ERGEBNISSE UND DISKUSSION
Wasserqualitätsparameter – Temperatur (28.2 ±0.2ºC), gelöster Sauerstoff % (107.4±0.8), pH-Wert (7.9 ± 0.1), Gesamt-Ammoniak-Stickstoff (2.8 ± 0.0mg.L-1), nicht-ionisierter Ammoniak (0.004 ± 0.001mg.L-1) Nitrit-Stickstoff (0.08±0.01mg.L-1) und Nitrat-Stickstoff (1.19±0.06mg.L-1) – wurden als angemessen für das Wohlergehen und die natürliche Entwicklung der Fische angesehen (Boyd, 1990).
Chromoxid ist der am häufigsten verwendete inerte Marker in Ernährungsstudien mit Tieren, und Futtermittel ermöglichen seine Bewertung und die genaue Formulierung ausgewogener Diäten. Die vollständige Rückgewinnung von Cr3+ in Oxidform wurde durch die radioaktive Isotopentechnik bestätigt (Kane et al., 1959) bestätigt, und aus diesem Grund wurde es in dieser Studie als 51Cr2O3 (99,99 % Reinheit) verwendet.
Das 51Cr wurde in dieser Studie verwendet, um mögliche Fehler aufgrund der Rückgewinnung des Chroms in Futtermitteln, Aquarienwasser, Fäkalien und Gewebeproben von Fischen zu vermeiden, da es eine direkte, einfache, empfindliche und genauere elementare Ablesung des Probenmaterials ermöglicht, wodurch die mit der chemischen Analyse verbundenen Verzerrungen verringert werden, insbesondere bei Verdaulichkeits- und Ernährungsstudien. All diese Faktoren wurden in dieser Studie sorgfältig überwacht und kontrolliert, so dass die Ergebnisse ausschließlich den Behandlungseffekten zugeschrieben werden konnten. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse, die Standardabweichung und die nach logarithmischer Transformation ermittelten Regressionsparameter der spezifischen Aktivitäten von 51Cr, die in den Proben der Kontroll- und Versuchsfische nachgewiesen wurden, in Abhängigkeit von der Sammelzeit (Tage). Die Regressionen wurden anhand der Winkel- und Linearkoeffizienten (Ostle und Mensing, 1975) verglichen.
Tabelle 2. Logarithmische Transformation der nachgewiesenen spezifischen Aktivitäten des 51Cr in den Probensammlungen der Kontroll- und Versuchsfische und derjenigen, die zur Anpassung der Regressionskurven verwendet wurden.
| Gesammelte Probe | Tag der Sammlung | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| Kontrollfische | |||||||
| Blut (BC) | 1.00±0.01A | 1.00±0,01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.01±0.01 |
| Versuchsfische | |||||||
| Blut (BE) | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.01±0.01 |
| Renalgewebe (RT) | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.01±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.01±0.01 |
| Muskelgewebe – Filet (MT) | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.01±0.01 |
| Lebergewebe (LT) | 1.00±0.01 | 1.00±0.00 | 1.00±0.00 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.00 | 1.01±0.01 |
| Visceralfett (VF) | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 | 1.00±0.01 |
| Darm ohne Inhalt (I) | 1,06±0.04 | 1.19±0.05 | 1.30±0.05 | 1.49±0.12 | 1.82±0.03 | 1.89±0.0.27 | 2.22±0.11 |
| Magen ohne Inhalt (S) | 1.05±0.03 | 1.20±0.06 | 1.22±0.04 | 1.33±0.10 | 1.56±0.21 | 1.92±0.27 | 2.19±0.03 |
| Kiemengewebe (GT) | 1.06±0.03 | 1.10±0.03 | 1.20±0.02 | 1.33±0.05 | 1.45±0.09 | 1.66±0.11 | 1.85±0.05 |
| Wasser aus dem Aquarium (WA) | 1.04±0.06 | 1.27±0.04 | 1.48±0.03 | 1.62±0.04 | 1.74±0.03 | 1.83±0.03 | 1.87±0.06 |
| Inhalt des Verdauungstraktes (Fäzes) (CTDE) | 1,18±0,08 | 1.81±0.38 | 2.60±0.28 | 3,75±0.24 | 4,26±0.31 | 5.07±0.15 | 5.83±0.04 |
AValeus sind Mittelwerte (Standardabweichung) von fünf Wiederholungen.
