Файл: экологическая токсикология.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 07.04.2021

Просмотров: 1431

Скачиваний: 9

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

 

31 

В  современной  токсикометрии  проблема  оценки  феномена  пара-

доксальной  токсичности  состоит  в  том,  что  до  настоящего  времени  не 
разработано адекватной математической модели, на основе которой бы-
ло бы возможно осуществлять планирование эксперимента и обработку 
полученных  данных,  доказывающих  наличие  или  отсутствие  парадок-
сальных  эффектов.  Классические  методы  построения  функции  эффек-
тивности и определения категорий эффективных доз непригодны в том 
случае,  если  функция  эффективности  отличается  от  функции  нормаль-
ного распределения. 

Зависимость  «доза-эффект»  по  показателю  летальность. 

По-

скольку  смертельный  исход  после  действия  токсиканта –  альтернатив-
ная  реакция,  реализующаяся  по  принципу  «все  или  ничего»,  этот  эф-
фект считают наиболее удобным для определения токсичности веществ, 
его  используют  для  определения  величины 

среднесмертельной  дозы

 

(

ЛД

5

(

LD

50

)). Средняя смертельная доза (или концентрация 

LC

50

) – ко-

личество  яда,  вызывающее  гибель  50%  стандартной  группы  подопыт-
ных животных при определенном сроке последующего наблюдения. 

Определение  острой  токсичности  по  показателю  «летальность» 

проводится  методом  формирования  подгрупп.  Введение  токсиканта 
осуществляется  одним  из  возможных  способов  (например,  для  крыс, 
мышей – энтерально, парентерально) при контролируемых условиях. 

При  этом  необходимо  учитывать,  что  способ  введения  вещества 

самым  существенным  образом  сказывается  на  величине  токсичности 
(табл. 3). 

Таблица 3 

Влияние способа введения на токсичность зарина и атропина  

для лабораторных животных (По: С.А. Куценко, 2002) 

Токсикант 

Животное 

Способ введения 

Смертельная доза (мг/кг) 

Зарин 

Крысы 

Подкожно 

Внутримышечно 

Внутривенно 

Через рот 

0,12 
0,17 
0,05 

0,6 

Атропин 

Мыши 

Внутривенно 

Через рот 

800 

90 

 

Используются животные одного пола, возраста, веса, содержащие-

ся  на  определенной  диете,  при  необходимых  условиях  размещения, 
температуре,  влажности  и  т.д.  Исследования  повторяют  на  нескольких 
видах  лабораторных  животных.  После  введения  тестируемого  химиче-
ского соединения проводят наблюдения, определяя количество павших 
животных, как правило, за 14 суток.  


background image

 

32 

Кривая «доза-летальность», как правило, аналогична по форме кривой 

распределения  кумулятивной  частоты  эффекта  для  других  зависимостей 
«доза-эффект». Для целей сравнения получаемых данных и статистической 
их обработки кривую преобразуют в форму линейной зависимости.  

Токсичность  по  показателю  «летальность»,  как  правило,  устанав-

ливается по определенному уровню гибели животных в группе. Наибо-
лее часто в качестве контрольного уровня используется 50% гибель жи-
вотных, так как это соответствует медиане кривой распределения дозы, 
вокруг  которой  симметрично  концентрируется  большинство  позитив-
ных ответных реакций.  

Концепция  определения  ЛД

50

  веществ  была  впервые  сформулиро-

вана Trevan в 1927 году. С этого момента начинается становление ток-
сикологии как настоящей науки, оперирующей количественными харак-
теристиками исследуемого свойства (величина токсичности). В качестве 
других уровней смертности, подлежащих определению, могут быть вы-
браны величины ЛД

5

, ЛД

95

, которые согласно законам статистики близ-

ки  соответственно  к  порогу  и  максимуму  токсического  действия  и  яв-
ляются границами дозового интервала, в рамках которого, в основном, и 
реализуется эффект. 

Как уже указывалось, важной характеристикой любой кривой «до-

за-эффект»  является еѐ крутизна. Так,  если два  вещества имеют стати-
стически неразличимые значения величин ЛД

50

 и одинаковую крутизну 

кривой  токсичности  «доза-эффект»  (т.е.  статистически  неразличимые 
величины  значений  соответственно  ЛД

16

  и  ЛД

84

),  они  по  показателю 

летальность эквитоксичны в широком диапазоне доз (вещества А и В на 
рис. 3). Однако вещества, имеющие близкие значения величин ЛД

50

, но 

различную  крутизну  кривой  токсичности,  существенно  отличаются  по 
своим токсическим свойствам (вещество С на рис. 3).  

 

Рис. 3. Зависимости «доза-эффект» токсикантов с близкими значениями  

величин ЛД

50

, но различной крутизной наклона 


background image

 

33 

Помимо летальных доз в экотоксикометрии также выделяют поро-

говые дозы: 

РСt

10

 – при ингаляционном отравлении; 

PD

10 

(ПД

10

) – при других видах воздействия,  

где  индекс указывает появление признаков отравления. 

По  определению,

  порог  вредного  действия  (Harmful  effect 

threshold) – 

минимальная  концентрация  (доза)  вещества  в  объекте  ок-

ружающей  среды,  при  воздействии  которой  в  организме  (при  конкрет-
ных  условиях  поступления  вещества  и  стандартной  статистической 
группе животных) возникают изменения, выходящие за пределы физио-
логических  приспособительных  реакций,  или  скрытая  (временно  ком-
пенсированная)  патология.  Порог  однократного  действия  обозначается 
символом Lim(ac), порог хронического действия – символом Lim(ch). 

При оценке экотоксичности необходимо учитывать, что хотя прак-

тически  все  вещества  могут  вызывать  острые  токсические  эффекты, 
хроническая  токсичность  выявляется  далеко  не  у  каждого  соединения. 
Косвенной  величиной,  указывающей  на  степень  опасности  вещества 
при  его  хроническом  действии,  является  соотношение  концентраций, 
вызывающих  острые  и  хронические  эффекты.  Если  это  соотношение 
менее 10, вещество рассматривается как малоопасное при хроническом 
воздействии. 

При  оценке  хронической  экотоксичности  вещества  необходимо 

учитывать следующие обстоятельства:  

1.  Определение  коэффициента  опасности  является  лишь  самым 

первым  шагом  определения  экотоксического  потенциала  вещества.  В 
условиях лаборатории пороговые концентрации хронического действия 
токсикантов  определяют,  оценивая  показатели  летальности,  роста,  ре-
продуктивных  способностей  группы.  Изучение  других  последствий 
хронического  действия  веществ  порой  может  привести  к  иным  число-
вым характеристикам.  

2.  Исследования  токсичности  проводят  на  животных,  пригодных 

для содержания в условиях лаборатории. Получаемые при этом резуль-
таты  нельзя  рассматривать  как  абсолютные.  Токсиканты  могут  вызы-
вать хронические эффекты у одних видов и не вызывать – у других.  

3.  Взаимодействие  токсиканта  с  биотическими  и  абиотическими 

элементами  окружающей  среды  может  существенно  сказаться  на  его 
токсичности в естественных условиях. 

Популяционный  характер  зависимости  «доза-эффект»  (По: 

В.С. Безель и др., 1994). 

Экологическая токсикология оперирует обяза-

тельным надорганизменным рангом показателей. 

В популяции должна существовать некоторая критическая числен-

ность  особей,  ниже  которой  ее  существование  в  природных  условиях 


background image

 

34 

невозможно.  Этой  критической  ситуации  соответствует  определенный 
процент «пораженных особей». 

Проблема оценки диапазона действующих доз для биологических сис-

тем различного ранга сложна и неразрывно связана с понятием норма. 

Теория нормы применительно  к биологическим системам разрабо-

тана в настоящее время недостаточно. 

В  процессе  эволюционного  развития  у  растительных  и  животных 

организмов  закреплена  способность  адекватно  реагировать  на  измене-
ния среды обитания, вызываемые изменением природно-климатических 
факторов.  К  воздействию  антропогенных  факторов,  включая  техноген-
ное  загрязнение, биологические  системы  различного ранга  эволюцион-
но не готовы. Их реакция на техногенный процесс носит неспецифиче-
ский характер в рамках традиционных, эволюционно закрепленных ме-
ханизмов  компенсации.  Лишь  в  этом  случае  адаптационные  способно-
сти могут быть превышены и параметры, характеризующие функциони-
рование биологических систем, могут выйти за рамки допустимого. 

Наиболее  характерным  показателем  нормы  биологических  систем 

является  способность  таким  образом  изменять  свои  функциональные 
параметры в изменяющихся условиях существования, чтобы поддержи-
вать  систему  в  условиях  оптимума.  Иначе  говоря,  норма  целого –  это 
норма взаимодействия его частей в процессе адаптации системы к усло-
виям существования. 

Популяция  как  системы  взаимосвязанных  особей  уже  в  силу  ис-

ходной  разнокачественности  ее  отдельных  эколого-функциональных 
группировок характеризуется разнообразием их ответа на любое внеш-
нее  воздействие.  Существует  своеобразный  резерв  наследственно  за-
крепленной  внутривидовой  изменчивости,  который,  с  одной  стороны, 
проявляется в широком спектре отдельных субпопуляционных группи-
ровок на техногенное загрязнение среды, с другой – обусловлен наличи-
ем  специфических  популяционных  механизмов  компенсации  неблаго-
приятных  изменений  структуры  и  функции  популяции,  вызванных  за-
грязнением.  Этот  резерв  является  необходимой  компонентой  нормы 
реакции популяции на техногенное загрязнение среды. 

В связи с  изложенным популяционный  характер зависимости  «до-

за-эффект» должен учитывать следующие обстоятельства. 

1.

 

Количественная оценка  «дозы»  предполагает  учет меры  токси-

ческого  воздействия,  отражающей  не  просто  средние  уровни  токсиче-
ских  веществ  в  объектах  внешней  среды,  а  специфику  популяции  как 
гетерогенного  объекта,  элементы  которого  испытывают  токсическое 
воздействие  различной  интенсивности.  Например,  это  может  быть  об-
щее содержание или поток токсикантов, подразделенный на отдельные 
компоненты, соответствующие структуре популяции. 


background image

 

35 

2.

 

Аналогичным образом оценка  эффекта должна включать  неко-

торые интегральные показатели состояния популяции, непосредственно 
контролирующие  стабильность  ее  структуры  и  функции.  Например, 
показатели  плодовитости  или  плодоношения,  выживаемости,  продук-
тивности, занимаемой площади или численности и т.д.  

3.

 

При  оценке  эффектов  надорганизменного  уровня  необходимо 

исходить из первичных проявлений токсичности на молекулярном, тка-
невом, клеточном и организменном уровнях. 

4.

 

Большая, чем для других систем, роль факторов внешней среды 

в реализации эффектов популяционного уровня. Например, влияние рН 
среды при воздействии загрязнения на сообщества водных организмов. 

Анализ  большого  фактического  материала  убеждает,  что  наблю-

даемые проявления токсичности при воздействии практически всех тех-
ногенных  загрязнителей  однозначно  коррелируют  с  накоплением  этих 
веществ в отдельных компонентах биоты. 

Таким  образом,  техногенные  вещества,  загрязняющие  природные 

экосистемы, включаются в биологический круговорот за счет жизнедея-
тельности популяций растений и животных. При этом популяции, буду-
чи  системами  взаимосвязанных  гетеротрофных  группировок  особей, 
модифицируют  эти  потоки  в  соответствии  с  их  эколого-
функциональной  спецификой,  определяя  тем  самым  разнородность  на-
капливаемых уровней токсикантов и ответных реакций на воздействие. 

Например, мы отловили всех животных одного вида на некотором 

загрязненном участке. Уровни загрязняющих веществ у этих животных 
могут  существенно  отличаться.  Подобные  различия  обусловлены  не-
сколькими причинами. 

Прежде всего, это могут быть различия в интенсивности обменных 

процессов  у  отдельных  особей  или  их  принадлежность  к  различным 
эколого-функциональным  группировкам  в  популяции  (половозрелые  и 
неполовозрелые  особи,  сеголетки  и  перезимовавшие  и  т.п.).  Возможно 
присутствие в выборке животных, мигрирующих с менее загрязненных 
участков. 

В любом случае наряду с большинством животных, характеризую-

щихся  некоторыми  средними  уровнями  загрязнителей,  всегда  будут 
присутствовать  в  выборке  особи  с  максимальными  и  минимальными 
содержаниями токсикантов. 

Естественно, что мера токсического воздействия, то, что понимает-

ся в качестве дозы, не  может характеризоваться  некоторыми средними 
значениями  содержания  токсических  элементов  в  биоте.  Такая  мера 
должна  отражать  изменчивость  обменных  процессов  отдельных  орга-
низмов,  приводящих  к  вариабельности  накапливаемых  ими  уровней 
токсикантов в однородных группировках, а также учитывать разнокаче-
ственность по этому показателю отдельных субпопуляционных групп.