Blågrønalgetoksiner i bade- og drikkevand 2. Toksiske blågrønalger i danske søer2 Toksiske blågrønalger i danske søer I mange af de søer vi i Danmark anvender til badning og andre
rekreative formål (f.eks. vandskiløb), domineres fytoplanktonsamfundet i kortere eller
længere perioder af blågrønalger. Såfremt opblomstringerne af blågrønalger
indeholder toksinproducerende arter, kan indtagelse af vandet medføre sygdom hos
mennesker. Der er således eksempler på, at soldater fik lungebetændelseslignende
symptomer, da de under en øvelse i England opholdt sig længere tid i vandet og slugte
vand fra et reservoir, der indeholdt store koncentrationer af toksisk Microcystis (Turner
et al. 1990). 2.1 Screening for toksicitet og toksiner
|
Jylland (n = 52) | Fyn (n = 15) | Sjælland (n = 35) | ||||
Toksicitet | Antal | Procent | Antal | Procent | Antal | Procent |
Levertoksiske a) | 36 | 68 | 7 | 47 | 23 | 68 |
Nervetoksiske b) | 6 | 11 | 1 | 7 | 8 | 23 |
Protracted toksiske | 13 | 25 | 3 | 20 | 6 | 17 |
Ikke toksiske | 4 | 8 | 5 | 33 | 4 | 12 |
a) Prøver med indhold af microcystin påvist vha. HPLC er medregnet som levertoksiske
uafhængigt af udfaldet af musetesten.
b) Prøver med nervetoksisk respons i musetest og/eller HPLC-analyse.
Nervetoksicitet
Nervetoksicitet blev ved musetest påvist i 12 prøver (11 søer). Nervetoksinet
anatoxin-a blev ikke fundet i nogen prøver. PSP-toksiner blev konstateret ved
HPLC-analyser i 11 prøver (11 søer), hvoraf 8 prøver gav et tilsvarende nervetoksisk
respons ved musetesten. I 3 prøver (Knud Sø 28. juli, Ravn Sø 6. juli og Salten Langsø
27. juli), som gav nervetoksisk respons i musetesten, kunne hverken anatoxin-a eller
PSP-toksiner påvises. I musetesten fik de lavest doserede mus en smule spyt omkring
munden, hvilket indikerer tilstedeværelsen af anatoxin-a(s) eller et lignende
cholinesterase-hæmmende toksin. Dette blev efterfølgende bekræftet ved påvisning af in
vitro hæmning af acetylcholinesterase (Henriksen et al. 1997).
Protracted toksicitet blev ved musetest fundet i 22 prøver. I 5 af disse kunne lave
koncentrationer af microcystiner påvises vha. HPLC. Hvad der forårsager denne type
toksicitet vides ikke.
Microcystin
Kvantificering af microcystinindholdet i algeprøverne viste, at 53 ud af i alt 66
prøver, hvor der kunne påvises microcystiner, indeholdt under 500 µg toksin pr. g
algetørvægt (figur 2-1). Kun i 4 søer (Bryrup Langsø 27. juli, Torup Sø 27. juli,
Halle Sø 27. juli og Sankt Jørgen Sø (syd) 21. juni) indeholdt algematerialet
microcystinkoncentrationer højere end 1 mg toksin (pr. g tørvægt). Den højeste
toksinkoncentration (1695 µg pr. g) blev fundet i Halle Sø den 27. juli.
Microcystinkoncentrationerne i de danske prøver svarer til koncentrationer fundet i
japanske blågrønalgeopblomstringer (Watanabe et al. 1989a, Park et al. 1993, Watanabe et
al. 1994), mens betydeligt højere koncentrationer er fundet i opblomstringer af
Microcystis i f.eks Norge (ca. 4 mg pr. g, Berg et al. 1987a) og Kina (op til 7,28 mg pr.
g, Zhang et al. 1991).
