Hur mår fisken i svenska kustområden?
Fiskens hälsotillstånd ger en tidig signal om miljöpåverkan
Åke Larsson - Institutionen för Biologi och Miljövetenskap
2012-09-20
Disposition
• Hur och varför gör man hälsoundersökningar på fisk?
• Historiskt exempel på grava hälsoeffekter hos fisk i en starkt förorenad recipient och
på en positiv återhämtning:
•
Effekter av skogsindustriutsläpp - förr och idag (Norrsundets bruk)
• Tre exempel på hälsoeffekter på fisk i komplext förorenade vattenområden:
•
Effekter på fisk i vattnen kring Stockholm
•
Effekter på fisk i Göta Älvs mynningsområde/Göteborgs hamn
•
Effekter av lakvatten på fisk i sjön Molnbyggen
• Hälsotillståndet hos kustfisk i ”rena” kustreferensområden alltmer påverkat av
kemiska ämnen?
Hälsoundersökningar på fisk
• Mätprogrammet består av 25-30 väl beprövade
biokemiska, fysiologiska och histologiska
mätvariabler, s k biomarkörer.
• Fiskhälsoundersökningar är sedan 1988 en del av
den nationella integrerade kustfiskövervakningen
och används även i recipientkontrollprogram.
• Metodiken har tillämpats under mer än 30 år för att kartlägga effekter av enskilda kemikalier (metaller
och organiska miljögifter) och komplexa blandningar (ex industriavloppsvatten, lakvatten, dagvatten)
både i laboratorieförsök och vid fältundersökningar i förorenade områden.
• Fördelar med hälsoundersökningar på fisk:
• kan användas både vid fältstudier på vildlevande fiskpopulationer och i konfirmerande exponeringsförsök på
laboratoriet
• ett brett program av biomarkörer ger möjlighet att dels fånga upp effekter av olika kemikalier i miljön och dels
effekter på flera olika organfunktioner
• god kunskap om hur olika biomarkörer och de livsfunktioner som de återspeglar kan påverkas av exponering
för olika miljögifter (ex. typiska Cd-symptom; vanliga effekter av klorerade organiska ämnen)
• hög känslighet; påvisar effekter på ett tidigt stadium och vid låg exponering (”early warning”); kan kartlägga
påverkan även långt från utsläppspunkten
Valda mätvariabler/biomarkörer återspeglar centrala livsfunktioner
Funktion
Mätvariabel / biomarkör
Energi, tillväxt, kondition
Total kroppsvikt, somatisk vikt, längd, ålder, somatiskt
konditionsindex
Reproduktion, endokrin störning
Gonadsomatiskt index (GSI), vitellogenin i blodplasma, könskvot
hos tånglakeyngel
Leverfunktion, avgiftning,
oxidativ stress
Leversomatiskt index (LSI), leverhistologi, EROD-aktivitet,
glutationreduktas, glutation S-transferas, katalas.
Förekomst av genotoxicitet
DNA-addukter i lever
Indikator på metallbelastning
Metallothionein i lever
Kolhydratmetabolism/stress
Blodglukos, blodlaktat
Syretransport, blodbildning
Hematokrit, omogna röda blodceller, hemoglobin
Immunförsvar, vävnadsskador
Vita blodceller: lymfocyter, granulocyter, trombocyter,
makrofagcentra i mjälten
Saltbalans, cellskador
Klorid, natrium, kalium och kalcium i blodplasma
Effekter av skogsindustriutsläpp - förr och idag
1980-talet: massafabriker med klorblekeri
• Effekter på abborre från subcellulär nivå till
populations- och samhällsnivå
(Norrsundet m fl. klorblekerier):
• kraftig EROD-induktion och förstorad lever
• nedsatt immunförsvar
• röda blodcellsbild påverkad
• störd jonbalans och kolhydratmetabolism
• sänkt könshormonhalt i blodet
• hämmad tillväxt av könskörtlarna
• grava fenskador
• ryggradsskador och andra skelettdeformationer
• tillväxtstörningar och ökad mortalitet
• minskad yngelproduktion
• låg täthet av abborre och andra fiskarter
• onormalt fisksamhälle
Källa: Larsson et al, 1998
• Många toxiska effekter kunde konfirmeras i
uppföljande laboratorieförsök
• Regional/storskalig påverkan. Effekter (ex. ERODinduktion) påvisades upp till 2-4 mil från utsläppet
• Effekterna sannolikt kopplade till olika potenta
ämnen i det komplexa utsläppet (ex. dioxiner,
andra klorerade ämnen, hartssyror och steroler)
1985-1995: Friskare fiskar och normalt
fisksamhälle efter processändringar och
minskade utsläpp
• Återstående effekter 1995:
• svag EROD-induktion
• lägre WBC antal
• något försenad könsmognad
• svag störning av yngelproduktionen
• något snabbare kroppstillväxt
Källa: Larsson et al, 1998
Situationen idag: Vilka effekter påvisas hos fisk i Norrsundet-området och i
andra skogsindustrirecipienter?
• Norrsundets Bruk avvecklade produktionen i okt 2008 och därmed upphörde utsläppen av biologiskt
behandlat avloppsvatten till recipienten. Två år efter stängning (2010/2011) genomfördes en
uppföljande undersökning av fiskens hälsotillstånd och fortplantning.
• Återhämtning är ännu inte fullständig. Fortfarande observeras i närområdet (1-2 km):
• lägre andel könsmogna honor; mindre könskörtlar hos de könsmogna honorna
• förstorad lever
• svagt stimulerad kroppstillväxt
• sedimentdata indikerar att rester av tidigare utsläpp fortfarande påverkar fisken.
• I andra massaindustrirecipienter har följande svaga effekter observerats:
• svag EROD-respons i närområdet (enstaka industrier; enstaka år)
• mindre könskörtlar i närområdet (enstaka industrier; enstaka år).
• Återhämtningen god; regionala eller storskaliga effekter av dagens skogsindustriutsläpp är inte
sannolika.
Fiskar i vattnen kring Stockholm är påverkade av miljögifter
• En kartläggning 1999-2001 utförd av ITM visade att abborrar i vattnen kring Stockholm var
påtagligt stressade av föroreningsbelastningen. Effekterna tyder på en kraftig exponering för
miljöstörande ämnen:
• minskad kroppstillväxt
• hämmad aktivitet av acetylcholinesteras
• störd fettomsättning
• förminskade romsäckar
• ökad EROD-aktivitet
• hög frekvens icke könsmogna honor
• hög halt av DNA-addukter
• Effekterna var kraftigast i centrala Stockholm med avtagande effekter in i Mälaren och österut mot
Stockholms skärgård.
• Vattenmiljön kring en storstad är utsatt för en komplex exponering av en mångfald av miljöstörande
ämnen som används eller bildas vid olika aktiviteter i samhället Det är därför svårt att fastställa
vilka enskilda ämnen som orsakar effekterna
• Exemplet Stockholm visar att det är angeläget att ha en god effektövervakning i hårt belastade
miljöer kring storstäder, vid flodmynningar och andra komplext förorenade platser. Det är i sådana
miljöer man kan få ett bra underlag vid uppföljningen av miljömålet Giftfri miljö
Kroniskt påverkade fiskar i Göta älvs mynningsområde/
Göteborgs hamn
• Tånglakar i Göta älvs mynningsområde är exponerade för ett stort antal miljöstörande ämnen och visar
tydliga toxiska effekter:
• förhöjd EROD-aktivitet
• ökat antal makrofagcentra i levern
• ökad halt DNA-addukter (genotoxicitet)
• ökad metallotthioneinhalt (metaller)
• oxidativ stress (reaktiva ämnen)
• förhöjd förekomst av nekros (celldöd) i levern
• Effekterna tolkas som en påverkan av flera potenta ämnen som PAHer och/eller plana dioxinliknande
substanser
• Kemiska analyser av gallvätska hos
tånglakar visar bl.a. förhöjda halter
av vissa PAHer och hydroxylerade
PAH-metaboliter, samt ämnen med
östrogen verkan (nonylfenol, bisfenol A)
och triclosan
• Sedimenten är kontaminerade med
höga halter av PAH, PCB,
dioxiner, TBT och många metaller
Foto: Pressbild
Effekterna av lakvatten på abborre i sjön Molnbyggen åren
1996-2001
• Toxiska effekter och patologiska förändringar:
• hög frekvens sår och fenskador
• förminskad lever
• förhöjda enzymaktiviteter i levern
• ökad halt av DNA-addukter
• outvecklade romsäckar hos abborrhonor (75 %)
• störd produktion av androgener hos honfiskar
• Effekterna indikerar att fisken exponerats för toxiska och hormonstörande ämnen som läckt ut via
lakvattnet från en avfallsdeponi
• Analyser visade att lakvattnet och lakvattensediment innehöll mer än 400 olika miljöskadliga ämnen i
låga koncentrationer. Inget enskilt ämne kunde pekas ut som orsak till effekterna. Sannolikt var
effektbilden orsakad av en samverkan mellan flera kemiska ämnen
• Liknande toxiska effekter kunde påvisas hos bäckröding i en tillrinnande å och hos abborre i ytterligare
en sjö som var kontaminerad av lakvatten från en avfallsdeponi
• Provfisken visade att skadorna på abborrarna ännu inte hade orsakat effekter på populationsnivå
• Slutsats: bristfällig hantering av lakvatten från avfallsdeponier kan orsaka effekter av toxiska och
hormonstörande ämnen på fiskar i närbelägna sjöar/vattendrag
Integrerad kustfiskövervakning på nationell nivå
• Löpande miljöövervakningsprogram med stöd från Naturvårdsverket och Havs- och
vattenmyndigheten
• Hälsoeffekter hos fisk
• Fiskekologiska studier (+ fortplantningsframgång)
• Miljökemi/miljögiftsbelastning (metaller, organiska miljögifter)
• Årliga undersökningar i samma kustreferensområde, vid samma tidpunkt, och på samma fiskarter
• Indikatorarter:
• abborre: vanlig i Europeiska sötvatten och längs hela ostkusten; relativt stationär; mycket data från
recipientstudier
• tånglake: vanlig i våra kustområden; relativt stationär; föder levande ungar – möjliggör fältstudier på tidiga
yngelstadier
• Utförande laboratorier:
• Inst för Biologi och Miljövetenskap, Göteborgs universitet (fiskhälsa)
• SLU:s Kustlaboratorium, Öregrund (fiskbestånd/fiskpopulationer)
• Naturhistoriska Riksmuseet (miljögifter)
Undersökningsområden
• Fyra kustlokaler med små eller inga lokala
föroreningskällor:
• Kvädöfjärden (Östersjön), sedan 1988
• Fjällbacka (Skagerrak), sedan 1989
Holmöarna
• Holmöarna (Bottenviken), sedan 1993
• Torhamn (Södra Östersjön), sedan 2001
• Abborre provtas i september
• Tånglake provtas i november och april
• Fiske och provtagning genomförs med
standardiserade metoder
Fjällbacka
Kvädöfjärden
Torhamn
Bedömning av hälsotillstånd för abborre och tånglake i nationella
kustreferensområden i Västerhavet, Östersjön och Bottniska Viken
• Referensområdena har valts för att de anses obetydligt påverkade av lokala
föroreningskällor. Flera hälsovariabler hos abborren och tånglaken visar därför inte
några signifikanta förändringar eller tidstrender i de fyra kustreferensområdena under
mätperioden.
• Det är däremot oroväckande att allt fler hälsovariabler/biomarkörer på senare år
uppvisar signifikanta tidstrender som tyder på att fisken i ökande grad är påverkad av
exponering för något eller några miljögift(er) och/eller av andra miljöfaktorer.
• Effekterna är mest påtagliga hos abborre i Kvädöfjärden, men liknande påverkan på
flera biomarkörer observeras hos både abborre och tånglake i samtliga
kustreferensområden.
EROD-aktiviteten i levern tyder på ökande giftexponering och
inducerad avgiftningsfunktion
EROD hos abborre i Kvädöfjärden har ökat
successivt och är idag 5ggr högre än när
undersökningarna startade. Ökningen, som
tilltagit under senare år, tyder på en
exponering för potenta kemiska ämnen.
Liknande successiv EROD-ökning ses hos
abborre vid Holmön och Torhamn.
EROD-aktiviteten uppvisar en signifikant trend
även hos tånglake i Kvädöfjärden, men
mellanårsvariationen är större än hos abborre.
Liknande effekt ses hos tånglake i Fjällbacka.
Även aktiviteten av enzymerna GR och GST i levern indikerar en
ökande giftexponering
Aktiviteten av glutationreduktas (GR)
har ökat, medan aktiviteten av
glutationtransferas (GST) har minskat
hos abborre vid Holmön. GR-aktiviteten
har på senare år planat ut på en hög
nivå.
En ökad GR-aktivitet tyder på förhöjd
oxidativ stress hos fisken. Det är okänt
vilka miljöförändringar som kan orsaka
en minskad GST-aktivitet.
Liknande förändringar för GR och GST
observeras hos både abborre och
tånglake i övriga kustreferensområden.
Relativa gonadstorleken (GSI) har minskat hos abborrhonor sedan
början på 1990-talet
GSI minskade med 20-30 % hos
abborrhonor i Kvädöfjärden under perioden
1990-2004. Enstaka år var GSI 35-40 %
lägre än i början av 1990-talet. Från 2004 har
minskningen avstannat och det ses en svag
tendens till ökning. Uppföljande studier visar
att det är antalet ägg i könskörtlarna som
minskar.
Minskad gonadstorlek är en varningssignal
om att fisken kan vara exponerad för ämnen
som hämmar eller försenar könsmognaden.
GSI har minskat signifikant med 20 % under
tidsperioden hos abborrhonor vid Holmön.
Minskningen har dock avstannat under de
senaste åren.
Förändrad WBC-bild hos tånglake och abborre indikerar att
immunförsvaret är påverkat
Antalet vita blodceller, främst lymfocyter och trombocyter, har ökat signifikant hos tånglake i Fjällbacka
(se figurerna) och i Kvädöfjärden. Även abborre i kustreferensområdena visar en liknande förändring i
WBC-bilden. Denna effekt tyder på att fiskens immunförsvar är inducerat.
