Balıklarda Nitrit Zehirlenmesi (Toksisitesi)

Nitrit, azot döngüsünde yer alan ve bakteriyel nitrifikasyon/denitrifikasyon işlemlerinin önemli parçası olan bileşiklerden biridir. Özellikle yeni kurulmuş akvaryumlarda henüz tam olarak istenilen dengeye gelmemiş bakteri kültürü sonucunda nitrit birikmesi/patlaması yaşanabilir. Bu durum, balıklar için toksik bir etkiye neden olmaktadır ve nitrit zehirlenmesi (nitrit patlaması) olarak adlandırılır.

1.Akvaryumda Nitritin Varlığı

Sağlıklı bir akvaryumda nitrit seviyesi mikromolar seviyelerinin dahi altında olmalıdır (neredeyse hiç olmamalıdır). Yükselen nitrit konsantrasyonları çeşitli balık türleri için ciddi sorunlara neden olur. Bu nedenle nitritle başa çıkmak için gerek kimyasal gerekse de etkinlik yönünden çeşitli eylemler belirlenmiştir.
Bu yöntemler çoğunlukla; sudaki atık amonyağı suyu sirküle ederek temizleme üzerine kuruludur. Çünkü amonyağın tamamlanmamış oksidasyon süreci sonucunda nitrit tehlikeli miktarlarda birikebilir (yani oksijenin azlığında, nitrit nitrata okside olamaz). Bunun akabinde, nitrifikasyon sürecinin biyolojik filtrelerde yeni başlatıldığı zamanlarda, yani dengenin henüz sağlanmadığı ilk zamanlarda, nitrit konsantrasyonları 1 milimolar (50 mg/L) değerlerine ve hatta daha üzerine ulaşabilir. Bu da toplu balık ölümlerine neden olabilecek kadar yüksek bir değerdir.
Burada belirtmek gerekir ki, bazı balık türleri daha düşük seviyelerdeki nitritten ölümcül düzeyde etkilenirken, bazı türler daha yüksek seviyedeki nitritten ölümcül düzeyde etkilenir. Bu durumu farklı çeşit balıklara yuva olan akvaryumlarda nitritin yükseldiği sırada, öncelikle bir tür balıkların kaybını görerek anlayabilirsiniz. Ardından nitrit yükselmeye devam ettikçe, diğer türler de kayba uğramaya başlayacaktır. Bu nedenle derhal müdahale edilmesi gerekir.

2. Nitrifikasyon Sürecini ve Toksisitesini Etkileyen Faktörler

Nitrifikasyon sürecinde ve toksisitesi üzerinde etkili birçok parametre bulunmaktadır. Bunlar pH, sıcaklık, klorür, amonyak, çözünmüş oksijen miktarı, nitrite maruz kalma süresi, nitrifiye eden bakteri sayısı ve inhibe edici (engelleyici) bileşenlerin varlığıdır. İnhibe eden bileşiklere örnek olarak nitröz asit, NH3, metilen mavisi, antibiyotikler ve bazı organik bileşenler (aniline, dodecylamine, p-nitrobenzaldehyde) gösterilebilir.

2.1. Nitrite Maruz Kalma Süresi

Genellikle 24-48 saatlik nitrite maruz kalma sonucunda balıkta maksimum nitrit birikimi gerçekleşir. Daha kısa tabiriyle nitrit zehirlenmesi, bir günlük süreçte kendini belli eder.