Figur 2-1
Microcystinindholdet i prøver, hvor microcystiner kunne påvises med HPLC i
1994. Intervalbredde = 100 µg pr. g.
PSP-toksiner
Koncentrationen af PSP-toksiner varierede fra 4 til 160 µg STX-ækvivalenter (pr. g
tørstof) (figur 2-2), hvilket svarer til niveauerne fundet i Lyngbya wollei (Carmichael
et al. 1997) og i opblomstringer og kulturer af Anabaena circinalis (Humpage et al. 1994).
I Lyngbya wollei varierede koncentrationen fra 0-58 µg STX-ækvivalenter pr. g tørstof.
Undersøgelser af den PSP-producerende Anabaena circinalis i Australien gav
koncentrationer på 14,7 til 568,6 µg STX-ækvivalenter (pr. g tørstof) med de fleste
værdier liggende over 150 µg STX-ækvivalenter (pr. g tørstof) (Humpage et al. 1994).
Sammenlignet hermed var koncentrationen i de danske søer generelt lav: 9 ud af 11 søer
indeholdt < 40 µg STX-ækvivalenter (pr. g tørstof), og gennemsnitskoncentrationen
for disse 9 søer var 17 µg STX-ækvivalenter (pr. g tørstof). Kun i Hvidsø (Sjælland)
og Vissinggård Sø (Jylland) (figur 2-3) blev der målt koncentrationer over 100 µg
STX-ækvivalenter (pr. g tørstof). Forekomsten af PSP-toksiner i Hvidsø blev også
undersøgt 22. juni, 14 dage før den høje værdi blev målt, og på denne dag var
koncentrationen 59 µg STX-ækvivalenter (pr. g tørstof).
Figur 2-2
Koncentrationen af PSP-toksiner (angivet som µg STX-ækvivalenter (pr. g
tørstof) i de søer, hvor der blev fundet nervetoksiner ved HPLC-analyse.
Indsamlingsdatoerne fremgår af bilag 2-1 til 2-3.
Figur 2-3
HPLC-analyser for saxitoxiner (STX, neo-STX, dc-STX) i Vissinggård Sø
(27.7.94). Standarderne er vist i øverste diagram og kørslen af prøven i nederste.
Saxitoxin (STX) var det dominerende PSP-toksin i søerne med over 10 µg STX-ækvivalenter
(pr. g tørstof) (figur 2-4). Gonyautoxin IV (GTX4) var det næst almindeligste toksin, og
dette toksin dominerede i søprøverne med < 10 µg STX-ækvivalenter (pr. g tørstof).
STX og GTX3 er de mest toksiske PSP-toksiner, mens toksiciteten af GTX4 er 1/3 af STX.
Overensstemmelsen mellem musetest og HPLC-analyse var generelt god. For 8 ud af de 11
prøver, hvori der blev konstateret PSP-toksiner med HPLC, indikerede musetesten også
tilstedeværelse af nervetoksiner. De 3 søer, for hvilke musetesten ikke påviste
nervetoksiner, var Bastrup Sø, Maglesø v. Bromme og Hesselager Gadekær. I Bastrup Sø
var PSP-indholdet meget lavt. I Maglesø indikerede musetesten tilstedeværelse af
lever-toksiner, og HPLC viste et relativt højt indhold af microcystiner. I prøven fra
Hesselager Gadekær blev der ikke fundet levertoksiner, og musetesten gav et
"protracted" respons. For både Hesselager Gadekær og Maglesø var der kun
algemateriale til at injicere 1 mus med 1 koncentration af toksin, og resultatet af
musetesten er derfor usikker. Ifølge den autoriserede musetest bør der injiceres 3 mus
(AOAC 1984).
Artssammensætningen af blågrønalgerne i prøverne fremgår af bilag 2-1, 2-2 og 2-3. I
de levertoksiske algeprøver, hvor biomassen var domineret af en enkelt/enkelte art-(er),
var de hyppigst dominerende arter Microcystis aeruginosa, M. botrys, M. wesenbergii,
Planktothrix agardhii, Anabaena cf. flosaquae og Aphanizomenon flosaquae var. klebahnii
(figur 2-5). I de nerve-toksiske prøver, som var domineret af en enkelt/enkelte art(er),
var den vigtigste art Anabaena lemmermannii, idet den dominerede i 5 af i alt 12
nervetoksiske prøver (figur 2-6).
