Primär och sekundär toxisk effekt. Giftig effekt på människor av farliga kemikalier. Biverkningar av icke-allergisk natur

Den toxiska effekten bör tillskrivas störningar av ureacykeln under den tidiga utvecklingen av hyperammonemi.

Ett av symptomen: innan ett djupt koma sätter in, utvecklas ofta kramper, särskilt i tidig ålder.

Men med god kontroll av metabola störningar förekommer symtomatiska anfall sällan.

Följande kan särskiljas aminosyra metabolism störningar i obotlig fenylketonuri. Statistik säger att sådana epileptiska anfall utvecklas i intervallet från 25 % till 50 % av alla undersökta patienter.

Det väl studerade West Syndrome med Hypsarrhythmia och Infantila Anfall är det vanligaste symtomet och är helt reversibelt med symtomatisk terapi.

Vissa anfall kan åtföljas av så kallad lönnsirapssjukdom under neonatalperioden; i detta fall uppträder en "åsliknande" rytm på elektroencefalogrammet, liknande rytmen i hjärnans centrala delar.

När en adekvat diet ordineras upphör anfallen och epilepsi utvecklas inte. Vid vissa störningar av aminosyrametabolismen kan anfall vara ett av huvudsymtomen.

Det finns en typ av toxiska attacker, på grund av en kränkning av metabolismen av organiska syror, där en mängd olika organisk aciduri kan vara i fokus för en attack eller leda till episoder av akut dekompensation. Bland dem är de mest betydande propionsyraemi och metylmalonsyraemi.

Under korrekt behandling är anfall mycket sällsynta och återspeglar ihållande hjärnskador. Vid glutarsyrauri av typ 1 kan epileptiska anfall utvecklas akut och upphöra efter påbörjad adekvat behandling.

Med en brist på 2-metyl-3-hydroxibutyrat-CoA-dehydrogenas, beskriven som en medfödd störning av syran som är ansvarig för brachiocefalisk fetma och försämrad isoleucinmetabolism, uppstår ofta svår epilepsi.

En annan typ av epileptiska anfall orsakade av toxiska effekter orsakas av en kränkning av pyrimidinmetabolism och purinmetabolism. Sådana attacker är karakteristiska för brist på adenylsuccinat, vars "de novo"-effekter orsakar syntesen av puriner.

Det bör dock noteras att epilepsi mycket ofta utvecklas under neonatalperioden och under det första året av en persons liv. Hos sådana patienter upptäcks dessutom uttalade psykomotoriska störningar och autism.

Diagnos ställs med det modifierade Bratton-Marshall-testet, som används för att undersöka urin. Det måste konstateras att det inte finns någon effektiv behandling för denna sjukdom, så den medicinska prognosen är mycket ogynnsam. Statistik visar att anfall utvecklas hos 50 % av alla undersökta patienter medt.

Och den sista typen av epileptiska anfall på grund av toxiska effekter noteras i medicinsk praxis som icke-ketotisk hyperglykemi.

Denna störning orsakas av otillräcklig nedbrytning av glycin och manifesterar sig ganska tidigt, under neonatalperioden, med symtom som letargi, hypotoni, hicka (uppträder före födseln), såväl som oftalmoplegi.

Det bör noteras att med förvärringen av koma börjar apné och frekventa fokala myokloniska konvulsiva ryckningar utvecklas. Under de närmaste månaderna (vanligtvis mer än tre) utvecklas ett allvarligt, svårt att efterträda syndrom, som i de flesta fall visar sig som partiella motoriska anfall eller infantila spasmer.

I tidig ålder visar elektroencefalogrammet normal bakgrundsaktivitet, men det finns områden med epileptiska skarpa vågor (så kallade depressionsblixtar), följt av långsam aktivitet med hög amplitud med hypsarrytmi under de kommande tre månaderna.

Diagnosen baseras på en hög koncentration av glycin i alla kroppsvätskor och cerebrospinalvätska (värde > 0,08). Med hjälp av en magnetisk resonans tomograf visas en normal bild eller hypoplasi eller agenesi.

Glycin är en av de största hämmarna av signalsubstanser i ryggmärgen och hjärnan. Det har föreslagits att överskott av glycin övermättar det koantagonistbindande stället för NMDA-receptorn, vilket bidrar till överdriven excitation av neurotransmission och postsynaptisk toxicitet.

Den studerade excitatoriska toxiska effekten av en överaktiv NMDA-receptor är en uppenbar orsak till epilepsi, såväl som partiell tetraplegi och mental retardation. Detta bekräftas av terapeutiska prövningar av NMDA-antagonister med partiella manifestationer på elektroencefalogrammet. En sådan allvarlig form av epilepsi, som praxis visar, behandlas med konventionella antiepileptika.

Man bör komma ihåg att ålderskriteriet också beaktas vid klassificeringen av epilepsi. Med hjälp av det särskiljs en typisk, tidig debut, som uppträder under de första dagarna av livet, och atypisk, sen debut, som manifesterar sig vid 35 års ålder.

Toxisk effektär resultatet av växelverkan mellan giftet, organismen och miljön.

Den toxiska effekten av gift på kroppen beror på:

1. Giftets kemiska struktur.

Den giftiga effekten av organiska ämnen minskar med en kedjeförgrening av kolatomer ( Grenad kedjeregel);

toxiska effekter av organiska föreningar ökar:

Med en ökning av antalet C-atomer i den homologa serien (liknande struktur). ( Richardsons regel);

När kedjan är sluten av C-atomer i molekylen (cyklohexan är giftigare än hexan);

Med en ökning av antalet multipla bindningar i molekylen (etan är mindre giftigt än eten - en dubbelbindning mellan 2 C-atomer);

När en halogen införs i kolvätemolekylen, till exempel, Cl (metan är mindre giftigt än klormetan);

När en hydroxylgrupp OH införs i en kolvätemolekyl (metan är mindre giftigt än metanol);

När nitro-NO2- eller amino-NH2-grupper införs i en bensen- eller toluenmolekyl;

Med en ökning av koefficienten för fettlöslighet av skadliga ämnen. Därför ackumulerar lipidrika nervfibrer giftiga ämnen.

2. Arternas mottaglighet för gifter. Skillnader i effekterna av gifter på kroppen beror på ämnesomsättningens egenskaper, det centrala nervsystemets komplexitet, förväntad livslängd, storlek, vikt och hudegenskaper.

3. ålder. Ungdomars känslighet för giftiga ämnen är 2–3 och till och med 10 gånger högre än för vuxna. Det finns bevis för att barn, till skillnad från vuxna och ungdomar, är minst mottagliga för gifter.

4. Paula. Uppgifterna är inkonsekventa.

5. Individuell variation och känslighet för gifter. Den är baserad på biokemisk individualitet. Det går inte att hitta ett läkemedel som fungerar likadant för alla människor.

6. Biorytmer.

· säsong-(den toxiska effekten av skadliga ämnen är mer uttalad på våren i en försvagad organism);

· dagpenning. Ju högre aktivitet av fysiologiska funktioner, desto svagare är den toxiska effekten:

Max celldelning från klockan 3 till 9 med en topp klockan 6;

Max blodtryck - klockan 18, min - klockan 9;

7. Giftexponeringstid:

· kontinuerlig- koncentrationen av gift under förgiftning förblir konstant;

· intermittent- perioden för inandning av gift växlar med perioden för inandning av ren luft;

· intermittent- koncentrationen av gift under förgiftning förändras.

Studiet av den intermittenta naturen är mycket viktig inom industriell toxikologi. På en kemisk fabrik kan utsläppen av skadliga ämnen fluktuera kraftigt under ett skift. Experiment har visat det den intermittenta karaktären av förgiftningen är mer giftig än den kontinuerliga, även om den maximala koncentrationen inte överstiger koncentrationen under kontinuerlig exponering. Detta beror på störningen av bildandet av anpassning av kroppen.

8. Miljöfaktorer:

· temperatur- den toxiska effekten av de flesta gifter under olika temperaturförhållanden yttrar sig på olika sätt. I en viss temperaturzon visar sig den vara den minsta;

· tryck- med en minskning av barometertrycket till 600-500 mm Hg. Konst. den toxiska effekten av CO (rymden) förstärks.

Det finns många faktorer som bestämmer den toxiska effekten. Dessa faktorer kan klassificeras enligt följande:

1) typen av toxisk faktor och formen för dess överföring;

2) villkoren för organismens reaktion på gifter;

3) inträdesvägen för toxinet;

4) vilken typ av organism som påverkas av toxinet.

Anmärkning 4. Det är här nödvändigt att ta hänsyn till tillståndet för ackumulering av detta ämne, såväl som dess transport in i kroppen (bärare). Tillsammans bestämmer dessa två faktorer vägen (eller sättet) för inträde av toxinet i blodet. Till exempel kommer kolväten som transporteras med luftburet damm in i blodet mycket snabbt genom lungorna, men kolhydrater som transporteras med mat kommer in i blodet mycket långsammare (obstruktion av tarmväggarna).

Anmärkning 5. Beroende på tiden för exponering av xenobiotika för kroppen, såväl som beroende på platsen för dess verkan, kan vi prata om:

Att få en akut lokal skada, där ett specifikt organ skadas under en relativt kort tid (sekunder, minuter)

Långsiktig lokal handling, där det valda organet är skadat under lång tid (år);

Akut allmän förgiftning, när ett toxin, som verkar under en kort tid, kommer in i blodomloppet och sedan påverkar ett viktigt inre organ;

Långsiktig allmän verkan, när toxinet påverkar under lång tid.

Anmärkning 6. Giftet kan komma in i kroppen genom andningsapparaten, matsmältningsorganen och genom huden. Den sista av dessa möjligheter, det vill säga att slå genom huden(resorptiv), är en av de vanligaste inträdesvägarna - huden exponeras direkt och konstant för den förorenade miljön (Fig. 1.1).

Ris. 1.1.

