Основы общей и экологической токсикологии

УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

АДФ – аденозиндифосфат

АКТГ – адренокортикотропный гормон

АМФ – аденозинмонофосфат

АТФ – аденозинтрифосфат

АЭС – атомная электростанция

БП – бенз(а)пирен

БОВ – боевые отравляющие вещества

БОК – безопасное остаточное количество

БПК – биохимическое потребление кислорода

ВМС – высокомолекулярные соединения

ВНД – высшая нервная деятельность

ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения

ГРЭС – гидроэлектростанция

ГХЦГ – гексахлорциклогексан (гексахлоран), инсектицид

2,4-Д – дихлорфеноксиуксусная кислота (корнокс-Д, дипау), гербицид

ДДТ – 4,4′-дихлордифенилтрихлорметилметан

ДДЕ – 4,4′-дихлордифенилхлорметилметан

ДДД – 4,4′-дихлордифенилдихлорметилметан

ДДВФ – о,о-диметил-2,2-дихлорвинилфосфат (дихлорфос, нуван, вапона, фосвит, морин), инсектоакарицид

ДМНА – диметилнитрозоамин

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота

ДНОК – динитроортокрезол (4,6-динитро-о-крезол), гербицид

ДОК – допустимое остаточное количество

ДХМ – дихлоральмочевина, гербицид

ЖКТ – желудочно-кишечный тракт

ЗВ – загрязняющие вещества

ИАО – интегральный адаптивный отклик

ИТС – индекс токсичности смеси

ИФК – изопропил-н-фенилкарбамат (профам), гербицид

КБА – коэффициент биоаккумуляции

КНС – кислото-нейтрализующая способность

ЛАО – локальный адаптивный отклик

ЛОС – летучие органические соединения

ЛПВ – лимитирующий признак вредности

МНД – максимально недействующая доза

МНК – максимально недействующая концентрация

МПЭ – модельный почвенный эталон

МЧС – Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий

МЭОС – микросомальная этанолокисляющая система

НАДФ – никотинамидадениндинуклеотидфосфат

ОБУВ – ориентировочные безопасные уровни воздействия

ОПК – ориентировочная пороговая концентрация

ОСФ – оксидазы со смешанными функциями

ОЛТ – относительная летальная токсичность

ПАВ – поверхностно-активные вещества

ПАН – пероксиацетилнитрат

ПАУ – полициклические ароматические углеводороды

ПДВ – предельно допустимые выбросы

ПДОК – предельно допустимые остаточные количества

ПДК – предельно допустимая концентрация

ПДС – предельно допустимые сбросы

ПК – пороговая концентрация

ПДУВ – предельно допустимый уровень внесения

ПХБ – полихлорированные бифенилы

ПХДД – полихлорированные дибензо-n-диоксины

ПХДФ – полихлорированные дибензофураны

ПХК – полихлоркамфен (токсафен, килфен), десикант

ПХП – полихлорпинен (стробан), десикант

РНК – рибонуклеиновая кислота

РОВ – растворенное органическое вещество

СМД – сверхмалые дозы

СМК – сверхмалые концентрации

СНГ – Содружество Независимых Государств

СОД – супероксиддисмутаза

СОЭ – скорость оседания эритроцитов

СПАВ – синтетические поверхностно-активные вещества

ТБО – твердые бытовые отходы

ТМ – тяжелые металлы

ТМТД – тетраметилтиурамдисульфид (тирам), фунгицид

ТХФ – трихлорфенол

ТХА Na – трихлорацетат натрия, гербицид

ТЭС – тепловая электрическая станция

ТЭЦ – тепловая электрическая станция

УФО – ультрафиолетовое облучение

ФАО – Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН

ФАР – фотосинтетическая активная радиация

ФОС – фосфорорганические соединения

ХОП – хлорорганические пестициды

ХОС – хлорорганические соединения

ЦНС – центральная нервная система

ЧС – чрезвычайная ситуация

ЮНЕП – программа ООН по окружающей среде

BAF – фактор биомагнификации

BCF – фактор биоконцентрирования

BMF – фактор биомагнификации

2,3,7,8-TXDD – 2,3,7,8-тетрахлоридибензопараоксин

ПРЕДИСЛОВИЕ

Современная эволюция человеческой цивилизации в своей основе обязана развитию искусственной среды или инфраструктуры человеческого общества. В связи с быстрым изменением материального состава окружающей среды, начавшимся в 50-х гг. XX столетия, выявилась необходимость в более глубоком изучении химических веществ, выпускаемых промышленностью, так как стала очевидной связь изменений окружающей среды с антропогенным и техногенным воздействиями, аварийными ситуациями, а также постоянным влиянием химических веществ на человека, животных и на растения. Это привело к необходимости найти новые подходы и сформулировать новые точки зрения на химические процессы, в связи с чем были введены понятия экологической химии и экологической токсикологии как направления исследований на стыке различных научных дисциплин.

Экологическая токсикология (экотоксикология) – учение о биологических эффектах химических загрязняющих веществ, их влиянии на экосистемы и последствиях, ими вызываемых. Уже сами эти определения обусловливают актуальность и значимость знаний в данных областях как для экологического образования, так и для понимания проблем охраны окружающей среды.

Важнейшая цель предлагаемого учебного пособия – способствовать формированию у студентов концепции экологической оценки антропогенного воздействия химических веществ на биосферу и ее составные элементы (атмосферу, почву, воду).

Книга может быть использована на разных уровнях обучения. Вместе с тем актуальность проблемы и уровень изложения позволяют рекомендовать ее для широкого круга читателей и прежде всего для тех, кто занимается природоохранной деятельностью.

Авторы отдают себе отчет в том, что учебное пособие не лишено недостатков, обусловленных разнородностью содержащегося в нем материала, и заранее признательны за любые критические замечания и пожелания, которые позволят улучшить в будущем его содержание.

ВВЕДЕНИЕ

Стратегия мониторинга токсического загрязнения окружающей среды в индустриально развитых странах основана на современных научных достижениях, из которых следует особо выделить два главных направления: экотоксикологический подход к анализу антропогенного воздействия на окружающую среду и использование концепции риска (анализа, оценки и управления риском).

Экотоксикология и оценка риска представляют собой сравнительно новые отрасли научного знания, тем не менее именно эти научные направления стоят в авангарде мировых тенденций развития методологии контроля качества природной среды и оценки экологической опасности.

Отправной точкой в выделении экотоксикологии как самостоятельной области знаний об окружающей среде явилась публикация «Принципы экотоксикологии», подготовленная в 1978 г. Международным научным комитетом по проблемам окружающей среды (SCOPE) и основанная на более ранних исследованиях, в частности по загрязнению окружающей среды радионуклидами. В этой публикации экотоксикология была определена как наука, изучающая воздействие поллютантов на окружающую среду и биоту. При этом человек рассматривался как наиболее важная часть биоты, а эффекты поллютантов на здоровье человека – как центральное звено в экотоксикологии (Никаноров А. М., Хоружая Т. А., 1999).

К настоящему времени выделены две главные причины тесной связи между деятельностью человека и экотоксикологией:

– человек изменяет окружающую среду, продуцирует и «выделяет» в нее все новые и новые поллютанты;

– все изменения в окружающей среде или биоте могут действовать (прямо или косвенно) на физическое, экономическое или эстетическое благополучие человека.

Термин «экотоксикология» введен в 1969 г. в Международном научном комитете по проблемам окружающей среды. В этом же комитете в 1978 г. было предложено считать термин официальным. Первое упоминание об экотоксикологии в научных публикациях появилось в конце 1960-х гг. Данное направление было предложено рассматривать как естественное ответвление токсикологии (науки об изучении воздействия ядов на индивидуальные организмы) в направлении экологических эффектов поллютантов. Таким образом, токсикология рассматривает эффекты воздействия ксенобиотиков на отдельные организмы, а экотоксикология – их действие на экосистемы. Ксенобиотик может оказывать смертельное воздействие на индивидуальные организмы, но не иметь экологического значения. Нередко наблюдается обратная картина: малотоксичный поллютант является экотоксикантом.

Согласно современным представлениям, экотоксикология – это международное научное направление, связанное с изучением токсических эффектов химических веществ на живые организмы, преимущественно на популяции организмов и биоценозы, входящие в состав экосистем. Экотоксикология изучает источники поступления вредных веществ в окружающую среду, их распространение в окружающей среде, действие на живые организмы. Она оперирует как категориями общей экологии (экосистема, биоценоз, биотоп, биосфера и т. д.), общей токсикологии (яд, токсичность, опасность, токсический эффект и др.), так и собственными терминами (токсикант, экотоксикант, поллютант, суперэкотоксикант и др.) (Головко А. И. [и др.], 1999).

В самом термине «экотоксикология» ярко проявляется связь токсикологии с исследованием экосистем, причем не имеет значения, какие экосистемы рассматриваются – природные или культурные (созданные человеком).

Под вредным воздействием, наносимым соответствующей системе, в экотоксикологии понимают явственные изменения обычных колебаний численности популяции; долгосрочные или необратимые изменения состояния экосистемы (Корте Ф., 1997 [и др.]).

К важнейшим задачам экотоксикологии относятся выявление степени вредности ее воздействия (в качественном и количественном отношении) и разработка лечебных мероприятий. Другой важной задачей экотоксикологии является выявление изменений видового состава и функций экосистемы. Такое же важное значение, как структурно-видовые изменения, имеют функциональные нарушения в экосистеме. В этом случае речь идет в принципе о контрольных количественных параметрах роста организмов и обмена веществ.

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. Однако, в связи с тем что нет никакой универсальной модели, разработка таких моделей, а также создание лабораторных и математических моделей или подобные исследования в естественных условиях проводят, исходя из поставленной цели для решения какой-либо конкретной проблемы (Корте Ф., 1997 [и др.]). Согласно А. М. Никанорову, Т. А. Хоружая (1999), термин «экотоксикология» становится все более популярным, но часто его употребляют неправильно, путая с «токсикологией». Одно из главных отличий между классической токсикологией и экотоксикологией состоит в том, что последняя имеет четырехкомпонентный предмет исследований:

1. Вещества (поллютанты) освобождаются (выбрасываются) в окружающую среду; количества, формы и состояния поллютантов должны быть известны, если соответствующее «поведение» их уже было изучено.

2. Вещества транспортируются географически и в пределах различной биоты. При этом их химическая структура, вероятно, трансформируется, а содержание в окружающей среде повышается за счет накопления.

Важно, что «поведение» различных компонентов и их токсичность существенно отличаются. Природа этих процессов для основных загрязняющих веществ пока недостаточно изучена. Опасность, связанная с неопределенностью конечной судьбы некоторых химических веществ, возрастает, в связи с чем она должна быть установлена и обоснована документами в ближайшие годы.

3. Поллютанты воздействуют на один или более организм-мишень. Для того чтобы это оценить, нужно вначале идентифицировать природу мишеней (сам человек, домашний скот, популяция, экосистема и т. д.) и исследовать тип воздействия.

4. В классической токсикологии рассматривается отклик отдельного организма на воздействие загрязняющего вещества, в экотоксикологии – отклик популяции, сообщества или экосистемы на воздействие загрязняющего вещества (возможно, трансформированного) в соответствующей временной шкале.

Все оценки конечных эффектов воздействия поллютантов на окружающую среду даются только в количественном выражении.

Главными направлениями экотоксикологии в настоящее время считают:

– идентификацию загрязняющих веществ, их форм и компонентов в экосистеме, в которой они находятся;

– изучение эффектов воздействия загрязняющих веществ, в частности биохимических, физиологических и анатомических, на отдельных индивидуумов или небольшие группы отдельных видов, что способствует выявлению мишеней воздействия на уровне индивидуума;

– изучение эффектов воздействия загрязняющих веществ на популяционном уровне, сравнение с видовыми эффектами, выделение наиболее чувствительных видов и наиболее важных эффектов для этих видов; это помогает выявить мишени и точки приложения на популяционном уровне;

– количественное изучение миграции поллютантов в экосистеме, в том числе количества токсикантов, достигающих мишени через воздух, воду, почву и пищу, времени циркуляции определенных концентраций токсикантов в этих средах, физиологии и метаболизма организмов-мишеней при воздействии этих концентраций;

– изучение комбинированных эффектов воздействия поллютантов для количественной и интегрированной оценки их воздействия на окружающую среду.