Primarni i sekundarni toksični efekti. Toksični efekti opasnih hemikalija na ljude. Neželjene reakcije nealergijske prirode

Toksičan efekat treba pripisati poremećaju ciklusa ureje tokom ranog razvoja hiperamonemije.

Jedan simptom: napadi se često razvijaju prije nego što nastupi duboka koma, posebno u ranoj dobi.

Međutim, kada su metabolički poremećaji dobro kontrolirani, simptomatski napadi su rijetki.

Slijede poremećaji metabolizma aminokiselina kod neizlječive fenilketonurije. Statistike govore da se ovakvi epileptični napadi razvijaju u rasponu od 25% do 50% svih pregledanih pacijenata.

Najčešći simptom je dobro proučen West sindrom s hipsaritmijom i infantilnim napadima, koji je simptomatskom terapijom potpuno izlječiv.

Neki napadi mogu biti praćeni takozvanom bolešću javorovog sirupa u neonatalnom periodu; u ovom slučaju, na elektroencefalogramu se pojavljuje ritam nalik na greben, sličan ritmu u centralnim regijama mozga.

Kada se prepiše adekvatna ishrana, napadi prestaju i epilepsija se ne razvija. Kod nekih poremećaja metabolizma aminokiselina, napadi mogu biti jedan od glavnih simptoma.

Postoji vrsta toksičnog napada zbog poremećaja metabolizma organskih kiselina, gdje različite organske acidurije mogu biti žarište napada ili dovesti do epizoda akutne dekompenzacije. Među njima su najznačajnije propionska acidemija i metilmalonska acidemija.

Uz pravilan tretman, napadi su vrlo rijetki i odražavaju trajno oštećenje mozga. Kod glutarne acidurije tipa 1, epileptički napadi se mogu razviti akutno i prestati nakon započinjanja adekvatne terapije.

Kod nedostatka 2-metil-3-hidroksibutirat-CoA dehidrogenaze, opisanog kao urođeni poremećaj kiseline odgovoran za brahiocefaličnu pretilost i poremećaj metabolizma izoleucina, teška epilepsija je česta.

Druga vrsta epileptičkih napada uzrokovana toksičnim efektima uzrokovana je kršenjem metabolizma pirimidina i metabolizma purina. Ovakvi napadi su karakteristični za nedostatak adenilsukcinata, čiji “de novo” efekti izazivaju sintezu purina.

Međutim, treba napomenuti da se epilepsija vrlo često razvija u neonatalnom periodu iu prvoj godini života čovjeka. Takvi pacijenti dodatno pokazuju izražena psihomotorička oštećenja i autizam.

Dijagnoza se postavlja modificiranim Bratton-Marshallovim testom, koji se koristi za ispitivanje urina. Mora se istaći da za ovu bolest ne postoji efikasan tretman, pa je medicinska prognoza veoma nepovoljna. Statistike pokazuju da se napadi razvijaju kod 50% svih pregledanih pacijenata sa nedostatkom dihidropirimidin dehidrogenaze.

A konačni tip epileptičkih napada uzrokovanih toksičnim efektima u medicinskoj praksi je zabilježen kao ne-ketotička hiperglikemija.

Ovaj poremećaj je uzrokovan nedovoljnom razgradnjom glicina i manifestuje se prilično rano, u neonatalnom periodu, simptomima poput letargije, hipotenzije, štucanja (otprilike prije rođenja), kao i oftalmoplegije.

Treba napomenuti da kako se koma pogoršava, počinje da se razvija apneja i česti fokalni mioklonični trzaji. U narednih nekoliko mjeseci (obično više od tri) razvijaju se teški, teško lječivi simptomi, koji se u većini slučajeva manifestiraju kao parcijalni motorički napadi ili infantilni grčevi.

Rano u životu, elektroencefalogram pokazuje normalnu pozadinsku aktivnost, ali se pojavljuju mrlje epileptičkih oštrih valova (nazvanih depresijskim naletima), nakon čega slijedi spora aktivnost visoke amplitude s hipsaritmijom u naredna tri mjeseca.

Dijagnoza se zasniva na visokim koncentracijama glicina u svim tjelesnim tečnostima i cerebrospinalnoj tečnosti (vrijednost > 0,08). Korištenjem skenera za magnetnu rezonancu prikazuje se normalna slika ili hipoplazija ili ageneza.

Glicin je jedan od najvećih inhibitora neurotransmitera u kičmenoj moždini i mozgu. Pretpostavlja se da višak glicina zasićuje mjesto vezanja koantagonista NMDA receptora, promovišući pretjeranu ekscitaciju neurotransmisije i postsinaptičku toksičnost.

Proučeni ekscitatorni toksični efekat preaktivnog NMDA receptora je očigledan uzrok epilepsije, kao i parcijalne tetraplegije i mentalne retardacije. To potvrđuju terapijska ispitivanja NMDA antagonista s parcijalnim manifestacijama na elektroencefalogramu. Ovaj teški oblik epilepsije, kako pokazuje praksa, može se liječiti općeprihvaćenim antiepileptičkim lijekovima.

Treba imati na umu da se dobni kriterij također uzima u obzir u klasifikaciji epilepsije. Koristi se za razlikovanje tipičnog, ranog, koji se pojavljuje u prvim danima života, i atipičnog, kasnog početka, koji se manifestuje do 35. godine.

Toksičan efekat- Ovo je rezultat interakcije otrova, tijela i okoline.

Toksični učinak otrova na organizam ovisi o:

1. Hemijska struktura otrova.

toksični učinak organskih tvari smanjuje se sa razgranatim lancem atoma ugljika ( Pravilo razgranatog lanca);

toksični efekat organskih jedinjenja povećava:

Sa povećanjem broja C atoma u homolognom nizu (bliske strukture). ( Richardsonovo pravilo);

Kada je lanac zatvoren atomima C u molekuli (cikloheksan je toksičniji od heksana);

Sa povećanjem broja višestrukih veza u molekuli (etan je manje toksičan od etilena - dvostruka veza između 2 C atoma);

Kada se halogen, na primjer Cl, uvede u molekulu ugljikovodika (metan je manje toksičan od klorometana);

Kada se hidroksilna grupa OH unese u molekulu ugljikovodika (metan je manje toksičan od metanola);

Prilikom uvođenja nitro-NO 2 ili amino-NH 2 grupa u molekulu benzena ili toluena;

Sa povećanjem koeficijenta rastvorljivosti u mastima štetnih materija. Stoga nervna vlakna bogata lipidima akumuliraju toksične tvari.

2. Osetljivost vrsta na otrove. Razlike u dejstvu otrova na organizam zavise od karakteristika metabolizma, složenosti centralnog nervnog sistema, životnog veka, veličine, težine i karakteristika kože.

3. Dob. Osetljivost adolescenata na toksične supstance je 2-3, pa čak i 10 puta veća nego kod odraslih. Postoje dokazi da su djeca, za razliku od odraslih i adolescenata, najmanje osjetljiva na otrove.

4. Paula. Podaci su kontradiktorni.

5. Individualna varijabilnost i osjetljivost na otrove. Osnova je biohemijska individualnost. Nije moguće pronaći lijek koji jednako djeluje na sve ljude.

6. Bioritmovi.

· sezonski(toksično dejstvo štetnih materija je izraženije u proleće kod oslabljenog organizma);

· dnevnice. Što je veća aktivnost fizioloških funkcija, to je toksični učinak slabiji:

Maksimalna podjela ćelija od 3 do 9 sati sa vrhuncem na 6 sati;

Maksimalni krvni pritisak – na 18 sati, min – na 9 sati;

7. Vrijeme izlaganja otrovu:

· kontinuirano– koncentracija otrova tokom trovanja ostaje konstantna;

· povremeno– period udisanja otrova se smenjuje sa periodom udisanja čistog vazduha;

· povremeno– koncentracija otrova se mijenja tokom trovanja.

Proučavanje povremenog ponašanja vrlo je važno u industrijskoj toksikologiji. U hemijskom postrojenju, emisije štetnih materija mogu značajno da variraju tokom jedne smene. Eksperimenti su to pokazali povremeno trovanje je toksičnije od kontinuiranog trovanja, čak i ako maksimalna koncentracija ne prelazi koncentraciju tokom kontinuiranog izlaganja. To je zbog poremećaja u formiranju adaptacije tijela.

8. Faktori okoline:

· temperatura– toksično dejstvo većine otrova se različito manifestuje u različitim temperaturnim uslovima. U određenoj temperaturnoj zoni je najmanja;

· pritisak– kada se barometarski pritisak smanji na 600-500 mm Hg. Art. toksični efekat CO (prostora) se povećava.

Mnogo je faktora koji određuju toksični učinak. Ovi faktori se mogu klasifikovati na sledeći način:

1) vrstu toksičnog faktora i oblik njegovog prenošenja;

2) stanja reakcije organizma na otrove;

3) put ulaska toksina;

4) vrsta organizma zahvaćenog toksinom.

Napomena 4. Ovdje je potrebno uzeti u obzir stanje akumulacije ove tvari, kao i njen transport u tijelo (nosač). Zajedno, ova dva faktora određuju put (ili način) ulaska toksina u krv. Na primjer, ugljovodonici koji se transportuju prašinom iz zraka ulaze u krvotok vrlo brzo kroz pluća, ali ugljikohidrati transportirani hranom ulaze u krvotok mnogo sporije (opstrukcija crijevnih zidova).

Napomena 5. U zavisnosti od vremena izlaganja ksenobiotika organizmu, kao i u zavisnosti od mesta njegovog delovanja, možemo govoriti o:

Zadobiti akutnu lokalnu ozljedu, u kojoj je određeni organ oštećen relativno kratko (sekunde, minute)

Dugotrajno lokalno djelovanje, u kojem odabrani organ trpi oštećenje dugo vremena (godine);

Akutno opće trovanje, kada toksin koji djeluje kratko vrijeme prodre u krv, a zatim zahvaća važan unutarnji organ;

Dugotrajno opšte dejstvo, kada toksin deluje duže vreme.

Napomena 6. Toksin može ući u tijelo kroz respiratorni aparat, probavne organe i kroz kožu. Posljednja od ovih mogućnosti, odnosno udaranje kroz kožu(resorptivni), jedan je od najčešćih puteva ulaska – koža je direktno i stalno izložena zagađenoj okolini (slika 1.1).

Rice. 1.1.

Otrovne tvari difuzijom, bilo kroz kanale dlake ili kroz lojne i znojne žlijezde vanjskog sloja, dospiju do epiderme, koja diše i provodi metaboličke procese, te je stoga izložena toksičnim tvarima koje djeluju na nju. Sljedeći sloj kože, sama koža, ima direktan kontakt s limfnim i krvnim žilama, što olakšava prodiranje toksina. Pored vremena reakcije i debljine stratum corneuma, značajan faktor koji određuje prodiranje toksina su svojstva ovog toksina. Nepolarna jedinjenja lakše prodiru kroz lipofilnu kožu, dok polarna jedinjenja teže prodiru. Transport polarnih jedinjenja kroz lipidne slojeve mogu olakšati enzimi iz grupe permeaza, koji transportuju hidrofilne čestice kroz nepolarne slojeve. Stanje akumulacije u slučaju gasova i tečnosti olakšava transport toksina. Gasovi i tečnosti koriste kanale za kosu ili žlijezde; za čvrste tvari to je vrlo složeno. Čvrsti toksini se prvo moraju otopiti u znoj ili ulje na površini kože.

