5. Ngộ độc thần kinh (NSP)
5.3.1. Các sinh vật nguồn
Thể di động của G. breve sản sinh nhiều neurotoxins, gọi chung là brevetoxins (Viviani, 1992). Mười loại brevetoxins đã được phân lập và xác định từ hoa G. breve tự nhiên và trong các môi trường nuôi cấy (xem hình 5. 1) (Benson và cộng sự, 1999). Bốn chất tương tự brevetoxin (xem hình 5. 2 và 5. 3) chỉ được phân lập từ động vật có vỏ bị ô nhiễm mà không phải từ hoa G. breve tự nhiên hay trong các môi trường nuôi cấy G. breve, chúng được xem là chất chuyển hóa hình thành từ các brevetoxins trong các động vật có vỏ (Ishida và cộng sự, 1995; Morohashi và cộng sự, 1995, 1999; Murata và cộng sự, 1998). Bên cạnh các độc tố thần kinh brevetoxins G. breve cũng sản xuất, với lượng ít hơn các brevetoxins, các độc tố tán huyết. Hàng loạt cá chết trong thời gian thủy triều đỏ Florida chủ yếu là do tiếp xúc với các độc tố thần kinh brevetoxins với sự tham gia có thể có của các độc tố tán huyết. Các sinh vật họ G. breve tương đối mỏng manh và dễ bị phân hủy trong sóng dọc theo bãi biển để giải phóng các chất độc. Trong thời gian thủy triều đỏ hoạt động gần bờ, hơi nước biển có chứa các độc tố và những mảnh vỡ của cơ thể sinh vật ở cả trong các giọt nước hay bám vào các hạt muối sẽ theo gió hay các điều kiện môi trường khác vào đất liền (Fleming và Baden, 1999 ).
Ngoài ra, các độc tố giống như brevetoxin được sản sinh bởi bốn loài tảo thuộc lớp Raphidophyceae (raphidophytes). Ba hợp chất độc thần kinh đã được cô lập từ các môi trường Chattonella antiqua, cụ thể là CaTx-I, CaTx-II-III và CaTx, xuất hiện tương ứng với brevetoxins PbTx-2, PbTx-3 và PbTx-2 oxy hóa (cùng giá
207
trị Rf khi sắc ký bản mỏng và có cùng thời gian duy trì trong HPLC). Số lượng độc tố biến động theo từng giai đoạn và sự phát triển của môi trường nuôi cấy.
Năm thành phần độc tố thần kinh đã được dự kiến xác định từ các môi trường của thủy triều đỏ sản sinh loài Fibrocapsa japonica, cụ thể là FjTx-I, FjTx- II, FjTx-IIIa, FjTx-IIIb và FjTx-IV. Các thành phần độc tố này tương ứng với PbTx-1, PbTx-2, PbTx-9, PbTx-3 và PbTx- 2 oxy hóa. Số lượng các thành phần cũng biến động theo từng giai đoạn và sự phát triển của môi trường nuôi cấy.
Năm 1995 xảy ra một đợt thủy triều đỏ của Heterosigma akashiwo với quy mô lớn bất thường trong vịnh Kagoshima, Nhật Bản làm cá chết hàng loạt. Bốn thành phần độc thần kinh, HaTx-I, HaTx-IIa, HaTx-IIb và HaTx-III tương ứng với PbTx-2, PbTx-9, PbTx-3 và PbTx- 2 oxy hóa, đã được phân lập. Bốn thành phần độc thần kinh đã được phân lập từ Chattonella marina và được xác định là PbTx- 2, PbTx-3, PbTx-9 và PbTx-2 oxy hóa (Van Apeldoorn và cộng sự, 2001).
5.3.2 Các điều kiện tiền đề để phát triển
G. breve nở hoa trên bờ biển phía tây của Florida từ mùa hè đến mùa đông, và thường xuyên nhất vào mùa thu. Những thay đổi của quá trình ra hoa có liên quan với gió và nhiệt độ bề mặt nước biển. Các đợt ra hoa thường được bắt đầu ngoài khơi trong mùa hè khi những cơn gió là yếu nhất. Tuy nhiên, chúng xuất hiện và tiếp tục phát triến ở bờ biển trong mùa thu, thời gian có gió đông (ngoài khơi) mạnh(Stumpf và cộng sự, 1998).
Hoa của G. breve cũng có thể được đưa vào gần bờ nhờ các dòng hải lưu.
Hoa của G. breve chỉ tiêu thụ rất ít các chất dinh dưỡng. Trong các vịnh ven biển, thời gian ra hoa có thể kéo dài hơn nếu được cung cấp chất dinh dưỡng bổ sung từ các nguồn nhân tạo. Người ta đã từng tin rằng G. breve hầu như chỉ có ở Vịnh Mexico từ Yucatan tới bờ biển Texas (cũng quan sát thấy ở các vùng nước Alabama, Mississippi, và Louisiana). Các nhà nghiên cứu đã khoanh định một
"vùng chết" khổng lồ của các vùng nước có hàm lượng oxy thấp trong Vịnh Mexico ở độ sâu từ 0,5-20 m. Sau trận lũ lịch sử ở sông Mississippi năm 1993, đã đổ một lượng lớn các chất dinh dưỡng từ các trang trại nông nghiệp miền Trung Tây vào vịnh, làm diện tích của các vùng chết tăng gấp đôi từ 3500 dặm vuông đến 7000 dặm vuông. Trong những năm gần đây, sự di chuyển của tảo trong vùng Vịnh đã được ghi chép lại. Trong các năm 1987 và 1988, Gulf Stream đưa G.
breve tới bờ biển phía đông của Florida và đẩy nó về phía bắc tới Bắc Carolina.
Vào tháng Giêng năm 1998, G. breve lại được vận chuyển từ Vịnh Mexico tới Palm Beach County trên bờ biển phía đông của Florida (Tibbetts, 1998).
C. marina thuộc họ raphidophytes và được ghi nhận là cũng sản sinh độc tố brevetoxins, xuất hiện ở các vùng nước lợ ven biển giàu chất hữu cơ (Hallegraeff và Hara, 1995). Điều kiện sinh trưởng tối ưu ở nhiệt độ 20 đến 25oC độ mặn từ 20- 30 ‰, cường độ ánh sáng từ 60-140 mE m-2 s-1 và ở pH 7,5-8,5. Không phát triển
208
ở nhiệt độ dưới 15oC hoặc trên 30 oC, và ở độ mặn dưới 10 ‰ (Van Apeldoorn và cộng sự, 2001).
H. akashiwo, cũng thuộc họ raphidophytes và sản sinh các độc tố giống brevetoxin, đã được tìm thấy trong nước biển và nước lợ ở Thái Bình Dương và Đại Tây Dương (Hallegraeff và Hara, 1995). Để H. akashiwo nở hoa cần có các kim loại, chẳng hạn như sắt và mangan, ngoài ra còn phải có nitơ, phốt pho và vitamin B12. Các dòng chảy hình thành dưới đáy biển có hàm lượng oxy thấp và tạo ra sự khuấy động các trầm tích dưới đáy để cung cấp các dưỡng chất kể trên.
H. akashiwo có khả năng tăng trưởng cao (lên đến năm đơn vị/ngày) nên có thể hình thành thủy triều đỏ trong một thời gian ngắn. Raphidophytes xuất hiện trong vùng nước ven biển Nhật Bản, nơi nhiệt độ nước tối thiểu khoảng 16oC.
Năm 1991, lần đầu tiên, raphidophytes, cụ thể là C. antiqua, C. marina và F.
japonica, đã được tìm thấy trong vùng nước ven biển của Hà Lan, nơi mà, ngoại trừ vào mùa hè, nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ của các vùng nước ven biển Nhật Bản. Trong thời gian ấm áp, các điều kiện tương tự cũng phổ biến ở biển Wadden của Hà Lan và phía Nam cửa sông của sông Rhine ở Nhật Bản. Các loài thích nghi với môi trường lạnh của biển Bắc có thể xuất hiện. Điều kiện sinh trưởng tối ưu của raphidophytes tại Nhật Bản ở các độ mặn khác nhau từ 11 đến 20 ‰, đây cũng là điều kiện xác định tại biển Wadden của Hà Lan và phía Nam cửa sông của sông Rhine. Và vì vậy không mong đợi có đợt ra hoa của Chattonella vào tháng 5 năm 1993 ở phía nam của trung tâm Biển Bắc nơi có độ mặn 25-28
‰. Ngay cả khi các bào tử của raphidophytes có thể có mặt ở các vùng nước ven biển của Hà Lan. Các nghiên cứu cho thấy sự hình thành bào tử thường xuyên diễn ra bất cứ khi nào điều kiện môi trường không thuận lợi cho sự phát triển "bình thường". Các yếu tố kích thích sự hình thành bào tử như sự suy giảm chất dinh dưỡng, sự hiện diện của bề mặt chất rắn cho độ bám dính của các bào tử và cường độ ánh sáng thấp, thỉnh thoảng diễn ra trong vùng nước ven biển của Hà Lan (Van Apeldoorn và cộng sự, 2001).
