Файл: экологическая токсикология.pdf

Скачать файл (1,45Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 07.04.2021

Просмотров: 1383

Скачиваний: 9

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

Распределение уровней токсических элементов среди животных в

выборке может быть математически выражено одним из законов стати-
стического распределения.

В качестве популяционной меры токсического воздействия следует

рассматривать некоторую интегральную функцию

ƒ(x)

, описывающую

статистическое распределение содержаний токсических элементов в
организмах, составляющих популяцию или определенную популяцион-
ную выборку (спектр концентраций). Здесь

– содержание вещества во

внутренних средах организма (например концентрация тяжелых метал-
лов в крови). Вводимый показатель является популяционной характери-
стикой. С одной стороны, он отражает специфику накопления токсиче-
ских веществ на организменном уровне, ее обусловленность индивиду-
альной генетико-функциональной изменчивостью метаболических про-
цессов и энергетических потребностей организмов, принадлежащих
однородным популяционным группировкам. С другой – этот показатель
не является простой суммой уровней загрязненности.

Изменяющиеся условия существования природных популяций,

включая влияние техногенного загрязнения, прямо отражаются на оби-
лии  или  численности  отдельных  эколого-функциональных  групп  (се-
зонных, пространственных, половых, возрастных и т.д.). Это определяет
вклад  каждой  внутрипопуляционной  группы  в  общее  распределение
уровней  токсических  элементов  в  популяциях  и  позволяет  рассматри-
вать такие распределения в качестве меры токсического воздействия.

Статистическое распределение концентраций токсических веществ в

тканях  или  организмах  в  целом  несимметрично  (не  может  быть  описано
законом  нормального  распределения).  В  экологической  токсикологии  в
качестве аргументации зависимости  «доза-эффект» следует рассматривать
спектр концентраций токсических веществ в популяционной выборке, опи-
сываемой логнормальным законом распределения.

Переход к популяционной форме зависимости «доза-эффект»

предполагает рассмотрение функции «распределение содержаний ток-
сических элементов в организмах, составляющих популяцию», – доля в
ней «пораженных» особей.

Сложность перехода к анализу дозовых зависимостей экологиче-

ских  систем  надорганизменного  уровня  связана  с  практической  нереа-
лизуемостью  активных  экспериментов  с  дозируемыми  нагрузками  на
природные  биогеоценозы.  Другая  трудность  связана  с  неопределенно-
стью дозы токсической нагрузки в реальной ситуации. Выбросы реаль-
ных источников загрязнения, как правило, многокомпонентны, и не все-
гда  удается выделить один или два ведущих токсиканта. Наконец, тре-
тья трудность анализа зависимостей «доза-эффект» на уровне экосистем
связана  со  значительно  большей  пространственно-временной  вариа-
бельностью  параметров  по  сравнению  с  другими  уровнями  организа-
ции.  Она  определяется  как  естественной  мозаичностью  экологических

факторов, так и пространственной неоднородностью распределения до-
зы токсической нагрузки.

4.2. Использование тест-объектов

в токсикологическом эксперименте

Основная задача любого токсикологического опыта – определение

максимальной  недействующей  (или  безвредной,  пороговой,  неэффек-
тивной)  концентрации  веществ,  при  которой  не  обнаруживается  изме-
нений  в  организмах.  При  проведении  опытов  с  различными  тест-
объектами  (рыбами,  беспозвоночными  и  т.д.)  устанавливают  безвред-
ную концентрацию вещества для наиболее чувствительного организма,
которая служит отправной точкой для определения допустимой концен-
трации этого вещества.

Тест-организмы – это высокочувствительные организмы, широко

представленные в определенных географических зонах, доступные для
сбора, удобные для содержания и культивирования в лаборатории и
хорошо изученные.

Например, для биотестирования водных объектов используют различ-

ных  гидробионтов –  водорослей,  микроорганизмов,  беспозвоночных,  рыб.
Наиболее  популярные  объекты –  ювенильные  формы  (juvenile  forms)
планктонных  ракообразных-фильтраторов  Daphnia  magna,  Ceriodaphnia
affinis.  Важное  условие  правильного  проведения  биотестирования –  ис-
пользование  генетически  однородных  лабораторных  культур,  так  как  они
проходят поверки чувствительности, содержатся в специальных, оговорен-
ных стандартами лабораторных  условиях, обеспечивающих  необходимую
сходимость  и  воспроизводимость результатов  исследований, а также мак-
симальную чувствительность к токсическим веществам.

В биотестировании для характеристики отклика тест-объекта на

повреждающее  действие  среды  используют  критерий  токсичности
(toxicity  criterion) –  тест-функцию.  Тест-фукнкции,  используемые  в  ка-
честве показателей биотестирования для различных объектов:

– для инфузорий, ракообразных, эмбриональных стадий моллю-

сков, рыб, насекомых – выживаемость (смертность) тест-организмов;

– для ракообразных, рыб, моллюсков – плодовитость, появление

аномальных отклонений в раннем эмбриональном развитии организма,
степень синхронности дробления яйцеклеток;

– для культур одноклеточных водорослей и инфузорий – гибель

клеток, изменение (прирост или убыль) численности клеток в культуре,
коэффициент деления клеток, средняя скорость роста, суточный при-
рост культуры;

– для растений – энергия прорастания семян, длина первичного

корня и др.

Начальное, оценочное тестирование токсичности различных хими-

катов –  это,  как  правило,  острые  опыты  с  высокими  концентрациями
добавок продолжительностью до 5 суток. Такие опыты необходимы, так
как  они  демонстрируют  возможную  вредность  меньших  доз  вещества
при  более  длительном  воздействии.  Следовательно,  при  определении
подпороговой концентрации вещества главное  внимание  в острых  ток-
сикологических опытах должно быть уделено поиску наиболее чувстви-
тельных организмов.

Основным методом оценки чувствительности тест-организмов к

токсикантам является регистрация их смертности. Основная (классиче-
ская) продолжительность теста – 96 часов. Как отмечают А.Н. Тюрин и
Н.К. Христофорова (Биология моря, 1995), причина «классической»
длительности токсикологических тестов в 96 часов, скорее, социальная,
чем фундаментальная, и имеет корни в исторически сложившейся про-
должительности рабочей недели ученых разных стран – 5 суток.

В начале XX века основным методом оценки токсичности среды был

метод определения выживания рыб – так называемый метод «рыбной про-
бы». Основоположники метода – российские ученые Гримм, Арнольд,
Чермак, Долгов, Никитинский. Метод получил широкое распространение и
за рубежом; благодаря простоте и удобству его применяют до сих пор. Не-
достаток метода заключается в необходимости длительного периода адап-
тации рыб к лабораторному содержанию (15–20 сут.), которое само по себе
является стрессом. Дальнейшее развитие метод «рыбной пробы» получил в
США после разработки систем для бесконтактной регистрации двигатель-
ной активности и некоторых поведенческих реакций рыб, по изменению
которых определяли наличие токсикантов в среде.

4.3. Основные классы токсичных веществ

Важнейшей характеристикой ксенобиотиков с позиции экотокси-

кологии является их

экотоксическая опасность

. Опасность – это по-

тенциальная  способность  вещества  в  конкретных  условиях  вызывать
повреждение биологических систем при попадании в окружающую сре-
ду.  Потенциальная  опасность  вещества  определяется  его  стойкостью  в
окружающей  среде,  способностью  к  биоаккумуляции,  величиной  ток-
сичности для представителей различных биологических видов.

По степени воздействия на организм вредные вещества подразде-

ляются на 4 класса опасности:

1 – вещества чрезвычайно опасные;
2 – вещества высоко опасные;
3 – вещества умеренно опасные;
4 – вещества малоопасные.
Показатели опасности делятся на две группы. К первой группе от-

носятся показатели потенциальной опасности – летучесть вещества (или
ее производное – коэффициент возможности ингаляционного отравле-

ния – КВИО, равный отношению летучести к токсичности при ингаля-
ции в стандартных условиях: 20

С, экспозиция – 2 часа, мыши), раство-

римость в воде и жирах и другие, например дисперсность аэрозоля. Эти
свойства определяют возможность попадания яда в организм при вды-
хании, попадании на кожу и т.п.

Ко второй группе относятся показатели реальной опасности – мно-

гочисленные параметры токсикометрии и их производные. Среди них:

Понятие зоны острого действия

(Zac)

было предложено одним из

основателей российской промышленной токсикологии профессором
Н.С. Правдиным. Вещество тем опаснее для развития острого отравле-

ния, чем меньше разрыв между концентрациями (дозами), вызывающи-
ми гибель. Так, например, аммиак имеет Zac > 100 (естественный про-
дукт метаболизма, к которому организмы приспособились). Это веще-

ство малоопасное в смысле острого отравления. В то время, например,
амиловый спирт имеет очень узкую зону действия – Zac = 3. Это опас-
ное вещество в плане возможности развития острого отравления.

Зона хронического действия (Zch)

связана с кумулятивными

свойствами веществ, ее величина прямо пропорциональна опасности
хронического отравления.

Зона биологического действия.

Отношение средней смертельной до-

зы (концентрации) к пороговой дозе (концентрации) при хроническом воз-
действии. Используется для характеристики кумулятивных свойств ядов.

Зона специфического/избирательного действия.

Отношение по-

рога однократного действия, установленного по интегральным показа-
телям, к порогу острого действия по специфическим (системным, ор-

ганным, рецепторным) показателям. Используется для характеристики
специфических свойств яда. Обозначается символом

Zsp

В России принята официальная классификация опасности вредных

веществ (табл. 4).

Таблица 4

Классы опасности вредных веществ в зависимости от норм

и показателей

Наименование показателя

Нормы для класса опасности

Предельно допустимая концен-
трация (ПДК) вредных веществ в
воздухе рабочей зоны, мг/м

< 0,1

0.1 – 1,0

1,1 – 10,0

> 10,0

Средняя смертельная доза при
введении в желудок, мг/кг

< 15

15 – 150

151 – 5000

> 5000

Окончание табл. 4

Средняя смертельная доза при

нанесении на кожу, мг/кг

< 100

100 – 500

501 – 2500

> 2500

Средняя смертельная концен-
трация в воздухе, мг/м

< 500 500 – 5000

5001 – 50000 > 50000

Коэффициент возможности ин-
галяционного отравления

(КВИО)

> 300

300 – 30

29 – 3

< 3

Зона острого действия

< 6,0

6,0 – 18,0

18,1 – 54,0

> 54,0

Зона хронического действия

> 10,0

10,0 – 5,0

4,9 2,5

< 2,5

Пороговая концентрация остро-
го действия, мг/л

< 0,

0,01 – 0,1

0,11 – 1,0

> 1,0

Пороговая концентрация хрони-
ческого действия, мг/л

> 10

10 – 5

4,9 – 2,5

< 2,5

Для характеристики качественной стороны действия промышленных

ядов,  оценки  их  влияния  на  ту  или  иную  функциональную  систему  орга-
низма  предложено  несколько  классификаций.  Одна  из  них  предложена
применительно  к  условиям  хронического  воздействия промышленных  ве-
ществ в минимальных эффективных дозах и концентрациях (табл. 5).

Таблица 5

Классы опасности вредных веществ по типу действия

на низких уровнях воздействия

Класс

опасности

Вид действия

Вещества, оказывающие избирательное действие в отдаленный

период: бластомогены, мутагены, атеросклеротические вещества,

вызывающие склероз органов (пневмосклероз, нейросклероз и

др.), гонадотропные, эмбриотропные вещества

Вещества, вызывающие действие на нервную систему: судорож-

ные и нервно-паралитические, наркотики, вызывающие пораже-