Экотоксикология ВАСИЛЮК Василий Богданович
Токсический процесс на уровне популяции (экотоксичность) проявляется – - ростом заболеваемости, смертности, уменьшением рождаемости, ростом числа врожденных дефектов; - нарушением демографических характеристик популяции (соотношениеполов, возрастов и пр. ) - падением средней продолжительности жизни культурной членов популяции, их деградацией. 2
Экотоксикология раздел токсикологии, изучающий экотоксичность химических веществ, т. е. их способность вызывать неблагоприятные эффекты в экосистемах (включая популяции человека) в результате изменений естественного ксенобиотического профиля среды. 1969 г. - Рене Траут, термин «Экотоксикология» Международный научный комитет по проблемам окружающей среды 3
Экотоксичность – способность данного ксенобиотического профиля среды вызывать неблагоприятные эффекты в соответствующем биоценозе. Экотоксические эффекты изучаются на уровнях: - организма (аутэкотоксические) - популяции (демэкотоксические) - биогеоценоза (синэкотоксические) 4
Экотоксические эффекты: - организма (аутэкотоксические) - снижение резистентности к другим факторам среды, понижение активности, заболевания, гибель, канцерогенез, нарушение репродуктивных функций и т. д. - популяции (демэкотоксические) – гибель популяции, рост заболеваемости, смертности, уменьшение рождаемости, рост числа врожденных дефектов развития, нарушение демографических характеристик (соотношение полов, возрастов и пр. ), изменение средней продолжительности жизни, культурная деградация; - биогеоценоза (синэкотоксические) – изменение популяционного спектра ценоза, исчезновение отдельных видов, появление новых видов, нарушения межвидовых взаимоотношений. 5
Цель экотоксикологии: - обоснование мероприятий по профилактике вредных воздействий химических факторов внешней среды, - создание благоприятных условий для жизни и деятельности человека, развития и функционирования организмов животного и растительного происхождения. Задачи экотоксикологии: 1. 2. Характеристика ксенобиотического профиля среды обитания; Изучение судьбы экополлютантов в ОС: источники появления, распределение в абиотических и биотических элементах ОС, превращения ксенобиотиков в среде обитания, элиминацию из ОС – экотоксикокинетика; 3. Изучение механизмов формирования проявлений, последствий неблагоприятного действия измененного ксенобиотического профиля среды на биоценоз и отдельные виды, его составляющие – экотоксикодинамика; 4. Количественная оценка экотоксичности и опасности ксенобиотиков - экотоксикометрия; 5. Разработка мероприятий, направленных на улучшение 6 состояния биосферы и здоровья населения.
Ксенобиотический профиль среды обитания совокупность чужеродных веществ, содержащихся в ОС (воде, почве, воздухе и живых организмах) в форме (агрегатном состоянии), позволяющей им вступать в химические и физико-химические взаимодействия с биологическими объектами экосистем. Естественный ксенобиотический профиль среды обитания – формировался миллионы лет в ходе эволюционных процессов, адаптация биоценозов. Измененный ксенобиотический профиль среды обитания - в результате природных коллизий и хозяйственной деятельности человека 7
Экополлютанты (загрязнители) химические вещества, накапливающиеся в среде в несвойственных ей количествах и являющиеся причиной изменения естественного ксенобиотического профиля среды Загрязнители воздуха Загрязнители воды и почвы Газы: Металлы (свинец, мышьяк, кадмий, ртуть); Пестициды (ДДТ, алдрин, хлордан) Нитраты; Фосфаты; Нефть и нефтепродукты; Органические растворители (толуол, бензол) Галогенированные углеводороды (дихлорэтан); Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ); Полихлорированные бифенилы; Диоксины; Дибензофураны; Кислоты; -Оксиды серы; - Оксиды азота; -Оксиды углерода; - Озон; -Хлор; - Фреоны; -Углеводороды; Пылевые частицы: -Асбест; -Кремний; - Угольная пыль; - Металлы; 8
Экотоксикант: экополлютант, накопившийся в среде в количестве, достаточномдля инициации токсического процесса в биоценозе (на любом уровне организации живой материи). 9