Figur 2-4
Den relative betydning af de 8 PSP-toksiner, der blev analyseret for ved
screeningen for blågrønalgetoksiner i danske søer. Procentfordelingen angiver µmol
toksin pr. g tørvægt.
Figur 2-5
Dominerende arter i levertoksiske prøver, hvor biomassen var domineret af
enkelte arter. For hver art er angivet, i hvor mange prøver den var dominerende/blandt de
dominerende arter.
De 12 hyppigste arters forekomst i samtlige prøver er illustreret i figur 2-7. De
hyppigst forekommende var fire Microcystis arter, M. aeruginosa, M. botrys, M. wesenbergii
og M. viridis, samt Aphanizomenon flosaquae var. klebahnii.
Figur 2-6
Dominerende arter i nervetoksiske prøver, hvor biomassen var domineret af
enkelte arter. For hver art er angivet, i hvor mange prøver den var dominerende/blandt de
dominerende arter.
Figur 2-7
Forekomst af de 12 hyppigste arter i samtlige prøver. For hver art er angivet,
hvor mange prøver den totalt forekom i samt antallet af lever- og nervetoksiske prøver,
hvor den var til stede.
Udover at være hyppigt forekommende var det karakteristisk for de fire Microcystis arter,
at en meget stor del (79-94%) af de prøver, hvor arterne var tilstede, var toksiske
(figur 2-8).
Figur 2-8
Toksiciteten af prøver i hvilke de 12 hyppigste arter forekom. For hver art er
angivet, hvor stor en procentdel af de prøver, den forekom i, der var lever- eller
nervetoksiske.
Den mest bemærkelsesværdige sammenhæng mellem forekomst af en art og toksicitet af
prøverne fandtes for Anabaena lemmermannii (figur 2-8). Samtlige 15 prøver, hvor denne
art var til stede, var enten nerve- eller levertoksiske.
Screeningsundersøgelsen havde ikke til formål at undersøge den rumlige og tidslige
variabilitet i toksiciteten, men 4 søer blev besøgt flere gange, og resultaterne herfra
illustrerer, at toksiciteten hurtigt kan ændre sig (tabel 2-2). Observationerne
illustrerer også, at toksiciteten i søer inden for samme søsystem kan variere (tabel
2-2). Rumlig (i meter-skala) og tidsmæssig (i dag-skala) variation i
blågrønalgetoksiciteten er velkendt, og det er vigtigt at tage højde for dette ved
planlægning af overvågnings-programmer.
For at undersøge den tidsmæssige variation i toksicitet og forekomst af blågrønalger
blev der gennem sommeren 1995 indsamlet prøver fra 2 badevandssøer: Bryrup Langsø og
Ravn Sø. Søerne blev udvalgt som repræsentanter for henholdsvis levertoksiske og
nervetoksiske badevandssøer. I Bryrup Langsø er der tidligere påvist høje
koncentrationer af levertoksiner (bilag 2-1). I Ravn Sø blev der i begyndelsen af 1994
ved musetest påvist kraftig nervetoksisk effekt (bilag 2-1) i forbindelse med en
opblomstring af Anabaena lemmermannii. Begge søer indgår i Århus Amts
overvågningsprogram, og Århus Amt har stået for indsamlingen af prøver.
Tabel 2-2
Spatial og temporal variation i toksiciteten. Variation observeret i musetest
og/eller HPLC analyser af prøver fra screeningsundersøgelser 1994.
Forskellige datoer |
||
Salten Langsø |
27.07.94 |
nervetoksisk |
Lyngby Sø |
17.05.94 |
levertoksisk |
Skt. Jørgen Sø |
14.06.94 |
intet toksisk respons |
Samme søsystem (tæt beliggende), samme dato |
||
Jels Søerne |
Neder |
levertoksisk |
Viborg Søerne |
Søndersø |
intet toksisk respons |
Bryrup Langsø 1995
I Bryrup Langsø blev prøver indsamlet i perioden fra den 18. maj til den 23. august.
Fytoplanktonbiomassen (udtrykt som algevolumen pr. liter) varierede imellem de forskellige
prøvetagninger (figur 2-9), og den højeste biomasse (7,57 mm3 pr. liter) blev
fundet den 23. august.
Figur 2-9
Fytoplankton i Bryrup Langsø, sommeren 1995. Den total fytoplanktonbiomasse samt
blågrønalgebiomassen er vist. Desuden er vist artssammensætningen af blågrønalgerne
udtrykt som procent af den samlede blågrønalgebiomasse.
Blågrønalgebiomassen steg igennem hele perioden og nåede 3,47 mm3 pr. liter,
svarende til 45,8% af den totale biomasse den 23. august. De kvantitativt vigtigste
blågrønalgearter var i hele perioden Microcystis aeruginosa og Woronichinia naegeliana,
som udgjorde hhv. 29,8 - 51,4% og 18,4 - 70,3% af blågrønalgebiomassen. Anabaena
spiroides udgjorde den 27. juli 35,4% af blågrønalgerne.
Den 18. maj var biomassen så lav, at blågrønalgerne ikke blev kvantificeret. I en
netprøve fandtes dog Woronichinia naegeliana, Microcystis aeruginosa og M. viridis.
Musetest med algemateriale fra Bryrup Langsø viste tilstedeværelsen af lever-toksiner
den 27. juli samt den 9. og 23. august. Dette blev bekræftet ved HPLC-analyser for
microcystiner. Figur 2-10 viser et kromatogram for materiale indsamlet den 23. august,
hvor der kunne påvises otte forskellige microcystiner. Koncentrationen af microcystiner
stiger gennem sommeren svarende til den stigende blågrønalgebiomasse og er ved sidste
prøvetagning den 23. august 737 µg (pr. g tørstof).
Figur 2-10
Kromatogram fra microcystin-analyse af algemateriale fra Bryrup Langsø den 23.
august 1995. De otte toppe med angivne retentionstider kunne identificeres som
microcystiner på baggrund af deres absorptionsspektre (ikke vist). Analysen blev
foretaget på en Waters Symmetry C18 kolonne med mobil fase af acetonitril og 0,01 M
ammoniumacetat (pH 5,0).
Algematerialet fra den 18. maj samt den 12. juli havde ikke toksisk effekt ved de anvendte
doser i musetesten (max. 50 mg pr. mus), men lave koncentrationer af microcystiner (hhv.
11 og 23 µg pr. g) kunne påvises ved hjælp af HPLC (figur 2-11). Disse koncentrationer
svarer til, at mus (vægt ca. 20 g) doseret med den maksimale algekoncentration, har fået
injiceret 27,5-57,5 µg microcystin pr. kg kropsvægt. LD50 (i mus) for de mest toksiske
microcystiner (f.eks. microcystin-LR) er 50 µg pr. kg, hvorimod en række af de øvrige
microcystiner har LD50 værdier > 250 µg pr. kg (Rinehart et al. 1994). Dette kan
forklare de tilsyneladende modstridende resultater af musetest og HPLC-analyser.
I samtlige prøver, hvor der fandtes levertoksiner, var varianten [Dha7]microcystin-RR det
kvantitativt vigtigste toksin, dernæst [Dha7]microcystin-LR. Det var karakteristisk, at
de i litteraturen hyppigst omtalte microcystiner (LR, RR og YR) kun blev fundet den 23.
august (RR og YR) og den 9. samt den 23. august (LR), og her udgjorde hvert af disse
toksiner mindre end 10% af det samlede microcystinindhold (figur 2-11). Fundet af stadig
flere forskellige microcystin varianter i takt med stadig stigende samlet
microcystinindhold i prøverne kan skyldes ændret toksinproduktion i algepopulationen
(som følge af ændrede fysisk-kemiske parametre eller ændring i
arts-/stammesammensætningen) eller afspejle detektionsgrænsen for toksinerne (3,5-5 µg
pr. g) ved den pågældende analysemetode.
