Возможные последствия воздействия химических продуктов на экосистемы (последствия приводятся по степени убывания их опасности)

В итоге можно сказать, что экотоксикология – наука, занимающаяся исследованием влияния антропогенных химических веществ на биологические объекты окружающей среды. Влияние на человека происходит косвенно через ухудшение жизненных условий из-за вредных воздействий на окружающую среду.

Если под экотоксикологией понимать одно из направлений исследования экосистем, то ее важнейшими частями должны быть проблемы сохранения (при работе с ненарушенными экосистемами) и восстановления (для уже пострадавших систем). Обе эти цели могут быть достигнуты лишь на пути функционального моделирования. Для того чтобы создать функциональную экотоксикологическую модель, необходимо составить логическую последовательность испытаний.

Основные практические результаты в экотоксикологии получаются в настоящее время в ходе эмпирических исследований в реальных полевых и лабораторных условиях.

Среди мероприятий по стабилизации и дальнейшему улучшению экологической обстановки в России особое место должно отводиться формированию системы экологического мониторинга, основной задачей которого являются информационное обеспечение и поддержка процедур принятия решений в области природоохранной деятельности и экологической безопасности. При этом необходимо учесть, что формирование любой системы экологического мониторинга невозможно без детального изучения самих основ экотоксикологии, основной целью которой является как раз разработка теоретических основ и основополагающих концепций взаимодействия природных экосистем и производственной деятельности человека.

При этом неверно ограничивать задачи экологической токсикологии только изучением потоков техногенных веществ, поскольку в настоящее время имеются достоверные результаты по содержанию токсикантов в отдельных компонентах биоты. Оценка же значимости этих явлений для судьбы популяций и экосистем является важнейшей задачей экологической токсикологии.

СЛОВАРЬ

Данный сборник включает в себя основные термины и понятия по основам экотоксикологии, и, следовательно, основное его предназначение – закрепление теоретического материала как по курсу лекций, так и по лабораторному практикуму. Для усиления этой задачи после словаря приводятся некоторые ответы на наиболее распространенные вопросы данной дисциплины. В целях проверки остаточных знаний и проведения самоконтроля приводятся вопросы и тестовые задания.

А

Адаптация – в широком смысле – приспособление строения и функций организма к изменившимся условиям существования от кратковременных ответных реакций до генетических изменений, закрепленных ответственным отбором.

Автотрофы – организмы, создающие органическое вещество из углекислого газа, воды и минеральных солей в результате фотосинтеза или хемосинтеза.

Амигдалин. Представляет собой цианогликозид, содержится в семядолях плодовых многих розоцветных, имеет горький вкус, при его распаде образуется синильная кислота с характерным запахом «горького миндаля». Содержание амигдалина (в %) в семенах горького миндаля 2,5–3,5, в косточках персика 2–3, абрикоса и сливы 1–1,8, вишни 0,8. Кроме того, амигдалин присутствует в плодах черемухи и лавровишни (есть еще и в листьях), яблони, рябины и др. Тяжелое отравление может иногда наступить после употребления в пищу 1–3 десятков косточек абрикоса (урюка), содержащих до 1 г амигдалина. Из косточек вишни амигдалин может переходить в пищевые продукты (компоты, варенье, настойки), хранящиеся более одного года. Известны случаи отравления скота жмыхом горького миндаля. Из дикого миндаля (в который в качестве подвида входит и горький миндаль) выведены культурные сорта сладкого миндаля – практически без амигдалина, со съедобными ядрами, применяющимися в кондитерской промышленности.

Антропическое (от греч. antropos – человек) воздей­ствие –непосредственное влияние человечества на процессы в окружающем его мире, сопровождается уменьшением популяций различных видов, приводит к на­рушению равновесия между отдельными популяциями и загрязнению окружающей природной среды.

Антропогенное воздействие – сумма прямых и опосредованных влияний человека на окружающую природную среду (от греч. antropos – человек, genes – происхождение) воз­действием.

Адгезия – способность некотрых токсикантов осаждаться на мелких частицах, например, пыли, и прилипать к ней, усиливая опасность загрязнения.

