Введение
Рыба – один из ценнейших компонентов рациона человека, ее потребление способствует улучшению качества питания и сохранению продовольственной безопасности в мире. Мясо рыбы можно рассматривать как источник легкоусвояемого белка, минералов и витаминов, а также незаменимых ненасыщенных жирных кислот, которые улучшают здоровье человека и предотвращают возникновение сердечно-сосудистых, воспалительных и неврологических заболеваний. Согласно рекомендациям Всемирной организации здравоохранения, рыбу необходимо употреблять 2-3 раза в неделю для профилактики этих заболеваний [1]. Определение биохимического состава мышечной ткани рыб играет важную роль как в оценке качества мяса, потребляемого в пищу, в том числе для выражения его ценности в энергетических единицах, так и в прогнозе физиологического состояния гидробионтов, что важно для повседневного анализа рыбного промысла и его рациональной организации.
Наряду с преимуществами потребления рыбы существуют риски, обусловленные воздействием на человека токсичных веществ, которые могут накапливаться в тканях рыбы, т. к. она является вершиной водной пищевой цепи [2]. Одними из наиболее опасных загрязняющих веществ считаются тяжелые металлы, т. к. они не выводятся организмом, и их концентрация в нем увеличивается со временем [3]. Чрезмерное воздействие тяжелых металлов может привести к потенциально опасным нарушениям организма и развитию заболеваний, в том числе онкологических [4]. Так как токсическое воздействие тяжелых металлов на организм человека может нейтрализовать полезные свойства мяса гидробионтов, очень важно и необходимо изучать риски, связанные с потреблением рыбы в течение жизни.
Рыбинское водохранилище – крупнейший искусственный водоем Российской Федерации. В г. Череповец, расположенном у северо-восточной части водохранилища, широко развита химическая и металлургическая промышленность, в том числе здесь расположена крупнейшая горно-металлургическая компания «Северсталь». Этот район подвержен многолетнему загрязнению сточными водами с предприятий, учеными регистрируется значительное содержание тяжелых металлов в воде и донных отложениях [5]. Кроме этого, участок подвергается воздействию хозяйственно-бытовых сточных вод, а также диффузного стока с сельскохозяйственных угодий и автомобильных дорог [6]. Несмотря на загрязнения, на водоеме осуществляется активный рыбный промысел [7].
Судак Sander lucioperca из семейства окуневых (Percidae) представляет собой постную пресноводную рыбу с нейтральным вкусом, хорошим составом белка и жирных кислот, поэтому имеет коммерческую ценность на внутреннем рынке и в настоящее время активно используется промыслом. В Рыбинском водохранилище этот вид также является одним из важнейших объектов коммерческого и любительского рыболовства, при этом в водоеме отмечают снижение его численности [7–9].
Ранее мы определяли в мышечной ткани судака содержание тяжелых металлов, однако риски, связанные с продолжительным потреблением этого вида, не были учтены [8]. Поэтому целью настоящего исследования является определение биохимических показателей мышц судака и оценка рисков потребления мяса этого вида.
Материал и методика исследования
Объект исследования – 26 особей судака, отловленных тралом на стандартных станциях траления Волжского и Шекснинского плесов Рыбинского водохранилища в нагульный период (рис).
Карта-схема Рыбинского водохранилища, координаты станций отбора проб:
1 – 58° 23' с. ш., 37° 45' в. д.; 2 – 58° 43' с. ш., 38° 16' в. д.; 3 – 58° 51' с. ш., 38° 06' в. д.
Schematic map of the Rybinsk reservoir, coordinates of sampling stations:
1 – 58° 23' n. w., 37° 45' e. l.; 2 – 58° 43' n. w., 38° 16' e. l.; 3 – 58° 51' n. w., 38° 06' e. l.
Биологическая характеристика особей была приведена ранее в [8]. Материалом для исследования служила мышечная ткань, отделенная вдоль позвоночника на хладагенте.
