Первая часть статьи профессора Валерия Петросяна (статья разделена на части условно).
Экотоксикология – часть современного естествознания, в рамках которой исследователи (химики, биологи и медики) исследуют поведение токсичных веществ в окружающей среде и их влияние на биоту, включая человека. Эти антропогенные химические воздействия с каждым годом, к сожалению, становятся всё более и более интенсивными, что обусловлено, прежде всего, увеличением объёмов уже известных химических препаратов, используемых в промышленности, сельском хозяйстве, энергетике, на транспорте, в коммунальном сервисе и домашнем хозяйстве, а также появлением новых химических веществ, оказывающих негативное воздействие на качество окружающей среды, биоразнообразие и здоровье человека.
Новые результаты об экотоксикологических эффектах различных химических соединений появляются в мировой научной литературе с такой скоростью, что даже профессионалам, работающим в данной области исследований, трудно отслеживать эти результаты. Ежегодно проводится две конференции по химии и токсикологии окружающей среды (одна - в Европе и одна - на североамериканском континенте), в каждой из которых участвует более тысячи специалистов. Если посмотреть на программу Третьего всемирного конгресса (в рамках которого с 21 по 25 мая 2000 года в Великобритании прошла 10-ая Европейская конференция), то можно увидеть, что в каждом из семи больших разделов этой программы (химия окружающей среды, токсикология окружающей среды, взаимосвязь между качеством экосистем и здоровьем населения и т.д.) рассматривается группа специфических проблем (анализ экотоксикантов, превращения и перенос устойчивых органических загрязняющих веществ, определение форм и биодоступности следовых элементов, разложение пестицидов в почвах и подземных водах, демографическая экотоксикология, токсичность седиментов, оценка качества почв, токсичность стоков, обработка сточных вод, превращения и эффекты фармацевтических препаратов, эндокринные разрушители, биоаккумуляция и перенос по трофическим цепям и т.д. и т.п.).
Каждой из этих проблем посвящена отдельная сессия, в рамках которой были представлены устные и стендовые доклады специалистов из разных стран. Мой опыт участия в таких конференциях показывает, что с них уезжаешь обогащённым новыми данными и идеями, что, безусловно, помогает как в исследовательской, так и в профессорской деятельности. К сожалению, участников из России в этих конференциях всегда можно пересчитать “по пальцам” и в том числе и поэтому уровень экологического образования и экологической культуры населения России сегодня находится на очень низком уровне.
Большая часть населения, в том числе молодёжи, практически ничего не знает о химическом загрязнении окружающей среды и о негативных эффектах на окружающую среду и здоровье населения различных экотоксикантов. Особый интерес с этой точки зрения вызывают [1] приоритетные органические (Табл. 1), неорганические (Табл. 2) и металлоорганические (Табл. 3) суперэкотоксиканты.