Figur 2-11
Microcystiner i algeprøver fra Bryrup Langsø 1995. a: det totale toksinindhold
udtrykt som µg microcystin pr. g alge (tørvægt). Søjlerne repræsenterer gennemsnit af
to analyser og desuden er angivet min. og max. af disse analyser. b: retentionstider for
de forskellige microcystiner detekteret i prøverne samt for syv microcystin standarder.
Markeringen af de enkelte microcystiner angiver desuden, hvor stor en procentdel det
pågældende toksin udgjorde af det samlede microcystinindhold.
Det er nærliggende at antage, at forekomsten af microcystiner i Bryrup Langsø kan
tilskrives Microcystis aeruginosa, idet denne art var til stede i samtlige toksiske
prøver og generelt udgjorde en væsentlig del af blågrønalgebiomassen. Desuden er det
den hyppigst rapporterede toksinproducerende blågrønalge. Woronichinia naegeliana
fandtes også i alle toksiske prøver, men der er ikke påvist microcystiner hos denne
art.
Ravn Sø 1995
I Ravn Sø blev prøvetagningerne foretaget i perioden 8. juni til 16. august.
Blågrønalgebiomassen var på intet tidspunkt høj og udgjorde altid en lille del af den
totale algebiomasse. Fytoplanktonbiomassen steg indtil et maksimum på 7,33 mm3
pr. liter den 19. juli (figur 2-12). Her var blågrønalge-biomassen 0,94 mm3
pr. liter svarende til 12,8% af den totale fytoplanktonbiomasse.
Den målte blågrønalgebiomasse bestod i hele perioden af 1-3 af følgende arter:
Woronichinia naegeliana, Anabaena lemmermannii og Aphanizomenon flosaquae. A. lemmermannii
var den dominerende art i perioden fra den 4. juli til den 3. august, og den udgjorde op
til 84% af blågrønalgerne (den 19. juli). Samme dag udgjorde dinoflagellaten Ceratium
hirundinella 58% af den totale biomasse (data ikke vist).
Figur 2-12
Fytoplankton i Ravn Sø, sommeren 1995. Den total fytoplanktonbiomasse samt
blågrønalgebiomassen er vist. Desuden er vist artssammensætningen af blågrønalgerne
udtrykt som procent af den samlede blågrønalgebiomasse.
Anabaena lemmermannii er tidligere vist at være nervetoksisk i Ravn Sø (bilag 2-1), og
prøver, hvori denne art fandtes i undersøgelsen af danske søer i 1994, var alle
toksiske. Selvom denne art var den dominerende blågrønalge ved flere af indsamlingerne i
Ravn Sø i 1995, kunne der hverken påvises toksiner (HPLC) eller toksicitet (musetest) i
nogen af prøverne.
Ravn Sø har via Knud Å afløb til Knud Sø, hvor der både i 1993 og 1994 er vist et
tilsvarende kraftigt nervetoksisk respons ved musetest som i Ravn Sø i 1994. Siden 1981
har der været gentagne rapporter om døde fugle, hunde og fisk i forbindelse med
opblomstringer af Anabaena flosaquae/ lemmermannii i Knud Sø (tabel 2-3). Ved
screenings-undersøgelsen i 1994 kunne der hverken påvises anatoxin-a eller PSP-toksiner
i Ravn Sø eller Knud Sø selvom musetesten indikerede tilstedeværelse af nervetoksiner.