В мышцах определяли количество воды, сухого вещества, липидов, белка, минеральных веществ, углеводов. Содержание воды и сухого вещества получали двухступенчатым методом определения влаги, содержание липидов – экстрагированием навески петролейным эфиром в аппарате Сокслета; белка – методом Кьельдаля, умножая полученное содержание азота на эмпирический коэффициент преобразования белка для рыб 6,25. Количество минеральных веществ определяли гравиметрическим методом при температуре сжигания 550 °С, углеводов – расчетным путем, вычитая из 100 % сумму процентов воды, липидов, белка и золы. Показатель энергетической ценности был получен с использованием индивидуальных калорийных значений: 4,0 ккал для белка и 9,0 ккал для жира [10, 11].
На основании полученных ранее данных о содержании в мышцах судака тяжелых металлов определяли риск потребления мяса судака в пищу [8]. Для этого использовали оценку ежедневного (EDI) и еженедельного (EWI) поступления тяжелых металлов, целевого коэффициента опасности (THQ), суммарного коэффициента опасности (HI), целевого индекса риска развития рака (TR), общего индекса риска развития рака (TTR), которые рассчитывали по формулам [12, 13]
EDI = Ir · C / BW;
EWI = EDI · 7;
THQ = (EF · ED · Ir · C) / (RfD · BW · TA);
HI = THQCd + THQPb + ... + THQn ...;
TR = (EF · ED · Ir · C · CSF) / (BW · TA);
TTR = TRCd + TRPb + ... + TRn ...,
где Ir – суточное потребление рыбы (по данным FAO на 2020 г., в РФ – 0,015 кг/день для пелагических рыб); С – концентрация металла в рыбе, мг/кг; BW – средняя масса человека (70 кг [14]); EF – частота воздействия тяжелых металлов на организм человека (365 дней/год); ED – продолжительность воздействия (70 лет [14]); RfD – эталонная пероральная доза; TA – среднее время экспозиции воздействия тяжелых металлов на организм человека (365 дней/год · ED); CSF – фактор канцерогенного потенциала; TRn – целевой индекс риска развития рака для каждого металла (n). Значения эталонной пероральной дозы и фактора канцерогенного потенциала исследуемых тяжелых металлов представлены в табл. 1.
Таблица 1
Table 1
Эталонная пероральная доза и фактор канцерогенного потенциала тяжелых металлов
Reference oral dose and carcinogenic potential factor of heavy metals
|
Элемент |
RfD, мг/кг/день |
CSF, мг/кг/день |
Источник |
|
Cd |
0,001 |
15 |
[2, 13] |
|
Pb |
0,0035 |
0,0085 |
[13] |
|
Al |
1,0 |
0,021 |
[2, 15] |
|
Cr |
0,003 |
0,42 |
[12, 14] |
|
Cu |
0,04 |
– |
[12] |
|
Mn |
0,14 |
– |
[14] |
|
Fe |
0,7 |
– |
[14] |
|
Co |
0,0003 |
– |
[14] |
* «–» – данные отсутствуют.
Значения CSF даны только для металлов, имеющих канцерогенный эффект.
Данные были проверены на нормальность распределения с использованием критерия Шапиро – Уилка в программе MS Excel 2007 и с помощью программы анализа данных AtteStat. Поскольку данные не отображали гауссово распределение, для оценки достоверности был применен непараметрический метод с использованием критерия U Манна – Уитни для сравнения между двумя независимыми выборками из различных районов отбора проб. Результаты исследований представлены в виде средних значений и их стандартных отклонений (x ± SD). Различия между сравниваемыми показателями считали статистически значимыми при p < 0,05.
Результаты и их обсуждение
Как известно, биохимические показатели, такие как содержание воды, белка и липидов в организме гидробионтов, могут служить индикаторами экологического состояния особей и популяций рыб благодаря их количественному изменению под действием факторов внешней среды [1, 16, 17]. Количество воды в нормальном состоянии организма сохраняется на стабильных уровнях, а их изменение может быть связано с наступлением неблагоприятных условий местообитания [11, 17]. Запасные липиды являются важными показателями здоровья рыб, их содержание используется в качестве критерия оценки благополучия особей, в том числе в условиях токсического воздействия [18]. Интенсивный расход белков собственного тела происходит в основном в условиях недостатка протеина [19]. Углеводы легко мобилизуются, обеспечивая быстрый запас энергии для передвижения во время нападения на добычу или бегства от хищников, поэтому колебания их содержания менее упорядочены [17].