Giftiga ämnen genom diffusion antingen genom hårkanalerna eller genom talg- och svettkörtlarna i det yttre lagret når överhuden, som andas och utför metaboliska processer, och därför utsätts för giftiga ämnen som verkar på den. Nästa lager av huden, själva huden, har direktkontakt med lymfkärlen och blodkärlen och underlättar penetreringen av gifter. Förutom reaktionstid och tjocklek av stratum corneum, är en betydande faktor som bestämmer penetrationen av toxinet egenskaperna hos detta toxin. Genom lipofil hud penetrerar icke-polära föreningar lättare, svårare - polära. Transport av polära föreningar över lipidskikt kan underlättas av enzymer från gruppen av permeaser som transporterar hydrofila arter över icke-polära skikt. Ansamlingstillståndet när det gäller gaser och vätskor underlättar transporten av gifter. Gaser och vätskor använder hårkanaler eller körtlar, för fasta ämnen är det mycket svårt. Fasta gifter måste först lösas upp i svett eller fett på hudens yta.

via mun(oral), det vill säga genom matsmältningsorganen kommer de miljöföroreningar som finns i mat och vatten in i kroppen. För att giftet ska fastna i matsmältningskanalen måste det tas upp i blodet. Vägen för sorption av giftiga ämnen i blodet genom matsmältningskanalen är mycket komplex (Fig. 1.2). Genom de lipofila cellerna i slemhinnan som täcker magsäckens väggar kommer toxiner in i blodomloppet.

Ris. 1.2.

En mycket sur pH-lösning (~1,0) underlättar de metaboliska processerna av toxiner, och deras opolära produkter diffunderar genom magsäckens väggar.

I tarmen, efter en förändring av pH, förändras svaga baser, i magsäcken i jonform, till neutrala partiklar som är mindre polära och kan diffundera genom tarmväggen. Giftiga ämnen från mage och tarmar genom lymfkärlsystemet eller genom returvenen kommer in i levern. Här, under inverkan av enzymer, sker metabola reaktioner. deras produkter är mindre giftiga och om de löser sig väl i vatten kommer de in i cirkulationssystemet, vilket är liktydigt med att spridas i hela kroppen. En del av metaboliterna filtreras i njurarna och elimineras från kroppen. Metaboliter är svårare att lösa under påverkan av Holloway-syror, som finns i leverns galla, emulgerar och, tillsammans med gallan, genom tolvfingertarmen igen kommer in i tarmen, varifrån de kan avlägsnas eller inkluderas i nästa cykel av metaboliska processer. Så beroende på toxinets egenskaper, transporthastigheten, metaboliska processer och hastigheten för avlägsnande av produkterna från dessa processer, förblir den differentierade delen av främlingsfientliga läkemedel i kroppen. Dess mängd bestämmer den så kallade xenobiotiska upptagsparametern (p), som definieras som förhållandet mellan koncentrationen av detta toxin eller dess metabolit i blodet efter oralt intag och koncentrationen av toxinet som har kommit in intravenöst:

p = Srotov / Svenozna

Nästa väg för inträde av gifter är Andningshjälpande maskin(inandningsväg). Damm, dimdroppar, gaser som förorenar atmosfären, samtidigt med luften vi andas, kommer in i lungorna. Lungornas struktur - en mycket utvecklad yta av alveolerna - och deras funktion bestämmer utbytet av syre och koldioxid mellan blodet och gaserna i lungorna, vilket gör dem mycket känsliga för adsorption av toxiner. Vattenlösliga föroreningar (väteklorid, ammoniak) löses till stor del i näs- och svalgsekret eller även i bronkerna, skadar dem och kommer in i blodet i små mängder. Stora dammpartiklar kan ligga kvar på hårstråna i den övre delen av andningsapparaten, varifrån de kommer in i matsmältningskanalen vid nysningar eller hosta. Således kommer polycykliska kolväten avsatta på sotpartiklar in i lungorna.

Diffusionshastigheten (D) genom alveolerna bevisas av lösligheten av denna gasförorening i blodet (s), såväl som, enligt Fitzko-regeln, ytan på alveolerna (A), såväl som skillnaden i tryck av gaspartiklar i luft och i blod (ΔΡ). Därför uttrycks diffusionshastigheten med formeln:

D= f(s, Α, ΔΡ)

Notera 7. Vid utvärdering av toxicitet bör man ta hänsyn till ålder, hälsotillstånd, resistens hos den enskilda organismen samt levnadsförhållanden. Ett vanligt beroende är en starkare toxisk effekt på mycket unga organismer. Allmän dålig hälsa förstärker också effekterna av främlingsfientliga läkemedel. Individer som lever under goda miljöförhållanden är friska och uppvisar betydande motståndskraft mot gifter.

Interaktionen av ett giftigt ämne eller produkter av dess omvandling i kroppen med de strukturella delarna av biosystemen, som ligger till grund för den toxiska processen som utvecklas, kallas mekanismen för toxisk verkan. Interaktion utförs på grund av fysikalisk-kemiska och kemiska reaktioner.

Den toxiska processen som initieras av fysikalisk-kemiska reaktioner orsakas som regel av upplösningen av giftmedlet i vissa medier (vattenhaltiga eller lipider) i kroppens celler och vävnader. I detta fall förändras de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos lösningsmedelsmediet (pH, viskositet, elektrisk ledningsförmåga, styrka hos intermolekylära interaktioner etc.) signifikant. En egenskap hos denna typ av interaktion är frånvaron av ett strikt beroende av kvaliteten på den utvecklande effekten på de kemiska egenskaperna hos den giftiga molekylen. Sålunda verkar alla syror, alkalier, starka oxidationsmedel, vissa organiska lösningsmedel och makromolekylära föreningar som saknar specifik aktivitet på vävnader.

Oftare är den toxiska effekten baserad på de kemiska reaktionerna av ett giftmedel med ett visst strukturellt element i ett levande system. Den strukturella komponenten i ett biologiskt system med vilken ett giftämne kommer i kemisk interaktion kallas dess "receptor" eller "mål".

Mekanismerna för den toxiska effekten av de allra flesta kemikalier är för närvarande okända. I detta avseende betraktas många av klasserna av molekyler och molekylära komplex som bildar kroppen, som beskrivs nedan, för det mesta endast som troliga receptorer (mål) för verkan av gifter. Att betrakta dem i detta perspektiv är legitimt, eftersom verkan av vissa välstuderade toxiska ämnen är baserad på interaktion med representanter för dessa speciella klasser av biomolekyler.

1. Definition av begreppet "receptor" inom toxikologi

Begreppet "receptor" är mycket omfattande. Oftast inom biologi används det i följande betydelser:

1. Allmänt koncept. Receptorer är platser för relativt specifik bindning på biosubstratet av xenobiotika (eller endogena molekyler), förutsatt att bindningsprocessen följer lagen om massverkan. Hela molekyler av proteiner, nukleinsyror, polysackarider, lipider eller deras fragment kan fungera som receptorer. När det gäller ett fragment av en biomolekyl som är direkt involverad i bildandet av ett komplex med en kemikalie, används ofta termen "receptorregion". Till exempel är kolmonoxidreceptorn i kroppen hemoglobinmolekylen, och receptorregionen är järnjonen innesluten i hemporfyrinringen.

2. Selektiva receptorer. Som den evolutionära komplexiteten hos organismer bildas speciella molekylära komplex - element i biologiska system som har hög affinitet för enskilda kemikalier som utför funktionerna hos bioregulatorer (hormoner, neurotransmittorer, etc.). Områden av biologiska system som har högst affinitet för enskilda speciella bioregulatorer kallas "selektiva receptorer". Ämnen som interagerar med selektiva receptorer i enlighet med lagen om massverkan kallas selektiva receptorligander. Interaktionen mellan endogena ligander och selektiva receptorer är av särskild betydelse för att upprätthålla homeostas.

Många selektiva receptorer är sammansatta av flera subenheter, av vilka endast en del har ligandbindande ställen. Ofta används termen "receptor" för att endast hänvisa till sådana ligandbindande subenheter.

3. Permanenta receptorer är selektiva receptorer, vars struktur och egenskaper kodas med hjälp av speciella gener eller permanenta genkomplex. På fenotypnivå är receptormodifiering genom genrekombination extremt sällsynt. Förändringar i aminosyrasammansättningen av proteinet som bildar den selektiva receptorn, som ibland inträffar under evolutionen på grund av polygenetiska transformationer, har som regel liten effekt på den senares funktionella egenskaper, dess affinitet för endogena ligander och xenobiotika.

Permanenta receptorer inkluderar:

Receptorer för neurotransmittorer och hormoner. Liksom andra selektiva receptorer kan dessa receptorer också selektivt interagera med vissa främlingsfientliga läkemedel (droger, toxiska ämnen). I detta fall kan xenobiotika fungera både som agonister och antagonister av endogena ligander. Som ett resultat aktiveras eller undertrycks en viss biologisk funktion, som är under kontroll av denna receptorapparat;

Enzymer är proteinstrukturer som selektivt interagerar med de substrat vars omvandling de katalyserar. Enzymer kan också interagera med främmande ämnen, som i detta fall blir antingen inhibitorer eller allosteriska regulatorer av deras aktivitet;

Transportproteiner - binder selektivt endogena ligander av en viss struktur, utför deras avsättning eller överföring genom olika biologiska barriärer. Giftiga ämnen som interagerar med transportproteiner fungerar också antingen som deras inhibitorer eller som allosteriska regulatorer.

4. Receptorer med förändrad struktur. Dessa är främst antikroppar och antigenbindande receptorer av T-lymfocyter. Receptorer av denna typ bildas i prekursorceller av mogna cellulära former som ett resultat av externt inducerad rekombination av 2–5 gener som styr deras syntes. Om rekombination ägde rum i processen med celldifferentiering, kommer endast receptorer av en viss struktur att syntetiseras i mogna element. På detta sätt bildas selektiva receptorer för specifika ligander, och proliferation leder till uppkomsten av en hel klon av celler som innehåller dessa receptorer.

Som följer av ovanstående definitioner används termen "receptor" i biologi huvudsakligen för att beteckna strukturer som är direkt involverade i uppfattningen och överföringen av biologiska signaler och som kan selektivt binda, förutom endogena ligander (neurotransmittorer, hormoner, substrat), vissa främmande föreningar.

Inom toxikologi (liksom farmakologi) hänvisar termen "receptor" till varje strukturellt element i ett levande (biologiskt) system med vilket ett giftämne (läkemedel) interagerar kemiskt. I denna tolkning introducerades detta begrepp i kemobiologin i början av 1900-talet av Paul Ehrlich (1913).

Omfånget av energiegenskaper för receptor-ligandinteraktionen är ovanligt brett: från bildandet av svaga, lätt brytande bindningar till bildandet av irreversibla komplex (se ovan). Typen av interaktion och strukturen hos det bildade komplexet beror inte bara på giftmedlets struktur, receptorns konformation, utan också på mediets egenskaper: pH, jonstyrka, etc. I enlighet med massverkans lag bestäms antalet bildade substans-receptorkomplex av interaktionsenergin (affinitet) och innehållet av båda reaktionskomponenterna (ämnet och dess receptor) i det biologiska systemet.

Receptorer kan vara "tysta" och aktiva. "Tyst" receptor är en strukturell komponent i ett biologiskt system, vars interaktion med ett ämne inte leder till bildandet av ett svar (till exempel bindning av arsenik av proteiner som utgör hår, naglar). En aktiv receptor är en strukturell komponent i ett biologiskt system vars interaktion med ett giftigt ämne initierar en giftig process. För att undvika terminologiska svårigheter används ofta termen "målstruktur" istället för termen "receptor" för att beteckna de strukturella element, som interagerar med vilka giftmedlet initierar den toxiska processen.

Postulat accepteras:

Den toxiska effekten av ett ämne är mer uttalad, ju fler aktiva receptorer (målstrukturer) som interagerar med giftämnet;

Ett ämnes toxicitet är ju högre, ju mindre mängden binder till "tysta" receptorer, desto mer effektivt verkar det på den aktiva receptorn (målstrukturen), desto viktigare är receptorn och det skadade biologiska systemet för att upprätthålla homeostas av hela organismen.

Varje cell, vävnad, organ innehåller ett stort antal potentiella receptorer av olika typer ("utlöser" olika biologiska reaktioner), med vilka ligander kan interagera. Med hänsyn till det föregående är bindningen av en ligand (både en endogen substans och en främlingsfientlig substans) till en given typ av receptor selektiv endast i ett visst koncentrationsområde. En ökning av koncentrationen av en ligand i ett biosystem leder till en expansion av utbudet av typer av receptorer som den interagerar med och följaktligen till en förändring i dess biologiska aktivitet. Detta är också en av de grundläggande bestämmelserna inom toxikologi, bevisat av många observationer.

Mål (receptorer) för toxiska effekter kan vara:

Strukturella element i det intercellulära utrymmet;

Strukturella delar av kroppsceller;

Strukturella element i system för reglering av cellulär aktivitet.

2. Det giftiga medlets verkan på elementen i det intercellulära utrymmet

Varje cell i kroppen är omgiven av ett vattenhaltigt medium - interstitiell eller intercellulär vätska. För blodkroppar är den intercellulära vätskan blodplasma. Huvudegenskaperna hos den intercellulära vätskan: dess elektrolytsammansättning och ett visst osmotiskt tryck. Elektrolytsammansättningen bestäms huvudsakligen av innehållet av Na+, K+, Ca2+, Cl-, HCO3-joner, etc.; osmotiskt tryck - närvaron av proteiner, andra anjoner och katjoner. Den intercellulära vätskan innehåller många substrat för cellmetabolism, produkter av cellmetabolism, molekyler som reglerar cellulär aktivitet.

Väl i den intercellulära vätskan kan giftmedlet ändra sina fysikaliska och kemiska egenskaper, ingå kemisk interaktion med dess strukturella element. En förändring av egenskaperna hos interstitiell vätska leder omedelbart till en reaktion från cellerna. Följande mekanismer för toxisk verkan är möjliga på grund av det giftiga medlets interaktion med komponenterna i den intercellulära vätskan:

1. Elektrolyteffekter. Brott mot elektrolytkompositionen observeras vid förgiftning med ämnen som kan binda joner. Så, med berusning med fluorider (F-), vissa komplexbildare (Na2EDTA, DTPA, etc.), andra giftiga ämnen (etylenglykol, som metaboliseras med bildandet av oxalsyra), är kalciumjoner bundna i blodet och intercellulär vätska, akut hypokalcemi utvecklas, åtföljd av störningar i nervsystemet, blodkoagulation etc. Brott mot jonbalansen kan i vissa fall elimineras genom införande av elektrolytlösningar i kroppen.

2. pH-effekter. Förgiftning med ett antal ämnen, trots den höga buffertkapaciteten hos den intercellulära vätskan, kan åtföljas av en betydande kränkning av syra-basegenskaperna i kroppens inre miljö. Således leder metanolförgiftning till ackumulering av myrsyra i kroppen, vilket orsakar svår acidos. En förändring av pH i interstitiell vätska kan också vara en konsekvens av sekundära toxiska effekter och utvecklas som ett resultat av en kränkning av processerna för bioenergetik, hemodynamik (metabolisk acidos/alkalos) och extern andning (gasacidos/alkalos). I svåra fall kan pH normaliseras genom att tillföra buffertlösningar till offret.

3. Bindning och inaktivering av strukturella element i den intercellulära vätskan och blodplasman. Blodplasman innehåller strukturella element med hög biologisk aktivitet som kan bli föremål för giftiga ämnen. Dessa inkluderar till exempel faktorer av blodkoagulationssystemet, hydrolytiska enzymer (esteraser) som förstör xenobiotika, etc. Konsekvensen av en sådan handling kan inte bara vara berusning, utan också allobios. Till exempel leder hämning av aktiviteten hos blodplasmakarboxyesteraser av tri-o-kresylfosfat (TOCP), som förstör organofosforföreningar (OPs), till en signifikant ökning av toxiciteten hos de senare.

4. Brott mot osmotiskt tryck. Betydande kränkningar av det osmotiska trycket i blodet och interstitiell vätska under förgiftning är som regel av sekundär karaktär (försämrade funktioner i levern, njurarna, toxiskt lungödem). Den utvecklande effekten påverkar negativt det funktionella tillståndet hos celler, organ och vävnader i hela organismen.

3. Giftiga ämnens verkan på cellers strukturella element

Strukturella element i celler som giftiga ämnen interagerar med är som regel:

Nukleinsyror;

Lipidelement av biomembran;

Selektiva receptorer för endogena bioregulatorer (hormoner, neurotransmittorer, etc.).

TOXIKOMETRI

BEROENDE "DOSEFFEKT" INOM TOXIKOLOGI

Spektrumet av manifestationer av den toxiska processen bestäms av giftmedlets struktur. Emellertid är svårighetsgraden av den utvecklande effekten en funktion av mängden av det aktiva medlet.

För att beteckna mängden av ett ämne som verkar på ett biologiskt föremål används begreppet dos. Till exempel innebär införandet av ett giftämne i mängden 500 mg i magen på en råtta som väger 250 g och en kanin som väger 2000 g att djuren fick doser lika med 2 respektive 0,25 mg/kg (begreppet "dos" kommer att diskuteras mer i detalj nedan).

Beroendet av "doseffekt" kan spåras på alla nivåer av organiseringen av levande materia: från molekylär till population. I det här fallet, i de allra flesta fall, kommer ett allmänt mönster att registreras: med en ökning av dosen ökar graden av skada på systemet; ett ökande antal av dess beståndsdelar är involverade i processen.

Beroende på den effektiva dosen kan nästan vilket ämne som helst under vissa förhållanden vara skadligt för kroppen. Detta gäller för giftiga ämnen som verkar både lokalt och efter resorption i interna medier.

Manifestationen av "dos-effekt"-beroendet påverkas avsevärt av den intra- och interspecifika variabiliteten hos organismer. Faktum är att individer som tillhör samma art skiljer sig väsentligt från varandra i biokemiska, fysiologiska och morfologiska egenskaper. Dessa skillnader beror i de flesta fall på deras genetiska egenskaper. Ännu mer uttalade, på grund av samma genetiska egenskaper, skillnader mellan arter. I detta avseende skiljer sig doserna av ett visst ämne, i vilket det orsakar skador på organismer av samma och dessutom olika arter, ibland mycket signifikant. Följaktligen återspeglar "dos-effekt"-beroendet egenskaperna hos inte bara det giftiga medlet, utan också den organism som det verkar på. I praktiken innebär detta att en kvantitativ bedömning av toxicitet baserad på studien av dos-effektsambandet bör göras i ett experiment på olika biologiska objekt och det är absolut nödvändigt att tillgripa statistiska metoder för att bearbeta de erhållna uppgifterna.

Dos-effekt förhållande i termer av dödlighet

4.1.3.1. Allmänna framställningar

Eftersom döden efter verkan av ett giftigt ämne är en alternativ reaktion som realiseras enligt "allt eller ingenting"-principen, anses denna effekt vara den mest bekväma för att bestämma toxiciteten hos ämnen, den används för att bestämma värdet på den dödliga mediandosen (LD50).

Definitionen av akut toxicitet i termer av "dödlighet" utförs genom metoden att bilda undergrupper (se ovan). Införandet av det giftiga medlet utförs på ett av de möjliga sätten (enteralt, parenteralt) under kontrollerade förhållanden. Det bör beaktas att administreringsmetoden för ämnet mest signifikant påverkar toxicitetens storlek.

Djur av samma kön, ålder, vikt, som hålls på en viss diet, under nödvändiga förhållanden för boende, temperatur, luftfuktighet etc. används. Studier upprepas på flera typer av försöksdjur. Efter administrering av den testkemiska föreningen görs observationer för att bestämma antalet döda djur, typiskt under en period av 14 dagar. När det gäller applicering av ett ämne på huden är det absolut nödvändigt att registrera kontakttiden, samt ange villkoren för applicering (från ett slutet eller öppet utrymme utfördes exponeringen). Uppenbarligen är graden av hudskada och svårighetsgraden av den resorptiva effekten en funktion av både mängden applicerat material och varaktigheten av dess kontakt med huden. För alla exponeringssätt förutom inandning uttrycks exponeringsdosen vanligtvis som massan (eller volymen) av testämnet per enhet kroppsvikt (mg/kg; ml/kg).

För exponering vid inandning uttrycks exponeringsdosen som mängden testämne som finns i en volymenhet luft: mg/m3 eller miljondelar (ppm - miljondelar). Med denna exponeringsmetod är det mycket viktigt att ta hänsyn till exponeringstiden. Ju längre exponering, desto högre exponeringsdos, desto högre risk för negativa effekter. Den information som erhålls om dos-responsförhållandet för olika koncentrationer av ämnet i inandningsluften bör erhållas vid samma exponeringstid. Experimentet kan konstrueras på ett annat sätt, nämligen olika grupper av försöksdjur andas in ämnet i samma koncentration, men under olika tider.

För en ungefärlig bedömning av toxiciteten hos inhalerade aktiva substanser, som samtidigt tar hänsyn till både koncentrationen av giftämnet och tidpunkten för dess exponering, är det vanligt att använda "toxodos"-värdet beräknat enligt formeln som Haber föreslog i början av seklet:

W = Ct, där

W - toxodos (mg min/m3)

С - giftighetskoncentration (mg/m3)

t - exponeringstid (min)

Det antas att vid kortvarig inandning av ämnen uppnås samma effekt (död hos försöksdjur) både vid kort exponering för höga doser och längre exponering för ämnen i lägre koncentrationer, samtidigt som tidskoncentrationsprodukten för ämnet förblir oförändrad. Oftast användes definitionen av toxodos av ämnen för att karakterisera kemiska krigföringsmedel.