Аддитивное воздействие – совокупное воздействие нескольких загрязнителей (хи­мических, физических) (пример – загрязнение атмосферного воздуха от теплоэлектроцентралей усугубляется шумом энергетичес­ких установок, электромагнитными и ионизирующими из­лучениями).

Адсорбция – поглощение вещества из жидкой или газовой смеси поверхностью адсорбента.

Аммиак. При сильном загрязнении воды мочой и навозной жижей в ней оказывается большое количество мочевины. Бактерии в сточных водах под действием ферментов выделяют аммиак:

уреаза

(NH₄)₂CO+2 H₂O ® H₂CO₃+NH₃

Литр навозной жижи может дать до 4,5 г аммиака, который может выделиться в определенных условиях. При температуре 25⁰С и рН 11 равновесие сильно сдвигается в сторону выделения аммиака. Такие условия создаются в летнее время в стоячих водах прудов. При вдыхании аммиака, а также при питье его раствора в воде, аммиак быстро усваивается организмом. При растворении в крови аммиак быстро создает щелочную среду и растворяет белки, нанося организму этим непоправимый вред. При попадании аммиака в пруды он может вызвать массовую гибель живых организмов.

Аридный – относящийся к районам низкого увлажнения, засушливый.

Ассимиляты (фотосинтаты) – первичные органические вещества, образующиеся в хлоропластах при фотосинтезе.

Ассимиляция (анаболизм) – превращение организмом веществ, поступающих извне, в соединения, тождественные обычным составным веществам данного организма. Иногда ассимиляцией называют процесс фотосинтетического усвоения углекислоты.

Атмосферная пыль. В атмосфере постоянно присутствует пыль различного происхождения и химического состава. При неполном сгорании топлива образуется сажа, представляющая собой высокодисперсный нетоксичный порошок, на 90–95% состоящий из частиц углерода. Сажа обладает большой адсорбционной способностью по отношению к тяжелым углеводородам, в том числе и к бенз(а)пирену, что делает сажу весьма опасной для человека. Источником атмосферной пыли является зола, образующаяся при сгорании топлива. Особую опасность представляют токсические тонкодисперсные пыли с размером частиц 0,5–10 мкм, которые легко проникают в органы дыхания. Вот некоторые характерные размеры частиц (мкм) некоторых видов твердых и жидких примесей атмосферы: масляный туман – 0,03–1,0; промышленный дым – меньше 1,0; промышленная пыль – 0,01–4000; возгоны – 1–5.

Б

Б.Д. – биллионная доля.

Бенз(а)пирен. При копчении и поджаривании мяса оно постоянно находится в дыме над продуктами сгорания, что придает пище своеобразный аромат. Устойчивость мяса после копчения обусловливается присутствием веществ фенольного характера. При копчении образуются и полициклические углеводороды, оседающие вместе с дымом на мясе. При холодном копчении в дыме содержание бенз(а)пирена всегда ниже, чем при горячем копчении (60–120⁰С), его среднее содержание в копченостях 2–8 мкг/кг. При поджаривании бенз(а)пирены образуются из перегретых жиров. Если подобрать оптимальное расстояние от нагревателя или вести холодное копчение при температурах 12–14⁰С, то можно свести содержание БП в мясных копченостях до минимума. При попадании в организм полициклические ароматические углеводороды, в частности бенз(а)пирен, под действием ферментов образуют эпоксисоединение, реагирующее с гуанином, что препятствует синтезу ДНК, вызывая нарушения или приводит к возникновению мутаций, несомненно способствующих развитию раковых заболеваний.

Биоконцентрирование – это накопление веществ внешней поверхностью тела и органами дыхания, исключая желудочно – кишечный тракт.

Биомагнификация – накопление веществ в организме прямым путем питания.

Биомасса – общая масса живого вещества популяций растения, микроорганизмов и (или) животного.

Биота – исторически сложившийся комплекс живых организмов, обитающих на данной территории; совокупности организмов, населяющих произвольно выбранный регион, вне зависимости от их функциональной или исторической связи между собой (флора и фауна – все организмы).

Биотическое загрязнение– распространение определенных, как правило, нежелательных, с точки зрения людей, биогенных веществ (выделений, мертвых тел и т. д.) на территории или акватории, где их раньше не было.