В нашем исследовании не выявлено значимых отличий между биохимическими показателями в мышцах судака из плесов Рыбинского водохранилища, отличающихся антропогенной нагрузкой (табл. 2).
Таблица 2
Table 2
Биохимические показатели мышц судака из Рыбинского водохранилища
Biochemical parameters of pike-perch muscles from the Rybinsk reservoir
|
Плес |
Содержание, % |
Энергетическая ценность, ккал |
|||||
|
воды |
сухого вещества |
белка |
липидов |
золы |
углеводов |
||
|
Шекснинский |
80,19 ± 1,23 |
19,81 ± 1,23 |
16,74 ± 0,97 |
1,14 ± 0,76 |
0,95 ± 0,09 |
0,99 ± 0,43 |
77,20 ± 8,81 |
|
Волжский |
80,92 ± 1,07 |
19,08 ± 1,07 |
15,84 ± 1,40 |
0,90 ± 0,31 |
1,04 ± 0,08 |
1,31 ± 1,03 |
71,41 ± 6,91 |
Мышцы судака из Шекснинского плеса незначительно превосходили мышечную ткань судака из Волжского плеса по содержанию сухого вещества, в том числе белка и липидов, и уступали по количеству минеральных веществ и углеводов.
Между энергетической ценностью мяса судака из Шекснинского и Волжского плесов не выявлено достоверных отличий, значения показателя оказались близки (см. табл. 2).
Таким образом, можно предположить, что продолжительное локальное антропогенное загрязнение не оказывает влияния на накопление продуктов обмена веществ в мышцах судака. Ранее нами было обнаружено негативное воздействие загрязняющих веществ в районах Рыбинского водохранилища с повышенной антропогенной нагрузкой на аккумуляцию липидов и минеральных веществ в мышцах леща Abramis brama [20]. Вероятно, это связано с типом питания рыб: судак – пелагический хищник, лещ – типичный бентофаг, который, как известно, наиболее подвержен влиянию загрязняющих веществ из-за питания бентосом, населяющим донные отложения [16].
Следует отметить, что в ряде исследований, в том числе у хищных рыб, отмечают более значимое влияние загрязняющих веществ на биохимические показатели в печени, чем в мышечной ткани, которая наименее подвержена токсической нагрузке. Авторы [16, 18] объясняют данные результаты тем, что печень характеризуется высокой метаболической активностью и является основным органом обмена веществ, а также высказывают предположение о достаточно высокой адаптивной устойчивости мышц к воздействию загрязняющих веществ. Вероятно, в том числе и по этим причинам в нашем исследовании не выявлено достоверных отличий между биохимическими показателями в мышцах судака, выловленного из районов с различной антропогенной нагрузкой.
Особенности местообитания и кормления оказывают влияние на интенсивность накопления биохимических показателей в теле рыб одного вида [11, 16, 17]. Так, в пределах водоемов Волго-Каспийского бассейна судак из Рыбинского водохранилища отличается меньшим количеством сухого вещества, в том числе белка, минеральных веществ и углеводов, но более высоким содержанием липидов, чем его сородичи из Горьковского водохранилища [9]. В отличие от результатов текущего исследования, в мышцах особей судака из р. Соть, расположенной в особо охраняемой природной зоне – Государственном природном заказнике «Ярославский», – содержится меньше воды и белка, но больше липидов, минеральных веществ и углеводов [21]. Судак из водоемов Каспийского района отличается меньшим количеством воды и липидов в мышечной ткани, но большим содержанием белка и минеральных веществ, чем исследованные нами особи. Тем не менее калорийность мяса судака из Рыбинского водохранилища оказалась сопоставима с калорийностью мышц их сородичей из Каспийского района [11].
Судака из Рыбинского водохранилища по соотношению белка и липидов в мышечной ткани можно отнести к категории A, по содержанию липидов – к рыбам с низким содержанием жира [1, 22]. Жир в теле судака залегает в брюшной полости, обволакивая внутренности, главным образом кишечник. В мышечной ткани небольшие скопления жира заметны лишь в местах расположения соединительной ткани между пучками мышечных волокон [11]. Этим может объясняться низкое содержание липидов в мышцах особей судака. Высокое содержание белка в мясе судака делает этот вид привлекательным для использования в пищевых целях.
Считается, что один из главных источников поступления тяжелых металлов в организм человека – потребление рыбы в пищу, поэтому для оценки риска здоровья человека мы рассматривали оральный путь попадания этих веществ [3].
Потребление рыбы составляет важную часть рациона человека. По этой причине существует большой интерес к оценке ежедневного и еженедельного поступления в организм человека с рыбой тяжелых металлов. Такая оценка является общим показателем попадания загрязняющих веществ из этого пищевого продукта к человеку и зависит от количества, периода потребления и уровня загрязнения потребляемой рыбы [23]. Показатели суточного (EDI) и еженедельного (EWI) поступления в организм человека тяжелых металлов из мяса судака, потребляемого взрослым населением, представлены в табл. 3.
Таблица 3
Table 3
Показатели суточного и еженедельного поступления в организм человека тяжелых металлов
из мяса судака из Рыбинского водохранилища
Indicators of daily and weekly intake of heavy metals
from pike-perch meat from the Rybinsk reservoir
|
Показатель |
Целевой коэффициент опасности** |
|||||||
|
Cd |
Pb |
Al |
Cr |
Cu |
Mn |
Fe |
Co |
|
|
Шекснинский плес |
||||||||
|
Суточное |
4,29 · 10–7 |
4,29 · 10–6 |
2,07 · 10–3 |
2,16 · 10–5 |
1,42 · 10–4 |
6,17 · 10–5 |
2,10 · 10–3 |
2,14 · 10–7 |
|
Еженедельное поступление |
0,000003 |
0,00003 |
0,0145 |
0,00015 |
0,0009 |
0,00043 |
0,0147 |
0,000002 |
|
Волжский плес |
||||||||
|
Суточное |
1,28 · 10–6 |
6,86 · 10–6 |
9,39 · 10–4 |
1,97 · 10–5 |
1,66 · 10–4 |
3,32 · 10–5 |
4,52 · 10–4 |
4,29 · 10–7 |
|
Еженедельное поступление |
0,000009 |
0,00005 |
0,0066 |
0,00014 |
0,0012 |
0,00023 |
0,0032 |
0,000003 |
|
PTWI* |
0,007 |
0,025 |
1,0 |
0,0233 |
3,5 |
– |
0,08 |
– |
* PTWI – предварительно допустимая еженедельная доза, по [2, 3, 22]; ** «–» – данные отсутствуют.
Показатели суточного поступления Cd, Pb, Cu, Co при потреблении мяса судака из Волжского плеса оказались выше, чем из Шекснинского, Al, Cr, Mn, Fe – ниже, что соответствует значениям распределения концентраций тяжелых металлов в мышечной ткани судака, полученным ранее [8].
Чтобы оценить потенциальный риск для здоровья человека, мы проанализировали еженедельное поступление в организм человека тяжелых металлов, сравнив его с предварительно допустимой еженедельной дозой (PTWI) – референсным значением, указанным в Объединенном экспертном комитете ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам (JECFA), представляющим собой безопасную еженедельную дозу потребления загрязняющих веществ [3]. Согласно результатам нашего исследования полученные показатели EWI для судака из Рыбинского водохранилища оказались ниже референсных значений (см. табл. 3). Вклад судака из Шекснинского плеса в суточное поступление Cd, Pb, Al, Cr, Cu и Fe составил 0,04, 0,12, 1,45, 0,64, 0,026 и 18,4 %, из Волжского плеса – 0,13, 0,20, 0,66, 0,60, 0,034, 4,0 % от PTWI соответственно.
Угроза для здоровья человека, связанная с потенциальной продолжительностью воздействия тяжелых металлов при употреблении рыбы, оценивается при помощи целевого (THQ) и суммарного (HI) коэффициентов опасности. В нашем исследовании данные показатели были меньше единицы и не превышали допустимых уровней, что свидетельствует об отсутствии потенциального неканцерогенного риска при потреблении человеком мяса судака из Рыбинского водохранилища (табл. 4).
Таблица 4
Table 4
Показатели неканцерогенного риска для здоровья человека от тяжелых металлов в мышцах судака
из Рыбинского водохранилища
Indicators of non-carcinogenic risk to human health from heavy metals in pike-perch muscles
from the Rybinsk reservoir
|
Плес |
Целевой коэффициент опасности |
Суммарный коэффициент опасности |
|||||||
|
Cd |
Pb |
Al |
Cr |
Cu |
Mn |
Fe |
Co |
||
|
Шекснинский |
0,0004 |
0,0012 |
0,0021 |
0,0072 |
0,0015 |
0,0150 |
0,0002 |
0,0007 |
0,0284 |
|
Волжский |
0,0013 |
0,0020 |
0,0009 |
0,0066 |
0,0008 |
0,0032 |
0,0002 |
0,0014 |
0,0165 |
Такие тяжелые металлы, как Cd, Pb и Al, не встроены в каскад биохимических реакций организма, протекающих при его нормальном функционировании, и являются неэссенциальными. Их токсичность возрастает с увеличением концентрации, а недостаточное выведение данных металлов оказывает канцерогенное воздействие [3, 13]. Кадмий может привести к хронической токсичности даже при низких концентрациях и негативно повлиять на работу почек, легких, печени, органов половой и нервной системы, крови. Свинец вызывает нарушение слуха, приводит к анемии, почечной недостаточности и ослаблению иммунитета [8, 12]. Алюминий может откладываться в костях, мозге, сердце, селезенке и мышцах, что приводит к кумулятивному негативному эффекту на эти системы с увеличением времени воздействия [15]. Потенциальный канцерогенный эффект отмечается и у хрома, который влияет на метаболизм липидов и сахара, может вызывать поражение печени, почек и легких [12, 24].
Показатели канцерогенного риска, указывающие на возрастающую вероятность появления онкологических заболеваний у человека в течение жизни из-за воздействия потенциального канцерогена, представлены в табл. 5.
Таблица 5
Table 5
Показатели канцерогенного риска для здоровья человека от тяжелых металлов в мышцах судака
из Рыбинского водохранилища
Indicators of carcinogenic risk to human health from heavy metals in pike-perch muscles
from the Rybinsk reservoir
|
Плес |
Целевой индекс риска развития рака |
Общий индекс риска развития рака |
|||
|
Cd |
Pb |
Al |
Cr |
||
|
Шекснинский |
6,43 · 10–6 |
3,64 · 10–8 |
4,34 · 10–5 |
9,09 · 10–6 |
5,89 · 10–5 |
|
Волжский |
1,93 · 10–5 |
5,83 · 10–8 |
1,97 · 10–5 |
8,28 · 10–6 |
4,73 · 10–5 |
Значения показателя для Pb составили меньше 1 · 10–8, для остальных элементов они варьировали в пределах от 6,43 · 10–6 для Cd в мышцах судака из Шекснинского плеса до 4,34 · 10–5 для Al в мышцах рыб из Шекснинского плеса. При значении целевого индекса развития рака более 1 · 10–4 потребители находятся в зоне канцерогенного риска, при значении показателя менее 1 · 10–6 риск развития рака считается незначительным [4, 12, 13].
При потреблении мяса судака из Рыбинского водохранилища суммарный риск возникновения рака от Cd, Pb, Al и Cr составляет более 1 на 100 000 (см. табл. 5). Наибольший вклад в общий индекс риска развития рака вносит алюминий.
Результаты нашего исследования указывают на то, что для судака из Шекснинского и Волжского плесов показатели как неканцерогенного, так и канцерогенного рисков находятся в приемлемых диапазонах. Однако, учитывая неблагоприятную обстановку по росту онкологических заболеваний в областях, близлежащих к Рыбинскому водохранилищу, необходимо контролировать данные показатели в мясе рыб, в том числе судака [25].
Заключение
В работе определены биохимические показатели (содержание воды, сухого вещества, белка, липидов, минеральных веществ и углеводов) мышечной ткани судака из Рыбинского водохранилища,
а также риски использования ее в пищу. Исследование показывает, что мясо судака как из Шекснинского, так и из Волжского плесов является хорошим источником основных питательных веществ. Продолжительное локальное антропогенное воздействие не оказывает влияния на накопление продуктов обмена веществ в мышечной ткани судака, т. к. показатели неканцерогенного и канцерогенного рисков находятся в приемлемых диапазонах. Можно сделать вывод о том, что мясо судака из Рыбинского водохранилища может быть рекомендовано для употребления в пищу человека.