Свойства экотоксикантов: 1. Персистентность - способность существовать длительное 10
Механизмы экотоксичности • Прямое действие токсикантов, приводящее к массовой гибели представителей чувствительных видов • Прямое действие ксенобиотика, приводящее к развитию аллобиотических состояний и специальных форм токсического процесса • Эмбриотоксическое действие экополлютантов • Прямое действие продукта биотрансформации поллютанта с необычным эффектом • Опосредованное действие путем сокращения пищевых ресурсов среды обитания • Взрыв численности популяции вследствие 11 уничтожения вида-конкурента
Экотоксиканты, представляющие наибольшую опасность для человека : 1. Металлы (13) и их соединения: Pb, Cd (Cancer disease, «Итай-Итай» ), Hg (метилртуть, «Минамото» ), Al, Tl, Be, As, Sn, Cr, Se, Sb, Ba, Ag 2. Стойкие органические загрязнители (СОЗ, POPs): - 11 пестицидов ( альдрин, хлордан, дильдрин, ДДТ, эндрин, мирекс, линдан, ГХЦГ, токсафен, гептахлор, гексахлорбензол); - 2 промышленных химиката (гексабромбифенилы, полихлорбифенилы - 3 нецелевых побочных продукта 12
Опасность экотоксикантов для человека • Инициация острых и хронических интоксикаций; • Инициация аллобиотических состояний; • Стимулирование специальных форм токсических процессов (канцерогенез, тератогенез, иммуннотоксичнсоть) 13
Ртуть, Hg, Hydrargyrum, а. номер 80, а. м. 200, 6 Серебристо-белый тяжелый металл, жидкий при н. у. Известен с ~ 3000 г до н. э. Используется в производстве цветных металлов, золота, термометров, точных приборов, амальгам, люминесцентных и кварцевых ламп и пр. 14
Ртуть – кумулирующий яд, нейротоксичен, нефротоксичен, гонадотоксичен, эмбритоксичен, тератоген, канцероген. Окисляется каталазой до Hg+2 (эритроциты, лизосомы, пероксисомы). Вступает в реакции алкилирования с –SH, -COOH, -NH 2 группами белков, c т-РНК, мембранотоксична. Отравление ртутью – меркуриализм (остр, хронич. ) Поражает НС: ртутные тремор, эретизм, полиневриты, параличи, энцефалопатии; Систему пищеварения: язвенно-некротические стоматиты, гастроэнтериты, гематохезия, колиты, гепатиты, цирроз печени; Выделительная система: нефропатии, нефриты, ХПН; Антидоты – Комплексоны : Тетацин - Са (Cа Nа 2 ЭДТА) 10% раствор; Унитиол 5% р-р в/в; Пентацин 5% раствор в/в; 15 D-пеницилламин – 150 мг.
Демеркуризация Механическая (сбор пролитой ртути, резиновой грушей, липкой лентой, пастами и пр. ) Химическая – окисление поверхности металла KMn. O 4, перекись водорода, хлорамины и др. Эффективны: 20% р-р хлорного железа 10% спиртовой р-р йода Р-ры наносятся с помощью распылителей на 1 -2 суток. Затем проветривается 4 -5 суток. Контроль качества: ПДК воздуха – 0, 003 мг/м 3 На поверхности – 2 мг/см 2 При превышении – повторная демеркуризация 16
Свинец Pb, Plumbum, а. номер 82, а. м. 207, 2 Мягкий металл серого цвета, устойчив к щелочам и кислотам. Известен ~ 6500 лет (посуда, водопровод, скульптура). Используется в производстве аккумуляторов, присадок бензина (тетраэтисвинец, 2003 г. ), кабеля, пуль, грузов, хрусталя, красок, для защиты от радиации и пр. Годовое производство 6000 тыс. т. Наиболее токсичны: - органические соединения свинца – тетраэтилсвинец (ТЭС) (LD 50 = 1, 5 мг/кг) - неорганические: Pb. CO 3 (свинцовые белила), сульфат, хлорид, нитрат, ацетат (свинцовый сахар) и сурик Рb 3 О 4. (LD 50 = 0, 1 - 1 г/кг) 17
Свинец – кумулятивный политропный яд, канцероген, тератоген. Вступает в реакции алкилирования с белками по –SH и –COOH группам. Нарушает многие виды обменов. Отравление свинцом – сатурнизм (остр, хронич. ) Свинцовый колорит, свинцовая кайма десен. Поражает НС: полиневриты, параличи, энцефалопатии); Кроветворение: синтез гема, анемии, ретикулоцитоз. Систему пищеварения: свинцовые колики, гиперсекреция, свинцовые гепатиты, цирроз печени; Выделительная система: нефропатии, нефриты, ХПН; Антидоты – Комплексоны : Тетацин - Са (Cа Nа 2 ЭДТА) 10% раствор; Унитиол 5% р-р в/в; Пентацин 5% раствор в/в; 18 D-пеницилламин – 150 мг.