Таблица 1. Основные типы органических экотоксикантов, их источники и обусловленные ими стрессы
Токсиканты |
Основные источники |
Типы химических стрессов |
Полиядерные ароматические углеводороды (ПАУ) |
Образуются при неполном сгорании древесины, угля и нефтепродуктов |
Возникновение раковых опухолей |
Хлорзамещенные алкены (три- и тетрахлорэтилены) |
Химчистки, использующие эти вещества в качестве растворителей |
Канцерогенез, мутагенез и воздействие на центральную нервную систему |
Хлорированные фенолы (три- и пентахлорфенолы ) |
Коммерческие средства сохранения древесины |
Повреждения печени и почек, хлоракне, паралич конечностей, влияние на сердце и слизистые оболочки |
Хлороформ и другие продукты хлорирования питьевой воды |
Использующие хлорирование станции водоподготовки |
Обуславливают канцерогенез, негативно влияют на печень и сердце |
Полихлорированные бифенилы (ПХБ ) |
Трансформаторные и смазочные масла, пластификаторы |
Накапливаются в жировых тканях биоты и вызывают токсическое действие |
Полихлорированные дибензодиоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ) |
Микропримеси в ПХБ, хлорфенолах, 2,4,5–Т, продуктах сгорания ПВХ и отбеленной целлюлозе |
Являются самыми токсичными антропогенными веществами |
Альдрин, гептахлор, ДДТ, диэльдрин и хлордан
|
Хлорорганические пестицидные препараты |
Растворяются в жировых тканях организмов и биоаккумулируют в трофических цепях, оказывая токсическое воздействие на биоту и человека |
Таблица 2. Основные типы неорганических экотоксикантов, их источники и обусловленные ими стрессы
Газы (СO,NO, NO2, SO2) |
Выбросы промышленных, энергетических предприятий и автотранспорта |
Моноксид углерода обуславливает кислородную недостаточность. Оксиды азота и серы вызывают болезни бронхов и легких, а SO2 способствует некрозу листьев. |
Нитраты и нитриты |
Азотные удобрения |
Высокие концентрации в питьевой воде вызывают метгемоглобинемию («синдром голубого ребенка») |
Алюминий |
Сточные воды |
При низких значениях pH приводит к гибели организмов в водных системах |
Кадмий |
Производство цинка и сплавов, гальваника и сигареты |
Токсичность и канцерогенез |
Медь |
Кабельное производство, электроника |
Токсична при высоких концентрациях |
Мышьяк |
Пестициды, сплавы, зола |
Проявляет токсичность и канцерогенез |
Никель |
Сплавы, покрытия, аккумуляторы |
Вызывает образование раковых опухолей и проявляет общую токсичность |
Ртуть |
Производство щёлочи и хлора , добыча золота, электроника, катализ |
Высокотоксична и легко накапливается в организмах, проявляя разрушающее воздействие на внутренние органы и центральную нервную систему |
Свинец |
Бензин, краски, аккумуляторы, керамика |
Токсичен, вызывает анемию и психические расстройства |
Селен |
Электроника, сплавы, стекло |
Весьма токсичен |
Хром |
Катализаторы, краски, сплавы |
Cr(VI) – канцерогенен и более токсичен, чем Cr(III) |
Цинк |
Гальваника, сплавы |
Токсичен, но меньше,чем вышеприведенные металлы |
Таблица 3. Основные типы металлоорганических экотоксикантов, их источники и обусловленные ими стрессы
Производные трибутил- и трифенилолова |
Краски для судов, стабилизаторы ПВХ, каталитические процессы |
Вызывают половые превращения моллюсков. Их триметильные и триэтильные аналоги являются нейротоксикантами |
Производные метилртути |
Используются как биоциды и образуются при метилировании в окружающей среде |
Вызывают существенные повреждения печени и центральной нервной системы у биоты и человека |
Алкильные производные свинца |
Автомобильное топливо |
Me4Pb и Et4Pb, попадая в организм, претерпевают превращения в производные триалкилсвинца и нарушают нормальные функции нервной системы |
При рассмотрении основных типов органических, неорганических и металлоорганических экотоксикантов в Таблицах 1-3 необходимо иметь ввиду, что негативные эффекты этих токсичных веществ определяются в значительной мере их химической природой (электронное и пространственное строение молекул, наличие в них металлов, связанных с органическими и неорганическими лигандами, количество атомов хлора в различных органических токсикантах и другие свойства). Однако, основным фактором, обуславливающим проявление токсического воздействия, является концентрация экотоксиканта в живом организме (растении, животном, человеке). Чрезвычайно важно иметь ввиду, что из всей последовательности процессов (поглощение, биотрансформация, детоксикация, выведение и аккумуляция) ключевую роль играет последний, определяющий накопление экотоксиканта в организме. При этом необходимо сознавать, что биоаккумуляция представляет собой накопление токсиканта в организме из всех источников (вода, воздух, пища) и отличается от биоконцентрирования, которое представляет собой только накопление токсиканта из воды.