Биотоп – часть экосистемы; относительно однородная абиотической среде территория, занятая сходными биоценозами.

Брожение – ферментативное разложение органических веществ на более простые соединения, вызываемое бактериозом; различают обычно по конечному продукту – спиртовое, уксусное, молочно-кислое и т.д.

Бром. Свободный бром при нормальных условиях – тяжелая темная жидкость с резким запахом; ядовит. При содержании брома в воздухе около 0,001% наблюдается раздражение слизистых оболочек, головокружение, кровотечение из носа, слезоточение, кашель. Содержание брома в воздухе около 0,02% приводит к удушью, спазмам и заболеванию дыхательных путей. Допустимая концентрация паров брома в воздухе – 0,002 мг/л. Попадание жидкого брома на кожу вызывает зуд, а при длительном действии образуются медленно заживающие язвы. При легком отравлении парами брома необходимо вдыхание аммиака. В тяжелых случаях больного помещают в теплое помещение и дают вдыхать кислород. Кожа, обожженная бромом, промывается многократно водой и раствором соды, смазывается мазью, содержащей бикарбонат натрия.

Бром находит широкое применение: это исходный материал для получения различных бромистых солей и органических бром производных; используется при производстве бромистого этила и дибромэтана; некоторые органические производные (бромалин, ксероформ, бромистая камфара) находят широкое применение в медицине.

В

Величина токсичности (Т) – рассчитывается применительно к сильным ядам, действующим ингаляционно и определяется по модифицированной формуле Габера

T =

где C – концентрация, мг/л; t – экспозиция, время воздействия, мин; V – объем легочной вентиляции, л; g – масса тела, кг.

Вредное воздействие, наносимое соответствующей системе:

а) явственные изменения обычных колебаний численности популяции;

б) долгосрочные или необратимые изменения состояния экосистемы.

Временной фактор –скорость поступления яда в организм и скорость его выведения из организма, отрающие связь между временем действия яда и его токсическим эффектом.

Вторичные загрязнители атмосферы – озон О₃; в присутствии углеводородов и оксидов азо­та и под действием солнечного света от 50 до 200 мг/м³.

Высшие спирты. В то время как пропиловые спирты, в общем, безвредны для человека, амиловые спирты (пентанолы) вызывают головную боль и угнетающе воздействуют на нервную систему в меньших концентрациях, чем этанол. Наряду с состоянием возбуждения и бессонницей могут наблюдаться цветные галлюцинации. Амиловые спирты могут удаляться из организма только через 15–30 часов. При выдержке вин в них образуются амилвалерианат, амилацетат, амилбутират, различные альдегиды и сложные эфиры валерьяновой кислоты, которые не только придают винам аромат, но и усиливают их последствие, выражающееся в головокружении, приливе крови к голове и сердцебиении. Амиловые спирты в больших количествах (до 50 мг на 100 мл) содержатся в коньяках, наливках и других высокоароматизированных алкогольных напитках. Концентрация этанола в крови 1,4 промилле соответствует острому отравлению, 4–5 промилле приводит к летальному исходу. Особенная сложность при алкогольных отравлениях приводит к тому, что этот токсин не выделяется из организма, а метаболизируется. Если, несмотря на систематическое употребление алкоголя, печень незначительно затронута циррозом, то при отказе от алкоголя может произойти регенерация ее функций.

Выщелачивание – извлечение вещества из твердого тела водой.

Г

Гетеротрофы – организмы, синтезирующие необходимые вещества за счет готовых органических соединений; гетеротрофные органы – корни, зародыши, незеленые типы листьев, не способные к фотосинтезу.

Гидролиз. Гидролиз ядов в организме может идти как химическим, так и энзиматическим путем с выходом таких продуктов, как амины, двуокись углерода, спирты или фенолы. Гидролитическое расщепление характерно, к примеру, для пестицидов из группы амидов (пропанид), эфиров различных кислот (эфиры 2,4-Д и 2М-4Х), алкилкарбаматов (севин) и др. При гидролизе липофильные вещества превращаются в гидрофильные, что меняет поведение ядов в организме. Продукты этой реакции слабо проникают через мембраны к жизненно важным центрам и быстрее выводятся из организма.

