22.3. Гідротоксикометрія

При кількісній оцінці дії отрут на гідробіонтів основним є питання критерію токсичності, тобто, що приймати за одиницю вимірювання токсичності.

Вважається, що 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 табл. 15.

Таблиця 15. Основні токсикометричні одиниці

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 [59]. Класифікація токсичних речовин звичайно подається за величиною СК₅₀²⁴ або СК₅₀⁴⁸, яка встановлюється переважно на рибах. Якщо СК₅₀ 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 СК₅₀ понад 1 000 мг/дм³.

Токсичність речовини кількісно визначається як величина, зворотна медіанній смертельній концентрації, тобто Т = 1/СК₅₀. 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) та 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.