Гідротоксикометрія

При кількісній оцінці дії отрут на гідробіонтів основним є питання критерію токсичності, тобто, що приймати за одиницю вимірювання токсичності. Таким первинним критерієм є смертність (летальність). У токсикології йдеться про її використання як кількісного показника можливого зменшення природної популяції або лабораторної культури під впливом певних концентрацій хімічної речовини за визначений проміжок часу перебування у токсичному середовищі. Оскільки гідробіонти одного виду мають різну чутливість і стійкість до однієї і тієї ж речовини, їх загибель настає протягом різних проміжків часу. Статистичне отримана концентрація, яка відповідає 50%-ній смертності піддослідних тварин, називається меді­анною летальною концентрацією. Користуються також оберненим показником – виживаністю.

При спостереженнях за рослинними організмами критерієм токсичності найчастіше служить пригнічення або повне призу­пинення фотосинтезу.

Під чутливістю розуміють видову властивість реагувати на мінімальні концентрації токсиканта в навколишньому середовищі, під стійкістю (резистентністю) – здатність витримувати максимальні концентрації токсичних речовин, а під витривалістю (толерантністю) – діапазону коливань концентрації токсичних речовин, яку може витримувати гідро­біонт. Для визначення цього діапазону (зони токсичної дії) вводяться такі поняття, як мінімальна смертельна (летальна) концентрація токсиканта (LC₀) і максимальна смертельна концентрація (LC₁₀₀). Істотне значення має також поняття «летальний час». Систему основних токсикометричних одиниць подано в таблиці:

Основні токсикометричні одиниці

Позначення одиниці вимірювання		Повна назва	Зміст поняття
латинське	українське
LC0	CK0	Мінімальна смертель­на (летальна) концентрація	Концентрація, при якій по­чинається відмирання орга­нізмів
LC50	CК50	Медіанна смертельна (летальна) концентра­ція	Концентрація, при якій гине 50 % піддослідних гідро­біонтів
LC100	CК100	Максимальна смер­тельна (летальна) концентрація	Концентрація, при якій гине 100 % піддослідних гідро­біонтів
LT0	СТ0	Час початку відмирання піддослідних гідробіонтів
LT50	СТ50	Час, протягом якого гине 50 % піддослідних гідро­біонтів
LT100	CT100	Час 100 %-ї загибелі піддослідних гідробіонтів
LC024(48,96…)	CK024(48,96…)	Об’єднаний індекс, характеризує мінімальну смер­тельну концентрацію і кількість гідробіонтів, які відмирають протягом 24, 48 год і більше
LC5024(48,96…)	CK5024(48,96…)	Об’єднаний індекс, одночасно характеризує медіанну смертельну концентрацію, 50 %-ну смертність гідробіонтів і час (24, 48, 96 год тощо), протягом якого відбувається така загибель
LC10024(48,96…)	CK10024(48,96…)	Об’єднаний індекс, характеризує абсолютну смертельну концентрацію токсиканта і час, при якому спостерігається 100 %-на загибель гідробіонтів

При кількісній оцінці дії токсикантів на живі організми враховуються концентрація токсиканта та його доза. Під концентрацією токсиканта розуміють масу речовини, розчи­нену в певному об’ємі води, її звичайно виражають у мілігра­мах на дециметр кубічний, а при дуже малих значеннях – у мікрограмах (мкг) на дециметр кубічний. Доза – це маса токсиканта, яка припадає на одиницю маси (в міліграмах або мікрограмах на грам або у грамах на кілограм) тваринного або рослинного організму. Тому токсичність будь-якої речо­вини нероздільно пов’язана з індивідуальною біомасою організ­му, на який вона діє. Концентрація, нетоксична для великого організму, може бути смертельною для маленького.

Біомаса популяцій великих за розмірами водяних тварин може бути набагато більшою біомаси дрібних. Відповідно одна і та ж концентрація токсиканта має різне значення, скажімо, для певної популяції риб і планктонних рачків, якими вони живляться. Проте в природних умовах встановити фактичне дозове навантаження на певну популяцію гідробіонтів прак­тично неможливо, і навіть в умовах експерименту з особинами одного виду це теж непросте завдання, оскільки в одній експе­риментальній групі тварин можуть бути особини з різною біомасою (наприклад, у дафній дозрілі самиці перевищують за біомасою молодь у сотні разів). Тому звичайно наводяться дані щодо концентрації токсичних речовин у воді, а методика перерахунку на дози для водяних тварин не розроблена. Саме концентрації токсикантів враховуються при розробці еко­логічних і водоохоронних нормативів, що регламентують скидання стічних вод та інших забруднюючих речовин у водні об’єкти.