Проанализируем в этой связи некоторые данные, полученные в самое последнее время в России и за рубежом, показывающие, что химическое загрязнение экосистем вообще, и водных экосистем, в частности, может играть важную роль в глобальной проблеме биоразнообразия.
Прежде всего, рассмотрим полученные нами результаты исследования биоаккумуляции различных типов органических экотоксикантов (полиядерные ароматические углеводороды, фенолы, хлорорганические и некоторые другие соединения) в трофических цепях озера Байкал. В Табл. 4 приведены суммарные данные [2] по биоаккумуляции различных органических экотоксикантов в яйцах 16 видов птиц Байкальского региона, что позволяет сделать выводы о степени накопления этих токсикантов в трофической цепи: вода-фитопланктон-зоопланктон-рыбы-птицы.
Таблица 4. Органические экотоксиканты в яйцах птиц Байкальского региона ( мкг/кг )
Экотоксиканты
Виды птиц |
Сумма ПАУ |
Сумма фенолов |
Хлор- органика |
Сумма нитро-бензолов |
Дибензо-фуран |
Anas platyrhynchos |
10688.9 |
510.9 |
412.2 |
487.0 |
14.6 |
Anas acuta |
521.8 |
141.1 |
619.5 |
44.7 |
<5 |
Anas clypeata |
695.9 |
770.8 |
13255.6 |
313.9 |
51.5 |
Aythia fuligula |
1150.4 |
358.9 |
3155.6 |
819.0 |
150.5 |
Aythia ferina |
60.7 |
364.4 |
837.7 |
116.4 |
12.8 |
Anser anser |
718.4 |
229.0 |
874.4 |
549.5 |
34.4 |
Gallus gallus (1) |
203.7 |
282/6 |
646.3 |
198.5 |
137.5 |
Gallus gallus (2) |
416.3 |
262.2 |
1297.3 |
144.9 |
53.6 |
Ardea cinerea |
490.9 |
272.4 |
825.0 |
184.7 |
48.2 |
Larus argentatus |
834.7 |
244.4 |
336.3 |
148.5 |
11.2 |
Larus canus |
939.1 |
174.8 |
448.8 |
96.2 |
47.0 |
Sterna hirundo |
1266.9 |
336.8 |
309.4 |
133.5 |
34.4 |
Larus ridibundus |
623.7 |
572.0 |
1401.0 |
75.7 |
26.5 |
Vanellus vanellus |
688.5 |
250.2 |
515.1 |
285.8 |
9.2 |
Podiceps auritus |
8349.7 |
1482.0 |
583.4 |
175.4 |
64.1 |
Tringa stagnatilis |
3893.1 |
412.8 |
5549.9 |
609.7 |
57.8 |
Анализ этих данных показывает, что уровень биоаккумуляции ПАУ существенно более высок для таких птиц как Anas platyrhynchos, Podiceps auritus и Tringa stagnatilis. В то же время, максимальные уровни биоаккумуляции фенолов набдюдаются для таких видов как Podiceps auritus и Anas clypeata. В случае хлорорганических соединений уровень биоаккумуляции максимален для Anas clypeata, Tringa stagnatilis и Aythia fuligula. Максимальные суммы нитробензолов обнаружены в Aythia fuligula, Tringa stagnatilis, Anser anser и Anas platyrhynchos. И, наконец, дибензофуран более всего биоаккумулировался в Aythia fuligula и Gallus gallus.
В итоге этого анализа очевидно, что, по крайней мере, пять видов птиц (Anas platyrhynchos - кряква, Podiceps auritus – красношейная поганка, Tringa stagnatilis - порученик, Anas clypeata - широконоска и Aythia fuligula –хохлатая чернеть) биоаккумулируют больше всего найденных органических экотоксикантов, что позволяет предположить, что именно эти виды испытывают наиболее сильное экотоксикологическое воздействие.
Рассмотрим теперь другой набор полученных нами [3] данных (Табл. 5), характеризующих биоаккумуляцию некоторых приоритетных органических экотоксикантов в трофической цепи фитопланктон-зоопланктон-рыба-нерпа (байкальский тюлень).