Ytterligare signifikanta tidstrender signalerar
att kustfisk i våra nationella referensområden är påverkad
• Ökning av klorid i blodet, främst hos abborre och
tånglake i Kvädöfjärden, indikerar att fisken har problem
med saltregleringen.
• Ökad kalciumnivå i blodet hos kustfisk på samtliga
lokaler förstärker bilden av en försämrad jonreglering.
• Successivt ökande halt av blodglukos hos abborre i
Kvädöfjärden och Torhamn under senare år tyder på att
ämnesomsättningen och dess reglering är påverkad.
Foto: Oceana.org
• Minskning av antalet omogna röda blodceller
hos abborre i Kvädöfjärden och Torhamn indikerar
en lägre nyproduktion av röda blodceller.
Foto: Arne Kuilman
Summering: förändrat hälsotillstånd hos kustfisk
Holmön
Abborre
Gonadutveckling
Kvädöfjärden
Abborre
Tånglake
Torhamn
Abborre
Fjällbacka
Tånglake
GSI
---
---
0
0
0
EROD
++
+++
++
+
++
GR
++
+
0
+
+
GST
---
-
---
-
---
Glukos
+
+++
++
+++
+
Lymfocyter
Trombocyter
+
+
++
++
+++
+
+++
+++
0
+++
Röd blodcellsbild
i-RBC
-
--
0
--
0
Saltbalans
Klorid
0
+++
++
0
+
Kalcium
+
++
++
+
++
Leverfunktion
Kolhydratmetabolism
Immunförsvar/
WBC-bild
+ + + eller - - + + eller - + eller 0
stark signifikant tidstrend
signifikant tidstrend
tydlig tendens/tidigare förändring
ingen tidstrend eller tendens
Varför påverkas fiskens hälsa i ”rena” kustområden?
Sammanfattande bedömning
•
Kustfisken i ”rena områden” visar allt tydligare tecken på exponering för kemiska
ämnen och en påverkan på flera fysiologiska funktioner (t ex. förminskade
gonader, inducerat immunförsvar, ökad oxidativ stress, minskad bildning av röda
blodceller, samt påverkad saltreglering och ämnesomsättning).
•
Denna mångfacetterade symptombild observeras på två kustfiskarter och på fyra
olika referenslokaler (med viss variation i effektmönster och styrka).
•
De tydliga effekterna på individnivå har hittills inte kunnat kopplas direkt till
observerade effekter på populationsnivå.
Forts. Varför
påverkas fiskens hälsa i ”rena” kustområden? - Sammanfattande bedömning
•
Inga tydliga kopplingar har kunnat göras mellan påvisade effekter och
miljögifter som idag mäts i kustfisk.
Det finns dock andra övervakade miljögifter som ökar i miljön, men som inte har
mätts i prov från kustfisk i de aktuella referensområdena.
Dessutom finns tusentals kända och okända potentiella miljögifter som inte
övervakas.
•
Positiva samband har visats mellan:
• EROD i levern och halten PAH-metaboliter i gallan hos abborre i Kvädöfjärden.
• EROD i levern och gallans toxicitet (dvs innehåll av toxiska ämnen).
• EROD i levern och flödesdata från Vindån som rinner ut i området.
•
Utöver PAH-metaboliter så ökar halten av andra miljögifter i gallan hos abborre.
Vissa PAHer som bildas vid förbränning (ex. benso(a)antracen och fluoren) ökar i
mussla i Kvädöfjärden.
•
En ständig tillförsel av PAHer och/eller andra kemiska ämnen till kustvattnen
genom ökad landavrinning kan därför vara en möjlig förklaring till effekterna.
Forts. Varför
påverkas fiskens hälsa i ”rena” kustområden? - Sammanfattande bedömning
•
Den komplexa symptombilden med påverkan på flera fysiologiska funktioner
överensstämmer inte med påvisade effekter av kända enskilda miljögifter.
Däremot finns likheter med effektbilden hos fiskar i komplext förorenade områden.
Det är därför sannolikt att det är samverkanseffekter av en blandning av olika
kemiska ämnen som är orsaken till försämrad hälsa hos kustfisk.
•
Det kan inte uteslutas att även andra orsaker än miljögifter (t ex. storskaliga
miljöförändringar, klimatfaktorer och algtoxiner) kan bidra till den försämrade
hälsostatusen hos kustfiskar.
•
Det är angeläget att orsakerna till de observerade effekterna på kustfiskens hälsa
kartläggs innan effekter slår igenom på populations- och samhällsnivå.
Uppföljande studier, finansierade av Havs- och vattenmyndigheten, har påbörjats
under 2012 - en mycket komplex och svår uppgift.
