Загрязнения пестицидами

Пестициды – средства защиты растений и борьбы с вредителями, стали наиболее распространенными химическими загрязнителями окружающей среды. К пестицидам относятся более чем 1000 представителей самых разных классов химических соединений, таких как карбаматы, тиокарбаматы, дипиридилы, триазины, феноксиацетаты, кумарины, нитрофенолы, пиразолы, пиретроиды, а также органические соединения, содержащие хлор, фосфор, олово, ртуть, мышьяк, медь и т.д. Производство и употребление пестицидов, количество которых измеряется десятками миллионов тонн в год, тесно связано с сельским хозяйством.

В зависимости от назначения, химической природы и патогенных свойств разработано несколько классификаций пестицидов: гигиеническая, химическая или производственная, а также по способу поступления в организм вредителя и в зависимости от объекта воздействия.

По типу действия пестициды обычно делят на следующие группы:

- альгициды – средства против водорослей, применяются для санитарного контроля озер, каналов, плавательных бассейнов, водных резервуаров и т.д.;

- акарициды – применяются против клещей;

- антизарастающие агенты – для предотвращения зарастания разными водными организмами подводных поверхностей лодок и судов;

- атрактанты – средства для приманивания паразитов, насекомых и грызунов в специальные ловушки;

- бактерициды, биоциды, дезинфектанты и санитазеры – используются для уничтожения микроорганизмов, в частности для защиты от бактериальных заболеваний;

- гербициды – для уничтожения сорной и ядовитой растительности;

- десиканты – химикаты, способствующие осушиванию корней нежелательных растений;

- дефолианты – для ускорения опадания листьев, обычно применяются для облегчения сбора урожая;

- инсектициды – для уничтожения вредных насекомых и других членистоногих;

- моллюскициды – для защиты подводных поверхностей от улиток;

- нематоциды – применяются с целью защиты от вредных нематод, круглых червей;

- овициды – употребляются для уничтожения яиц насекомых и червей;

- репелленты – средства, отпугивающие вредителей, включая насекомых (таких как москиты) и птиц;

- родентициды – средства для борьбы с грызунами;

- регуляторы роста растений – преднамеренно изменяющие скорость роста, цветения и репродуктивность растений;

- феромоны – средства против размножения насекомых;

- фумиганты – препараты для уничтожения вредителей в зданиях и/или почве;

- фунгициды – средства для защиты от грибковых заболеваний и плесени.

Гигиеническая классификация пестицидов производится по основным параметрам вредности: степени токсичности при введении в желудок (DL₅₀, мг/кг); кожно-резорбтивной токсичности (DL₅₀, мг/кг), кожно-оральному коэффициенту (КОК); кумуляции; степени летучести (хроническое воздействие); стойкости (период полураспада); бластомогенности, тератогенности; эмбриотоксичности; аллергическим свойствам.

С гигиенической позиции принята следующая классификация пестицидов:

1. По токсичности при однократном поступлении в организм через желудочно-кишечный тракт пестициды делятся на:

- сильнодействующие ядовитые вещества – DL₅₀ до 50 мг/кг;

- высокотоксичные – DL₅₀ 50–200 мг/кг;

- среднетоксичные – DL₅₀ 200–1000 мг/кг;

- малотоксичные – DL₅₀ более 1000 мг/кг;

где DL₅₀ – доза, вызывающая гибель 50% подопытных животных.

2. По кумулятивным свойствам – на вещества, обладающие:

- сверхкумуляцией – коэффициент кумуляции меньше 1;

- выраженной кумуляцией – 1–3;

- умеренной кумуляцией – 3–5;

- слабовыраженной кумуляцией – более 5;

где коэффициент кумуляции – отношение суммарной дозы препарата при многократном введении к дозе, вызывающей гибель животных при однократном введении.

3. По стойкости:

- очень стойкие – время разложения на нетоксичные компоненты свыше 2 лет;

- стойкие – 0,5–1 год;

- умеренно стойкие – 1–6 месяцев;

- малостойкие – 1 месяц.

По способу получения и химической структуре различают: хлорорганические (ХОС); фосфорорганические (ФОС); ртутьорганические; мышьяксодержащие; производные мочевины; цианистые соединения; производные карбаминовой, тио- и дитиокарбаминовой кислот; препараты меди; производные фенола, серы и ее соединений, производные уксусной и масляной кислот; неорганические гербициды, алкалоиды и другие пестициды.

По способу поступления в организм вредителя пестициды принято подразделять на кишечные, контактные, фумигантные и системные.

Разнообразными пестицидами загрязнены почвы сельскохозяйственных плантаций, грунтовые воды, водоемы и т.д. Токсичная часть молекул пестицидов, составляющая основу их действия, или входящие в состав пестицидов в виде минорных составных частей или даже примесей токсичные компоненты часто попадают в пищевую цепь и вызывают разных заболевания. Хронические отравления пестицидами связаны с длительным поступлением в организм препаратов в количествах, не превышающих ПДК. Хронические отравления могут вызывать только те вещества, которые обладают способностью к кумуляции.

ГХЦ, полихлопинен, алдрин, эфирсульфонат и другие хлорорганические соединения – одни из первых пестицидов, нашедших широкое применение в сельскохозяйственном производстве. Некоторые из хлорорганических пестицидов (ХОП) были известны давно, однако их пестицидные свойства выявлены лишь в 40-х годах. Таковы нексахлорциклогексан, ДДТ и гексахлорбензол. С конца 40-х годов прошлого века началось производство пестицидов так называемой дриновой группы, являющихся полихлорированными циклодиенами или их производными (алдрин, гептахлор, хлорден, изоэдрин). К числу пестицидов относятся и полихлорированные бифенилы (ПХБ).

ХОП используются в борьбе с вредителями зерновых, зернобобовых, технических культур, виноградников, овощных и полевых культур, в лесном хозяйстве, ветеринарии и даже в медицинской практике. Отличительная их особенность – стойкость к воздействию факторов внешней среды. В пресноводных вододоемах ХОП быстро накапливаются в микроводорослях. От 50 до 80% примеси ДДТ в воде сорбируется водорослью хлорелла менее чем за одну минуту. В наибольших количествах полихлорированные экотоксиканты регистрируются в организмах высших уровней водных экосистем, жировых тканях хищных рыб и питающихся ими птиц и животных.

Способность атома хлора к нуклеофильному замещению объясняет их высокую биологическую активность. Будучи малополярными органическими веществами, хлорорганические пестициды обладают кумулятивным токсическим эффектом – накапливаются в жировых тканях. Другое характерное свойство хлорорганической группы веществ – способность накапливаться в головном и спинном мозге, печени, почках, тонком кишечнике, в селезенке, скелетных мышцах, генеративных органах. ХОП в организме превращаются в свои метаболиты, например, ДДТ превращается в ДДД, ДДЭ и др. Выделяются они с молоком коров и овец в течение 14–15 дней, а полностью выводятся из организма в течение 180–240 дней.

Гербициды оказывают на организм человека физиологическое действие, отличающееся от их действия на растения. Так, 2,4-Д и 2,4,5-Т обладают гербицидными свойствами в меньшей степени, чем сопутствующий в качестве примеси 2,3,7,8-тетрахлордиоксидибензо­диоксин (ТХДД), обладающий высокой токсичностью. Токсичность этого вещества в 500 000 раз выше, чем токсичность самого герби­цида, и если его содержание в гербициде составляет даже 0,005 мг/кг, эту концентрацию нельзя считать безвредной. ТХДД в природных средах отличается исключительной устойчивостью.

