02.02.2017
Современные проблемы экотоксикологии

 

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):

 

Статьи / 952 / Искандер-ака / Рейтинг: 5 / 1
Всего комментариев: 0
«Эко.знай» — международный сетевой ресурс экологического просвещения © 2015-2021.    Редактор — Александр Жабский.    +7-904-632-21-32,    zhabskiy@mail.ru   
Google PageRank — Ecoznay.ru — Анализ сайта