Глобальное загрязнение (фоново-биосферным) – обнаруживается в любой точке планеты да­леко от его источников (например, ДДТ обнаружен в яй­цах пингвинов в Антарктиде).

Гомеостаз –устойчивое равновесное состояние, которое стремится занять кибернетическая саморегулируемая система.

Гумидный – относящийся к районам высокого увлажнения; гумидные области – влажные области, где количество осадков, выпадающих за год, больше количества воды, которая может за этот период испариться и впитаться в грунт.

Д

Деградация, разложение – образование в сравнении с исходным соединением более простых по структуре продуктов превращения.

Детоксикация – образование из исходного соединения менее токсичных или нетоксичных продуктов превращения.

Детрит – растительные остатки, подвергающиеся разложению; незатвердевшие отложения, состоящие как из неорганического, так и из отмершего, полуразложившегося органического вещества.

Диоксид азота – газ желто-коричневого цвета, особенно сильно раздражающий слизистые оболочки. При контакте с влагой в организме образуются азотистая и азотная кислоты, разъедающие стенки альвеол легких, делая их проницаемыми, возможно даже пропускание сыворотки крови в полость легких. Отравляющее действие оксидами азота начинается с легкого кашля. При повышении концентрации NO_х возникает сильный кашель, рвота, иногда головная боль. При контакте с влажной поверхностью слизистой оболочки оксиды азота образуют кислоты HNO₃, HNO₂, которые и приводят к отеку легких.

Диоксид серы SO₂ (серный ангидрид) – бесцветный газ с острым запахом, уже в малых концентрациях (20–30 мг/м³) создает неприятный вкус во рту, раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательные пути. Основные источники поступления его в атмосферу – переработка и сжигание различного топлива, включающего серу и ее соединения (каменный и бурый угли, нефть и нефтепродукты, древесина). Его присутствие ощущается при концентрации 3–6 мг/м³. При контакте с водяными парами и осадками в атмосфере образуется серная кислота, реагирующая с аэрозолями металлов с образованием токсичных сульфатов. При концентрации около 50 мг/м³ и соединении с влагой образует последовательно Н₂SО_з и H₂SO₄.

На растения диоксид серы действует либо непосредственно на листья растений, либо косвенно в виде кислотных осадков через почву. Наиболее чувствительны к этому газу хвойные и лиственные леса, так как он накапливается в листьях и хвое.

Особая трудность при определении вреда, нанесенного организму действием диоксида серы, заключается в том, что она часто проявляется совместно с действием других факторов, опасных для здоровья. Неоднократно наблюдалось, что при повышенной концентрации пыли токсической действие диоксида серы проявляется значительно сильнее, чем в воздухе, свободном от пыли. При таком совместном воздействии возрастает опасность заболевания хроническим бронхитом.

Диоксид серы часто действует совместно с NO_X, эта комбинация может значительно увеличить число заболеваний дыхательных путей. При действии сульфит-ионов на клетки в первую очередь повреждаются биомембраны. Под влиянием диоксида серы листья желтеют, особенно в областях между прожилками листа. Наряду с разрушением мембран и обесцвечиванием красящих веществ листьев ион HSO₃^- нарушает деятельность ряда ферментов, понижая их активность. При этом токсическое действие на растения диоксида серы сильнее проявляется в темноте, чем на свету.

Длительная экспозиция –длительное воздействие токсического агента на живой организм, при котором его токсические свойства в отношении организма начинают проявляться. Эколого-химическое поведение веществ, методы их применения и объемы поступления в биосферу определяют в конечном итоге уровень экспозиции.

ДСД – ежедневное поступление вещества, не оказывающее негативного влияния на здоровье человека в течение всей жизни.

ДСП– величина, рассчитываемая как произведение ДСД на среднюю величину массы тела (60 кг).

Е

Естественные органические загрязнения атмосферы представлены аэро­планктоном – организмами, живущими в атмосфере (бак­терии, споры грибов, пыльца растений и др.) и продуктами гниения, брожения и разложения растений и животных. К естественным загрязнителям относится и космическая пыль, которая образуется из остатков сгоревших материалов при их прохождении в атмосфере.

З

Загрязнение – присутствие в экосистеме физических, химических или биологических агентов на уровне, вызывающем неблагоприятные или нежелательные последствия для биоты.

Загрязнение сельскохозяйственное – загрязнение биосферы, вызванное прямо или косвенно сельскохозяйственным производством, т.е. жидкими и твердыми отходами животноводства, растениеводства, включая стоки с остатками пестицидов и удобрений, эродированную почву и вредные компоненты выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания и тепловых установок.

Зона острого токсического действия (Z_ас) (зона акута)также определяет опасность химического вещества. Является отношением величины концентрации, вызывающей гибель 50% животных к минимальной пороговой дозе при однократном воздействии. Чем меньше этот показатель, тем более высокий класс опасности вещества, и чем более высокий показатель, тем меньше класс его опасности.

Зона хронического действия (Z_ch) –отношение величины пороговой дозы при однократном введении к многократной. Чем выше этот показатель, тем более опасно вещество при хроническом воздействии.

Зоны чрезвычайной экологической ситуации – регионы, где в результате хозяйственной и иной деятельности наблюдаются устойчивые отрицательные изменения в окружающей при­родной среде, угрожающие здоровью населения, состоянию экологиче­ских систем, генофонда растений и животных. В этих зонах прекращаются все виды деятельности, отрицательно влияющие на окружающую природную среду, ограничиваются отдель­ные виды природопользования, принимаются оперативные меры по ликвидации отрицательных факторов, влияющих на природную среду.

Зоны экологического бедствия – регионы, где в результате хозяйственной, производственной и дру­гих видов деятельности произошли необратимые изменения в окру­жающей природной среде, приведшие к ухудшению здоровья населе­ния, нарушению природного равновесия, разрушению естественных экологических систем, деградации флоры и фауны. В зонах экологического бедствия прекращается деятельность хозяйственных объектов, кроме связанных с обслуживанием населения, запрещается строитель­ство, реконструкция хозяйственных объектов, ограничиваются все виды природопользования, принимаются оперативные меры по восста­новлению и оздоровлению окружающей природной среды.

И

Избирательная токсичность яда – способность повреждать определенные клетки и ткани без существенного повреждения других видов, с которыми он находится в непосредственном контакте.

Изолирование – процесс, при котором токсикологически важные вещества переводят из соответствующих объектов в жидкую фазу (дистиллят, вытяжку, минерализат и др.).

Иммобилизация – обратимая или необратимая утрата подвижности соединения вследствие сорбции или конъюгации.

Ингибиторы – (например, дифтерийный токсин) – подавляют активность определенных ферментов в клетке и нарушают обменные процессы.

Интоксикация– патологическое состояние, развивающееся вследствие взаимодействия яда с организмом. Групповые интоксикации приходится наблюдать и при употреблении ядовитых растений, продуктов питания, включающих токсичные вещества, например пестициды и микробные яды. Соответственно степени тяжести определяют легкие, средней тяжести, тяжелые, крайне тяжелые и смертельные отравления, прямо зависящие от выраженности клинической симптоматики и в меньшей степени – от величины принятой дозы.

Й

Йод – в обычном состоянии представляет кристаллы черно-серого цвета с фиолетовым металлическим оттенком. Рассеянный йод выщелачивается водами из магматических горных пород и концентрируется организмами, например водорослями. Промышленные количества йода встречаются в водах нефтяных месторождений и селитерных отложениях.

Йод ядовит. Пары йода действуют раздражающе на слизистые оболочки. ПДК йода в воздухе – 0,001 мг/л. При частом воздействии йода на кожу возможны дерматиты. Попавший на кожу йод смывают раствором тиосульфата натрия или соды.

Йод входит в состав пироксина – гормона щитовидной железы; недостаток этого элемента ослабляет ее деятельность, приводя к заболеваниям человека и животных (зоб).

Физиологическая активность йода очень высока; фтор обладает способностью отлагаться в костях человека. Небольшие количества фтора в питьевой воде уменьшают вероятность появления кариеса зубов, но избыток может вызвать их повреждение. Большие дозы фтора токсичны и подавляют образование коллагена – фибриллярного белка, составляющего основу соединительной ткани животных (сухожилие, кость, хрящ) и обеспечивающего его прочность. Фтор может вызвать остеохондроз, огрубление суставов и их неподвижность, костные наросты. Организм старается выделять фтор с мочой. Большие дозы фтора экстрагируют магний из лимфы и крови, мобилизуют кальций из костей, который часто оседает в почках, легких, мышцах. Контакт с кожей при концентрации фтора выше 10 мг/л вызывает трудно-заживающие ожоги. ПДК паров фтористого водорода в воздухе – 0,0005 мг/л.

Источником загрязнения атмосферы фтором является электрохимическое производство алюминия, либо по пищевым цепям.

К

Кадмий попадает в организм человека с растительной, мясной (потроха) пищей, со съедобными грибами. В окружающую среду, а далее непосредственно в пищу кадмий попадает следующим образом. Примерно 1/3 производимого кадмия поступает в атмосферу в качестве загрязняющего вещества. Основной источник загрязнения почв кадмием – промышленные выбросы, сточные воды, фосфорные удобрения, известковые материалы, выбросы автотранспорта. Природное содержание в почвах невелико и часто зависит от материнской породы. Содержание кадмия в почве на уровне 5 мг/кг наполовину снижает продуктивность сельскохозяйственных культур, а период его полувыведения из почв один из самых больших – около 1100 лет. Биологический период полувыведения кадмия более 10 лет. Кадмий обладает мутагенным и канцерогенным свойствами. Последствие накопления кадмия – болезнь «итаи-итаи», выражающаяся в болезненном скручивании костей, анемии и почечной недостаточности.

Канцерогенное действие – возникновение злокачественных опухолей.

Кобальт. Источники загрязнения данным элементом окружающей среды: отходы и выбросы металлургических предприятий, сточные воды коммунального хозяйства. Кобальт в растениях концентрируется в генеративных органах, в пыльце и клубеньках бобовых культур, положительно действует на развитие клубеньковых бактерий, способствует накоплению витамина В у бобовых культур, лука, репы. Под действием кобальта улучшается диетическая ценность продукции в результате увеличения его содержания в растениях. Кобальт, накапливаясь в генеративных органах растений, способствует прорастанию пыльцы.

Содержание кобальта в растительных тканях в пределах 15– 50 мг/кг является избыточным или токсичным для растений. От недостатка кобальта в кормах страдают крупный рогатый скот, козы и овцы, что приводит к резкому снижению продуктивности животных (падение удоев молока и сокращение в нем витамина В₁₂). Оптимальная норма кобальта в кормах для нормальной регуляции функций у животных 0,07–1,7 мг/кг сухого вещества корма. Постоянный дефицит кобальта в кормах животных способствует эндемическому заболеванию – анобельтозу и авитаминозу В. Для данного заболевания характерно нарушение волосяного покрова (сухотка или «лизуха») и нарушение функций печени. При этом развивается анемия, приводящая при недостатке витамина В₁₂ к малокровию.

Компартментация – пространственное расположение внутри клетки; компартменты – специализированные внутриклеточные отсеки, наличие которых позволяет клетке и органоидам удерживать в небольших объемах необходимые ферменты и метаболиты, создавать гетерогенную физико-химическую микросреду, осуществлять на разных сторонах мембраны разнообразные, иногда противоположно направленные биохимические реакции.

Консумент – организм, получающий энергию в процессе ассимиляции биоты.

Концентрационный фактор (концентрация яда в биологических средах, в частности в крови) считается основным в клинической токсикологии. Определение этого фактора позволяет различать токсикогенную и соматогенную фазы отравления и оценить эффективность дезинтоксикационной терапии. Исследование динамики концентрационного фактора помогает обнаружить в токсикогенной фазе отравлений два основных периода: период резорбции (продолжающийся до момента достижения максимальной концентрации токсичного вещества в крови) и период элиминации (от этого момента до полного очищения крови от яда).

Конъюгат – соединение, образованное ксенобиотиком и природным веществом.

Коэффициент аккумуляции (К_ак) – отношение концен­трации вредного вещества в объекте или живом организме к концентрации этого же вещества в среде или в пище в равновесном состоянии.