2.2. Klorür

1977'den beri, nitrit toksisitesinin suyun tuzluluk oranına bağlı olduğu bilinmektedir. Tuzlu suda ölümlü bir zehirlenme geçirilmesi için gereken konsantrasyon, tatlı sulardakinden 50-100 kat daha fazladır. Yapılan çalışmalar, nitrit toksisitesi ve klorür konsantrasyonu arasında lineer bir ilişki olduğunu ortaya koymuştur. 2004 yılında yapılan, ölümcül konsantrasyon ve klorür konsantrasyonu arasındaki lineer ilişki Poecilia reticulata (lepistes) üzerinde de ayrıca gösterilmiştir. Görünen o ki klorürün LC50 (%50 oranında ölüme sebebiyet veren konsantrasyon) üzerindeki etkisi, ters bir şekilde ilişkilidir.  Nitrite en hassas türler, klorür eklenmesinden en az düzeyde fayda görürken bu fayda hassas balıklar için bile oldukça fazladır.

2.3. Diğer Anyonlar

Diğer anyonların da nitrit toksisitesini inhibe ettiği (engellediği) bilinmektedir. Kimyasal olarak klorüre benzeyen bromitin, nitritin varlığını dengelediği 1983 yılında gösterilmiştir. Nitrat ve bikarbonatın da belirlenebilir etkileri olduğu literatürde bildirilmiş, fakat klorür veya bromit kadar etkili olmadığı görülmüştür. Ayrıca divalent ve trivalent anyonların da (sülfat, fosfat ve borat gibi) çok düşük seviyede olsa da nitrit toksisitesi üzerinde etkisi bulunduğu 1986'dan beri bilinmektedir.

2.4. Katyonlar

Kalsiyum, magnezyum, sodyum ve potasyum belirli konsantrasyonlarda tatlı sularda bulunmaktadır. Özellikle bitkili akvaryumlarda bu katyonlar gübre amaçlı olarak suya verilmektedir. Nitrit toksisitesi üzerinde bir etkileri olması ihtimali sebebiyle ilgi konusudur, fakat yaptığı bağların farklılığı sebebiyle etkisinin klorürden farklı olacağı açıktır.
Kalsiyum klorürün, sodyum klorüre göre nitrit toksisitesinde daha etkili olduğu Morone saxatilis üzerinde 1991 yılında gösterilmiştir. Bunun yanında kedi balığı üzerinde 1983 yılında yapılan bir araştırma sodyum klorür ile kalsiyum klorürün eşit miktarda koruma sağladığını göstermiştir.

2.5. pH

Sudaki hidrojen iyonu konsantrasyonun nitrit toksisitesi üzerine etkisi hala tam olarak bilinmemektedir. Bu konuda literatüre yapılan katkılar genellikle anyonların katkısını asitlikten ayırt edilemediği veya canlının adaptif aralığı dışında kalan pH değerlerini incelediğinden net bir sonuca ulaşamamıştır. Özetle, pH'ın nitrit toksisitesi üzerindeki etkisi, normal pH aralığında etkisini pek hissettirmemektedir.

2.6. Oksijen ve Sıcaklık

Oksijen, nitrit toksisitesini etkilemektedir çünkü nitrit kanın oksijen taşıma kapasitesini düşürmektedir. Sıcaklık, oksijenin suda çözünme miktarına ve canlının dokusundaki oksijen ihtiyacına etki eden bir faktör olsa da 1976 yılında yapılan bir çalışma, göreli olarak dar bir sıcaklık aralığında (22-30°C), nitrit toksisitesi ve sıcaklık arasında bir ilişki ortaya koyamamıştır. Bunun yanında 1984 yılında kedi balığı üzerinde yapılan bir çalışmada 10°C'de tutulan balıklara göre 30° de tutulan balıkların iki kat daha fazla methaemoglobine sahip olduğu görülmüştür. Aynı zamanda 1984 yılında yapılan çalışmada 30°C'de tutulan balıkların nitrit eksikliğinde, normal hemoglobin seviyelerine daha hızlı döndüğü tespit edilmiştir.
Buradan çıkarılabilecek sonuç, nitrit olduğu düşünülen balıklı akvaryumun, balıkların sağlığını ihmal etmeyecek düzeyde soğuk kalmasının; balıkların nitritsiz suya aktarıldığında ise olabildiğince yüksek sıcaklıkta olmasının nitrit toksisitesinden en az etkilenmeye neden olacağıdır.