Um zu untersuchen, ob es eine Chrom-III-Absorption in Fischen gibt, wie z.B. Chromoxid, wurden einfache lineare Regressionen eingestellt – Tage der Entnahme vs. Bestimmungskoeffizienten für Proben der Kontroll- und Versuchsfische (Abbildung 1). Die für Fischgewebeproben, die nicht das Versuchsfutter erhielten, gemessenen Hintergrundwerte, 10.000 Zählungen in fünf Intervallen, betrugen durchschnittlich 98,02±3,61cpm und wurden von allen Messwerten der Kontroll- und Versuchsfischproben abgezogen.
Abbildung 1. Angepasste lineare Regressionen nach logarithmischer Transformation der geschätzten radioaktiven Aktivität (cpm) der Proben der Kontroll- und Versuchsfische in Abhängigkeit von der Zeit (Tage) der Exposition.
Die intestinale Absorption von dreiwertigem Chrom (z.B. Chloride, Fluoride, Phosphate, Nitrate und Hydroxide) ist sowohl bei Menschen als auch bei Tieren gering und schwankt je nach Nahrungsaufnahme zwischen etwa 0,5 und 2,0%. Einige Daten deuten darauf hin, dass die Absorption von Chrom in umgekehrtem Verhältnis zur Aufnahme mit der Nahrung steht (Anderson und Kozlovsky, 1985). In diesem Versuch betrug die Menge an Chromoxid, die dem Futter zugesetzt wurde, nur 0,01 %, und nach den oben genannten Autoren würde das Chrom bei dieser geringen Menge zu einer erhöhten Absorption durch den Verdauungstrakt führen und daher in den Proben der Versuchsfische leichter nachgewiesen werden.
Die bereinigten Regressionen für Blutproben der Fische, die sieben Tage lang mit dem Kontrollfutter gefüttert wurden (Kontrolltiere), unterschieden sich im Vergleich zu den bereinigten Regressionen mit Proben von Fischen, die mit dem Versuchsfutter gefüttert wurden, nicht untereinander (P>0,05). Diese Ergebnisse stimmen mit denen von Utley et al. (1970) überein, die ebenfalls radioaktives Chromoxid (III) oral verabreicht bekamen, allerdings an Rinder, und die keine Strahlung im Blut von Färsen nachweisen konnten. Andere Studien berichteten über die schnelle Passage von 51CrCl3 durch den Magen-Darm-Trakt (Oberleas und Stoecker, 1987) und über schnelle Spitzenwerte von 51Cr im Blut (Hopkins Junior, 1965) von Ratten, und die Werte im Blut spiegeln die Aufnahme von Chrom(III) wider. Wenn also das Chromoxid durch den Magen-Darm-Trakt absorbiert wird, müsste es in dieser Studie schnell im Blut von Fischen nachgewiesen werden.
Im Blut wird absorbiertes Chrom (III) hauptsächlich an Transferrin und an andere Proteine gebunden, die für den Transport im Körper verantwortlich sind. Langfristige Speicherung erfolgt vor allem in Leber, Milz, Knochen und anderen Organen (Lim et al., 1983). Die Akkumulationsmuster von Chrom sind in folgender Reihenfolge: Niere > Leber > Kiemen H“ Muskel, für niedrigere Konzentrationen (Palaniappan und Karthikeyan, 2009).
Wenn das Chrom in Form eines inerten Markers von den Nil-Tilapien aufgenommen wurde, wird dieser Mineralstoff in den Fischgeweben akkumuliert. Um festzustellen, ob Chrom als Marker durch den Verdauungstrakt von Nil-Tilapia absorbiert wurde, wurden Blutproben mit einer angepassten Regression von Kontrollfischen verglichen, wobei die regressionsangepassten Proben von viszeralem Fett, Lebergewebe, Muskelgewebe und Nierengewebe von Fischen, die die experimentelle Diät erhielten, sich untereinander nicht unterschieden (P>0,05) und somit als zu einer einzigen linearen Regression gehörend charakterisiert werden. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass in den Proben der Versuchsfische keine Radioaktivität nachgewiesen wurde, was darauf hindeutet, dass der Marker nicht in nennenswertem Umfang aufgenommen wurde.
Der Mechanismus, der für die intestinale Absorption von Chrom verantwortlich ist, ist nicht gut verstanden. Es ist unklar, ob Cr passiv oder mit Hilfe von Trägerproteinen, die sich in der Darmschleimhaut befinden, absorbiert wird. Mertz et al. (1965) stellten fest, dass die Absorption von dreiwertigem Cr kein sättigbarer Prozess zu sein scheint, was darauf schließen lässt, dass es durch passive Diffusion absorbiert wird. Mertz und Roginski (1971) berichteten über gegenteilige Beweise. Sie stellten fest, dass der Prozentsatz des dreiwertigen Chroms, der von umgedrehten Darmsäcken absorbiert wurde, mit zunehmender Cr-Konzentration im Inkubationsmedium abnahm. Dieser beobachtete Sättigungseffekt deutet darauf hin, dass Trägerproteine an der Cr-Absorption beteiligt sind. Im Experiment von Dowling et al. (1989) wurde jedoch der Schluss gezogen, dass anorganisches, dreiwertiges Chrom durch den nicht vermittelten Prozess der passiven Diffusion im Dünndarm von Ratten absorbiert wird, die mit einer Cr-adäquaten Diät gefüttert wurden.
Nach den Ergebnissen von Febel et al. (2001) wurden 2,5 % des Chromoxids innerhalb einer Stunde absorbiert, und das absorbierte Chrom wurde in die Leber übertragen, wo das Lebergewebe 10,9 % Chromoxid zurückhielt. Diese Ergebnisse unterscheiden sich von den Ergebnissen dieser Studie, wir glauben, dass es daran liegt, dass es keinen signifikanten Anstieg von Chrom 51Cr in den analysierten Fischgeweben gab: Blut, viszerales Fett, Leber, Nieren und Datei der Fische, die nicht aufgetreten sind, um eine Absorption und konsequente Bioakkumulation des Markers anzudeuten. Eine mögliche Erklärung ist, dass Chromoxid kein inerter Marker ist und dass eine beträchtliche Absorption von Chrom in Form von Chromoxid oder anderen Chromderivaten, die bei der Verdauung entstehen, durch die Darmwand stattfindet (Fernandez et al., 1999). Eine andere Erklärung, die von Ng und Wilson (1997) vorgeschlagen wurde, um die Ergebnisse von Shiau und Liang (1995) zu erklären, ist die mögliche Aufnahme des im Aquarienwasser vorhandenen Chroms durch die Kiemen der Fische, wenn diese ihre chromhaltigen Fäkalien in das Aquarienwasser ausscheiden. Selbst bei einem effizienten Wechsel des Aquarienwassers steigt die Chromkonzentration an, was zu einer Mineralaufnahme führt (Fernandez et al., 1999).
In diesem Versuch mit einem statischen System wurden die täglichen Aquarien abgesaugt, um Rückstände zu reduzieren und eine Ansammlung von Futter und Kot im Wasser zu vermeiden, und nur das durch Verdunstung und Bewirtschaftung verlorene Wasser wurde wieder zugeführt. Dieses Verfahren führte zu einem linearen Anstieg der Chrom- und Leitfähigkeitskonzentration des Minerals im Aquarienwasser und in den Kiemenproben. Die Anreicherung variiert mit der Expositionsdauer und den Umweltkonzentrationen. Bei niedrigen Konzentrationen stand die Akkumulation im Einklang mit der Expositionszeit (Palaniappan und Karthikeyan, 2009).
Schwermetalle (z. B. Kobalt, Kupfer, Mangan, Molybdän, Zink und Chrom) in der aquatischen Umwelt sind aufgrund ihrer Akkumulation in Wasserorganismen von kritischer Bedeutung (Dimari et al., 2008). Fische, die in den meisten aquatischen Lebensräumen eine wichtige Rolle spielen, sind auch als gute Bioakkumulatoren anorganischer Mineralien bekannt (King und Jonathan, 2003). Die Kiemen sind Berichten zufolge auch ein wichtiger Ort für den Eintritt von Schwermetallen, die zu Kiemenläsionen und -schäden führen (Bols et al., 2001). Um diese Hypothese weiter zu prüfen, wurde in diesem Versuch den Versuchsfischen eine Konzentration von 51Cr2O3 in der Nahrung von 100 µg.g-1 mit einer spezifischen Aktivität von 58,2 µCi zugeführt. Wenn das Element also durch den Verdauungstrakt der Fische aufgenommen worden wäre, möglicherweise durch die Aufnahme über die Kiemen im Aquarienwasser oder auf einem anderen Weg, hätte zumindest die Gammastrahlung, die durch den Rückgang des 51Cr entsteht, in Nil-Tilapia nachgewiesen werden müssen.
Bei den festgelegten Regressionen wurden die Blutproben der Kontrollfische mit den Ergebnissen der gesammelten Proben des Darms ohne Inhalt, des Magens ohne Inhalt und des Verdauungstrakts der Fische, die das Versuchsfutter erhielten, verglichen, und es gab einen linearen Anstieg und signifikante Unterschiede wurden zwischen den festgelegten Regressionen festgestellt (P<0,05). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Darm ohne Inhalt, der Mageninhalt und der Inhalt des Verdauungstraktes während des siebentägigen Versuchszeitraums einen Sättigungseffekt hatten.
Die von Clawson et al. (1955) erzielten Ergebnisse zeigen, dass die Chromoxidkonzentration in den Fäkalien mit der des verzehrten Futters zwischen drei und vier Tagen nach der anfänglichen Verfütterung dieser Verbindung ins Gleichgewicht kommt. In dieser Studie wurde jedoch bis zum siebten Tag eine erhöhte Konzentration des Markers in den Fäkalien festgestellt. Dieser Unterschied könnte auf die niedrige Konzentration des in diesem Versuch verwendeten Markers und die notwendige Sättigung des Verdauungstraktes zurückzuführen sein.
In Anbetracht der in dieser Studie erzielten Ergebnisse stimmen wir mit Fernandez et al. (1999), dass eine weitere mögliche Erklärung für die von Shiau und Liang (1995) und Shiau und Shy (1998) erzielten Ergebnisse darin besteht, dass der Chromgehalt der Fische demselben Muster folgt, das sie für andere anorganische Nährstoffe (Kalzium, Phosphat, Asche) gefunden haben, und dass seine Konzentration in den Fischen, die mit dem mit Chromoxid ergänzten Futter gefüttert wurden, ansteigt, mit einem Maximum bei einem Chromoxidgehalt von etwa 5-10 g/kg-1. Dieser Anstieg könnte eher mit einer höheren Retention des in der Nahrung vorhandenen natürlichen Chroms als mit der Absorption des ergänzten Chromoxids zusammenhängen. Es wurde berichtet (Evtushenko et al., 1986), dass der Gehalt an akkumulierten Metallen in den Geweben stets auf einem Plateau blieb, selbst wenn die Organismen diesen Metallen kontinuierlich über einen ausreichend langen Zeitraum ausgesetzt waren.
Darüber hinaus können die in diesen Studien verwendeten Mengen des Markers (5 bis 10 % in die Nahrung eingearbeitetes Chromoxid), selbst bei einem hohen Reinheitsgrad, andere Formen der Chromkomplexierung liefern, die über den Verdauungstrakt oder andere Wege von den Fischen aufgenommen werden können.