Tolkning och praktisk användning av resultaten

Som regel är den huvudsakliga slutsatsen som toxikologen drar vid fastställande av ett positivt dos-effektsamband att det finns ett orsakssamband mellan exponeringen för testämnet och utvecklingen av den toxiska processen. Beroendeinformation bör dock endast tolkas i förhållande till de förhållanden under vilka den erhållits. Ett stort antal faktorer påverkar dess karaktär, och det är specifikt för varje ämne och biologisk art, på vars representanter ämnet verkar. I detta avseende måste ett antal faktorer beaktas:

1. Noggrannheten hos de kvantitativa egenskaperna för LD50-värdet uppnås genom noggranna experimenterande och adekvat statistisk bearbetning av resultaten. Om, vid upprepad experiment för att fastställa toxiciteten, kvantitativa data erhålls som skiljer sig från de som tidigare erhållits, kan detta bero på variationen i egenskaperna hos det använda biologiska föremålet och miljöförhållandena.

2. Den viktigaste egenskapen hos ett ämnes fara är tidpunkten för döden efter exponering för ett giftigt ämne. Så ämnen med samma LD50-värde, men med olika dödstider, kan utgöra olika faror. Snabbverkande ämnen ses ofta som farligare. Men "fördröjda" ämnen med mycket lång latensperiod är ofta benägna att ackumuleras i kroppen och är därför också extremt farliga. Bland de snabbt verkande giftämnena finns kemiska stridsmedel (FOV, cyanvätesyra, irriterande ämnen etc.). Fördröjda ämnen är polyhalogenerade polycykliska kolväten (halogenerade dioxiner, dibensofuraner, etc.), vissa metaller (kadmium, tallium, kvicksilver, etc.) och många andra.

3. En mer fullständig tolkning av de erhållna resultaten för bedömning av toxicitet, förutom att bestämma kvantitativa egenskaper, kräver en detaljerad studie av dödsorsakerna (se relevant avsnitt). Om ett ämne kan orsaka olika potentiellt dödliga effekter (andningsstillestånd, hjärtstillestånd, kollaps etc.) är det nödvändigt att förstå vilken av effekterna som är den främsta, och även om detta fenomen kan orsaka en komplikation av dos-responssambandet. Till exempel kan olika biologiska effekter orsaka dödsfall i de akuta och försenade faserna av berusningen. Således kan berusning med dikloretan leda till att ett försöksdjur dör redan under de första timmarna på grund av CNS-depression (narkotisk, icke-elektrolyteffekt). I de sena perioderna av berusning dör djuret av akut njur- och leversvikt (cytotoxisk effekt). Uppenbarligen är detta också viktigt för att bestämma de kvantitativa egenskaperna för toxicitet. Således har tert-butylnitrit, när det administreras intraperitonealt till möss och registrerar en dödlig effekt inom 30 minuter, ett LD50-värde på 613 mg/kg; vid registrering av dödsfall inom 7 dagar är LD50 187 mg/kg. Död under de första minuterna uppstår tydligen som ett resultat av en försvagning av vaskulär tonus och methemoglobinbildning, under den sena perioden, från leverskada.

4. LD50-värdet som erhålls i ett akut experiment är inte en egenskap för ett ämnes toxicitet under dess upprepade subakuta eller kroniska exponering. För ämnen med hög ackumuleringsförmåga kan således värdet av den dödliga koncentrationen av ett giftämne i miljön, bestämt efter en enda injektion, vara betydligt högre än den koncentration som orsakar dödsfall vid långvarig exponering. För svagt kumulerande ämnen är dessa skillnader kanske inte så signifikanta.

I praktiken används dos-responsdata och LD50-värden ofta i följande situationer:

1. Att karakterisera ämnens akuta toxicitet under rutinmässiga toxikologiska studier och att jämföra toxiciteten hos flera kemiska föreningar.

TOXIKOKINETIK

Toxikokinetik är en del av toxikologin som studerar mönster, såväl som kvalitativa och kvantitativa egenskaper för resorption, distribution, biotransformation av xenobiotika i kroppen och deras eliminering (Figur 1).

Figur 1. Stadier av interaktion mellan en organism och en främlingsfientlig

Ur toxikokinetikens synvinkel är kroppen ett komplext heterogent system som består av ett stort antal fack (sektioner): blod, vävnader, extracellulär vätska, intracellulärt innehåll, med olika egenskaper, separerade från varandra av biologiska barriärer. Barriärerna inkluderar cellulära och intracellulära membran, histohematiska barriärer (till exempel blod-hjärna), integumentära vävnader (hud, slemhinnor). Kinetiken för ämnen i kroppen är i själva verket deras övervinnande av biologiska barriärer och fördelning mellan avdelningar (Figur 2).

Under mottagandet, distributionen, avlägsnandet av ett ämne, processerna för dess blandning (konvektion), upplösning i biologiska medier, diffusion, osmos och filtrering genom biologiska barriärer utförs.

De specifika egenskaperna hos toxikokinetik bestäms både av egenskaperna hos själva ämnet och av organismens strukturella och funktionella egenskaper.

Figur 2. Schema för rörelse av ämnen i kroppens huvudavdelningar

De viktigaste egenskaperna hos ett ämne som påverkar dess toxikokinetiska parametrar är:

Fördelningskoefficienten i olje-/vattensystemet - bestämmer förmågan att ackumuleras i lämplig miljö: fettlöslig - i lipider; vattenlöslig - i vatten;

Molekylstorlek - påverkar förmågan att diffundera i miljön och penetrera genom porerna i biologiska membran och barriärer;

Dissociationskonstant - bestämmer den relativa delen av de giftiga molekylerna som dissocierade under förhållandena i kroppens inre miljö, d.v.s. förhållandet mellan molekyler i joniserad och icke-joniserad form. Dissocierade molekyler (joner) penetrerar dåligt jonkanaler och penetrerar inte lipidbarriärer;

Kemiska egenskaper - bestäm giftmedlets affinitet till de kemiska och biokemiska elementen i celler, vävnader och organ.

Kroppens egenskaper som påverkar xenobiotikas toxikokinetik.

Fackegenskaper:

Förhållandet mellan vatten och fett i celler, vävnader och organ. Biologiska strukturer kan innehålla antingen lite (muskelvävnad) eller mycket fett (biologiska membran, fettvävnad, hjärna);

Närvaron av molekyler som aktivt binder giftmedlet. Till exempel finns det strukturer i benen som aktivt binder inte bara kalcium, utan även andra tvåvärda metaller (bly, strontium, etc.).

Biologiska barriärers egenskaper:

Tjocklek;

Närvaron och storleken av porer;

Närvaro eller frånvaro av mekanismer för aktiv eller underlättad transport av kemikalier.

Enligt befintliga idéer är styrkan av ett ämnes verkan på kroppen en funktion av dess koncentration på platsen för interaktion med målstrukturen, som i sin tur bestäms inte bara av dosen utan också av xenobiotikans toxikokinetiska parametrar. Toxikokinetik formulerar svaret på frågan, hur påverkar dosen och verkningsmetoden för ett ämne på kroppen utvecklingen av den toxiska processen?

METABOLISM AV XENOBIOTER

Många främlingsfientliga läkemedel genomgår, när de väl är i kroppen, biotransformation och utsöndras som metaboliter. Biotransformation är mestadels baserad på enzymatiska transformationer av molekyler. Den biologiska innebörden av fenomenet är omvandlingen av ett kemiskt ämne till en form som är lämplig för utsöndring från kroppen, och därigenom minska tiden för dess verkan.

Metabolism av xenobiotika sker i två faser (Figur 1).

Figur 1. Faser av metabolismen av främmande föreningar

Under den första fasen av redox- eller hydrolytisk omvandling berikas ämnesmolekylen med polära funktionella grupper, vilket gör den reaktiv och mer löslig i vatten. I den andra fasen sker syntetiska processer för konjugering av metaboliska intermediärer med endogena molekyler, vilket resulterar i bildandet av polära föreningar som utsöndras från kroppen med hjälp av speciella utsöndringsmekanismer.

Mångfalden av katalytiska egenskaper hos biotransformationsenzymer och deras låga substratspecificitet tillåter kroppen att metabolisera ämnen med mycket olika strukturer. Samtidigt, hos djur av olika arter och hos människor, är ämnesomsättningen av xenobiotika långt ifrån densamma, eftersom enzymerna som är involverade i omvandlingen av främmande ämnen ofta är artspecifika.

Den kemiska modifieringen av den xenobiotiska molekylen kan resultera i:

1. Försvagning av toxicitet;

2. Ökad toxicitet;

3. Förändring av den toxiska effektens karaktär;

4. Initiering av den toxiska processen.

Metabolismen av många främlingsfientliga läkemedel åtföljs av bildandet av produkter som är betydligt sämre i toxicitet än de ursprungliga ämnena. Således är tiocyanater som bildas under bioomvandlingen av cyanider flera hundra gånger mindre giftiga än de ursprungliga främlingsfientliga ämnen. Hydrolytisk klyvning av fluorjonen från molekylerna av sarin, soman, diisopropylfluorfosfat leder till förlusten av dessa ämnens förmåga att hämma aktiviteten av acetylkolinesteras och en signifikant minskning av deras toxicitet. Processen med förlust av toxicitet av ett giftigt ämne till följd av biotransformation kallas "metabolisk avgiftning".

GRUNDLÄGGANDE FÖR EKOTOXIKOLOGI

Industrins utveckling är oupplösligt kopplad till utvidgningen av utbudet av kemikalier som används. Ökningen av mängden bekämpningsmedel, konstgödsel och andra kemikalier som används är ett utmärkande drag för modernt jord- och skogsbruk. Detta är den objektiva orsaken till den stadiga ökningen av den kemiska faran för miljön, som lurar i själva naturen av mänsklig verksamhet.

För några decennier sedan dumpades kemiskt produktionsavfall helt enkelt i miljön, och bekämpningsmedel och gödningsmedel sprutades nästan okontrollerat, baserat på utilitaristiska överväganden, över stora territorier. Samtidigt trodde man att gasformiga ämnen snabbt skulle skingras i atmosfären, vätskor skulle delvis lösas upp i vatten och föras bort från utsläppsplatserna. Och även om fasta produkter till stor del ackumulerades i regionerna ansågs den potentiella faran för industriella utsläpp vara låg. Användningen av bekämpningsmedel och konstgödsel gav en mångdubbelt större ekonomisk effekt än de skador som giftämnen orsakade naturen.

