2.5.5 Діагностика і прогностичний моніторинг канцерогенного забруднення водного середовища

Основне завдання діагностичного моніторингу в плані онкоекології полягає у зборі даних про рівні забруднення канцерогенами біоти й відборі пріоритетних видів, що є інтегральними індикаторами забруднення водного середовища пухлиноподібними агентами. Загальна схема діагностичного моніторингу представлена на рис. 2.22

Про наявність у воді забруднень можна судити по різноманітних морфологічних аномаліях або захворюванням мешканців гідросфери. Однак для практичних цілей діагностичного моніторингу використовується лише невелика кількість патологічних проявів і для відбору таких показників необхідно враховувати наступні критерії:

• наявність відомостей, що вказують на зв'язок захворювання із забрудненнями;

• мінливість аномалії залежно від місця збору, сезону, віку й розміру організму;

• легкість і точність виміру аномалії;

• відносна стійкість аномалії;

• витрати в часі й вартість одержання даних;

• виявлення видів, для яких характерна дана аномалія;

наявність відомостей про біологію й екологію використовуваних видів.

Серед риб організмами-індикаторами можуть служити різні представники сімейства камбалових, у яких розвиваються папіломи й карциноми шкіри, а також пухлини печінки, тріску (новотвору печінки й пухлини псевдобранхій), міксини (гамартоми й рак печінки), білий крокер (новотвору шкіри), вугор (пухлини губ і порожнини рота). Серед молюсків до подібним до об'єктів-індикаторів відносять устриць і мідій (пухлинні поразки кровотворної системи - гемобластози).

Факти, на підставі яких робиться припущення про прямий зв'язок появи деяких видів новотворів з певними хімічними полютантами гідросфери, у підсумованому виді зводяться до наступних: 1) певні види молюсків і риб чутливі до пухлино-подібними забруднень середовища й у них в умовах забруднення найчастіше зустрічаються пухлини; 2) переважно дивуються пухлинами молюски й риби, що ведуть придонний спосіб життя або із придонним характером харчування; 3) звичайно спостерігається пряма кореляція між частотою пухлин у певному районі зі змістом у воді й у донних відкладеннях канцерогенних речовин; 4) установлено, що й молюски й риби можуть асимілювати з навколишнього середовища різні ксенобіотики, акумулювати їх і метаболізувати до реактивноможливих сполук; 5) показано, що в експериментальних умовах велика кількість хімічних агентів здатні індуціювати пухлини в гідробіонти.

Рис.2.22. Загальна схема діагностичного моніторингу

Разом з тим необхідно відзначити, що індикаторні види характерні лише для певних акваторій і тільки а цих районах вони є індикаторними.

У зв'язку із цим комплекс заходів щодо виявлення новотворів у гідробіонтів повинен включати систематичне дослідження індикаторних видів у певному районі, як візуальне (на предмет визначення пухлин шкіри й зовнішніх покривів), так і гістологічний аналіз ряду органів ( першу чергу, печінки й жабер).

Іншим важливим показником діагностичного моніторингу канцерогенної небезпеки є наявність у тканинах риб й інших об'єктів гідросфери свідомо пухлиноподібних сполук. До подібним сполук (відносять велику кількість агентів - бенз(а)пірен й інші ПАУ, вінілхлорид, поліхлоридні дифеніли, ароматичні аміни, миш'як і його сполуки, азбест, бензол, кадмій, берилій, мінеральні масла та ін. (табл.2.12)

Варто брати до уваги, що організми-індикатори, що служать для ідентифікація змін у навколишнім середовищі, обумовлених дією забруднень, можуть бути використані і як організми-монітори, тобто для кількісного визначення відносного рівня забруднень, як це видно з даних, представлених у табл.2.12.

До організмів-моніторів пред'являється ряд вимог: 1) нагромадження забруднюючих речовин (канцерогенів) до певного рівня не повинне приводити до загибелі; 2) осілий образ життя; у випадку довгострокових спостережень (тобто для прогностичного моніторингу) використовувані види повинні бути багаторічними; 3) достатні розміри організмів, щоб їхніх тканин вистачало для аналізу; 4) чисельність особин повинна бути достатньої для вивчення; 5) простота пробовідбору.

Всім цим вимогам задовольняє ряд видів; зокрема, для контролю змісту елементів - миш'яку, кадмію, хрому, нікелю і ін. можуть служити молюски - мідії й устриці; для деяких органічних забруднювачів - водорості макрофіти, морські блюдечка.

Крім безпосереднього виявлення пухлин у риб і молюсків, а також виявлення змісту в тканинах гідробіонтів пухлиноподібних речовин, для діагностичного моніторингу використовується ряд інших показників (утворення шкірних виразок, ерозії плавців, аномалії кістяка, лімфоцистоз, гіперплазія жабер, порушення орієнтації луски й т.д.), що мають непряме значення, але обумовлених біологічною активністю хімічних полютантів, що може бути пов'язана з канцерогенною активністю. У цьому випадку мається на увазі токсична, тератогенна й мутагенна дія полютантів.

Таблиця 2.12

Концентрація (млрд^-1) поліхлорованих дифенілів і хлорованих інсектицидів, виявлених у біоті й сидементах Честер-рівер, Мериленд

Об'єкт аналізу	ДДТ	ПХД	Хлордан
Устриці	16-250 (55)	0-150 (43)	9-160 (36)
Мідії	13-180 (58)	4, 1-130 (21)	0-38 (14)
Риби	2-570 (185)	50-260 (134)	34-180 (74)
Краби	0, 4-51 (20)	18-28 (33)	3-24 (14)
Опади	0-310 (87)	0-63 (16)	0,2 -14 (5,2)
Примітка. В дужках подано середнє значення

Розроблені біотести, що враховують етологічні реакції організмів (реакція уникнення), біохімічні, морфологічні, фізіологічні й інші ефекти. Слід зазначити, що токсичні зміни в гідробіонтів під дією різних факторів хімічної природи надзвичайно різноманітні й тому їхня реєстрація для коректної індикації забруднень досить складна.

В останні роки інтенсивно розробляється проблема виявлення у водних об'єктах хімічних сполук з потенційними мутагенними властивостями. Тут є три основних напрямки: виявлення мутагенів у воді й донних опадах; виявлення подібних агентів в екстрактах тканин водних тварин; виявлення специфічних проявів мутагенезу.

Основним завданням прогностичного моніторингу канцерогенної небезпеки є одержання прогнозу стану біотичної компоненти навколишнього середовища. Оцінка прогнозу проводиться на підставі динамічного визначення у водному середовищі і її об'єктах хімічних канцерогенів, визначення ступеня й швидкості нагромадження, деградації й виведення з обстежуваного об'єкта пухлиноподібних з'єднань.

Як видно з загальної схеми прогностичного моніторингу (рис2.23), цей вид моніторингу містить у собі два напрямки - екотоксикологічний дослідження й біотестування для визначення швидкості нагромадження, розпаду й виведення полютантів, їхньої міграції по трофічних ланцюгах, для дослідження механізмів активації й детоксикації забруднюючих водне середовище хімічних полютантів.

Для цілей прогностичного моніторингу як об'єкти-монітори можна використати застосовувані в діагностичному моніторингу організми-індикатори. Так, у випадку, коли прогнозування онкоекологічного стану середовища проводиться по динамічній реєстрації пухлин, як об'єкти варто використати ті ж індикаторні види риб, молюсків.

Рис.2.24. Загальна схема прогностичного моніторингу

Одне з основних завдань екотоксикології - забезпечення наукової основи для контролю за скиданням потенційно небезпечних речовин у навколишнє середовище. Критеріями такого контролю є здатність до біологічної й хімічної деградації полютантів, їхньому нагромадженню, а також токсичність й, що особливо важливо для онкоекології – мутагенність.

Важливе значення для з'ясування механізмів активації й деактивації водних полютантів, залежності доза-ефект, визначення мінімальних ефективних концентрацій і т.д. мають дослідження з біотестування. Використовувані організми-тестери повинні відповідати певним вимогам, таким як висока чутливість, специфічність відгуку, можливість швидкої реєстрації відповіді, простота змісту в лабораторних умовах, ідентичність або близькість фізіологічних, біохімічних й інших біологічних параметрів організмів-тестерів до індикаторних об'єктів. У плані онкоекології повністю таким вимогам задовольняють акваріумні риби, у яких під впливом канцерогенів виникає різні пухлини. Вони представляють унікальну можливість вивчення різних аспектів біотестування, у тому числі й вивчення механізмів біотрансформації полютантів.

У цілому проблема біомоніторинга реальної канцерогенної небезпеки забруднення водойм канцерогенними речовинами повинна вирішуватися комплексно. У цьому зв'язку досить перспективне використання модельних екосистем - мікрокосму, де співіснують у максимально наближені до природних умов основні об'єкти гідросфери, зв'язані різноманітними екологічними взаєминами. Ця необхідність обумовлюється не тільки незменшуваними забрудненнями водного середовища, а й усвідомленням того факту, що багато хімічних агентів є причиною пухлинних захворювань людини й тварин.