Nové postupy biomonitoringu cizorodých látek ve vodním prostředí

Ing. Daniel ČERVENÝ

Doctoral thesis

New approaches in biomonitoring of extraneous substances in aquatic environment

Abstract:

V rámci disertační práce byly studovány a hodnoceny různé přístupy biomonitoringu. Metoda hodnocení zdravotních rizik byla v minulosti dobře popsána a používá se k hodnocení složek potravy v lidské výživě. V rámci této práce byla metoda aplikována na hodnocení rizik spojených s konzumací masa volně žijících ryb ve významných rybářských revírech v České republice. Tato studie byla zaměřena na skupinu populace věnující se sportovnímu rybolovu, která často ryby z volných vod konzumuje. Z tohoto důvodu nebyly výsledky práce publikovány pouze ve vědeckém časopise, ale také byly zájemcům z řad rybářů distribuovány ve formě brožury prostřednictvím Českého rybářského svazu. Zdravotní rizika spojená s konzumací ryb z volných vod závisí na druhu ryby a lokalitě. Zatímco zcela bez rizik je na všech sledovaných lokalitách konzumace masa kapra obecného (Cyprinus carpio), častou konzumaci většího množství masa dravých ryb nelze na některých lokalitách doporučit. Použití pasivních vzorkovačů se stává v posledních dvou desetiletích stále atraktivnější. Vzhledem k tomu, že tyto zařízení dokáží napodobit absorpci kontaminantů, která probíhá v živých organismech, mají v rutinních programech monitorujících výskyt cizorodých látek značný potenciál, neboť jsou schopné nahradit ryby jako bioindikátory znečištění. V rámci naší práce byla tato teorie potvrzena v případě PFASs, kdy koncentrace těchto polutantů byly na vybraných lokalitách porovnány v tkáních ryb a v extraktech z pasivních vzorkovačů. V porovnání s živými organizmy neprobíhá v pasivních vzorkovačích metabolická přeměna kontaminantů vyskytujících se ve vodním prostředí, a proto výsledky analýz lépe odpovídají reálné situaci na dané lokalitě. Použití pasivních vzorkovačů navíc naplňuje mezinárodně uznávané principy Replacement, Reduction, Refinement (3R). Dalším slibným přístupem se jeví použití juvenilních (tohoročních) ryb jako bioindikátorů znečištění. Směsné vícedruhové vzorky homogenátu ryb této věkové kategorie byly v rámci práce vyhodnoceny jako lepší indikátor širokého spektra polutantů, než dospělé ryby jednoho druhu odlovené ve stejné lokalitě. Vzhledem k tomu, že homogenát tvořený celými těly vzorkovaných jedinců obsahuje veškeré vnitřní orgány, je možné v těchto vzorcích detekovat širší spektrum kontaminantů, než ve svalovině dospělců. Kromě nižších hodnot limitů detekce a kvantifikace přináší tato metoda značné praktické a ekonomické výhody. Využití juvenilních ryb částečně naplňuje principy 3R, protože odlovem této věkové kategorie dochází k menšímu ovlivnění rybích populací, než při využití ryb v reprodukčním věku. V případě rtuti, která je limitujícím kontaminantem pro konzumaci ryb z volných vod v ČR, je možné pro posouzení kontaminace vodního prostředí použít metodu založenou na analýze ústřižků ploutví, která nevyžaduje usmrcení vzorkovaných jedinců. Kromě monitoringu výskytu rtuti na monitorovaných lokalitách, je možné tento přístup využít také k odhadu koncentrace rtuti ve svalovině ryb. Rozdíl mezi skutečnou a odhadnutou průměrnou koncentrací rtuti ve svalovině ryb činil při použití námi optimalizované metody na většině posuzovaných lokalit méně než 10%. Přesto, že bentos představuje významný článek potravního řetězce ve vodním prostředí, informace ohledně kontaminace cizorodými látkami jsou značně omezené. V další studii zařazené do této práce se podařilo poprvé prokázat kumulaci některých léčiv v bentických organismech, které jsou významnou složkou potravních řetězců ve vodním prostředí. Ačkoliv léčiva jsou obecně považována za látky, které se nekumulují v organ

Abstract:

Within the presented work, several approaches of biomonitoring were studied. A well-established method for human health risk assessment was applied to evaluate the quality of fish from open waters in the Czech Republic. As this work is targeted on sport fishermen, who frequently consume their own catches, besides the publication in scientific journal, a brochure with results of this study was distributed via the Czech Fishing Union. Health risks for consumers related to the consumption of wild fish were found strongly species and locality dependent. As there is no risks related with the consumption of carp (Cyprinus carpio) at all investigated sites, frequent consumption of predatory fish should be avoided at some fishing grounds. The use of passive samplers has become more and more attractive in the last two decades. As these devices are able to mimic the biological uptake of chemicals, their potential for replacing fish as bioindicators in routine biomonitoring programmes is evident. In our study, the comparison between analysis of fish tissues and POCIS extracts from selected sampling sites confirms this idea about interchangeability of these indicators in the case of PFASs as target pollutants. Moreover, no metabolic transformation of contaminants present in water take place in passive samplers contrary to living organisms, thus these reflect the actual contamination at the locality more precisely. The use of passive samplers completely fulfils the internationally accepted principles of Replacement, Reduction, Refinement (the three R´s). Another promising approach using YOY fish as bioindicators was evaluated within the present study. Multispecies samples of YOY fish homogenate was found as a better indicator for wide range of pollutants than muscle tissue of adult fish within one species from the same locality. As all inner organs and tissues are presented in analysed samples, more target pollutants in higher concentrations are detected compared to the muscle of adults. Besides the higher sensitivity in pollutants detection and quantification, practical and economic benefits are of concern in the case of the YOY fish approach. The YOY fish approach also particularly fulfil the three R´s strategy, as sampling of this age group of fish has a smaller impact on the environment than the sampling of adults. In case of mercury, that was found as a limiting contaminant for the consumption of fish from open waters in the Czech Republic, a nonlethal method of finclips sampling can be used for the monitoring of this compound in aquatic environments. Besides the monitoring, our optimised method for the estimation of muscle tissue concentrations could be used for human health risk assessment as well. The difference between real muscle concentrations and concentrations estimated using our method differs less than 10% in most of the investigated localities. Benthic organisms are an important part of the food web in aquatic environments, but insufficient information about its contamination is available. In another study included in this thesis, first evidence about bioaccumulation of certain pharmaceuticals in benthic organisms was described. Although, pharmaceuticals are generally considered to be not accumulative in organisms, our study proved that certain pharmaceuticals have bioaccumulation potential. From this finding, it is evident that not only the concentrations of pharmaceutical dissolved in water but also the diet represents an important exposure pathway of contamination by these compounds for organisms (fish) inhabiting aquatic environments.

Abstract:

ismech, naše studie prokázala, že u některá farmaka mají bioakumulační potenciál a tedy existuje i reálné riziko kontaminace vyšších organismů (ryb) prostřednictvím přijímané potravy.

Keywords

perfluorované látky, rtuť, kontaminace, tloušť, cejn, hodnocení rizik, bentos, pasivní vzorkování, POCIS

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 9. 2016

Thesis defence

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Doctoral programme / field:
Zootechnics / Fishery