Инсектициды на основе хлорорганических соединений (например, хлордан, диелдрин, линдан, ДДТ) довольно легко проникают в организм человека через пищеварительный тракт или кожу, если они применялись в растворенном виде. При этом мембраны нервных клеток располагаются так, что сохраняется проницаемость для осмотического переноса потока ионов натрия. Нарушенный действием пестицидов потенциал покоя после возбуждения либо совсем не возвращается к исходному значению, либо снижается лишь частично. Таким образом, хлорорганические соединения изменяют возбудимость нервных клеток. Сначала при этом повреждаются нервные пути, а затем при более высоких концентрациях и сенсорные нейроны. Хлордан и диелдрин являются соединениями с ярко выраженным канцерогенным характером действия.

ДДТ относится к числу чрезвычайно активных препаратов с инсектицидным действием. Это соединение впервые было синтезировано в 1874 г., а с 1930 г., когда были установлены его инсектицидные свойства, началось его интенсивное применение против возбудителя малярии – комара анофелеса. Хорошая растворимость данного препарата в жирах определила внедрение этого инсектицида в цепь питания, причем количество ДДТ в последних звеньях питательной цепи почти в миллион раз превышает его содержание в обычных естественных условиях.

ДДТ хорошо сорбируется глинами, а также накапливается в перегное с сосновыми иглами, где этот инсектицид растворяется в восковом веществе сосновой хвои. В обычных условиях ДДТ распадается медленно и не полностью. В аэробных условиях продуктами распада являются производные дихлорэтилена, менее токсичные, чем сам ДДТ. В анаэробных условиях образуются производные дихлорэтана, легко трансформирующиеся в производные уксусной кислоты.

Это вещество оказывает крайне отрицательное воздействие на экосистему, уничтожая многие организмы. ДДТ представляет собой типичный контактный яд, быстро проникающий через кожу. Он нарушает нормальный цикл в мембранах нервных клеток, так как понижает чувствительность Na⁺-насоса, поэтому после пробуждения нервных сигналов не происходит восстановление нормального потенциала покоя. Попадание в организм большого количества ДДТ вызывает паралич конечностей.

Большинство ХОП относится к среднетоксичным соединениям. Только некоторые из них (алдрин, дилдрин) принадлежат к сильнодействующим и очень опасным по своей летучести веществам. ХОС могут вызвать острые и хронические отравления с поражением печени, и центральной нервной системы и других жизненно важных органов и систем.

Увеличение размаха изменчивости привело к росту числа устойчивых (резистентных) к действию ХОП видов насекомых-вредителей. Таким образом, ХОП, выступая как мощный фактор антропогенного воздействия, катастрофически влияют на многие экосистемы. Особенно неблагоприятные последствия их использования проявляются в агроценозах, приводя к сокращению и без того бедного видового состава данных искусственных экосистем.

В настоящее время принимаются меры к замене соединений более безопасными. Применение сильнодействующих препаратов, таких как алдрин, дилдрин, в сельском хозяйстве запрещено.

В последнее время получены химические соединения этой группы, обладающие инсектицидной активностью, легко разлагающиеся в окружающей среде до нетоксичных продуктов. Из хлорорганических инсектицидов в нашей стране сегодня находят широкое применение полихлоркамфен, гексахлоран, гамма-изомер, ГХЦГ-тиодан, дилор.

В растениеводстве и животноводстве применяется более 25 фосфорорганических соединений (ФОС), которые подразделяются на препараты контактного действия, вызывающие быструю гибель насекомых и клещей в момент контакта с ними, и препараты системного действия, всасывающиеся через листья и корневую системы и длительно циркулирующие вместе с соками растений, которые становятся токсичными для сосущих и грызущих насекомых в течение до 2 месяцев без вредного влияния на сами растения.

Органо-фосфатные пестициды, такие как эфиры фосфорной и тиофософрной кислот (например, инсектициды – алкилфосфаты, паратион и др.), а также карбаматы (например, гербидицы – барбан, бетанал; фунгицид – манеб и др.), действуют на нервную систему, блокируя ферменты, регулирующие активность нейротрансмитера – ацетилхолина.

К примеру, алкилфосфаты (триэтилфосфат) являются сильными ингибиторами ацетилхолинэстеразы. Это влияет на передачу сигнала к нервным окончаниям с ацетилхолин-рецептором. Снижение активности фермента приводит к накоплению ацетилхолина, что, в свою очередь, в зависимости от дозы этого метаболита вызывает появление признаков таких болезней, как слюнотечение, отек легких, колики, понос, тошнота, ухудшение зрения, увеличение кровяного давления, мышечные спазмы и судороги, нарушение речи, паралич дыхательных путей и др. Подобную клиническую картину могут дать фосфаты и карбаматы при попадании в организм в больших количествах.

Фосфорорганические пестициды (ФОП) в организме животных накапливаются преимущественно в головном и спинном мозге, в легких, сердце, печени, почках, селезенке, скелетных мышцах, превращаясь в свои метаболиты. Под влиянием окислительных процессов тиофос превращается в фосфакол, карбофос в имидоксон, диазинон в диазоксон, антио в фосфамид, метилнитрофос в паранитрокрезол, при этом по степени токсичности метаболиты более опасны, чем основное вещество. При частичном дехлорировании хлорофос превращается в ДДВФ, азунтол в потазан. Эти вещества выделяются с мочой и фекалиями в течение 7–30 дней.

Ртутьорганические пестициды (гранозан, меркуран, агронал, фализан и др.) накапливаются во всех жизненно важных органах, в том числе в головном мозге, причем больше всего в мозжечке, печени, почках, мышцах и др. Выделяются из организма дольше года. Они относятся к сильнодействующим ядовитым высокотоксичным веществам, обладают выраженной кумуляцией и стойкостью. Действующим началом большинства ртутьорганических препаратов являются этилмерхлорид и этилмеркурофосфат. При несоблюдении мер личной защиты эти препараты могут стать причиной пищевых отравлений. В организме ртутьорганические препараты быстро проникают во все органы и ткани (особенно богатые липидами). При остром отравлении этими соединениями отмечаются расстройства со стороны сердечно-сосудистой системы, изменения в печени, желудке, костном мозге, периферической крови и т.д.

В последнее время ртутные протравители семян заменяют на комбинированные, менее опасные препараты на основе фунгицидов и бактерицидов.

Пестициды используются в разных препаративных формах, чаще в виде дустов, гранулированных препаратов, суспензий, эмульсий, аэрозолей, фумигантов.

Способы применения пестицидов зависят от препаративной формы и назначения (обработка семенного материала, опрыскивание, опыление, обработка гранулированными препаратами). Тактика применения пестицидов обоснована особенностями биологии вредителей, возбудителей болезней и сорняков.

При применении пестицидов большое значение имеет правильный выбор нормы расхода препарата. Она определяется по действующему веществу и не должна превышать норму, предусмотренную «Списком химических и биологических средств борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками, разрешенных для применения в сельском хозяйстве».

Для всех разрешенных к применению пестицидов установлены ПДК. Принципиальные подходы к гигиеническому нормированию являются общими для всех химических веществ в воздухе рабочей зоны, воде и почве, в том числе и для пестицидов. Чрезвычайно важное звено в общей системе мероприятий по профилактике вредного влияния на здоровье человека – установление максимально допустимых уровней (МДУ) в продуктах питания.

В качестве норматива МДУ в продуктах питания принимается такое их количество, которое, поступая в организм человека ежедневно, не наносит никакого ущерба его здоровью. Нормы МДУ для каждого пестицида устанавливаются отдельно. Некоторые пестициды совсем не должны присутствовать в продуктах (алдрин, гептахлор и др.). Не допускается присутствие многих пестицидов (байтекс, гемма-изомер, ГХЦГ, гексахлоран и др.) в молоке, мясе, масле, яйцах.