Токсичность нитрита и защита хлоридом: болезнь «коричневой крови»
Как нитрит превращает гемоглобин в метгемоглобин, почему хлорид блокирует поглощение нитрита жабрами, какие соотношения хлорид:нитрит применяют в аквакультуре и как вносят соль.
Откуда берётся нитрит
Нитрит (NO2-) — промежуточная стадия нитрификации. Одна группа бактерий окисляет аммиак, выделяемый рыбами и образующийся при разложении корма, до нитрита, а вторая окисляет нитрит до нитрата, нетоксичного в концентрациях, обычных для прудов. Нитрит накапливается, когда первая стадия опережает вторую. Типичными причинами источники по аквакультуре называют недостаточную, неэффективную или неисправную фильтрацию в замкнутых системах и периоды колебаний или снижения температуры. В прохладной воде бактерии, окисляющие аммиак, работают быстрее бактерий, окисляющих нитрит, и бюллетень Обернского университета предупреждает, что летальные уровни нитрита могут сложиться за 24 часа в прохладной воде с повышенным аммиаком. SRAC отмечает, что каждый 1 ppm общего аммонийного азота может за относительно короткое время превратиться примерно в 3 ppm нитрита, поэтому рост аммиака — ранний сигнал проблемы с нитритом через несколько дней.
Метгемоглобин: почему кровь буреет
Нитрит попадает в кровь через жабры, где его захватывает механизм активного переноса. В крови он окисляет гемоглобин до метгемоглобина: переносящее кислород двухвалентное железо (Fe2+) гема переходит в трёхвалентное (Fe3+), которое не способно переносить кислород. У беспозвоночных аналогичная реакция превращает гемоцианин в мет-гемоцианин. Кровь, богатая метгемоглобином, имеет характерный шоколадно-коричневый цвет, отсюда название состояния в аквакультуре — болезнь «коричневой крови». У слабо поражённых рыб кровь красно-коричневая, у тяжело поражённых — шоколадно-коричневая.
Поскольку дефект находится в крови, а не в воде, поражённые рыбы проявляют признаки кислородного голодания, в том числе хватают воздух у поверхности, даже при достаточном или насыщающем содержании растворённого кислорода. Выживание зависит и от доли превращённого гемоглобина, и от уровня кислорода: в бюллетене Обернского университета приведён пример, что умеренно поражённые рыбы должны выжить при 7 ppm растворённого кислорода, но вряд ли выживут при 2 ppm. Рыбы, пережившие нитритный стресс, становятся восприимчивее к бактериальным инфекциям, анемии и другим болезням стресса, а вторичные бактериальные инфекции часто появляются через одну–три недели после эпизода. Рыбы, перенесённые в воду с низким нитритом, быстро восстанавливаются.
Виды сильно различаются по чувствительности
Опубликованные значения 96-часовой LC50, собранные Claude E. Boyd (Обернский университет), показывают разброс: 0,5–0,6 мг/л нитритного азота для лосося Кларка (cutthroat trout), 0,24–11,0 мг/л для радужной форели, 7,1–44,0 мг/л для канального сома и 88 мг/л для обыкновенного карпа. Повышение температуры увеличивает чувствительность, а повышение солёности резко её снижает: европейские угри выдерживали 84 мг/л в пресной воде, но 974 мг/л при солёности 36 ‰. По данным SRAC, большеротый и малоротый окуни, синежаберный и зелёный солнечники устойчивы к высокому нитриту, по-видимому, не пропуская его через жабры; канальный сом и тиляпия довольно чувствительны; форель и другие холодноводные рыбы чувствительны к крайне малым количествам; золотые рыбки и толстоголовые гольяны занимают промежуточное положение между сомом и окунями. Рыбы, ослабленные бактериальными или паразитарными болезнями, могут быть чувствительнее.
Как защищает хлорид
Ионы хлорида несут тот же заряд, что и ионы нитрита, и близки к ним по размеру, поэтому конкурируют за те же участки связывания на жаберном переносчике. Когда хлорида много относительно нитрита, хлорида поглощается гораздо больше, чем нитрита, и метгемоглобин не накапливается. Поэтому хлорид натрия (поваренная соль) — стандартное средство профилактики и лечения болезни «коричневой крови» в пресноводной аквакультуре; хлорид кальция тоже действует, но обычно дороже. Защиту даёт именно хлоридная часть соли, а не натрий.
- Tomasso, Simco и Davis (1979, канальный сом): ионное соотношение 16 Cl- к 1 NO2- полностью подавляло образование метгемоглобина под действием нитрита.
- Публикация SRAC 462: не менее 10 частей хлорида на 1 часть нитрита эффективно предотвращает проникновение нитрита в организм сома; для рыб с бактериальными или паразитарными болезнями может потребоваться более высокое соотношение.
- Служба распространения знаний Обернского университета: не менее 9:1 хлорида к нитриту, многие хозяйства используют 10:1.
- Boyd (Обернский университет): хлорид в концентрации, в 20 раз превышающей концентрацию нитритного азота, полностью предотвращает токсичность у канального сома и, вероятно, у других пресноводных видов.
Применение соли на практике
Процедура в аквакультуре начинается с измерения и хлорида, и нитрита, поскольку во многих исходных водах хлорида уже достаточно. Логика дозирования SRAC: (10 × концентрация нитрита) − имеющийся хлорид = хлорид, который нужно добавить; результат ноль или меньше означает, что защиты уже достаточно. Затем количество соли рассчитывают по объёму воды и требуемому приросту хлорида. Для страховки от внезапных скачков, по данным SRAC, хозяйства, выращивающие сома, постоянно поддерживают не менее 100 ppm хлорида, бюллетень Обернского университета называет минимум 60 ppm и обычные уровни 60–150 ppm, а Boyd приводит 50–100 мг/л как распространённую практику хозяйств. После внесения соли требуется около 24 часов, чтобы состояние «коричневой крови» ослабло. SRAC рекомендует проверять нитрит два–три раза в неделю весной и осенью, в остальное время не реже раза в неделю, а во время известного эпизода — ежедневно.
Основной профилактической мерой остаётся снижение азотной нагрузки у источника: меньшая норма кормления означает меньше аммиака и, следовательно, меньше нитрита. Высокий уровень растворённого кислорода тоже помогает — он увеличивает запас для рыб с нарушенной функцией крови и поддерживает бактерии, окисляющие нитрит до нитрата.