Russian Federation
This work is a logical continuation of our research to study the content of heavy metals in the muscles of bream from areas of the Rybinsk Reservoir, which differ in the magnitude of anthropogenic load. The purpose of this study is to assess the risks associated with the duration of exposure to heavy metals (cadmium, lead, aluminum, chromium, copper, manganese, iron and cobalt) on human health when consuming bream from the Rybinsk Reservoir. Objectives: to calculate target hazard ratios based on the content of heavy metals previously detected in bream muscles. The object of the study is sexually mature, approximately the same size individuals of bream (n=40), caught by trawl from the Sheksninsk and Volzhsk reaches. Risk assessment was carried out by calculation methods of determining the target and total hazard coefficients, target and total cancer risk indexes and comparing them with acceptable limits. The results of the study indicate that there is no potential non-carcinogenic risk to human health from heavy metals, since the values of the target and total hazard coefficient for all elements were below 1. No carcinogenic risk was found for lead, however, when consuming bream meat, the risk of cancer from cadmium, aluminum and chromium is more than 1 in 100,000. The overall cancer risk index exceeds the acceptable threshold (1x10-4) and is in the unacceptable risk zone, which needs to be adjusted. The values of the studied coefficients and indices in most cases turned out to be higher in the Sheksninsk reach compared to the Volzhsk reach.
Abramis brama bream, heavy metals, muscles, Rybinsk Reservoir, hazard coefficient, carcinogenic risk, reference preoral dose, carcinogenic potential factor
Введение. Рыбинское водохранилище – крупнейший водоем России, на котором осуществляется активный рыбный промысел. Для многих людей, живущих на его берегах, рыбная ловля остается единственным средством к существованию. Наибольшую коммерческую значимость в рыбных уловах имеет лещ Abramis brama, популяция которого в водохранилище испытывает высокую промысловую нагрузку [1].
В северо-восточной части водохранилища в г. Череповец широко развита химическая и металлургическая промышленность, из-за которой происходит многолетнее загрязнение Шекснинского плеса [2]. В ряде исследований показано, что как по содержанию тяжелых металлов в воде и донных отложениях, так и по результатам биотестирования водохранилища этот район считается наиболее неблагоприятным для гидробионтов [2–4].
Лещ, являясь бентосоядной рыбой, наиболее подвержен воздействию загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов, которые не выводятся из организма и представляют потенциальную угрозу для здоровья человека [5, 6]. В связи с этим очень важно и актуально проводить исследования по оценке рисков потребления этого вида человеком.
Данная работа является логическим продолжением исследования содержания тяжелых металлов в мышцах леща из плесов Рыбинского водохранилища, отличающихся уровнем антропогенной нагрузки [7]. Несмотря на соответствие требованиям отечественных и международных стандартов по содержанию тяжелых металлов в мышцах леща, необходимо учитывать риски, связанные с продолжительностью воздействия токсикантов на здоровье человека при потреблении рыбы в течение жизни.
Цель исследования – оценить риски для здоровья человека, связанные с потреблением леща, выловленного из Рыбинского водохранилища.
Задачи: определить целевые коэффициенты опасности, связанные с накоплением тяжелых металлов в организме человека при потреблении леща.
Объекты и методы. Объектом исследования было 40 половозрелых, примерно одноразмерных особей леща, выловленных тралом в Шекснинском и Волжском плесах. Содержание тяжелых металлов в леще определяли ранее [7].
Известно, что попадание тяжелых металлов в организм человека и воздействие на него может происходить тремя путями: оральным, ингаляционным и через кожные покровы [8]. В данном исследовании для оценки риска здоровья человека рассматривался первый вариант. Для определения риска использования рыбы в пищу применяли оценку целевого коэффициента опасности (THQ), суммарного коэффициента опасности (HI), целевого индекса риска развития рака (TR), общего индекса риска развития рака (TTR). Каждый показатель определялся по формулам (1), (2), (3), (4) соответственно [9, 10].
THQ=EF×ED×Ir×C/RfD×BW×TA; (1)
HI= THQCd+THQPb+ ... +THQn...; (2)
TR=EF×ED×Ir×C×CSF/BW×TA; (3)
TTR=TRCd+TRPb+ ... +TRn..., (4)
где EF – частота воздействия (365 дней/год); ED – продолжительность воздействия (70 лет [11]); Ir – суточное потребление рыбы (по данным FAO на 2020 г. в РФ 0,022 кг/день для донных рыб); С – содержание металла в рыбе, мг/кг; RfD – эталонная преоральная доза, мг/кг/день; BW – средняя масса человека (70 кг [11]); TA – среднее время экспозиции (365 дней/год×ED); CSF – фактор канцерогенного потенциала (мг/кг/день).
Значения RfD представлены в таблице 1.
Таблица 1
Эталонная преоральная доза (RfD) тяжелых металлов
|
Тяжелый металл |
RfD, мг/кг/день |
Источник |
|
Cd |
0,001 |
[9] |
|
Pb |
0,0035 |
[9] |
|
Al |
1,0 |
[12] |
|
Cr |
0,003 |
[9] |
|
Cu |
0,04 |
[9] |
|
Mn |
0,14 |
[8] |
|
Fe |
0,7 |
[12] |
|
Co |
0,0004 |
[13] |
Фактор канцерогенного потенциала (CSF) для Cd, Pb, Al и Cr составляет 15; 0,0085; 0,021 и 0,5 мг/кг/день соответственно [9, 10, 14, 15].
Результаты и их обсуждение. Тяжелые металлы бывают биогенными, необходимыми для жизнедеятельности организма, и токсичными, приводящими к его отравлению или гибели [5, 16]. Эссенциальные элементы (Cr, Cu, Mn, Fe, Co) жизненно необходимы для живых организмов, однако при высокой концентрации их в окружающей среде они могут быть токсичными для рыб, а их избыточное накопление в организме человека может вызывать ряд негативных последствий [5, 16, 17]. В свою очередь, неэссенциальные металлы (Cd, Pb и Al) не встроены в каскад биохимических реакций организма, протекающих при нормальном функционирования организма. Токсичность данных металлов возрастает с увеличением концентрации [5, 18]
Потребление рыбы в пищу – один из главных источников поступления тяжелых металлов в организм человека [5]. При оценке риска для здоровья человека, связанного с потенциальной продолжительностью воздействия тяжелых металлов при употреблении мяса леща, установлено, что показатель THQ для всех металлов не превышал допустимого порога (< 1) (табл. 2).
Таблица 2
Значения целевого (THQ) и суммарного (HI) коэффициента опасности для мышц леща
из Рыбинского водохранилища
|
Плес |
Целевой коэффициент опасности |
Суммарный коэффициент опасности |
|||||||
|
Cd |
Pb |
Al |
Cr |
Cu |
Mn |
Fe |
Co |
||
|
Шекснинский |
0,001 |
0,006 |
0,004 |
0,017 |
0,007 |
0,001 |
0,005 |
0,007 |
0,049 |
|
Волжский |
0,002 |
0,003 |
0,003 |
0,015 |
0,008 |
0,001 |
0,003 |
0,003 |
0,038 |
|
Среднее |
0,002 |
0,005 |
0,003 |
0,016 |
0,008 |
0,001 |
0,004 |
0,005 |
0,044 |
Полученные результаты свидетельствуют об отсутствии потенциального риска при потреблении человеком леща из Рыбинского водохранилища [9]. Результаты HI соответствовали модели THQ, и исследуемый показатель также не превышал допустимый предел (< 1). Таким образом, люди не испытают каких-либо неканцерогенных последствий для здоровья при потреблении мяса леща из Рыбинского водохранилища.
Известно, что токсические элементы, такие как свинец и кадмий, при попадании в организм человека оказывают канцерогенное, мутагенное и тератогенное воздействие из-за недостаточного их выведения [9, 10]. В последнее время у алюминия и хрома отмечают потенциальный канцерогенный эффект [9, 19, 20]. Канцерогенный риск (TR) указывает на возрастающую вероятность появления онкологических заболеваний у человека в течение жизни из-за воздействия потенциального канцерогена [11]. Риск развития рака считается незначительным при TR < 1 · 10-6, при значении TR > 1 · 10-4 потребители находятся в зоне неприемлемого риска и необходима определенная коррекция [9, 10, 15].
Канцерогенный риск был рассчитан только для Cd, Pb, Al и Cr, так как фактор канцерогенного потенциала существует только для этих металлов (табл. 3).
Таблица 3
Значения целевого (TR) и общего (TTR) индекса риска развития рака для мышц леща
из Рыбинского водохранилища
|
Плес |
Целевой индекс риска развития рака |
Общий индекс риска развития рака |
|||
|
Cd |
Pb |
Al |
Cr |
||
|
Шекснинский |
2,24·10-5 |
1,71·10-7 |
8,80·10-5 |
2,53·10-5 |
1,36·10-4 |
|
Волжский |
2,63·10-5 |
9,75·10-8 |
5,59·10-5 |
2,22·10-5 |
1,05·10-4 |
|
Среднее |
2,43·10-5 |
1,34·10-7 |
7,19·10-5 |
2,37·10-5 |
1,20·10-4 |
Расчетные значения для Pb составили меньше 1 · 10-6, для остальных элементов они варьировали в пределах от 2,22 · 10-5 для Cr в мышцах леща из Волжского плеса до 8,80 · 10-5 для Al в мышцах рыб из Шекснинского плеса (табл. 3). Таким образом, при потреблении мяса леща риск возникновения рака от Cd, Al и Cr составляет более 1 на 100 000.
Хроническое воздействие Cd может вызывать почечную недостаточность, нарушать работу желудочно-кишечного тракта, снижать минеральную плотность костей и вызывать остеопороз [9, 21, 22]. Al вытесняет кальций из организма, снижает концентрацию фосфора, магния, железа, марганца и увеличивает до токсических уровней цинк и медь, что может привести к остеопорозу, заболеваниям сердца, кариесу зубов, пародонтозу, мышечным спазмам и коликам [23]. Высокие концентрации Cr вызывают поражение почек, печени и легких, провоцируют развитие заболеваний сердечно-сосудистой и нервной систем, а его длительное воздействие может вызвать повреждение кожи и желудка, а также судороги и даже смерть [9, 17, 24].
Учитывая, что потребление рыбы связано с воздействием смеси исследованных металлов, необходимо оценивать кумулятивные риски возникновения рака путем суммирования целевых индексов рисков развития рака (TTR). Данный показатель хоть и незначительно, но превышает верхнюю границу, установленную нормативами (>1 · 10-4) [9]. Наибольший вклад в увеличение данного показателя вносит алюминий (табл. 3). Следует отметить, что в близлежащих к водоему областях наблюдается неуклонный рост числа онкологических заболеваний, а также регистрируется их максимальное количество по стране [25, 26].
В целом значения исследованных коэффициентов и индексов в большинстве случаев оказались выше в Шекснинском плесе по сравнению с Волжским. Данные результаты ожидаемы, так как Шекснинский плес подвержен высокой антропогенной нагрузке, что сказывается на аккумуляции тяжелых металлов в организме рыб [7, 27].
Заключение. В настоящем исследовании определены риски использования в пищу особей леща из Рыбинского водохранилища. С точки зрения здоровья человека значения целевого и суммарного коэффициента опасности для всех элементов не превышали 1, что указывает на отсутствие потенциального неканцерогенного риска для здоровья человека от тяжелых металлов. Целевые значения канцерогенного риска для свинца были ниже порога 10-6. Для остальных элементов они варьировали в пределах от 2,22 · 10-5 для Cr в мышцах леща из Волжского плеса до 8,80 · 10-5 для Al в мышцах рыб из Шекснинского плеса. Общий индекс риска развития рака находится в зоне неприемлемого риска, так как превышает верхнюю границу, установленную нормативами, и нуждается в определенной коррекции. Полученная нами информация дополняет и расширяет сведения о безопасности рыбной продукции из Рыбинского водохранилища.
1. Gerasimov Yu.V., Strel'nikov A.S., Brazhnik S.Yu. Dinamika i sostoyanie zapasov ryb Rybinskogo vodohranilischa v period 1950–2010 gg. // Voprosy ihtiologii. 2013. T. 53, № 4. S. 465–465.
2. Tomilina I.I., Lozhkina R.A., Gapeeva M.V. Toxicity of Bottom Sediments of the Rybinsk Reservoir According to Long-term Biotesting Data: Report 1. Toxicological Studies // Inland Water Biology. 2021. V. 14, № 6. P. 777–787.
3. Tomilina I.I., Grebenyuk L.P., Lozhkina R.A. Toxicity of Bottom Sediments of the Rybinsk Reservoir According to Long-Term Biotesting Data. Part 2. Teratological Studies // Inland Water Biology. 2022. V. 15, №. 1. P. 68–79.
4. Physiological Parameters of Bream (Abramis brama L.) in Parts of the Rybinsk Reservoir of Different Types / A.A. Payuta [et al.] // Inland Water Biology. 2019. V. 12, № 2. P. 217–224.
5. Alipour H., Banagar G.R. Health risk assessment of selected heavy metals in some edible fishes from Gorgan Bay, Iran // IJFS. 2018. № 17(1). P. 21–34.
6. Shcherbina G.K. Comparative Analysis of the Feeding Spectrum of Bream Abramis brama L. (Cyprinidae, Pisces) in Different Areas of the Rybinsk Reservoir // Inland Water Biology. 2021. V. 14. P. 590–596.
7. Payuta A.A., Flerova E.A., Zayceva Yu.V. Soderzhanie tyazhelyh metallov v myshcah lescha iz raznyh plesov Rybinskogo vodohranilischa // Vestnik KrasGAU. 2023. № 1. S. 103–108.
8. Elumalai V., Brindha K., Lakshmanan E. Human exposure risk assessment due to heavy metals in groundwater by pollution index and multivariate statistical methods: a case study from South Africa // Water. 2017. V. 9, № 4. P. 234.
9. Bioaccumulation and potential sources of heavy metal contamination in fish species in Taiwan: assessment and possible human health implications / C.T. Vu [et al.] // ESPR. 2017. V. 24. P. 19422–19434.
10. Residual levels of mercury, cadmium, lead and arsenic in some commercially key species from Italian coasts (Adriatic Sea): Focus on human health / G. Barone [et al.] // Toxics. 2022. V. 10. № 5. P. 223.
11. Razrabotka kompleksnogo podhoda k ocenke soderzhaniya elementnyh kontaminantov v nativnyh produktah na osnove lekarstvennogo rastitel'nogo syr'ya i ego primenenie k semenam tykvy / S.V. Ovsienko [i dr.] // Vedomosti Nauchnogo centra ekspertizy sredstv medicinskogo primeneniya. 2022. T. 12, № 2. S. 149–160.
12. Ab Manan W.N.A., Zulkifli N.N. Evaluation of heavy metals content in different local brands of bottled drinking water // ESTEEM Academic Journal. 2021. V. 17. P. 47–55.
13. Health risk assessment for exposure to some selected heavy metals via drinking water from Dadinkowa dam and river gombe abba in Gombe state, Northeast Nigeria / A.U. Maigari [et al.] // World J. Anal. Chem. 2016. V. 4. № 1. P. 1–5.
14. Toxic Metals and Metalloids in Infant Formulas Marketed in Brazil, and Child Health Risks According to the Target Hazard Quotients and Target Cancer Risk / C.C. de Almeida [et al.] // IJERPH. 2022. V. 19, № 18. P. 11178.
15. Widyantoro A., Maziya F.B., Abidin A.U. Exposure analysis of lead (Pb) and chromium (Cr) in workplace workshop PT. X // Gaceta Sanitaria. 2021. V. 35. P. S450–S454.
16. Bioconcentration of essential and nonessential elements in Black Sea turbot (Psetta maxima Maeotica Linnaeus, 1758) in relation to fish gender / I.A. Simionov [et al.] // JMSE. 2019. V. 7, № 12. P. 466.
17. Alibabić V., Vahčić N., Bajramović M. Bioaccumulation of metals in fish of Salmonidae family and the impact on fish meat quality // Environ. Monit. Assess. 2007. V. 131. P. 349–364.
18. Use of fish as bio-indicator of the effects of heavy metals pollution / M.M.N. Authman [et al.] // JARD. 2015. V. 6. № 4. P. 1000328.
19. Aluminum Enters Mammalian Cells and Destabilizes Chromosome Structure and Number / M.R. Tenan [et al.] // IJMS. 2021. V. 22, № 17. P. 9515.
20. Accumulation of chromium in plants and its repercussion in animals and humans / R.T. Kapoor [et al.] // Environ. Pollut. 2022. V. 301. P. 119044.
21. Concentration of heavy metals in seafood (fishes, shrimp, lobster and crabs) and human health assessment in Saint Martin Island, Bangladesh / M.A. Baki [et al.] // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2018. V. 159. P. 153–163.
22. Heavy Metals in the Fish Tenualosa ilisha Hamilton, 1822 in the Padma–Meghna River Confluence: Potential Risks to Public Health / M. Sarker [et al.] // Toxics. 2021. V. 9, № 12. P. 341.
23. Pandey G., Madhuri S. Heavy metals causing toxicity in animals and fishes // Res. J. Animal, Veterinary and Fishery Sci. 2014. V. 2. № 2. P. 17–23.
24. Human Health Risk Assessment of Heavy Metal Concentration in Seafood Collected from Pattani Bay, Thailand / P. Tanhan [et al.] // Toxics. 2022. V. 11, № 1. P. 18.
25. Sinicyn I.S. Prostranstvennye i vozrastnye osobennosti ekologo-obuslovlennyh zabolevaniy naseleniya Yaroslavskoy oblasti // Yaroslavskiy pedagogicheskiy vestnik. 2011. T. 3, № 2. S. 160.
26. Onkologicheskaya zabolevaemost' v Krasnoyarskom krae / A.A. Modestov [i dr.] // Rossiyskiy onkologicheskiy zhurnal. 2016. T. 21, № 1-2. S. 76–80.
27. Payuta A.A., Flerova E.A., Zayceva Yu.V. Soderzhanie tyazhelyh metallov v myshechnoy tkani sudaka Sander lucioperca v raznyh plesah Rybinskogo vodohranilischa // Vestnik AGTU. Ser. «Rybnoe hozyaystvo». 2022. № 4. S. 135–142.
