Способ биотестирования токсичности сточных вод
Изобретение относится к экологии и может быть использовано для биологического контроля токсичности сточных вод. Целью изобретения является повышение чувствительности способа. Для этого у рыб регистрируют электрокардиограмму, определяют относительную меру осциляции трендовой составляющей ритма сердца, относительные индексы напряжения и максимумы спектральных плотностей высокочастотной составляющей ритма сердца, рассчитывают средневзвешенную по модулю этих трех величин и при ее значении более 100% определяют токсичность сточных вод.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (19) (11> щ С 01 N 33/18
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГННТ СССР (21) 4254939/28-14 (22) 02.06.87 (46) 23.06,90. Бюл. И 23 (71) Институт водных проблем АН СССР и Институт эволюционной морфологии и экологии животных им. А.Н.Северцова (72) И.К.Черньппев, Л.И.Котова и Е.В.Березкина (53) 612. 015 (088. 8) (56) Колупаев Б.И., Бейм А.И.,Маклаков В.В. Перспективные методы и устройства для тестирования биологической полноценности сточных вод. — Водные ресурсы, 1986, 11 1, с.159—
163.
Изобретение относится к экологии и может быть использовано для биологического контроля токсичности сточных вод.
Цель изобретения — повышение чувствительности способа.
Цель достигается тем,что регистрируется сердечный ритм у рыбы, строится кардиоинтервалограмма (КИГ) и определяется ее мера нестабильности (неустойчивости), количественно отображающая феномен резкого расширения и упрощения гистограммы случайной высокочастотной составляющей ритма сердца с одновременным возрастанием ее мощности при токсическом
2 (54) СПОСОБ БИОТЕСТИРОВАНИЯ ТОКСИЧНОСТИ СТОЧНЫХ ВОЦ (57) Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для биологического контроля токсичности сточных вод. Целью изобретения является повьппение чувствительности способа. Для этого у рыб регистрируют электрокардиограмму, определяют относительную меру осциляции трендовой составляющей ритма сердца, относительные индексы напряжения и максимумы спектральных плотностей высокочастотной составляющей ритма сердца, рассчитывают средневзвешенную по модулю этих трех величин и при ее значении более 100Х определяют токсичность сточных вод.
2 табл. воздействии, а также возрастанием меры осцилляции трендовой составляющей сигнала. В связи с этим, она определяется в виде средневзвешенной по модулю трех величин — относительного изменения меры осцилляции низкочастотной трендовой составляющей КИГ,, относительного изменения максимума спектральной плотности КИГ и относительного падения индекса напряжения высокочастотной составляющей
КИГ ритма сердца, причeм, превыше— ние меры нестабильности ритма сердца 100Z характеризует отклонение от нормы.
1573376
Способ осуществляется следующим образом.
В качестве биологических посредников используют 27 шт. сеголетков годовиков и двухлетков карпа средней массой 780-600 г, у которых при помощи стандартных электродов контактного типа, имплантируемых в область перикарда в течение 30-40 мин до воэ- 10 действия и в течение такого же времени после вбздействия промстоков в различных концентрациях разведения и с различной длительностью выдержки региструрют ЭКГ, а затем, вводят ее в 3BN; либо предварительно фиксируют на магнитной ленте.
Иэ последовательности R-зубцов
ЭКГ при помощи ЭВМ формируют временной ряд RR-интервалов (КГИ) длитель, ностью 800-1000 RR-интервалов, после чего проводят определение меры нестабильности (неустойчивости) КИГ по специальному алгоритму обработки, основанному на принципиальной структуре и информативности параметров сигналов рыб.
Действительно, исходя иэ того,что ритм сердца рыбы содержит всего две ЗО основные составляющие — низкочастотную нестационарную составляющую (тренд) и высокочастотную составляющую, близкую к белому шуму, алгоритм включает в себя фильтрацию тренда 35 при помощи, симметрично нерекурсивного десятичленного цифрового фильтра с частотой среза, выбираемой по резкому спаду спектральной функции для исходного сигнала в районе нуля и 40 принятой. равной 0,1 Гц с последующим определением меры осцилляции тренда, максимума спектральной плотности при использовании окна Тычки с точкой отсечения, равной 1/20, и ин- 45 декса напряжения, высокочастотной составляющей ритма сердца (КГИ).
Средневзвешенная по модулю вариаций указанных трех величин — относительного изменения меры осцилляции тренда КИГ, относительного изменения максимума спектральной плотности и относительного падения индекса напряжения для высокочастотной составляющей ритма сердца (КИГ) и характеризует собой меру нестабильности ритма сердца, по изменению которой производят контроль за токсичностью промьппленных сточных вод.
1 нп >S ЬМ 1
I + — — — +
3 1 Бр ь S>< Pq>
rpe $Uн
Ь (И
See
Us U„ h,8м = 8мп 8мр, tui - 89 3 UHq, пп и 8 мт1 индексы напряжения и максимумы спектральньгк плотностей высокочастотной составляющей ритма до воздей ствия (фоновые) и после воздействия соответственною меры осцилляции трендовой составляющей ритма сердца также до и после воздействия °
Как следует из табл. 1 мера неустойчивости КИГ ни у одной из 4 рыб в фоновой период не превышает 1007 °
Следует подчеркнуть, что у всех использованных в экспериментах рыб (27 шт.) мера неустойчивости КИГ прн отсутствии воздействия никогда, несмотря на индивидуальную изменчивость, не превьппала 1007., Если предположить, что фильтрация (удаление трендовой составляющей КИГ) не позволяет стабилизировать среднее значение RR-интервалов и его вариация достигает 25Х и погрешность Ам также достигает 25Х, а следовательУ1п но, погрешность . составит «+ 50K он что маловероятно, то и тогда максимальное отклонение меры нестабильности ритма сердца достигает только
88 (90X) и не превысит 1007. Таким образом, уровень в 100 является весьма надежным уровнем, ограничивающим изменение меры неустойчивости ритма сердца у рыб в фоновый период вне зависимости от их индивидуальной изменчивости.