C. marina và C. antiqua có một vòng đời lưỡng bội trong đó có các tế bào tiền bào tử và các bào tử cùng tồn tại. Tuy nhiên, những tế bào tiền bào tử và bào tử này không được biết đến tại các vùng nước ven biển của Hà Lan có thể vì thiếu một chương trình lấy mẫu đầy đủ. C. antiqua phát triển tối đa tại 25oC, độ mặn từ 25 đến 41 ‰ và dưới cường độ ánh sáng trên 0, 04 ly min-1 (1 ly = 700W). Vào khoảng pH thử nghiệm (7,6 - 8,3) không ghi nhận có những ảnh hưởng đáng kể đến sự phát triển của C. antiqua và sự sinh trưởng cực đại đã được quan sát.
Nhiệt độ và độ mặn cũng ảnh hưởng tới hình dạng và tính di động của các tế bào C. antiqua. Cường độ ánh sáng không ảnh hưởng đến hình thái ở trong dải cường độ thử nghiệm (20-180 mE/m2/s) trong khi khả năng di động tốt đã được quan sát ở khoảng 60-180 mE/m2/s. Sự phát triển của C. antiqua được hỗ trợ bởi nitrat và amoni, và bởi urê đến một mức độ hạn chế, nhưng không phải bởi
209
alanine, glycine và glutamate. Orthophosphate là một nguồn cung cấp P rất tốt chứ không phải glycerophosphate. Fe3+ thúc đẩy sự tăng trưởng cũng giống như vitamin B12. Glucose, acetate và glycolate không cải thiện tăng trưởng trong ánh sáng cũng như trong bóng tối (Van Apeldoorn và cộng sự, 2001).
5.3.3 Môi trường sống
G. breve xuất hiện thường xuyên ở Vịnh Mexico nhưng G. breve hoặc các loài tương tự như G. breve cũng đã được ghi nhận tại Tây Đại Tây Dương, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, Hy Lạp, Nhật Bản và New Zealand. Có điều không chắc chắn rằng liệu các loài tương tự như G.breve xuất hiện bên ngoài Vịnh Mexico ở khu vực Tây Đại Tây Dương có nên quy vào họ G. breve hay không, hoặc nếu có sự khác biệt thì có phải là loài có quan hệ gần gũi hay không (Smith và cộng sự, 1993; Taylor và cộng sự, 1995). Một hình thức atoxic (không có độc tố) của G.
breve được tìm thấy trong biển nội địa, Nhật Bản (Viviani, 1992).
Tại New Zealand G. breve được xác định trong năm 1993 tại vùng biển ngoài khơi bờ biển Bắc Auckland sau sự cố ngộ độc NSP tại Orewa và trong Vịnh Plenty. G. breve cũng có mặt trong khu vực Coromandel (lượng tế bào lên đến 70000 / lít) và trong Bream Bay (lượng tế bào lên đến 100000 / lít) trong tháng Giêng năm 1993. Số lượng tế bào giảm trong tháng hai và tháng ba xuống dưới 300 tế bào / lít vào tháng Tư ở Coromandel (Smith và cộng sự, 1993).
Vào mùa hè năm 1995 đến 1996, một vụ ngộ độc khí nghiêm trọng đã được ghi nhận tại Nam Phi, cụ thể là ở vịnh False, sau đó lan ra các khu nghỉ mát ven biển Hermanus tại Walker Bay. Các độc tố trong không khí có liên quan với một đợt ra hoa của loài tảo độc Gymnodinium, lần đầu tiên được ghi nhận tại False Bay vào năm 1988. Mặc dù các loài này có nở hoa nhiều lần kể từ đó, các tác động độc hại đối với con người trước kia chưa bao là rõ ràng như trong giai đoạn 1995-1996. Tuy nhiên, số động vật bị chết là nhỏ ngoại trừ số ấu trùng bào ngư bị chết với sự chứng kiến của nhiều ngư dân nuôi bào ngư trong đất liền ở khu vực Walker Bay. Dọc theo bờ biển Nam Phi, các tảo Gymnodinium nagakiense thường có liên quan đến độc tố NSP. Hầu hết các ổ dịch đã được ghi nhận tại False Bay, nơi mà có sự đổi màu của nước biển thành màu xanh ô liu trong mùa thu (Van der Vyver, 2000).
Sự hiện diện của Heterosigma akashiwo, và Fibrocapsa japonica ở các vùng nước ven biển vịnh Tampa và Florida tại Florida đã được chứng minh trong 1986-87. Ngoài ra, các loài Chattonella (subsalsa và marina) đã được ghi nhận sự xuất hiện vào năm 1990. Tất cả các loài này đều được biết là đã sản sinh các độc tố giống brevetoxin. Sự hiện diện của những loài này ở vùng biển Florida đã mở rộng sự phân bố của chúng ra các khu vực ôn đới có độ mặn thấp hơn (< 32 ‰) và nhiệt độ cao hơn (> 28oC) so với báo cáo trước đó (Van Apeldoorn và cộng sự, 2001).
210
Trong vịnh Great (Biển Nhật Bản, Liên bang Nga) các đợt ra hoa rất rộ của Heterosigma akashiwo và Chattonella sp. đã được ghi nhận từ tháng 5-10, 1995- 1996 (Orlova và cộng sự, 1998). Tại Nhật Bản, Fibrocapsa japonica hình thành thủy triều đỏ mạnh ở vùng ven biển của Ehime Prefecture vào năm 1972 và hiện tượng này sau đó cũng được ghi nhận tại tsumi Bay, các biển nội địa Seto và Harima Nada. F. japonica cũng đã được ghi nhận tại một phần Biển Bắc của Hà Lan và tại New Zealand, ở bờ biển phía đông và phía tây của đảo Bắc và bờ biển phía đông của đảo Nam (Van Apeldoorn và cộng sự, 2001). Ngoài ra, Hallegraeff và Hara (1995) báo cáo rằng F. japonica xuất hiện trong vùng nước ven biển của Australia, California, Bắc Mỹ và Pháp.
Ngoài khơi bờ biển trong vịnh Hauraki ở New Zealand F. japonica và Heterosigma akashiwo (loài có thể làm chết cá) xuất hiện và thống trị các đợt ra hoa đã được ghi nhận trong tháng 10 và tháng 11 năm 1992. F. japonica vẫn duy trì với số lượng thấp ở Vịnh Hauraki và Vịnh Plenty đến giữa tháng 1 năm 1993 (Smith và cộng sự, 1993).
Thủy triều đỏ của H. akashiwo xảy ra trong các vịnh ôn đới và cận nhiệt đới ở Nhật Bản, Hàn Quốc, Singapore, Canada, New Zealand, Anh, phía đông và vùng phía tây của Bắc Mỹ và Bermuda (Van Apeldoorn và cộng sự, 2001). Theo Hallegraeff và Hara (1995) H. akashiwo là một vấn đề đối với ngành nuôi trồng thủy sản ở British Columbia, Chile, New Zealand và có thể là Singapore. Thủy triều đỏ hình thành bởi Chattonella antiqua được báo cáo từ các vùng ven biển của Nhật Bản (Khan và cộng sự, 1996). Cũng như trong khu vực Đông Nam Á, C.
antiqua làm cá chết hàng loạt (Hallegraeff và Hara, 1995).
Tại Boston Bay, Nam Úc liều lượng cao của brevetoxins đã được tìm thấy trong gan cá ngừ vây xanh nuôi (Thunnus maccoyii) lấy mẫu tại nhiều thời điểm khác nhau, trong giai đoạn cá bị chết. Chattonella marina đã được tìm thấy trong cột nước (Munday và Hallegraeff, 1998). Theo Hallegraeff và Hara (1995) Chattonella marina xuất hiện ở các vùng nước lợ ven biển từ Ấn Độ, Australia và Nhật Bản, những nơi giàu chất hữu cơ. Nhiều đợt ra hoa rộng khắp do các tế bào Chattonella spp. có khả năng gây độc xảy ra từ Bight Đức đến Skagen gần phía bắc từ cuối tháng 3 và nửa đầu tháng 5 của các năm 1998, 2000 và 2001 (Douding và Gửbel, 2001).
5. 4 Sự phân bố và tích lũy trong hải sản
5.4.1 Hấp thụ và loại bỏ độc tố NSP trong sinh vật thủy sinh
Có ít dữ liệu định lượng trong việc đánh giá sự tích lũy và lọc sạch các brevetoxins trong nhuyễn thể hai mảnh vỏ. Sò tích tụ các chất độc trong vòng chưa đầy bốn giờ khi có sự hiện diện của 5000 tế bào/ml và lọc sạch (60%) các độc tố đã tích lũy trong 36 giờ. Hiệu lực của quá trình lọc sạch là đặc trưng theo loài và
211
rất khác nhau, ngay cả trong điều kiện kiểm soát của phòng thí nghiệm (Viviani, 1992).
Crassostrea virginica loại bỏ brevetoxins trong vòng 2-8 tuần sau thời kỳ ra hoa của tảo. Sự biến đổi sinh học đặc trưng theo loài và có thể tạo ra nhiều dẫn xuất mạnh. Khi cá cóc Gulf (Opsanus beta) được cho ăn bột cá có chứa 14C- PbTx- 3, 72 giờ sau đó hệ thống gan mật có chứa 40% lượng độc tố của cả cơ thể, điều đó khẳng định vai trò quan trọng của hệ thống này trong giải độc và loại bỏ các brevetoxin. Mô cơ có chứa 27% lượng độc tố trong cơ thể, tiếp theo là đường tiêu hóa với 25%. Khi cá cóc Gulf (Opsanus beta) được truyền vào tĩnh mạch 0,5 mg PbTx-3/kg thê trọng mang nhãn hiệu 3H (thông qua một ống đặt trong tĩnh mạch đuôi), năng lực phóng xạ trong máu giảm xuống nhanh chóng với T1/2 là 29 phút.
Động lực của độc tố được mô tả tốt nhất bằng một mô hình ba khoang mở với khoang trung tâm tượng trưng cho máu. Sự phân phối đến các mô là nhanh chóng.
Một giờ sau khi tiếp nhận độc tố, dùng phương pháp phóng xạ đã phát hiện độc tố ở tất cả các mô với tỷ lệ cao nhất là trong mô cơ, ruột và gan (40,2, 18,5 and 12,4% lượng độc tố trong cơ thể). Qua 96 giờ phóng xạ, độc tố trong gan không thay đổi (7,8%), trong khi lượng độc tố trong thận, mật và da tăng lên (tương ứng 34,5, 13,8 và 6,7%), độc tố trong tất cả các mô khác giảm, đặc biệt là ở cơ bắp (15,9%). Khoảng 24% độc tố đã được bài tiết vào trong túi mật sau 96 giờ. Chiết xuất từ mật cho thấy các chất chuyển hóa của PbTx-3 đều tan trong nước và cả dung môi hữu cơ (> 94% phóng xạ trong mật). Không có chất chuyển hóa nào được định danh (Van Apeldoorn và cộng sự, 2001).
Cá đỏ chưa trưởng thành (Scianops ocellatus) được cho ăn qua ống thông một loại bột cá có chứa 1,5 hoặc 2,5 mg PbTx-3/100 g thể trọng đã cho thấy có sự tăng đáng kể hoạt động của men gan ethoxyresorufin P450 O-deethylase (EROD) ở liều cao. Các hoạt động của men gan P450 pentoxyresorufin O-depentylase (PROD) và enzyme cytosolic, glutathione S-transferase (GST) không bị ảnh hưởng. Tổng cytochrome P450 không cao hơn ở cá được điều trị (Van Apeldoorn và cộng sự, 2001).
Trong cá vược sọc (Morone saxatilis) những ảnh hưởng của PbTx-2 lên các enzyme chuyển hóa các hợp chất hóa học và khả năng nhận dạng các dấu ấn sinh học có tiềm năng tiếp xúc đã được nghiên cứu. Bảy con cá vược sọc được cho uống qua ống thông trong bốn ngày một liều độc tố dạng bột nhão với liều lượng 0.5 g/100g thể trọng (tương đương 50 mg/100 g thể trọng). Nhóm đối chứng âm được cho uống bột nhão không chứa độc tố, nhóm đối chứng dương được đưa vào phúc mạc PbTx-2 (5 mg/100 g thể trọng). Các vi lạp thể và dung dich bào tương của tế bào gan được phân tích thay cho EROD, UDP transferase glucuronosyl, microsomal epoxit hydrolase, và bốn isozyme của glutathione-transferase-S (GST). Không quan sát thấy những ảnh hưởng của trọng lượng cơ thể đối với cá được thử nghiệm với PbTx-2. Trong những con cá được thử nghiệm với PbTx-2, một chỉ số hepatosomatic lớn hơn đã được ghi nhận và các protein của vi lạp thể