Elsődleges és másodlagos toxikus hatás. A veszélyes vegyi anyagok mérgező hatásai az emberre. Nem allergiás jellegű mellékhatások

A toxikus hatás a karbamidciklus megszakadásának tulajdonítható a hiperammonémia korai kialakulása során.

Egy tünet: A görcsrohamok gyakran a mély kóma kialakulása előtt alakulnak ki, különösen korai életkorban.

Ha azonban az anyagcserezavarok jól kontrolláltak, ritkák a tüneti rohamok.

A következők az aminosav-anyagcsere zavarai gyógyíthatatlan fenilketonuriában. A statisztikák szerint az ilyen epilepsziás rohamok az összes vizsgált beteg 25-50%-ánál alakulnak ki.

A jól tanulmányozott West-szindróma a hypsarrhythmiával és infantilis rohamokkal a leggyakoribb tünet, amely tüneti terápiával teljesen gyógyítható.

Egyes rohamokat az újszülöttkori időszakban úgynevezett juharszirup-betegség kísérheti; ilyenkor „gerincszerű” ritmus jelenik meg az elektroencefalogramon, hasonlóan az agy központi régióiban tapasztalható ritmushoz.

Ha megfelelő étrendet írnak elő, a rohamok megszűnnek, és nem alakul ki epilepszia. Egyes aminosav-anyagcsere-zavarok esetén a görcsrohamok lehetnek az egyik fő tünet.

Létezik egyfajta toxikus roham a szerves savak metabolizmusának megsértése miatt, ahol különféle szerves aciduria állhat a roham középpontjában, vagy akut dekompenzáció epizódjaihoz vezethet. Közülük a legjelentősebb a propion-acidémia és a metil-malon-acidémia.

Megfelelő kezelés mellett a rohamok nagyon ritkák, és tartós agykárosodást tükröznek. Az 1-es típusú glutaric aciduria esetén az epilepsziás rohamok akut módon alakulhatnak ki, és a megfelelő terápia megkezdése után megszűnhetnek.

A 2-metil-3-hidroxi-butirát-CoA-dehidrogenáz-hiányban, amelyet a brachiocephalicus elhízásért és az izoleucin-anyagcsere-zavarért felelős veleszületett savzavarként írnak le, gyakori a súlyos epilepszia.

A toxikus hatások által okozott epilepsziás rohamok másik típusát a pirimidin-anyagcsere és a purin-anyagcsere megsértése okozza. Az ilyen rohamok jellemzőek az adenil-szukcinát-hiányra, amelynek „de novo” hatásai purinok szintézisét okozzák.

Meg kell azonban jegyezni, hogy az epilepszia nagyon gyakran az újszülöttkori időszakban és az emberi élet első évében alakul ki. Az ilyen betegek emellett kifejezett pszichomotoros károsodást és autizmust mutatnak.

A diagnózis egy módosított Bratton-Marshall teszt segítségével történik, amelyet a vizelet vizsgálatára használnak. Meg kell állapítani, hogy erre a betegségre nincs hatékony kezelés, ezért az orvosi prognózis nagyon kedvezőtlen. A statisztikák azt mutatják, hogy az összes vizsgált dihidropirimidin-dehidrogenáz-hiányban szenvedő beteg 50%-ánál alakulnak ki rohamok.

A toxikus hatások által okozott epilepsziás rohamok végső típusát pedig az orvosi gyakorlatban nem ketotikus hiperglikémiának nevezik.

Ezt a rendellenességet a glicin elégtelen lebomlása okozza, és meglehetősen korán, az újszülött korban jelentkezik, és olyan tünetekkel jár, mint a letargia, alacsony vérnyomás, csuklás (kb. születés előtt észlelve), valamint szemészeti tünetek.

Meg kell jegyezni, hogy a kóma súlyosbodásával apnoe és gyakori fokális myoklonus rándulások kezdenek kialakulni. A következő néhány hónapban (általában több mint három hónapban) súlyos, nehezen kezelhető tünetek alakulnak ki, amelyek a legtöbb esetben részleges motoros görcsökben vagy infantilis görcsökben nyilvánulnak meg.

Az élet korai szakaszában az elektroencefalogram normál háttéraktivitást mutat, de az epilepsziás éles hullámok foltjai (úgynevezett depressziós kitörések) előfordulnak, amit a következő három hónapban nagy amplitúdójú lassú aktivitás követ hipsarrhythmiával.

A diagnózis az összes testnedvben és a cerebrospinális folyadékban található glicin magas koncentrációján alapul (érték > 0,08). Mágneses rezonancia képalkotó szkenner használatával normál kép vagy hypoplasia vagy agenesis látható.

A glicin a neurotranszmitterek egyik legnagyobb inhibitora a gerincvelőben és az agyban. Feltételezték, hogy a felesleges glicin telíti az NMDA-receptor koantagonista-kötő helyét, elősegítve a neurotranszmisszió túlzott izgalmát és a posztszinaptikus toxicitást.

A túlműködő NMDA receptor vizsgált serkentő toxikus hatása az epilepszia, valamint a részleges tetraplegia és a mentális retardáció nyilvánvaló oka. Ezt megerősítik az NMDA-antagonisták terápiás kísérletei, amelyek részleges megnyilvánulásai az elektroencefalogramon. Az epilepszia ezen súlyos formája, amint azt a gyakorlat mutatja, általánosan elfogadott antiepileptikumokkal kezelhető.

Emlékeztetni kell arra, hogy az epilepszia osztályozásánál az életkor kritériumát is figyelembe veszik. A tipikus, korai, az élet első napjaiban megjelenő és az atipikus, késői, 35 éves korban megnyilvánuló jelenségek megkülönböztetésére szolgál.

Mérgező hatás- Ez a méreg, a test és a környezet kölcsönhatásának eredménye.

A méreg szervezetre gyakorolt ​​toxikus hatása a következőktől függ:

1. A méreg kémiai szerkezete.

szerves anyagok toxikus hatása csökken elágazó láncú szénatommal ( Elágazó lánc szabály);

szerves vegyületek mérgező hatása növeli:

A C atomok számának növekedésével a homológ sorozatban (szerkezetében közel). ( Richardson szabálya);

Ha a láncot C atomok zárják le a molekulában (a ciklohexán mérgezőbb, mint a hexán);

A molekulában lévő többszörös kötések számának növekedésével (az etán kevésbé mérgező, mint az etilén - kettős kötés 2 szénatom között);

Ha halogént, például klórt viszünk be egy szénhidrogénmolekulába (a metán kevésbé mérgező, mint a klór-metán);

Ha egy OH hidroxilcsoportot viszünk be egy szénhidrogén molekulába (a metán kevésbé mérgező, mint a metanol);

Amikor nitro-NO 2 vagy amino-NH 2 csoportokat viszünk be egy benzol vagy toluol molekulába;

A káros anyagok zsíroldhatósági együtthatójának növekedésével. Ezért a lipidekben gazdag idegrostok mérgező anyagokat halmoznak fel.

2. A fajok mérgekre való érzékenysége. A mérgek szervezetre gyakorolt ​​hatásában mutatkozó különbségek az anyagcsere sajátosságaitól, a központi idegrendszer összetettségétől, a várható élettartamtól, mérettől, súlytól és a bőr jellemzőitől függenek.

3. Kor. A serdülők mérgező anyagokkal szembeni érzékenysége 2-3, sőt 10-szerese a felnőttekének. Bizonyítékok vannak arra, hogy a felnőttekkel és a serdülőkkel ellentétben a gyermekek a legkevésbé érzékenyek a mérgekre.

4. Paula. Az adatok ellentmondásosak.

5. Egyéni változékonyság és mérgekkel szembeni érzékenység. Az alap a biokémiai egyéniség. Nem lehet olyan gyógyszert találni, amely minden emberre egyformán hat.

6. Bioritmusok.

· szezonális(a káros anyagok mérgező hatása tavasszal erősebben jelentkezik legyengült szervezetben);

· napidíj. Minél nagyobb az élettani funkciók aktivitása, annál gyengébb a toxikus hatás:

Maximális sejtosztódás 3 és 9 óra között, a csúcs 6 óra;

Max vérnyomás – 18 órakor, min – 9 órakor;

7. Méreg expozíciós idő:

· folyamatos– a mérgezés során a méregkoncentráció állandó marad;

· időszakos– a méreg belélegzésének időszaka váltakozik a tiszta levegő belélegzésének időszakával;

· időszakos– a mérgezés során megváltozik a méreg koncentrációja.

Az időszakos viselkedés vizsgálata nagyon fontos az ipari toxikológiában. Egy vegyi üzemben a káros anyagok kibocsátása jelentősen ingadozhat egy műszak során. A kísérletek azt mutatták az időszakos mérgezés mérgezőbb, mint a folyamatos mérgezés, még akkor is, ha a maximális koncentráció nem haladja meg a folyamatos expozíció alatti koncentrációt. Ennek oka a szervezet alkalmazkodási folyamatának zavara.

8. Környezeti tényezők:

· hőfok– a legtöbb méreg mérgező hatása eltérő hőmérsékleti viszonyok között másként jelentkezik. Egy bizonyos hőmérsékleti zónában a legkisebb;

· nyomás– amikor a légnyomás 600-500 Hgmm-re csökken. Művészet. a CO (űr) toxikus hatása fokozódik.

A toxikus hatást számos tényező határozza meg. Ezek a tényezők a következőképpen osztályozhatók:

1) a toxikus faktor típusa és átvitelének formája;

2) a szervezet mérgekre adott reakciójának feltételei;

3) a toxin bejutásának módja;

4) a toxin által érintett szervezet típusa.

4. megjegyzés. Itt figyelembe kell venni az anyag felhalmozódásának állapotát, valamint a szervezetbe (hordozó) szállítását. Ez a két tényező együttesen határozza meg a toxin vérbe jutásának útvonalát (vagy módját). Például a levegőben szálló porral szállított szénhidrogének a tüdőn keresztül nagyon gyorsan, de a táplálékkal együtt szállított szénhidrátok sokkal lassabban jutnak a véráramba (a bélfalak elzáródása).

5. megjegyzés. Attól függően, hogy a xenobiotikumok milyen időpontban vannak kitéve a szervezetnek, valamint a hatás helyétől függően, beszélhetünk:

Akut lokális sérülés, amelyben egy adott szerv viszonylag rövid ideig (másodpercek, percek) szenved károsodást

Hosszú távú helyi akció, amelyben a kiválasztott szerv hosszú ideig (évekig) károsodást szenved;

Akut általános mérgezés, amikor egy rövid ideig ható toxin behatol a vérbe, majd egy fontos belső szervet érint;

Hosszú távú általános hatás, amikor a toxin hosszú ideig hat.

6. megjegyzés. A toxin a légzőkészüléken, az emésztőszerveken és a bőrön keresztül juthat be a szervezetbe. E lehetőségek közül az utolsó, vagyis az ütés a bőrön keresztül(reszorptív), az egyik leggyakoribb bejutási út - a bőr közvetlenül és folyamatosan ki van téve a szennyezett környezetnek (1.1. ábra).

Rizs. 1.1.

A mérgező anyagok diffúzió útján akár a hajcsatornákon, akár a külső réteg faggyú- és verejtékmirigyein keresztül eljutnak a hámrétegbe, amely lélegzik és anyagcsere-folyamatokat végez, ezért ki vannak téve a rá ható mérgező anyagoknak. A bőr következő rétege, maga a bőr közvetlenül érintkezik a nyirokrendszerrel és az erekkel, megkönnyítve a méreganyagok bejutását. A reakcióidő és a stratum corneum vastagsága mellett a toxin behatolását meghatározó tényező a toxin tulajdonságai. A nem poláris vegyületek könnyebben, míg a poláris vegyületek nehezebben hatolnak át a lipofil bőrön. A poláris vegyületek lipidrétegeken keresztül történő transzportját elősegíthetik a permeázok csoportjába tartozó enzimek, amelyek hidrofil részecskéket szállítanak a nem poláris rétegeken keresztül. A gázok és folyadékok felhalmozódási állapota megkönnyíti a méreganyagok szállítását. A gázok és folyadékok szőrcsatornákat vagy mirigyeket használnak, szilárd anyagok esetében ez nagyon összetett. A szilárd méreganyagoknak először verejtékben vagy olajban kell feloldódniuk a bőr felszínén.

Szájjal(szájon át), vagyis az emésztőszerveken keresztül jutnak a szervezetbe azok a környezetszennyező anyagok, amelyek az élelmiszerekben és a vízben találhatók. Ahhoz, hogy a toxin felszívódjon az emésztőrendszerből, fel kell szívnia a vérbe. A mérgező anyagok vérbe jutásának útja az emésztőrendszeren keresztül nagyon összetett (1.2. ábra). A gyomor falát borító nyálkahártya lipofil sejtjein keresztül a méreganyagok a vérbe jutnak.

Rizs. 1.2.

A nagyon savas pH-jú oldat (~1,0) elősegíti a toxinok anyagcsere-folyamatait, ezek nem poláris termékei átdiffundálnak a gyomor falán.

A bélben a pH változása után a gyenge bázisok, a gyomorban ionos formában vannak, semleges részecskékké alakulnak át, amelyek kevésbé polárisak és képesek a bélfalon keresztül diffúzióra. A gyomorból és a belekből származó mérgező anyagok a nyirokérrendszeren vagy a visszatérő vénán keresztül jutnak a májba. Itt enzimek hatására metabolikus reakciók lépnek fel. termékeik kevésbé mérgezőek, és ha jól oldódnak vízben, bejutnak a keringési rendszerbe, ami a szervezetben való eloszlással egyenértékű. Egyes metabolitok kiszűrődnek a vesékben, és kiürülnek a szervezetből. A Holloway-savak hatására nehezebben oldódó metabolitok, amelyek a máj epében találhatók, emulgeálódnak, és az epével együtt a duodenumon keresztül visszajutnak a bélbe, ahonnan eltávolíthatók vagy bekerülhetnek a következő ciklusba. anyagcsere folyamatok. Tehát a toxin tulajdonságaitól, a szállítás sebességétől, az anyagcsere-folyamatoktól és e folyamatok termékeinek eltávolításának sebességétől függően a xenobiotikumok differenciált része marad a szervezetben. Mennyiségét az úgynevezett xenobiotikus abszorpciós paraméter (p) határozza meg, amely e toxin vagy metabolitja orális expozíció utáni vérkoncentrációjának és az intravénásan bejutott toxin koncentrációjának az aránya:

p = Srotova / Svenozna

A toxinok bejutásának következő útja az Légzést segítő gép(belégzési út). Por, ködcseppek, légkört szennyező gázok, a belélegzett levegővel egyidejűleg bejutnak a tüdőbe. A tüdő szerkezete - az alveolusok igen fejlett felülete - és működése meghatározza az oxigén és a szén-dioxid cseréjét a vér és a tüdőben lévő gázok között, ami nagyon sérülékennyé teszi a toxinok adszorpciójával szemben. A vízben jól oldódó szennyező anyagok (hidrogén-klorid, ammónia) nagymértékben feloldódnak az orr- és torokváladékban, vagy a hörgőkben is, károsítva azokat, és kis mennyiségben a vérbe jutnak. A nagy porszemcsék beszorulhatnak a légzőrendszer tetején lévő szőrszálakra, ahonnan tüsszögéskor vagy köhögéskor bejutnak az emésztőrendszerbe. Így a koromszemcséken lerakódott policiklusos szénhidrogének a tüdőbe jutnak.

Az alveolusokon keresztül történő diffúzió sebességét (D) jelzi ennek a gázszennyező anyagnak a vérben való oldhatósága, valamint Fitzco-szabálya, az alveolusok felszíne (A), valamint a nyomáskülönbség. gázrészecskék a levegőben és a vérben (ΔΡ). Ezért a diffúzió sebességét a következő képlet fejezi ki:

D= f(s, Α, ΔΡ)

jegyzet 7. A toxicitás értékelésénél figyelembe kell venni az életkort, az egészségi állapotot, az egyéni szervezet rezisztenciáját, valamint az életkörülményeket. Gyakori függőség a nagyobb toxicitás nagyon fiatal szervezetekben. Az általános rossz egészségi állapot szintén fokozza a xenobiotikumok hatását. A jó környezeti körülmények között élő, egészséges egyének jelentős méregellenállást mutatnak.

A szervezetben egy toxikus anyag vagy átalakulási termékeinek kölcsönhatása a bioszisztémák szerkezeti elemeivel, amely a kifejlődő toxikus folyamat hátterében áll, toxikus hatásmechanizmusnak nevezzük. A kölcsönhatás fizikai-kémiai és kémiai reakciók következtében jön létre.

A fiziko-kémiai reakciók által beindított toxikus folyamatokat általában a test sejtjeinek és szöveteinek bizonyos környezetében (vizes vagy lipid) feloldódó toxikus anyagok okozzák. Ebben az esetben az oldószer közeg fizikai-kémiai tulajdonságai (pH, viszkozitás, elektromos vezetőképesség, intermolekuláris kölcsönhatások erőssége stb.) jelentősen megváltoznak. Az ilyen típusú kölcsönhatások egyik jellemzője, hogy a fejlesztő hatás minősége szigorúan nem függ a toxikus molekula kémiai tulajdonságaitól. Így minden sav, lúg, erős oxidálószer, egyes szerves oldószerek és nagy molekulatömegű vegyületek specifikus aktivitás nélkül hat a szövetekre.

A toxikus hatás gyakrabban a mérgező anyag és az élő rendszer bizonyos szerkezeti elemei közötti kémiai reakciókon alapul. A biológiai rendszer szerkezeti komponensét, amellyel egy toxikus anyag kémiai kölcsönhatásba lép, „receptornak” vagy „célpontnak” nevezik.

A vegyi anyagok túlnyomó többségének toxikus hatásmechanizmusa jelenleg nem ismert. Ebben a tekintetben a testet alkotó molekulák és molekulakomplexek számos alább ismertetett osztályát többnyire csak a mérgek hatásának valószínű receptorainak (célpontjainak) tekintik. Ebből a szemszögből való szemléltetésük jogos, mivel egyes jól tanulmányozott toxikus anyagok hatása pontosan ezen biomolekula-osztályok képviselőivel való interakción alapul.

1. A „receptor” fogalmának meghatározása a toxikológiában

A "receptor" fogalma nagyon tágas. A biológiában leggyakrabban a következő értelemben használják:

1. Általános fogalom. A receptorok viszonylag specifikus kötődési helyek a xenobiotikumok (vagy endogén molekulák) bioszubsztrátján, feltéve, hogy a kötődési folyamat megfelel a tömeghatás törvényének. Fehérjék, nukleinsavak, poliszacharidok, lipidek vagy azok fragmentumai egész molekulái receptorként működhetnek. Egy biomolekula olyan töredékével kapcsolatban, amely közvetlenül részt vesz egy kémiai anyaggal komplexképződésben, gyakran használják a „receptor régió” kifejezést. Például a szervezet szén-monoxid receptora a hemoglobin molekula, a receptor régió pedig a hem porfirin gyűrűjébe zárt vasion.

2. Szelektív receptorok. Az organizmusok evolúciós összetettségével speciális molekuláris komplexek jönnek létre - olyan biológiai rendszerek elemei, amelyek nagy affinitással rendelkeznek az egyes kémiai anyagokhoz, amelyek a bioregulátorok (hormonok, neurotranszmitterek stb.) funkcióit látják el. A biológiai rendszerek azon részeit, amelyek a legnagyobb affinitással rendelkeznek az egyes speciális bioregulátorokhoz, „szelektív receptoroknak” nevezzük. Azokat az anyagokat, amelyek a tömeghatás törvényének megfelelően kölcsönhatásba lépnek a szelektív receptorokkal, szelektív receptor ligandumoknak nevezzük. Az endogén ligandumok és a szelektív receptorok kölcsönhatása különösen fontos a homeosztázis fenntartása szempontjából.

Sok szelektív receptor több alegységből áll, amelyek közül csak néhánynak van ligandumkötő helye. A „receptor” kifejezést gyakran csak az ilyen ligandumkötő alegységekre használjuk.

3. A permanens receptorok szelektív receptorok, amelyek szerkezetét és tulajdonságait speciális gének vagy permanens génkomplexek kódolják. Fenotípusos szinten rendkívül ritkán alakulnak ki génrekombináció révén bekövetkező változások a receptorban. A szelektív receptort alkotó fehérje aminosav-összetételének változásai, amelyek az evolúció során olykor a poligenetikus átalakulások miatt következnek be, általában kevéssé befolyásolják az utóbbi funkcionális jellemzőit, endogén ligandumok és xenobiotikumok iránti affinitását.

Az állandó receptorok a következők:

Neurotranszmitterek és hormonreceptorok. Más szelektív receptorokhoz hasonlóan ezek a receptorok is képesek szelektív kölcsönhatásra egyes xenobiotikumokkal (gyógyszerek, toxikus anyagok). A xenobiotikumok az endogén ligandumok agonistáiként és antagonistáiként is működhetnek. Ennek eredményeként egy bizonyos biológiai funkció aktiválódik vagy elnyomódik ennek a receptorkészüléknek az irányítása alatt;

Az enzimek olyan fehérjestruktúrák, amelyek szelektíven kölcsönhatásba lépnek azokkal a szubsztrátokkal, amelyek átalakulását katalizálják. Az enzimek kölcsönhatásba léphetnek idegen anyagokkal is, amelyek ebben az esetben vagy inhibitoraivá, vagy alloszterikus szabályozóivá válnak az aktivitásukban;

Transzportfehérjék - szelektíven kötik egy bizonyos szerkezetű endogén ligandumokat, lerakódásukat vagy átvitelüket különféle biológiai gátakon keresztül. A transzportfehérjékkel kölcsönhatásba lépő toxikánsok inhibitoraiként vagy alloszterikus szabályozóiként is hatnak.

4. Változó szerkezetű receptorok. Ezek főként a T-limfociták antitestei és antigénkötő receptorai. Az ilyen típusú receptorok az érett sejtformák prekurzor sejtjeiben képződnek a szintézisüket szabályozó 2-5 gén külső behatásai által kiváltott rekombináció következtében. Ha a sejtdifferenciálódás során rekombináció megy végbe, akkor az érett elemekben csak egy bizonyos szerkezetű receptorok szintetizálódnak. Ily módon specifikus ligandumok szelektív receptorai képződnek, és a proliferáció az ezeket a receptorokat tartalmazó teljes sejtklón megjelenéséhez vezet.

A fenti definíciókból következően a biológiában a „receptor” kifejezést elsősorban olyan struktúrák megjelölésére használják, amelyek közvetlenül részt vesznek a biológiai jelek észlelésében és továbbításában, és képesek szelektíven kötődni, az endogén ligandumok (neurotranszmitterek, hormonok, szubsztrátok) mellett. ), néhány idegen vegyület.

A toxikológiában (valamint a farmakológiában) a „receptor” kifejezés egy élő (biológiai) rendszer bármely szerkezeti elemére utal, amellyel egy toxikus (gyógyszer) kémiai kölcsönhatásba lép. Ebben az olvasatban ezt a fogalmat Paul Ehrlich (1913) vezette be a kémiai biológiába a huszadik század elején.

A receptor-ligandum kölcsönhatás energetikai jellemzői szokatlanul szélesek: a gyenge, könnyen felbomló kötések kialakulásától az irreverzibilis komplexek kialakulásáig (lásd fent). A kölcsönhatás jellege és a kialakuló komplex szerkezete nemcsak a toxikus anyag szerkezetétől, a receptor konformációjától függ, hanem a közeg tulajdonságaitól is: pH, ionerősség stb. A tömeghatás törvényének megfelelően a kialakuló anyag-receptor komplexek számát a kölcsönhatási energia (affinitás) és a reakció mindkét komponensének (anyag és receptora) biológiai rendszerben való tartalma határozza meg.

A receptorok lehetnek „némák” és aktívak. A „csendes” receptor egy biológiai rendszer szerkezeti összetevője, amelynek anyaggal való kölcsönhatása nem vezet válasz kialakulásához (például az arzén megkötése a hajat és a körmöt alkotó fehérjékkel). Az aktív receptor egy biológiai rendszer szerkezeti komponense, amelynek kölcsönhatása egy toxikus anyaggal elindítja a toxikus folyamatot. A terminológiai nehézségek elkerülése érdekében a „receptor” kifejezés helyett gyakran a „célszerkezet” kifejezést használják olyan szerkezeti elemek megjelölésére, amelyekkel a toxikus anyag kölcsönhatásba lépve toxikus folyamatot indít el.

A következő posztulátumok elfogadottak:

Egy anyag toxikus hatása kifejezettebb, minél több aktív receptor (célszerkezet) lép kölcsönhatásba a toxikus anyaggal;

Egy anyag toxicitása nagyobb, minél kisebb mennyiségben kötődik a „csendes” receptorokhoz, minél hatékonyabban hat az aktív receptorra (célszerkezetre), annál nagyobb a receptor és a károsodott biológiai rendszer jelentősége a sejt homeosztázisának fenntartásában. az egész szervezetet.

Bármely sejt, szövet vagy szerv nagyszámú különféle típusú potenciális receptort tartalmaz (különféle biológiai reakciókat "kiváltva"), amelyekkel a ligandumok kölcsönhatásba léphetnek. Figyelembe véve a fentieket, egy ligandum (mind endogén anyag, mind egy xenobiotikum) kötődése egy adott típusú receptorhoz csak meghatározott koncentrációtartományban szelektív. Egy ligandum koncentrációjának növekedése egy biológiai rendszerben a receptortípusok tartományának bővüléséhez vezet, amelyekkel kölcsönhatásba lép, és ennek következtében megváltozik biológiai aktivitása. Ez a toxikológia egyik alapelve is, amelyet számos megfigyelés bizonyít.

A toxikus hatások célpontjai (receptorai) a következők lehetnek:

Az intercelluláris tér szerkezeti elemei;

A testsejtek szerkezeti elemei;

A sejtaktivitást szabályozó rendszerek szerkezeti elemei.

2. A toxikus hatás az intercelluláris tér elemeire

A test minden sejtjét vizes környezet veszi körül - intersticiális vagy intercelluláris folyadék. A vérsejtek számára az intercelluláris folyadék a vérplazma. Az intercelluláris folyadék fő tulajdonságai: elektrolit összetétele és bizonyos ozmotikus nyomása. Az elektrolit összetételét főként a Na+, K+, Ca2+, Cl-, HCO3- stb. iontartalom határozza meg; ozmotikus nyomás - fehérjék, más anionok és kationok jelenléte. Az intercelluláris folyadék számos szubsztrátot tartalmaz a sejtanyagcseréhez, a sejtanyagcsere termékeit és a sejtaktivitást szabályozó molekulákat.

Az intercelluláris folyadékba kerülve a toxikus megváltoztathatja fizikai-kémiai tulajdonságait, és kémiai kölcsönhatásba léphet szerkezeti elemeivel. Az intercelluláris folyadék tulajdonságainak megváltozása azonnal reakcióhoz vezet a sejtekből. A toxikus hatás következő mechanizmusai lehetségesek a toxikus anyag és az intercelluláris folyadék komponenseinek kölcsönhatása miatt:

1. Elektrolit hatások. Az elektrolit összetételének megsértése figyelhető meg olyan anyagokkal való mérgezés esetén, amelyek ionokat köthetnek. Így a fluoridokkal (F-), egyes komplexképző anyagokkal (Na2EDTA, DTPA stb.), egyéb toxikus anyagokkal (etilénglikol, amely oxálsavvá alakul), kalciumionok kötődnek a vérben és az intercelluláris folyadékban, akut hypocalcaemia alakul ki. , idegrendszeri zavarok kísérik.aktivitás, izomtónus, véralvadási rendszer stb. Az ionegyensúly megsértése bizonyos esetekben kiküszöbölhető elektrolit oldatok bejuttatásával a szervezetbe.

2. pH-hatások. A számos anyaggal való mérgezés, az intercelluláris folyadék nagy pufferkapacitása ellenére, a test belső környezetének sav-bázis tulajdonságainak jelentős megsértésével járhat. Így a metanol mérgezés hangyasav felhalmozódásához vezet a szervezetben, ami súlyos acidózist okoz. Az intersticiális folyadék pH-jának változása másodlagos toxikus hatások következménye is lehet, és a bioenergetikai, hemodinamikai (metabolikus acidózis/alkalózis) és a külső légzési folyamatok (gázacidózis/alkalózis) zavarai következtében alakulhat ki. Súlyos esetekben a pH normalizálható pufferoldatok adagolásával az áldozatnak.

3. Az intercelluláris folyadék és a vérplazma szerkezeti elemeinek megkötése és inaktiválása. A vérplazma olyan szerkezeti elemeket tartalmaz, amelyek nagy biológiai aktivitással rendelkeznek, és mérgező anyagok célpontjává válhatnak. Ilyenek például a véralvadási rendszer faktorai, a hidrolitikus enzimek (észterázok), a destruktív xenobiotikumok stb. Ennek a cselekvésnek a következménye nemcsak mérgezés, hanem allobiózis is lehet. Például a szerves foszforvegyületeket (OP) elpusztító plazma karboxil-észterázok aktivitásának tri-o-krezil-foszfáttal (TOCP) való gátlása az utóbbi toxicitásának jelentős növekedéséhez vezet.

4. Az ozmotikus nyomás megsértése. A mérgezés során a vér és az intersticiális folyadék ozmotikus nyomásának jelentős zavarai általában másodlagos jellegűek (máj, vese diszfunkció, toxikus tüdőödéma). A fejlesztő hatás az egész szervezet sejtjeinek, szerveinek, szöveteinek funkcionális állapotára károsan hat.

3. A toxikus anyagok hatása a sejtek szerkezeti elemeire

A sejtek szerkezeti elemei, amelyekkel a toxikus anyagok kölcsönhatásba lépnek, általában a következők:

Nukleinsavak;

A biomembránok lipid elemei;

Az endogén bioregulátorok (hormonok, neurotranszmitterek stb.) szelektív receptorai.

TOXIKOMETRIA

FÜGGŐSÉG "DÓZIS-HATÁS" A TOXIKOLÓGIÁBAN

A toxikus folyamat megnyilvánulási spektrumát a toxikus anyag szerkezete határozza meg. A kialakuló hatás súlyossága azonban a hatóanyag mennyiségének függvénye.

A biológiai objektumra ható anyag mennyiségének jelölésére a dózis fogalmát használjuk. Például egy 250 g-os patkány és egy 2000 g-os nyúl gyomrába 500 mg-os toxikus anyag bejuttatása azt jelenti, hogy az állatok 2, illetve 0,25 mg/kg-os dózist kaptak. „adagról” az alábbiakban részletesebben lesz szó).

A dózis-hatás összefüggés az élő anyag szerveződésének minden szintjén nyomon követhető: a molekuláristól a populációig. Ebben az esetben az esetek túlnyomó többségében egy általános minta kerül rögzítésre: a dózis növelésével a rendszer károsodásának mértéke nő; Egyre több alkotóeleme vesz részt a folyamatban.

A hatásos dózistól függően bizonyos körülmények között szinte minden anyag káros lehet a szervezetre. Ez igaz azokra a toxikus anyagokra, amelyek lokálisan és belső környezetbe való felszívódás után is hatnak.

A dózis-hatás összefüggés megnyilvánulását jelentősen befolyásolja az élőlények intra- és interspecifikus variabilitása. Valóban, az azonos fajhoz tartozó egyedek jelentősen eltérnek egymástól biokémiai, fiziológiai és morfológiai jellemzőikben. Ezek a különbségek a legtöbb esetben genetikai jellemzőikből adódnak. Azonos genetikai jellemzők miatt a fajok közötti különbségek még hangsúlyosabbak. Ebben a tekintetben egy adott anyag dózisai, amelyekben ugyanazon és különösen különböző fajok élőlényeit károsítják, néha nagyon eltérőek. Következésképpen a dózis-hatás összefüggés nemcsak a toxikus anyag, hanem annak a szervezetnek a tulajdonságait is tükrözi, amelyre hat. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a különböző biológiai objektumokon végzett kísérletekben a dózis-hatás összefüggés vizsgálatán alapuló mennyiségi toxicitási értékelést kell végezni, és a kapott adatok feldolgozásához statisztikai módszereket kell alkalmazni.

A mortalitás dózis-hatás összefüggése

4.1.3.1. Általános nézetek

Mivel a mérgező anyag hatása utáni halál egy alternatív reakció, amelyet a „mindent vagy semmit” elv szerint hajtanak végre, ezt a hatást tartják a legkényelmesebbnek az anyagok toxicitásának meghatározására, ezt használják az átlagos halálos dózis értékének meghatározására. (LD50).

Az akut toxicitás „halálozási” indikátorral történő meghatározása az alcsoportok kialakításának módszerével történik (lásd fent). A toxikus beadása a lehetséges módok egyikén (enterálisan, parenterálisan) szabályozott körülmények között történik. Figyelembe kell venni, hogy az anyag beadási módja befolyásolja legjelentősebben a toxicitás nagyságát.

Azonos nemű, korú, súlyú, meghatározott étrenden, a szükséges tartási körülmények, hőmérséklet, páratartalom stb. A vizsgálatokat többféle laboratóriumi állaton megismétlik. A vizsgált vegyi vegyület beadása után megfigyeléseket végzünk az elhullott állatok számának meghatározására, általában 14 napos időszak alatt. Anyag bőrre történő felhordása esetén feltétlenül szükséges az érintkezés időpontjának rögzítése, valamint az alkalmazás feltételeinek rögzítése (az expozíció zárt vagy nyílt térről történt). Nyilvánvaló, hogy a bőrkárosodás mértéke és a reszorpciós hatás súlyossága mind a felvitt anyag mennyiségétől, mind a bőrrel való érintkezésének időtartamától függ. A belélegzéstől eltérő minden expozíciós mód esetében az expozíciós dózist általában a vizsgált anyag testtömegegységre jutó tömege (vagy térfogata) adja meg (mg/kg; ml/kg).

Inhalációs expozíció esetén az expozíciós dózist az egységnyi levegőtérfogatban jelenlévő vizsgált anyag mennyiségeként kell kifejezni: mg/m3 vagy ppm (ppm). Ennél az expozíciós módszernél nagyon fontos figyelembe venni az expozíciós időt. Minél hosszabb az expozíció, minél nagyobb az expozíciós dózis, annál nagyobb a káros hatások lehetősége. A belélegzett levegőben lévő anyag különböző koncentrációira vonatkozó dózis-hatás összefüggésről kapott információkat azonos expozíciós idővel kell megszerezni. A kísérletet eltérően lehet felépíteni, nevezetesen, hogy a kísérleti állatok különböző csoportjai azonos koncentrációban, de eltérő ideig lélegezzék be az anyagot.

Az inhalációs hatóanyagok toxicitásának hozzávetőleges értékeléséhez, amely egyidejűleg figyelembe veszi a toxikus anyag koncentrációját és az expozíció idejét, szokásos a „toxodózis” értéket használni, amelyet a Haber által javasolt képlet alapján számítanak ki. század eleje:

W = Ct, ahol

W – toxodózis (mg perc/m3)

C - toxikus koncentráció (mg/m3)

t - expozíciós idő (perc)

Feltételezzük, hogy az anyagok rövid távú belélegzése esetén ugyanaz a hatás (a laboratóriumi állatok elpusztulása) érhető el mind rövid, nagy dózisú, mind alacsonyabb koncentrációjú anyagok hosszabb ideig tartó expozíciója esetén, míg az anyag idő és koncentráció szorzata. változatlan marad. Leggyakrabban a toxodózisok definícióját használták a vegyi harci szerek jellemzésére.

Az eredmények értelmezése és gyakorlati felhasználása

A pozitív dózis-válasz összefüggés megállapítása során a toxikológus fő következtetése általában az, hogy ok-okozati összefüggés van a vizsgált anyagnak való kitettség és a toxikus folyamat kialakulása között. A függőségre vonatkozó információkat azonban csak azokkal a feltételekkel összefüggésben szabad értelmezni, amelyek között azokat megszerezték. Jellegét számos tényező befolyásolja, és minden egyes anyagra és biológiai fajra jellemző, amelyek képviselőire az anyag hat. Ebben a tekintetben számos körülményt kell figyelembe venni:

1. Az LD50 érték kvantitatív jellemzőinek pontosságát gondos kísérletezéssel és a kapott eredmények megfelelő statisztikai feldolgozásával érjük el. Ha egy toxicitási kísérlet megismétlésekor a korábban kapottaktól eltérő mennyiségi adatokat kapunk, ez a felhasznált biológiai objektum tulajdonságainak és a környezeti feltételeknek a változékonyságának a következménye.

2. Az anyag veszélyességének legfontosabb jellemzője a mérgező anyaggal való érintkezést követő halálozás időpontja. Így az azonos LD50 értékű, de eltérő halálozási idővel rendelkező anyagok eltérő veszélyt jelenthetnek. A gyorsan ható anyagokat gyakran veszélyesebbnek tekintik. A nagyon hosszú látens periódusú „lassú hatású” anyagok azonban gyakran hajlamosak felhalmozódni a szervezetben, ezért rendkívül veszélyesek is. A gyorsan ható mérgező anyagok közé tartoznak a vegyi harci szerek (FOV, hidrogén-cianid, irritáló anyagok stb.). A késleltetett anyagok a polihalogénezett policiklusos szénhidrogének (halogénezett dioxinok, dibenzofuránok stb.), egyes fémek (kadmium, tallium, higany stb.) és sok más.

3. A toxicitás értékelése során kapott eredmények teljesebb értelmezéséhez a mennyiségi jellemzők meghatározása mellett a halálokok részletes vizsgálata is szükséges (lásd a megfelelő részt). Ha egy anyag különféle, potenciálisan végzetes hatásokat okozhat (légzésleállás, szívleállás, összeomlás stb.), meg kell érteni, hogy melyik hatás vezet, és azt is, hogy ez a jelenség okozhat-e komplikációt a dózis-válasz összefüggésben. Például különféle biológiai hatások halált okozhatnak a mérgezés akut és késleltetett fázisában. Így a diklór-etánnal való mérgezés már az első órákban egy kísérleti állat halálához vezethet központi idegrendszeri depresszió miatt (narkotikus, nem elektrolit hatás). A mérgezés késői szakaszaiban az állat akut vese- és májelégtelenségben (citotoxikus hatás) elpusztul. Nyilvánvalóan ez is fontos a toxicitás mennyiségi jellemzőinek meghatározásakor. Így a terc-butil-nitrit intraperitoneálisan egereknek beadva, és 30 percen belül rögzíti a halálos hatást, LD50 értéke 613 mg/kg; ha a halálozást 7 napon belül regisztrálják, az LD50 187 mg/kg. A halál az első percekben nyilvánvalóan az értónus gyengülése és a methemoglobin képződés következtében, a későbbi időszakban pedig a májkárosodás következtében következik be.

4. Az akut kísérletben kapott LD50 érték nem jellemző az anyag toxicitására ismételt szubakut vagy krónikus expozíció esetén. Így a nagy felhalmozódási képességű anyagoknál a mérgező anyag környezeti halálos koncentrációjának egyszeri beadás után meghatározott értéke lényegesen magasabb lehet, mint a hosszan tartó expozíció esetén halált okozó koncentráció. A gyengén kumulatív anyagok esetében ezek a különbségek nem feltétlenül jelentősek.

A gyakorlatban a dózis-válasz adatokat és az LD50 értékeket gyakran használják a következő helyzetekben:

1. Rutin toxikológiai vizsgálatok során jellemezni az anyagok akut toxicitását, és összehasonlítani több kémiai vegyület toxicitását.

TOXIKOKINETIKA

A toxikokinetika a toxikológia egyik ága, amelyen belül a mintázatokat, valamint a xenobiotikumok szervezetben történő felszívódásának, eloszlásának, biotranszformációjának és eliminációjának minőségi és mennyiségi jellemzőit tanulmányozzák (1. ábra).

1. ábra Egy organizmus xenobiotikummal való kölcsönhatásának szakaszai

A test toxikokinetika szempontjából összetett heterogén rendszer, amely nagyszámú kompartmentből (osztódásból) áll: vér, szövetek, extracelluláris folyadék, intracelluláris tartalom, különböző tulajdonságokkal, egymástól biológiai gátak választják el. A korlátok közé tartoznak a sejtes és intracelluláris membránok, a hisztohematikus gátak (például vér-agy), az integumentáris szövetek (bőr, nyálkahártyák). Az anyagok kinetikája a szervezetben lényegében a biológiai akadályok leküzdése és a kompartmentek közötti eloszlása ​​(2. ábra).

Az anyag felvétele, elosztása és eltávolítása során a keveredés (konvekció), a biológiai közegben való oldódás, a diffúzió, az ozmózis és a biológiai gátakon keresztüli szűrés folyamatai zajlanak le.

A toxikokinetika sajátos jellemzőit mind magának az anyagnak a tulajdonságai, mind pedig a szervezet szerkezeti és funkcionális jellemzői határozzák meg.

2. ábra Az anyagok mozgásának sémája a test fő rekeszeiben

Egy anyag legfontosabb jellemzői, amelyek befolyásolják toxikokinetikai paramétereit:

Megoszlási hányados az olaj/víz rendszerben - meghatározza a felhalmozódás képességét a megfelelő környezetben: zsírban oldódó - lipidekben; vízben oldódó - vízben;

Molekulaméret - befolyásolja a környezetben való diffúzió képességét, és behatol a biológiai membránok és gátak pórusaiba;

Disszociációs állandó - a test belső környezetének körülményei között disszociált toxikus molekulák relatív arányát határozza meg, pl. az ionizált és nem ionizált formában lévő molekulák aránya. A disszociált molekulák (ionok) nem hatolnak át jól az ioncsatornákon és nem hatolnak át a lipidgátakon;

Kémiai tulajdonságok - meghatározza a toxikus anyag affinitását a sejtek, szövetek és szervek kémiai és biokémiai elemeihez.

A test azon tulajdonságai, amelyek befolyásolják a xenobiotikumok toxikokinetikáját.

A rekeszek tulajdonságai:

A víz és a zsír aránya a sejtekben, szövetekben és szervekben. A biológiai struktúrák tartalmazhatnak akár kevés (izomszövet), akár sok zsírt (biológiai membránok, zsírszövet, agy);

A toxikus anyagot aktívan megkötő molekulák jelenléte. Például a csontok olyan struktúrákat tartalmaznak, amelyek nemcsak a kalciumot, hanem más kétértékű fémeket (ólom, stroncium stb.) is aktívan megkötik.

A biológiai akadályok tulajdonságai:

Vastagság;

A pórusok jelenléte és mérete;

A vegyi anyagok aktív vagy megkönnyített szállítására szolgáló mechanizmusok megléte vagy hiánya.

A meglévő elképzelések szerint egy anyag szervezetre gyakorolt ​​hatásának erőssége a célszerkezettel való kölcsönhatás helyén lévő koncentráció függvénye, amelyet viszont nemcsak a dózis, hanem a xenobiotikum toxikokinetikai paraméterei is meghatároznak. . A Toxikokinetika megfogalmazza a választ arra a kérdésre: hogyan befolyásolja a toxikus folyamat kialakulását egy anyag dózisa és módja a szervezetnek?

A XENOBIOTIKUMOK CSERÉJE

Sok xenobiotikum a szervezetbe kerülve biotranszformáción megy keresztül, és metabolitok formájában szabadul fel. A biotranszformáció nagyrészt a molekulák enzimatikus átalakulásán alapul. A jelenség biológiai jelentése egy kémiai anyag átalakulása olyan formába, amely alkalmas arra, hogy a szervezetből eltávolítható legyen, és ezáltal lerövidül a hatásideje.

A xenobiotikumok metabolizmusa két fázisban megy végbe (1. ábra).

1. ábra Idegen vegyületek anyagcsere fázisai

A redox vagy hidrolitikus átalakulás első fázisában az anyagmolekula poláris funkciós csoportokkal gazdagodik, ami reakcióképessé és vízben jobban oldódóvá teszi. A második fázisban az anyagcsere közbenső termékek endogén molekulákkal való konjugációjának szintetikus folyamatai zajlanak, melynek eredményeként poláris vegyületek képződnek, amelyek speciális kiválasztási mechanizmusok segítségével ürülnek ki a szervezetből.

A biotranszformációs enzimek katalitikus tulajdonságainak sokfélesége és alacsony szubsztrátspecifitása lehetővé teszi a szervezet számára, hogy nagyon eltérő szerkezetű anyagokat metabolizáljon. Ugyanakkor a különböző fajokhoz tartozó állatokban és az emberben a xenobiotikumok metabolizmusa korántsem egyforma, hiszen az idegen anyagok átalakulásában részt vevő enzimek gyakran fajspecifikusak.

Egy xenobiotikus molekula kémiai módosításának következményei lehetnek:

1. Csökkentett toxicitás;

2. Fokozott toxicitás;

3. A toxikus hatás természetének megváltozása;

4. A toxikus folyamat beindítása.

Számos xenobiotikum metabolizmusa olyan termékek képződésével jár együtt, amelyek toxicitása lényegesen rosszabb, mint az eredeti anyagok. Így a cianid biokonverziója során keletkező tiocianátok több százszor kevésbé mérgezőek, mint az eredeti xenobiotikumok. A fluorion hidrolitikus eliminációja a szarin, a szomán és a diizopropil-fluorofoszfát molekuláiból ezen anyagok acetilkolinészteráz aktivitását gátló képességének elvesztéséhez és toxicitásuk jelentős csökkenéséhez vezet. Azt a folyamatot, amikor egy toxikus anyag a biotranszformáció következtében elveszti toxicitását, „metabolikus méregtelenítésnek” nevezik.

AZ ÖKOTOXIKOLÓGIA ALAPJAI

Az ipar fejlődése elválaszthatatlanul összefügg a felhasznált vegyszerek körének bővülésével. A növényvédő szerek, műtrágyák és egyéb vegyszerek növekvő mennyisége a modern mező- és erdőgazdálkodás jellemzője. Ez az objektív oka a környezet kémiai veszélyének folyamatos növekedésének, amely az emberi tevékenység természetében rejtőzik.

Alig néhány évtizeddel ezelőtt a termelésből származó vegyi hulladékot egyszerűen a környezetbe dobták, a növényvédő szereket és a műtrágyákat pedig haszonelvű megfontolások alapján szinte ellenőrizetlenül szórták ki hatalmas területekre. Ugyanakkor úgy vélték, hogy a gáznemű anyagoknak gyorsan fel kell oszlaniuk a légkörben, a folyadékoknak részben fel kell oldódniuk a vízben, és el kell vinniük a kibocsátási helyekről. Bár a részecskék jelentős mértékben felhalmozódtak a régiókban, az ipari kibocsátás lehetséges veszélyét alacsonynak ítélték. A növényvédő szerek és műtrágyák használata többszörösen nagyobb gazdasági hatást fejtett ki, mint a mérgező anyagok által a természetben okozott kár.

Azonban már 1962-ben megjelent Rachel Carson „Csendes tavasz” című könyve, amelyben a szerző leírja a madarak és halak tömeges elpusztulását a peszticidek ellenőrizetlen használatából. Carson arra a következtetésre jutott, hogy a szennyező anyagoknak a vadon élő állatokra gyakorolt ​​​​hatásai előrevetítik a közelgő katasztrófát az emberek számára is. Ez a könyv mindenki figyelmét felkeltette. Megjelentek a xenobiotikus kibocsátást szabályozó környezetvédelmi társaságok és kormányzati jogszabályok. Ezzel a könyvvel tulajdonképpen egy új tudományág – az állattoxikológia – fejlődése kezdődött meg.

Az ökotoxikológiát önálló tudományként azonosította Rene Traut, aki először 1969-ben kapcsolt össze két teljesen különböző tárgyat: az ökológiát (Krebs szerint az élőlények elterjedését és élőhelyét meghatározó kapcsolatok tudománya) és a toxikológiát. Valójában ez a tudásterület a jelzetteken kívül más természettudományok elemeit is magában foglalja, mint például a kémia, a biokémia, az élettan, a populációgenetika stb.

Fejlődése során maga az ökotoxikológia koncepciója bizonyos fejlődésen ment keresztül. 1978-ban Butler az ökotoxikológiát olyan tudománynak tekintette, amely a vegyi anyagok élő szervezetekre gyakorolt ​​toxikus hatásait vizsgálja, különösen a populáció és a közösség szintjén, meghatározott ökoszisztémákon belül. Levin és munkatársai 1989-ben úgy határozták meg, mint a vegyi anyagok ökoszisztémákra gyakorolt ​​hatásait előrejelző tudományt. 1994-ben W. és T. Forbes a következőképpen határozta meg az ökotoxikológiát: Az a tudásterület, amely összefoglalja a kémiai szennyező anyagok populációkra, közösségekre és ökoszisztémákra gyakorolt ​​ökológiai és toxikológiai hatásait, nyomon követve az ilyen szennyező anyagok sorsát (szállítását, átalakulását és elhelyezését) környezet.

Így az ökotoxikológia a szerzők szerint a szennyező anyagok hatása által megnyilvánuló káros hatások kialakulását vizsgálja a legkülönfélébb élő szervezetekre (a mikroorganizmusoktól az emberig), általában a populációk vagy az ökoszisztémák egészének szintjén, valamint a vegyi anyag sorsa a rendszer biogeocenózisában.

Később az ökotoxikológia keretein belül önálló irányként kezdték kiemelni annak egyik szekcióját, a környezettoxikológiát.

Volt egy tendencia, hogy az ökotoxikológia kifejezést csak a vegyi anyagoknak az emberen kívüli ökoszisztémákra gyakorolt ​​hatásaira vonatkozó ismeretekre utalják. Így Walker és munkatársai (1996) szerint az ökotoxikológia a vegyi anyagok ökoszisztémákra gyakorolt ​​káros hatásainak vizsgálata. Azáltal, hogy az ökotoxikológia által figyelembe vett tárgyak köréből az emberi tárgyakat kizárja, ez a meghatározás meghatározza az ökotoxikológia és a környezeti toxikológia közötti különbséget, és meghatározza az utóbbi vizsgálatának tárgyát. A környezeti toxikológia kifejezést csak a környezeti szennyező anyagok emberre gyakorolt ​​közvetlen hatásainak vizsgálatára javasolják használni.

A környezetben jelenlévő vegyi anyagok emberre és emberi közösségekre gyakorolt ​​hatásának vizsgálata során a környezeti toxikológia a klasszikus toxikológia már kialakult kategóriáival és koncepcióival dolgozik, és általában a hagyományos kísérleti, klinikai és epidemiológiai módszertanát alkalmazza. A kutatás tárgya a toxikus anyagok káros hatásainak mechanizmusai, fejlődési dinamikája, megnyilvánulásai és átalakulásuk termékei a környezetben az emberre.

Miközben általánosságban osztjuk ezt a megközelítést és pozitívan értékeljük gyakorlati jelentőségét, meg kell jegyezni, hogy az ökotoxikológia és a környezettoxikológia közötti módszertani különbségek teljesen eltűnnek, amikor a kutató feladata a szennyező anyagok emberi populációra gyakorolt ​​közvetett hatásainak felmérése (pl. , amelyet a bióta toxikus módosulása okoz), vagy éppen ellenkezőleg, a környezetben lévő vegyi anyagok hatásmechanizmusainak megismerése egy adott élőlényfaj képviselőire. Ebből a szempontból elméleti szempontból a környezettoxikológia, mint tudomány, a környezettoxikológia sajátos problémája, míg a tudományok módszertana, fogalmi apparátusa és felépítése megegyezik.

1. A környezet xenobiotikus profilja

A toxikológus szemszögéből nézve az általunk környezetnek nevezett abiotikus és biotikus elemek mind összetett, olykor szervezett agglomerátumok, számtalan molekula keveréke.

Az ökotoxikológia szempontjából csak azok a molekulák érdekesek, amelyek biológiailag hozzáférhetőek, pl. képes nem mechanikusan kölcsönhatásba lépni az élő szervezetekkel. Általában ezek olyan vegyületek, amelyek gáz- vagy folyékony halmazállapotúak, vizes oldatok formájában, talajrészecskéken és különböző felületeken, szilárd anyagokon adszorbeálódnak, de finom por formájában (részecskeméret kisebb, mint 50 mikron), végül pedig a táplálékkal a szervezetbe kerülő anyagok.

A biológiailag hozzáférhető vegyületek egy részét az élőlények hasznosítják, részt vesznek a környezettel való képlékeny- és energiacseréjük folyamataiban, pl. élőhely erőforrásként működnek. Mások, amelyek az állatok és növények szervezetébe kerülnek, nem energiaforrásként vagy műanyagként szolgálnak, hanem elegendő dózisban és koncentrációban képesek jelentősen módosítani a normál élettani folyamatok lefolyását. Az ilyen vegyületeket idegennek vagy xenobiotikumnak (életidegen) nevezik.

A környezetben (vízben, talajban, levegőben és élő szervezetekben) található idegen anyagok összessége olyan formában (aggregált állapotban), amely lehetővé teszi számukra, hogy kémiai és fizikai-kémiai kölcsönhatásba lépjenek az ökoszisztéma biológiai objektumaival, alkotják a biogeocenózis xenobiotikus profilját. A xenobiotikus profilt az egyik legfontosabb környezeti tényezőnek kell tekinteni (a hőmérséklet, fény, páratartalom, trofikus viszonyok stb. mellett), amely minőségi és mennyiségi jellemzőkkel írható le.

A xenobiotikus profil fontos eleme az élőlények szerveiben és szöveteiben található idegen anyagok, mivel ezeket előbb-utóbb más élőlények is elfogyasztják (azaz biohasznosulásuk van). Ellenkezőleg, a szilárd, levegőben nem diszpergálható és vízben oldhatatlan tárgyakban (kőzet, szilárd ipari termékek, üveg, műanyag stb.) rögzített vegyszerek nem rendelkeznek biológiai hozzáférhetőséggel. Ezek a xenobiotikus profil kialakulásának forrásaiként tekinthetők.

A bolygón évmilliók óta zajló evolúciós folyamatok során kialakuló környezet xenobiotikus profiljait természetes xenobiotikus profiloknak nevezhetjük. A Föld különböző régióiban eltérőek. Az ezekben a régiókban (biotópokban) létező biocenózisok bizonyos fokig a megfelelő természetes xenobiotikus profilokhoz igazodnak.

A különféle természeti ütközések és az utóbbi években az emberi gazdasági tevékenység időnként jelentősen megváltoztatja számos régió (különösen az urbanizált térségek) természetes xenobiotikus profilját. A környezetben a számára szokatlan mennyiségben felhalmozódó, a természetes xenobiotikus profilban változást okozó vegyi anyagok ökoszennyezőként (szennyezőként) hatnak. A xenobiotikus profil megváltozását okozhatja egy vagy több ökoszennyező anyag túlzott felhalmozódása a környezetben.

Ez nem mindig jár káros következményekkel a vadon élő állatokra és a lakosságra nézve. Ökotoxikusnak csak az az ökoszennyező anyag minősíthető, amely olyan mennyiségben halmozódott fel a környezetben, amely elegendő ahhoz, hogy a biocenózisban (az élőanyag szerveződésének bármely szintjén) toxikus folyamatot indítson el.

Az ökotoxikológia egyik legnehezebb gyakorlati feladata annak meghatározása, hogy egy ökoszennyező anyag milyen mennyiségi paraméterek mellett alakul át ökotoxikussá. A probléma megoldása során figyelembe kell venni, hogy valós körülmények között a környezet teljes xenobiotikus profilja befolyásolja a biocenózist, módosítva ezzel az egyes szennyező anyagok biológiai aktivitását. Ezért a különböző régiókban (különböző xenobiotikus profilok, különböző biocenózisok) a szennyező anyag ökotoxikussá való átalakulásának mennyiségi paraméterei szigorúan véve eltérőek.

2. Ökotoxikokinetika

Az ökotoxikokinetika az ökotoxikológia egyik ága, amely a xenobiotikumok (ökoszennyező anyagok) környezeti sorsát vizsgálja: megjelenésük forrásait; eloszlás a környezet abiotikus és biotikus elemeiben; xenobiotikum átalakulása a környezetben; eltávolítása a környezetből.

2.1. A xenobiotikus profil kialakulása. A környezetbe kerülő szennyező anyagok forrásai

A biológiailag hozzáférhető xenobiotikumok természetes forrásai a WHO (1992) szerint a következők: szél által szállított porrészecskék, tengeri só aeroszol, vulkáni tevékenység, erdőtüzek, biogén részecskék, biogén illékony anyagok. A xenobiotikumok másik forrása a környezetben, amelynek jelentősége folyamatosan növekszik, az emberi tevékenység

A szennyező anyagok ökotoxikológiai jellemzésének legfontosabb eleme a források azonosítása. A probléma megoldása korántsem egyszerű, mert... Néha egy anyag apró mennyiségben kerül a környezetbe, néha szennyeződések formájában teljesen ártalmatlan anyagokká. Végül, más anyagok abiotikus vagy biotikus átalakulása következtében ökoszennyező anyag képződése lehetséges a környezetben.

2.2. Kitartás

A környezetben számos abiotikus (élő szervezetek részvétele nélkül lejátszódó) és biotikus (élő szervezetek részvételével lejátszódó) folyamat az ökoszennyező anyagok eltávolítására (eltávolítására) irányul. Sok xenobiotikum a levegőben, a talajban és a vízben minimális kárt okoz az ökoszisztémákban, mivel expozíciós ideje elhanyagolható. Azok az anyagok, amelyek ellenállnak a pusztítási folyamatoknak, és ennek következtében hosszú ideig megmaradnak a környezetben, általában potenciálisan veszélyes ökotoxikus anyagok.

A környezetben tartósan megmaradó szennyező anyagok folyamatos kibocsátása a bioszisztéma legsérülékenyebb (érzékeny) részének felhalmozódásához és ökotoxikus anyagokká történő átalakulásához vezet. Miután a perzisztens mérgező anyag kibocsátása megszűnik, hosszú ideig a környezetben marad. Így az Ontario-tó vizében a 90-es években nagy koncentrációban határozták meg a Mirex növényvédő szert, amelynek használatát a 70-es évek végén beszüntették. Az Egyesült Államok légierejének floridai tesztterületének tározóiban, ahol 1962-1964-ben az Agent Orange-t kutatási célból permetezték, 10 év elteltével az iszap 10-35 ng/kg TCDD-t tartalmazott (0,1 pkg/kg arányban a Amerikai szabványok, Oroszország - 10 pkg/kg).

A környezetben hosszú ideig megmaradó anyagok közé tartoznak a nehézfémek (ólom, réz, cink, nikkel, kadmium, kobalt, antimon, higany, arzén, króm), policiklusos polihalogénezett szénhidrogének (poliklórozott dibenzodioxinok és dibenzofuránok, poliklórozott bifenilek stb.). ), egyes szerves klórtartalmú peszticidek (DDT, hexaklórán, aldrin, lindán stb.) és sok más anyag.

2.3. átalakítás

Az anyagok túlnyomó többsége különféle átalakulásokon megy keresztül a környezetben. Ezen átalakulások természete és sebessége határozza meg stabilitásukat.

2.3.1. Abiotikus átalakulás

Egy anyag környezetben való megmaradását számos folyamat befolyásolja. A főbbek a fotolízis (fény hatására bekövetkező pusztulás), a hidrolízis és az oxidáció.

Fotolízis. A fény, különösen az ultraibolya sugárzás megszakíthatja a kémiai kötéseket, és ezáltal a vegyi anyagok lebomlását idézheti elő. A fotolízis elsősorban a légkörben, valamint a talaj és a víz felszínén megy végbe. A fotolízis sebessége a fény intenzitásától és az anyag azt elnyelő képességétől függ. A telítetlen aromás vegyületek, például a policiklusos aromás szénhidrogének (PAH) a legérzékenyebbek a fotolízisre, mert aktívan elnyelik a fényenergiát. A fény felgyorsítja az anyagok más lebontási folyamatait is: a hidrolízist és az oxidációt. A fotooxidánsok közegben, például ózonban, nitrogén-oxidokban, formaldehidben, akroleinben és szerves peroxidokban való jelenléte viszont jelentősen felgyorsítja az egyéb szennyező anyagok fotolízisének folyamatát (a PAH-ok esetében).

Hidrolízis. A víz, különösen melegítve, gyorsan elpusztít sok anyagot. Az észterkötések például a szerves foszforvegyületek molekuláiban nagyon érzékenyek a víz hatására, ami meghatározza ezen vegyületek mérsékelt stabilitását a környezetben. A hidrolízis sebessége nagymértékben függ a pH-tól. A környezetben lévő vegyi anyagok átalakulása következtében új anyagok keletkeznek. Toxikusságuk azonban néha magasabb lehet, mint a kiindulási anyagé.

Biotikus átalakulás

A vegyi anyagok abiotikus lebomlása általában alacsony sebességgel megy végbe. A xenobiotikumok sokkal gyorsabban bomlanak le a biota, különösen a mikroorganizmusok (főleg baktériumok és gombák) részvételével, amelyek tápanyagként használják fel őket. A biotikus pusztulás folyamata enzimek részvételével megy végbe. Az anyagok biotranszformációi az oxidáció, hidrolízis, dehalogénezés, a molekula ciklikus szerkezeteinek felhasadása, az alkilgyökök eltávolítása (dealkilezés) stb. folyamatain alapulnak. Egy vegyület lebomlása annak teljes pusztulását eredményezheti, azaz. mineralizáció (víz, szén-dioxid, egyéb egyszerű vegyületek képződése). Lehetőség van azonban olyan anyagok biotranszformációjának közbenső termékeinek kialakítására, amelyek néha mérgezőbbek, mint az eredeti szer. Így a szervetlen higanyvegyületek fitoplankton általi átalakulása mérgezőbb szerves higanyvegyületek, különösen metil-higany képződéséhez vezethet. Hasonló jelenség zajlott le Japánban a Minamato-öböl partján az 50-es és 60-as években. A nitrogénvegyületek előállítására szolgáló gyár szennyvízével az öböl vizébe került higanyt a bióta metil-higannyá alakította. Ez utóbbi a tengeri élőlények és a halak szöveteiben koncentrálódott, amelyek táplálékul szolgáltak a helyi lakosság számára. Ennek eredményeként a halat fogyasztó emberekben komplex neurológiai tünetegyüttes jellemezte a betegséget, és az újszülött gyermekeknél fejlődési rendellenességeket észleltek. Összesen 292 Minamato-kóros esetet jelentettek, amelyek közül 62 végződött halállal.

2.4. Megsemmisítéssel nem összefüggő eliminációs folyamatok

Egyes környezetben lezajló folyamatok hozzájárulnak a xenobiotikumok kiürüléséhez a régióból, megváltoztatva azok környezeti összetevőkben való eloszlását. A nagy gőznyomású szennyező anyagok könnyen elpárologhatnak a vízből és a talajból, majd légáramlatok segítségével más régiókba kerülhetnek. Ez a jelenség a viszonylag illékony szerves klórtartalmú rovarirtó szerek, például a lindán és a hexaklór-benzol mindenütt elterjedésének hátterében.

A mérgező részecskék vagy a talaj mozgása, amelyen a szél és a légköri áramlatok adszorbeálják az anyagokat, szintén fontos módja a szennyező anyagok újraeloszlásának a környezetben. Ebben a tekintetben tipikus példa a policiklusos aromás szénhidrogének (benzpirének, dibenzpirének, benzantracének, dibenzantracének stb.). A benzpirén és rokon természetes (főleg vulkáni) és antropogén eredetű vegyületek (kohászati, olajfinomító, hőerőművek stb. kibocsátása) aktívan részt vesznek az anyagok bioszféra körforgásában, egyik környezetből a másikba kerülve. Általában azonban a légköri por szilárd részecskéihez kapcsolódnak. A finom por (1-10 mikron) sokáig a levegőben marad, a nagyobb porszemcsék a képződés helyén gyorsan leülepednek a talajra és a vízre. A vulkánkitörések során a hamu nagy mennyiségben tartalmaz ilyen anyagokat. Ráadásul minél nagyobb a kibocsátás, annál nagyobb távolságra jutnak el a szennyező anyagok.

Az anyagok vízben lebegő részecskéken történő szorpciója, majd ülepedése a vízoszlopból való eltávolításukhoz, de a fenéküledékekben való felhalmozódásához vezet. Az ülepedés drámaian csökkenti a szennyezőanyag biológiai hozzáférhetőségét.

A vízben oldódó anyagok újraeloszlását az eső és a talajvíz mozgása segíti elő. Például az atrazin gyomirtó szer, amelyet az Egyesült Államok mezőgazdaságában és parkjaiban a széleslevelű növények védelmére használnak, mindenütt jelen van a felszíni vizekben. Egyes jelentések szerint a vizsgált amerikai víztestek 92%-a tartalmazza ezt a növényvédő szert. Mivel az anyag meglehetősen stabil és vízben könnyen oldódik, a talajvízbe vándorol és ott felhalmozódik.

2.5. Bioakkumuláció

Ha egy környezetszennyező anyag nem tud bejutni a szervezetbe, az általában nem jelent jelentős kockázatot a szervezetre. Belső környezetben azonban sok xenobiotikum képes felhalmozódni a szövetekben (lásd az UToxikokinetika című részt). Bioakkumulációnak nevezzük azt a folyamatot, amelynek során az organizmusok az abiotikus fázisból (víz, talaj, levegő) és a táplálékból (trófikus transzfer) kivonva toxikus anyagokat halmoznak fel. A bioakkumuláció eredménye káros következményekkel jár mind magára a szervezetre (a kritikus szövetekben káros koncentrációt érve el), mind azokra a szervezetekre, amelyek ezt a biológiai fajt táplálékként használják fel.

A vízi környezet biztosítja a legjobb feltételeket a vegyületek biológiai felhalmozódásához. Számtalan vízi élőlény él itt, amelyek hatalmas mennyiségű vizet szűrnek és haladnak át, miközben kivonják a felhalmozódó mérgező anyagokat. A hidrobionok olyan koncentrációban halmozzák fel az anyagokat, amelyek néha több ezerszer nagyobbak, mint a vízben.

A bioakkumulációt befolyásoló tényezők

Az ökotoxikus anyagok biológiai felhalmozódási hajlama számos tényezőtől függ. Az első a xenobiotikum megmaradása a környezetben. Egy anyag szervezetben való felhalmozódásának mértékét végső soron a környezetben lévő tartalma határozza meg. A gyorsan kiürülő anyagok általában nem halmozódnak fel jól a szervezetben. Kivételt képeznek azok a körülmények, amelyek mellett a szennyező anyag folyamatosan kerül a környezetbe (iparközeli régiók stb.).

Így a hidrogén-cianid, bár mérgező vegyület, sok szakértő szerint nagy illékonysága miatt nem potenciálisan veszélyes környezetszennyező. Igaz, eddig nem lehetett teljesen kizárni, hogy az aranybányászati ​​vállalkozások közelében élő nők bizonyos betegségei és terhességi zavarai, ahol hatalmas mennyiségben használnak cianidot, nem járnak együtt az anyag krónikus hatásaival.

Miután az anyagok bejutottak a szervezetbe, sorsukat toxikokinetikai folyamatok határozzák meg (lásd a megfelelő részt). A szervezetben lassan metabolizálódó zsírban oldódó (lipofil) anyagok rendelkeznek a legnagyobb bioakkumulációs képességgel. A zsírszövet általában a xenobiotikumok hosszú távú lerakódásának fő helye. Így sok évvel az expozíció után magas TCDD-szintet találtak a vietnami háborúban részt vevő amerikai hadsereg veteránjainak zsírszövetéből és vérplazmájából vett biopsziás mintákban. Számos lipofil anyag azonban hajlamos a vízből és levegőből lerakódott részecskék felületén történő szorpcióra, ami csökkenti biológiai hozzáférhetőségüket. Például a benzpirén huminsavak általi szorpciója háromszorosára csökkenti a toxikus biológiai felhalmozódási képességét a halszövetekben. A vízben alacsony lebegőrészecske-tartalmú víztestekből származó halak több DDT-t halmoznak fel, mint a magas lebegőanyag-tartalmú eutróf víztestekből származó halak.

A szervezetben metabolizálódó anyagok kisebb mennyiségben halmozódnak fel, mint az várható lenne fizikai-kémiai tulajdonságaik alapján. A fajok közötti különbségeket a xenobiotikus bioakkumulációs faktorok értékében nagymértékben meghatározzák metabolizmusuk fajspecifikus jellemzői.

Bioakkumulációs érték

A bioakkumuláció nemcsak krónikus, hanem késleltetett akut toxikus hatások hátterében is állhat. Így a gyors zsírvesztés, amelyben nagy mennyiségű anyag halmozódott fel, a mérgező anyag vérbe jutásához vezet. Az állatok zsírszövetének mobilizálása gyakran megfigyelhető a szaporodási időszakban. Az ökológiailag kedvezőtlen régiókban ez az állatok tömeges elpusztulásával járhat, amikor elérik az ivarérettséget. A perzisztens szennyező anyagok az utódokra is átvihetők, madarakban és halakban - a tojássárgája tartalmával, emlősökben - a szoptató anya tejével. Ebben az esetben az utódokban olyan hatások alakulhatnak ki, amelyek nem nyilvánulnak meg a szülőkben.

2.6. Bionagyítás

A vegyi anyagok a táplálékláncon keresztül a zsákmányszervezetektől a fogyasztó szervezetekig eljuthatnak. Erősen lipofil anyagok esetében ezt a mozgást a toxikus anyag koncentrációjának növekedése kísérheti az egyes következő organizmusok szöveteiben - ez egy láncszem a táplálékláncban. Ezt a jelenséget biomagnifikációnak nevezik. Így a DDT-t szúnyogok irtására használták az egyik kaliforniai tavon. A kezelés után a növényvédőszer szint a vízben 0,02 ppm (ppm) volt. Egy idő után a DDT-t planktonban határozták meg 10 ppm koncentrációban, a planktievő halak szöveteiben - 900 ppm, a ragadozó halak - 2700 ppm, a halakkal táplálkozó madarak - 21 000 ppm. Vagyis a peszticidnek közvetlenül nem kitett madarak szöveteinek DDT-tartalma 1 000 000-szer magasabb volt, mint a vízben, és 20-szor magasabb, mint a tápláléklánc első láncszemének számító halak testében.

Rachelle Carson korábban említett könyvében, a Csendes tavaszban is szerepel egy ilyen példa. A szilokat megtámadó holland F betegség vektorának, a Scolytes multistriatus szilácsnak a leküzdésére a fákat DDT-vel kezelték. A növényvédő szerek egy része a talajba került, ahol a giliszták felszívták és felhalmozódtak a szövetekben. A vándorló rigóknál, amelyek elsősorban gilisztát esznek, növényvédőszer-mérgezés alakult ki. Némelyikük elpusztult, mások szaporodási funkciója károsodott – steril tojásokat tojtak. Ennek eredményeként a fabetegség elleni védekezés az Egyesült Államok több régiójában a vándorrigók szinte teljes kipusztulásához vezetett.

3. Ökotoxikodinamika

3.1. Általános fogalmak

Az ökotoxikodinamika az ökotoxikológia egyik ága, amely az ökotoxikus anyagok biocenózisra és/vagy az azt alkotó egyes fajokra gyakorolt ​​hatása által okozott toxikus folyamatok sajátos fejlődési mechanizmusait és formáit vizsgálja.

A mechanizmusok, amelyek révén az anyagok káros hatásokat okozhatnak a biogeocenózisokban, számos, és valószínűleg minden esetben egyediek. Ugyanakkor besorolhatók. Így megkülönböztethetjük az ökotoxikus anyagok közvetlen, közvetett és vegyes hatását.

A közvetlen cselekvés egy adott populáció vagy több populáció élőlényeinek közvetlen károsodása (biocenózis) egy adott xenobiotikus környezeti profilú ökotoxikus anyaggal vagy ökotoxikus anyagok halmazával. Az emberekben hasonló hatásmechanizmusú anyagokra példa a kadmium. Ez a fém már akkor is felhalmozódik a szervezetben, ha a környezetben lévő tartalma minimális, és a kritikus koncentráció elérésekor toxikus folyamatot indít el, amely a légzőrendszer, a vese károsodásában, az immunszuppresszióban és a karcinogenezisben nyilvánul meg.

A közvetett a környezet xenobiotikus profiljának hatása a populáció élőhelyének biotikus vagy abiotikus elemeire, aminek következtében a környezet adottságai és erőforrásai megszűnnek a létezéshez optimálisak lenni.

Sok mérgező anyagnak lehet közvetlen és közvetett hatása is, pl. vegyes akció. A vegyes ökotoxikus hatásmechanizmusú anyagokra példa különösen a 2,4,5-T és 2,4-D herbicidek, amelyek kis mennyiségben tartalmaznak 2,3,7,8-tetraklór-dibenzo-p-t. dioxin (TCDD) mint szennyeződés. Ezeknek az anyagoknak az amerikai hadsereg által Vietnamban történő széleskörű felhasználása jelentős károkat okozott az ország növény- és állatvilágában, valamint közvetlenül az emberi egészségben.

3.2. Ökotoxicitás

Az ökotoxicitás egy adott xenobiotikus környezeti profil azon képessége, hogy káros hatásokat okozzon a megfelelő biocenózisban. Azokban az esetekben, amikor a természetes xenobiotikus profil megsértése csak egy szennyező anyag túlzott felhalmozódásával jár a környezetben, feltételesen csak ennek az anyagnak az ökotoxicitásáról beszélhetünk.

Az ökológiában a biológiai rendszerek szerveződési szintjeinek elképzelésével összhangban három szakaszt szokás megkülönböztetni (G.V. Stadnitsky, A.I. Rodionov, 1996):

Autekológia - környezeti hatások leírása szervezeti szinten;

Demekológia - környezeti hatások lakossági szinten;

Szinekológia - hatások a biocenózis szintjén.

Ebben a tekintetben tanácsos figyelembe venni a káros ökotoxikus hatásokat:

Testi szinten (authecotoxic) - más aktív környezeti tényezőkkel szembeni rezisztencia csökkenésében, aktivitáscsökkenésben, betegségekben, a test halálában, karcinogenezisben, szaporodási rendellenességekben stb.

Népességi szinten (demekotoxikus) - a lakosság halálával, a morbiditás növekedésével, a mortalitás növekedésével, a születési ráta csökkenésével, a veleszületett fejlődési rendellenességek számának növekedésével, a demográfiai jellemzők megsértésével (arány életkorok, nemek stb.), az átlagos várható élettartam változásai, a kulturális degradáció.

A biogeocenózis szintjén (szinekotoxikus) - a cenózis populációs spektrumának megváltozásával nyilvánulnak meg, egészen az egyes fajok eltűnéséig és újak megjelenéséig, amelyek nem jellemzőek az adott biocenózisra, az interspecifikus kapcsolatok megsértésével .

Ha csak egy anyag ökotoxicitását csak egy élőlényfaj képviselőire vonatkozóan értékelik, akkor a klasszikus toxikológiában elfogadott minőségi és mennyiségi jellemzőket (akut, szubakut, krónikus toxicitás értékei, mutagént okozó dózisok és koncentrációk, rákkeltő és egyéb hatások stb.). A bonyolultabb rendszerekben azonban az ökotoxicitást nem (kvantitatívan) számokban mérik, számos mutató jellemzi minőségileg vagy félkvantitatívan, a Veszély vagy Környezeti Kockázat fogalmakon keresztül.

Az ökotoxikus anyagok ökoszisztémára gyakorolt ​​hatásának időtartamától függően beszélhetünk akut és krónikus ökotoxicitásról.

3.2.1. Akut ökotoxicitás

Az anyagok biocenózisra kifejtett akut toxikus hatása olyan balesetek és katasztrófák következménye lehet, amelyek nagy mennyiségű, viszonylag instabil toxikus anyag környezetbe kerülésével vagy vegyszerek nem megfelelő használatával járnak.

A történelem már ismeri az ilyen eseményeket. Így 1984-ben Bhopalban (India) baleset történt a Union Carbide növényvédő szereket gyártó amerikai vegyipari vállalat üzemében. Ennek eredményeként a pulmonotróp anyag, a metil-izocianát nagy mennyiségben került a légkörbe. Illékony folyadék lévén az anyag instabil fertőzési gócot alkotott. Körülbelül 200 ezer embert azonban megmérgeztek, ebből 3 ezren meghaltak. A halál fő oka az akut tüdőödéma.

Egy másik jól ismert akut toxikus-ökológiai katasztrófa Irakban történt. Ennek az államnak a kormánya nagy adag gabonát vásárolt vetőmagként. A kártevők leküzdésére a vetőmagot metil-higany gombaölő szerrel kezelték. Ez a gabonatétel azonban véletlenül eladásra került, és kenyérsütésre használták. A környezeti katasztrófa következtében több mint 6,5 ezer ember mérgezett meg, akik közül mintegy 500-an meghaltak.

2000-ben Romániában, az egyik nemesfémbányászati ​​vállalkozásnál egy baleset következtében hidrogén-ciánsav és cianid tartalmú termékek szivárogtak ki. A mérgező anyagok hatalmas mennyiségben kerültek a Duna vizébe, megmérgezve az összes élőlényt több száz kilométeren keresztül a folyótól lefelé.

A legnagyobb környezeti katasztrófa a rendkívül mérgező vegyszerek katonai célú felhasználása. Az első világháború idején a harcoló országok mintegy 120 ezer tonna mérgező anyagot használtak fel a harctereken. Ennek következtében több mint 1,3 millió ember mérgezett meg, ami az emberiség történetének egyik legnagyobb környezeti katasztrófájának tekinthető.

Az akut ökotoxicitás nem mindig vezet halálhoz vagy akut megbetegedéshez az expozíciónak kitett emberek vagy más fajok esetében. Így az első világháborúban használt vegyszerek között volt a kénes mustár. Ez az anyag, mivel rákkeltő, a daganatos betegek késői halálát okozta.

3.2.2. Krónikus ökotoxicitás

A szubletális hatások általában az anyagok krónikus toxicitásával járnak. Ez gyakran reproduktív funkciók károsodását, immunrendszeri változásokat, endokrin patológiát, fejlődési rendellenességeket, allergiát stb. A mérgező anyagoknak való krónikus expozíció azonban bizonyos fajok egyedeinek halálához is vezethet.

Az ökotoxikus anyagok emberre gyakorolt ​​​​hatásának megnyilvánulásai nagyon sokrétűek lehetnek, és bizonyos expozíciós intenzitási szinteken meglehetősen specifikusak az aktív tényezőre.

Az ökotoxicitás mechanizmusai

A modern irodalom számos példát mutat be a vegyi anyagok élő természetre gyakorolt ​​hatásmechanizmusaira, lehetővé téve az összetettségük és váratlanságuk értékelését.

1. A mérgező anyagok közvetlen hatása, amely az érzékeny fajok képviselőinek tömeges elpusztulásához vezet. A hatékony peszticidek használata a kártevők tömeges elpusztulásához vezet: rovarok (rovarölő szerek) vagy gyomok (herbicidek). A vegyszerek használatának stratégiája ezen az ökotoxikus hatáson alapul. Egyes esetekben azonban a kísérő negatív jelenségek is megfigyelhetők. Tehát Svédországban, az 50-60-as években. A metil-higany-dicianamidot széles körben használták gabonamagvak kezelésére. A szem higanykoncentrációja több mint 10 mg/kg volt. A pácolt vetőmag madarak általi időszakos csípése oda vezetett, hogy néhány évvel később a fácánok, galambok, fogolyok és más magevő madarak tömegesen elpusztultak a krónikus higanymérgezés következtében.

A környezeti helyzet értékelésénél szem előtt kell tartani a toxikológia alaptörvényét: a különböző típusú élőlények vegyi anyagokra való érzékenysége mindig eltérő. Ezért egy szennyező anyag megjelenése a környezetben még kis mennyiségben is káros lehet a legérzékenyebb fajok képviselőire. Így az ólom-klorid 24 órán belül elpusztítja a daphniát, ha körülbelül 0,01 mg/l koncentrációban van vízben, ami kevés veszélyt jelent más fajok képviselőire.

2. A xenobiotikum közvetlen hatása, ami allobiotikus állapotok kialakulásához és a toxikus folyamat speciális formáihoz vezet. A 80-as évek végén mintegy 18 ezer fóka pusztult el vírusfertőzések következtében a Balti-, Északi- és Ír-tengeren. Nagy mennyiségben poliklórozott bifenileket (PCB) találtak az elhullott állatok szöveteiben. Ismeretes, hogy a PCB-k más klórtartalmú vegyületekhez hasonlóan, mint a DDT, hexaklór-benzol, dieldrin immunszuppresszív hatást fejtenek ki emlősökre. A szervezetben való felhalmozódásuk a fókák fertőzésekkel szembeni ellenálló képességének csökkenéséhez vezetett. Így anélkül, hogy közvetlenül okozta volna az állatok pusztulását, a szennyező anyag jelentősen megnövelte az érzékenységüket az egyéb kedvezőtlen környezeti tényezők hatásaival szemben.

Az ökotoxikus hatás ezen formájának klasszikus példája a daganatok számának növekedése és a szaporodási képességek csökkenése az ökotoxikus anyagokkal szennyezett régiókban (Dél-Vietnam - dioxin) élő emberek populációiban.

3. Ökoszennyező anyagok embriotoxikus hatása. Jól bebizonyosodott, hogy a madarak, például tőkés récék, halászsasok, kopasz sasok szöveteiben felhalmozódó DDT a tojáshéj elvékonyodásához vezet. Ennek eredményeként a fiókák nem keltethetők ki, és elpusztulnak. Ez a madárállomány csökkenésével jár együtt.

A különféle xenobiotikumok (beleértve a gyógyszereket is) emberi és emlős embriókra gyakorolt ​​toxikus hatásaira széles körben ismertek példák (lásd az Uteratogenezis című részt).

4. A szennyező biotranszformációs termék közvetlen hatása szokatlan hatással. Az elevenszülő halak (pontyfogak) helyszíni megfigyelései Florida államban lehetővé tették a nagyszámú nőstény populáció azonosítását, amelyek nyilvánvalóan a maszkulinizáció jeleit mutatják (sajátos viselkedés, az anális uszony módosulása stb.). Ezeket a populációkat egy diófeldolgozó üzem alatti folyóban találták meg. Kezdetben azt feltételezték, hogy a szennyvíz maszkulinizáló anyagokat tartalmaz. A vizsgálatok azonban kimutatták, hogy a kibocsátásban nincsenek ilyen anyagok: a szennyvíz nem okozott férfiasodást. Megállapítást nyert továbbá, hogy a szennyvíz (a nyersanyagok feldolgozása során keletkező) fitoszteront tartalmazott, amely a folyóvízbe kerülve az itt élő baktériumok hatásának lett kitéve, és azok részvételével androgénné alakult. Ez utóbbi kedvezőtlen hatást váltott ki.

Ökotoxicometria

Általános módszertan

Az ökotoxikometria az ökotoxikológia egyik ága, amelyen belül olyan módszertani technikákat vesznek figyelembe, amelyek lehetővé teszik a xenobiotikumok ökotoxicitásának (prospektív vagy retrospektív) értékelését.

A klasszikus kvantitatív toxikológiai vizsgálatok minden típusát teljes mértékben felhasználják a xenobiotikumok ökotoxicitásának meghatározására (lásd az UToxikometria című részt).

Az ökoszennyező anyagok akut toxicitását kísérletileg több olyan fajon határozzák meg, amelyek az ökoszisztéma különböző szintű trofikus szerveződését képviselik (algák, növények, gerinctelenek, halak, madarak, emlősök). Egy bizonyos mérgező anyagot tartalmazó víz minőségére vonatkozó kritériumok meghatározásakor az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynöksége megköveteli, hogy a víz toxicitását legalább 8 különböző édesvízi és tengeri élőlényfajon határozzák meg (16 teszt).

Ismételt kísérletek történtek az élőlényfajok xenobiotikumokkal szembeni érzékenységük szerinti rangsorolására. A különböző mérgező anyagok esetében azonban az élőlények rájuk való érzékenységének aránya eltérő. Ezenkívül az ökotoxikológiában az ökológiai szerveződés bizonyos szintjei képviselőinek használata a xenobiotikumok ökotoxicitásának meghatározására tudományos szempontból nem helyes, mivel az állatok érzékenysége, még a közeli rokon fajoké is, néha nagyon eltérő. szignifikánsan.

Az ökotoxicitás értékelésénél figyelembe kell venni, hogy bár szinte minden anyag okozhat akut toxikus hatást, krónikus toxicitás nem minden vegyületben mutatható ki. Az anyag krónikus hatása alatti veszélyességi fokát jelző közvetett érték az akut (LC50) és krónikus (toxikus hatás küszöbértéke) hatást kiváltó koncentrációk aránya. Ha ez az arány 10-nél kisebb, az anyag a krónikus expozíció szempontjából alacsony kockázatúnak tekinthető.

Egy anyag krónikus ökotoxicitásának értékelésekor a következő körülményeket kell figyelembe venni:

1. A veszélyességi együttható meghatározása csak a legelső lépés az anyag ökotoxikus potenciáljának meghatározásában. Laboratóriumi körülmények között a mérgező anyagok krónikus hatásainak küszöbkoncentrációit a csoport mortalitásának, növekedésének és szaporodási képességének felmérésével határozzák meg. Az anyagoknak való krónikus expozíció egyéb hatásainak tanulmányozása néha eltérő számszerű jellemzőket eredményezhet.

2. A toxicitási vizsgálatokat laboratóriumi körülményeknek megfelelő állatokon végzik. A kapott eredmények nem tekinthetők abszolútnak. A mérgező anyagok bizonyos fajoknál krónikus hatásokat okozhatnak, másokban azonban nem.

3. Egy toxikus anyag kölcsönhatása a környezet biotikus és abiotikus elemeivel jelentősen befolyásolhatja toxicitását természetes körülmények között (lásd fent). Ez azonban nem tanulmányozható feltételek mellett

Mérgező hatás a káros anyagok egy szervezet, egy káros anyag és a környezet kölcsönhatásának eredménye. A különféle anyagok hatása a szervezetbe jutó anyag mennyiségétől, fizikai-kémiai tulajdonságaitól, a bevitel időtartamától, a szervezetben zajló kémiai reakcióktól függ.

A toxikus hatás a faj biológiai jellemzőitől, a nemtől, a szervezet életkorától és egyéni érzékenységétől, a méreg szerkezetétől és fizikai-kémiai tulajdonságaitól, mennyiségétől függ.

a szervezetbe került anyagok, környezeti tényezők (hőmérséklet, légköri nyomás stb.).

Így a szénhidrogénatomok láncának elágazása az el nem ágazó izomerekhez képest gyengíti a toxikus hatást.A hidroxilcsoport molekulába bevitele gyengíti a toxicitást (az alkoholok kevésbé mérgezőek, mint a megfelelő szénhidrogének). A halogén bevitele egy szerves vegyület molekulájába növeli annak toxicitását stb.

A fajok érzékenysége a különböző organizmusok mérgeire nagyon eltérő, ami az anyagcsere sajátosságaiból, a testtömegből stb. adódik. A toxikus hatás kialakulásában nemtől függően van némi különbség: a nők nagyobb érzékenységet mutatnak a szerves oldószerek hatása, a férfiak pedig a bórvegyületekre, a mangánra. Egyes mérgek mérgezőbbek a fiatalokra, míg mások mérgezőbbek az idősekre. Az egyéni érzékenységet az egészségi állapot határozza meg.

Egyes esetekben időszakos a méreg (szakaszos) hatása fokozza a mérgező hatást. Az emberi testre gyakorolt ​​​​fiziológiai hatás növekedése a hőmérséklet, a páratartalom és a légköri nyomás növekedésével figyelhető meg. Jelentős fizikai erőfeszítéssel a tüdő szellőzésének növekedése figyelhető meg, ami a mérgező anyag intenzív eloszlásához vezet a szervezetben. A zaj és a vibráció is fokozhatja a mérgező hatást.

Az ipari mérgek általános toxikológiai osztályozása az élő szervezetekre gyakorolt ​​következő hatástípusokat tartalmazza:

- általános mérgező (kóma, agyödéma, görcsök): alkohol és helyettesítői, szén-monoxid;

- idegméreg (görcsök, bénulás): nikotin, egyes peszticidek, vegyi anyagok;

- bőrreszorpciós (helyi gyulladás általános toxikus jelenségekkel kombinálva): ecetesszencia, diklór-etán, arzén;

- fullasztó(toxikus agyödéma): nitrogén-oxidok, egyes vegyi anyagok;

- könnyképző és irritáló (a szem, orr, torok nyálkahártyájának irritációja): erős savak és lúgok gőzei;

^100- pszichotróp(mentális aktivitás, tudatzavar): gyógyszerek, atropin;

- érzékenyítő (allergia): formaldehid, oldószerek, lakkok;

- mutagén(genetikai kód megsértése, örökletes információ változása): ólom, mangán, radioaktív izotópok;

- rákkeltő(rosszindulatú daganatokat okoz): króm, nikkel, azbeszt;

- teratogén(reproduktív és gyermekvállalási funkciókat érint): higany, ólom, sztirol, bórsav.

A káros anyagoknak való kitettség utolsó három típusa – mutagén, rákkeltő és teratogén – a kémiai vegyületek szervezetre gyakorolt ​​hatásának hosszú távú következményei közé tartozik. Ez egy specifikus hatás, amely nem az expozíció időszakában és nem közvetlenül annak vége után, hanem távoli időszakokban, évekkel, sőt évtizedekkel később jelentkezik. Különféle hatások megjelenése figyelhető meg a következő generációkban, különösen a mutagén tulajdonságokkal rendelkező anyagok esetében.

Emellett a mérgek szelektív toxicitást is mutatnak, pl. jelentik a legnagyobb veszélyt a szervezet egy-egy szervére vagy rendszerére. A szelektív toxicitás szerint a mérgeket megkülönböztetik:

- hatással van a szívre. Ezek közé tartozik számos gyógyszer, növényi mérgek, fémsók (bárium, kálium);

- befolyásolja az idegrendszert és zavarokat okoz a mentális tevékenységben. Ezek az alkohol, a kábítószerek, a szén-monoxid, egyes növényvédő szerek;

- felhalmozódik a májban. Ezek közül kiemelendők a klórozott szénhidrogének, a mérgező gombák, a fenolok és az aldehidek;

- felhalmozódik a vesékben. Ezek nehézfémvegyületek, etilénglikol, oxálsav;

- befolyásolja a vért. Ezek az anilin és származékai, a nitritek;

- a tüdőt érinti. Ezek a nitrogén-oxidok, ózon, foszgén;

- felhalmozódik a csontokban és a vérképzést befolyásoló - stroncium.

Az aeroszolok (porok) nagy csoportja esetén, amelyek nem rendelkeznek kifejezett toxicitással, meg kell jegyezni fibrogén hatás hatások a szervezetre. Ide tartoznak a szén aeroszoljai, koksz, gyémántkorom, állati és növényi eredetű por, szilikát- és szilíciumtartalmú por, fémek szétesési és kondenzációs aeroszoljai.

A légzőrendszerbe kerülve az ebbe a csoportba tartozó anyagok károsítják a felső légutak nyálkahártyáját, ami bronchitis kialakulásához vezet. A tüdőben elhúzódó por a tüdőszövet kötőszövetté degenerálódását és a tüdő hegesedését (fibrózisát) okozza. Az aeroszoloknak való kitettséggel kapcsolatos foglalkozási megbetegedések - pneumokoniózisés a krónikus porhörghurut - a második helyet foglalják el az összes foglalkozási megbetegedés között Oroszországban.

A fibrogén hatás jelenléte nem zárja ki az aeroszolok általános toxikus hatását. A mérgező porok közé tartoznak a DDT peszticid aeroszoljai, ólom, berillium, arzén stb. A légzőrendszerbe kerülve a felső légúti helyi elváltozások mellett akut és krónikus mérgezés képe alakul ki.

A termelésben ritkán találkozunk káros anyagok izolált hatásaival, általában a munkavállaló különböző természetű negatív tényezők (fizikai, kémiai, súlyossági és munkaintenzitási tényezők) együttes hatásának, vagy azonos jellegű tényezők együttes hatásának van kitéve. például vegyi anyagok egy csoportja. Kombinált cselekvés- ez több méreg egyidejű vagy egymás utáni hatása a szervezetre ugyanazon a bejutási útvonalon keresztül. A mérgek kombinált hatásának többféle típusa létezik a toxicitás hatásától függően: