Cadmium and Lead in Pacific Salmon: Safety of Food Raw Materials

Full Text

ОБОСНОВАНИЕ

Проходные тихоокеанские лососи (Oncorhynchus spp.) – наиболее ценный пищевой продукт, в создании которого участвуют реки и океан [1]. Тихоокеанские лососи являются анадромными видами, что способствует массовому переносу различных, в том числе загрязняющих, веществ и энергии в нативные водотоки [2, 3]. Это уникальные организмы, анадромная миграция которых обеспечивает биотранспорт и перераспределение металлов в организмах между средами жизни. Мигрирующие тихоокеанские лососи соединяют разрозненные местообитания посредством направленных нерестовых миграций, что может влиять на отдельные организмы и целые экосистемы.

Ценность потребительских качеств диких лососей диктует необходимость выпускать все большее количество искусственно разводимых тихоокеанских лососей: ежегодно только с рыбоводных предприятий Сахалино-Курильского региона в воды Северо-Западной Пацифики скатывается более 1,4 млрд молоди. После миграций и нагула в импактных зонах биогеохимических провинций Тихого океана взрослые тихоокеанские лососи, заходя на нерест в водоемы и водотоки, несут из океана огромные количества вещества и энергии [1].

Изучение миграций химических элементов по пищевым цепям морских экосистем представляет не только научный интерес, но и имеет большое практическое значение. В частности, это относится к микроэлементам группы переходных и тяжелых металлов, обладающих токсичными свойствами и поступающих в гидросферу в результате промышленной деятельности человека [4, 5].

Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов» устанавливают гигиенические нормативы безопасности и пищевой ценности для человека пищевых продуктов, а также требования по соблюдению указанных нормативов при изготовлении, ввозе и обороте пищевых продуктов. Это реактивная оценка качества, при этом, в мире используют превентивную оценку с прогнозами возникновения рисков в будущем от потребления той или иной продукции [6].

Таким образом, целью работы явилась оценка уровней содержания токсичных элементов (Cd, Pb) в тихоокеанских лососях из Охотского и Берингова морей и потенциальных рисков для здоровья населения, связанных с потреблением их в пищу.

Цель исследования

Целью работы явилась оценка уровней содержания токсичных элементов (Cd, Pb) в тихоокеанских лососях из Охотского и Берингова морей и потенциальных рисков для здоровья населения, связанных с потреблением их в пищу.

МЕТОДЫ

Дизайн исследования

Проведена серия одномоментных исследований (в 2018 и 2021 гг.) тихоокеанских лососей на содержание токсичных элементов (кадмий и свинец) из Охотского и Берингова морей.

Условия проведения исследования

Сбор проб проводился на лососевых рыбоводных заводах и в акваториях Сахалинской области и Камчатского края (Россия) в период с 2018 по 2021 год. Лабораторный анализ выполнялся в ЦКП ЦЛЭДГИС ТИГ ДВО РАН (г. Владивосток).

Критерии соответствия (отбора)

Критерии включения: половозрелые особи тихоокеанских лососей (горбуша, кета, нерка), выловленные в Охотском и Беринговом морях в период с 2018 по 2021 гг.

Критерии невключения: молодь лососевых, особи с видимыми патологиями.

Критерии исключения: пробы, непригодные для анализа вследствие нарушения протокола хранения или транспортировки.

Описание критериев соответствия

«Не предусмотрено»

Подбор участников в группы

«Не предусмотрено»

 

Описание вмешательства

Вмешательством в рамках исследования являлся отбор проб органов (мышцы, печень, гонады, икра) и их последующий лабораторный анализ на содержание кадмия и свинца.

Исходы исследования

Основной исход исследования.

Определение концентрации кадмия и свинца в органах тихоокеанских лососей (мкг/г сырой массы).

Дополнительные исходы исследования

Коэффициент риска отравления (HQ) человека лососями, содержащими кадмий и свиней. Сравнение полученных концентраций с действующими гигиеническими нормативами (РФ, Канада, США).

