Χρήση βιοσημάντων των βιοδεικτών coturnix coturnix japonica (ορτύκι) και onchorhynchus mykiss (πέστροφα) για την αξιολόγηση οικοτοξικολογικών επιπτώσεων του methamidophos

Abstract

We exposed two bio-indicators, the Japanese quail (Coturnix coturnix japonica) and the rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) in the organophosphate methamidophos using acute and dietary tests and acute and prolonged tests, respectively. Mortality and sub-lethal effects were recorded in accordance to internationally accepted guidelines. In addition, the cholinesterases, acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase, were estimated biochemically and histochemically, including eosin- and haematoxylin staining, in brain and liver tissues of both species and in the duodenum as well as the plasma of the quail, with various substrates and inhibitors. In the avian acute and dietary tests the LD₅₀/LC₅₀ values were estimated. Sub-lethal effects included tremor, loss of coordination and lower limb weakness. Mortalities for the acute test occurred mainly in the first 1-2 hours following application, while for the dietary test occurred on days 4-5 (probably and due to starvation) where avoidance was observed at all tested concentrations with a dose response relation. Biochemical analysis in the tissues indicated a strong Cholinesterase dose-related inhibition. Histochemistry of the tissues offered significant data with respect to mortality and sub-lethal effects of the bioindicators and in addition supported the biochemical observations. Risk assessment with the Body Burden model based on real data from the Hellenic avian agricultural species indicates high risk to birds. As for the rainbow trout from the acute and prolonged exposure the EC₅₀ values were estimated. In the acute test, mortalities were observed mainly in days 3-4. In the prolonged test, mortalities occurred throughout the testing period. Sub-lethal effects ranged from sporadic spasms and loss of coordination to apathy in both types of tests. Cholinesterase biochemistry and histochemistry of the rainbow trout tissue results were similar to those observed for the quail. We conclude that the use of biochemistry and histochemistry of the biomarker, Cholinesterase, may significantly improve the interpretation of the data obtained by the tests with bio-indicators employed to assess the effects of methamidophos.

Στην παρούσα μελέτη εκθέσαμε δύο βιοδείκτες, το Ιαπωνικό ορτύκι (Coturnix coturnix japonica) και την ιριδίζουσα πέστροφα (Oncorhynchus mykiss), στο οργανοφωσφορικό methamidophos σε δοκιμές οξείας και διατροφικής τοξικότητας και οξείας και παρατεταμένης τοξικότητας, αντίστοιχα. Καταγράφηκαν η θνησιμότητα καθώς και υπο-θανατηφόρες επιδράσεις σύμφωνα με διεθνώς αποδεκτά πρωτόκολλα πειραματισμού. Επιπλέον, εκτιμήθηκαν βιοχημικά και ιστοχημικά οι χολινεστεράσες, ακετυλοχολινεστεράση και βουτυρυλχολινεστεράση, και με χρώση ηωσίνης-αιματοξυλίνης, στους ιστούς, εγκέφαλο και ήπαρ και στα δύο είδη και δωδεκαδάκτυλο καθώς και πλάσμα στο ορτύκι, με διάφορα υποστρώματα και παρεμποδιστές. Στις δοκιμές οξείας και διατροφικής τοξικότητας στα πτηνά υπολογίστηκαν τα LD₅₀/LC₅₀. Οι υπο-θανατηφόρες επιδράσεις περιελάμβαναν τρέμουλο, έλλειψη συντονισμού και αδυναμία κάτω άκρων. Η θνησιμότητα στην οξεία δοκιμή παρατηρήθηκε κυρίως κατά τις πρώτες 1-2 h μετά την εφαρμογή, ενώ στην δοκιμή διαίτης κατά τις ημέρες 4-5 (πιθανώς και λόγω ασιτίας) όπου παρατηρήθηκε και αποφυγή της λήψης τροφής, αναλόγως σε όλες τις συγκεντρώσεις methamidophos. Η βιοχημική ανάλυση στους ιστούς έδειξε ισχυρή δοσοεξαρτώμενη παρεμπόδιση των χολινεστερασών. Η ιστοχημεία των ιστών προσέφερε σημαντικά στοιχεία σε σχέση με τη θνησιμότητα και τις υπο-θανατηφόρες επιδράσεις στους βιο-δείκτες και, επιπλέον, υποστήριξε τις βιοχημικές παρατηρήσεις. Η εκτίμηση επικινδυνότητας με βάση το μοντέλο επιβάρυνσης του οργανισμού στα πτηνά από την εφαρμογή του methamidophos, με πραγματικά δεδομένα για την Ελληνική ορνιθοπανίδα σε αγροτικέςκαλλιέργειες, έδειξε υψηλό κίνδυνο. Στην ιριδίζουσα πέστροφα στην οξεία και παρατεταμένη δοκιμή υπολογίστηκαν οι τιμές EC₅₀. Στην οξεία δοκιμή, παρατηρήθηκε θνησιμότητα κυρίως τις ημέρες 3-4. Στην παρατεταμένη δοκιμή, η θνησιμότητα παρατηρήθηκε καθ’ όλη τη διάρκεια του πειραματισμού. Οι υπο-θανατηφόρες επιδράσεις κυμάνθηκαν από σποραδικούς σπασμούς και απώλεια συντονισμού μέχρι την απάθεια και στις δύο δοκιμές. Τα αποτελέσματα της βιοχημείας και ιστοχημείας των χολινεστερασών στους ιστούς της πέστροφας ήταν παρόμοια με εκείνα στο ορτύκι. Συμπερασματικά η χρήση της βιοχημείας και ιστοχημείας του βιοσημαντή χολινεστεράση, μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ερμηνεία των δεδομένων που προκύπτουν από δοκιμές σε βιοδείκτες για τις επιπτώσεις του methamidophos.