Значения параметров временной организации КИГ используемой для биотестирования рыбы (Бп, S, pA) в фоновый период запоминают и используют в качестве эталонов нормы для определения 1t при воздействии на нее
Результаты измерений приведены в таб.1 и 2, где средневзвешенная по модулю (мера неустойчивости) выражена символом Т и вычисляется по форР муле
1573376
Тв бдица !
G„, мс
U„, 7/с Ь 0» — 8„, мс
0»
Яомср М,мс А»> 2
pbI6
+48, мс с !
-bS мс л, мс
ЬМ ° мс ЬА,X
+32437
-182 78
+49075
-27652
+ 5?Π†19
+920
-519
8316 "37 31, 3
-2495
6164 >087 3! 8
573 261 2R,7 †1!
78 +89 28
-53
0 ° 93 3 7
1 990 31
136
1268 12,15 12 62380
1583 7,8 13 94375
12,5
2 1075 26, 5 136
0,89 3,4
0,46 2,9
13,5
55,7
3 615 69
718 89
813,8 69
4,2 6768
10,5
0,311 2,04 473 131,6 2 !771
22,7!
0 промышленных сточных вод, разведенных в различных концентрациях.
Результаты оценки параметров временной организации КИГ и опреде5 ления на их основе It с соответствующими доверительными интервалами (6I) для каждой из тех же 4 рыб, что и в табл,1, но гри воздействии на них промстоками, разведенными в различных концентрациях: (К 0,02 мг/л;
0,01 мг/л; 0,005 мг/л) и различным временем экспозиции t, приведены в табл,2. В связи с тем, что доверительный интервал для максимума спектральной плотности SAR не превышает
250%, а для отношения двух подобных . величин (ЬЯ„/S„) не превышает его удвоенную величину (+100%) и последняя представляет максимальную из величин 20 доверительньгх интервалов для вариаций трех взвешенных величин, используемых при определении предлагаемого параметра It, то она и принята в качестве доверительного интервала для 23 него.
Из табл.2 видно, что It в первом и втором случаях немного превышает
100%. В третьем случае при концентрации промстоков 0,005 мг/л и =2 ч. 30 мера нестабильности ритма сердца не превышает 100%9 зато в четвертом случае при увеличении времени экспозиции на 0,5 ч она намного превышает
100%. Эти два последние примера приведены специально для того, чтобы показать эффект накопления интенсивности воздействия в зависимости от времени экспозиции и нарастающий (взрывной) характер отклонения от нормы. щ
П р и и е ч в н н е. Состояние водноЛ среды — фоновое.
Из табл. 1 и 2 следует, что при нахождении рыб в фоновых условиях (при отсутствии воздействия промстоков) мера неустойчивости КИГ не превышает 100%, а при воздействии на них промстоков во всех приведенных концентрациях разведения и временем экспозиции 2,5 ч она значительно превышает 100%. Следовательно, достоверное превышение меры неустойчивости ритма сердца (КИГ) 100Х надежно ин— дицирует отклонение от нормы, т.е. такс:гчностb промьшгленных сточных вод, Предлагаемое изобретение ведет к существенному облегчен!гю (простоте и ясности) интерпретации результатов и повышению надежности биотестирования. формула изобретения
Способ биотестирования токсичности сточных вод путем регистрации у рыб электрокардиограммы и измерения
RR-интервалов,отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности способа, формируют временной ряд КЕ-интервалов-кардиоинтервалограмму длительностью 800-1000
RR-интервалов, после чего определяют относительную меру осцилляции трендовой составляющей ритма сердца, относительные индексы напряжения и максимумы спектральных плотностей высокочастотной составляющей ритма сердца и рассчитывают средневзвешенную по модулю этих трех величин и при значении ее более 100Х определяют токсичность сточных вод.
Таблица 2
А»,2 G„,мс htt>»ñ ь л,Z ь х,мс
t — т — — —Воздействие лромыюлеииого стока! омер М>мс
ыб а
$,,мс
+ЬВк>
-68+ > мс
+ 61>
-ap
> мс
1 1950 7 9 322 1 44 2 2 2106
897740
975 11 271>4 1,02 1,9 1811 3,1
1463488
47,7
625 42 64>9 0 597 3 6 715
9439
8,5
895 24 353,7 0>5 2 2551
5>2
218914
Составитель О. Кононова
Редактор С. Патрушева . Техред Л. Сврд10кова Корректор M.Èàêñèìèøèíåö
Тираж S12
Заказ 1639
Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета,по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина, 101
К 0,1!2 Ml /è, 0>25 ч
К 0,01 мг/л>
t> "0 5 ч
К 0,05 мг/л, с>
К 0,005 мг/л, t> «2,5»
+466824
-263038
+76!0!4
-428802
+4909
-2766
+1!3835
-64142
2 14389 ч 107194 1630
-64316
62155 +31077 830
-1 8646
5tl +255
-t53
18623 +9311 В330
«5586