Для встановлення летальних концентрацій токсикантів проводяться спеціальні досліди, в яких використовують не менше 50 піддослідних тварин (риб або безхребетних) однако­вого розміру і маси, часом також однакових віку і статі. Для токсикологічних дослідів з дрібними тваринами звичайно відбирають нащадків однієї самиці-матері.

Піддослідних тварин витримують при різних розведеннях досліджуваних речовин (1:2, 1:5, 1:10, 1:20, 1:50, 1:100 і так далі). Смертність (відповідно зворотний показник – вижива­ність) виражається у відсотках до контрольної кількості, тобто до чисельності таких же організмів, що експонуються в чистій воді без токсиканта. Тривалість таких гострих токсиколо­гічних дослідів становить, як правило, 24 або 48 год. На їх підставі можна визначити медіанні смертельні концентрації. Досліди, які тривають 72 і 96 год, вважаються підгострими, а ще триваліші – хронічними.

Результати дослідів опрацьовують статистичне за спеці­альними формулами та графіками. У водній токсикології найчастіше використовують простий графічний метод Дудорова. Класифікація токсичних речовин звичайно подається за величиною СK₅₀²⁴ або CK₅₀⁴⁸, яка встановлюється переважно на рибах. Якщо СK₅₀ дорівнює 1 мг/дм³, речовина вважається високотоксичною, при 1-10 мг/дм³ – сильнотоксичною, при 10-100 мг/дм³ – помірно токсичною, при концентраціях ви­щих 100 мг/дм³ – слаботоксичною. Дуже слаботоксичні речо­вини характеризуються значенням СK₅₀ понад 1000 мг/дм³.

Токсичність речовини кількісно визначається як величина, зворотна медіанній смертельній концентрації, тобто Т = 1/CK₅₀. Проте такий підхід може бути застосований тільки для розчи­нів деяких чистих речовин за дією на окремі види гідробіонтів в умовах лабораторного експерименту. Він застосовується для попередньої оцінки токсичності різних речовин, зокрема нових продуктів органічного синтезу. При дослідженні токсичності складних багатокомпонентних розчинів, стічних та забруд­нених природних вод розрахувати концентрацію діючих речовин, яка викликає смертельний ефект, практично немож­ливо. У таких випадках доцільно користуватися розведенням досліджуваної води, при якому має місце 50%-на або міні­мальна смертність піддослідних організмів. Такий показник, в якому не враховуються ні хімічна природа діючих речовин, ні їх концентрація, а тільки біологічна дія, називається інтегральною токсичністю.

Для різноманітних представників тваринного населення водойм величини смертельних концентрацій токсикантів мо­жуть суттєво відрізнятись. Але в порівняльному біологічному плані оцінювати токсичність навіть однієї речовини – зав­дання дуже складне. Тому вибрані стандартні об’єкти, на яких звичайно проводяться досліди з визначення токсичності води. Це переважно гіллястовусі рачки Daphnia magna та Ceriodaphnia affinis, які відрізняються досить високою чутли­вістю до токсикантів.

У міжнародній практиці для контролю токсичності різних речовин, які імпортуються, застосовують три тест-об’єкти:

• зелену (хлорококову) водорость (Selenastrum capricornutum);

• дафнію (Daphnia magna);

• рибу гупі (Lebistes reticulatus).

Враховуючи необхідність проведення експериментів у реаль­но прийняті строки, досліди проводяться найчастіше на безхре­бетних з коротким життєвим циклом (гіллястовусі рачки, коловертки), у яких покоління змінюються через 5-20 діб. У водній токсикології вони відіграють таку ж роль, як білі миші, щури або морські свинки в медичній та ветеринарній токсикології. Для токсикологічних досліджень використо­вують деякі види акваріумних риб з коротким життєвим циклом, зокрема гупі і золоту рибку.