Полициклические ароматические углеводороды — для краткости ПАУ — это большой класс органических веществ, чьи молекулы собраны из нескольких сцепленных друг с другом бензольных колец.
Они появляются почти везде, где что-то горит не до конца: их выбрасывают вулканы и лесные пожары, заводские трубы и автомобильные двигатели, — и они же входят в состав сырой нефти.
Это различие окажется ключевым: именно лёгкие ПАУ доберутся до наших рыб.
Под поверхностью моря начинается история наших рыб.
Сами по себе ПАУ растворяются в воде плохо — и всё-таки накапливаются в ней в заметных количествах. Лёгкие, низкомолекулярные соединения остаются в поверхностном слое и в толще воды, где их суммарная концентрация может достигать сотен нанограммов на литр; тяжёлые оседают в донных отложениях.
В воду ПАУ попадают сразу несколькими путями, и главный из них — неожиданный. Это атмосфера: до 80% всех ПАУ Мирового океана приносят воздух и осадки. К этому добавляются промышленные сточные воды, донные работы и, конечно, нефть — при её транспортировке, добыче и переработке.
В арктических водах концентрации малы, но не равны нулю: например, в воде Северного Ледовитого океана среди всех ПАУ лидирует именно фенантрен — герой этой работы.
Что ПАУ делают с рыбами? Прежде всего — бьют по сердцу.
У эмбрионов ПАУ нарушают развитие сердца: вызывают перикардиальный отёк, аритмию, дефекты формирования сердечной трубки. И самыми опасными для растущего сердца оказываются именно трициклические ПАУ.
У взрослых рыб ПАУ меняют электрическую активность сердечных клеток: водорастворимая фракция нефти подавляет калиевый ток реполяризации — и потенциал действия становится длиннее.
Но есть нюанс. Почти все эти данные получены на тропических рыбах — тунце, махи-махи, киллифиш — и на радужной форели. Интерес к теме вспыхнул после катастрофы платформы Deepwater Horizon в 2010 году. А про рыб холодных, арктических морей до недавнего времени не знали почти ничего.
Чувствительность IKr к фенантрену по данным разных видов: кумжа (Salmo trutta) — IC₅₀ ≈ 7,2 µМ; керчак (Myoxocephalus scorpio) — IC₅₀ ≈ 1,4 µМ. У данио-рерио фенантрен, напротив, укорачивает ПД — за счёт преимущественного подавления кальциевого тока (IC₅₀ ≈ 4,6 µМ).
Деполяризующие токи тоже чувствительны: 10 µМ фенантрена подавляют более 50% пиковой амплитуды INa желудочковых кардиомиоцитов керчака; 30 µМ снижают ICa кумжи примерно на 30%.
Из обзора литературы диссертации, разд. 2.4.3 «Влияние ПАУ на нормальную физиологию взрослых рыб».Чтобы понять, как ПАУ ломают сердце, надо сначала договориться, как это сердце вообще работает — на уровне одной-единственной клетки. Каждое сокращение запускает электрический импульс — потенциал действия. Он разворачивается в несколько фаз, и за каждую отвечает свой поток ионов через мембрану — свой ионный ток. Проследите за кривой:
Мы говорили про потенциал действия и ионные токи — но как их вообще измеряют? Здесь на сцену выходит пэтч-кламп (от англ. patch — лоскут, clamp — фиксация). К одиночной клетке подводят тончайшую стеклянную микропипетку, заполненную специальным раствором, присасываются к мембране — и буквально подключаются к внутреннему миру клетки.
Дальше всё зависит от режима. В режиме фиксации тока прибор позволяет клетке жить своей жизнью и записывает её собственный потенциал действия — целиком, со всеми фазами. В режиме фиксации потенциала мембране задают нужное напряжение и измеряют, какой ток через неё течёт, — так выделяют каждый ионный ток INa, ICaL, IKr, IK1 по отдельности.
Для регистрации разных токов и ПД нужны разные растворы — они подбираются так, чтобы «выключить» лишние ионные каналы и оставить только изучаемый ток. Концентрации даны в ммоль/л.