Men redan 1962 kom Rachel Carsons bok Silent Spring, där författaren beskriver fall av massdöd av fåglar och fiskar från okontrollerad användning av bekämpningsmedel. Carson drog slutsatsen att de observerade effekterna av föroreningar på vilda djur förebådar en överhängande katastrof även för människor. Den här boken fick allas uppmärksamhet. Föreningar för skydd av miljön, statlig lagstiftning som reglerar utsläpp av främlingsfientliga läkemedel har dykt upp. Denna bok började faktiskt utvecklingen av en ny gren av vetenskapen - toxikologi.

Ekotoxikologi pekades ut som en självständig vetenskap av Rene Trout, som för första gången, 1969, kopplade samman två helt olika ämnen: ekologi (enligt Krebs, vetenskapen om relationer som bestämmer utbredning och boende för levande varelser) och toxikologi. Faktum är att detta kunskapsområde inkluderar, förutom de angivna, element från andra naturvetenskaper, såsom kemi, biokemi, fysiologi, populationsgenetik, etc.

Allt eftersom utvecklingen fortskred har själva begreppet Uecotoxicology genomgått en viss utveckling. År 1978 betraktade Butler ekotoxikologi som en vetenskap som studerar de toxiska effekterna av kemiska medel på levande organismer, särskilt på nivån av populationer och samhällen, inom vissa ekosystem. Levine et al definierade det 1989 som vetenskapen om att förutsäga effekterna av kemikalier på ekosystem. 1994 gav W. och T. Forbes följande definition av ekotoxikologi: Ett kunskapsområde som sammanfattar de miljömässiga och toxikologiska effekterna av kemiska föroreningar på befolkningar, samhällen och ekosystem, spårar ödet (transport, omvandling och avlägsnande) av sådana föroreningar i miljön.

Således studerar ekotoxikologi, enligt författarna, utvecklingen av negativa effekter som manifesterar sig under inverkan av föroreningar på en mängd olika levande organismer (från mikroorganismer till människor), som regel på nivån av populationer eller ekosystemet som helhet, såväl som ödet för en kemisk substans i biogeocenossystemet.

Senare, inom ramen för ekotoxikologin, började man som en självständig riktning peka ut en av dess sektioner, kallad Utoxicology of the environment (miljötoxikologi).

Det har funnits en tendens att använda termen Uecotoxicology endast för att referera till kunskapsmassan om kemikaliers effekter på ekosystem, exklusive människor. Enligt Walker et al (1996) är således ekotoxikologi studiet av kemikaliers skadliga effekter på ekosystem. Genom att eliminera mänskliga föremål från kretsen av föremål som anses av ekotoxikologi, bestämmer denna definition skillnaden mellan ekotoxikologi och miljötoxicologi, bestämmer ämnet för studien av den senare. Termen miljöutoxikologi föreslås endast användas för studier av miljöföroreningars direkta effekter på människor.

I processen att studera effekterna av kemikalier som finns i miljön på människor och mänskliga samhällen, arbetar miljötoxikologi med redan etablerade kategorier och begrepp inom klassisk toxikologi och tillämpar som regel dess traditionella experimentella, kliniska, epidemiologiska metodik. Forskningsobjektet är mekanismer, utvecklingsdynamik, manifestationer av negativa effekter av giftiga ämnen och produkter av deras omvandling i miljön på människor.

Samtidigt som man delar detta tillvägagångssätt i allmänhet och positivt utvärderar dess praktiska betydelse, bör det dock noteras att de metodologiska skillnaderna mellan ekotoxikologi och miljötoxikologi är helt utplånade när forskaren får i uppdrag att bedöma de indirekta effekterna av föroreningar på mänskliga populationer (till exempel på grund av giftig modifiering av biota), eller tvärtom av att en speciell mekanism är representativ för en levande miljö, eller tvärtom av att kemiska verkan är representativa för en speciell miljö. s. I detta avseende, från en teoretisk synvinkel, är miljötoxikologi som vetenskap endast ett särskilt problem inom Uekotoxikologi, medan metodiken, begreppsapparaten och strukturen för vetenskaperna är desamma.

1. Xenobiotisk profil av miljön

Ur en toxikologs synvinkel är de abiotiska och biotiska elementen i det vi kallar miljön alla komplexa, ibland organiserade på ett speciellt sätt, agglomerat, blandningar av otaliga molekyler.

För ekotoxikologi är endast molekyler med biotillgänglighet av intresse, d.v.s. kan interagera icke-mekaniskt med levande organismer. I regel handlar det om föreningar som är i gasformigt eller flytande tillstånd, i form av vattenlösningar, adsorberade på jordpartiklar och olika ytor, fasta ämnen, men i form av finfördelat damm (partikelstorlek mindre än 50 mikron), och slutligen ämnen som kommer in i kroppen med mat.

Vissa av de biotillgängliga föreningarna utnyttjas av organismer, som deltar i processerna för deras plast- och energiutbyte med miljön, d.v.s. fungera som en resurs för miljön. Andra, som kommer in i organismen hos djur och växter, används inte som energikällor eller plastmaterial, men, som verkar i tillräckliga doser och koncentrationer, kan de väsentligt modifiera förloppet av normala fysiologiska processer. Sådana föreningar kallas främmande eller främlingsmedel (främmande för livet).

Helheten av främmande ämnen som finns i miljön (vatten, mark, luft och levande organismer) i en form (aggregerat tillstånd) som tillåter dem att ingå kemiska och fysikalisk-kemiska interaktioner med biologiska objekt i ekosystemet utgör den främlingsfientliga profilen för biogeocenos. Den främlingsfientliga profilen bör betraktas som en av de viktigaste miljöfaktorerna (tillsammans med temperatur, belysning, luftfuktighet, trofiska förhållanden, etc.), som kan beskrivas med kvalitativa och kvantitativa egenskaper.

En viktig del av den främlingsfientliga profilen är främmande ämnen som finns i organ och vävnader hos levande varelser, eftersom alla förr eller senare konsumeras av andra organismer (dvs de har biotillgänglighet). Tvärtom, kemikalier fixerade i fasta, icke-spridbara i luft och olösliga i vattenföremål (stenar, fasta industriprodukter, glas, plast etc.) har inte biotillgänglighet. De kan betraktas som källor till främlingsfientlig profilbildning.

Främlingsfientliga profiler av miljön, bildade under loppet av evolutionära processer som ägde rum på planeten i miljontals år, kan kallas naturliga främlingsfientliga profiler. De är olika i olika delar av jorden. De biocenoser som finns i dessa regioner (biotoper) är i viss mån anpassade till motsvarande naturliga främlingsfientliga profiler.

Olika naturliga kollisioner, och på senare år, mänsklig ekonomisk aktivitet, förändrar ibland den naturliga främlingsfientliga profilen i många regioner (särskilt urbaniserade). Kemiska ämnen som ansamlas i miljön i ovanliga mängder och orsakar förändringar i den naturliga främlingsfientliga profilen fungerar som ekoföroreningar (föroreningar). En förändring i den främlingsfientliga profilen kan bero på överdriven ackumulering av en eller flera ekoföroreningar i miljön.

Detta leder inte alltid till skadliga konsekvenser för djurlivet och befolkningen. Endast en ekoförorening som ackumuleras i miljön i en mängd som är tillräcklig för att initiera en giftig process i en biocenos (på alla nivåer av organisering av levande materia) kan klassificeras som ett ekotoxiskt ämne.

En av de svåraste praktiska uppgifterna för ekotoxikologi är att bestämma de kvantitativa parametrar vid vilka en ekoförorening omvandlas till ett ekotoxiskt ämne. När man löser det är det nödvändigt att ta hänsyn till att under verkliga förhållanden verkar hela den främlingsfientliga profilen av miljön på biocenosen, samtidigt som den modifierar den biologiska aktiviteten hos en enskild förorening. Därför, i olika regioner (olika främlingsfientliga profiler, olika biocenoser), är de kvantitativa parametrarna för omvandlingen av en förorening till ett ekotoxiskt ämne strängt taget olika.

2. Ekotoxikokinetik

Ekotoxikokinetik - en sektion av ekotoxikologi som överväger ödet för främlingsfientliga ämnen (ekoföroreningar) i miljön: källorna till deras utseende; distribution i abiotiska och biotiska delar av miljön; xenobiotisk omvandling i miljön; eliminering från miljön.

2.1. Bildning av främlingsfientlig profil. Källor till föroreningar som kommer in i miljön

Naturliga källor för biotillgänglig främlingsfientliga ämnen, enligt WHO (1992), inkluderar: vindblåsta dammpartiklar, havssalt aerosol, vulkanisk aktivitet, skogsbränder, biogena partiklar, biogena flyktiga ämnen. En annan källa till främlingsfientliga läkemedel i miljön, vars betydelse stadigt ökar, är mänsklig aktivitet.

Den viktigaste delen av den ekotoxikologiska karakteriseringen av föroreningar är identifieringen av deras källor. Att lösa detta problem är långt ifrån lätt, eftersom ibland kommer ämnet ut i miljön i försumbara mängder, ibland i form av föroreningar till helt ofarliga ämnen. Slutligen är bildningen av en ekoförorening möjlig i miljön till följd av abiotiska eller biotiska omvandlingar av andra ämnen.

2.2. uthållighet

Många abiotiska (som förekommer utan deltagande av levande organismer) och biotiska (som förekommer med deltagande av levande organismer) processer i miljön syftar till att eliminera (avlägsna) av ekoföroreningar. Många xenobiotika, som har kommit in i luften, marken, vattnet, orsakar minimal skada på ekosystemen, eftersom exponeringstiden är försumbar. Ämnen som är resistenta mot nedbrytningsprocesser och som en följd av det långvariga i miljön är som regel potentiellt farliga ekotoxiska ämnen.

Det ständiga utsläppet av långlivade föroreningar i miljön leder till att de ackumuleras och omvandlas till ekotoxiska ämnen för den mest sårbara (känsliga) delen av biosystemet. Efter att utsläppet av ett ihållande giftigt ämne upphör, förblir det i miljön under lång tid. I vattnet i Lake Ontario på 1990-talet fastställdes således höga koncentrationer av bekämpningsmedlet mirex, vars användning avbröts i slutet av 1970-talet. I vattnet i det amerikanska flygvapnets testplats i Florida, där Agent Orange sprutades för forskningsändamål 1962-1964, innehöll slammet 10-35 ng/kg TCDD 10-35 ng/kg TCDD (i normen, enligt amerikanska standarder - 0,1 pkg/kg, Ryssland - 10 pkg/kg).

Ämnen som finns kvar under lång tid i miljön inkluderar tungmetaller (bly, koppar, zink, nickel, kadmium, kobolt, antimon, kvicksilver, arsenik, krom), polycykliska polyhalogenerade kolväten (polyklorerade dibensodioxiner och dibensofuraner, polyklorerade bifenyler, klor, DT, pesticider, etc.), , etc.). ) och många andra ämnen.

2.3. Omvandling

De allra flesta ämnen genomgår olika omvandlingar i miljön. Naturen och hastigheten hos dessa transformationer bestämmer deras hållbarhet.

2.3.1. Abiotisk omvandling

Ett stort antal processer påverkar ett ämnes persistens i miljön. De viktigaste är fotolys (förstörelse under påverkan av ljus), hydrolys, oxidation.

Fotolys. Ljus, särskilt ultravioletta strålar, kan bryta kemiska bindningar och därigenom orsaka nedbrytning av kemikalier. Fotolys sker främst i atmosfären och på ytan av jord och vatten. Fotolyshastigheten beror på ljusets intensitet och ämnets förmåga att absorbera det. Omättade aromatiska föreningar, såsom polycykliska aromatiska kolväten (PAH), är de mest känsliga för fotolys, eftersom aktivt absorbera ljusenergi. Ljus accelererar andra processer för nedbrytning av ämnen: hydrolys och oxidation. Förekomsten av fotooxidanter i media, såsom ozon, kväveoxider, formaldehyd, akrolein, organiska peroxider, påskyndar i sin tur processen för fotolys av andra föroreningar (visas för PAH).

Hydrolys. Vatten, särskilt när det upphettas, förstör snabbt många ämnen. Eterbindningar, till exempel i molekylerna av organofosforföreningar, är mycket känsliga för inverkan av vatten, vilket bestämmer den måttliga stabiliteten hos dessa föreningar i miljön. Hydrolyshastigheten är starkt beroende av pH. Som ett resultat av omvandlingen av kemikalier i miljön bildas nya ämnen. Emellertid kan deras toxicitet ibland vara högre än den för modermedlet.

Biotisk omvandling

Abiotisk nedbrytning av kemikalier sker vanligtvis i långsam takt. Xenobiotika bryts ned mycket snabbare med deltagande av biota, särskilt mikroorganismer (främst bakterier och svampar), som använder dem som näringsämnen. Processen med biotisk förstörelse sker med deltagande av enzymer. Biotransformationer av ämnen är baserade på processerna för oxidation, hydrolys, dehalogenering, splittring av molekylens cykliska strukturer, eliminering av alkylradikaler (dealkylering), etc. Nedbrytningen av en förening kan sluta med dess fullständiga förstörelse, d.v.s. mineralisering (bildning av vatten, koldioxid, andra enkla föreningar). Det är dock möjligt att bilda mellanprodukter av biotransformation av ämnen som ibland har en högre toxicitet än det ursprungliga medlet. Således kan omvandlingen av oorganiska kvicksilverföreningar genom växtplankton leda till bildningen av mer giftiga organiska kvicksilverföreningar, i synnerhet metylkvicksilver. Ett liknande fenomen ägde rum i Japan vid Minamatobuktens stränder på 1950- och 1960-talen. Kvicksilvret som kom in i vikens vatten med avloppsvattnet från anläggningen för framställning av kväveföreningar omvandlades av biota till metylkvicksilver. Den senare var koncentrerad i vävnaderna hos marina organismer och fiskar, som tjänade som mat för lokalbefolkningen. Som ett resultat utvecklade människor som konsumerade fisk en sjukdom som kännetecknas av ett komplext neurologiskt symptomkomplex, och missbildningar noterades hos nyfödda barn. Totalt registrerades 292 fall av Minamatos sjukdom, 62 av dem slutade med döden.

2.4. Elimineringsprocesser som inte är förknippade med förstörelse

Vissa processer som förekommer i miljön bidrar till att eliminera främlingsfientliga läkemedel från regionen, vilket förändrar deras distribution i miljöns komponenter. En förorening med ett högt ångtrycksvärde kan lätt avdunsta från vatten och mark och sedan flytta till andra regioner med luftström. Detta fenomen ligger till grund för förekomsten av relativt flyktiga organoklorinsekticider som lindan och hexaklorbensen.

Förflyttning av partiklar av giftiga ämnen eller jord på vilken ämnen adsorberas av vind och atmosfäriska strömmar är också ett viktigt sätt att omfördela föroreningar i miljön. I detta avseende är exemplet med polycykliska aromatiska kolväten (benspyrener, dibenspyrener, bensantrakener, dibensantracener, etc.) typiskt. Benspyren och relaterade föreningar av både naturligt (huvudsakligen vulkaniskt) och antropogent ursprung (utsläpp från metallurgisk industri, oljeraffineringsindustri, värmekraftverk, etc.) ingår aktivt i den biosfäriska cykeln av ämnen, som flyttar från en miljö till en annan. I det här fallet är de som regel förknippade med fasta partiklar av atmosfäriskt damm. Fint damm (1-10 mikron) ligger kvar i luften under lång tid, större dammpartiklar lägger sig ganska snabbt på marken och i vattnet vid bildningsplatsen. Aska från vulkanutbrott innehåller stora mängder av dessa ämnen. Samtidigt gäller att ju högre utsläpp desto större avstånd sprider föroreningarna.

Sorption av ämnen på suspenderade partiklar i vatten, följt av sedimentering, leder till att de elimineras från vattenpelaren, men ackumuleras i bottensediment. Nederbörd minskar dramatiskt biotillgängligheten av föroreningen.

Omfördelningen av vattenlösliga ämnen underlättas av regn och förflyttning av grundvatten. Till exempel är herbiciden atrazin, som används för att skydda bredbladiga växter i amerikanskt jordbruk och parker, allestädes närvarande i ytvatten där. Enligt vissa rapporter innehåller upp till 92 % av de undersökta vattendragen i USA detta bekämpningsmedel. Eftersom ämnet är ganska stabilt och lättlösligt i vatten, vandrar det till grundvattnet och ackumuleras där.

2.5. Bioackumulering

Om miljöföroreningen inte kan komma in i kroppen utgör den vanligtvis inte någon betydande fara för den. Men en gång i den inre miljön kan många främlingsfientliga läkemedel ackumuleras i vävnader (se avsnittet UToxikokinetik). Processen genom vilken organismer ackumulerar giftiga ämnen genom att avlägsna dem från den abiotiska fasen (vatten, jord, luft) och från mat (trofisk överföring) kallas bioackumulering. Bioackumulering resulterar i skadliga konsekvenser både för organismen själv (når en skadlig koncentration i kritiska vävnader) och för organismer som använder denna biologiska art som föda.

Vattenmiljön ger de bästa förutsättningarna för bioackumulering av föreningar. Myriader av vattenlevande organismer lever här, filtrerar och passerar genom sig själva en enorm mängd vatten, samtidigt som de utvinner giftiga ämnen som kan ackumuleras. Hydrobionter ackumulerar ämnen i koncentrationer som ibland är tusentals gånger större än de som finns i vatten.

Faktorer som påverkar bioackumulering

Ekotoxiska medels benägenhet att bioackumuleras beror på ett antal faktorer. Den första är främlingsfientlighetens ihållande i miljön. Graden av ackumulering av ett ämne i kroppen bestäms ytterst av dess innehåll i miljön. Ämnen som elimineras snabbt ackumuleras i allmänhet inte bra i kroppen. Undantaget är de förhållanden under vilka föroreningen ständigt förs in i miljön (regioner nära industrier etc.).

Således är blåvätesyra, även om en giftig förening, på grund av sin höga flyktighet, enligt många experter inte en potentiellt farlig miljöförorening. Det är sant, hittills har det inte varit möjligt att helt utesluta att vissa typer av sjukdomar, graviditetsstörningar hos kvinnor som bor nära guldgruvor, där cyanid används i stora mängder, inte är förknippade med ämnets kroniska effekt.

Efter att ämnen kommer in i kroppen bestäms deras öde av toxikokinetiska processer (se relevant avsnitt). Fettlösliga (lipofila) ämnen som långsamt metaboliseras i kroppen har störst förmåga att bioackumuleras. Fettvävnad är som regel den huvudsakliga platsen för långvarig avsättning av xenobiotika. Så många år efter exponeringen hittades höga nivåer av TCDD i biopsiprover av fettvävnad och blodplasma från amerikanska arméveteraner som deltog i Vietnamkriget. Men många lipofila ämnen är benägna att sorptioneras på ytorna av olika partiklar som avsatts från vatten och luft, vilket minskar deras biotillgänglighet. Till exempel minskar sorptionen av benspyren av humussyror giftmedlets förmåga att bioackumuleras i fiskvävnader med en faktor tre. Fisk från vattenförekomster med låg halt av suspenderade partiklar i vattnet ackumulerar mer DDT än fisk från eutrofa vattenförekomster med hög halt av suspenderat material.

Ämnen som metaboliseras i kroppen ackumuleras i mindre mängder än man kan förvänta sig baserat på deras fysikalisk-kemiska egenskaper. Skillnader mellan arter i värdena för bioackumuleringsfaktorer för främlingsfientliga ämnen bestäms till stor del av artens egenskaper hos deras metabolism.

Betydelsen av bioackumulering

Bioackumulering kan ligga bakom inte bara kroniska utan även fördröjda akuta toxiska effekter. Således leder den snabba förlusten av fett, i vilken en stor mängd av ett ämne har samlats, till att ett giftigt ämne släpps ut i blodet. Mobilisering av fettvävnad hos djur noteras ofta under häckningssäsongen. I ekologiskt ogynnsamma regioner kan detta åtföljas av massdöd av djur när de når puberteten. Ihållande föroreningar kan också överföras till avkommor, hos fåglar och fiskar - med innehållet i gulesäcken, hos däggdjur - med mjölk från en ammande mamma. I det här fallet är utvecklingen av effekter hos avkommor som inte manifesteras hos föräldrar möjlig.

2.6. Biomagnifiering

Kemikalier kan röra sig genom näringskedjorna från bytesorganismer till konsumentorganismer. För mycket lipofila ämnen kan denna rörelse åtföljas av en ökning av koncentrationen av giftämnet i vävnaderna i varje efterföljande organism - en länk i näringskedjan. Detta fenomen kallas biomagnifiering. Så, DDT användes för att döda myggor på en av de kaliforniska sjöarna. Efter behandling var halten bekämpningsmedel i vattnet 0,02 miljondelar (ppm). Efter en tid bestämdes DDT vid en koncentration av 10 ppm i plankton, 900 ppm i vävnaderna hos plankätande fiskar, 2700 ppm hos rovfiskar och 21000 ppm hos fiskätande fåglar. Det vill säga innehållet av DDT i vävnaderna hos fåglar som inte exponerades direkt för bekämpningsmedlet var 1 000 000 gånger högre än i vatten och 20 gånger högre än i fiskkroppen - den första länken i näringskedjan.

Rachel Carsons bok, Silent Spring, som nämndes tidigare, ger ett sådant exempel. Träd behandlades med DDT för att kontrollera almslinvedvektorn, Scolytes multistriatus, en almslintvedsvektor. En del av bekämpningsmedlet kom ner i jorden, där det absorberades av daggmaskar och samlades i vävnaderna. Migrerande trastar som främst äter daggmaskar utvecklade bekämpningsmedelsförgiftning. Några av dem dog, medan andra hade en störd reproduktionsfunktion – de lade sterila ägg. Som ett resultat har bekämpning av trädsjukdomar lett till att migrerande trastar nästan har utrotats i flera delar av USA.

3. Ekotoxikodynamik

3.1. Allmänna begrepp

Ekotoxikodynamik är en del av ekotoxikologin som överväger specifika utvecklingsmekanismer och former av den toxiska processen som orsakas av ekotoxiska ämnens verkan på biocenosen och/eller enskilda arter som utgör den.

Mekanismerna genom vilka ämnen kan orsaka negativa effekter i biogeocenoser är många och förmodligen unika i varje enskilt fall. De är dock klassificerbara. Det är alltså möjligt att peka ut direkta, indirekta och blandade effekter av ekotoxiska ämnen.

Direkt verkan är en direkt skada på organismer av en viss population eller flera populationer (biocenos) av ett ekotoxiskt medel eller en kombination av ekotoxiska ämnen av en given främlingsfientlig miljöprofil. Ett exempel på ämnen med liknande verkningsmekanism på människor är kadmium. Denna metall ackumuleras i kroppen även vid dess minimala innehåll i miljön och, när en kritisk koncentration uppnås, initierar den en giftig process som manifesteras av skador på andningsorganen, njurarna, immunsuppression och cancer.

Indirekt - detta är verkan av miljöns främlingsfientliga profil på de biotiska eller abiotiska delarna av befolkningens livsmiljö, som ett resultat av vilket miljöns förhållanden och resurser upphör att vara optimala för dess existens.

Många giftämnen kan utöva både direkt och indirekt, d.v.s. blandad handling. Ett exempel på ämnen med en blandad mekanism för ekotoxisk verkan är i synnerhet herbiciderna 2,4,5-T och 2,4-D, som innehåller en liten mängd 2,3,7,8-tetraklordibenso-p-dioxin (TCDD) som en förorening. Den utbredda användningen av dessa ämnen av den amerikanska armén i Vietnam orsakade betydande skada på landets flora och fauna och direkt på människors hälsa.

3.2. Ekotoxicitet

Ekotoxicitet är förmågan hos en given främlingsfientlig miljöprofil att orsaka negativa effekter i motsvarande biocenos. I de fall då kränkningen av den naturliga främlingsfientliga profilen är förknippad med överdriven ackumulering av endast en förorening i miljön, kan vi villkorligt tala om ekotoxiciteten för endast detta ämne.

I enlighet med idén om organiseringsnivåerna för biologiska system i ekologi är det vanligt att särskilja tre sektioner (G.V. Stadnitsky, A.I. Rodionov, 1996):

Autecology - beskrivning av ekologiska effekter på organismnivå;

Demekologi - ekologiska effekter på befolkningsnivå;

Synekologi - effekter på nivån av biocenos.

I detta avseende, och negativa ekotoxiska effekter, är det tillrådligt att överväga:

På kroppens nivå (autekotoxiska) - de manifesteras av en minskning av motståndet mot andra aktiva miljöfaktorer, en minskning av aktiviteten, sjukdomar, kroppens död, karcinogenes, reproduktiv dysfunktion, etc.

På befolkningsnivå (demotoxisk) - de manifesteras av befolkningens död, en ökning av sjuklighet, dödlighet, en minskning av födelsetalen, en ökning av antalet medfödda utvecklingsdefekter, en kränkning av demografiska egenskaper (förhållandet mellan åldrar, kön, etc.), en förändring i medellivslängden, kulturell försämring.

På nivån av biogeocenos (synekotoxisk) - de manifesteras av en förändring i befolkningsspektrumet för cenosen, upp till försvinnandet av enskilda arter och uppkomsten av nya som inte är karakteristiska för denna biocenos, en kränkning av interspecifika relationer.

Vid bedömning av ekotoxiciteten för endast ett ämne i förhållande till representanter för endast en art av levande varelser, kan de kvalitativa och kvantitativa egenskaper som antagits i klassisk toxikologi (akuta, subakuta, kroniska toxicitetsvärden, doser och koncentrationer som orsakar mutagena, cancerframkallande och andra typer av effekter, etc.) användas fullt ut. I mer komplexa system mäts dock inte ekotoxicitet med siffror (kvantitativt), den kännetecknas av ett antal indikatorer kvalitativt eller semikvantitativt, genom begreppen HazardF eller Uecological riskF.

Beroende på varaktigheten av ekotoxiska ämnens verkan på ekosystemet kan man tala om akut och kronisk ekotoxicitet.

3.2.1. Akut ekotoxicitet

Den akuta toxiska effekten av ämnen på biocenosen kan vara resultatet av olyckor och katastrofer, åtföljda av utsläpp av en stor mängd av ett relativt instabilt giftigt ämne i miljön eller felaktig användning av kemikalier.

Historien känner redan till sådana händelser. Så, 1984, i Bhopal (Indien), inträffade en olycka vid det amerikanska kemiföretagets anläggning för tillverkning av bekämpningsmedel UUnion CarbideF. Som ett resultat kom en stor mängd pulmonotropt ämne metylisocyanat in i atmosfären. Eftersom ämnet var en flyktig vätska bildade det ett instabilt infektionsfokus. Emellertid förgiftades cirka 200 tusen människor, varav 3 tusen dog. Den främsta dödsorsaken är akut lungödem.

Ett annat välkänt fall av akut giftig-ekologisk katastrof inträffade i Irak. Regeringen i denna stat köpte ett stort parti spannmål som utsäde. Fröspannmål behandlades med metylkvicksilverfungicid för skadedjursbekämpning. Men denna sats spannmål kom av misstag ut på marknaden och användes för att baka bröd. Som ett resultat av denna ekologiska katastrof förgiftades mer än 6,5 tusen människor, varav cirka 500 dog.

År 2000, i Rumänien, vid ett av företagen för utvinning av ädelmetaller, som ett resultat av en olycka, läckte cyanvätesyra och produkter innehållande cyanid. Enorma mängder giftiga ämnen kom in i Donaus vatten och förgiftade alla levande varelser i hundratals kilometer nedströms.

Den största miljökatastrofen är användningen av mycket giftiga kemikalier för militära ändamål. Under första världskriget använde de krigförande länderna cirka 120 tusen ton giftiga ämnen på slagfälten. Som ett resultat förgiftades mer än 1,3 miljoner människor, vilket kan betraktas som en av de största miljökatastroferna i mänsklighetens historia.

Akuta ekotoxiska effekter leder inte alltid till dödsfall eller akut sjukdom hos människor eller andra exponerade arter. Så bland de medel som användes under första världskriget fanns det också svavelsenap. Detta ämne, som är ett cancerframkallande ämne, orsakade sen död hos de som drabbats av neoplasmer.

3.2.2. Kronisk ekotoxicitet

Subletala effekter är vanligtvis förknippade med ämnens kroniska toxicitet. Ofta innebär detta en kränkning av reproduktiva funktioner, immunförskjutningar, endokrin patologi, missbildningar, allergier etc. Men kronisk exponering för ett giftigt ämne kan också leda till dödsfall bland individer av vissa arter.

Manifestationer av ekotoxiska medels verkan på människor kan vara mycket olika och, vid vissa nivåer av exponeringsintensitet, är de ganska specifika för den verkande faktorn.

Mekanismer för ekotoxicitet

Många exempel på kemikaliers verkningsmekanismer på vilda djur ges i modern litteratur, vilket gör att man kan bedöma deras komplexitet och oväntade egenskaper.

1. Direkt verkan av giftiga ämnen, vilket leder till massdöd av känsliga arter. Användningen av effektiva bekämpningsmedel leder till massdöd av skadedjur: insekter (insekticider) eller ogräs (herbicider). Denna ekotoxiska effekt bygger en strategi för användningen av kemikalier. Men i vissa fall finns det åtföljande negativa fenomen. Så i Sverige, på 50-60-talet. metylkvicksilverdicyanamid har använts i stor utsträckning för fröbehandling av spannmålsgrödor. Koncentrationen av kvicksilver i spannmål var mer än 10 mg/kg. Periodisk hackning av det behandlade frökornet av fåglar ledde till massdöd av fasaner, duvor, rapphöns och andra granätande fåglar av kronisk kvicksilverförgiftning efter några år.

När man bedömer den ekologiska situationen är det nödvändigt att tänka på toxikologins grundläggande lag: olika typer av levande organismers känslighet för kemikalier är alltid olika. Därför kan uppkomsten av en förorening i miljön, även i små mängder, vara skadlig för representanter för de mest känsliga arterna. Således dödar blyklorid daphnia under dagen när den finns i vatten i en koncentration av cirka 0,01 mg / l, vilket är av liten fara för representanter för andra arter.

2. Direkt verkan av xenobiotikan, vilket leder till utvecklingen av allobiotiska tillstånd och speciella former av den toxiska processen. I slutet av 1980-talet dog cirka 18 000 sälar till följd av virusinfektioner i Östersjön, Nordsjön och Irländska sjön. En hög halt av polyklorerade bifenyler (PCB) hittades i vävnader hos döda djur. Det är känt att PCB, liksom andra klorhaltiga föreningar, såsom DDT, hexaklorbensen, dieldrin, har en immunsuppressiv effekt på däggdjur. Deras ackumulering i kroppen ledde till en minskning av sälarnas motståndskraft mot infektion. Sålunda, utan att direkt orsaka djurens död, ökade föroreningen avsevärt deras känslighet för verkan av andra ogynnsamma miljöfaktorer.

Ett klassiskt exempel på denna form av ekotoxisk verkan är en ökning av antalet neoplasmer, en minskning av reproduktionsmöjligheter i populationer av människor som bor i regioner som är förorenade med ekotoxiska medel (Sydvietnams territorier - dioxin).

3. Embryotoxisk effekt av ekoföroreningar. Det är välkänt att DDT, som ackumuleras i vävnader hos fåglar som gräsand, fiskgjuse, skallig örn, etc., leder till att äggskalet förtunnas. Som ett resultat kan kycklingarna inte kläckas och dö. Detta åtföljs av en minskning av fågelpopulationen.

Exempel på de toxiska effekterna av olika xenobiotika (inklusive läkemedel) på mänskliga och däggdjursembryon är allmänt kända (se avsnitt Uteratogenes).

4. Direkt verkan av den förorenande bioomvandlingsprodukten med en ovanlig effekt. Fältobservationer av viviparösa fiskar (cyprinider) i Florida avslöjade populationer med ett stort antal honor med tydliga tecken på maskulinisering (speciellt beteende, modifiering av analfenan, etc.). Dessa populationer hittades i en flod nedströms en nötbearbetningsanläggning. Ursprungligen troddes avrinningen innehålla maskuliniserande ämnen. Studier har dock visat att det inte finns några sådana ämnen i utsläppen: avloppsvatten orsakade inte maskulinisering. Vidare fann man att avloppsvattnet innehöll fytosteron (bildat under bearbetning av råvaror), som, en gång i flodens vatten, exponerades för de bakterier som lever här och förvandlades till androgen med deras deltagande. Det senare orsakade också en negativ effekt.

Ekotoxikometri

Allmän metodik

Ekotoxikometri är en del av ekotoxikologin, inom vilken metodologiska tekniker övervägs som gör det möjligt att utvärdera (prospektivt eller retrospektivt) ekotoxiciteten hos främlingsfientliga läkemedel.

Alla typer av klassiska kvantitativa toxikologiska studier används fullt ut för att bestämma ekotoxiciteten hos främlingsfientliga läkemedel (se avsnittet UToxikometri).

Den akuta toxiciteten hos ekoföroreningar bestäms experimentellt på flera arter som är representanter för olika nivåer av trofisk organisation i ekosystemet (alger, växter, ryggradslösa djur, fiskar, fåglar, däggdjur). U.S. Environmental Protection Agency kräver, när de definierar kriterier för kvaliteten på vatten som innehåller ett visst giftigt ämne, att bestämma dess toxicitet på minst 8 olika typer av sötvattens- och marina organismer (16 tester).

Upprepade försök har gjorts att rangordna arterna av levande varelser efter deras känslighet för främlingsfientliga läkemedel. Men för olika giftämnen är förhållandet mellan levande varelsers känslighet för dem olika. Dessutom är användningen i ekotoxikologi av standardart F av representanter för vissa nivåer av ekologisk organisation för att bestämma ekotoxiciteten för främlingsfientliga ämnen, ur vetenskaplig synvinkel, inte korrekt, eftersom känsligheten hos djur, även närliggande arter, ibland skiljer sig mycket signifikant.

Vid utvärdering av ekotoxicitet måste man ta hänsyn till att även om nästan alla ämnen kan orsaka akuta toxiska effekter, upptäcks inte kronisk toxicitet för varje förening. Ett indirekt värde som anger graden av fara för ett ämne under dess kroniska verkan är förhållandet mellan koncentrationer som orsakar akuta (LC50) och kroniska (toxiska verkanströskel) effekter. Om detta förhållande är mindre än 10 anses ämnet ha låg kronisk exponeringsrisk.

Vid utvärdering av ett ämnes kroniska ekotoxicitet bör följande omständigheter beaktas:

1. Att bestämma farokvoten är bara det allra första steget för att fastställa ett ämnes ekotoxiska potential. Under laboratorieförhållanden bestäms tröskelkoncentrationerna för den kroniska verkan av giftiga ämnen genom att bedöma gruppens dödlighet, tillväxt och reproduktionsförmåga. Studiet av andra effekter av kronisk exponering för ämnen kan ibland leda till olika numeriska egenskaper.

2. Toxicitetsstudier utförs på djur som är lämpliga att hållas under laboratorieförhållanden. De sålunda erhållna resultaten kan inte betraktas som absoluta. Giftiga ämnen kan orsaka kroniska effekter hos vissa arter och inte hos andra.

3. Interaktionen mellan ett giftigt ämne och biotiska och abiotiska delar av miljön kan avsevärt påverka dess toxicitet under naturliga förhållanden (se ovan). Detta är dock inte föremål för studier under villkor

Toxisk effekt skadliga ämnen är resultatet av samverkan mellan en organism, ett skadligt ämne och miljön. Effekten av exponering för olika ämnen beror på mängden av ämnet som har kommit in i kroppen, dess fysikaliska och kemiska egenskaper, intagets varaktighet och kemiska reaktioner i kroppen.

Den toxiska effekten beror på artens biologiska egenskaper, kön, ålder och individuell känslighet hos organismen, giftets struktur och fysikalisk-kemiska egenskaper, mängden

ämne som fallit in i kroppen, miljöfaktorer (temperatur, atmosfärstryck etc.).

Förgrening av kedjan av kolväteatomer försvagar således den toxiska effekten jämfört med oförgrenade isomerer.Införandet av en hydroxylgrupp i molekylen minskar toxiciteten (alkoholer är mindre giftiga än motsvarande kolväten). Införandet av en halogen i en molekyl av en organisk förening ökar dess toxicitet, och så vidare.

Artens känslighet för olika organismers gifter är mycket olika, vilket beror på särdragen av metabolism, kroppsvikt etc. Det finns en viss skillnad i bildandet av den toxiska effekten beroende på kön: det finns en större känslighet hos kvinnor för verkan av organiska lösningsmedel, och män för borföreningar, mangan. Vissa gifter är mer giftiga för unga, medan andra är mer giftiga för äldre. Individuell känslighet bestäms av hälsotillståndet.

I vissa fall intermittent(intermittent) verkan av giftet förstärker den toxiska effekten. En ökning av den lgzhiska effekten på människokroppen observeras med en ökning av temperatur, luftfuktighet och barometertryck. Med en betydande fysisk belastning observeras en ökning av lungventilationen, vilket leder till en intensiv fördelning av det giftiga ämnet i kroppen. Buller och vibrationer kan också förstärka den giftiga effekten.

Den allmänna toxikologiska klassificeringen av industriella gifter inkluderar följande typer av effekter på levande organismer:

- allmänt giftig (koma, hjärnödem, konvulsioner): alkohol och dess surrogat, kolmonoxid;

- nervgift (kramper, förlamning): nikotin, vissa bekämpningsmedel, OS;

- hudresorptiv (lokal inflammation i kombination med allmänna toxiska effekter): ättiksyra, dikloretan, arsenik;

- kvävande(toxiskt hjärnödem): kväveoxider, viss OM;

- tårar och irriterande (irritation av slemhinnor i ögon, näsa, hals): ångor av starka syror och alkalier;

^100- psykotropa(nedsatt mental aktivitet, medvetande): droger, atropin;

- sensibiliserande (allergier): formaldehyd, lösningsmedel, fernissor;

- mutagen(brott mot den genetiska koden, förändringar i ärftlig information): bly, mangan, radioaktiva isotoper;

- cancerframkallande(orsakar maligna tumörer): krom, nickel, asbest;

- teratogen(påverkar reproduktion, fertil funktion): kvicksilver, bly, styren, borsyra.

De tre sista typerna av exponering för skadliga ämnen - mutagena, cancerframkallande och teratogena - kallas långsiktiga konsekvenser av kemiska föreningars påverkan på kroppen. Detta är en specifik handling som visar sig inte under exponeringsperioden och inte omedelbart efter dess slut, utan i avlägsna perioder, år och till och med decennier senare. Uppkomsten av olika effekter noteras, och i efterföljande generationer, särskilt för ämnen med mutagena egenskaper.

Dessutom har gifter också selektiv toxicitet, d.v.s. utgör den största faran för ett visst organ eller kroppssystem. Enligt selektiv toxicitet särskiljs gifter:

- påverkar hjärtat. Dessa inkluderar många läkemedel, växtgifter, metallsalter (barium, kalium);

- påverkar nervsystemet och orsakar störning av mental aktivitet. Dessa är alkohol, droger, kolmonoxid, vissa bekämpningsmedel;

- ackumuleras i levern. Bland dem bör klorerade kolväten, giftiga svampar, fenoler och aldehyder särskiljas;

- ackumuleras i njurarna. Dessa är tungmetallföreningar, etylenglykol, oxalsyra;

- påverkar blodet. Dessa är anilin och dess derivat, nitriter;

- påverkar lungorna. Dessa är kväveoxider, ozon, fosgen;

- ackumuleras i ben och påverkar blodbildningen - strontium.

För en stor grupp av aerosoler (damm) som inte har uttalad toxicitet bör det noteras fibrogen effekt handlingar på kroppen. Dessa inkluderar aerosoler av kol, koks, sot av diamanter, damm av animaliskt och vegetabiliskt ursprung, silikat- och kiselhaltigt damm, aerosoler för sönderdelning och kondensering av metaller.

Att komma in i andningsorganen skadar ämnen i denna grupp slemhinnan i de övre luftvägarna, vilket leder till utvecklingen av bronkit. Damm som dröjer kvar i lungorna orsakar degenerering av lungvävnad till bindväv och ärrbildning (fibros) i lungorna. Arbetssjukdomar associerade med exponering för aerosoler - pneumokonios och kronisk dammbronkit - upptar andraplatsen i frekvens bland alla yrkessjukdomar i Ryssland.

Närvaron av en fibrogen effekt utesluter inte den allmänna toxiska effekten av aerosoler. Giftiga damm inkluderar aerosoler av bekämpningsmedlet DDT, bly, beryllium, arsenik etc. När de kommer in i andningsorganen utvecklas förutom lokala förändringar i de övre luftvägarna en bild av akuta och kroniska förgiftningar.

I produktionen påträffas sällan en isolerad effekt av skadliga ämnen, vanligtvis utsätts en anställd för en kombinerad effekt av negativa faktorer av olika karaktär (fysiska, kemiska, svårighetsfaktorer och arbetsintensitet) eller en kombinerad effekt av faktorer av samma natur, till exempel en grupp kemikalier. Kombinerad handling- detta är en samtidig eller sekventiell effekt på kroppen av flera gifter med samma inträdesväg. Det finns flera typer av kombinerad verkan av gifter, beroende på effekterna av toxicitet: