Efect toxic primar și secundar. Efectul toxic asupra oamenilor al substanțelor chimice periculoase. Reacții adverse de natură non-alergică

Efectul toxic trebuie atribuit perturbării ciclului ureei în timpul dezvoltării timpurii a hiperamoniemiei.

Unul dintre simptome: înainte de a se instala o comă profundă, se dezvoltă adesea convulsii, mai ales la o vârstă fragedă.

Cu toate acestea, cu un control bun al tulburărilor metabolice, rareori apar convulsii simptomatice.

Se pot distinge următoarele tulburări ale metabolismului aminoacizilor în fenilcetonuria incurabilă. Statisticile spun că astfel de crize epileptice se dezvoltă în intervalul de la 25% la 50% din toți pacienții examinați.

Sindromul West bine studiat cu Hiparitmie și Crize Infantile este cel mai frecvent simptom și este complet reversibil cu terapia simptomatică.

Unele convulsii pot fi însoțite de așa-numita boală de sirop de arțar în perioada neonatală; în acest caz, pe electroencefalogramă apare un ritm „asemănător unei creaste”, similar cu ritmul din regiunile centrale ale creierului.

Când este prescrisă o dietă adecvată, convulsiile încetează și epilepsia nu se dezvoltă. În unele tulburări ale metabolismului aminoacizilor, convulsiile pot fi unul dintre simptomele principale.

Există un tip de atacuri toxice, din cauza unei încălcări a metabolismului acizilor organici, în care o varietate de acidurie organică poate fi punctul central al unui atac sau poate duce la episoade de decompensare acută. Dintre acestea, cele mai semnificative sunt acidemia propionica si acidemia metilmalonica.

În timpul tratamentului corect, convulsiile sunt foarte rare și reflectă leziuni cerebrale persistente. În aciduria glutarică de tip 1, crizele epileptice se pot dezvolta acut și se pot opri după începerea terapiei adecvate.

Cu o deficiență de 2-metil-3-hidroxibutirat-CoA dehidrogenază, descrisă ca o tulburare congenitală a acidului responsabil pentru obezitatea brahiocefalică și metabolismul afectat al izoleucinei, apare adesea epilepsia severă.

Un alt tip de convulsii epileptice cauzate de efecte toxice este cauzat de o încălcare a metabolismului pirimidinei și a metabolismului purinelor. Astfel de atacuri sunt caracteristice deficitului de adenil succinat, ale cărui efecte „de novo” determină sinteza purinelor.

Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că epilepsia se dezvoltă foarte des în perioada neonatală și în primul an de viață al unei persoane. La astfel de pacienți, sunt detectate suplimentar tulburări psihomotorii pronunțate și autism.

Diagnosticul se face folosind testul Bratton-Marshall modificat, care este folosit pentru a examina urina. Trebuie precizat că nu există un tratament eficient pentru această boală, astfel că prognosticul medical este foarte nefavorabil. Statisticile arată că crizele se dezvoltă la 50% dintre toți pacienții examinați cu deficit de dihidropirimidină dehidrogenază.

Iar tipul final de crize epileptice datorate efectelor toxice este notat în practica medicală ca hiperglicemie non-cetotică.

Această tulburare este cauzată de degradarea insuficientă a glicinei și se manifestă destul de precoce, în perioada neonatală, cu simptome precum letargie, hipotensiune arterială, sughiț (apare înainte de naștere), precum și oftalmoplegie.

Trebuie remarcat faptul că, odată cu agravarea comei, încep să se dezvolte apneea și frecvențe convulsive mioclonice focale. În următoarele câteva luni (de obicei mai mult de trei), se dezvoltă un sindrom sever, greu de reușit, care în cele mai multe cazuri se manifestă sub formă de convulsii motorii parțiale sau spasme infantile.

La o vârstă fragedă, electroencefalograma arată activitate normală de fond, dar există zone de unde epileptice ascuțite (așa-numitele flash-uri depresive), urmate de activitate lentă de amplitudine mare cu hiparitmie în următoarele trei luni.

Diagnosticul se bazează pe o concentrație mare de glicină în toate lichidele corporale și lichidul cefalorahidian (valoare > 0,08). Cu ajutorul unui tomograf cu rezonanță magnetică, se arată o imagine normală sau hipoplazie sau ageneză.

Glicina este unul dintre cei mai mari inhibitori ai neurotransmitatorilor din maduva spinarii si creier. S-a sugerat că excesul de glicină suprasatura locul de legare a coantagonistului receptorului NMDA, contribuind la excitarea excesivă a neurotransmisiei și toxicitatea postsinaptică.

Efectul toxic excitator studiat al unui receptor NMDA hiperactiv este o cauză evidentă a epilepsiei, precum și a tetraplegiei parțiale și a retardării mintale. Acest lucru este confirmat de studiile terapeutice ale antagoniştilor NMDA cu manifestări parţiale pe electroencefalogramă. O astfel de formă severă de epilepsie, după cum arată practica, este tratată cu medicamente antiepileptice convenționale.

Trebuie amintit că criteriul de vârstă este luat în considerare și în clasificarea epilepsiei. Cu ajutorul acestuia se disting un debut tipic, precoce, care apare în primele zile de viață, și atipic, debut tardiv, care se manifestă până la vârsta de 35 de ani.

Efect toxic este rezultatul interacțiunii dintre otravă, organism și mediu.

Efectul toxic al otravii asupra organismului depinde de:

1. Structura chimică a otravii.

Efectul toxic al substanțelor organice scade cu o ramificare a lanțului de atomi de carbon ( Regula lanțului ramificat);

efectul toxic al compușilor organici crește:

Cu o creștere a numărului de atomi de C din seria omoloagă (similar ca structură). ( regula lui Richardson);

Când lanțul este închis de atomi de C din moleculă (ciclohexanul este mai toxic decât hexanul);

Cu o creștere a numărului de legături multiple în moleculă (etanul este mai puțin toxic decât etilena - o legătură dublă între 2 atomi de C);

Când un halogen este introdus în molecula de hidrocarbură, de exemplu, Cl (metanul este mai puțin toxic decât clormetanul);

Când o grupare hidroxil OH este introdusă într-o moleculă de hidrocarbură (metanul este mai puțin toxic decât metanolul);

La introducerea grupărilor nitro-N02 sau amino-NH2 într-o moleculă de benzen sau toluen;

Cu o creștere a coeficientului de solubilitate în grăsimi a substanțelor nocive. Prin urmare, fibrele nervoase bogate în lipide acumulează substanțe toxice.

2. Susceptibilitatea speciilor la otrăvuri. Diferențele dintre efectele otrăvurilor asupra organismului depind de caracteristicile metabolismului, complexitatea sistemului nervos central, speranța de viață, dimensiunea, greutatea și caracteristicile pielii.

3. vârstă. Sensibilitatea adolescenților la substanțele toxice este de 2–3 și chiar de 10 ori mai mare decât cea a adulților. Există dovezi că copiii, spre deosebire de adulți și adolescenți, sunt cei mai puțin sensibili la otrăvuri.

4. Paula. Datele sunt inconsistente.

5. Variabilitatea individuală și sensibilitatea la otrăvuri. Se bazează pe individualitatea biochimică. Nu este posibil să găsiți un medicament care să funcționeze la fel pentru toți oamenii.

6. Bioritmuri.

· sezonier(efectul toxic al substanțelor nocive este mai pronunțat primăvara într-un organism slăbit);

· indemnizație zilnică. Cu cât activitatea funcțiilor fiziologice este mai mare, cu atât efectul toxic este mai slab:

Diviziunea celulară maximă de la ora 3 la ora 9 cu un vârf la ora 6;

Tensiunea arterială maximă - la ora 18, min - la ora 9;

7. Timp de expunere la otravă:

· continuu- concentrația de otravă în timpul otrăvirii rămâne constantă;

· intermitent- perioada de inhalare a otravii alterneaza cu perioada de inhalare a aerului curat;

· intermitent- se modifică concentrația de otravă în timpul otrăvirii.

Studiul naturii intermitente este foarte important în toxicologia industrială. La o fabrică chimică, emisiile de substanțe nocive pot fluctua considerabil în timpul unei ture. Experimentele au arătat că natura intermitentă a otrăvirii este mai toxică decât cea continuă, chiar dacă concentrația maximă nu depășește concentrația în timpul expunerii continue. Acest lucru se datorează perturbării formării de adaptare a corpului.

8. Factori de mediu:

· temperatura- efectul toxic al majorității otrăvurilor în diferite condiții de temperatură se manifestă în moduri diferite. Într-o anumită zonă de temperatură, se dovedește a fi cea mai mică;

· presiune- cu scaderea presiunii barometrice la 600-500 mm Hg. Artă. efectul toxic al CO (spațiu) este sporit.

Există mulți factori care determină efectul toxic. Acești factori pot fi clasificați după cum urmează:

1) tipul de factor toxic și forma de transmitere a acestuia;

2) condițiile de reacție a organismului la otrăvuri;

3) calea de intrare a toxinei;

4) tipul de organism afectat de toxină.

Nota 4. Aici este necesar să se țină seama de starea de acumulare a acestei substanțe, precum și de transportul acesteia în organism (purtător). Împreună, acești doi factori determină calea (sau modul) de intrare a toxinei în sânge. De exemplu, hidrocarburile transportate cu praful din aer intră foarte repede în sânge prin plămâni, dar carbohidrații transportați cu alimente intră mult mai lent în sânge (obstrucție a pereților intestinali).

Nota 5.În funcție de timpul de expunere a xenobioticelor în organism, precum și de locul acțiunii acestuia, putem vorbi despre:

Obținerea unei leziuni locale acute, în care un anumit organ suferă leziuni pentru un timp relativ scurt (secunde, minute)

Acțiune locală pe termen lung, în care organul selectat este deteriorat pentru o lungă perioadă de timp (ani);

Intoxicația generală acută, când o toxină, care acționează pentru o perioadă scurtă de timp, intră în fluxul sanguin și afectează apoi un organ intern important;

Acțiune generală de lungă durată, când toxina afectează timp îndelungat.

Nota 6. Toxina poate pătrunde în organism prin aparatul respirator, organele digestive și prin piele. Ultima dintre aceste posibilități, adică lovirea prin piele(resorbtiv), este una dintre cele mai frecvente căi de intrare - pielea este direct și constant expusă mediului contaminat (Fig. 1.1).

Orez. 1.1.

Substanțele toxice prin difuzie fie prin canalele părului, fie prin glandele sebacee și sudoripare ale stratului exterior ajung la epidermă, care respiră și desfășoară procese metabolice și, prin urmare, este expusă substanțelor toxice care acționează asupra acesteia. Următorul strat al pielii, pielea însăși, are contact direct cu vasele limfatice și de sânge și facilitează pătrunderea toxinelor. Pe lângă timpul de reacție și grosimea stratului cornos, un factor semnificativ care determină pătrunderea toxinei îl reprezintă proprietățile acestei toxine. Prin pielea lipofilă, compușii nepolari pătrund mai ușor, mai dificil - cei polari. Transportul compușilor polari peste straturile lipidice poate fi facilitat de enzimele din grupul de permeaze care transportă specii hidrofile prin straturi nepolare. Starea de acumulare in cazul gazelor si lichidelor faciliteaza transportul toxinelor. Gazele și lichidele folosesc canale sau glande de păr, pentru solide este foarte dificil. Toxinele solide trebuie să se dizolve mai întâi în transpirație sau grăsime de pe suprafața pielii.

prin gura(oral), adică prin organele digestive intră în organism acei poluanți ai mediului care se află în alimente și în apă. Pentru ca toxina să fie blocată în tractul digestiv, aceasta trebuie să fie absorbită în sânge. Calea de absorbție a substanțelor toxice în sânge prin tractul digestiv este foarte complexă (Fig. 1.2). Prin celulele lipofile ale membranei mucoase care acoperă pereții stomacului, toxinele intră în sânge.

Orez. 1.2.

O soluție cu pH foarte acidă (~1,0) facilitează procesele metabolice ale toxinelor, iar produsele lor nepolare difuzează prin pereții stomacului.

În intestin, după o modificare a pH-ului, bazele slabe, în stomac în formă ionică, se transformă în particule neutre care sunt mai puțin polare și capabile să se difuzeze prin peretele intestinal. Substanțele toxice din stomac și intestine prin sistemul vaselor limfatice sau prin vena de retur intră în ficat. Aici, sub influența enzimelor, au loc reacții metabolice. produsele lor sunt mai puțin toxice și dacă se dizolvă bine în apă, intră în sistemul circulator, ceea ce echivalează cu răspândirea în tot organismul. O parte din metaboliți este filtrată în rinichi și eliminată din organism. Metaboliții sunt mai greu de dizolvat sub influența acizilor Holloway, care se găsesc în bila hepatică, se emulsionează și, împreună cu bila, prin duoden intră din nou în intestin, de unde pot fi îndepărtați sau incluși în ciclul următor. a proceselor metabolice. Deci, în funcție de proprietățile toxinei, viteza de transport, procesele metabolice și rata de eliminare a produselor acestor procese, partea diferențiată a xenobioticelor rămâne în organism. Cantitatea sa determină așa-numitul parametru de absorbție xenobiotic (p), care este definit ca raportul dintre concentrația acestei toxine sau a metabolitului său din sânge după ingestia orală și concentrația toxinei care a intrat intravenos:

p = Srotov / Svenozna

Următoarea cale de intrare a toxinelor este Masina care ajuta respiratia(calea de inhalare). Praful, picăturile de ceață, gazele care poluează atmosfera, concomitent cu aerul pe care îl respirăm, pătrund în plămâni. Structura plămânilor - o suprafață foarte dezvoltată a alveolelor - și funcția lor determină schimbul de oxigen și dioxid de carbon între sângele și gazele conținute în plămâni, ceea ce îi face foarte vulnerabili la adsorbția toxinelor. Poluanții solubili în apă (acid clorhidric, amoniac) se dizolvă în mare măsură în secrețiile nazale și gâtului sau și în bronhii, dăunându-le și intră în sânge în cantități mici. Particulele mari de praf pot rămâne pe firele de păr din partea superioară a aparatului respirator, de unde pătrund în tractul digestiv în timpul strănutului sau tusei. Astfel, hidrocarburile policiclice depuse pe particulele de funingine intră în plămâni.

Viteza de difuzie (D) prin alveole este evidențiată de solubilitatea acestui poluant gazos în sânge(e), precum și, conform regulii Fitzko, suprafața alveolelor (A), precum și diferența. în presiunea particulelor de gaz în aer și în sânge (ΔΡ). Prin urmare, viteza de difuzie este exprimată prin formula:

D= f(s, Α, ΔΡ)

Notă 7. Atunci când se evaluează toxicitatea, trebuie să se țină cont de vârsta, starea de sănătate, rezistența organismului individual, precum și condițiile de viață. O dependență comună este un efect toxic mai puternic asupra organismelor foarte tinere. Sănătatea generală precară sporește și efectele xenobioticelor. Persoanele care trăiesc în condiții bune de mediu sunt sănătoase și prezintă o rezistență semnificativă la toxine.

Interacțiunea unui toxic sau a produselor transformării acestuia în organism cu elementele structurale ale biosistemelor, care stau la baza procesului toxic în curs de dezvoltare, se numește mecanism de acțiune toxică. Interacțiunea se realizează datorită reacțiilor fizico-chimice și chimice.

Procesul toxic inițiat de reacții fizico-chimice, de regulă, se datorează dizolvării toxicului în anumite medii (apoase sau lipidice) ale celulelor și țesuturilor organismului. În acest caz, proprietățile fizico-chimice ale mediului solvent (pH, vâscozitate, conductivitate electrică, puterea interacțiunilor intermoleculare etc.) se modifică semnificativ. O caracteristică a acestui tip de interacțiune este absența unei dependențe stricte a calității efectului de dezvoltare de proprietățile chimice ale moleculei toxice. Astfel, asupra țesuturilor acționează toți acizii, alcalinele, agenții oxidanți puternici, unii solvenți organici și compușii macromoleculari lipsiți de activitate specifică.

Mai des, efectul toxic se bazează pe reacțiile chimice ale unui toxic cu un anumit element structural al unui sistem viu. Componenta structurală a unui sistem biologic cu care un toxic intră în interacțiune chimică se numește „receptor” sau „țintă”.

Mecanismele de acțiune toxică a marii majorități a substanțelor chimice sunt în prezent necunoscute. În acest sens, multe dintre clasele de molecule și complexe moleculare care formează corpul, descrise mai jos, sunt considerate, în cea mai mare parte, doar ca receptori (ținte) probabili pentru acțiunea otrăvurilor. Considerarea lor în această perspectivă este legitimă, deoarece acțiunea unor substanțe toxice bine studiate se bazează pe interacțiunea cu reprezentanții acestor clase particulare de biomolecule.

1. Definirea conceptului de „receptor” în toxicologie

Conceptul de „receptor” este foarte încăpător. Cel mai adesea în biologie este folosit în următoarele sensuri:

1. Concept general. Receptorii sunt locuri de legare relativ specifică pe biosubstratul xenobioticelor (sau molecule endogene), cu condiția ca procesul de legare să respecte legea acțiunii în masă. Molecule întregi de proteine, acizi nucleici, polizaharide, lipide sau fragmentele acestora pot acționa ca receptori. În ceea ce privește un fragment dintr-o biomoleculă care este direct implicat în formarea unui complex cu o substanță chimică, termenul „regiune receptor” este adesea folosit. De exemplu, receptorul de monoxid de carbon din organism este molecula de hemoglobină, iar regiunea receptorului este ionul feros închis în inelul hem porfirinei.

2. Receptorii selectivi. Ca complexitate evolutivă a organismelor, se formează complexe moleculare speciale - elemente ale sistemelor biologice care au o afinitate mare pentru substanțele chimice individuale care îndeplinesc funcțiile de bioregulatori (hormoni, neurotransmițători etc.). Zonele sistemelor biologice care au cea mai mare afinitate pentru bioregulatori speciali individuali sunt numite „receptori selectivi”. Substanțele care interacționează cu receptorii selectivi în conformitate cu legea acțiunii în masă se numesc liganzi selectivi ai receptorilor. Interacțiunea liganzilor endogeni cu receptorii selectivi este de o importanță deosebită pentru menținerea homeostaziei.

Mulți receptori selectivi sunt compuși din mai multe subunități, dintre care doar o fracțiune are situsuri de legare a ligandului. Adesea, termenul "receptor" este folosit pentru a se referi numai la astfel de subunităţi de legare a ligandului.

3. Receptorii permanenți sunt receptori selectivi, a căror structură și proprietăți sunt codificate folosind gene speciale sau complexe de gene permanente. La nivel de fenotip, modificarea receptorului prin recombinare genică este extrem de rară. Modificările compoziției de aminoacizi a proteinei care formează receptorul selectiv, care apar uneori în timpul evoluției datorită transformărilor poligenetice, de regulă, au un efect redus asupra caracteristicilor funcționale ale acesteia din urmă, asupra afinității sale pentru liganzii endogeni și xenobiotice.

Receptorii permanenți includ:

Receptori pentru neurotransmițători și hormoni. Ca și alți receptori selectivi, acești receptori sunt, de asemenea, capabili să interacționeze selectiv cu unele xenobiotice (medicamente, substanțe toxice). În acest caz, xenobioticele pot acţiona atât ca agonişti, cât şi ca antagonişti ai liganzilor endogeni. Ca urmare, este activată sau suprimată o anumită funcție biologică, care se află sub controlul acestui aparat receptor;

Enzimele sunt structuri proteice care interacționează selectiv cu substraturile a căror conversie o catalizează. Enzimele pot interacționa și cu substanțe străine, care în acest caz devin fie inhibitori, fie regulatori alosterici ai activității lor;

Proteine ​​de transport - leagă selectiv liganzii endogeni cu o anumită structură, efectuând depunerea sau transferul acestora prin diferite bariere biologice. Toxicanții care interacționează cu proteinele de transport acționează, de asemenea, fie ca inhibitori ai acestora, fie ca regulatori alosterici.

4. Receptori cu structură în schimbare. Aceștia sunt în principal anticorpi și receptori de legare a antigenului ai limfocitelor T. Receptorii de acest tip se formează în celulele precursoare ale formelor celulare mature ca rezultat al recombinării induse extern a 2-5 gene care controlează sinteza acestora. Dacă recombinarea a avut loc în procesul de diferențiere celulară, atunci numai receptorii cu o anumită structură vor fi sintetizați în elemente mature. În acest fel, se formează receptori selectivi pentru liganzi specifici, iar proliferarea duce la apariția unei clone întregi de celule care conțin acești receptori.

După cum rezultă din definițiile de mai sus, în biologie, termenul „receptor” este folosit în principal pentru a desemna structuri care sunt direct implicate în percepția și transmiterea semnalelor biologice și sunt capabile să se lege selectiv, pe lângă liganzii endogeni (neurotransmițători, hormoni, substraturi), unii compuși străini.

În toxicologie (precum și farmacologie), termenul „receptor” se referă la orice element structural al unui sistem viu (biologic) cu care un toxic (medicament) interacționează chimic. În această interpretare, acest concept a fost introdus în chimiobiologie la începutul secolului al XX-lea de către Paul Ehrlich (1913).

Gama de caracteristici energetice ale interacțiunii receptor-ligand este neobișnuit de largă: de la formarea de legături slabe, ușor rupte, până la formarea de complexe ireversibile (vezi mai sus). Natura interacțiunii și structura complexului format depind nu numai de structura toxicului, conformația receptorului, ci și de proprietățile mediului: pH, putere ionică etc. În conformitate cu legea acțiunii în masă, numărul de complexe substanță-receptor formate este determinat de energia de interacțiune (afinitate) și conținutul ambelor componente de reacție (substanța și receptorul său) din sistemul biologic.

Receptorii pot fi „tăcuți” și activi. Receptorul „tăcut” este o componentă structurală a unui sistem biologic, a cărui interacțiune cu o substanță nu duce la formarea unui răspuns (de exemplu, legarea arsenului de proteinele care alcătuiesc părul, unghiile). Un receptor activ este o componentă structurală a unui sistem biologic a cărui interacțiune cu un toxic inițiază un proces toxic. Pentru a evita dificultățile terminologice, termenul „structură țintă” este adesea folosit în locul termenului „receptor” pentru a desemna elementele structurale, interacționând cu care toxicul inițiază procesul toxic.

Sunt acceptate postulate:

Efectul toxic al unei substanțe este mai pronunțat, cu atât este mai mare numărul de receptori activi (structuri țintă) care au interacționat cu toxicul;

Toxicitatea unei substanțe este cu atât mai mare, cu cât cantitatea sa se leagă mai mică de receptorii „tăcuți”, cu atât acționează mai eficient asupra receptorului activ (structura țintă), cu atât receptorul și sistemul biologic deteriorat sunt mai importante pentru menținerea homeostaziei întreg organismul.

Orice celulă, țesut, organ conține un număr mare de receptori potențiali de diferite tipuri („declanșează” diverse reacții biologice), cu care liganzii pot interacționa. Având în vedere cele de mai sus, legarea unui ligand (atât o substanță endogenă, cât și un xenobiotic) la un anumit tip de receptor este selectivă numai într-un anumit interval de concentrație. O creștere a concentrației unui ligand într-un biosistem duce la o extindere a gamei de tipuri de receptori cu care acesta interacționează și, în consecință, la o modificare a activității sale biologice. Aceasta este și una dintre prevederile fundamentale ale toxicologiei, dovedită de numeroase observații.

Țintele (receptorii) pentru efecte toxice pot fi:

Elemente structurale ale spațiului intercelular;

Elemente structurale ale celulelor corpului;

Elemente structurale ale sistemelor de reglare a activității celulare.

2. Acţiunea toxicului asupra elementelor spaţiului intercelular

Fiecare celulă a corpului este înconjurată de un mediu apos - lichid interstițial sau intercelular. Pentru celulele sanguine, lichidul intercelular este plasma sanguină. Principalele proprietăți ale fluidului intercelular: compoziția sa electrolitică și o anumită presiune osmotică. Compoziția electrolitică este determinată în principal de conținutul de ioni Na+, K+, Ca2+, Cl-, HCO3- etc.; presiune osmotică - prezența proteinelor, a altor anioni și cationi. Lichidul intercelular conține numeroase substraturi pentru metabolismul celular, produse ale metabolismului celular, molecule care reglează activitatea celulară.

Odată ajuns în lichidul intercelular, toxicul își poate modifica proprietățile fizice și chimice, intra în interacțiune chimică cu elementele sale structurale. O modificare a proprietăților fluidului interstițial duce imediat la o reacție a celulelor. Următoarele mecanisme de acțiune toxică sunt posibile, datorită interacțiunii toxicului cu componentele fluidului intercelular:

1. Efecte electrolitice. Încălcarea compoziției electrolitului se observă în caz de otrăvire cu substanțe capabile să lege ionii. Deci, cu intoxicația cu fluoruri (F-), unii agenți de complexare (Na2EDTA, DTPA etc.), alți toxici (etilen glicol, care se metabolizează odată cu formarea acidului oxalic), ionii de calciu sunt legați în sânge și lichidul interstițial, se dezvoltă hipocalcemie acută, însoțită de tulburări ale sistemului nervos.activitate, tonus muscular, coagulare a sângelui etc. Încălcarea echilibrului ionic, în unele cazuri, poate fi eliminată prin introducerea de soluții de electroliți în organism.

2. efecte ale pH-ului. Intoxicarea cu o serie de substanțe, în ciuda capacității mari de tampon a lichidului intercelular, poate fi însoțită de o încălcare semnificativă a proprietăților acido-bazice ale mediului intern al corpului. Astfel, intoxicația cu metanol duce la acumularea de acid formic în organism, provocând acidoză severă. O modificare a pH-ului lichidului interstițial poate fi, de asemenea, o consecință a efectelor toxice secundare și se poate dezvolta ca urmare a unei încălcări a proceselor de bioenergetică, hemodinamică (acidoză metabolică/alcaloză) și respirație externă (acidoză gazoasă/alcaloză). În cazurile severe, pH-ul poate fi normalizat prin introducerea de soluții tampon la victimă.

3. Legarea și inactivarea elementelor structurale ale fluidului intercelular și plasma sanguină. Plasma sanguină conține elemente structurale cu activitate biologică ridicată care pot deveni ținta substanțelor toxice. Acestea includ, de exemplu, factori ai sistemului de coagulare a sângelui, enzime hidrolitice (esteraze) care distrug xenobioticele etc. Consecința unei astfel de acțiuni poate fi nu numai intoxicația, ci și alobioza. De exemplu, inhibarea activității carboxilesterazelor din plasma sanguină de către fosfatul tri-o-crezil (TOCP), care distrug compușii organofosforici (OP), duce la o creștere semnificativă a toxicității acestora din urmă.

4. Încălcarea presiunii osmotice. Încălcări semnificative ale presiunii osmotice a sângelui și a lichidului interstițial în timpul intoxicației, de regulă, sunt de natură secundară (funcții afectate ale ficatului, rinichilor, edem pulmonar toxic). Efectul de dezvoltare afectează negativ starea funcțională a celulelor, organelor și țesuturilor întregului organism.

3. Acțiunea toxicelor asupra elementelor structurale ale celulelor

Elementele structurale ale celulelor cu care toxicele interacționează, de regulă, sunt:

Acizi nucleici;

Elementele lipidice ale biomembranelor;

Receptori selectivi pentru bioregulatori endogeni (hormoni, neurotransmitatori etc.).

TOXICOMETRIE

DEPENDENȚĂ „EFECT DOZĂ” ÎN TOXICOLOGIE

Spectrul de manifestări ale procesului toxic este determinat de structura toxicului. Cu toate acestea, severitatea efectului de dezvoltare este o funcție de cantitatea de agent activ.

Pentru a desemna cantitatea de substanță care acționează asupra unui obiect biologic, se folosește conceptul de doză. De exemplu, introducerea unui toxic în cantitate de 500 mg în stomacul unui șobolan care cântărește 250 g și al unui iepure care cântărește 2000 g înseamnă că animalele au primit doze egale cu 2 și, respectiv, 0,25 mg/kg (conceptul de " doză” va fi discutată mai detaliat mai jos).

Dependența „doză-efect” poate fi urmărită la toate nivelurile de organizare a materiei vii: de la molecular la populație. În acest caz, în marea majoritate a cazurilor, se va înregistra un model general: cu creșterea dozei, gradul de deteriorare a sistemului crește; un număr tot mai mare de elementele sale constitutive sunt implicate în proces.

În funcție de doza eficientă, aproape orice substanță în anumite condiții poate fi dăunătoare organismului. Acest lucru este valabil pentru substanțele toxice care acționează atât local, cât și după resorbția în mediul intern.

Manifestarea dependenței „doză-efect” este influențată semnificativ de variabilitatea intra și interspecifică a organismelor. Într-adevăr, indivizii aparținând aceleiași specii diferă semnificativ unul de celălalt prin caracteristicile biochimice, fiziologice și morfologice. Aceste diferențe se datorează în majoritatea cazurilor caracteristicilor lor genetice. Și mai pronunțate, datorită acelorași caracteristici genetice, diferențe între specii. În acest sens, dozele unei anumite substanțe, în care provoacă daune organismelor aceleiași și, mai mult, specii diferite, uneori diferă foarte semnificativ. În consecință, dependența „doză-efect” reflectă nu numai proprietățile toxicului, ci și organismul asupra căruia acționează. În practică, aceasta înseamnă că o evaluare cantitativă a toxicității bazată pe studiul relației doză-efect ar trebui efectuată într-un experiment pe diferite obiecte biologice și este imperativ să se recurgă la metode statistice de prelucrare a datelor obținute.

Relația doză-efect în termeni de letalitate

4.1.3.1. Reprezentări generale

Deoarece moartea după acțiunea unui toxic este o reacție alternativă care se realizează conform principiului „totul sau nimic”, acest efect este considerat cel mai convenabil pentru determinarea toxicității substanțelor, este utilizat pentru a determina valoarea letale mediane. doza (DL50).

Definiția toxicității acute în termeni de „letalitate” se realizează prin metoda de formare a subgrupurilor (a se vedea mai sus). Introducerea toxicului se realizează prin una dintre căile posibile (enteral, parenteral) în condiții controlate. Trebuie avut în vedere faptul că metoda de administrare a substanței afectează cel mai semnificativ amploarea toxicității.

Se folosesc animale de același sex, vârstă, greutate, ținute cu o anumită dietă, în condițiile necesare de cazare, temperatură, umiditate etc. Studiile se repetă pe mai multe tipuri de animale de laborator. După administrarea compusului chimic de testat, se fac observații pentru a determina numărul de animale moarte, de obicei pe o perioadă de 14 zile. În cazul aplicării unei substanțe pe piele, este absolut necesar să se înregistreze timpul de contact, precum și să se precizeze condițiile de aplicare (dintr-un spațiu închis sau deschis, expunerea a fost efectuată). Evident, gradul de afectare a pielii și severitatea efectului de resorbție este o funcție atât de cantitatea de material aplicat, cât și de durata contactului acestuia cu pielea. Pentru toate modurile de expunere, altele decât inhalarea, doza de expunere este de obicei exprimată ca masa (sau volumul) substanței de testat pe unitatea de masă corporală (mg/kg; ml/kg).

Pentru expunerea prin inhalare, doza de expunere este exprimată ca cantitatea de substanță de testat prezentă într-o unitate de volum de aer: mg/m3 sau părți pe milion (ppm - părți pe milion). Cu această metodă de expunere, este foarte important să se ia în considerare timpul de expunere. Cu cât expunerea este mai lungă, cu atât este mai mare doza de expunere, cu atât este mai mare potențialul de efecte adverse. Informațiile obținute cu privire la relația doză-răspuns pentru diferite concentrații ale substanței în aerul inhalat trebuie obținute în același timp de expunere. Experimentul poate fi construit într-un alt mod, și anume, grupuri diferite de animale de experiment inhalează substanța la aceeași concentrație, dar pentru timpi diferiți.

Pentru o evaluare aproximativă a toxicității substanțelor active inhalate, care ia în considerare simultan atât concentrația toxicului, cât și timpul de expunere a acestuia, se obișnuiește să se utilizeze valoarea „toxodozei” calculată conform formulei propuse de Haber la începutul secolului:

W = Ct, unde

W - toxodoza (mg min/m3)

С - concentrația de toxic (mg/m3)

t - timpul de expunere (min)

Se presupune că la inhalarea de scurtă durată a substanțelor se va obține același efect (moartea animalelor de laborator) atât cu o expunere scurtă la doze mari, cât și cu o expunere mai îndelungată la substanțe la concentrații mai mici, în timp ce produsul de concentrare timp pentru substanța rămâne neschimbată. Cel mai adesea, definiția toxodozei substanțelor a fost folosită pentru a caracteriza agenții de război chimic.

Interpretarea și utilizarea practică a rezultatelor

De regulă, principala concluzie pe care toxicologul o face atunci când stabilește o relație pozitivă doză-efect este că există o relație cauzală între expunerea la substanța de testat și dezvoltarea procesului toxic. Cu toate acestea, informațiile despre dependență ar trebui interpretate numai în raport cu condițiile în care au fost obținute. Un număr mare de factori îi afectează caracterul și este specific fiecărei substanțe și specie biologică, asupra cărora acționează substanța. În acest sens, trebuie luați în considerare o serie de factori:

1. Precizia caracteristicilor cantitative ale valorii DL50 se realizează prin experimentare atentă și prelucrare statistică adecvată a rezultatelor. Dacă la repetarea experimentului pentru determinarea toxicității se obțin date cantitative diferite de cele obținute anterior, aceasta se poate datora variabilității proprietăților obiectului biologic utilizat și condițiilor de mediu.

2. Cea mai importantă caracteristică a pericolului unei substanțe este momentul morții după expunerea la toxic. Deci, substanțele cu aceeași valoare DL50, dar cu momente diferite de deces, pot prezenta pericole diferite. Substanțele cu acțiune rapidă sunt adesea considerate mai periculoase. Cu toate acestea, substanțele „întârziate” cu o perioadă de latență foarte lungă sunt adesea predispuse la cumul în organism și, prin urmare, sunt și extrem de periculoase. Printre substanțele toxice cu acțiune rapidă se numără agenții de război chimic (FOV, acid cianhidric, iritanți etc.). Substanțele întârziate sunt hidrocarburile policiclice polihalogenate (dioxine halogenate, dibenzofurani etc.), unele metale (cadmiu, taliu, mercur etc.) și multe altele.

3. O interpretare mai completă a rezultatelor obținute privind evaluarea toxicității, pe lângă determinarea caracteristicilor cantitative, necesită un studiu detaliat al cauzelor decesului (a se vedea secțiunea relevantă). Dacă o substanță poate provoca diverse efecte potențial letale (oprire respiratorie, stop cardiac, colaps etc.), este necesar să înțelegem care dintre efecte este cel mai important și, de asemenea, dacă acest fenomen poate provoca o complicație a răspunsului la doză. relaţie. De exemplu, diverse efecte biologice pot provoca moartea în fazele acute și întârziate ale intoxicației. Astfel, intoxicația cu dicloroetan poate duce la moartea unui animal de experiment deja în primele ore din cauza depresiei SNC (efect narcotic, non-electrolitic). În perioadele târzii de intoxicație, animalul moare din cauza insuficienței renale și hepatice acute (efect citotoxic). Evident, acest lucru este important și în determinarea caracteristicilor cantitative ale toxicității. Astfel, nitritul de tert-butil, atunci când este administrat intraperitoneal la șoareci și înregistrând un efect letal în 30 de minute, are o valoare DL50 de 613 mg/kg; la înregistrarea deceselor în decurs de 7 zile, DL50 este de 187 mg/kg. Moartea în primele minute, aparent, apare ca urmare a unei slăbiri a tonusului vascular și a formării de methemoglobină, în perioada târzie, din cauza leziunilor hepatice.

4. Valoarea DL50 obținută într-un experiment acut nu este o caracteristică a toxicității unei substanțe în timpul expunerii sale repetate subacute sau cronice. Astfel, pentru substanțele cu capacitate mare de acumulare, valoarea concentrației letale a unui toxic în mediu, determinată după o singură injecție, poate fi semnificativ mai mare decât concentrația care provoacă moartea în timpul expunerii prelungite. Pentru substanțele care cumulează slab, aceste diferențe pot să nu fie atât de semnificative.

În practică, datele doză-răspuns și valorile LD50 sunt adesea utilizate în următoarele situații:

1. Să caracterizeze toxicitatea acută a substanțelor în timpul studiilor toxicologice de rutină și să compare toxicitatea mai multor compuși chimici.

TOXICOCINETICA

Toxicocinetica este o secțiune a toxicologiei care studiază modelele, precum și caracteristicile calitative și cantitative ale resorbției, distribuției, biotransformării xenobioticelor în organism și eliminării lor (Figura 1).

Figura 1. Etapele interacțiunii dintre un organism și un xenobiotic

Din punct de vedere al toxicocineticii, organismul este un sistem complex eterogen format dintr-un număr mare de compartimente (secții): sânge, țesuturi, lichid extracelular, conținut intracelular, cu proprietăți diferite, separate între ele prin bariere biologice. Barierele includ membrane celulare și intracelulare, bariere histohematice (de exemplu, sânge-creier), țesuturi tegumentare (piele, membrane mucoase). Cinetica substanțelor din organism este, de fapt, depășirea lor a barierelor biologice și distribuția între compartimente (Figura 2).

În cursul primirii, distribuției, îndepărtarii unei substanțe, se efectuează procesele de amestecare (convecție), dizolvare în medii biologice, difuzie, osmoză și filtrare prin bariere biologice.

Caracteristicile specifice ale toxicocineticii sunt determinate atât de proprietățile substanței în sine, cât și de caracteristicile structurale și funcționale ale organismului.

Figura 2. Schema mișcării substanțelor în principalele compartimente ale corpului

Cele mai importante caracteristici ale unei substanțe care îi afectează parametrii toxicocinetici sunt:

Coeficientul de distribuție în sistemul ulei/apă - determină capacitatea de acumulare în mediul adecvat: liposolubil - în lipide; solubil în apă - în apă;

Dimensiunea moleculei - afectează capacitatea de a difuza în mediu și de a pătrunde prin porii membranelor și barierelor biologice;

Constanta de disociere - determină partea relativă a moleculelor toxice care s-au disociat în condițiile mediului intern al organismului, adică. raportul dintre molecule în formă ionizată și neionizată. Moleculele (ionii) disociate pătrund slab în canalele ionice și nu pătrund în barierele lipidice;

Proprietăți chimice - determină afinitatea toxicului față de elementele chimice și biochimice ale celulelor, țesuturilor și organelor.

Proprietățile organismului care afectează toxicocinetica xenobioticelor.

Proprietățile compartimentului:

Raportul dintre apă și grăsime din celule, țesuturi și organe. Structurile biologice pot conține fie puțină (țesut muscular), fie multă grăsime (membrane biologice, țesut adipos, creier);

Prezența moleculelor care leagă activ toxicul. De exemplu, există structuri în oase care leagă activ nu numai calciul, ci și alte metale divalente (plumb, stronțiu etc.).

Proprietățile barierelor biologice:

Grosime;

Prezența și dimensiunea porilor;

Prezența sau absența mecanismelor de transport activ sau facilitat al substanțelor chimice.

Conform ideilor existente, puterea acțiunii unei substanțe asupra organismului este o funcție a concentrației acesteia la locul de interacțiune cu structura țintă, care, la rândul său, este determinată nu numai de doză, ci și de parametrii toxicocinetici ai xenobioticul. Toxicocinetica formulează răspunsul la întrebarea cum afectează doza și metoda de acțiune a unei substanțe asupra organismului dezvoltarea procesului toxic?

METABOLISMUL XENOBIOȚILOR

Multe xenobiotice, odată ajunse în organism, suferă o biotransformare și sunt excretate ca metaboliți. Biotransformarea se bazează în principal pe transformări enzimatice ale moleculelor. Semnificația biologică a fenomenului este transformarea unei substanțe chimice într-o formă convenabilă pentru excreția din organism, reducând astfel timpul de acțiune.

Metabolizarea xenobioticelor are loc în două faze (Figura 1).

Figura 1. Fazele metabolismului compuşilor străini

În prima fază a transformării redox sau hidrolitică, molecula de substanță este îmbogățită cu grupe funcționale polare, ceea ce o face reactivă și mai solubilă în apă. În a doua fază au loc procese sintetice de conjugare a intermediarilor metabolici cu molecule endogene, având ca rezultat formarea de compuși polari care sunt excretați din organism prin mecanisme speciale de excreție.

Varietatea proprietăților catalitice ale enzimelor de biotransformare și specificitatea lor scăzută de substrat permit organismului să metabolizeze substanțe cu structuri foarte diferite. În același timp, la animale de diferite specii și la om, metabolismul xenobioticelor este departe de a fi același, deoarece enzimele implicate în transformarea substanțelor străine sunt adesea specifice speciei.

Modificarea chimică a moleculei xenobiotice poate avea ca rezultat:

1. Slăbirea toxicității;

2. Toxicitate crescută;

3. Modificarea naturii efectului toxic;

4. Inițierea procesului toxic.

Metabolismul multor xenobiotice este însoțit de formarea de produse care sunt semnificativ inferioare ca toxicitate față de substanțele originale. Astfel, tiocianații formați în timpul bioconversiei cianurilor sunt de câteva sute de ori mai puțin toxici decât xenobioticele originale. Scindarea hidrolitică a ionului de fluor din moleculele de sarin, soman, diizopropilfluorofosfat duce la pierderea capacității acestor substanțe de a inhiba activitatea acetilcolinesterazei și la o scădere semnificativă a toxicității lor. Procesul de pierdere a toxicității de către un toxic ca urmare a biotransformării este denumit „detoxifiere metabolică”.

BAZELE ECOTOXICOLOGIEI

Dezvoltarea industriei este indisolubil legată de extinderea gamei de substanțe chimice utilizate. Creșterea cantității de pesticide, îngrășăminte și alte substanțe chimice utilizate este o trăsătură caracteristică agriculturii și silviculturii moderne. Acesta este motivul obiectiv pentru creșterea constantă a pericolului chimic pentru mediu, pândit în însăși natura activității umane.

Cu câteva decenii în urmă, deșeurile de producție chimică erau pur și simplu aruncate în mediu, iar pesticidele și îngrășămintele erau pulverizate aproape necontrolat, pe baza unor considerente utilitare, pe teritorii vaste. În același timp, se credea că substanțele gazoase ar trebui să se disipeze rapid în atmosferă, lichidele ar trebui să se dizolve parțial în apă și să fie duse departe de locurile de eliberare. Și deși produsele solide s-au acumulat în mare parte în regiuni, pericolul potențial al emisiilor industriale a fost considerat scăzut. Utilizarea pesticidelor și a îngrășămintelor a dat un efect economic de multe ori mai mare decât daunele provocate de substanțele toxice naturii.

Cu toate acestea, deja în 1962 a apărut cartea Rachel Carson Silent Spring, în care autorul descrie cazuri de moarte în masă a păsărilor și peștilor din utilizarea necontrolată a pesticidelor. Carson a concluzionat că efectele observate ale poluanților asupra vieții sălbatice prevestesc un dezastru iminent și pentru oameni. Această carte a atras atenția tuturor. Au apărut societăți pentru protecția mediului, legislație guvernamentală care reglementează eliberarea de xenobiotice. Această carte, de fapt, a început dezvoltarea unei noi ramuri a științei - toxicologia.

Ecotoxicologia a fost evidențiată ca știință independentă de către Rene Trout, care pentru prima dată, în 1969, a legat împreună două subiecte complet diferite: ecologia (după Krebs, știința relațiilor care determină distribuția și locuirea ființelor vii) și toxicologia. . De altfel, acest domeniu de cunoaștere cuprinde, pe lângă cele indicate, elemente ale altor științe ale naturii, precum chimia, biochimia, fiziologia, genetica populațiilor etc.

Pe măsură ce dezvoltarea a progresat, însuși conceptul de Uecotoxicologie a suferit o anumită evoluție. În 1978, Butler a considerat ecotoxicologia ca o știință care studiază efectele toxice ale agenților chimici asupra organismelor vii, în special la nivelul populațiilor și comunităților, în cadrul anumitor ecosisteme. Levine și colab. l-au definit în 1989 drept știința de a prezice efectele substanțelor chimice asupra ecosistemelor. În 1994, W. și T. Forbes au dat următoarea definiție a ecotoxicologiei: Un domeniu de cunoștințe care rezumă efectele de mediu și toxicologice ale poluanților chimici asupra populațiilor, comunităților și ecosistemelor, urmărind soarta (transportul, transformarea și îndepărtarea) acestor poluanți. în mediu.

Astfel, ecotoxicologia, potrivit autorilor, studiază dezvoltarea efectelor adverse care se manifestă sub acțiunea poluanților asupra unei game largi de organisme vii (de la microorganisme la om), de regulă, la nivelul populațiilor sau ecosistemelor ca un întreg, precum și soarta unei substanțe chimice într-un sistem.biogeocenoza.

Ulterior, în cadrul ecotoxicologiei, au început să evidențieze, ca direcție independentă, una dintre secțiunile acesteia, numită Utoxicologia mediului (toxicologia mediului).

A existat o tendință de a folosi termenul Uecotoxicologie doar pentru a se referi la corpul de cunoștințe privind efectele substanțelor chimice asupra ecosistemelor, excluzând oamenii. Astfel, conform lui Walker și colab.(1996), ecotoxicologia este studiul efectelor nocive ale substanțelor chimice asupra ecosistemelor. Eliminând obiectele umane din cercul obiectelor luate în considerare de ecotoxicologie, această definiție determină diferența dintre ecotoxicologie și toxicologia mediului, determină subiectul de studiu al acesteia din urmă. Termenul de utoxicologie de mediu este propus a fi utilizat numai pentru studiile efectelor directe ale poluanților de mediu asupra oamenilor.

În procesul de studiu a efectelor substanțelor chimice prezente în mediu asupra oamenilor și asupra comunităților umane, toxicologia mediului operează cu categorii și concepte deja stabilite de toxicologie clasică și, de regulă, aplică metodologia sa tradițională experimentală, clinică, epidemiologică. Obiectul cercetării îl constituie mecanismele, dinamica dezvoltării, manifestările efectelor adverse ale toxicelor și produsele transformării acestora în mediu asupra omului.

Împărtășind această abordare în general și evaluând pozitiv semnificația ei practică, trebuie remarcat, totuși, că diferențele metodologice dintre ecotoxicologie și toxicologia mediului sunt complet șterse atunci când cercetătorul are sarcina de a evalua efectele indirecte ale poluanților asupra populațiilor umane (de exemplu, din cauza modificării toxice a biotei) sau, dimpotrivă, pentru a afla mecanismele de acțiune a substanțelor chimice din mediu asupra reprezentanților unei anumite specii de ființe vii. În acest sens, din punct de vedere teoretic, Utoxicologia mediului, ca știință, este doar o problemă particulară a Uecotoxicologiei, în timp ce metodologia, aparatul conceptual și structura științelor sunt aceleași.

1. Profilul xenobiotic al mediului

Din punctul de vedere al toxicologului, elementele abiotice și biotice ale ceea ce numim mediu sunt toate complexe, uneori organizate într-un mod special, aglomerate, amestecuri de nenumărate molecule.

Pentru ecotoxicologie prezintă interes doar moleculele cu biodisponibilitate, adică. capabil să interacționeze nemecanic cu organismele vii. De regulă, aceștia sunt compuși care se află în stare gazoasă sau lichidă, sub formă de soluții apoase, adsorbite pe particule de sol și diferite suprafețe, substanțe solide, dar sub formă de praf fin (dimensiunea particulelor mai mică de 50 de microni), si in final substante care patrund in organism odata cu alimentele.

Unii dintre compușii biodisponibili sunt utilizați de organisme, participând la procesele de schimb plastic și energetic al acestora cu mediul, de exemplu. acționează ca o resursă pentru mediu. Altele, care pătrund în organismul animalelor și plantelor, nu sunt folosite ca surse de energie sau material plastic, dar, acționând în doze și concentrații suficiente, sunt capabile să modifice în mod semnificativ cursul proceselor fiziologice normale. Astfel de compuși sunt numiți străini sau xenobiotice (străine vieții).

Totalitatea substanțelor străine conținute în mediu (apă, sol, aer și organisme vii) într-o formă (stare agregată) care le permite să intre în interacțiuni chimice și fizico-chimice cu obiectele biologice ale ecosistemului constituie profilul xenobiotic al biogeocenozei. . Profilul xenobiotic trebuie considerat ca fiind unul dintre cei mai importanți factori de mediu (alături de temperatură, iluminare, umiditate, condiții trofice etc.), care poate fi descris prin caracteristici calitative și cantitative.

Un element important al profilului xenobiotic îl reprezintă substanțele străine conținute în organele și țesuturile ființelor vii, deoarece toate acestea sunt mai devreme sau mai târziu consumate de alte organisme (adică au biodisponibilitate). Dimpotrivă, substanțele chimice fixate în obiecte solide, nedispersabile în aer și insolubile în apă (roci, produse industriale solide, sticlă, plastic etc.) nu au biodisponibilitate. Ele pot fi considerate surse de formare a profilului xenobiotic.

Profilurile xenobiotice ale mediului, formate în cursul proceselor evolutive care au avut loc pe planetă timp de milioane de ani, pot fi numite profiluri xenobiotice naturale. Ele sunt diferite în diferite regiuni ale Pământului. Biocenozele existente în aceste regiuni (biotopi) sunt într-o oarecare măsură adaptate profilurilor xenobiotice naturale corespunzătoare.

Diverse ciocniri naturale, iar în ultimii ani, activitatea economică umană, modifică uneori semnificativ profilul xenobiotic natural al multor regiuni (în special cele urbanizate). Substanțele chimice care se acumulează în mediu în cantități neobișnuite și provoacă modificări ale profilului xenobiotic natural acționează ca ecopoluanți (poluanți). O modificare a profilului xenobiotic poate rezulta din acumularea excesivă a unuia sau mai multor ecopoluanți în mediu.

Acest lucru nu duce întotdeauna la consecințe dăunătoare pentru fauna sălbatică și populație. Doar un ecopoluant acumulat în mediu într-o cantitate suficientă pentru a iniția un proces toxic într-o biocenoză (la orice nivel de organizare a materiei vii) poate fi desemnat ecotoxic.

Una dintre cele mai dificile sarcini practice ale ecotoxicologiei este determinarea parametrilor cantitativi la care un ecopoluant este transformat într-un ecotoxic. La rezolvarea acesteia este necesar să se țină cont de faptul că în condiții reale, întregul profil xenobiotic al mediului acționează asupra biocenozei, modificând în același timp activitatea biologică a unui poluant individual. Prin urmare, în regiuni diferite (profiluri xenobiotice diferite, biocenoze diferite), parametrii cantitativi ai transformării unui poluant în ecotoxic sunt strict diferiți.

2. Ecotoxicocinetica

Ecotoxicocinetica - o secțiune de ecotoxicologie care are în vedere soarta xenobioticelor (ecopoluanților) în mediu: sursele apariției lor; distribuția în elemente abiotice și biotice ale mediului; transformarea xenobiotică în mediu; eliminarea din mediu.

2.1. Formarea profilului xenobiotic. Surse de poluanți care pătrund în mediu

Sursele naturale de xenobiotice biodisponibile, conform OMS (1992), includ: particule de praf suflate de vânt, aerosoli de sare de mare, activitate vulcanică, incendii de pădure, particule biogene, volatile biogene. O altă sursă de xenobiotice în mediu, a cărei importanță crește constant, este activitatea umană.

Cel mai important element al caracterizării ecotoxicologice a poluanților este identificarea surselor acestora. Rezolvarea acestei probleme este departe de a fi ușoară, deoarece uneori substanța intră în mediul înconjurător în cantități neglijabile, alteori sub formă de impurități până la substanțe complet inofensive. În sfârșit, formarea unui ecopoluant în mediu este posibilă ca urmare a transformărilor abiotice sau biotice ale altor substanțe.

2.2. persistenţă

Numeroase procese abiotice (care au loc fără participarea organismelor vii) și biotice (care au loc cu participarea organismelor vii) în mediu au ca scop eliminarea (înlăturarea) ecopoluanților. Multe xenobiotice, care au intrat în aer, sol, apă, provoacă daune minime ecosistemelor, deoarece timpul de expunere a acestora este neglijabil. Substanțele care sunt rezistente la procesele de degradare și, ca urmare, persistente în mediu mult timp, de regulă, sunt ecotoxici potențial periculoși.

Eliberarea constantă de poluanți persistenti în mediu duce la acumularea și transformarea acestora în ecotoxici pentru partea cea mai vulnerabilă (sensibilă) a biosistemului. După ce încetează eliberarea unui toxic persistent, acesta rămâne în mediu mult timp. Astfel, în apa lacului Ontario în anii 1990 au fost determinate concentrații mari de pesticid mirex, a cărui utilizare a fost întreruptă la sfârșitul anilor 1970. În corpurile de apă ale site-ului de testare al Forțelor Aeriene ale SUA din Florida, unde Agentul Orange a fost pulverizat în scopuri de cercetare în 1962 - 1964, 10 ani mai târziu, nămolul conținea 10 - 35 ng / kg TCDD (la normă, conform standardelor SUA - 0,1 pachete/kg, Rusia - 10 pachete/kg).

Substanțele care persistă mult timp în mediu includ metalele grele (plumb, cupru, zinc, nichel, cadmiu, cobalt, antimoniu, mercur, arsen, crom), hidrocarburi policiclice polihalogenate (dibenzodioxine și dibenzofurani policlorurați, bifenili policlorurați, etc.). ), unele pesticide organoclorurate (DDT, hexacloran, aldrină, lindan etc.) și multe alte substanțe.

2.3. Transformare

Marea majoritate a substanțelor suferă diverse transformări în mediu. Natura și viteza acestor transformări determină durabilitatea lor.

2.3.1. Transformare abiotică

Un număr mare de procese influențează persistența unei substanțe în mediu. Principalele sunt fotoliza (distrugerea sub influența luminii), hidroliza, oxidarea.

Fotoliză. Lumina, în special razele ultraviolete, este capabilă să rupă legăturile chimice și, prin urmare, să provoace degradarea substanțelor chimice. Fotoliza are loc în principal în atmosferă și pe suprafața solului și a apei. Viteza fotolizei depinde de intensitatea luminii și de capacitatea substanței de a o absorbi. Compușii aromatici nesaturați, cum ar fi hidrocarburile aromatice policiclice (HAP), sunt cei mai sensibili la fotoliză, deoarece absorb în mod activ energia luminoasă. Lumina accelerează alte procese de degradare a substanțelor: hidroliza și oxidarea. La rândul său, prezența fotooxidanților în medii, cum ar fi ozonul, oxizii de azot, formaldehida, acroleina, peroxizii organici, accelerează semnificativ procesul de fotoliză a altor poluanți (prezentat pentru HAP).

Hidroliză. Apa, mai ales atunci când este încălzită, distruge rapid multe substanțe. Legăturile eterice, de exemplu, în moleculele compușilor organofosforici, sunt foarte sensibile la acțiunea apei, ceea ce determină stabilitatea moderată a acestor compuși în mediu. Viteza de hidroliză este foarte dependentă de pH. Ca urmare a transformării substanțelor chimice din mediu, se formează noi substanțe. Cu toate acestea, toxicitatea lor poate fi uneori mai mare decât cea a agentului părinte.

Transformare biotică

Degradarea abiotică a substanțelor chimice are loc de obicei într-un ritm lent. Xenobioticele se degradează mult mai repede cu participarea biotei, în special a microorganismelor (în principal bacterii și ciuperci), care le folosesc ca nutrienți. Procesul de distrugere biotică are loc cu participarea enzimelor. Biotransformările substanțelor se bazează pe procesele de oxidare, hidroliză, dehalogenare, scindare a structurilor ciclice ale moleculei, eliminarea radicalilor alchil (dezalchilare) etc. Degradarea unui compus se poate termina cu distrugerea lui completă, adică. mineralizare (formarea apei, dioxidului de carbon, alți compuși simpli). Cu toate acestea, este posibil să se formeze produse intermediare ale biotransformării unor substanțe care uneori au o toxicitate mai mare decât agentul original. Astfel, conversia compușilor anorganici de mercur de către fitoplancton poate duce la formarea de compuși organomercur mai toxici, în special, metilmercur. Un fenomen similar a avut loc în Japonia, pe malul golfului Minamato, în anii 1950 și 1960. Mercurul care a intrat în apa golfului cu efluenții instalației de producere a compușilor de azot a fost transformat de către biotă în metilmercur. Acesta din urmă era concentrat în țesuturile organismelor marine și peștilor, care serveau drept hrană pentru populația locală. Drept urmare, persoanele care consumau pește au dezvoltat o boală caracterizată printr-un complex complex de simptome neurologice, iar la copiii nou-născuți au fost observate malformații. În total, au fost înregistrate 292 de cazuri de boală Minamato, 62 dintre ele s-au încheiat cu deces.

2.4. Procese de eliminare care nu sunt asociate cu distrugerea

Unele procese care au loc în mediu contribuie la eliminarea xenobioticelor din regiune, modificându-le distribuția în componentele mediului. Un poluant cu o valoare mare a presiunii de vapori se poate evapora cu ușurință din apă și sol și apoi se poate muta în alte regiuni cu curent de aer. Acest fenomen stă la baza ubicuității insecticidelor organoclorurate relativ volatile, cum ar fi lindanul și hexaclorbenzenul.

Mișcarea particulelor de substanțe toxice sau a solului pe care substanțele sunt adsorbite de vânt și curenții atmosferici este, de asemenea, o modalitate importantă de redistribuire a poluanților în mediu. În acest sens, este tipic exemplul hidrocarburilor aromatice policiclice (benzpirene, dibenzpirene, benzantracene, dibenzantracene etc.). Benzpirenul și compușii înrudiți atât de origine naturală (în principal vulcanică) cât și antropică (emisii din industria metalurgică, de rafinare a petrolului, centrale termice etc.) sunt incluși activ în ciclul biosferic al substanțelor, trecând dintr-un mediu în altul. În acest caz, de regulă, ele sunt asociate cu particule solide de praf atmosferic. Praful fin (1-10 microni) rămâne în aer mult timp, particulele de praf mai mari se depun destul de repede pe sol și în apă la locul formării. Cenușa de la erupțiile vulcanice conține cantități mari din aceste substanțe. În același timp, cu cât emisia este mai mare, cu atât este mai mare distanța pe care poluanții se împrăștie.

Absorbția substanțelor pe particulele în suspensie în apă, urmată de sedimentare, duce la eliminarea lor din coloana de apă, dar la acumularea în sedimentele de fund. Precipitațiile reduc dramatic biodisponibilitatea contaminantului.

Redistribuirea substanțelor solubile în apă este facilitată de ploi și de mișcarea apelor subterane. De exemplu, erbicidul atrazină, folosit pentru a proteja plantele cu frunze late în agricultura și parcurile din SUA, este omniprezent în apele de suprafață de acolo. Potrivit unor rapoarte, până la 92% din corpurile de apă chestionate din Statele Unite conțin acest pesticid. Deoarece substanța este destul de stabilă și ușor solubilă în apă, migrează în apele subterane și se acumulează acolo.

2.5. Bioacumulare

Dacă poluantul de mediu nu poate pătrunde în organism, de obicei nu prezintă un pericol semnificativ pentru acesta. Cu toate acestea, odată ajunse în mediul intern, multe xenobiotice sunt capabile să se acumuleze în țesuturi (vezi secțiunea Utoxicocinetică). Procesul prin care organismele acumulează substanțe toxice prin eliminarea lor din faza abiotică (apă, sol, aer) și din alimente (transfer trofic) se numește bioacumulare. Bioacumularea are consecințe dăunătoare atât pentru organismul însuși (atingând o concentrație dăunătoare în țesuturile critice), cât și pentru organismele care folosesc această specie biologică ca hrană.

Mediul acvatic oferă cele mai bune condiții pentru bioacumularea compușilor. Mii de organisme acvatice trăiesc aici, filtrănd și trecând prin ele însele o cantitate uriașă de apă, în timp ce extrag substanțe toxice capabile de cumul. Hidrobioții acumulează substanțe în concentrații uneori de mii de ori mai mari decât cele conținute în apă.

Factori care afectează bioacumularea

Înclinația ecotoxicilor de a se bioacumula depinde de o serie de factori. Prima este persistența xenobioticului în mediu. Gradul de acumulare a unei substanțe în organism este determinat în cele din urmă de conținutul acesteia în mediu. Substanțele care sunt eliminate rapid, în general, nu se acumulează bine în organism. Excepție fac condițiile în care poluantul este introdus constant în mediu (regiuni în apropierea industriilor etc.).

Astfel, acidul cianhidric, deși este un compus toxic, datorită volatilității sale mari, nu este, potrivit multor experți, un eco-poluant potențial periculos. Adevărat, până acum nu a fost posibil să se excludă complet faptul că unele tipuri de boli, tulburările de sarcină la femeile care locuiesc în apropierea întreprinderilor miniere de aur, unde cianura este utilizată în cantități mari, nu sunt asociate cu efectul cronic al substanței.

După ce substanțele intră în organism, soarta lor este determinată de procesele toxicocinetice (a se vedea secțiunea relevantă). Substanțele liposolubile (lipofile) care se metabolizează lent în organism au cea mai mare capacitate de bioacumulare. Țesutul adipos, de regulă, este principalul loc de depunere pe termen lung a xenobioticelor. Așadar, la mulți ani după expunere, s-au găsit niveluri ridicate de TCDD în specimenele de biopsie de țesut adipos și plasma sanguină ale veteranilor armatei americane care au participat la războiul din Vietnam. Cu toate acestea, multe substanțe lipofile sunt predispuse la sorbție pe suprafețele diferitelor particule depuse din apă și aer, ceea ce le reduce biodisponibilitatea. De exemplu, sorbția benzpirenului de către acizii humici reduce capacitatea toxicului de a se bioacumula în țesuturile peștilor cu un factor de trei. Peștii din corpurile de apă cu un conținut scăzut de particule în suspensie în apă acumulează mai mult DDT decât peștii din corpurile de apă eutrofice cu un conținut ridicat de materie în suspensie.

Substanțele care sunt metabolizate în organism se acumulează în cantități mai mici decât ne-am aștepta pe baza proprietăților lor fizico-chimice. Diferențele dintre specii în valorile factorilor de bioacumulare ai xenobioticelor sunt în mare măsură determinate de caracteristicile speciilor ale metabolismului lor.

Semnificația bioacumulării

Bioacumularea poate sta la baza nu numai efectelor toxice cronice, ci și acute întârziate. Astfel, pierderea rapidă de grăsime, în care s-a acumulat o cantitate mare de substanță, duce la eliberarea unui toxic în sânge. Mobilizarea țesutului adipos la animale este adesea remarcată în timpul sezonului de reproducere. În regiunile ecologice nefavorabile, acest lucru poate fi însoțit de moartea în masă a animalelor când ajung la pubertate. Poluanții persistenti se pot transmite și descendenților, la păsări și pești - cu conținutul sacului vitelin, la mamifere - cu laptele unei mame care alăptează. În acest caz, este posibilă dezvoltarea unor efecte la descendenți care nu se manifestă la părinți.

2.6. Biomagnificare

Substanțele chimice se pot deplasa prin lanțurile trofice de la organisme pradă la organisme consumatoare. Pentru substanțele foarte lipofile, această mișcare poate fi însoțită de o creștere a concentrației toxicului în țesuturile fiecărui organism ulterior - o verigă în lanțul trofic. Acest fenomen se numește bioamplificare. Deci, DDT a fost folosit pentru a ucide țânțarii pe unul dintre lacurile din California. După tratament, conținutul de pesticide din apă a fost de 0,02 părți per milion (ppm). După ceva timp, DDT a fost determinat la o concentrație de 10 ppm în plancton, 900 ppm în țesuturile peștilor planctivori, 2700 ppm la peștii răpitori și 21000 ppm la păsările care mănâncă pește. Adică, conținutul de DDT din țesuturile păsărilor care nu au fost expuse direct la pesticid a fost de 1.000.000 de ori mai mare decât în ​​apă și de 20 de ori mai mare decât în ​​corpul peștilor - prima verigă a lanțului trofic.

Cartea lui Rachel Carson, Silent Spring, menționată mai devreme, oferă un astfel de exemplu. Copacii au fost tratați cu DDT pentru a controla vectorul alburnului de ulm, Scolytes multistriatus, un vector al alburnului de ulm. O parte din pesticid a ajuns în sol, unde a fost absorbit de râme și acumulat în țesuturi. Sturzii migratori care mănâncă în principal râme au dezvoltat otrăvire cu pesticide. Unii dintre ei au murit, în timp ce alții au avut o funcție de reproducere perturbată - au depus ouă sterile. Drept urmare, controlul bolilor arborilor a dus la aproape dispariția sturzilor migratori în mai multe părți ale Statelor Unite.

3. Ecotoxicodinamica

3.1. Concepte generale

Ecotoxicodinamica este o secțiune a ecotoxicologiei care are în vedere mecanismele specifice de dezvoltare și formele procesului toxic cauzate de acțiunea ecotoxicilor asupra biocenozei și/sau speciilor individuale care o alcătuiesc.

Mecanismele prin care substanțele pot provoca efecte adverse în biogeocenoze sunt numeroase și probabil unice în fiecare caz. Cu toate acestea, ele sunt clasificabile. Astfel, este posibil să se evidențieze efectele directe, indirecte și mixte ale substanțelor ecotoxice.

Acțiunea directă este o deteriorare directă a organismelor dintr-o anumită populație sau mai multe populații (biocenoză) de către un ecotoxic sau o combinație de ecotoxici cu un anumit profil de mediu xenobiotic. Un exemplu de substanțe cu mecanism similar de acțiune asupra oamenilor este cadmiul. Acest metal se acumulează în organism chiar și la conținutul minim în mediu și, atunci când se atinge o concentrație critică, inițiază un proces toxic manifestat prin afectarea sistemului respirator, rinichilor, imunosupresie și carcinogeneză.

Indirect - aceasta este actiunea profilului xenobiotic al mediului asupra elementelor biotice sau abiotice ale habitatului populatiei, drept urmare conditiile si resursele mediului inconjurator inceteaza sa fie optime pentru existenta acestuia.

Mulți toxici sunt capabili să exercite atât direct, cât și indirect, de exemplu. acțiune mixtă. Un exemplu de substanțe cu mecanism mixt de acțiune ecotoxică sunt, în special, erbicidele 2,4,5-T și 2,4-D, care conțin o cantitate mică de 2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-dioxină ( TCDD) ca impuritate. Utilizarea pe scară largă a acestor substanțe de către armata americană în Vietnam a cauzat daune semnificative florei și faunei țării și direct sănătății umane.

3.2. Ecotoxicitate

Ecotoxicitatea este capacitatea unui profil de mediu xenobiotic dat de a provoca efecte adverse în biocenoza corespunzătoare. În acele cazuri în care încălcarea profilului xenobiotic natural este asociată cu acumularea excesivă a unui singur poluant în mediu, putem vorbi condiționat de ecotoxicitatea doar a acestei substanțe.

În conformitate cu ideea nivelurilor de organizare a sistemelor biologice în ecologie, se obișnuiește să se distingă trei secțiuni (G.V. Stadnitsky, A.I. Rodionov, 1996):

Autecologie - descrierea efectelor ecologice la nivelul organismului;

Demecologie - efecte ecologice la nivel de populație;

Sinecologie - efecte la nivelul biocenozei.

În acest sens, și efectele ecotoxice adverse, este recomandabil să luați în considerare:

La nivelul organismului (autecotoxice) - se manifestă prin scăderea rezistenței la alți factori activi de mediu, scăderea activității, boli, moartea organismului, carcinogeneză, disfuncție de reproducere etc.

La nivel de populație (demotoxice) - se manifestă prin decesul populației, o creștere a morbidității, mortalității, o scădere a natalității, o creștere a numărului de defecte congenitale de dezvoltare, o încălcare a caracteristicilor demografice (raportul de vârste, sexe etc.), o modificare a speranței medii de viață, degradare culturală.

La nivelul biogeocenozei (sinecotoxice) - se manifestă printr-o modificare a spectrului populației cenozei, până la dispariția speciilor individuale și apariția altora noi care nu sunt caracteristice acestei biocenoze, o încălcare a relațiilor interspecifice.

În cazul aprecierii ecotoxicității unei singure substanțe în raport cu reprezentanții unei singure specii de ființe vii, caracteristicile calitative și cantitative adoptate în toxicologia clasică (valori de toxicitate acută, subacută, cronică, doze și concentrații care provoacă mutagen, cancer și alte tipuri de efecte etc.). Cu toate acestea, în sistemele mai complexe, ecotoxicitatea nu se măsoară prin cifre (cantitativ), ea se caracterizează printr-un număr de indicatori calitativ sau semi-cantitativ, prin conceptele de PericolF sau Urisc ecologicF.

In functie de durata actiunii ecotoxicantelor asupra ecosistemului se poate vorbi de ecotoxicitate acuta si cronica.

3.2.1. Ecotoxicitate acută

Efectul toxic acut al substanțelor asupra biocenozei poate fi rezultatul accidentelor și catastrofelor, însoțite de eliberarea în mediu a unei cantități mari de toxic relativ instabil sau utilizarea necorespunzătoare a substanțelor chimice.

Istoria știe deja astfel de evenimente. Așadar, în 1984, la Bhopal (India), s-a produs un accident la uzina companiei chimice americane de producere a pesticidelor UUnion CarbideF. Ca rezultat, o cantitate mare de izocianat de metil substanță pulmonotropă a ajuns în atmosferă. Fiind un lichid volatil, substanța a format un focar instabil de infecție. Cu toate acestea, aproximativ 200 de mii de oameni au fost otrăviți, dintre care 3 mii au murit. Principala cauză a decesului este edemul pulmonar acut.

Un alt caz binecunoscut de catastrofă acută toxic-ecologică a avut loc în Irak. Guvernul acestui stat a cumpărat un lot mare de cereale ca sămânță. Boabele de semințe au fost tratate cu fungicid metilmercur pentru combaterea dăunătorilor. Cu toate acestea, acest lot de cereale a ajuns accidental pe piață și a fost folosit pentru coacerea pâinii. În urma acestei catastrofe ecologice, peste 6,5 mii de oameni au fost otrăviți, dintre care aproximativ 500 au murit.

În anul 2000, în România, la una dintre întreprinderile de extracție a metalelor prețioase, în urma unui accident, s-au scurs acid cianhidric și produse cu conținut de cianuri. Cantități uriașe de substanțe toxice au pătruns în apele Dunării, otrăvind toate viețuitoarele pe sute de kilometri în aval.

Cel mai mare dezastru de mediu este utilizarea de substanțe chimice extrem de toxice în scopuri militare. În timpul Primului Război Mondial, țările în război au folosit aproximativ 120 de mii de tone de substanțe otrăvitoare pe câmpurile de luptă. Drept urmare, peste 1,3 milioane de oameni au fost otrăviți, ceea ce poate fi considerat unul dintre cele mai mari dezastre ecologice din istoria omenirii.

Efectele ecotoxice acute nu duc întotdeauna la moarte sau îmbolnăvire acută la oameni sau la alte specii expuse. Așadar, printre agenții folosiți în Primul Război Mondial s-a numărat și muștarul cu sulf. Această substanță, fiind cancerigenă, a provocat moartea tardivă a celor afectați de neoplasme.

3.2.2. Ecotoxicitate cronică

Efectele subletale sunt de obicei asociate cu toxicitatea cronică a substanțelor. Adesea, aceasta implică o încălcare a funcțiilor de reproducere, schimbări ale sistemului imunitar, patologie endocrină, malformații, alergizare etc. Cu toate acestea, expunerea cronică la un toxic poate duce, de asemenea, la moartea persoanelor din anumite specii.

Manifestările acțiunii ecotoxicanților asupra omului pot fi foarte diverse și, la anumite niveluri de intensitate a expunerii, sunt destul de specifice factorului care acționează.

Mecanisme de ecotoxicitate

Numeroase exemple de mecanisme de acțiune a substanțelor chimice asupra vieții sălbatice sunt date în literatura modernă, permițând să se evalueze complexitatea și neașteptarea acestora.

1. Acțiunea directă a substanțelor toxice, ducând la moartea în masă a speciilor sensibile. Utilizarea pesticidelor eficiente duce la moartea în masă a dăunătorilor: insecte (insecticide) sau buruieni (erbicide). Acest efect ecotoxic construiește o strategie pentru utilizarea substanțelor chimice. Cu toate acestea, în unele cazuri, există fenomene negative însoțitoare. Deci în Suedia, în anii 50-60. dicianamida de metilmercur a fost utilizată pe scară largă pentru tratarea semințelor culturilor de cereale. Concentrația de mercur în cereale a fost mai mare de 10 mg/kg. Ciochirea periodică a boabelor de semințe tratate de către păsări a dus la moartea în masă a fazanilor, porumbeilor, potârnichilor și altor păsări granivore din cauza intoxicației cronice cu mercur după câțiva ani.

Atunci când se evaluează situația ecologică, este necesar să se țină cont de legea de bază a toxicologiei: sensibilitatea diferitelor tipuri de organisme vii la substanțe chimice este întotdeauna diferită. Prin urmare, apariția unui poluant în mediu, chiar și în cantități mici, poate fi dăunătoare reprezentanților celor mai sensibile specii. Astfel, clorura de plumb ucide dafnia în timpul zilei când este conținută în apă la o concentrație de aproximativ 0,01 mg/l, ceea ce prezintă puțin pericol pentru reprezentanții altor specii.

2. Acțiunea directă a xenobioticului, ducând la dezvoltarea stărilor alobiotice și a formelor speciale ale procesului toxic. La sfârșitul anilor 1980, aproximativ 18.000 de foci au murit ca urmare a infecțiilor virale în Marea Baltică, Marea Nordului și Marea Irlandei. Un conținut ridicat de bifenili policlorurați (PCB) a fost găsit în țesuturile animalelor moarte. Se știe că PCB-urile, ca și alți compuși care conțin clor, cum ar fi DDT, hexaclorbenzen, dieldrin, au un efect imunosupresor asupra mamiferelor. Acumularea lor în organism a dus la scăderea rezistenței focilor la infecție. Astfel, fără a provoca direct moartea animalelor, poluantul a crescut semnificativ sensibilitatea acestora la acțiunea altor factori de mediu nefavorabili.

Un exemplu clasic al acestei forme de acțiune ecotoxică este creșterea numărului de neoplasme, scăderea oportunităților de reproducere la populațiile de oameni care trăiesc în regiuni contaminate cu substanțe ecotoxice (teritoriile Vietnamului de Sud - dioxină).

3. Efectul embriotoxic al ecopoluanților. Este bine stabilit că DDT, acumulat în țesuturile păsărilor precum mallard, osprey, vultur pleșuș etc., duce la subțierea cojii ouului. Ca urmare, puii nu pot fi clociți și nu pot muri. Acest lucru este însoțit de o scădere a populației de păsări.

Exemple de efecte toxice ale diferitelor xenobiotice (inclusiv medicamente) asupra embrionilor umani și mamiferelor sunt cunoscute pe scară largă (vezi secțiunea Uteratogeneză).

4. Acțiunea directă a produsului de biotransformare poluant cu efect neobișnuit. Observațiile pe teren ale peștilor vivipari (ciprinide) din Florida au relevat populații cu un număr mare de femele cu semne clare de masculinizare (comportament deosebit, modificarea înotătoarei anale etc.). Aceste populații au fost găsite într-un râu în aval de o fabrică de prelucrare a nucilor. Inițial, se credea că scurgerea conține substanțe masculinizante. Cu toate acestea, studiile au arătat că nu există astfel de substanțe în emisii: apele uzate nu au provocat masculinizare. În plus, s-a constatat că apa uzată conținea fitosteron (format în timpul procesării materiilor prime), care, odată ajuns în apa râului, a fost expus bacteriilor care trăiesc aici și s-a transformat în androgen cu participarea lor. Acesta din urmă a provocat și un efect advers.

Ecotoxicometrie

Metodologia generală

Ecotoxicometria este o secțiune a ecotoxicologiei, în cadrul căreia se consideră tehnici metodologice care permit evaluarea (prospectivă sau retrospectivă) a ecotoxicității xenobioticelor.

Toate tipurile de studii toxicologice cantitative clasice sunt utilizate pe deplin pentru a determina ecotoxicitatea xenobioticelor (vezi secțiunea UToxicometrie).

Toxicitatea acută a ecopoluanților este determinată experimental pe mai multe specii care sunt reprezentative ale diferitelor niveluri de organizare trofică din ecosistem (alge, plante, nevertebrate, pești, păsări, mamifere). Agenția pentru Protecția Mediului din SUA cere, atunci când definește criteriile pentru calitatea apei care conține un anumit toxic, să determine toxicitatea acestuia pe cel puțin 8 tipuri diferite de organisme de apă dulce și marine (16 teste).

În mod repetat, s-au făcut încercări de a clasifica speciile de ființe vii în funcție de sensibilitatea lor la xenobiotice. Cu toate acestea, pentru diferite substanțe toxice, raportul dintre sensibilitatea ființelor vii la acestea este diferit. Mai mult, utilizarea în ecotoxicologie a speciilor standard F a reprezentanților anumitor niveluri de organizare ecologică pentru a determina ecotoxicitatea xenobioticelor, din punct de vedere științific, nu este corectă, întrucât sensibilitatea animalelor, chiar și a speciilor apropiate, uneori diferă foarte semnificativ. .

La evaluarea ecotoxicității, trebuie luat în considerare faptul că, deși aproape toate substanțele pot provoca efecte toxice acute, toxicitatea cronică nu este detectată pentru fiecare compus. O valoare indirectă care indică gradul de pericol al unei substanțe în timpul acțiunii sale cronice este raportul dintre concentrațiile care provoacă efecte acute (LC50) și cronice (pragul de acțiune toxică). Dacă acest raport este mai mic de 10, substanța este considerată a avea un risc scăzut de expunere cronică.

Atunci când se evaluează ecotoxicitatea cronică a unei substanțe, trebuie luate în considerare următoarele circumstanțe:

1. Determinarea coeficientului de pericol este doar primul pas în determinarea potențialului ecotoxic al unei substanțe. În condiții de laborator, concentrațiile de prag ale acțiunii cronice a toxicilor sunt determinate prin evaluarea mortalității, creșterii și abilităților de reproducere ale grupului. Studiul altor efecte ale expunerii cronice la substanțe poate duce uneori la diferite caracteristici numerice.

2. Studiile de toxicitate se efectuează pe animale care pot fi păstrate în condiții de laborator. Rezultatele astfel obținute nu pot fi considerate absolute. Toxicanții pot provoca efecte cronice la unele specii și nu la altele.

3. Interacțiunea unui toxic cu elementele biotice și abiotice ale mediului poate afecta semnificativ toxicitatea acestuia în condiții naturale (vezi mai sus). Cu toate acestea, acest lucru nu este supus studiului în condiții

Efect toxic substanțele nocive este rezultatul interacțiunii unui organism, a unei substanțe nocive și a mediului. Efectul expunerii la diferite substanțe depinde de cantitatea de substanță care a pătruns în organism, de proprietățile sale fizice și chimice, de durata aportului și de reacțiile chimice din organism.

Efectul toxic depinde de caracteristicile biologice ale speciei, sexul, vârsta și sensibilitatea individuală a organismului, structura și proprietățile fizico-chimice ale otravii, cantitatea

substanta care a cazut in organism, factorii de mediu (temperatura, presiunea atmosferica etc.).

Astfel, ramificarea lanțului atomilor de hidrocarburi slăbește efectul toxic în comparație cu izomerii neramificati Introducerea unei grupări hidroxil în moleculă reduce toxicitatea (alcoolii sunt mai puțin toxici decât hidrocarburile corespunzătoare). Introducerea unui halogen într-o moleculă a unui compus organic crește toxicitatea acestuia și așa mai departe.

Sensibilitatea speciei la otrăvurile diferitelor organisme este foarte diferită, ceea ce se datorează particularităților metabolismului, greutății corporale etc. Există o anumită diferență în formarea efectului toxic în funcție de sex: există o sensibilitate mai mare a femeilor. la acțiunea solvenților organici, iar oamenii la compuși de bor, mangan. Unele otrăvuri sunt mai toxice pentru tineri, în timp ce altele sunt mai toxice pentru bătrâni. Sensibilitatea individuală este determinată de starea de sănătate.

In unele cazuri intermitent acțiunea (intermitentă) a otravii sporește efectul toxic. O creștere a efectului lgzhic asupra corpului uman este observată cu o creștere a temperaturii, umidității și a presiunii barometrice. Cu o sarcină fizică semnificativă, se observă o creștere a ventilației pulmonare, ceea ce duce la o distribuție intensivă a substanței toxice în organism. Zgomotul și vibrațiile pot spori, de asemenea, efectul toxic.

Clasificarea toxicologică generală a otrăvurilor industriale include următoarele tipuri de efecte asupra organismelor vii:

- toxic general (comă, edem cerebral, convulsii): alcool și surogații săi, monoxid de carbon;

- agent nervos (convulsii, paralizii): nicotină, unele pesticide, OS;

- resorbtiv cutanat (inflamație locală în combinație cu efecte toxice generale): esență acetică, dicloroetan, arsen;

- sufocant(edem cerebral toxic): oxizi de azot, unele OM;

- lacrimos si iritant (iritarea membranelor mucoase ale ochilor, nasului, gâtului): vapori de acizi puternici și alcalii;

^100- psihotrop(activitate mentală afectată, conștiință): medicamente, atropină;

- sensibilizant (alergii): formaldehidă, solvenți, lacuri;

- mutagen(încălcarea codului genetic, modificări ale informațiilor ereditare): plumb, mangan, izotopi radioactivi;

- cancerigen(provoca tumori maligne): crom, nichel, azbest;

- teratogen(afectează funcția reproductivă, fertilă): mercur, plumb, stiren, acid boric.

Ultimele trei tipuri de expunere la substanțe nocive - mutagene, cancerigene și teratogene - sunt denumite consecințe pe termen lung ale influenței compușilor chimici asupra organismului. Aceasta este o acțiune specifică care se manifestă nu în perioada de expunere și nu imediat după încheierea acesteia, ci în perioade îndepărtate, ani și chiar decenii mai târziu. Se remarcă apariția diferitelor efecte, și în generațiile ulterioare, în special pentru substanțele cu proprietăți mutagene.

În plus, otrăvurile au și toxicitate selectivă, adică. reprezintă cel mai mare pericol pentru un anumit organ sau sistem. În funcție de toxicitatea selectivă, otrăvurile se disting:

- afectarea inimii. Acestea includ multe medicamente, otrăvuri de plante, săruri metalice (bariu, potasiu);

- afectarea sistemului nervos și provocând tulburări ale activității mentale. Acestea sunt alcoolul, drogurile, monoxidul de carbon, unele pesticide;

- se acumulează în ficat. Printre acestea, trebuie distinse hidrocarburile clorurate, ciupercile otrăvitoare, fenolii și aldehidele;

- se acumulează în rinichi. Aceștia sunt compuși de metale grele, etilenglicol, acid oxalic;

- afectarea sângelui. Acestea sunt anilina și derivații săi, nitriți;

- afectarea plămânilor. Aceștia sunt oxizi de azot, ozon, fosgen;

- se acumulează în oase și afectând sânge-crearea - stronțiu.

Pentru un grup mare de aerosoli (praf) care nu au toxicitate pronunțată, trebuie remarcat efect fibrogen acțiuni asupra corpului. Acestea includ aerosoli de cărbune, cocs, funingine de diamante, praf de origine animală și vegetală, pulberi care conțin silicați și siliciu, aerosoli de dezintegrare și condensare a metalelor.

Intrând în organele respiratorii, substanțele din acest grup dăunează mucoasei tractului respirator superior, ceea ce duce la dezvoltarea bronșitei. Rămânând în plămâni, praful provoacă degenerarea țesutului pulmonar în țesut conjunctiv și cicatrizarea (fibroza) plămânilor. Boli profesionale asociate cu expunerea la aerosoli - pneumoconiozași bronșita cronică de praf - ocupă locul al doilea ca frecvență printre toate bolile profesionale din Rusia.

Prezența unui efect fibrogen nu exclude efectul toxic general al aerosolilor. Prafurile otrăvitoare includ aerosoli ai pesticidului DDT, plumb, beriliu, arsenic etc. Când intră în sistemul respirator, pe lângă modificările locale ale tractului respirator superior, se dezvoltă o imagine a otrăvirii acute și cronice.

În producție, un efect izolat al substanțelor nocive este rar întâlnit, de obicei un angajat este expus unui efect combinat al unor factori negativi de altă natură (fizici, chimici, factori de severitate și intensitate a muncii) sau un efect combinat al unor factori de aceeași natură. natura, de exemplu, un grup de substanțe chimice. Acțiune combinată- acesta este un efect simultan sau secvenţial asupra corpului mai multor otrăvuri cu aceeaşi cale de intrare. Există mai multe tipuri de acțiune combinată a otrăvurilor, în funcție de efectele toxicității: