное описание пробоподготовки опубликовано нами ранее [20].

Инструментальный анализ

Основное определение массового содержания хлорорганических соединений в биоматериале проводили на газовом хроматографе Shimadzu GC-2010 Plus gas с ECD, оснащенным автодозатором AOC-20i. Использовалась капиллярная колонка DB-5 со смесью гелия и азота в качестве газа-носителя при постоянной скорости потока 1,0 мл/мин. Температуры в колонке, инжекторе и детекторе составляли 210℃, 250℃ и 280℃ соответственно [20].

Калибровка и пределы обнаружения

Для приготовления стандартных растворов ХОП и ПХБ использовались стандартные образцы (Dr. Ehrenstorfer и AccuStandard) α–ГХЦГ, β–ГХЦГ, γ–ГХЦГ, δ–ГХЦГ, p,p’–ДДТ, p,p’–ДДД, p,p’–ДДЕ, o,p’–ДДТ, o,p’–ДДД, o,p’-ДДЕ и смесь 28, 52, 155, 101, 118, 143, 153, 138, 180, 207 ПХБ конгенеров, с установленными метрологическими характеристиками – содержание основного вещества 99,4–99,6 % с погрешностью определения 0,4 %. Для хроматографии использовались рабочие стандартные растворы ХОП и ПХБ с концентрацией 20 нг/мл, приготовленные путем разбавления стандартных растворов соответствующим объемом n-гексана.

Расчеты экологического риска для здоровья населения

С целью оценки экологического риска для здоровья населения от употребления моллюсков, загрязненных СОЗ, рассчитывали коэффициенты опасности (HQ) и потенциального риска развития рака в течение жизни (ILCR). HQ показывает возможность возникновения острого отравления в течение года, ILCR указывает на увеличение вероятности развития онкологических заболеваний от поступления поллютантов в организм человека в течение всей жизни. Для расчета применяли международные стандартные методики [12, 21].

Риск оценивали без учета поступления СОЗ через другие источники (вода, воздух, контакт с кожей), поскольку до 90 % поллютантов поступает в организм человека с пищей. Для оценки безопасного потребления (IR_food) мягких тканей моллюсков мы использовали методы, разработанные в Канаде и США для оценки риска для здоровья людей и окружающей среды [12, 21]. Подробно методика описана нами ранее [9].

IR_food для расчета коэффициента опасности (HQ) и ориентировочного суточного потребление (EDI) применяли формулу:

\( IR_{food}=(HQ·TDI·BW·365·LE )/(C_{food} ·AF_{GIT}·D_d·D_y) \), где C_food – концентрация токсиканта в пище, мг/кг; AF_GIT – фактор адсорбции токсиканта в желудочно-кишечном тракте (принимается равным 1, если отсутствуют другие данные); D_d – количество дней, в которые происходит употребление загрязненной пищи; D_y – количество лет употребления загрязненной пищи (согласно данным Российской статистики, 65 лет); BW – средний вес тела человека, кг (согласно данным Российской статистики, 70 кг); LE — средняя продолжительность жизни (согласно данным Российской статистики, 70 лет). Поскольку в России отсутствуют количественные данные об употреблении моллюсков в пищу, мы принимаем значение равное одному разу в месяц (учитывая сезонность любительского лова мидий и употребления готовой продукции, включающей мягкие ткани моллюсков).

IR_food для расчета риска развития рака (ILCR) рассчитывали по формуле:

\( IR_{food}=(ILCR·BW·365·LE )/(C_{food} ·AF_{GIT} ·D_d·D_y ·SF_{oral}) \), где SF_oral – коэффициент, отражающий степень повышения риска развития рака при поглощении токсиканта per os, килограмм в день/мг.

Таким образом, оценка безопасного потребления двустворчатых моллюсков определяется уровнем IR_food, при котором HQ или ILCR достигают опасных для здоровья значений (HQ = 0,2, ILCR = 1 × 10^-5) [13]. Значения TDI и SF_oral представлены в таблице 1.

 

Таблица 1. Значения TDI и SF_oral для расчета риска [12, 21]

Table 1. TDI and SForal values for risk calculation [12, 21]

Токсикант	TDI	SForal
α-ГХЦГ	0,0003	6,3
β-ГХЦГ	0,0003	1,8
γ-ГХЦГ	0,0003	1,3
ДДТ	0,0005	0,34
ДДД	0,0005	0,24
ДДЕ	0,0005	0,34
ПХБ (общее)	0,00013	2

 

Анализ данных

Статистический анализ результатов осуществлялся с помощью программного обеспечения IBM SPSS Statistics для ОС Windows 10. Достоверность данных оценивали с помощью двустороннего критерия Краскала-Уоллиса с уровнем значимости p ≤ 0,05. Результаты представлены в виде: диапазон концентраций (min-max), среднее значение ± стандартное отклонение.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

СОЗ в мягких тканях моллюсков зал. Петра Великого (Японское море)

Согласно полученным данным, СОЗ (∑ХОП+∑ПХБ) обнаружены во всех исследованных особях двустворчатых моллюсков в пределах от 0,00012 до 141,319 нг/г сырой массы.

Концентрации пестицидов превалировали над ПХБ (0,877±4,706 и 0,426±0,751 нг/г сырой массы, соответственно). Среди пестицидов преобладали изомеры ГХЦГ (1,314±7,479 нг/г сырой массы). Наиболее определяемый изомер – β-ГХЦГ, являющийся самой устойчивой формой и свидетельствующий о длительном пребывании токсиканта в акватории (рис. 2).

ДДТ и его метаболиты, в основном, представлены продуктами деградации исходного соединения, что так же указывает на давность поступления поллютанта в акваторию (рис. 2). Наибольшие концентрации обнаружены для p,p’–ДДЕ (1,054±1,387 нг/г сырой массы).

Среди ПХБ наиболее определяемым конгенером был более устойчивый высокохлорированный ПХБ 118 (0,604±0,928 нг/г сырой массы) (рис. 2).

Результаты представлены в таблице 2. В мягких тканях моллюсков, отобранных в зал. Находка, среди СОЗ преобладала группа ДДТ. Во всех особях зафиксировано присутствие только его метаболитов – ДДЕ и ДДД. Наиболее определяемый метаболит – p,p’–ДДЕ в пределах от 0,039 до 10,359 нг/г сырой массы. Наиболее высокие концентрации ∑ДДТ найдены в особях Modiolus kurilensis.

Практически во всех особях найден β-ГХЦГ от 0,049 до 0,299 нг/г сырой массы. Наибольшие концентрации зафиксированы для δ-ГХЦГ, уровни которого варьировали от 0,068 до 0,257 нг/г сырой массы. Самые высокие концентрации ∑ГХЦГ обнаружены в особях Modiolus kurilensis (таб. 2).

Во всех особях присутствовал низкохлорированный 28 ПХБ в пределах от 0,024 до 0,642 нг/г сырой массы. В одной пробе Modiolus kurilensis на станции б. Мусатова зафиксирован высокохлорированный153 ПХБ в концентрации 0,104 нг/г сырой массы.

В моллюсках зал. Восток ПХБ превалировали над ХОП (0,101±0,127 и 0,063±0,340 нг/г сырой массы, соответственно). Среди конгенеров преобладал 28 ПХБ, обнаруженный во всех пробах в пределах от 0,084 до 0,483 нг/г сырой массы. Наиболее высокие уровни токсикантов зафиксированы в особях Crenomytilus grayanus на станции м. Чайковского (таб. 2).

Среди пестицидов доминировал ДДТ и его метаболиты. Во всех образцах обнаружены o,p’-ДДЕ и p,p’–ДДЕ в диапазоне от 0,0005 до 1,065 и 0,0007 до 3,454 нг/г сырой массы, соответственно. В одной особи Modiolus kurilensis на станции бух. Средняя зафиксировано присутствие p,p’–ДДД в количестве 0,193 нг/г сырой массы. o,p’-ДДД также обнаружен только в одной пробе Modiolus kurilensis, отобранной на территории бух. Литовка, в концентрации 0,0007 нг/г сырой массы. Исходный ДДТ не найден ни в одном образце мягких тканей моллюсков зал. Восток.

Среди ГХЦГ преобладали β- и δ-изомеры, найденные в диапазоне от 0,0002 до 0,1066 и 0,0003 до 0,1237 нг/г сырой массы, соответственно.

В мягких тканях моллюсков, отобранных в Амурском заливе, зафиксированы наиболее высокие уровни органических ксенобиотиков среди всех исследованных районов. Преобладали изомеры ГХЦГ, среди которых наиболее определяемым были β- и δ-изомеры, обнаруженные в пределах от 0,044 до 36,285 и 0,087 до 141,319 нг/г сырой массы. Наиболее высокие концентрации зафиксированы на станции моста на Де-Фриз в мягких тканях Mytilus trossulus (таб. 2).

Среди ДДТ и его метаболитов наиболее определяемым был p,p’–ДДЕ, обнаруженный во всех исследованных особях в пределах от 0,050 до 4,766 нг/г сырой массы. В большинстве проб зафиксирован исходный ДДТ (o,p’-ДДТ и p,p’–ДДТ), концентрация которого варьировали от 0,089 до 6,984 нг/г сырой массы. Наиболее высокие уровни ДДТ и его метаболитов найдены в Mytilus trossulus (таб. 2).

ПХБ обнаружены во всех пробах в пределах от 0,020 до 12,108 нг/г сырой массы. Преобладали высокохлорированные 118 ПХБ, 153 ПХБ и 138 ПХБ, концентрации которых составили 0,657±0,956, 0,576±0,734 и 0,626±1,119 нг/г сырой массы. Наиболее высокие уровни ПХБ зафиксированы в Mytilus trossulus (таб. 2).

 

Таблица 2. Содержание стойких органических загрязняющих веществ в мягких тканях моллюсков семейства Mytilidae зал. Находка, зал. Восток (2017–2018 гг.) и Амурском заливе (2022 г.), нг/г сырой массы

Table 2. Content of persistent organic pollutants in soft tissues of mollusks of the Mytilidae family in Nakhodka Bay, Vostok Bay (2017–2018) and Amur Bay (2022), ng/g ww

Место отбора	Год	Вид	N	Масса навески, г	∑ГХЦГ4	∑ДДТ5	∑ПХБ6
зал. Находка	2017-2018	Crenomytilus grayanus	6	9,47-11,171 10,28±0,592	˂ПО3-0,071 0,060±0,016	˂ПО-0,237 0,111±0,087	˂ПО-0,311 0,262±0,027
		Modiolus kurilensis	12	7,48-10,82 8,87±1,04	˂ПО-0,299 0,138±0,065	˂ПО-10,359 1,672±2,902	˂ПО-0,642 0,421±0,128
		Mytilus trossulus	15	9,54-11,14 10,31±0,62	˂ПО-0,151 0,098±0,038	˂ПО-0,194 0,132±0,052	˂ПО-0,180 0,116±0,049
зал. Восток	2017-2018	Crenomytilus grayanus	5	9,22-12,13 10,49±1,21	˂ПО-0,082	˂ПО-3,454 1,177±1,972	˂ПО-0,320 0,157±0,081
		Modiolus kurilensis	26	8,88-14,05 10,65±0,98	˂ПО-0,124 0,008±0,025	˂ПО-1,065 0,072±0,195	˂ПО-0,483 0,083±0,134
Амурский залив	2022	Crenomytilus grayanus	29	8,65-46,21 14,87±7,53	˂ПО-1,591 0,333±0,364	˂ПО-0,806 0,226±0,181	˂ПО-0,460 0,163±0,104
		Modiolu kurilensis	83	4,88-15,88 8,98±2,11	˂ПО-36,285 1,297±4,249	˂ПО-3,597 0,538±0,621	˂ПО-12,108 0,420±0,801
		Mytilus trossulus	20	4,85-10,32 7,53±1,39	˂ПО-141,319 5,960±24,357	˂ПО-9,806 1,253±1,759	˂ПО-5,955 1,093±1,067
		Mytilus galloprovincialis	10	4,38-10,54 6,55±2,15	˂ПО-9,819 2,261±2,715	˂ПО-4,536 0,759±0,904	˂ПО-1,088 0,422±0,278

Примечание: ¹Диапазон, min–max (числитель); ²Среднее значение ± стандартное отклонение (знаменатель); ³Ниже предела обнаружения; ⁴Суммарное содержание α-ГХЦГ, β-ГХЦГ, γ-ГХЦГ и

About the authors

Aleksandra Borovkova

Тихоокеанский институт географии, Дальневосточное отделение Российской академии наук

Email: borovkovasdm@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0007-3285-822X
SPIN-code: 1693-3818

младший научный сотрудник лаборатории геохимии 

Russian Federation

Viktoria Gavrilova

Дальневосточный федеральный университет

Email: jones.vika@mail.ru

студент

Russian Federation

Maksim Mikhailovich Donets

Тихоокеанский институт географии, Дальневосточное отделение Российской академии наук

Email: maksim.donecz@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2108-4448
SPIN-code: 9023-6473

младший научный сотрудник лаборатории геохимии 

Russian Federation

Maksim Belanov

Тихоокеанский институт географии, Дальневосточное отделение Российской академии наук

Email: belanov.ma@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0974-9176
SPIN-code: 7082-1751

младший научный сотрудник лаборатории геохимии

Russian Federation

Vasiliy Tsygankov

Pacific Geographical Institute FEB RAS

Author for correspondence.
Email: tsig_90@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5095-7260
SPIN-code: 5047-8410
Scopus Author ID: 56150726400
ResearcherId: J-4069-2013

Doctor of Sciences (Biological Sciences), Associate Professor, Leading Researcher, Laboratory of Geochemistry

Russian Federation

References

Supplementary files