Na usta(oralno), odnosno putem organa za varenje, oni zagađivači životne sredine koji se nalaze u hrani i vodi ulaze u organizam. Da bi se toksin apsorbirao iz probavnog trakta, mora se apsorbirati u krv. Put sorpcije toksičnih supstanci u krv kroz probavni trakt je vrlo složen (slika 1.2). Kroz lipofilne stanice sluznice koja prekriva zidove želuca, toksini ulaze u krv.

Rice. 1.2.

Vrlo kisela pH otopina (~1,0) olakšava metaboličke procese toksina, a njihovi nepolarni produkti difundiraju kroz zidove želuca.

U crijevima, nakon promjene pH, slabe baze, u želucu, su u jonskom obliku, prelaze u neutralne čestice, koje su manje polarne i sposobne su za difuziju kroz crijevni zid. Toksične tvari iz želuca i crijeva ulaze u jetru kroz limfni vaskularni sistem ili kroz povratnu venu. Ovdje pod utjecajem enzima dolazi do metaboličkih reakcija. njihovi proizvodi su manje toksični i ako se dobro otapaju u vodi, ulaze u krvožilni sistem, što je ekvivalentno distribuciji po tijelu. Neki metaboliti prolaze kroz filtraciju u bubrezima i eliminiraju se iz tijela. Metaboliti koji se teže rastvaraju pod uticajem Holloway kiselina, koje se nalaze u žuči jetre, emulgiraju se i zajedno sa žuči, kroz dvanaestopalačno crevo, vraćaju u crevo, odakle se mogu ukloniti ili uključiti u sledeći ciklus. metabolički procesi. Dakle, ovisno o svojstvima toksina, brzini transporta, metaboličkim procesima i brzini uklanjanja produkata ovih procesa, u tijelu ostaje diferencirani dio ksenobiotika. Njegova količina određena je takozvanim parametrom apsorpcije ksenobiotika (p), koji je definiran kao omjer koncentracije ovog toksina ili njegovog metabolita u krvi nakon oralnog izlaganja i koncentracije toksina koji je ušao intravenozno:

p = Srotova / Svenozna

Sljedeći put ulaska toksina je Mašina za pomoć pri disanju(put inhalacije). Prašina, kapi magle, gasovi koji zagađuju atmosferu, istovremeno sa vazduhom koji udišemo, ulaze u pluća. Struktura pluća – vrlo razvijena površina alveola – i njihova funkcija određuju razmjenu kisika i ugljičnog dioksida između krvi i plinova sadržanih u plućima, što ih čini vrlo osjetljivim na adsorpciju toksina. Zagađivači koji su vrlo topljivi u vodi (hlorovodonik, amonijak) se u velikoj mjeri otapaju u sekretima iz nosa i grla ili iu bronhima, oštećujući ih, te u malim količinama ulaze u krv. Velike čestice prašine mogu ostati zarobljene na dlačicama na vrhu respiratornog sistema, odakle ulaze u probavni trakt prilikom kihanja ili kašljanja. Tako policiklični ugljovodonici taloženi na česticama čađi ulaze u pluća.

Brzina difuzije (D) kroz alveole je naznačena rastvorljivošću ovog gasnog zagađivača u krvi(ima), kao i Fitzcoovim pravilom, površina alveola (A), kao i razlika u pritisku čestice gasa u vazduhu i krvi (ΔΡ). Stoga se brzina difuzije izražava formulom:

D= f(s, Α, ΔΡ)

Bilješka 7. Prilikom procene toksičnosti treba uzeti u obzir starost, zdravstveno stanje, otpornost pojedinog organizma, kao i uslove života. Uobičajena ovisnost je veća toksičnost kod vrlo mladih organizama. Opće loše zdravlje također pojačava djelovanje ksenobiotika. Pojedinci koji žive u dobrim uslovima životne sredine, zdravi, pokazuju značajnu otpornost na toksine.

Interakcija toksičnog sredstva ili produkata njegove transformacije u tijelu sa strukturnim elementima biosistema, koja je u osnovi razvoja toksičnog procesa, naziva se mehanizmom toksičnog djelovanja. Interakcija se odvija zbog fizičko-hemijskih i hemijskih reakcija.

Toksičan proces pokrenut fizičko-hemijskim reakcijama obično je uzrokovan otapanjem toksičnog sredstva u određenim sredinama (vodenim ili lipidnim) stanica i tkiva tijela. U tom slučaju se značajno mijenjaju fizičko-hemijska svojstva rastvarača (pH, viskoznost, električna provodljivost, jačina međumolekulskih interakcija itd.). Karakteristika ove vrste interakcije je odsustvo stroge ovisnosti kvalitete efekta razvoja o kemijskim svojstvima molekula toksičnog sredstva. Tako na tkiva djeluju sve kiseline, alkalije, jaki oksidanti, neki organski rastvarači i visokomolekularna jedinjenja bez specifične aktivnosti.

Češće se toksični efekat zasniva na hemijskim reakcijama toksičnog sredstva sa određenim strukturnim elementom živog sistema. Strukturna komponenta biološkog sistema s kojom toksični supstanci stupaju u kemijsku interakciju naziva se "receptor" ili "meta".

Mehanizmi toksičnog djelovanja velike većine kemikalija trenutno su nepoznati. U tom smislu, mnoge od klasa molekula i molekularnih kompleksa koji formiraju tijelo opisano u nastavku smatraju se, uglavnom, samo vjerojatnim receptorima (metama) djelovanja otrova. Sagledavanje njih iz ove perspektive je legitimno, jer se djelovanje nekih dobro proučavanih toksikanata zasniva na interakciji s predstavnicima upravo ovih klasa biomolekula.

1. Definicija pojma “receptor” u toksikologiji

Koncept "receptora" je veoma prostran. U biologiji se najčešće koristi u sljedećim značenjima:

1. Opšti koncept. Receptori su mjesta relativno specifičnog vezivanja na biosupstratu ksenobiotika (ili endogenih molekula), pod uvjetom da se proces vezivanja povinuje zakonu djelovanja mase. Cijeli molekuli proteina, nukleinskih kiselina, polisaharida, lipida ili njihovi fragmenti mogu djelovati kao receptori. U odnosu na fragment biomolekule koji je direktno uključen u formiranje kompleksa sa hemijskom supstancom, često se koristi termin "receptorsko područje". Na primjer, receptor ugljičnog monoksida u tijelu je molekul hemoglobina, a region receptora je željezni ion zatvoren u prstenu hem porfirina.

2. Selektivni receptori. Sa evolucijskom složenošću organizama nastaju posebni molekularni kompleksi - elementi bioloških sistema koji imaju visok afinitet za pojedine hemijske supstance koje obavljaju funkcije bioregulatora (hormoni, neurotransmiteri itd.). Dijelovi bioloških sistema koji imaju najveći afinitet za pojedinačne posebne bioregulatore nazivaju se „selektivni receptori“. Supstance koje stupaju u interakciju sa selektivnim receptorima u skladu sa zakonom djelovanja mase nazivaju se selektivni receptorski ligandi. Interakcija endogenih liganada sa selektivnim receptorima je od posebne važnosti za održavanje homeostaze.

Mnogi selektivni receptori sastoje se od nekoliko podjedinica, od kojih samo neki imaju mjesta za vezanje liganda. Često se izraz "receptor" koristi samo za takve podjedinice koje se vezuju za ligand.

3. Permanentni receptori su selektivni receptori čija su struktura i svojstva kodirani pomoću posebnih gena ili trajnih genskih kompleksa. Na fenotipskom nivou, promjene u receptoru kroz rekombinaciju gena razvijaju se izuzetno rijetko. Promjene aminokiselinskog sastava proteina koji formiraju selektivni receptor, koje ponekad nastaju tijekom evolucije zbog poligenetskih transformacija, u pravilu imaju malo utjecaja na funkcionalne karakteristike potonjeg, njegov afinitet za endogene ligande i ksenobiotike.

Trajni receptori uključuju:

Neurotransmiteri i hormonski receptori. Kao i drugi selektivni receptori, ovi receptori su sposobni da selektivno interaguju sa nekim ksenobioticima (lijekovi, toksikanti). Ksenobiotici mogu djelovati i kao agonisti i kao antagonisti endogenih liganada. Kao rezultat toga, određena biološka funkcija pod kontrolom ovog receptorskog aparata se aktivira ili potiskuje;

Enzimi su proteinske strukture koje selektivno komuniciraju sa supstratima čiju transformaciju katalizuju. Enzimi također mogu komunicirati sa stranim supstancama, koje u ovom slučaju postaju ili inhibitori ili alosterični regulatori njihove aktivnosti;

Transportni proteini - selektivno vezuju endogene ligande određene strukture, vršeći njihovo taloženje ili prijenos kroz različite biološke barijere. Toksikanti koji stupaju u interakciju s transportnim proteinima također djeluju ili kao njihovi inhibitori ili kao alosterični regulatori.

4. Receptori sa promjenjivom strukturom. To su uglavnom antitijela i antigen-vezujući receptori T-limfocita. Receptori ovog tipa nastaju u prekursorskim ćelijama zrelih ćelijskih oblika usled rekombinacije izazvane spoljnim uticajima 2-5 gena koji kontrolišu njihovu sintezu. Ako se rekombinacija odvija u procesu ćelijske diferencijacije, tada će se u zrelim elementima sintetizirati receptori samo određene strukture. Na taj način se formiraju selektivni receptori za specifične ligande, a proliferacija dovodi do pojave čitavog klona ćelija koje sadrži ove receptore.

Kao što slijedi iz gornjih definicija, u biologiji se termin "receptor" uglavnom koristi za označavanje struktura koje su direktno uključene u percepciju i prijenos bioloških signala i sposobne su selektivno vezati, pored endogenih liganda (neurotransmitera, hormona, supstrata ), neke strane spojeve.

U toksikologiji (kao i farmakologiji), pojam "receptor" se odnosi na bilo koji strukturni element živog (biološkog) sistema s kojim toksikant (lijek) kemijski stupa u interakciju. U ovom čitanju, ovaj koncept je u hemijsku biologiju početkom dvadesetog veka uveo Paul Ehrlich (1913).

Raspon energetskih karakteristika interakcije receptor-ligand je neobično širok: od formiranja slabih, lako kidajućih veza do formiranja ireverzibilnih kompleksa (vidi gore). Priroda interakcije i struktura formiranog kompleksa ovise ne samo o strukturi toksičnog sredstva, konformaciji receptora, već i o svojstvima medija: pH, ionskoj snazi ​​itd. U skladu sa zakonom djelovanja mase, broj formiranih kompleksa supstanca-receptor određen je energijom interakcije (afinitetom) i sadržajem obje komponente reakcije (supstanca i njen receptor) u biološkom sistemu.

Receptori mogu biti “nečujni” i aktivni. "Tihi" receptor je strukturna komponenta biološkog sistema, čija interakcija sa supstancom ne dovodi do formiranja odgovora (na primjer, vezivanje arsena od strane proteina koji čine kosu i nokte). Aktivni receptor je strukturna komponenta biološkog sistema, čija interakcija sa otrovnim sredstvom pokreće toksični proces. Kako bi se izbjegle terminološke poteškoće, termin „ciljna struktura“ često se koristi za označavanje strukturnih elemenata s kojima otrovno sredstvo stupa u interakciju da bi pokrenulo toksični proces, umjesto izraza „receptor“.

Prihvataju se sljedeći postulati:

Toksičan učinak neke supstance je izraženiji što je veći broj aktivnih receptora (ciljnih struktura) koji stupaju u interakciju sa toksikantom;

Toksičnost supstance je veća, što se manja njena količina vezuje za „tihe” receptore, što efikasnije deluje na aktivni receptor (ciljnu strukturu), to je veći značaj receptora i oštećenog biološkog sistema za održavanje homeostaze. cijeli organizam.

Svaka ćelija, tkivo ili organ sadrži ogroman broj potencijalnih receptora različitih tipova („pokreću“ različite biološke reakcije), s kojima ligandi mogu stupiti u interakciju. Uzimajući u obzir gore navedeno, vezivanje liganda (i endogene supstance i ksenobiotika) za receptor date vrste je selektivno samo u određenom rasponu koncentracija. Povećanje koncentracije liganda u biološkom sistemu dovodi do proširenja raspona tipova receptora s kojima on stupa u interakciju i, posljedično, do promjene njegove biološke aktivnosti. Ovo je također jedan od temeljnih principa toksikologije, dokazan brojnim zapažanjima.

Mete (receptori) za toksične efekte mogu biti:

Strukturni elementi međućelijskog prostora;

Strukturni elementi tjelesnih ćelija;

Strukturni elementi sistema za regulaciju ćelijske aktivnosti.

2. Učinak toksičnog sredstva na elemente međućelijskog prostora

Svaka ćelija u telu je okružena vodenim okruženjem – intersticijskom ili međućelijskom tečnošću. Za krvne ćelije, međućelijska tečnost je krvna plazma. Glavna svojstva međustanične tekućine: njen sastav elektrolita i određeni osmotski tlak. Sastav elektrolita je određen uglavnom sadržajem jona Na+, K+, Ca2+, Cl-, HCO3- itd.; osmotski pritisak - prisustvo proteina, drugih anjona i kationa. Međućelijska tečnost sadrži brojne supstrate za ćelijski metabolizam, produkte ćelijskog metabolizma i molekule koji regulišu ćelijsku aktivnost.

Jednom u međućelijskoj tekućini, toksikant može promijeniti svoja fizičko-hemijska svojstva i ući u kemijsku interakciju sa svojim strukturnim elementima. Promjena svojstava međustanične tekućine odmah dovodi do reakcije ćelija. Sljedeći mehanizmi toksičnog djelovanja mogući su zbog interakcije toksičnog sredstva sa komponentama međustanične tekućine:

1. Efekti elektrolita. Kršenje sastava elektrolita uočava se u slučaju trovanja tvarima koje mogu vezati ione. Tako se prilikom intoksikacije fluoridima (F-), nekim agensima za stvaranje kompleksa (Na2EDTA, DTPA i dr.), drugim toksičnim tvarima (etilen glikol, koji se metabolizira u oksalnu kiselinu), joni kalcija vezuju u krvi i međućelijskoj tekućini, razvija akutna hipokalcemija. , praćen poremećajima nervnog sistema, aktivnosti, mišićnog tonusa, sistema zgrušavanja krvi itd. Kršenje jonske ravnoteže, u nekim slučajevima, može se otkloniti unošenjem otopina elektrolita u tijelo.

2. pH efekti. Intoksikacija brojnim supstancama, unatoč visokom puferskom kapacitetu međustanične tekućine, može biti praćena značajnim kršenjem kiselinsko-baznih svojstava unutrašnjeg okruženja tijela. Dakle, trovanje metanolom dovodi do nakupljanja mravlje kiseline u tijelu, uzrokujući tešku acidozu. Promjene pH intersticijske tekućine također mogu biti posljedica sekundarnih toksičnih efekata i nastati kao rezultat poremećaja u procesima bioenergetike, hemodinamike (metabolička acidoza/alkaloza) i vanjskog disanja (gasna acidoza/alkaloza). U teškim slučajevima, pH se može normalizirati davanjem puferskih otopina žrtvi.

3. Vezivanje i inaktivacija strukturnih elemenata intercelularne tečnosti i krvne plazme. Krvna plazma sadrži strukturne elemente koji imaju visoku biološku aktivnost i mogu postati meta toksikanata. To uključuje, na primjer, faktore sistema zgrušavanja krvi, hidrolitičke enzime (esteraze), destruktivne ksenobiotike itd. Posljedica ovog djelovanja može biti ne samo intoksikacija, već i alobioza. Na primjer, inhibicija aktivnosti karboksilesteraza u plazmi koje uništavaju organofosforna jedinjenja (OP) sa tri-o-krezil fosfatom (TOCP) dovodi do značajnog povećanja toksičnosti potonjeg.

4. Kršenje osmotskog pritiska. Značajni poremećaji osmotskog tlaka krvi i intersticijske tekućine tijekom intoksikacije su, po pravilu, sekundarne prirode (disfunkcija jetre, bubrega, toksični plućni edem). Dejstvo koje se razvija ima štetan uticaj na funkcionalno stanje ćelija, organa i tkiva celog organizma.

3. Utjecaj toksikanata na strukturne elemente ćelija

Strukturni elementi ćelija s kojima toksični supstanci stupaju u interakciju, u pravilu su:

Nukleinske kiseline;

Lipidni elementi biomembrana;

Selektivni receptori za endogene bioregulatore (hormoni, neurotransmiteri, itd.).

TOKSIKOMETRIJA

ZAVISNOST "DOZA-EFEKAT" U TOKSIKOLOGIJI

Spektar manifestacija toksičnog procesa određen je strukturom otrovne tvari. Međutim, težina rezultirajućeg efekta je funkcija količine aktivnog sredstva.

Za označavanje količine tvari koja djeluje na biološki objekt koristi se koncept doze. Na primjer, unošenje toksičnog sredstva u količini od 500 mg u želudac štakora od 250 g i zeca od 2000 g znači da su životinje dobile doze jednake 2 odnosno 0,25 mg/kg (koncept „doza“ će biti detaljnije razmotrena u nastavku).

Odnos doze i efekta može se pratiti na svim nivoima organizacije žive materije: od molekularne do populacije. U ovom slučaju, u ogromnoj većini slučajeva, zabilježit će se opći obrazac: s povećanjem doze, stepen oštećenja sistema se povećava; U proces je uključen sve veći broj njegovih sastavnih elemenata.

U zavisnosti od efektivne doze, gotovo svaka supstanca pod određenim uslovima može biti štetna za organizam. To vrijedi za toksične tvari koje djeluju lokalno i nakon resorpcije u unutarnjoj sredini.

Na ispoljavanje odnosa doza-efekat značajno utiče intra- i interspecifična varijabilnost organizama. Zaista, jedinke koje pripadaju istoj vrsti značajno se razlikuju jedna od druge po biohemijskim, fiziološkim i morfološkim karakteristikama. Ove razlike su u većini slučajeva uzrokovane njihovim genetskim karakteristikama. Zbog istih genetskih karakteristika, međuvrsne razlike su još izraženije. S tim u vezi, doze određene supstance u kojoj ona nanosi štetu organizmima iste, a posebno različitih vrsta, ponekad se vrlo značajno razlikuju. Posljedično, odnos doza-učinak odražava svojstva ne samo otrovne tvari, već i organizma na koji djeluje. U praksi to znači da kvantitativnu procjenu toksičnosti, zasnovanu na proučavanju odnosa doza-efekat, treba provesti u eksperimentima na različitim biološkim objektima, a za obradu dobijenih podataka potrebno je pribjeći statističkim metodama.

Odnos doze i efekta za mortalitet

4.1.3.1. Opšti pogledi

Budući da je smrt nakon djelovanja toksičnog sredstva alternativna reakcija, koja se provodi po principu „sve ili ništa“, ovaj efekat se smatra najpogodnijim za određivanje toksičnosti tvari; koristi se za određivanje vrijednosti prosječne smrtonosne doze. (LD50).

Određivanje akutne toksičnosti pomoću indikatora "smrtnosti" vrši se metodom formiranja podgrupa (vidi gore). Toksikant se primjenjuje na jedan od mogućih načina (enteralno, parenteralno) u kontroliranim uvjetima. Mora se uzeti u obzir da način primjene tvari najznačajnije utječe na veličinu toksičnosti.

Koriste se životinje istog pola, starosti, težine, držane na određenoj ishrani, pod potrebnim uslovima smeštaja, temperature, vlažnosti i sl. Studije se ponavljaju na nekoliko vrsta laboratorijskih životinja. Nakon davanja ispitivanog hemijskog jedinjenja, vrše se zapažanja kako bi se odredio broj uginulih životinja, obično u periodu od 14 dana. U slučaju nanošenja supstance na kožu, neophodno je zabilježiti vrijeme kontakta, kao i navesti uslove nanošenja (izlaganje je vršeno iz zatvorenog ili otvorenog prostora). Očigledno je da su stepen oštećenja kože i težina resorptivnog efekta funkcija kako količine nanesenog materijala tako i trajanja njegovog kontakta s kožom. Za sve načine izlaganja osim udisanja, doza izloženosti se obično izražava kao masa (ili zapremina) ispitivane supstance po jedinici telesne težine (mg/kg; ml/kg).

Za izlaganje inhalacijom, doza izloženosti izražava se kao količina ispitivane supstance prisutne u jedinici zapremine vazduha: mg/m3 ili delovi na milion (ppm). Kod ovog načina ekspozicije veoma je važno uzeti u obzir vrijeme ekspozicije. Što je duže izlaganje, to je veća doza izloženosti, veći je potencijal za neželjene efekte. Dobivene informacije o odnosu doza-odgovor za različite koncentracije tvari u udahnutom zraku treba dobiti u isto vrijeme izlaganja. Eksperiment može biti različito strukturiran, naime različite grupe pokusnih životinja udišu supstancu u istoj koncentraciji, ali u različito vrijeme.

Za približnu procjenu toksičnosti inhalacijskih aktivnih supstanci, koja istovremeno uzima u obzir i koncentraciju toksičnog supstanci i vrijeme njegovog izlaganja, uobičajeno je koristiti vrijednost „toksodoza“, izračunatu prema formuli koju je predložio Haber na početak veka:

W = Ct, gdje

W - toksodoza (mg min/m3)

C - koncentracija otrovnih tvari (mg/m3)

t - vrijeme ekspozicije (min)

Pretpostavlja se da će se kod kratkotrajnog udisanja tvari isti učinak (smrt laboratorijskih životinja) postići i kod kratkotrajnog izlaganja visokim dozama i dužeg izlaganja supstancama u nižim koncentracijama, dok će se proizvod vremena i koncentracije tvari postići ostaje nepromijenjena. Najčešće se definicija toksodoza koristila za karakterizaciju hemijskih ratnih agenasa.

Interpretacija i praktična upotreba rezultata

Tipično, glavni zaključak koji toksikolog donosi kada uspostavlja pozitivan odnos doza-odgovor je da postoji uzročno-posljedična veza između izloženosti ispitivanoj tvari i razvoja toksičnog procesa. Međutim, informacije o zavisnosti treba tumačiti samo u odnosu na uslove pod kojima su dobijene. Veliki broj faktora utiče na njen karakter, a specifični su za svaku supstancu i biološku vrstu na čije predstavnike supstanca deluje. S tim u vezi, potrebno je uzeti u obzir niz okolnosti:

1. Tačnost kvantitativnih karakteristika vrijednosti LD50 postiže se pažljivim eksperimentisanjem i adekvatnom statističkom obradom dobijenih rezultata. Ako se pri ponavljanju eksperimenta toksičnosti dobiju kvantitativni podaci koji se razlikuju od prethodno dobivenih, to može biti posljedica varijabilnosti svojstava korištenog biološkog objekta i uslova okoline.

2. Najvažnija karakteristika opasnosti neke supstance je vrijeme smrti nakon izlaganja otrovnoj tvari. Dakle, supstance sa istom vrednošću LD50, ali različitim vremenima smrti, mogu predstavljati različite opasnosti. Supstance koje brzo djeluju često se smatraju opasnijim. Međutim, "sporodjelujuće" supstance sa vrlo dugim latentnim periodom često imaju tendenciju da se akumuliraju u tijelu i stoga su izuzetno opasne. Toksikanti koji brzo djeluju uključuju hemijska bojna sredstva (FOV, cijanovodonična kiselina, iritansi, itd.). Odgođene tvari su polihalogenirani policiklični ugljovodonici (halogenirani dioksini, dibenzofurani, itd.), neki metali (kadmijum, talij, živa itd.) i mnogi drugi.

3. Potpunije tumačenje dobijenih rezultata za procjenu toksičnosti, pored određivanja kvantitativnih karakteristika, zahtijeva detaljnu studiju uzroka smrti (vidjeti odgovarajući odjeljak). Ako supstanca može izazvati različite potencijalno fatalne efekte (respiratorni zastoj, srčani zastoj, kolaps itd.), potrebno je razumjeti koji od efekata je vodeći, kao i da li ova pojava može uzrokovati komplikaciju odnosa doza-odgovor. Na primjer, različiti biološki efekti mogu uzrokovati smrt u akutnoj i odgođenoj fazi intoksikacije. Dakle, intoksikacija dihloretanom već u prvim satima može eksperimentalnu životinju dovesti do smrti zbog depresije centralnog nervnog sistema (narkotičko, neelektrolitno dejstvo). U kasnim periodima intoksikacije životinja umire od akutnog zatajenja bubrega i jetre (citotoksični učinak). Očigledno, ovo je važno i pri određivanju kvantitativnih karakteristika toksičnosti. Dakle, terc-butil nitrit, kada se daje intraperitonealno miševima i zabilježi smrtonosni učinak u roku od 30 minuta, ima LD50 vrijednost od 613 mg/kg; kada su smrtni slučajevi registrovani u roku od 7 dana, LD50 je 187 mg/kg. Smrt u prvim minutama očigledno nastaje kao posledica slabljenja vaskularnog tonusa i stvaranja methemoglobina, au kasnijem periodu od oštećenja jetre.

4. Vrijednost LD50 dobivena u akutnom eksperimentu nije karakteristika toksičnosti tvari nakon ponovljenog subakutnog ili kroničnog izlaganja. Dakle, za supstance sa visokom sposobnošću akumulacije, vrednost smrtonosne koncentracije toksičnog supstanca u životnoj sredini, utvrđena nakon jednokratne primene, može biti značajno veća od koncentracije koja izaziva smrt pri produženom izlaganju. Za slabo kumulativne supstance, ove razlike možda nisu toliko značajne.

U praksi se podaci o dozi-odgovoru i vrijednosti LD50 često koriste u sljedećim situacijama:

1. Da se karakteriše akutna toksičnost supstanci tokom rutinskih toksikoloških studija i uporedi toksičnost nekoliko hemijskih jedinjenja.

TOKSIKOKINETIKA

Toksikokinetika je grana toksikologije u okviru koje se proučavaju obrasci, kao i kvalitativne i kvantitativne karakteristike resorpcije, distribucije, biotransformacije ksenobiotika u organizmu i njihove eliminacije (Slika 1).

Slika 1. Faze interakcije organizma sa ksenobiotikom

Sa stanovišta toksikokinetike, tijelo je složen heterogeni sistem koji se sastoji od velikog broja odjeljaka (odjeljaka): krv, tkiva, ekstracelularna tečnost, intracelularni sadržaj, različitih svojstava, međusobno odvojenih biološkim barijerama. Barijere uključuju ćelijske i intracelularne membrane, histohematske barijere (na primjer krvno-mozak), integumentarna tkiva (koža, sluzokože). Kinetika supstanci u organizmu je, u suštini, njihovo prevazilaženje bioloških barijera i raspodela između pregrada (slika 2).

Prilikom unosa, distribucije i uklanjanja tvari odvijaju se procesi njenog miješanja (konvekcije), rastvaranja u biološkim medijima, difuzije, osmoze i filtracije kroz biološke barijere.

Specifične karakteristike toksikokinetike određene su kako svojstvima same supstance tako i strukturnim i funkcionalnim karakteristikama organizma.

Slika 2. Šema kretanja tvari u glavnim odjeljcima tijela

Najvažnije karakteristike tvari koje utječu na njene toksikokinetičke parametre su:

Koeficijent raspodjele u sistemu ulje/voda - određuje sposobnost akumulacije u odgovarajućoj sredini: rastvorljivo u mastima - u lipidima; rastvorljiv u vodi - u vodi;

Veličina molekule - utiče na sposobnost difuzije u okolini i prodiranja u pore bioloških membrana i barijera;

Konstanta disocijacije - određuje relativni udio toksičnih molekula disociranih u uslovima unutrašnje sredine organizma, tj. odnos molekula u jonizovanom i nejonizovanom obliku. Disocirani molekuli (joni) ne prodiru dobro u jonske kanale i ne prodiru kroz lipidne barijere;

Hemijska svojstva - određuju afinitet toksičnog sredstva prema hemijskim i biohemijskim elementima ćelija, tkiva i organa.

Svojstva tijela koja utiču na toksikokinetiku ksenobiotika.

Svojstva pregrada:

Odnos vode i masti u ćelijama, tkivima i organima. Biološke strukture mogu sadržavati ili malo (mišićno tkivo) ili mnogo masti (biološke membrane, masno tkivo, mozak);

Prisutnost molekula koji aktivno vežu otrov. Na primjer, kosti sadrže strukture koje aktivno vežu ne samo kalcij, već i druge dvovalentne metale (olovo, stroncij, itd.).

Svojstva bioloških barijera:

debljina;

Prisutnost i veličina pora;

Prisustvo ili odsustvo mehanizama za aktivni ili olakšani transport hemikalija.

Prema postojećim konceptima, jačina djelovanja tvari na tijelo je funkcija njegove koncentracije na mjestu interakcije s ciljnom strukturom, što je zauzvrat određeno ne samo dozom, već i toksikokinetičkim parametrima ksenobiotika. . Toksikokinetika formulira odgovor na pitanje: kako doza i način izlaganja tvari tijelu utječu na razvoj toksičnog procesa?

METABOLIZAM KSENOBIOTIKA

Mnogi ksenobiotici, jednom u tijelu, prolaze kroz biotransformaciju i oslobađaju se u obliku metabolita. Biotransformacija se uglavnom zasniva na enzimskim transformacijama molekula. Biološko značenje fenomena je transformacija hemijske supstance u oblik pogodan za uklanjanje iz tela, a time i smanjenje vremena njenog delovanja.

Metabolizam ksenobiotika odvija se u dvije faze (slika 1).

Slika 1. Faze metabolizma stranih jedinjenja

Tokom prve faze redoks ili hidrolitičke transformacije, molekul supstance je obogaćen polarnim funkcionalnim grupama, što ga čini reaktivnim i rastvorljivijim u vodi. U drugoj fazi odvijaju se sintetički procesi konjugacije metaboličkih intermedijarnih produkata sa endogenim molekulima, što rezultira stvaranjem polarnih spojeva koji se izlučuju iz organizma pomoću posebnih mehanizama izlučivanja.

Raznolikost katalitičkih svojstava enzima biotransformacije i njihova niska specifičnost supstrata omogućavaju tijelu da metabolizira tvari vrlo različite strukture. Istovremeno, kod životinja različitih vrsta i kod ljudi metabolizam ksenobiotika je daleko od istog, budući da su enzimi uključeni u transformaciju stranih supstanci često specifični za vrstu.

Posljedica hemijske modifikacije ksenobiotičke molekule može biti:

1. Smanjena toksičnost;

2. Povećana toksičnost;

3. Promjena prirode toksičnog efekta;

4. Pokretanje toksičnog procesa.

Metabolizam mnogih ksenobiotika praćen je stvaranjem proizvoda koji su po toksičnosti znatno inferiorniji u odnosu na izvorne tvari. Dakle, tiocijanati nastali tokom biokonverzije cijanida su nekoliko stotina puta manje toksični od originalnih ksenobiotika. Hidrolitička eliminacija jona fluora iz molekula sarina, somana i diizopropil fluorofosfata dovodi do gubitka sposobnosti ovih supstanci da inhibiraju aktivnost acetilkolinesteraze i značajnog smanjenja njihove toksičnosti. Proces toksičnosti koja gubi toksičnost kao rezultat biotransformacije naziva se "metabolička detoksikacija".

OSNOVE EKOTOKSIKOLOGIJE

Razvoj industrije je neraskidivo povezan sa širenjem spektra hemikalija koje se koriste. Sve veće količine pesticida, đubriva i drugih hemikalija koje se koriste karakteristično su za modernu poljoprivredu i šumarstvo. To je objektivni razlog stalnog porasta hemijske opasnosti po životnu sredinu, skrivene u samoj prirodi ljudskog delovanja.

Prije samo nekoliko decenija, hemijski otpad iz proizvodnje jednostavno je bačen u okoliš, a pesticidi i gnojiva su prskani gotovo nekontrolirano, na osnovu utilitarnih razloga, po ogromnim površinama. Istovremeno se vjerovalo da bi se plinovite tvari trebale brzo raspršiti u atmosferi, a tekućine djelimično rastvoriti u vodi i odnijeti s mjesta emisije. Iako su se čestice značajno akumulirale u regijama, potencijalna opasnost od industrijskih emisija smatrana je niskom. Upotreba pesticida i gnojiva dala je ekonomski učinak koji je višestruko veći od štete koju su otrovne tvari nanijele prirodi.

Međutim, već 1962. godine pojavila se knjiga Rachel Carson “Tiho proljeće”, u kojoj autorica opisuje slučajeve masovnog uginuća ptica i riba od nekontrolirane upotrebe pesticida. Carson je zaključio da uočeni efekti zagađivača na divlje životinje nagoveštavaju predstojeću katastrofu i za ljude. Ova knjiga je svima privukla pažnju. Pojavila su se društva za zaštitu životne sredine i vladino zakonodavstvo koje reguliše emisiju ksenobiotika. Ovom knjigom je, zapravo, započeo razvoj nove grane nauke – toksikologije životinja.

Ekotoksikologiju je kao samostalnu nauku identificirao Rene Traut, koji je prvi put, 1969. godine, povezao dva potpuno različita predmeta: ekologiju (prema Krebsu, nauku o odnosima koji određuju rasprostranjenost i stanište živih bića) i toksikologiju. Naime, ova oblast znanja uključuje, pored navedenih, elemente drugih prirodnih nauka, kao što su hemija, biohemija, fiziologija, populaciona genetika itd.

Kako se razvijao, sam koncept ekotoksikologije doživio je određenu evoluciju. 1978. Butler je ekotoksikologiju posmatrao kao nauku koja proučava toksične efekte hemijskih agenasa na žive organizme, posebno na nivou populacije i zajednice, unutar definisanih ekosistema. Levin i saradnici 1989. definišu je kao nauku o predviđanju efekata hemikalija na ekosisteme. Godine 1994. W. i T. Forbes definirali su ekotoksikologiju na sljedeći način: Područje znanja koje sumira ekološke i toksikološke efekte hemijskih zagađivača na populacije, zajednice i ekosisteme, prateći sudbinu (transport, transformaciju i odlaganje) takvih zagađivača u okruženje.

Dakle, ekotoksikologija, prema autorima, proučava razvoj štetnih efekata koji se manifestuju djelovanjem zagađivača na širok spektar živih organizama (od mikroorganizama do čovjeka), najčešće na nivou populacija ili ekosistema u cjelini, kao i sudbina hemikalije u sistemu biogeocenoza.

Kasnije, u okviru ekotoksikologije, počeli su da izdvajaju, kao samostalan pravac, jedan od njegovih odseka, nazvan toksikologija životne sredine.

Postojala je tendencija da se termin ekotoksikologija koristi samo da se odnosi na korpus znanja o efektima hemikalija na ekosisteme osim na ljude. Prema tome, prema Walkeru et al. (1996), ekotoksikologija je proučavanje štetnih efekata hemikalija na ekosisteme. Eliminacijom ljudskih objekata iz opsega objekata koje ekotoksikologija razmatra, ova definicija utvrđuje razliku između ekotoksikologije i toksikologije životne sredine i određuje predmet proučavanja potonje. Predlaže se da se termin toksikologija životne sredine koristi samo za proučavanje direktnih efekata zagađivača životne sredine na ljude.

U procesu proučavanja uticaja hemikalija prisutnih u životnoj sredini na čoveka i ljudske zajednice, toksikologija životne sredine operiše sa već utvrđenim kategorijama i konceptima klasične toksikologije i po pravilu primenjuje svoju tradicionalnu eksperimentalnu, kliničku i epidemiološku metodologiju. Predmet istraživanja su mehanizmi, dinamika razvoja, manifestacije štetnog djelovanja toksikanata i proizvodi njihove transformacije u okolišu na čovjeka.

Dijeleći ovaj pristup općenito i pozitivno ocjenjujući njegov praktični značaj, međutim, treba napomenuti da se metodološke razlike između ekotoksikologije i toksikologije okoliša potpuno brišu kada se istraživaču postavi zadatak da procijeni indirektne učinke zagađivača na ljudsku populaciju (npr. , uzrokovane toksičnom modifikacijom biote), ili, naprotiv, otkriti mehanizme djelovanja kemikalija u okolišu na predstavnike određene vrste živih bića. U tom smislu, sa teorijske tačke gledišta, toksikologija životne sredine, kao nauka, predstavlja samo poseban problem toksikologije životne sredine, dok su metodologija, konceptualni aparat i struktura nauka isti.

1. Ksenobiotički profil životne sredine

Sa pozicije toksikologa, abiotički i biotički elementi onoga što nazivamo životnom sredinom su složeni, ponekad organizirani aglomerati, mješavine bezbrojnih molekula.

Za ekotoksikologiju su od interesa samo molekule koji su bioraspoloživi, ​​tj. sposoban za nemehaničku interakciju sa živim organizmima. U pravilu su to jedinjenja koja su u plinovitom ili tekućem stanju, u obliku vodenih otopina, adsorbirana na česticama tla i raznim površinama, čvrstim tvarima, ali u obliku fine prašine (veličine čestica manje od 50 mikrona), i na kraju tvari koje u organizam ulaze hranom.

Neka od bioraspoloživih jedinjenja organizmi koriste, učestvujući u procesima njihove plastične i energetske razmene sa okolinom, tj. djeluju kao resursi staništa. Drugi se, ulazeći u tijelo životinja i biljaka, ne koriste kao izvori energije ili plastičnog materijala, već su, djelujući u dovoljnim dozama i koncentracijama, sposobni značajno modificirati tok normalnih fizioloških procesa. Takva jedinjenja nazivaju se stranim ili ksenobioticima (tuđim životu).

Ukupnost stranih supstanci sadržanih u životnoj sredini (voda, tlo, vazduh i živi organizmi) u obliku (agregatnom stanju) koji im omogućava da stupe u hemijske i fizičko-hemijske interakcije sa biološkim objektima ekosistema čine ksenobiotički profil biogeocenoze. Profil ksenobiotika treba posmatrati kao jedan od najvažnijih faktora sredine (uz temperaturu, svetlost, vlažnost, trofičke uslove itd.), koji se može opisati kvalitativnim i kvantitativnim karakteristikama.

Važan element ksenobiotičkog profila su strane tvari sadržane u organima i tkivima živih bića, jer ih sve prije ili kasnije konzumiraju drugi organizmi (tj. imaju bioraspoloživost). Naprotiv, hemikalije fiksirane u čvrstim, nedisperzivnim i u vodi nerastvorljivim objektima (kamene, čvrsti industrijski proizvodi, staklo, plastika, itd.) nemaju bioraspoloživost. Mogu se smatrati izvorima formiranja ksenobiotskog profila.

Ksenobiotički profili životne sredine, nastali tokom evolucionih procesa koji su se dešavali na planeti milionima godina, mogu se nazvati prirodnim ksenobiotičkim profilima. Oni su različiti u različitim regionima Zemlje. Biocenoze koje postoje u ovim regijama (biotopi) su, u jednoj ili drugoj mjeri, prilagođene odgovarajućim prirodnim ksenobiotičkim profilima.

Različiti prirodni sudari, a posljednjih godina i ljudska ekonomska aktivnost, ponekad značajno mijenjaju prirodni ksenobiotički profil mnogih regija (posebno urbaniziranih). Hemijske tvari koje se akumuliraju u okolišu u količinama neuobičajenim za njega i uzrokuju promjene u prirodnom ksenobiotskom profilu djeluju kao ekozagađivači (zagađivači). Promjena ksenobiotskog profila može biti rezultat prekomjerne akumulacije jednog ili više eko-zagađivača u okolišu.

To ne dovodi uvijek do štetnih posljedica po divlje životinje i stanovništvo. Kao ekotoksikant može se označiti samo ekozagađivač koji se akumulirao u okolišu u količini dovoljnoj da pokrene toksični proces u biocenozi (na bilo kojem nivou organizacije žive tvari).

Jedan od najtežih praktičnih zadataka ekotoksikologije je određivanje kvantitativnih parametara po kojima se ekozagađivač pretvara u ekotoksikant. Prilikom rješavanja ovog problema potrebno je uzeti u obzir da u realnim uslovima cjelokupni ksenobiotički profil životne sredine utiče na biocenozu, čime se modificira biološka aktivnost pojedinog zagađivača. Dakle, u različitim regijama (različiti profili ksenobiotika, različite biocenoze) kvantitativni parametri transformacije zagađivača u ekotoksikant su striktno različiti.

2. Ekotoksikokinetika

Ekotoksikokinetika je grana ekotoksikologije koja ispituje sudbinu ksenobiotika (ekozagađivača) u okolišu: izvore njihove pojave; distribucija u abiotičkim i biotičkim elementima životne sredine; transformacija ksenobiotika u životnoj sredini; eliminacija iz okoline.

2.1. Formiranje ksenobiotskog profila. Izvori zagađivača koji ulaze u okoliš

Prirodni izvori biodostupnih ksenobiotika, prema WHO (1992), uključuju: čestice prašine koje se prenose vjetrom, aerosol morske soli, vulkansku aktivnost, šumske požare, biogene čestice, biogene isparljive tvari. Još jedan izvor ksenobiotika u životnoj sredini, čiji značaj stalno raste, je ljudska aktivnost

Najvažniji element ekotoksikološke karakterizacije zagađivača je identifikacija njihovih izvora. Rešavanje ovog problema je daleko od lakog, jer... Ponekad supstanca ulazi u okolinu u malim količinama, ponekad u obliku nečistoća do potpuno bezopasnih supstanci. Konačno, stvaranje eko-zagađivača u okolišu moguće je kao rezultat abiotskih ili biotičkih transformacija drugih tvari.

2.2. Upornost

Brojni abiotički (nastaju bez učešća živih organizama) i biotički (koji se odvijaju uz učešće živih organizama) procesi u životnoj sredini imaju za cilj eliminaciju (uklanjanje) ekozagađivača. Mnogi ksenobiotici, jednom ispušteni u zrak, tlo i vodu, nanose minimalnu štetu ekosistemima, jer je vrijeme njihovog izlaganja zanemarljivo. Tvari koje su otporne na procese uništavanja i kao rezultat toga dugo opstaju u okolišu, u pravilu su potencijalno opasni ekotoksikanti.

Stalno ispuštanje postojanih zagađivača u životnu sredinu dovodi do njihovog nagomilavanja i transformacije u ekotoksikante za najranjiviji (osjetljiviji) dio biosistema. Nakon što prestane ispuštanje postojanog toksikanta, on ostaje u okolišu dugo vremena. Tako su u vodi jezera Ontario 90-ih godina utvrđene visoke koncentracije pesticida Mirex, čija je upotreba prestala kasnih 70-ih godina. U rezervoarima poligona američkog ratnog vazduhoplovstva na Floridi, gde je Agent Orange prskan u istraživačke svrhe 1962. - 1964., nakon 10 godina mulj je sadržao 10 - 35 ng/kg TCDD (u stopi od 0,1 pkg/kg prema američki standardi, Rusija - 10 pakovanja/kg).

Supstance koje dugo opstaju u životnoj sredini uključuju teške metale (olovo, bakar, cink, nikl, kadmijum, kobalt, antimon, živu, arsen, hrom), policiklične polihalogenizovane ugljovodonike (polihlorovani dibenzodioksini i dibenzofurani, polifenilklorin, bifenil, itd. ), neki organoklorni pesticidi (DDT, heksahloran, aldrin, lindan, itd.) i mnoge druge supstance.

2.3. Transformacija

Velika većina supstanci prolazi kroz različite transformacije u okolini. Priroda i brzina ovih transformacija određuju njihovu stabilnost.

2.3.1. Abiotička transformacija

Na postojanost neke supstance u okolini utiče veliki broj procesa. Glavne su fotoliza (uništenje pod utjecajem svjetlosti), hidroliza i oksidacija.

Fotoliza. Svjetlost, posebno ultraljubičaste zrake, mogu razbiti hemijske veze i time uzrokovati degradaciju hemikalija. Fotoliza se uglavnom dešava u atmosferi i na površini tla i vode. Brzina fotolize ovisi o intenzitetu svjetlosti i sposobnosti tvari da je apsorbira. Nezasićena aromatična jedinjenja, kao što su policiklični aromatični ugljovodonici (PAH), najosjetljivija su na fotolizu jer aktivno apsorbiraju svjetlosnu energiju. Svjetlost također ubrzava i druge procese razgradnje tvari: hidrolizu i oksidaciju. Zauzvrat, prisustvo fotooksidanata u medijima, kao što su ozon, dušikovi oksidi, formaldehid, akrolein i organski peroksidi, značajno ubrzava proces fotolize drugih zagađivača (indicirano za PAH).

Hidroliza. Voda, posebno kada se zagrije, brzo uništava mnoge tvari. Esterske veze, na primjer, u molekulima organofosfornih spojeva, vrlo su osjetljive na djelovanje vode, što određuje umjerenu stabilnost ovih spojeva u okolišu. Brzina hidrolize u velikoj mjeri ovisi o pH. Kao rezultat transformacije hemikalija u okolini, nastaju nove supstance. Međutim, njihova toksičnost ponekad može biti veća od toksičnosti matičnog agensa.

Biotička transformacija

Abiotička razgradnja hemikalija se obično odvija malom brzinom. Ksenobiotici se znatno brže razgrađuju uz sudjelovanje biote, posebno mikroorganizama (uglavnom bakterija i gljivica), koji ih koriste kao hranjive tvari. Proces biotičke destrukcije odvija se uz učešće enzima. Biotransformacije tvari zasnivaju se na procesima oksidacije, hidrolize, dehalogenacije, cijepanja cikličkih struktura molekula, eliminacije alkil radikala (dealkilacija) itd. Razgradnja jedinjenja može rezultirati njegovim potpunim uništenjem, tj. mineralizacija (formiranje vode, ugljičnog dioksida, drugih jednostavnih spojeva). Međutim, moguće je formiranje međuprodukata biotransformacije tvari koje su ponekad toksičnije od izvornog agensa. Dakle, transformacija neorganskih živinih jedinjenja fitoplanktonom može dovesti do stvaranja toksičnijih jedinjenja žive, posebno metil žive. Sličan fenomen dogodio se u Japanu na obalama zaljeva Minamato 50-ih i 60-ih godina. Živa koja je sa otpadnim vodama iz fabrike za proizvodnju azotnih jedinjenja ušla u vodu zaliva biota je transformisana u metil živu. Potonji je bio koncentriran u tkivima morskih organizama i riba, koje su služile kao hrana za lokalno stanovništvo. Kao rezultat toga, ljudi koji su konzumirali ribu razvili su bolest koju karakterizira složen kompleks neuroloških simptoma, a kod novorođenčadi su zabilježeni razvojni nedostaci. Prijavljena su ukupno 292 slučaja Minamato bolesti, od kojih su 62 dovela do smrti.

2.4. Procesi eliminacije koji nisu povezani sa uništenjem

Neki procesi koji se dešavaju u životnoj sredini doprinose eliminaciji ksenobiotika iz regiona, menjajući njihovu distribuciju u komponentama životne sredine. Zagađivač sa visokim pritiskom pare može lako da ispari iz vode i tla, a zatim se preseli u druge regione sa strujama vazduha. Ovaj fenomen leži u osnovi sveprisutnosti relativno hlapljivih organoklornih insekticida kao što su lindan i heksahlorobenzen.

Kretanje toksičnih čestica ili tla na koje se tvari adsorbiraju vjetrom i atmosferskim strujama također je važan način preraspodjele zagađivača u okolišu. U tom smislu, tipičan primjer su policiklični aromatični ugljovodonici (benzpireni, dibenzpireni, benzantraceni, dibenzantraceni, itd.). Benzpiren i srodna jedinjenja prirodnog (uglavnom vulkanskog) i antropogenog porijekla (emisije iz metalurgije, prerade nafte, termoelektrana, itd.) aktivno su uključeni u ciklus biosfere tvari, prelazeći iz jedne sredine u drugu. Međutim, u pravilu su povezani s čvrstim česticama atmosferske prašine. Fina prašina (1-10 mikrona) ostaje dugo u vazduhu; veće čestice prašine se brzo talože na tlo i vodu na mestu formiranja. Tokom vulkanskih erupcija, pepeo sadrži velike količine takvih supstanci. Štaviše, što je veća emisija, veća je udaljenost do koje su zagađivači raspršeni.

Sorpcija supstanci na suspendovanim česticama u vodi, praćena taloženjem, dovodi do njihovog eliminacije iz vodenog stuba, ali akumulacije u donjem sedimentu. Sedimentacija dramatično smanjuje bioraspoloživost zagađivača.

Preraspodjela tvari topivih u vodi je olakšana kišom i kretanjem podzemnih voda. Na primjer, herbicid atrazin, koji se koristi za zaštitu širokolisnih biljaka u američkoj poljoprivredi i parkovima, sveprisutan je u tamošnjim površinskim vodama. Prema nekim izvještajima, do 92% proučavanih vodenih tijela SAD-a sadrži ovaj pesticid. Budući da je tvar prilično stabilna i lako topiva u vodi, migrira u podzemne vode i tamo se akumulira.

2.5. Bioakumulacija

Ako zagađivač iz okoliša ne može ući u tijelo, obično ne predstavlja značajan rizik za tijelo. Međutim, kada uđu u unutrašnje okruženje, mnogi ksenobiotici su sposobni da se akumuliraju u tkivima (videti odeljak UToksikokinetika). Proces kojim organizmi akumuliraju toksične tvari izvlačeći ih iz abiotičke faze (voda, tlo, zrak) i iz hrane (trofički prijenos) naziva se bioakumulacija. Rezultat bioakumulacije su štetne posljedice kako za sam organizam (dostizanje štetnih koncentracija u kritičnim tkivima) tako i za organizme koji ovu biološku vrstu koriste kao hranu.

Vodeno okruženje pruža najbolje uslove za bioakumulaciju jedinjenja. Ovdje žive bezbrojni vodeni organizmi koji filtriraju i prolaze kroz ogromne količine vode, dok izvlače otrovne tvari koje se mogu akumulirati. Hidrobionti akumuliraju supstance u koncentracijama, ponekad hiljadama puta većim od onih koje se nalaze u vodi.

Faktori koji utiču na bioakumulaciju

Sklonost bioakumulaciji ekotoksikanata ovisi o brojnim faktorima. Prvi je postojanost ksenobiotika u okolini. Stepen akumulacije neke supstance u organizmu na kraju je određen njenim sadržajem u okolini. Supstance koje se brzo eliminišu uglavnom se ne akumuliraju dobro u tijelu. Izuzetak su uslovi pod kojima se zagađivač stalno unosi u životnu sredinu (regije u blizini industrije i sl.).

Dakle, cijanovodonična kiselina, iako je toksičan spoj, zbog svoje velike isparljivosti, prema mišljenju mnogih stručnjaka, nije potencijalno opasan zagađivač okoliša. Istina, do sada nije bilo moguće potpuno isključiti da neke vrste bolesti i poremećaja trudnoće kod žena koje žive u blizini rudnika zlata, gdje se cijanid koristi u ogromnim količinama, nisu povezane s kroničnim djelovanjem supstance.

Nakon što tvari uđu u tijelo, njihova sudbina je određena toksikokinetičkim procesima (vidi odgovarajući odjeljak). Najveću sposobnost bioakumulacije imaju tvari rastvorljive u mastima (lipofilne) koje se sporo metaboliziraju u tijelu. Masno tkivo je, u pravilu, glavno mjesto dugotrajnog taloženja ksenobiotika. Tako su, mnogo godina nakon izlaganja, visoki nivoi TCDD pronađeni u uzorcima biopsije masnog tkiva i krvne plazme veterana američke vojske koji su učestvovali u Vijetnamskom ratu. Međutim, mnoge lipofilne tvari su sklone sorpciji na površinama raznih čestica taloženih iz vode i zraka, što smanjuje njihovu bioraspoloživost. Na primjer, sorpcija benzpirena huminskim kiselinama smanjuje sposobnost toksičnosti da se bioakumulira u tkivima ribe za tri puta. Ribe iz vodenih tijela s niskim sadržajem suspendiranih čestica u vodi akumuliraju više DDT-a od riba iz eutrofnih vodnih tijela s visokim sadržajem suspendiranih tvari.

Supstance koje se metaboliziraju u tijelu akumuliraju se u manjim količinama nego što bi se očekivalo na osnovu njihovih fizičko-hemijskih svojstava. Razlike među vrstama u vrijednostima faktora bioakumulacije ksenobiotika u velikoj su mjeri određene specifičnostima vrste njihovog metabolizma.

Vrijednost bioakumulacije

Bioakumulacija može biti osnova ne samo kroničnih već i odgođenih akutnih toksičnih efekata. Dakle, brzi gubitak masti, u kojem se nakupila velika količina tvari, dovodi do oslobađanja otrovne tvari u krv. Mobilizacija masnog tkiva kod životinja često se opaža tokom sezone parenja. U ekološki nepovoljnim regijama to može biti praćeno masovnim uginućem životinja kada dostignu spolnu zrelost. Postojani zagađivači mogu se prenijeti i na potomstvo, kod ptica i riba - sa sadržajem žumančane vrećice, kod sisara - s mlijekom dojilje. U tom slučaju moguće je razviti efekte kod potomstva koji se ne manifestiraju kod roditelja.

2.6. Biomagnification

Hemikalije se mogu kretati kroz lance ishrane od organizama plijena do organizama potrošača. Za visoko lipofilne supstance, ovo kretanje može biti praćeno povećanjem koncentracije toksičnog sredstva u tkivima svakog sljedećeg organizma - karika u lancu ishrane. Ovaj fenomen se naziva biomagnifikacija. Tako je DDT korišten za ubijanje komaraca na jednom od kalifornijskih jezera. Nakon tretmana, nivo pesticida u vodi bio je 0,02 dijela na milion (ppm). Nakon nekog vremena, DDT je ​​određen u planktonu u koncentraciji od 10 ppm, u tkivima planktivornih riba - 900 ppm, riba grabežljivaca - 2700 ppm, ptica koje se hrane ribom - 21000 ppm. Odnosno, sadržaj DDT-a u tkivima ptica koje nisu bile direktno izložene pesticidu bio je 1.000.000 puta veći nego u vodi i 20 puta veći nego u tijelu ribe, prve karike u lancu ishrane.

U prethodno spomenutoj knjizi Rachelle Carson, Tiho proljeće, naveden je takav primjer. Za kontrolu vektora holandske bolesti F, koji napada brijest, bjeljiku brijesta Scolytes multistriatus, stabla su tretirana DDT-om. Dio pesticida je završio u tlu, gdje su ga gliste apsorbirale i nakupljale u tkivima. Migratorni drozdovi, koji prvenstveno jedu kišne gliste, razvili su trovanje pesticidima. Neki od njih su umrli, drugi su imali poremećenu reproduktivnu funkciju - položili su sterilna jaja. Kao rezultat toga, kontrola bolesti drveća dovela je do gotovo potpunog izumiranja migratornih drozdova u nekoliko regija Sjedinjenih Država.

3. Ekotoksikodinamika

3.1. Opšti koncepti

Ekotoksikodinamika je grana ekotoksikologije koja ispituje specifične mehanizme razvoja i oblike toksičnog procesa uzrokovanog djelovanjem ekotoksikanata na biocenozu i/ili pojedine vrste koje je čine.

Mehanizmi pomoću kojih supstance mogu izazvati štetne efekte u biogeocenozama su brojni i verovatno jedinstveni u svakom konkretnom slučaju. Istovremeno se mogu klasifikovati. Tako možemo razlikovati direktne, indirektne i mešovite efekte ekotoksikanata.

Direktno djelovanje je direktno oštećenje organizama određene populacije ili više populacija (biocenoza) ekotoksikantom ili skupom ekotoksikanata datog ksenobiotskog profila okoliša. Primjer tvari sa sličnim mehanizmom djelovanja kod ljudi je kadmijum. Ovaj metal se akumulira u organizmu čak i kada je njegov sadržaj u okolini minimalan, a kada se dostigne kritična koncentracija, pokreće toksični proces koji se manifestuje oštećenjem respiratornog sistema, bubrega, imunosupresijom i karcinogenezom.

Indirektan je uticaj ksenobiotskog profila životne sredine na biotičke ili abiotičke elemente staništa populacije, usled čega uslovi i resursi životne sredine prestaju da budu optimalni za njeno postojanje.

Mnogi toksikanti mogu imati i direktne i indirektne efekte, tj. mješovito djelovanje. Primjer tvari s mješovitim mehanizmom ekotoksičnog djelovanja su, posebno, herbicidi 2,4,5-T i 2,4-D, koji sadrže malu količinu 2,3,7,8-tetraklorodibenzo-p- dioksina (TCDD) kao nečistoće. Široka upotreba ovih supstanci od strane američke vojske u Vijetnamu nanijela je značajnu štetu flori i fauni zemlje i direktno ljudskom zdravlju.

3.2. Ekotoksičnost

Ekotoksičnost je sposobnost datog ksenobiotskog ekološkog profila da izazove štetne efekte u odgovarajućoj biocenozi. U slučajevima kada je narušavanje prirodnog ksenobiotskog profila povezano sa prekomjernim nakupljanjem samo jednog zagađivača u okolišu, uvjetno se može govoriti o ekotoksičnosti samo ove tvari.

U skladu sa idejom nivoa organizacije bioloških sistema u ekologiji, uobičajeno je razlikovati tri sekcije (G.V. Stadnitsky, A.I. Rodionov, 1996):

Autekologija - opis uticaja životne sredine na nivou organizma;

Demekologija - uticaji na životnu sredinu na nivou stanovništva;

Sinekologija - efekti na nivou biocenoze.

U tom smislu, preporučljivo je uzeti u obzir štetne ekotoksične učinke:

Na tjelesnom nivou (autekotoksično) - manifestira se smanjenjem otpornosti na druge aktivne faktore okoline, smanjenjem aktivnosti, bolestima, smrću tijela, karcinogenezom, reproduktivnim poremećajima itd.

Na populacijskom nivou (demekotoksični) - manifestiraju se smrću stanovništva, povećanjem morbiditeta, mortaliteta, smanjenjem nataliteta, povećanjem broja urođenih razvojnih mana, kršenjem demografskih karakteristika (odnos godine, spol, itd.), promjene prosječnog životnog vijeka, kulturna degradacija.

Na nivou biogeocenoze (sinekotoksične) - manifestiraju se promjenom populacijskog spektra cenoze, sve do nestanka pojedinih vrsta i pojave novih koje nisu karakteristične za datu biocenozu, narušavanje međuvrsnih odnosa .

U slučaju procjene ekotoksičnosti samo jedne supstance u odnosu na predstavnike samo jedne vrste živih bića, kvalitativne i kvantitativne karakteristike prihvaćene u klasičnoj toksikologiji (vrijednosti akutne, subakutne, kronične toksičnosti, doze i koncentracije koje izazivaju mutagenost, kancerogenih i drugih vrsta efekata itd.). Međutim, u složenijim sistemima, ekotoksičnost se ne mjeri (kvantitativno) u brojevima, već se karakteriše nizom indikatora kvalitativno ili polukvantitativno, kroz koncepte opasnosti ili rizika za životnu sredinu.

U zavisnosti od trajanja dejstva ekotoksikanata na ekosistem, možemo govoriti o akutnoj i hroničnoj ekotoksičnosti.

3.2.1. Akutna ekotoksičnost

Akutni toksični učinak tvari na biocenozu može biti posljedica nesreća i katastrofa praćenih ispuštanjem u okoliš velikih količina relativno nestabilnih otrovnih tvari ili nepravilnim korištenjem kemikalija.

Istorija već poznaje takve događaje. Tako se 1984. godine u Bhopalu (Indija) dogodila nesreća u fabrici američke hemijske kompanije koja proizvodi pesticide Union Carbide. Kao rezultat toga, velika količina pulmonotropne supstance metil izocijanata ispuštena je u atmosferu. Budući da je hlapljiva tekućina, tvar je formirala nestabilno žarište infekcije. Međutim, oko 200 hiljada ljudi je otrovano, od kojih je 3 hiljade umrlo. Glavni uzrok smrti je akutni plućni edem.

Još jedan poznati slučaj akutne toksično-ekološke katastrofe dogodio se u Iraku. Vlada ove države je kupila veliku seriju žitarica kao sjemenskog materijala. Za suzbijanje štetočina, sjemensko zrno tretirano je fungicidom metil-živa. Međutim, ova serija žitarica je slučajno ušla u prodaju i korištena je za pečenje kruha. Kao rezultat ove ekološke katastrofe, otrovano je više od 6,5 hiljada ljudi, od kojih je oko 500 umrlo.

2000. godine, u Rumuniji, u jednom od preduzeća za rudarenje plemenitih metala, kao rezultat nesreće, došlo je do curenja cijanovodonične kiseline i proizvoda koji sadrže cijanid. Toksikanci su dospeli u vode Dunava u ogromnim količinama, trovajući sve živo na stotine kilometara nizvodno od reke.

Najveća ekološka katastrofa je upotreba visoko toksičnih hemikalija u vojne svrhe. Tokom Prvog svetskog rata zaraćene zemlje su na ratištima koristile oko 120 hiljada tona otrovnih materija. Kao rezultat toga, više od 1,3 miliona ljudi je otrovano, što se može smatrati jednom od najvećih ekoloških katastrofa u ljudskoj istoriji.

Akutna ekotoksičnost ne rezultira uvijek smrću ili akutnom bolešću izloženih ljudi ili drugih vrsta. Tako je među hemijskim agensima korištenim u Prvom svjetskom ratu bio sumporni iperit. Ova supstanca, kao kancerogen, izazvala je kasnu smrt obolelih od neoplazmi.

3.2.2. Hronična ekotoksičnost

Subletalni efekti su obično povezani s kroničnom toksičnošću supstanci. To često znači poremećene reproduktivne funkcije, imunološke promjene, endokrine patologije, razvojne mane, alergije itd. Međutim, kronična izloženost otrovnim tvarima također može dovesti do smrti među pojedincima određenih vrsta.

Manifestacije djelovanja ekotoksikanata na čovjeka mogu biti vrlo raznolike i, pri određenim razinama intenziteta izloženosti, ispadaju prilično specifične za aktivni faktor.

Mehanizmi ekotoksičnosti

Moderna literatura pruža brojne primjere mehanizama djelovanja hemikalija na živu prirodu, omogućavajući uvid u njihovu složenost i neočekivanost.

1. Direktno djelovanje otrovnih tvari koje dovodi do masovne smrti predstavnika osjetljivih vrsta. Upotreba efikasnih pesticida dovodi do masovne smrti štetočina: insekata (insekticidi) ili korova (herbicidi). Strategija upotrebe hemikalija zasniva se na ovom ekotoksičnom efektu. Međutim, u nekim slučajevima se primjećuju popratne negativne pojave. Tako u Švedskoj, 50-60-ih godina. Metil-živa dicijanamid se široko koristio za tretiranje sjemena zrna. Koncentracija žive u zrnu bila je veća od 10 mg/kg. Periodično kljucanje ukiseljenog sjemenskog zrna od strane ptica dovelo je do činjenice da je nekoliko godina kasnije došlo do masovnog uginuća fazana, golubova, jarebica i drugih ptica žitarica od kronične intoksikacije živom.

Prilikom procjene ekološke situacije potrebno je imati na umu osnovni zakon toksikologije: osjetljivost različitih vrsta živih organizama na kemikalije uvijek je različita. Stoga, pojava zagađivača u okolišu, čak iu malim količinama, može biti štetna za predstavnike najosetljivijih vrsta. Dakle, olovo hlorid ubija dafnije u roku od 24 sata kada se nalazi u vodi u koncentraciji od oko 0,01 mg/l, što je malo opasno za predstavnike drugih vrsta.

2. Direktno djelovanje ksenobiotika, što dovodi do razvoja alobiotskih stanja i posebnih oblika toksičnog procesa. Krajem 80-ih oko 18 hiljada tuljana umrlo je od posljedica virusnih infekcija u Baltičkom, Sjevernom i Irskom moru. Visoki nivoi polihlorisanih bifenila (PCB) pronađeni su u tkivima mrtvih životinja. Poznato je da PCB, kao i druga jedinjenja koja sadrže hlor, kao što su DDT, heksahlorobenzen, dieldrin, imaju imunosupresivni efekat na sisare. Njihovo nakupljanje u tijelu dovelo je do smanjenja otpornosti tuljana na infekcije. Dakle, bez direktnog izazivanja uginuća životinja, zagađivač je značajno povećao njihovu osjetljivost na djelovanje drugih nepovoljnih okolišnih faktora.

Klasičan primjer ovog oblika ekotoksičnog učinka je povećanje broja neoplazmi i smanjenje reproduktivnih sposobnosti u populacijama ljudi koji žive u regijama kontaminiranim ekotoksinima (teritorije Južnog Vijetnama - dioksinom).

3. Embriotoksični efekat ekozagađivača. Utvrđeno je da DDT, akumulirajući se u tkivima ptica kao što su patke, orao, orao, itd., dovodi do stanjivanja ljuske jajeta. Kao rezultat toga, pilići se ne mogu izleći i uginu. Ovo je praćeno opadanjem populacije ptica.

Primjeri toksičnog djelovanja različitih ksenobiotika (uključujući lijekove) na embrije ljudi i sisara su široko poznati (vidi odjeljak UTeratogeneza).

4. Direktno djelovanje proizvoda biotransformacije zagađivača sa neobičnim efektom. Terenska promatranja živorodnih riba (carptooths) u državi Florida omogućila su identifikaciju populacije s velikim brojem ženki s očiglednim znakovima maskulinizacije (neobično ponašanje, modifikacija analne peraje, itd.). Ove populacije su pronađene u rijeci nizvodno od fabrike za preradu orašastih plodova. Prvobitno se pretpostavljalo da efluent sadržava maskulinizirajuće supstance. Međutim, studije su pokazale da takvih tvari nema u emisijama: otpadne vode nisu uzrokovale maskulinizaciju. Dalje je utvrđeno da je otpadna voda sadržavala fitosteron (nastao prilikom prerade sirovina), koji je, jednom u riječnoj vodi, bio izložen ovdje živećim bakterijama i uz njihovo učešće se pretvarao u androgen. Ovo poslednje je izazvalo nepovoljan efekat.

Ekotoksikometrija

Opća metodologija

Ekotoksikometrija je grana ekotoksikologije u okviru koje se razmatraju metodološke tehnike koje omogućavaju procjenu (prospektivno ili retrospektivno) ekotoksičnosti ksenobiotika.

Za određivanje ekotoksičnosti ksenobiotika u potpunosti se koriste sve vrste klasičnih kvantitativnih toksikoloških studija (vidi odjeljak UToksikometrija).

Eksperimentalno se utvrđuje akutna toksičnost ekozagađivača na nekoliko vrsta koje su predstavnici različitih nivoa trofičke organizacije u ekosistemu (alge, biljke, beskičmenjaci, ribe, ptice, sisari). Prilikom utvrđivanja kriterija za kvalitet vode koja sadrži određeni otrov, Američka agencija za zaštitu okoliša zahtijeva da se njena toksičnost utvrdi na najmanje 8 različitih vrsta slatkovodnih i morskih organizama (16 testova).

Ponavljani su pokušaji da se vrste živih bića rangiraju prema njihovoj osjetljivosti na ksenobiotike. Međutim, za različite otrove odnos osjetljivosti živih bića na njih je različit. Štaviše, upotreba u ekotoksikologiji standardnih vrsta predstavnika određenih nivoa ekološke organizacije za određivanje ekotoksičnosti ksenobiotika, sa naučnog gledišta, nije ispravna, jer se osjetljivost životinja, čak i bliskih vrsta, ponekad veoma razlikuje. značajno.

Prilikom procjene ekotoksičnosti potrebno je uzeti u obzir da iako gotovo sve tvari mogu uzrokovati akutne toksične učinke, kronična toksičnost nije otkrivena u svakom spoju. Indirektna vrijednost koja ukazuje na stepen opasnosti supstance tokom njenog hroničnog delovanja je odnos koncentracija koje izazivaju akutne (LC50) i hronične (prag toksičnog dejstva) efekte. Ako je ovaj omjer manji od 10, smatra se da je supstanca s malim rizikom od kronične izloženosti.

Prilikom procjene kronične ekotoksičnosti tvari, moraju se uzeti u obzir sljedeće okolnosti:

1. Određivanje koeficijenta opasnosti samo je prvi korak u određivanju ekotoksičnog potencijala neke supstance. U laboratorijskim uslovima, granične koncentracije hroničnog dejstva toksikanata određuju se procenom mortaliteta, rasta i reproduktivnih sposobnosti grupe. Proučavanje drugih efekata hronične izloženosti supstancama ponekad može dovesti do različitih numeričkih karakteristika.

2. Studije toksičnosti se provode na životinjama prikladnim za laboratorijske uslove. Dobijeni rezultati se ne mogu smatrati apsolutnim. Toksikanti mogu uzrokovati kronične posljedice kod nekih vrsta, ali ne i kod drugih.

3. Interakcija toksičnog sredstva sa biotičkim i abiotičkim elementima životne sredine može značajno uticati na njegovu toksičnost u prirodnim uslovima (vidi gore). Međutim, to se ne može proučavati pod uslovima

Toksičan efekat štetne tvari su rezultat interakcije organizma, štetne tvari i okoliša. Djelovanje različitih supstanci ovisi o količini tvari koja ulazi u tijelo, njenim fizičko-hemijskim svojstvima, trajanju unosa i hemijskim reakcijama u tijelu.

Toksični efekat zavisi od bioloških karakteristika vrste, pola, starosti i individualne osetljivosti organizma, strukture i fizičko-hemijskih svojstava otrova, količine otrova.

supstance koje su dospele u organizam, faktori okoline (temperatura, atmosferski pritisak, itd.).

Dakle, grananje lanca atoma ugljovodonika slabi toksični efekat u odnosu na nerazgranate izomere.Uvođenje hidroksilne grupe u molekulu slabi toksičnost (alkoholi su manje toksični od odgovarajućih ugljovodonika). Uvođenje halogena u molekulu organskog spoja povećava njegovu toksičnost itd.

Osetljivost vrsta na otrove različitih organizama je veoma različita, što je posledica karakteristika metabolizma, telesne težine itd. Postoji izvesna razlika u formiranju toksičnog dejstva u zavisnosti od pola: veća je osetljivost žena na djelovanje organskih rastvarača, a ljudi na jedinjenja bora, mangan. Neki otrovi su toksičniji za mlade, dok su drugi toksičniji za starije. Individualna osjetljivost je određena zdravstvenim stanjem.

U nekim slučajevima povremeno(povremeno) djelovanje otrova pojačava toksični učinak. Povećanje fiziološkog učinka na ljudsko tijelo opaža se povećanjem temperature, vlažnosti i barometarskog tlaka. Uz značajan fizički napor, uočava se povećanje ventilacije pluća, što dovodi do intenzivne distribucije toksične tvari u tijelu. Buka i vibracije također mogu povećati toksični učinak.

Opća toksikološka klasifikacija industrijskih otrova uključuje sljedeće vrste djelovanja na žive organizme:

- opće toksično (koma, cerebralni edem, konvulzije): alkohol i njegove zamjene, ugljični monoksid;

- nervni agens (konvulzije, paraliza): nikotin, neki pesticidi, hemijski agensi;

- resorptivno na koži (lokalna upala u kombinaciji sa općim toksičnim pojavama): sirćetna esencija, dihloretan, arsen;

- gušenje(toksični cerebralni edem): dušikovi oksidi, neki hemijski agensi;

- izaziva suze i iritira (iritacija sluzokože očiju, nosa, grla): isparenja jakih kiselina i lužina;

^100- psihotropna(poremećena mentalna aktivnost, svijest): lijekovi, atropin;

- senzibiliziranje (alergije): formaldehid, rastvarači, lakovi;

- mutageno(kršenje genetskog koda, promjena nasljednih informacija): olovo, mangan, radioaktivni izotopi;

- kancerogen(uzrokuju maligne tumore): hrom, nikal, azbest;

- teratogen(utiču na reproduktivnu i reproduktivnu funkciju): živa, olovo, stiren, borna kiselina.

Poslednje tri vrste izloženosti štetnim supstancama – mutagene, kancerogene i teratogene – svrstavaju se u dugoročne posledice uticaja hemijskih jedinjenja na organizam. To je specifičan efekat koji se manifestuje ne tokom perioda izlaganja i ne neposredno nakon njegovog završetka, već u dalekim periodima, godinama, pa čak i decenijama kasnije. Pojava različitih efekata je zabeležena u narednim generacijama, posebno za supstance sa mutagenim svojstvima.

Osim toga, otrovi imaju i selektivnu toksičnost, tj. predstavljaju najveću opasnost za određeni organ ili sistem tijela. Prema selektivnoj toksičnosti razlikuju se otrovi:

- utiče na srce. To uključuje mnoge lijekove, biljne otrove, soli metala (barijum, kalijum);

- utiče na nervni sistem i izaziva smetnje u mentalnoj aktivnosti. To su alkohol, droge, ugljen monoksid, neki pesticidi;

- nagomilavanje u jetri. Među njima treba istaknuti klorirane ugljovodonike, otrovne gljive, fenole i aldehide;

- nagomilavanje u bubrezima. To su jedinjenja teških metala, etilen glikol, oksalna kiselina;

- utiče na krv. To su anilin i njegovi derivati, nitriti;

- utiče na pluća. To su dušikovi oksidi, ozon, fosgen;

- akumulira se u kostima i utiče na stvaranje krvi - stroncijum.

Za veliku grupu aerosola (prašine) koji nemaju izraženu toksičnost treba napomenuti fibrogeni efekat efekte na organizam. Tu spadaju aerosoli uglja, koksa, dijamantske čađi, prašina životinjskog i biljnog porijekla, silikatna i prašina koja sadrži silicijum, aerosoli raspadanja i kondenzacije metala.

Jednom u respiratornom sistemu, supstance ove grupe oštećuju sluznicu gornjih disajnih puteva, što dovodi do razvoja bronhitisa. Zadržavajući se u plućima, prašina uzrokuje degeneraciju plućnog tkiva u vezivno tkivo i ožiljke (fibrozu) pluća. Profesionalne bolesti povezane sa izlaganjem aerosolima - pneumokonioza i hronični bronhitis prašine - zauzimaju drugo mjesto po učestalosti među svim profesionalnim bolestima u Rusiji.

Prisustvo fibrogenog efekta ne isključuje opšte toksične efekte aerosola. U toksične prašine spadaju aerosoli pesticida DDT, olovo, berilijum, arsen i dr. Ulaskom u respiratorni sistem, pored lokalnih promena u gornjim disajnim putevima, razvija se slika akutnog i hroničnog trovanja.

U proizvodnji se rijetko susreću izolovani efekti štetnih materija, obično je radnik izložen kombinovanom dejstvu negativnih faktora različite prirode (fizičkih, hemijskih, faktora težine i intenziteta rada) ili kombinovanog uticaja faktora iste prirode. , na primjer, grupa hemikalija. Kombinovana akcija- ovo je istovremeno ili uzastopno dejstvo više otrova na organizam kroz isti put ulaska. Postoji nekoliko vrsta kombiniranog djelovanja otrova ovisno o efektima toksičnosti: