Экологическая токсикология сообщение кратко

Обновлено: 18.05.2024

Экологическая токсикология (экотоксикология) — раздел токсикологии, изучающий эффекты воздействия токсичных веществ на экосистемы и их круговорот в биосфере, в особенности в пищевых цепях.

Экологическая токсикология является самой молодой из токсикологических дисциплин и изучает источники поступления токсикантов в природные биосистемы, токсические эффекты действия химических веществ на живые организмы, а также устойчивость и функционирование биосистем надорганизменного уровня в условиях их токсического загрязнения.

Один из основных биологических объектов изучения экотоксикология — человек. С этой точки зрения, экотоксикология призвана решать одну из важных проблем экологии человека — защиту здоровья людей от поражения находящимися в окружающей среде вредными веществами. В отличие от традиционной, современная экотоксикология изучает токсические эффекты не только на организменном, но и преимущественно на популяционном и биоценотическом уровнях. Вторая ее особенность заключается в том, что при изучении токсических эффектов особое значение придается окружающей среде как активному компоненту, влияющему на проявление токсичности. Таким образом, осуществляется системный подход к решению проблем защиты людей и биоты в целом от вредных веществ.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Экологическая токсикология" в других словарях:

Токсикология — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия

ТОКСИКОЛОГИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ — см. Экотоксикология. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь

Медицина экологическая — комплексная научная дисциплина, рассматривающая все аспекты воздействия окружающей человека среды на его здоровье, с центром внимания к факторам, непосредственно ведущим к заболеваниям среды . М.э. включает в себя разделы биологии человека,… … Словарь черезвычайных ситуаций

Биология — совокупность наук о живой природе об огромном многообразии вымерших и ныне населяющих Землю живых существ, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой. Биология устанавливает общие… … Экология человека

Савченков, Михаил Федосович — Савченков Михаил Федосович … Википедия

Михаил Савченков — Савченков Михаил Федосович Савченков Михаил Федосович (2006) Дата рождения: 21 февраля 1936 Место рождения: с. Катарбей Нижнеудинского района Иркутской области Гражданство: Россия Научная сфера: гигиена, медицинская экология, медиц … Википедия

Михаил Федосович Савченков — Савченков Михаил Федосович Савченков Михаил Федосович (2006) Дата рождения: 21 февраля 1936 Место рождения: с. Катарбей Нижнеудинского района Иркутской области Гражданство: Россия Научная сфера: гигиена, медицинская экология, медиц … Википедия

Савченков, Михаил — Савченков Михаил Федосович Савченков Михаил Федосович (2006) Дата рождения: 21 февраля 1936 Место рождения: с. Катарбей Нижнеудинского района Иркутской области Гражданство: Россия Научная сфера: гигиена, медицинская экология, медиц … Википедия

Савченков Михаил Федосович — (2006) Дата рождения: 21 февраля 1936 Место рождения: с. Катарбей Нижнеудинского района Иркутской области Гражданство: Россия Научная сфера: гигиена, медицинская экология, медиц … Википедия

ЭКОТОКСИКОЛОГИЯ — экологическая токсикология , междисциплинарное научное и практическое направление, связанное с токсическими эффектами химических веществ на живые организмы, преимущественно на популяции и биоценозы, входящие в состав экосистем . Изучает источник… … Экологический словарь

В настоящее время интенсивно формируется токсикология окружающей среды (environmental toxicology) — наука, занимающаяся изучением неблагоприятных эффектов в экологических системах (включая человеческие популяции), развивающихся из-за изменений естественного ксенобиотического профиля среды. Под ксенобиотическим профилем среды понимается количественная и качественная характеристика комплекса ксенобиотиков, находящихся в объектах окружающей среды — в воде, почве, воздухе и биоте, агрегатное состояние которых позволяет им вступать с различными абиотическими и биотическими компонентами экологической системы (биоценоза) в химические и физико-химические взаимодействия. В зарубежной литературе токсикологию окружающей среды принято подразделять на два направления: экологическую токсикологию и токсикологию экополлютантов.

Экологическая токсикология рассматривает проблемы, связанные с особенностями взаимодействия экополлютантов с биотическими (животный и растительный мир) и абиотическими элементами природы; изучает генез и механизмы неблагоприятных эффектов воздействия загрязнителей на биологические мишени — от микроорганизмов до высших животных, включая людей, как правило, на уровне популяций или даже экологической системы в целом. Основным вектором исследований в сфере экологической токсикологии является миграция в экологических системах полностью чужеродных для живых организмов веществ, не участвующих в пластическом и энергетическом обмене, — ксенобиотиков. Изучаются механизмы включения ксенобиотиков в естественные потоки веществ в биосфере и последствия этого, проявляющиеся в экологической дестабилизации биосферы, трансформации ее элементов, уменьшении биологического разнообразия и формировании риска для здоровья населения.

Токсикология экополлютантов изучает неблагоприятное действие изменения ксенобиотического профиля среды и отдельных экополлютантов, накапливающихся в окружающей среде, на здоровье человека. Токсикология экополлютантов использует методы классической токсикологии: экспериментальный, клинический, эпидемиологический. Объектом исследований токсикологии экополлютантов являются различные характеристики неблагоприятных эффектов воздействия экотоксикантов и продуктов их трансформации на организмы людей — механизмы, динамика развития и проявления.

— экотоксикокинетика — раздел экологической токсикологии, изучающий судьбу различных экополлютантов, включая ксенобиотики, в окружающей среде — закономерности и особенности их поступления, распределения в абиотических и биотических элементах, трансформации и элиминации;

— экотоксикодинамика — раздел экологической токсикологии, сферой интересов которого являются механизмы неблагоприятного воздействия ксенобиотического профиля среды на биоценоз в целом и на отдельные его компоненты;

— экотоксикометрия — наименее разработанное в настоящее время направление токсикологии окружающей среды; за исключением классических методов токсикометрического исследования, остающихся базой экотоксикометрии, исследователи и практики располагают только далекой от совершенства методологией оценки экологического риска.

В качестве теоретического базиса экологической токсикологии на современном этапе выступают разрабатываемые в рамках теоретической экологии фундаментальные закономерности организации, функционирования и структуры природных систем на популяционном и биоценотическом уровнях.

Важнейшей научно-практической проблемой современной экологической токсикологии остается устойчивость и стабильность экологических систем (Безель В.С., Большаков В.Н., 1995). Причинами отсутствия успешного решения данной проблемы являются, во-первых, огромное количество и сложность взаимосвязей в экологических системах, чаще всего нелинейного характера, во-вторых, трудности в определении экологической нормы, так как любая экосистема способна существовать в различных состояниях и, в-третьих, главенствующая антропоцентристская позиция, ориентированная на максимальное удовлетворение потребностей человека. К числу актуальных также относятся: во-первых, проблема экологического нормирования в целях минимизации антропогенного влияния на экологические системы с учетом их экологической ёмкости для сохранения механизмов экологического гомеостаза, во-вторых, проблема адаптации экологических систем к воздействию экотоксикантов на трех уровнях приспособительных реакций — организменном, надорганизменном и процессе адаптивной микроэволюции, в-третьих, проблема пространственно-временной неоднородности экологических систем.

1.1. Объект, предмет, цель и задачи экологической токсикологии

Область интересов экологической токсикологии как отдельной научной дисциплины — изучение эффектов воздействия химических загрязнителей, в первую очередь ксенобиотиков, на экологические системы. При этом в первую очередь рассматриваются токсические эффекты стойких органических загрязнителей (СОЗ) и тяжелых металлов, мигрирующих по трофическим цепям. Генетическая связь с классической токсикологией наглядно проявляется в широком использовании экологической токсикологией ее традиционной методологии, дефиниций и категорий при изучении эффектов химических загрязнителей. Но если в классической токсикологии основной объект изучения — человек, то в экологической токсикологии объектом исследований являются механизмы, динамика развития и проявления неблагоприятных эффектов действия экополлютантов, в первую очередь ксенобиотиков, а также продуктов их трансформаций в окружающей среде на живые организмы; человек при этом рассматривается всего лишь как одно из звеньев трофических цепей.

Предложено несколько различающихся подходов к определению предмета (предметного поля) экологической токсикологии. Так, в частности, экологическая токсикология рассматривается как научная дисциплина: занимающаяся изучением токсических эффектов, возникающих при воздействии химических веществ на биологические мишени преимущественно на популяционном уровне, в границах отдельных экологических систем (Butler G.C., 1978); прогнозирующая влияние химических веществ на экологические системы (Левин Э.Н., 1989); суммирующая экологические и токсикологические эффекты химических поллютантов на популяции, сообщества и экологические системы, прослеживающая их судьбу — транспорт, трансформацию и удаление (элиминацию) из окружающей среды (Форбс В., Форбс Т., 1994). Таким образом, предмет экологической токсикологии — это биологические системы надорганизменного уровня (популяции, биоценозы), подверженные влиянию химического загрязнения [1, 6, 9].

Токсическое действие экополлютантов на животных и растения, осуществляющееся через различные физиологические, биохимические и функциональные нарушения и проявляющееся на молекулярно-генетическом, клеточно-тканевом и онтогенетическом уровнях, в рамках экологической токсикологии рассматривается как первичные токсические эффекты, приводящие к дезорганизации различных популяционных механизмов. При этом ответная реакция экологических систем на химическое загрязнение обычно бывает неспецифичной в форме изменения продуктивности, соотношения биологических видов и т.д. Таким образом, к сегодняшнему дню экологическая токсикология оформилась как междисциплинарное научное направление, основной целью которого является исследование воздействия токсичных экополлютантов на живые организмы, главным образом на их популяции, и биоценозы, входящие в состав экологических систем, с последующим обоснованием мероприятий по профилактике вредных воздействий химических загрязнителей на окружающую среду и оптимизации условий жизнедеятельности людей. С указанной целью экологическая токсикология изучает, во-первых, источники поступления загрязнителей в окружающую среду, во-вторых, их дальнейшее распространением и, в-третьих, воздействие на живые организмы, в том числе на организм человека. К актуальным задачам экологической токсикологии относятся:

▪ идентификация источников химического загрязнения окружающей среды;

▪ разработка методов индикации и количественного определения экотоксикантов в объектах окружающей среды;

▪ изучение маршрутов распространения поллютантов в почве, воде, атмосфере, растениях, животных, а также по трофическим цепям в целом, в том числе замыкаемых на человеке;

▪ исследование механизмов токсичности и разработка критериев для дифференцированной оценки опасности ксенобиотиков и других экополлютантов, в том числе для здоровья человека;

▪ оценка изменений в окружающей среде, вызванных загрязнителями (оценка опасности загрязнения для экосистемы в целом и для отдельных ее элементов);

▪ разработка принципов и методов регламентирования содержания экотоксикантов в объектах окружающей среды;

▪ моделирование с выходом на прогноз опасности загрязнения окружающей среды для человека, фауны, флоры и экологических систем в целом;

▪ использование полученных данных для уменьшения неблагоприятного воздействия загрязнения, для разработки необходимых мероприятий, направленных на улучшение состояния биосферы и здоровья населения.

1.2. Ксенобиотический профиль среды

Абиотические и биотические элементы окружающей среды представляют собой сложный конгломерат, представляющий собой бесчисленное количество различных молекул. Экологическую токсикологию интересуют только те из них, которые обладают свойством биодоступности, т.е. могут немеханическим образом взаимодействовать с биологическими объектами. К биодоступным, как правило, относятся химические вещества, представленные в жидком или газообразном агрегатном состоянии, накапливающиеся на поверхности частиц почвы и других объектов окружающей среды, поступающие в организм человека с пищевыми продуктами, либо твердые вещества в мелкодисперсном состоянии с размером частиц пыли менее 50 микрон. Химические вещества, находящиеся в твердых и нерастворимых в воде объектах (например, в скальных породах), биодоступностью не обладают, но могут служить источниками формирования ксенобиотического профиля. Судьба биодоступных химических соединений, утилизированных живыми организмами, может быть различной. Часть из них играют роль эссенциальных элементов окружающей среды, необходимых для жизнедеятельности живых организмов, включаются в их обменные процессы в качестве пластических и энергетических ресурсов. Другие биодоступные химические соединения, попадая в организмы представителей флоры и фауны, как пластический или энергетический материал не могут быть использованы, однако в определенных концентрациях и дозах способны нарушать физиологические процессы, проявляя токсическое воздействие различного характера — общетоксическое, раздражающее, сенсибилизирующее, канцерогенное, мутагенное, нарушение репродуктивной функции и др. Эта вторая группа биодоступных химических соединений носит название ксенобиотиков, чуждых жизни веществ. Ксенобиотики могут попадать в организм различными путями — во-первых, через органы дыхания (ингаляционный путь), во-вторых, через органы пищеварения (перорально), в третьих, через кожу (перкутанно), а также через плаценту от матери к плоду (вертикальный путь). В зависимости от химического строения ксенобиотики подразделяются на неорганические, органические и элементоорганические вещества и соединения; в зависимости от типичных поражаемых органов-мишеней и систем органов — на гепатотоксические (печень), нефротоксические (почки), нейротоксические (нервная система), кардиотоксические (сердечно-сосудистая система), гемотоксические (система крови) и т.д.

Современная экологическая токсикология как один из ключевых факторов окружающей среды рассматривает ксенобиотический профиль биогеоценоза, который представляет собой совокупность ксенобиотиков, находящихся во всех компонентах окружающей среды (вода, почва, атмосферный воздух и живые организмы) в таком агрегатном состоянии, которое позволяет им вступать в химические и физико-химические взаимодействия с биологическими объектами экологической системы. В целях детальной характеристики ксенобиотического профиля используются его качественные и количественные параметры. Как значимый компонент любого ксенобиотического профиля рассматриваются ксенобиотики, находящиеся в живых организмах, так как они неизбежно будут мигрировать через трофические цепи [2, 6, 11].

В ходе процессов филогенеза, на протяжении миллионов лет сформировались естественные ксенобиотические профили, к которым адаптированы сформировавшиеся на этих территориях биоценозы. Не всегда естественный ксенобиотический профиль среды безопасен для ее обитателей. Различные аномальные процессы, включая природные пертурбации и антропогенные вмешательства в окружающую среду, способны коренным образом модифицировать существующий естественный ксенобиотический профиль, прежде всего урбанизированных территорий.

К основным природным источникам ксенобиотиков относятся переносимые ветром частицы пыли в атмосферном воздухе, аэрозоль морской соли, выбросы при вулканической деятельности, лесные пожары, биогенные частицы и биогенные летучие вещества. Самый опасный источник ксенобиотиков — антропогенный. Локальное загрязнение отмечается в пределах границ источников загрязнения (как правило, границы его распространения не выходят за пределы подфакельной области). Импактная зона — зона, где концентрация вредных веществ превышает предельно допустимые концентрации. Местное загрязнение не выходит за пределы населенного пункта, города, района. Региональное загрязнение почвы и растительного покрова возникает в результате совокупного влияния переноса в атмосфере загрязняющих веществ из разных источников загрязнения и охватывающие крупные территории интенсивного хозяйственного пользования. Значимую роль в формировании и модификации ксенобиотического профиля среды играют физические воздействия электромагнитных, акустических, радиационных, тепловых, вибрационных и других факторов.

Те химические вещества и соединения, которые за счет значительного накопления в компонентах окружающей среды обуславливают изменения естественного ксенбиотического профиля принято называть экополлютантами (загрязнителями окружающей среды). К числу приоритетных экополлютантов относятся, во-первых, загрязнители воздушной среды — как газы (например, NO₂, SO₂, CO, углеводороды, фреоны), так и пыль (асбестовая, угольная, кремниевая и другая) и, во-вторых, загрязнители водной среды и почв (тяжелые металлы, хлорорганические и ртутьорганические пестициды, нитраты, фосфаты, нефть и нефтепродукты, органические растворители, низкомолекулярные галогенированные углеводороды, полициклические ароматические углеводороды — ПАУ, полихлорированные бифенилы, диоксины и другие).

Не каждый экополлютант, присутствующий в окружающей среде, а только тот, концентрация которого достаточна для запуска токсических процессов на любом уровне организации живых организмов данного биоценоза обозначается как экотоксикант. В рамках процедур анализа экологического риска (оценки и управления) используется также понятие «стрессор

Развитие промышленности неразрывно связано с расширением круга ис-пользуемых химических веществ. Увеличение объемов применяемых пестицидов, удобрений и других химикатов - характерная черта современного сельского хо-зяйства и лесоводства. В этом объективная причина неуклонного усиления хими-ческой опасности для окружающей среды, таящейся в самой природе человеческой деятельности.

Еще несколько десятков лет назад химические отходы производства просто сбрасывали в окружающую среду, а пестициды и удобрения практически бес-контрольно, исходя из утилитарных соображений, распыляли над огромными тер-риториями. При этом, полагали, что газообразные вещества должны быстро рассе-иваться в атмосфере, жидкости частично растворяться в воде и уноситься из мест выброса. И хотя твердые продукты в значительной степени накапливались в регио-нах, потенциальная опасность промышленных выбросов рассматривалась как низкая. Использование же пестицидов и удобрений давало экономический эффект, во много раз превосходящий ущерб, наносимый токсикантами природе.

Экотоксикология как наука о загрязнителях

Следует отметить, что факторы вредного воздействия хозяйственной деяте-льности на человека и окружающую среду бывают разнообразными. Можно вы-делить три группы факторов воздействия:

По этому же принципу классифицируются загрязнения и загрязнители. К физическим относятся механические, тепловые, шумовые, радиационные; к биоло-гическим – микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности.

Токсикология (от греческого toxicon – яд, logos – учение) – наука о потен-циальной опасности вредного воздействия веществ на живые организмы и экосис-темы. Она изучает также механизмы токсического действия, диагностику, профи-лактику и лечение отравлений.

Токсикологию можно подразделить на три обобщенных и взаимосвязанных направления:

1. Экспериментально-теоретическая токсикология; изучает основные законо-мерности взаимодействия вещества с биологическими объектами.

2. Профилактическая токсикология; занимается предупреждением потенциаль-ной опасности вредного воздействия веществ на живые организмы и экосистемы.

3. Клиническая токсикология; исследует заболевания, возникающие вследствие влияния на человека химических веществ окружающей среды.

Особое место принадлежит промышленной токсикологии, изучающей дей-ствие на человека вредных веществ, встречающихся в производственных условиях, с целью разработки санитарно-гигиенических и лечебно-профилактических меропри-ятий, направленных на создание наиболее благоприятных условий труда

Экологическая токсикология (ecotoxicology) – раздел токсикологии, изучаю-щей действие веществ на живые объекты, популяции, экосистемы. При этом основ-ное внимание уделяется не отдельным организмам, а их связям, т.е. биоценозам и экосистемам, а также трансформации веществ в окружающей среде.

В самостоятельную науку экотоксикологию выделил Рене Траут, который впервые, в 1969 году, связал воедино два совершенно разных предмета: экологию (по Кребсу - науку о взаимоотношениях, которые определяют распространение и обитание живых существ) и токсикологию. На самом деле, эта область знаний включает в себя, помимо указанных, элементы и других естественных наук, таких как химия, биохимия, физиология, популяционная генетика и др.

Ксенобиотики (от греч. xenos - чужой и bios – жизнь) чужеродные для орга-низмов соединения. К ним относятся промышленные загрязнения, пестициды, препа-раты бытовой химии, лекарственные средства и т.п., т.е. вещества не образующиеся в живом объекте, а синтезируемые искусственно человеком.

Рисунок 1.1 - Эффекты воздействия веществ на живой объект.

Для некоторых веществ может не быть зоны отрицательного воздействия при малых дозах веществ. Это так называемые заменяемые вещества, недостаток кото-рых может быть компенсирован другими веществами.

Для большинства веществ существуют зоны отрицательных эффектов как при больших, так и при малых концентрациях. Например, соединения хрома, присут-ствующие в некоторых биогеохимических аномалиях и попадающие в окружающую среду также с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами, представляют опасность для живых организмов.

В то же время, хром – биологически активный элемент, он участвует в обмене нуклеиновых кислот, входит в состав ферментных систем. Среднесуточная физио-логическая потребность взрослых людей в хроме составляет 150-200 мкг/сут. При недостатке хрома у животных наблюдались угнетение роста, сокращение продол-жительности жизни, нарушение обмена глюкозы, белка, поражение роговицы.

Вредные вещества, образующиеся в организме, называются эндогенными, образующиеся вне организма - экзогенными (чуждые живому организму).

Вредные вещества характеризуются степенью токсичности и опасности.

Токсичность (toxicity) – Под токсичностью вещества понимают способность на-носить вред живому.

Опасность вещества (hazard) – это довольно широкое понятие, характери-зующее вероятность вредного воздействия вещества в реальных условиях произ-водства и применения. Поэтому опасность веществ не может характеризоваться одной величиной для всех случаев, а имеет ряд параметров.

Толерантность – это способность организма переносить воздействие опре-деленных количеств веществ без развития токсических эффектов.

Развитие промышленности неразрывно связано с расширением круга используемых химических веществ. Увеличение объемов применяемых пестицидов, удобрений и других химикатов - характерная черта современного сельского хозяйства и лесоводства. В этом объективная причина неуклонного усиления химической опасности для окружающей среды, таящейся в самой природе человеческой деятельности.

Еще несколько десятков лет назад химические отходы производства просто сбрасывали в окружающую среду, а пестициды и удобрения практически бесконтрольно, исходя из утилитарных соображений, распыляли над огромными территориями. При этом, полагали, что газообразные вещества должны быстро рассеиваться в атмосфере, жидкости частично растворяться в воде и уноситься из мест выброса. И хотя твердые продукты в значительной степени накапливались в регионах, потенциальная опасность промышленных выбросов рассматривалась как низкая. Использование же пестицидов и удобрений давало экономический эффект, во много раз превосходящий ущерб, наносимый токсикантами природе.

Однако уже в 1962 году появляется книга Рашель Карсон УМолчаливая веснаФ, в которой автор описывает случаи массовой гибели птиц и рыб от бесконтрольного использования пестицидов. Карсон сделала вывод, что выявляемые эффекты поллютантов на дикую природу предвещают надвигающуюся беду и для человека. Эта книга привлекла всеобщее внимание. Появились общества защиты окружающей среды, правительственные законодательные акты, регламентирующие выбросы ксенобиотиков. С этой книги, по сути, началось развитие новой ветви науки - зкотоксикологии.

В самостоятельную науку экотоксикологию (ecotoxicology) выделил Рене Траут, который впервые, в 1969 году, связал воедино два совершенно разных предмета: экологию (по Кребсу - науку о взаимоотношениях, которые определяют распространение и обитание живых существ) и токсикологию. На самом деле, эта область знаний включает в себя, помимо указанных, элементы и других естественных наук, таких как химия, биохимия, физиология, популяционная генетика и др.

По мере развития, само понятие УэкотоксикологияФ претерпело определенную эволюцию. В 1978 году Батлер рассматривал экотоксикологию как науку, изучающую токсические эффекты химических агентов на живые организмы, особенно на уровне популяций и сообществ, в пределах определенных экосистем. Левин и др. в 1989 г. определили ее как науку, прогнозирующую влияние химических веществ на экосистемы. В 1994 году В. и Т. Форбсы дали следующее определение экотоксикологии: Уобласть знаний, которая суммирует экологические и токсикологические эффекты химических поллютантов на популяции, сообщества и экосистемы, прослеживая судьбу (транспорт, трансформацию и удаление) таких поллютантов в окружающей средеФ.

Таким образом, экотоксикология, по мнению авторов, изучает развитие неблагоприятных эффектов, проявляющихся при действии загрязнителей на самые разнообразные виды живых организмов (от микроорганизмов, до человека), как правило, на уровне популяций или экосистемы в целом, а также судьбу химического вещества в системе биогеоценоза.

Позже в рамках экотоксикологии стали выделять, в качестве самостоятельного направления, один из её разделов, получивший название Утоксикология окружающей средиФ (environmental toxicology).

Сформировалась тенденция использовать термин УэкотоксикологияФ только для обозначения суммы знаний, касающихся эффектов химикатов на экосистемы, исключая человека. Так, по Уолкеру и др. (1996) экотоксикология - учение о вредных эффектах химикатов на экосистемы. Устраняя из круга рассматриваемых экотоксикологией объектов человека, это определение детерминирует различие между экотоксикологией и токсикологией окружающей среды, определяет предмет изучения последней. Термин Утоксикология окружающей средыФ предлагается использовать только для исследований прямого действия УзагрязнителейФ окружающей среды на человека.

В процессе изучения эффектов химических веществ, присутствующих в окружающей среде, на человека и человеческие сообщества, токсикология окружающей среды оперирует уже устоявшимися категориями и понятиями классической токсикологии и применяет, как правило, ее традиционную экспериментальную, клиническую, эпидемиологическую методологию. Объектом исследований при этом являются механизмы, динамика развития, проявления неблагоприятных эффектов действия токсикантов и продуктов их превращения в окружающей среде на человека.

Разделяя в целом такой подход, и положительно оценивая его практическую значимость, следует однако заметить, что методологические различия между экотоксикологией и токсикологией окружающей среды полностью стираются, когда перед исследователем ставятся задачи оценить опосредованное действия загрязнителей на человеческие популяции (например, обусловленное токсической модификацией биоты), или, напротив, выяснить механизмы действия химикатов, находящихся в среде, на представителей того или иного отдельного вида живых существ. В этой связи, с теоретических позиций, Утоксикология окружающей средыФ, как наука, является лишь частной проблемой УэкотоксикологииФ, при этом методология, понятийный аппарат и структура наук - едины.

Содержанием дисциплины УэкотоксикологииФ является учение об экотоксичности, а основными рассматриваемыми вопросами: характеристика ксенобиотического профиля среды обитания, проблемы экотоксикокинетики, экотоксикодинамики, экотоксикометрии.

1. Ксенобиотический профиль среды

С позиций токсиколога абиотические и биотические элементы того, что мы называем окружающей средой - все это сложные, порой особым образом организованные агломераты, смеси бесчисленного количества молекул.

Для экотоксикологии интерес представляют лишь молекулы, обладающие биодоступностью, т.е. способные взаимодействовать немеханическим путем с живыми организмами. Как правило, это соединения, находящиеся в газообразном или жидком состоянии, в форме водных растворов, адсорбированные на частицах почвы и различных поверхностях, твердые вещества, но в виде мелко дисперсной пыли (размер частиц менее 50 мкм), наконец вещества, поступающие в организм с пищей.

Часть биодоступных соединений утилизируется организмами, участвуя в процессах их пластического и энергетического обмена с окружающей средой, т.е. выступают в качестве ресурсов среды обитания. Другие же, поступая в организм животных и растений, не используются как источники энергии или Упластический материалФ, но, действуя в достаточных дозах и концентрациях, способны существенно модифицировать течение нормальных физиологических процессов. Такие соединения называются чужеродными или ксенобиотиками (чуждые жизни).

Совокупность чужеродных веществ, содержащихся в окружающей среде (воде, почве, воздухе и живых организмах) в форме (агрегатном состоянии), позволяющей им вступать в химические и физико-химические взаимодействия с биологическими объектами экосистемы составляют ксенобиотический профиль биогеоценоза. Ксенобиотический профиль следует рассматривать как один из важнейших факторов внешней среды (наряду с температурой, освещенностью, влажностью, трофическими условиями и т.д.), который может быть описан качественными и количественными характеристиками.

Важным элементом ксенобиотического профиля являются чужеродные вещества, содержащиеся в органах и тканях живых существ, поскольку все они рано или поздно потребляются другими организмами (т.е. обладают биодоступностью). Напротив, химические вещества, фиксированные в твердых, не диспергируемых в воздухе и нерастворимых в воде объектах (скальные породы, твердые промышленные изделия, стекло, пластмасса и др.), не обладают биодоступностью. Их можно рассматривать как источники формирования ксенобиотического профиля.

Ксенобиотические профили среды, сформировавшиеся в ходе эволюционных процессов, миллионы лет протекавших на планете, можно назвать естественными ксенобиотическими профилями. Они различны в разных регионах Земли. Биоценозы, существующие в этих регионах (биотопах), в той или иной степени адаптированы к соответствующим естественным ксенобиотическим профилям.

Различные природные коллизии, а в последние годы и хозяйственная деятельность человека, порой существенным образом изменяют естественный ксенобиотический профиль многих регионов (особенно урбанизированных). Химические вещества, накапливающиеся в среде в несвойственных ей количествах и являющиеся причиной изменения естественного ксенобиотического профиля, выступают в качестве экополлютантов (загрязнителей). Изменение ксенобиотического профиля может явиться следствием избыточного накопления в среде одного или многих экополлютантов (таблица 1).

Таблица 1. Перечень основных экополлютантов

Загрязнители воздуха

Загрязнители воды и почвы

Газы:
Оксиды серы
Оксиды азота
Оксиды углерода
Озон
Хлор
Углеводороды
Фреоны

Пылевые частицы:
Асбест
Угольная пыль
Кремний
Металлы

Металлы (свинец, мышьяк, кадмий, ртуть)
Пестициды хлоорганические (ДДТ, алдрин, диэлдрин, хлордан)
Нитраты
Фосфаты
Нефть и нефтепродукты
Органические растворители (толуол, бензол, тетрахлорэтилен)
Низкомолекулярные галогенированные углеводороды (хлороформ, бромдихлорметан, бромоформ, тетрахлорметан, дихлорэтан)
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ)
Полихлорированные бифенилы
Диоксины
Дибензофураны
Кислоты

Далеко не всегда это приводит к пагубным последствиям для живой природы и населения. Лишь экополлютант, накопившийся в среде в количестве, достаточном для инициации токсического процесса в биоценозе (на любом уровне организации живой материи), может быть обозначен как экотоксикант.

Одна из сложнейших практических задач экотоксикологии - определение количественных параметров, при которых экополлютант трансформируется в экотоксикант. При её решении необходимо учитывать, что в реальных условиях на биоценоз действует весь ксенобиотический профиль среды, модифицируя при этом биологическую активность отдельного поллютанта. Поэтому в разных регионах (разные ксенобиотические профили, различные биоценозы) количественные параметры трансформации поллютанта в экотоксикант строго говоря различны.

Экотоксикокинетика - раздел экотоксикологии, рассматривающий судьбу ксенобиотиков (экополлютантов) в окружающей среде: источники их появления; распределение в абиотических и биотических элементах окружающей среды; превращение ксенобиотика в среде обитания; элиминацию из окружающей среды.

2.1. Формирование ксенобиотического профиля. Источники поступления поллютантов в среду

К числу природных источников биодоступных ксенобиотиков, по данным ВОЗ (1992), относятся: переносимые ветром частицы пыли, аэрозоль морской соли, вулканическая деятельность, лесные пожары, биогенные частицы, биогенные летучие вещества. Другим источником ксенобиотиков в среде, значение которого неуклонно возрастает, является деятельность человека

Важнейшим элементом экотоксикологической характеристики поллютантов является идентификация их источников. Решить эту задачу далеко не просто, т.к. порой вещество поступает в среду в ничтожных количествах, иногда в виде примесей к вполне УбезобиднымФ субстанциям. Наконец возможно образование экополлютанта в окружающей среде в результате абиотических или биотических трансформаций других веществ.

Многочисленные абиотические (происходящие без участия живых организмов) и биотические (происходящие с участием живых организмов) процессы в окружающей среде, направлены на элиминацию (удаление) экополлютантов. Многие ксенобиотики, попав в воздух, почву, воду приносят минимальный вред экосистемам, поскольку время их воздействия ничтожно мало. Вещества, оказывающиеся резистентными к процессам разрушения, и, вследствие этого, длительно персистирующие в окружающей среде, как правило, являются потенциально опасными экотоксикантами (таблица 2).

Таблица 2. Период полуразрушения некоторых ксенобиотиков в окружающей среде

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

2
ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОТОКСИКОЛОГИИ
Экотоксикология (экологическая токсикология ) — наука, изучающая эффекты воздействия токсичных веществ на экосистемы и их круговорот в биосфере.

Основная задача: оценка экологического риска (ОЭР) - это процесс определения вероятности развития неблагоприятных эффектов со стороны биогеоценозов (включая популяции человека) в результате изменений различных характеристик среды.

3
ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОТОКСИКОЛОГИИ
Объект исследований:
механизмы,
динамика развития,
проявления неблагоприятных эффектов действия токсикантов и продуктов их превращения в окружающей среде на живые организмы.

Основные рассматриваемые вопросы:
характеристика ксенобиотического профиля среды обитания,
проблемы экотоксикокинетики (судьба поллютантов в окружающей среде),
экотоксикодинамика (механизмы развития и формы токсического процесса, вызванного действием экотоксикантов на биоценоз и/или отдельные виды, его составляющие),
экотоксикометрия.

Задачи экотоксикологии
Исследование распространения и превращения токсикантов в окружающей среде и ее компонентах
Прогнозирование опасности загрязнения окружающей среды
Исследование механизмов токсичности веществ
Разработка критериев оценки вредного воздействия

Задачи экотоксикологии
Разработка гигиенических основ регламентации поступления экотоксикантов в окружающую среду
Разработка методов анализа и диагностики экотоксикантов в объектах окружающей среды

6
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Биодоступность - способность взаимодействовать немеханическим путем с живыми организмами.
Ксенобиотики (xenobiotics) – биодоступные вещества, которые поступая в организм животных и растений, не используются как источники энергии или пластический материал, но, действуя в достаточных дозах и концентрациях, способны существенно модифицировать течение нормальных физиологических процессов.
Ксенобиотический профиль биогеоценоза - совокупность чужеродных веществ, содержащихся в окружающей среде в форме, позволяющей им вступать в физико-химические взаимодействия с биологическими объектами экосистемы.
Естественные ксенобиотические профили (ЕКП) - сформировались в ходе эволюционных процессов, миллионы лет протекавших на планете

7
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Экополлютанты (загрязнители) - химические вещества, накапливающиеся в среде в несвойственных ей количествах и являющиеся причиной изменения ЕКП.
Экотоксикант - экополлютант, накопившийся в среде в количестве, достаточном для инициации токсического процесса в биоценозе (на любом уровне организации живой материи).
Одна из сложнейших практических задач экотоксикологии
определение количественных параметров, при которых экополлютант трансформируется в экотоксикант.

8
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ,
определяющие их опасность для окружающей среды
стойкость в окружающей среде,
устойчивость к химической, биохимической и фотохимической деградации,
длительный период полуразрушения в окружающей среде,
способность к аккумуляции в живых организмах
способность аккумулироваться по пищевой цепи,
высокая токсичность
токсичность при малых уровнях воздействия (нг - мг∙кг-1) либо метаболизм до токсичных продуктов,
Дополнительно:
способность к трансграничному переносу
физические свойства, обеспечивающие высокую мобильность в окружающей среде

9
потенциально опасные экотоксиканты как правило - вещества, устойчивые к процессам разрушения, и длительно персистирующие в окружающей среде
Основные группы веществ:
тяжелые Me: Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Hg, As, Cr,сурьма
полициклические полигалогенированные УВ (полихлорированные дибензодиоксины и дибензофураны, ПХБ ),
некоторые ХО пестициды (ДДТ, гексахлоран, алдрин, линдан и т.д.)

постоянный выброс в окружающую среду PTS => накопление, превращение в экотоксиканты для наиболее чувствительного звена биосистемы,
PTS длительное время сохраняются в среде после прекращения выброса
в воде озера Онтарио в 90-е гг. определяли высокие [C] пестицида мирекс
в водоемах испытательного полигона ВВС США во Флориде спустя 10 лет после распыления Оранжевого Агента ил содержал 10 - 35 нг/кг ТХДД (при N - 0,1 пкг/кг (США), 10 пкг/кг (РФ).
Персистирование

10
СТОЙКОСТЬ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
(согласно Стокгольмской конвенции)
T1/2 в воде> 2 месяцев

T1/2 в почве и седиментах> 6 месяцев

T1/2 в воздухе> 2 дней

Примеры:
T1/2 в почвеДДТ– 10 лет,
фенантрена – 138 сут,
T1/2 в водеатразина - 25 месяцев,
карбофурана – 45 сут

процесс накопления токсикантов, извлекаемых из абиотической фазы (воды, почвы, воздуха) и из пищи (трофическая передача).
отношение концентрации вещества в организме к концентрации вещества в окружающей среде или в предыдущем трофическом звене трофической цепи

Факторы, влияющие на биоаккумуляцию:
персистирование Ks в среде,
наибольшая способность - у липофильных веществ,
склонность липофильных веществ к сорбции на поверхностях частиц, осаждающихся из воды и воздуха ↓ их биодоступность.
способность веществ метаболизироваться в организме,
наилучшие условия для биоаккумуляции - в водной среде:

ПРИМЕР:
для рыб факторы биоаккумуляции равны для ДДТ - 127000, для ТХДД – 39000
(*фактор биоаккумуляции - соотношение концентрации поллютанта в тканях рыб и в воде в состоянии равновесия (Le Blanс, 1995)).

лежит в основе не только хронических, но и отсроченных острых токсических эффектов.
быстрая потеря жира, в котором накоплено большое количество вещества, => к выходу токсиканта в кровь => массовая гибель при достижении животными половой зрелости в экологически неблагополучных регионах
стойкие поллютанты могут передаваться потомству
(у птиц и рыб - с содержимым желточного мешка, у млекопитающих - с молоком кормящей матери).
При этом возможно развитие эффектов у потомства, не проявляющихся у родителей.

Коэффициент биоаккумуляции ДДТ

Наземные экосистемы
Наземные растения 0.1
Насекомые 3
Черви 70
Грызуны 100
Водные экосистемы
планктон 10 000
кревеДки 1 000
устрицы 10 000
рыбы 100 000
Птицы – до 10 000 000

Примеры - применение ДДТ:
1. для уничтожения комаров на озере в Калифорнии

2. обработка деревьев для борьбы с вязовым заболонником, поражающим вязы
БИОМАГНИФИКАЦИЯ
- перемещение высоко липофильных веществ по пищевым цепям от организмов-жертв, к организмам-консументам, сопровождаемое увеличением концентрации токсиканта в тканях каждого последующего организма - звена пищевой цепи.

0,02 ppm ДДТ в воде
21000 ppm ДДТ
2700 ppm ДДТ
900 ppm ДДТ
10 ppm ДДТ в планктоне
Увеличение концентрации ДДТ
в 1 000 000 раз

15
ПРОЯВЛЕНИЯ ТОКСИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ на различных уровнях организации:

16
ОСТРАЯ ЭКОТОКСИЧНОСТЬ
- токсичность в результате краткосрочного воздействия токсиканта

острые токсические эффекты: гибель или острое отравление

ВОЗНИКАЕТ, как правило:
- вследствие аварий и катастроф, сопровождающихся выходом в окружающую среду большого количества относительно нестойкого токсиканта:
1984 - авария в г. Бхопал (Индия) - в атмосферу попало большое количество метилизоцианата
Ирак - партия зерна, обработанная метилртутью (фуннгицид) использована для выпечки хлеба
2000 г. - в Румынии, на предприятии по добыче драгоценных металлов утечка синильной кислоты
использование высокотоксичных веществ с военными целями.
- вследствие неправильного применения химикатов
при распылении пестицидов на нецелевых участках

острое экотоксическое действие не всегда приводит к гибели или острым отравлениям людей или представителей др. видов, подвергшихся воздействию
с целью профилактики острых отравлений установлены предельные сбросы для промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод и отходов

17
ХРОНИЧЕСКАЯ ЭКОТОКСИЧНОСТЬ
- токсичность в результате долгосрочного воздействия токсиканта

сублетальные эффекты: нарушение репродуктивных функций, иммунные сдвиги, эндокринная патология, пороки развития, аллергизация и т.д.,
хроническое воздействие может приводить к смертельным исходам среди особей отдельных видов,
проявления действия экотоксикантов могут быть самыми разнообразными и при определенных уровнях интенсивности воздействия оказываются достаточно специфичными для действующего фактора.

Показатели выживаемости
при воздействии токсиканта (Метод Беренса)
LD50 – полулетальная доза

20
Группы острой токсичности Ks для позвоночных животных

21
ОЦЕНКА ЭКОТОКСИЧНОСТИ
возрастает время ответа,
возрастает сложность с привязкой к действию специфических химических веществ,
возрастание экологической значимости
прагматичный выбор
возможность сравнения различных веществ,
малое расхождение с естественными условиями,
недлительные,
недорогие
Воздействие
поллютанта

22
ТЕСТЫ для ОЦЕНКИ ЭКОТОКСИЧНОСТИ

используют все виды классических количественных токсикологических исследований,
оценка экспериментально на нескольких видах - представителях различных уровней трофической организации в экосистеме – млекопитающие, птицы, рыбы, беспозвоночные, водоросли
(US EPA - определение острой токсичности min на 8 пресноводных и морских видах (известно 16 тестов)
Батарея тестов
из водных тест-организмов
Наземные животные

23
Оценка хронической экотоксичности
косвенная величина, указывающая на степень опасности вещества при его хроническом действии, - соотношение концентраций, вызывающих острые (ЛК50) и хронические (порог токсического действия) эффекты.
если соотношение