2.7. Diğer etkiler

Tüm bunların yanında balıkların türleri, yaşları ve büyüklüklerinin de nitrit toksisitesi üzerinde etkisi olduğu bilinmektedir.

3. Nitrit Alımı ve Toksisite Mekanizması

Tatlı su balıkları ve kabuklu canlılar çevrelerine hiperosmotiktirler. Üre ve solungaçlarındaki pasif akış yoluyla kaybettikleri iyonları tolere etmek adına, aktif olarak solungaçlarından iyon alırlar. Gerekli iyonları beslenme yoluyla alabilirseler de birçok balık solungaçlarındaki klorür hücreleri sayesinde aktif olarak iyonları biriktirebilir. Tatlı suda bu hücreler, amonyak veya hidrojeni eşit sayıdaki sodyum iyonuyla değiştirebilirler. Bu sırada bikarbonat iyonlarını vererek eşit sayıda klorür iyonlarıyla takas ederler.
Tatlı su canlıları için nitritin çıkardığı en büyük problem, nitritin (NO₂^-) solungaçlı Cl^- alım mekanizmasında yüksek birleşme eğilimine sahip olmasıdır. Yani suda NO₂^- varlığında, Cl^- yerine NO₂^- alınır. Bu durum yüksek Cl^- alma oranına sahip türlerin (örn. gökkuşağı alabalık) nitrite daha duyarlı olduğunu göstermektedir. Yani akvaryumunuzdaki nitrit yükselmesinden ilk etkilenen tür, solungaçlarından yüksek Cl^- alımı yapan türlerden olacaktır.
Kan plazmasındaki nitrit miktarı, canlıyı çevreleyen ortamdaki konsantrasyondan 60 kata kadar daha fazla olabilir. Fakat nitrit sadece kan plazmasında bulunmaz, aynı zamanda solungaçlar, beyin ve kas gibi diğer dokularda da birikir.
Tüm buna rağmen kan, nitritin birincil hedefi olarak görünmektedir. Plazma içerisinde nitrit difüzyona uğrayarak kırmızı kan hücrelerine karışır. Burada hemoglobindeki demiri okside ederek +3 oksidasyon durumuna geçirir. Bu şekilde değişime uğrayan hemoglobine methaemoglobin veya ferrihaemoglobin denir. Ne yazık ki methaemoglobin oksijen bağlama kapasitesine sahip değildir.
Bu nedenle nitrit zehirlenmesi geçiren balıklar, oksijen yoksunluğu ile benzer semptomlar gösterir. Çünkü nitrit sebebiyle artık kanları oksijen bağlayamaz hale gelir. Bu durumda suya bolca oksijen vermek, balıkları bir nebze de olsa rahatlatabilir. Eğer balıklar aktif bir durumda değilse, onları aktif olmaya zorlamak anoksi (oksijen yetersizliği) sebebiyle ölümlerine neden olabilir. Aynı zamanda methaemoglobin miktarı yüksek olan balıkları kanları kahverengi bir hal alır.

4. Detoksifikasyon Sürecinin Mekanizması

Balıkların kırmızı kan hücreleri, methaemoglobini hemoglobine çeviren methaemoglobin redüktaz enzimini barındırır. Bu süreç sabit bir şekilde sürekli olarak gerçekleşir ve eğer balık nitrit içermeyen bir ortama alınırsa normal hemoglobin miktarına 24-72 saat arasında dönebilir. Bu nedenle nitrite maruz kalmış balıklarınızı nitrit içermeyen bir suya alsanız dahi bir süre daha zehirlenmenin etkileri sürecektir. Bundan dolayı, en kısa sürede müdahale etmek önemlidir.
Ayrıca balıklar, nitriti okside ederek daha az toksik olan nitrata dönüştürme kapasitesine de sahiptir. Hayvanlarda birçok sistemin nitritten nitrat ürettiği bilinmektedir. En çok bilinenleri hemoglobin, katalaz ve sitokrom oksidazdır. Detoksifikasyon sürecinin bir kısmı karaciğerde gerçekleşir. Ayrıca eritrositlerin de nitriti nitrata çevirme kapasitesine dikkat çeken çalışmalar olmuştur.

5. Nitritin Fizyolojik Etkileri

Nitritin birçok fizyolojik etkisi bulunmaktadır. En önemlisi, yukarıda da bahsettiğimiz üzere hemoglobinin methaemoglobine dönüşerek balığı oksijensiz bırakmasıdır. Fakat ilginç bir şekilde, nitrite maruz kalan balıklarda hem düşük hem de yüksek konsantrasyonlarda ölümcül etki gözlenmiştir. Bu da nitritin toksisitesinin başka etkiler sebebiyle de gerçekleştiğine işaret etmektedir. Methaemoglobinomi bunlardan yalnızca bir tanesidir.
Örneğin nitrit kritik bir biçimde potasyum dengesini etkilemektedir. Ekstrasellüler (hücre dışı) K⁺ artışı, kırmızı kan hücrelerinde ve iskelet kaslarında K⁺ kaybına sebep olmaktadır. Hücre dışı K⁺ artışı istenmeyen bir durumdur çünkü kalp yetmezliğine neden olarak balığın ölümüne sebebiyet verebilir.

6. Nitrifikasyonun Kimyası

Nitrifikasyon süreci/döngüsü aşağıdaki şekillerde işler. Okunma kolaylığı açısından: NH₄⁺ amonyum, NH₃ amonyak, NO₂^- nitrit ve NO₃^- de nitrattır.
Öncelikle amonyum; nitrit, hidrojen iyonu ve suya dönüşür.
2NH₄⁺ + 3O₂ ---> 2NO₂^- + 4H⁺ + 2H₂O (bu süreç Nitrosomonas ve Comammox bakterileri tarafından gerçekleştirilir)
Ortaya çıkan nitrit aşağıdaki şekilde nitrata dönüşür.
2NO₂^- + O₂ ---> 2NO₃^- (bu süreç Nitrobacter, Nitrospira ve Comammox bakterileri tarafından gerçekleştirilir).
Ya da aşağıdaki gibi bir süreç gerçekleşir.
NH₃ + O₂ ---> NO₂^- + 3H⁺ + 2e^-
NO₂^- + H₂O ---> NO₃^- + 2H⁺ + 2e^-
Nitrosomonas europaea için oksidasyonun ilk basamağı (amonyağın hidroksilamine dönüşümü) amonyak monooksijenaz (AMO) enzimi tarafından gerçekleştirilir.
NH₃ + O₂ + 2H₊ ---> NH₂OH + H₂O
İkinci basamak (hidroksilaminden nitrite) aşama aşama iki farklı enzim tarafından yürütülür. Hidroksilamin oksidoredüktaz (HAO), hidroksilamini nitrik okside çevirir.
NH₂OH ---> NO + 3H⁺ + 3e^-
Hala tam olarak bilinmeyen bir enzim ise nitrik oksiti nitrite çevirir.
Üçüncü basamak (nitritin nitrata dönüşümü) ise farklı bir organizma tarafından tamamlanır.
Dipnot: Bu yazı 2005 yılında yayınlanan bir makaleden derlenerek ve çevrilerek hazırlanmıştır. Dolayısıyla bilinmeyen bazı bilgilerin günümüzde biliniyor olması söz konusu olabilir.
Ögetay Kayalı
Referanslar
1. Kocour Kroupova, Hana & Máchová, Jana & SVOBODOVA, Z. (2005). Nitrite influence on fish: A review. Veterinarni Medicina. 50. 10.17221/5650-VETMED.