Методы регистрации исходов

Все элементы (Cd, Pb) определялись из кислотных минерализатов проб органов согласно ГОСТ 26929–94 на атомно-абсорбционном спектрофотометре Shimadzu AA 7000. Минерализаты проб получены при разложении навесок органов и тканей рыб конц. HNO₃ марки ОСЧ путем СВЧ-минерализации в комплексе MARS-6.

В качестве стандартных образцов использовали государственные стандартные образцы растворов металлов – ГСОРМ. Для построения градуировочных графиков применяли стандартные образцы КС-1 ГСО 7330–96.

Достоверность результатов основана на метрологическом обеспечении результатов, которое предусматривает постоянный контроль качества получаемых результатов анализа с помощью международных стандартных образцов, тканей моллюсков и рыб (NIST SRM 2976 Mussel tissue, IAEA MA-A-2/T Fish flash).

Для оценки риска от употребления гидробионтов, загрязненных Cd и Pb, для здоровья населения (как для мужчин, так и для женщин) Дальнего Востока России рассчитывался коэффициент риска отравления (HQ), который показывает возможность возникновения острых проявлений отравления в течение одного года. В связи с тем, что кадмий и свинец проявляют канцерогенность только при вдыхании, то коэффициент риска развития рака при жизни (ILCR) не рассчитывали. Для оценки риска использовали российские¹ и зарубежные^2,3 рекомендации.

HQ рассчитывается (1) без учета поступления металлов через другие источники (вода, воздух, контакт с кожей) и показывает возможные неблагоприятные последствия для здоровья только от употребления пищи, в нашем случае рыбы.

                                                                 "HQ=" "EDI" /"TDI" ,                                                                  (1)

где EDI – среднее потребление токсиканта с пищей, мг/кг в день (2); TDI – количество токсичного вещества, не вызывающего отравления у человека, мг/кг в день. При значении HQ>0,2, риск отравления для людей потенциально существует. 

"EDI=" "Cfood ∙ IRfood ∙ AFGIT ∙ Dy" /"BW ∙ 365 ∙ LE" ,                                                                  (2)

где C_food – концентрация металла в гидробионте, мг/кг; IR_food – среднее потребление рыбы, кг/день (жители Дальнего Востока России потребляют, в среднем 25,9 кг органов и тканей рыбы в год (71 г/день)); AF_GIT – фактор адсорбции токсиканта в желудочно-кишечном тракте (принимается равным 1, если отсутствуют другие данные); D_d – количество дней, в которые происходит употребление загрязненных гидробионтов, дни; BW – средний вес тела человека, кг (для населения Дальнего Востока составляет 74 кг); LE – средняя продолжительность жизни, лет (для населения Дальнего Востока составляет 70 лет) [7].

Анализ в подгруппах

Запланирован анализ в подгруппах по видам лососей (горбуша, кета, нерка) и органам (мышцы, печень, гонады, икра).

Статистические процедуры

Запланированный размер выборки

Размер выборки предварительно не рассчитывался, использовался доступный материал.

Статистические методы

Все полученные результаты были обработаны с использованием программной среды для статистических вычислений и визуализации R от Cran (версия 2024.12.1+563). Для оценки нормальности распределения использован критерий Шапиро-Уилка. Достоверность различий определялся однофакторным дисперсионным анализом (ANOVA), уровень значимости p < 0,05. Концентрацию металлов выражали в мкг/г сырой массы в следующем виде: среднее значение ± стандартное отклонение.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Характеристики выборки

Общее количество проанализированных проб составило 213. Характеристики выборки (вид, место сбора, количество проб) детально представлены в таблице 1.

Таблица 1. Материал, место и сроки сбора

Table 1 Material, location and collection time

Примечание: *N – количество проб; **ЛРЗ – лососевый рыбоводный завод

Основные результаты исследования

Уровни кадмия и свинца в тихоокеанских лососях. Токсичные элементы (Cd и Pb) обнаружены во всех исследуемых органах тихоокеанских лососей (табл. 2). Концентрации кадмия варьируют от 0,006±0,003 до 1,31±0,56, свинца – от 0,08±0,04 до 1,176±0,361 мкг/г сырой массы.

Таблица 2. Концентрации Cd и Pb в тихоокеанских лососях из российских морей Северо-Западной Пацифики (2018–2021 гг.), мкг/г сырой массы

Table 2. Concentrations of Cd and Pb in Pacific salmon from the Russian seas of the Northwest Pacific (2018–2021), µg/g wet weight

Анализ видовой специфичности накопления металлов показал, что горбуша характеризовалась относительно низкими концентрациями микроэлементов в икре, и высокими – в печени (p < 0,05) (рис 1.). В то же время содержание свинца в горбуше больше, чем кадмия (p < 0,05). Кета и нерка, напротив, демонстрировали значительно более высокую способность к аккумуляции кадмия (p < 0,05). Концентрации этого металла в органах кеты и нерки оказались почти в два раза выше, чем у горбуши.

Уровни токсичных элементов в органах рыб существенно варьировали в зависимости от района вылова. Максимальные концентрации кадмия обнаружены в печени кеты у о. Итуруп (1,226±0,36 мкг/г, 2021 г.) и нерки из Авачинского залива (1,31±0,56 мкг/г). Наименьшее содержание металлов отмечено в образцах кеты с юго-западного побережья Сахалина (ЛРЗ «Ловецкий») и нерки из Камчатского залива.

Распределение токсичных элементов в органах рыб имеет четко выраженную закономерность. Функция печени рыб как органа депонирования и детоксикации обусловливает накопление в ней кадмия и свинца. Мышцы, напротив, содержат минимальные количества обоих металлов, что является положительным фактором с точки зрения пищевой безопасности. Гонады самцов и икра занимали промежуточное положение (рис. 1). При этом в большинстве проб содержание металлов в икре было несколько выше, чем в гонадах самцов. Исключением стала кета с о. Итуруп (2021 г.), у которой в икре было отмечено высокое содержание кадмия (0,182 ± 0,038 мкг/г), превышающее показатель в гонадах.

Рис. 1. Концентрации Cd и Pb в тихоокеанских лососях из дальневосточных морей России (2018–2021 гг.), мкг/г сырой массы

Fig. 1. Concentrations of Cd and Pb in Pacific salmon from the Russian Far Eastern Seas (2018–2021), mg/g wet weight

Сравнение данных за 2018 и 2021 годы позволяет предположить наличие временной динамики. В 2021 году у кеты (о. Итуруп) и нерки (Авачинский и Камчатский заливы) наблюдались более высокие средние концентрации кадмия по сравнению с большинством проб, отобранных в 2018 году (p < 0,05).

Сравнительный анализ с нормативной документацией. Исследования тихоокеанских лососей показывают, пищевая продукция, произведенная из них, является безопасной по показателям всех действующих нормативов (как российских, так и зарубежных), несмотря на достаточно широкий градиент значений концентраций тяжелых металлов в органах разных видов рыб.

Концентрации токсичных элементов в органах горбуши и кеты из всех исследованных нами Сахалино-Курильских водоемов и водотоков не превышают российских, канадских и американских допустимых уровней (ДУ). Содержание свинца в гонадах самцов и икре самок кеты с о. Итуруп составляют более половины ДУ согласно санитарному нормативу РФ. Концентрация Cd составляет не более 20% от ДУ в гонадах кеты из оз. Благодатное (0,15±0,02 в семенниках и 0,18±0,04 в яичниках). В мышцах кеты с о-вов Итуруп и Сахалин значения Cd не вызывают опасений (рис. 2). Таким образом, лишь свинец в гонадах речной кеты может вызывать некоторую озабоченность, приближаясь к границе ДУ.

Рис. 2. Концентрация Pb и Сd в органах кеты из рек Рейдовая (Итуруп), Фирсовка (Сахалин) и оз. Благодатное, мкг/г сырой массы. Горизонтальные линии – ДУ: для Pb 1,0; для Cd 0,2 (мышцы – сплошная), 0,7 (печень – мелкий пунктир), 1,0 (семенники, яичники – крупный пунктир) мкг/г сырой массы

Fig. 2. Concentrations of Pb and Cd in chum salmon organs from the Reydovaya River (Iturup Island), Firsovka River (Sakhalin Island), and Blagodatnoye Lake, µg/g wet weight. The horizontal lines indicate the maximum permissible levels (MPLs): for Pb, 1.0; for Cd, 0.2 (muscle — solid line), 0.7 (liver — fine dotted line), 1.0 (gonads — large dotted line) µg/g wet weight

Кета из оз. Благодатное о. Итуруп среди всех лососей характеризуется наибольшими концентрациями кадмия (0,41±0,54 мкг/г), возможно, вследствие накопления токсикантов в водоеме. Количество свинца в органах охотоморской кеты приближается к соответствующим значениям, характерным для охотоморской горбуши, но не превышает их (0,63±0,27 мкг/г), несмотря на большую продолжительность жизни и массу тела. Вероятно, это связано с особенностями питания кеты в морской период жизни.

Количество Pb в органах и тканях кеты с юго-западного побережья Сахалина не вызывает опасений с точки зрения соответствия СанПиН 2.3.2.1078-01 и ТР ТС 021/2011: максимальное количество этого токсичного элемента находится в семенниках самцов и его значение (0,30±0,15 мкг/г) составляет всего треть максимально допустимого уровня.

Кадмий заметно превалировал в печени западно-сахалинской кеты, превышая значения ДУ (0,86±0,07 мкг/г) более чем в четыре раза. Содержание этого металла в мышцах и гонадах рыб из р. Ловецкой составляло тысячные доли мкг/г сырой массы (рис. 3).

Рис. 3. Концентрации Pb и Cd в кете из р. Ловецкая (юго-западный Сахалин), мкг/г сырой массы. Горизонтальные линии – ДУ: для Pb 1,0; для Cd 0,2 (мышцы – сплошная), 0,7 (печень – мелкий пунктир), 1,0 (семенники, яичники – крупный пунктир) мкг/г сырой массы

Fig. 3. Concentrations of Pb and Cd in chum salmon from the Lovetskaya River (southwestern Sakhalin), µg/g wet weight. The horizontal lines represent the maximum permissible levels (MPLs): for Pb, 1.0; for Cd, 0.2 (muscle — solid line), 0.7 (liver — fine dotted line), 1.0 (gonads — large dotted line) µg/g wet weight

Содержание свинца и кадмия в органах нерки из заливов восточной Камчатки составляет 0,22±0,08 и 0,28±0,50 мкг/г, соответственно. Эти значения совершенно безопасны для потребителей.

Количество токсичных металлов (Pb и Cd), концентрации которых в мышцах и гонадах тихоокеанских лососей не превышают ДУ, не является лимитирующим для экспорта рыбы-сырца или мороженой рыбы в страны-партнеры, для производства пищевой рыбной продукции.

Дополнительные результаты исследования

Расчет риска для здоровья человека. Для расчета риска для здоровья местного населения Дальнего Востока от употребления тихоокеанских лососей принято 25,9 кг на человека в год как суммарное значение всех частей рыбы (филе, печени, гонад самцов и икры), так как на сегодняшний день отсутствует информация о среднем употреблении каждых отдельно взятых органов и тканей рыб.

Результаты расчетов риска для горбуши, кеты, и нерки с выявленным потенциальным риском отравления представлены в таблице 3 и рисунке 4.

Таблица 3. Выявленный потенциальный риск отравления (HQ>0,2) свинцом и кадмием из лососей разных районов Дальнего Востока

Table 3. The identified potential risk of poisoning (HQ > 0.2) from lead and cadmium in salmon from various regions of the Russian Far East

Примечание: * EDI – среднесуточное потребление токсиканта с пищей, мг/кг в день

Рис. 4. Выявленный потенциальный риск отравления (HQ) свинцом и кадмием из лососей разных районов Дальнего Востока. Обозначения: Фирс – ЛРЗ Фирсовка, Рейд – ЛРЗ Рейдовый, Ловец – ЛРЗ Ловецкий, Итур – о. Итуруп (оз. Благодатное), Авач – Авачинский залив, Камч – Камчатский залив; ГОР – горбуша, КЕТ – кета, НЕР – нерка

Fig. 4. Identified potential hazard (HQ) from lead and cadmium in salmon from various regions of the Russian Far East. Designations: Firs — Firsovka Salmon Hatchery (SH), Reid — Reidovy SH, Lovets — Lovetsky SH, Itur — Iturup Island (Blagodatnoye Lake), Avach — Avacha Bay, Kamch — Kamchatka Bay; PNK — pink salmon, CHM — chum salmon, SCK — sockeye salmon

Как уже указывалось, для расчетов использовали абсолютное значение 25,9 кг органов и тканей рыбы в год и, вероятно, реального риска отравления именно от металлов, содержащихся в тихоокеанских лососях, нет. Тем не менее, результаты расчетов показывают, что потенциальный риск возможен и требуется регулярный мониторинг.

Нежелательные явления

«Не предусмотрено»

ОБСУЖДЕНИЕ

Тихоокеанские лососи относятся к национальным богатствам России. Это наиболее популярные виды рыб, занимающие 2–3 место по вылову после минтая и сельди [8]. При этом, во всех исследованных нами лососевых рыбах обнаруживаются токсичные элементы (свинец и кадмий), что может потенциально вызывать различные негативные эффекты для здоровья населения.

Выявленные межвидовые различия в накоплении металлов, в частности, более высокие концентрации кадмия у кеты и нерки по сравнению с горбушей, вероятно, обусловлены различиями в продолжительности жизненного цикла, трофическом статусе и районах нагула [9]. Горбуша, имеющая самый короткий жизненный цикл, накапливает меньше токсикантов по сравнению с другими видами.

Четкая органная специфичность распределения металлов (печень > гонады/икра > мышцы) подтверждает роль печени как основного органа депонирования и детоксикации. Минимальные концентрации в мышечной ткани являются положительным фактором с точки зрения пищевой безопасности, поскольку мышцы составляют основную часть потребляемой рыбы.

На концентрации тяжелых металлов в органах и тканях озерной кеты с о. Итуруп могли повлиять специфические условия оз. Благодатное, в которое долгое время попадали сточные воды из военной части, расположенной выше по течению, а также находящаяся в озере затопленная с прошлого века военная техника [10]. Довольно длительное пребывание зашедших из моря производителей озерной кеты (около месяца) перед нерестом в водоеме и специфические условия среды могли способствовать накоплению микроэлементов, в том числе и токсичного кадмия, в тканях.

Результаты исследования свидетельствуют о том, что содержание токсичных элементов в органах тихоокеанских лососей, за единственным исключением (превышение уровня кадмия в печени кеты из р. Ловецкая), соответствует действующим российским и международным гигиеническим нормативам. Таким образом, продукция из исследованных видов лососей является безопасной для потребления и не имеет ограничений для экспорта.

Дальний Восток России является рекордсменом по употреблению рыбы и рыбопродуктов по всей стране и опережает средние показатели по регионам (25,9 кг/год на Дальнем Востоке против 20 кг/год в среднем по России). Это показывает необходимость проведения постоянной оценки экологического риска, особенно от употребления тихоокеанских лососей, ввиду их широкого распространения и популярности среди населения. Несмотря на то, что расчеты HQ указали на потенциальный риск, связанный в основном с кадмием, реальной угрозы для здоровья населения нет. Это, в свою очередь указывает на недостатки существующих нормативных документов, устанавливающих требования к безопасности рыбной продукции. В этой связи, вероятно, необходима актуализация санитарно-гигиенической документации в соответствии с результатами последних исследований в области токсикологии, а также разработка региональных нормативов с учетом местной экологической специфики.

Резюме результатов исследования

«Не предусмотрено»

Интерпретация результатов исследования

«Не предусмотрено»

Ограничения исследования

«Не предусмотрено»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Уровни Pb и Cd в горбуше и кете, добытых в водах Сахалино-Курильского региона, не превышают допустимых уровней. Реального риска отравления от присутствия токсичных элементов в тихоокеанских лососях нет. Тем не менее, результаты расчетов показывают, что потенциальный риск возможен и требуется регулярный мониторинг. Это, в свою очередь, указывает на недостатки существующих нормативных документов, устанавливающих требования к безопасности рыбной продукции.

About the authors

Anna V. Litvinenko

Sakhalin State University; Pacific Geographical Institute, Far-Eastern Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: litvinenko.av@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-3423-3860
SPIN-code: 4968-2303
Scopus Author ID: 57210122165

Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Ecology, Biology and Natural Resources

 

Russian Federation, 290, Lenina St., Yuzhno-Sakhalinsk, Russia, 693000; 7, Radio St., Vladivostok, Russia, 690041,

Kristina R. Masaleva

Pacific Geographical Institute, Far-Eastern Branch, Russian Academy of Sciences

Email: masaleva.kr@gmail.com
ORCID iD: 0009-0002-6393-8533
SPIN-code: 5886-9797
ResearcherId: NJS-7870-2025

Junior Researcher at the Geochemistry Laboratory

Russian Federation, 7, Radio St., Vladivostok, Russia, 690041

Nikita D. Vasilenko

Far Eastern Federal University

Email: skameika00@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0004-2364-4658
SPIN-code: 8090-4252
ResearcherId: OOK-5404-2025

Master's student in the Department of Ecology

Russian Federation, 10, Ajax, Russky Island, Vladivostok, Russia, 690922

Andrey A. Shesterа

Far Eastern Federal University

Email: shestera.2017@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-1217-7423
SPIN-code: 2216-4681
ResearcherId: OOK-6310-2025

Master's student in the Department of Ecology

Russian Federation, 10, Ajax, Russky Island, Vladivostok, Russia, 690922

Maxim V. Kovalchuk

LLC «SAKHALIN ENVIRONMENT»

Email: kovalchukmaks@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6118-0610
SPIN-code: 2735-8100

Russian Federation, 62А, of. 400, Amurskaya St., Yuzhno-Sakhalinsk, Russia, 693020

Dmitry D. Danilin

Kamchatka branch of the Federal State Budgetary Institution of Science Pacific Institute of Geography FEB RAS

Email: danilinbiv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6989-8387
SPIN-code: 9375-6500

Candidate of Biological Sciences, Deputy Director for Research

Russian Federation, 6, Partizanskaya St., Petropavlovsk-Kamchatsky Russia, 683001

Stepan V. Goryachev

Institute of Marine Geology and Geophysics, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences,

Email: stepkagoryachev@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0000-6876-1453
SPIN-code: 1150-3235

Graduate Student

Russian Federation, 1B, Nauki St., Yuzhno-Sakhalinsk, Russia, 693022

Vasiliy Yu. Tsygankov

Pacific Geographical Institute, Far-Eastern Branch, Russian Academy of Sciences

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 Biological Sciences, Associate Professor, Leading Researcher of the Geochemistry Laboratory

Russian Federation, 7, Radio St., Vladivostok, Russia, 690041

References

Supplementary files