Ligeledes kunne ingen af disse toksiner påvises i 2 algeprøver indsamlet fra Knud Sø i
1995. Symptomer ved musetest af Anabaena materiale fra Knud Sø i 1994 og 1995 samt
efterfølgende analyser viste, at toksiciteten i stedet skyldtes nervetoksinet
anatoxin-a(s), der indtil da kun var fundet i Nordamerika/Canada (se kapitel 1).
Tabel 2-3
Registreringer af døde dyr fundet ved Knud Sø, Århus Amt, i forbindelse med
blågrønalgeopblomstringer. Data fra journaler fra Århus Amt.
År | Dato | Registrerede dødsfald |
Bemærkninger |
Dominerende arter |
1981 | 23.-26. juni |
2 hunde |
Hundene døde hhv. 2 og 22 timer efter at have været i vandet |
Anabaena flos-aquae |
1988 | 12.-17. juni |
3 hunde |
Hundene døde indenfor 2 timer efter at have drukket af
søvandet. |
Anabaena flos-aquae |
1993 | 10. juni |
2 lappedykkere |
Anabaena lemmermannii |
|
1994 | 28. juni |
fugle |
Anabaena lemmermannii |
|
1995 | 9. juli |
1 and |
Anabaena lemmermannii |
Prøven fra Knud Sø indsamlet den 10. juli 1995 var helt domineret af dinoflagellater
(Ceratium), men indeholdt også kolonier af Anabaena lemmermannii (figur 2-13). Denne
prøve var ikke toksisk i musetest, hvorimod prøven indsamlet et andet sted i søen (ved
Sdr. Ege) den 13. juli gav et typisk nerve-toksisk respons i musetesten. Denne prøve var
helt domineret af A. lemmermannii. Det var karakteristisk, at de højest doserede mus i
musetesten havde en anelse spyt omkring munden, mens mus, som fik injiceret lavere doser,
fik tydeligt spyt omkring munden og tårer i øjnene (figur 2-14), hvilket er en typisk
reaktion på anatoxin-a(s). Mus doseret med mindre end 2,5 mg algemateriale overlevede
uden disse symptomer.
Figur 2-13
Anabaena lemmermannii fra Knud Sø.
Figur 2-14
Resultater af musetest på Anabaena lemmermannii domineret algeprøve indsamlet
ved Sdr. Ege, Knud Sø, den 13. juli 1995. Overlevelsen og symptomer hos musene efter
injektion af algemateriale er vist for injektion af forskellige mængder algemateriale.
Af figur 2-14 kan estimeres en LD50 værdi på ca. 2,5 mg pr. mus for Anabaena materialet
indsamlet ved Sdr. Ege den 13. juli. Til sammenligning viser figur 2-15 tilsvarende
musetest udført på materiale indsamlet i Knud Sø under en Anabaena opblomstring den 28.
juni 1994. Her kan LD50 estimeres til ca. 0,05 mg pr. mus, svarende til at
toksinkoncentrationen i dette algemateriale var 50 gange højere end i prøven indsamlet
ved Sdr. Ege i 1995.
Figur 2-15
Resultater af musetest på Anabaena lemmermannii domineret algeprøve indsamlet i
Knud Sø den 28. juni 1994. Overlevelsen og symptomer hos musene efter injektion af
algemateriale er vist for injektion af forskellige mængder algemateriale.
En række fysiske/kemiske parametre som lysintensitet (van der Westhuizen & Eloff
1985, Watanabe & Oishi 1985, Sivonen 1990b, Utkilen & Gjølme 1992), temperatur
(van der Westhuizen & Eloff 1985, Watanabe & Oishi 1985, Wicks & Thiel 1990),
pH (van der Westhuizen & Eloff 1983, Wicks & Thiel 1990) og
næringssaltkoncentrationer (Watanabe & Oishi 1985, Sivonen 1990b) vides at kunne
påvirke toksinproduktionen hos blågrønalger. Det er på baggrund af det meget
begrænsede materiale fra Knud Sø ikke muligt at vurdere, hvad der er årsagen til de
meget store forskelle i toksicitet på materialet fra hhv. 1994 og 1995.