Загрязнение вод водорослями

Ядовитые свойства представителей этой группы растений установлены сравнительно недавно, хотя с токсическими продуктами их жизнедеятельности человек сталкивался с давних пор. Тяжелые отравления людей и животных рыбой, моллюсками и водой из пресноводных и морских водоемов в определенные сезоны года, не имевшие ранее удовлетворительных объяснений, оказались связанными с циклическим развитием определенных групп водорослей.

Из всех многочисленных отделов (типов) водорослей токсическое действие известно у представителей динофитовых (Dynophyta): ядовитых перидиней – Dinophyceae, Peridineae, а также у золотистых (Chrysophyta) (зоологи относят перединей, других пирофитовых и золотистых водорослей к подклассу Phytomastigina типа простейших животных; однако в настоящее время всех одноклеточных водорослей - эукариот правильнее относить вместе сдругими простейшими к особому царству протистов), зеленых (Chlorophyta) и синезеленых (Cyanophyta). Для территории СНГ характерно наибольшее токсинологическое значение лишь Cyanophyta, обитающих во внутренних пресноводных водоемах, так как среди указанных других представителей альгофлоры ядовитые виды обитают в основном в теплых морях обоих полушарий.

Причиной длительной неразгаданности наблюдаемых массовых отравлений на побережьях внутренних и морских акваторий являлось отсутствие сведений о биологии микроскопических планктонных форм, скрытых от исследователя толщами вод. В настоящее время установлено, что в основе всех этих отравлений лежат сложнейшие пищевые цепи, первоначальным звеном которых является фитопланктон.

Массовое размножение синезеленых водорослей, известное как«цветение воды», – явление экологического порядка, имеет важное биологическое и медицинское значение. Именно оно в пресноводных водоемах сопровождается накоплением в теле многих гидробионтов и в окружающей водной среде сильнодействующих токсических веществ, продуцируемых некоторыми видами синезеленых:Microcystis aeruginosa – микроцистис серовато-зеленый; Microcystis flos-aquae – м. цветения-воды; М. wesenbergii – м. Везенберга; Woronichinia naegeliana – воронихиния Негели; Anabaena flos-aquae – анабена цветения-воды; A. variabilis – а. изменчивая; A. lemmermannii – а. Леммермана; Aphanisomenon flos-aquae – афанизоменон цветения воды; Gloeotrichia echinufata– глеотрихия щетинистая; G. pisum – г. гороховидная: Nostoc rivulare – носток речной и др.

Токсины этих водорослей (альготоксины) аккумулируются в водной экосистеме, иногда подвергаясь биологической трансформации и сохраняя при этом токсичность. Вторым звеном в цепи аккумуляции и передачи альготоксинов являются моллюски и рыбы, далее присоединяются теплокровные наземные животные и человек. Известны также отравления травоядных (домашний скот и др.) на водопое при попадании в пищеварительный тракт как фитопланктона, так и самой воды. Определенную опасность представляет загрязнение альготоксинами источников водоснабжения и водозаборов. Отравление может произойти при купании во время цветения воды.

Масштабы этих явлений могут быть достаточно большими, так как во время цветения воды развивается значительная биомасса (более 100–200 г/л) и численность (миллионы клеток на литр) синезеленых водорослей.

Химический состав и механизм токсического действия.Кнастоящему времени достаточно хорошо изучены особенности химизма и механизма токсического действия далеко не всех представителей синезеленых.

Anabaena flos-aquae продуцирует токсин, названный анатоксином а. Анатоксин а является сильным и стереоспецифическим антагонистом никотиночувствительных (Н)-холинорецепторов. Анатоксин а вызывает блокирование нервно-мышечной передачи по деполяризующему типу (сильная начальная контрактра сменяется полным параличом), захватывая скелетную и дыхательную мускулатуру. Вследствие этого смерть наступает от остановки дыхания DL₅₀ анатоксин а 200–500 мкг/кг для мышей и крыс при внутрибрюшинном введении. В дозах 0,1–1 мг/кг анатоксин а проявляет антихолинэстеразную активность.

Aphanizomenon flos-aquae продуцирует афантоксины, представляющие собой смесь неосакситоксина (90%) и сакситоксина (10%). Ранее эти токсины были обнаружены у морских перидиней Gonyaulax catenella и G. tamarensis. Сакситоксин и его аналоги блокируют ионотранспортный участок Νа+-канала электровозбудимых нервных и мышечных мембран. Полагают, что гуанидиновая группировка сакситоксина, соответствующая по своим молекулярным размерам диаметру гидратированного иона Na⁺, входит в устье канала и застревает в нем, удерживаемая остальной частью молекулы, размеры которой превышают диаметр канала. DL₅₀ афантоксина 10 мкг/кг. Кроме токсинов катионной природы A. flos-aquae продуцирует токсические соединения анионного характера (неустановленного состава). Афантоксины устойчивы к нагреванию в кислой среде, но инактивируются в щелочной (рН>9).

Microcystis aeruginosa продуцирует полипептидные токсины, или так называемый фактор быстрой смерти. Микроцистин – циклический полипептид, содержащий L-тирозин, D-аланин, D-изоглутаминовую кислоту, Б-метил-О-аспарагиновую кислоту, N-метилдегидроаланин, L-метионин; молекулярная масса ~ 1200. Микроцистин вызывает тромбоцитопению, кровоизлияния в легких и печени, обширные тромбозы, увеличение массы печени до 50%. Через 30 мин после введения в печени накапливается до 30%, а в почках до 6 % микроцистеина.

Другой токсический гексапептид, содержащий в отличие от микроцистеина L-лейцин и R-аргинин (так называемый токсин LR), в дозе 0,1 мкг/кг вызывает смерть мышей в течение 1 ч. Отравление характеризуется тромбоцитопенией, легочным тромбозом и застоем крови в печени.

Картина отравления.Отравление синезелеными водорослями может протекать в нескольких клинических формах, в том числе желудочно-кишечной, кожно-аллергической, мышечной и смешанной.

При попадании токсинов синезеленых водорослей в водопроводную сеть возможны вспышки эпидемического токсического гастроэнтерита, протекающего по типу дизентерио- или холероподобного заболевания. Основные симптомы: тошнота, боли в желуд­ке, спазмы кишечника, рвота, понос, головная боль, боли в мышцах и суставах.

При кожно-аллергической форме характерны дерматит, зуд, набухание и гиперемия слизистых глаз (конъюнктивиты), реакции со стороны дыхательных путей по типу бронхиальной астмы.

В особую форму выделяют юксовско-сартланскую болезнь, обычно развивающуюся после употребления в пищу инфицированной синезелеными водорослями рыбы (щуки, судака, налима, окуня и др.). Фактором, провоцирующим острое начало заболевания, являются физическое напряжение и охлаждение. Болеют также животные, питающиеся рыбой (кошки, гагары, крохали идр.). Четко выражена весенне-летняя сезонность болезни. Интоксикация развивается через 10 часов–3 суток после употребления в пищу рыбы, причем термическая обработка не снижает токсичности. Болезнь начинается внезапно, во время физического напряжения. Молниеносно возникают резчайшие боли в мышцах ног, рук, поясницы, грудной клетки, усиливающиеся при малейшем движении. Наблюдаются: цианоз кожи, сухость во рту, иногда рвота. Из-за присутствия миоглобина моча приобретает темный цвет. Опасность представляет асфиксия вследствие паралича дыхательной мускулатуры. Болевой приступ длится от 3 ч до 4 суток. Возможны рецидивы.

Первая помощь и профилактика отравлений водорослями.При поверхностном контакте необходимо провести тщательное обмывание кожи. Основной показатель загрязнения воды альготоксинами – сильный рыбный запах. Для профилактики отравлений рекомендуется продолжительное кипячение воды, фильтрация ее через активированный уголь, на водопроводных станциях – озонирование. В системе профилактических мероприятий ведущее место должен занимать постоянный гидробиологический контроль качества вод.

Контрольные вопросы

1. Что называется загрязнением природной среды?

2. Чем отличается антропогенное воздействие на природную среду от антропического?

3. В чем заключаются особенности синергического воздействия загрязнителей на природную среду?

4. Какие территории относят к зонам экологического действия?

5. Почему поведение токсикантов в почве имеет особо важное значение?

6. Какие первичные загрязнители атмосферы выделяют?

7. Загрязнение атмосферы СО и последствия для окружающей среды и человека, животных.

8. Загрязнение атмосферы СО₂ и последствия для окружающей среды и человека, животных.

9. Загрязнение атмосферы SO₂ и последствия для окружающей среды и человека, животных.

10. Загрязнение атмосферы H₂S и последствия для окружающей среды и человека, животных.

11. Загрязнение атмосферы CS₂ и последствия для окружающей среды и человека, животных.

12. Загрязнение атмосферы CSO и последствия для окружающей среды и человека, животных.

13. Какая особенность делает сажу очень токсичной для человека и животных?

14. С чем связывают появление озоновой дыры?

15. Загрязнение атмосферы окислами азота и последствия для окружающей среды и человека, животных?

16. Загрязнение атмосферы озоном и последствия для окружающей среды и человека, животных.

17. Чем отличается антропогенное звено круговорота воды в природе от естественного?

18. Какие объекты признаются источниками загрязнения воды?

19. Какие виды биологического загрязнения воды выделяют?

20. Что такое «опрокидывание» воды?

21. Каковы последствия попадания аммиака в организм?

22. О чем свидетельствует присутствие аммонийных соединений в сточных водах?

23. Какие вещества относят к категории устойчивых или трудноразрушающихся веществ в воде?

24. На чем основан метод определения суммарного содержания тяжелых металлов в воде?

25. Каким образом происходит миграция тяжелых металлов, если рН воды значительно меньше 7?

26. Какие ионы способствуют зарастанию водоемов растительностью?

27. В каких случаях при присутствии фосфатов в воде снижается эффект зарастания водоемов?

Использованная литература

1. Вронский, В.А. Прикладная экология: учеб. пособие / В.А. Вронский. – Ростов н/Д: Феникс, 1996. – 512 с.

2. Голиков, С.Н. Общие механизмы токсического действия / С.Н. Голиков, И.В. Саноцкий, Л.А. Тиунов. – Л.: Медицина, 1986. – 300 с.

3. Жуленко, В.Н. Ветеринарная токсикология / В.Н. Жуленко, М.И. Рабинович, Г.А. Таланов. – М.: Колос, 2001. – 384 с.

4. Кормилицын, В.И. Основы экологии / В.И. Кормилицын, М.С. Цицкишвили, Ю.И. Яламов. – М.: Интерстиль, 1997. –368 с.

5. Лабораторные исследования в ветеринарии: химико-токсикологические методы: справ. / под ред. Антонова. – М.: Агропромиздат, 1989. – 314 с.

6. Лужников, Е.А. Клиническая токсикология / Е.А. Лужников. – М.: Медицина, 1982. – 368 с.

7. Лужников, Е.А. Клиническая токсикология / Е.А. Лужников. – М.: Медицина, 1994. – 256 с.

8. Никитин, Д.П. Окружающая среда и человек / Д.П. Никитин, Ю.В. Новиков. – М.: Высш. шк., 1986. – 415 с.

9. Рамад, Ф. Основы прикладной экологии / Ф. Рамад. – Л.: Гидрометеоиздат, 1981. – 544 с.

10. Реввель, П. Среда нашего обитания. Кн.2. Загрязнения воды и воздуха: пер. с англ. / П. Реввель, Ч. Реввель. – М.: Мир, 1995. – 296 с.

11. Реймерс, Н.Ф. Природопользование / Н.Ф. Реймерс. – М.: Мысль, 1990. –637 с.

12. Фелленберг, Г. Загрязнение природной среды: введение в экологическую химию: пер. с нем. / Г. Фелленберг. – М.: Мир, 1997. – 232 с.

13. Хабарова, Е.И. Экология в таблицах. 10(11) кл.: справ. пособие / Е.И. Хабарова, С.А. Панова. – 2-е изд. – М.: Дрофа, 2001. – 128 с.

14. Экологическая химия: пер. с нем. / под ред. Ф. Корте. – М.: Мир, 1997. – 396 с.