Экотоксиканты, представляющие наибольшую опасность для человека : 1. Металлы (13) и их соединения: Pb, Cd (Cancer disease, «Итай-Итай» ), Hg (метилртуть, «Минамото» ), Al, Tl, Be, As, Sn, Cr, Se, Sb, Ba, Ag 2. Стойкие органические загрязнители (СОЗ, POPs): - 11 пестицидов ( альдрин, хлордан, дильдрин, ДДТ, эндрин, мирекс, линдан, ГХЦГ, токсафен, гептахлор, гексахлорбензол); - 2 промышленных химиката (гексабромбифенилы, полихлорбифенилы - 3 нецелевых побочных продукта 19
СОЗ: токсичные модификаторы пластического обмена. Диоксины Под общим условным названием “диоксины” рассматривается большая группа полигалогенированных ароматических соединений (ПГАС), имеющих сходные физикохимические свойства и механизмы биологического действия. Эта группа объединяет 2, 3, 7, 8 -тетрахлордибензо-п-диоксин (ТХДД, диоксин), обладающий наибольшей биологической активностью, и целый ряд родственных диоксину соединений с меньшей биологической активностью: 75 конгенеров дибензо-п-диоксинов (ПХДД), 135 дибензофуранов (ПХДФ) и 209 бифенилов (ПХБ). 20
Диоксин (ТХДД) - бесцветное негигроскопичное химически и физически инертное кристаллическое вещество, без запаха, с низкой летучестью, высокой адгезивной способностью и электризуемостью. Мм ТХДД – 322; Lg октанол/вода - 6, 8 - 7, 58. T 1|2 на поверхности почвы - 9 – 15 лет, на глубине - 25 – 102 лет. 21
Диоксин (ТХДД) ТХДД может поступать в организм человека всеми известными путями; трансплацентарно и с молоком матери передается плоду и ребенку. t 1|2 составляет 5, 8 – 32, 5 года (7, 1 года). Расчетные однократные LD 50 = 50 мкг/кг (10 -6 г/кг); для человека ED 50 = 0, 1 мкг/кг; Допустимое суточное потребление диоксинов (в I-TEQ): в России – 10 нг/кг/сутки (10 -9 г/кг) ВОЗ – 2 - 6 пг/кг/сутки (10 -12 г/кг) США – 0, 1 пг/кг/сутки 22
Известно более 200 инцидентов «знакомства» людей с ДПС. В литературе описаны случаи загрязнения территории диоксинами и заболеваний людей в 36 когортах из 12 стран мира. Наиболее изученными когортами являются: - американские и австралийские ветераны Вьетнама (когорта «Ranch Hand» – 213 чел. ), - жители Севезо (27 чел. ) , - рабочие предприятия «Химпром» Уфы (128 чел. ), - когорта NIEHS (253 рабочих 12 химических заводов в США), - когорта германских рабочих (48 чел. ). 23
Ветераны войны США во Вьетнаме Особый интерес для медицины представляет современное состояние здоровья военнослужащихветеранов, принимавших участие в войне и перенесших в ходе войны воздействие диоксинсодержащих фитотоксикантов. Старший полковник Нгуен До Са, принимавший участие более чем в 40 боях с американскими войсками стоит на месте высадки их десанта (1999 г. ) 24
Война США во Вьетнаме – Вторая Индокитайская война (1961 -1975) Война США и Республики Вьетнам (Южный Вьетнам, столица г. Сайгон) против Демократической Республики Вьетнам (Северный Вьетнам, столица г. Ханой) 25
Химическое оружие ОВ (~ 11000 т) И Р Р И Т А Н Т Ы: СS - Ортохлорбензмалонодинитрил (~9000 т, практически испытано 34 новых боевых средства доставки ОВ) и его рецептурные формы: CS-I – CS + 5% силикагеля (стойкость 14 суток) CS-II – CS-I + водоотталкивающий силикон (стойкость 30 суток) СN - Хлорацетофенон DМ - Адамсит (хлордигидрофенарсазин) CNS - Рецептурная форма хлорпикрина ВАЕ - Бромацетон П С И Х О Т О М И М Е Т И К: ВZ - 3 -Хинуклидилбензилат 26
Фитотоксиканты боевого применения (Операция «Ranch Hand» ) К 60 -м годам военное ведомство США завершило разработку широкого плана изучения гербицидов как потенциального оружия экологической войны, который предполагалось осуществить на территории Индокитая под кодовым названием "операция "Ranch Hand". К этому времени были: - отобраны гербицидные рецептуры; - разработаны методы и средства их применения; - проведены испытания в условиях, моделирующих тропические зоны Индокитая. По официальным данным в период химической войны США во Вьетнаме (1961 – 1975 гг. ) американской авиацией над различными регионами юга Вьетнама ( около 1, 6 млн. га) было распылено 27 ~100 000 т 15 различных фитотоксикантов.
Фитотоксиканты боевого применения (15 рецептур, 100 000 т распылялись самолетами C-123, C-130, C-47 и вертолетами H-34, спец. авиаотряд № 309) PURPLE GREEN PINK. * ORANGE - дефолиант (лес) * ORANGE II - дефолиант (лес) ("Super Orange") * WHITE - дефолиант (лес) * BLUE - десикант (посевы риса и др. с/х культур) DINOXOL TRINOXOL BROMACIL - стерилизатор почвы MONURON - стерилизатор почвы DIQUAT TANDEX DIURON DALAPON Тактический военно-транспортный самолет C-123 “Provider” Самолеты C-123 распыляют фитотоксиканты 28
«Оранжевый агент» Самым применяемым в войне фитотоксикантом являлся дефолиант «Оранжевый агент» (61, 3%), который содержал технологическую примесь – 2, 3, 7, 8 -тетрахлордибензо-п-диоксин (ТХДД). По разным оценкам в примененном «Оранжевом агенте» содержалось суммарно от 170 до 500 кг ТХДД. (для сравнения: среднегодовой объем эмиссии диоксинов в воздух во всем мире оценивается величиной в 10, 5 кг/год) 29
7 гербицидных рецептур армии США, содержащие диоксин Компоненты Рецептура Оранжевая I R = C 4 H 9 (50%)* R = C 4 H 9 (50%) Оранжевая II Пурпурная R = C 4 H 9 (50%) R = C 8 H 17 (50%) R = C 4 H 9 (30%), i-C 4 H 9 (20%) Розовая Зеленая Диноксол R = C 4 H 9 (50%) R = C 4 H 9 (40%) --- R = C 4 H 9 (90%) R = CH 2 CH 2 OC 4 H 9 (50%) --- R = CH 2 OC 4 H 9 (40%) Триноксол * - процентное содержание данного компонента в рецептуре 30
Разрушение природных экосистем боевыми фитотоксикантами Самые большие разрушения природных экосистем были вызваны применением дефолиантов – гербицидов направленного действия (ОА). В результате принудительного сбрасывания листвы деревьями пострадали лесные массивы Южного Вьетнама на площади 1 670 000 га. ) Рейд американских войск в лесах Ю. Вьетнама (1965 г. ) Лес после обработки ОА 31 (1971 г. )
Уничтожение мангровых лесов В результате применения фитотоксикантов, «коврового бомбометания» были почти полностью уничтожены уникальные мангровые леса в дельте р. Меконг на площади 500 000 га. Мангровые леса дельты р. Меконг (1964 г. ) Уничтоженные мангровые 32 леса дельты р. Меконг (1969 г. )
Уничтожение сельскохозяйственных угодий В результате применения гербицидов в Ю. Вьетнаме урожайность каучуковых плантаций упала с 1960 года на 75%. Было уничтожено от 40 до 100% посевов бананов, риса, сладкого картофеля, папайи, помидоров, 70% кокосовых плантаций, 60% гевеи, 110 тыс. га плантаций казуарины. Американский солдат на рисовом поле (1965 г. ) Погибшие посевы риса (1969 г. ) 33 (применение десиканта “Blue Agent”)
Территории Южного Вьетнама в настоящее время ( 2002 г. ) Дождевой лес Ю. Вьетнама Территории, обработанные 34 ОА
Территории Южного Вьетнама в настоящее время (2002 г. ) Разнообразная фауна на необработанных территориях Погибшие термитники на территориях, обработанных ОА 35
В результате применения ОА > 7 000 человек были вынуждены покинуть районы проживания, где были применены фитотоксиканты > 4 000 человек получили поражения диоксином 36
В результате применения ОА - > 500 000 вьетнамских женщин стали беслодными; - частота спонтанных абортов возросла с 1, 2% (1953 г) до 18, 14% (1979 г); - частота внутриутробных смертей плодов возросла с 0, 58% (1952 г) до 1, 56% (1967 г); - частота пузырного заноса возрасла с 0, 78% (1952 г) до 4, 4% (1985 г); Вьетнамка с ребенком – врожденным уродом на руках - частота врожденных уродств возросла от 0, 73% (1963 г) до 2, 42% (1985 г). 37
В результате применения ОА родилось > 500 000 детей-уродов Вьетнамские дети с врожденными аномалиями конечностей Нога вьетнамского ребенка (шестипалость) Виды врожденных пороков детей: - расщепление губы и неба - аномалии нижних конечностей - косолапость и косорукость - отсутствие ушных раковин - глухота - глухонемота - аномалии костей таза - гидроцефалия - помутнение хрусталика и пр. 38
Пусковым биохимическим механизмом интоксикации является высокоспецифическое связывание ТХДД с Ah-рецептором и активация системы Ah. R во всех имеющих рецептор клетках организма человека. 39
Общая теория патогенеза интоксикации человека диоксинами – теория биологического усиления первичного действия диоксинов При интоксикации человека диоксинами происходит подчинение всех функций организма функции детоксикации липофильных ксенонобиотиков жизненно важной в условиях отравления и гомеостатически направленной. Микроколичества инертных ДПС запускают каскад разнообразных цепных реакций, который закономерно определяет возникновение серьезных нарушений жизнедеятельности организма и даже его гибель. Такой ход событий назван "биологическим усилением" первичного действия диоксинов. 40
Проблемы экотоксикологии - Выявление видов живых организмов (прежде всего среди определяющих благополучие человеческой популяции), обладающих повышенной чувствительностью к наиболее опасным экополлютантам; - Изучение закономерностей взаимодействия ксенобиотиков с абиотическими элементами окружающей среды, приводящих к формированию экотоксических эффектов; - Раскрытие закономерностей формирования неблагоприятных эффектов при сочетанном действии веществ, составляющих ксенобиотический профиль среды, влияние на экотоксичность стрессоров нехимической природы; - Определение молекулярных и клеточных маркеров, позволяющих выявлять токсическое действие ксенобиотиков на экосистемы до его проявления на уровне популяций и т. д. 41
Скачать презентацию Экотоксикология ВАСИЛЮК Василий Богданович Токсический процесс на
Экотоксикология.ppt