Таблица 5. Содержание органических экотоксикантов в трофической цепи озера Байкал (ng/g)
Экотоксиканты Биота |
ПАУ |
ДДТ и метаболиты |
ПХБ |
Донные отложения |
181 |
15 |
- |
Водоросли |
537 |
- |
- |
Губки |
327 |
- |
- |
Водные растения |
1081 |
- |
- |
Фитопланктон |
5030 |
- |
- |
Зоопланктон |
7420 |
- |
- |
Карп |
67 |
- |
39 |
Окунь |
29 |
- |
- |
Карась |
63 |
- |
22 |
Щука |
60 |
- |
88 |
Омуль |
86 |
- |
38 |
Голомянка |
1018 |
443 |
1170 |
Молодые тюлени(3 мес) |
312-605 |
2200-4891 |
1710-3270 |
Самки тюленей (7 лет) |
681 |
7760 |
12810 |
Самцы тюленей (9 лет) |
1762 |
80740 |
71074 |
Из приведённых в Табл. 5 данных очевидный интерес представляет, прежде всего, значительный уровень биоаккумуляции ПАУ в водных растениях, фитопланктоне и зоопланктоне, что, по-видимомму, объясняется малыми скоростями метаболизма. В то же время, в большинстве байкальских рыб (кроме голомянки) уровни биоаккумуляции ПАУ, а также ДДТ (с метаболитами) и ПХБ весьма малы, что указывает на существенно более высокие скорости метаболизма. Высокие уровни биоаккумуляции найденных экотоксикантов в голомянке, которая более чем наполовину состоит из жира, а также байкальской нерпы (молодых и взрослых особей), по-видимому, ещё раз указывают на то, что органические экотоксиканты имеют тенденцию преимущественно биоаккумулироваться в жировых тканях организмов.
Полученные нами данные представляется интересным сравнить с недавно опубликованными американскими и канадскими специалистами [ 4 ] результатами исследования содержания аналогичных и некоторых других хлорорганических токсикантов в печени выдр (Табл. 6).
Таблица 6. Содержание хлорорганических экотоксикантов в печени североамериканской выдры
Регион |
Экотоксиканты (мкг/кг) |
||||
|
ПХБ |
ДДТ |
Гексахлоран |
ПХДД |
ПХДФ |
Калифорния |
190 |
850 |
9 |
0.004 |
0.001 |
Аляска |
8 |
1 |
6 |
0.001 |
не обн. |
Алеутские острова |
310 |
36 |
5 |
0.001 |
0.001 |
Сравнение данных Табл. 5 и 6 показывает, что содержание ДДТ и ПХБ в жировых тканях взрослых самцов байкальской нерпы в 300-400 раз выше, чем в печени североамериканской выдры.
Таким образом, даже если в природной воде содержание приоритетных органических экотоксикантов находится на уровне, соответствующем ПДК, это ещё не является гарантией того, что биоте в данной водной экосистеме не угрожает серьёзная опасность. Следовательно, для сохранения биоразнообразия необходимо добиваться такой ситуации, чтобы высокотоксичные ксенобиотики вообще не поступали в окружающую среду в сколько-нибудь заметных концентрациях.
Рассмотрим теперь некоторые проблемы со здоровьем человека, обусловленные поступлением в окружающую среду таких суперэкотоксикантов как диоксины [5].
Диоксины - краткое название большой группы высокотоксичных экотоксикантов - полихлорированных дибензодиоксинов (ПХДД, I) и дибензофуранов (ПХДФ, II)
Для обозначения положения атомов хлора в бензольных кольцах диоксинов и фуранов используют цифры в соответствии с правилами «Женевской номенклатуры органических соединений» и ниже приведены некоторые изомеры тетра-(III), пента-(IY), гекса-(Y), гепта(YI)- и окта-(YII)-хлорзамещённых соединений (такие изомеры называют также конгенерами):
![]() ![]() |
Всего комментариев: 0 | |