Органічні і неорганічні забруднювачі екотоксикологічні аспекти антропогенного забруднення планети
Ніщо не позбавлене отруйності Парацельс Хімічна речовина, кількість якої в об’єктах природнього навколишнього середовища перевищує фонове значення і викликає тим самим забруднення полютант** Екотоксикологія* – самостійна дисципліна, що вивчає розповсюдження та вплив антропогенних хімікатів і продуктів їх трансформації на екосистеми LD 100, LD 50 , ГДК персистентність ксенобіотик екотоксикант * К. Н. Зеленин. «Что такое экотоксикология ? » // Cоросовский Образовательный Журнал. 1998. № 9. ст. 39 -51. ** « Загрязняющее вещество » . http: //ru. wikipedia. org/wiki/Поллютант
Класифікація забруднювачів • • Левова частка всіх забруднюючих речовини має антропогенне походження, тобто потрапляє в природу в результаті нераціональної сільськогосподарської, промислової та інших видів діяльності людини. Забруднюючі речовини знаходяться в навколишньому середовищі у вигляді механічних залишок (сміття) та у розчиненому чи диспергованому стані (власне полютанти ): полімерні матеріали органічні і неорганічні забруднювачі тверді промислові і сільськогосподарські відходи
Неорганічні екотоксиканти* Мінеральні добрива: KNO 3, NH 4 NO 3, Ca(NO 3)2 Важкі метали і металоїди: Pb, Hg, Cd Be, Al, As, Tl, Токсичні гази: СО, SO 2 , NOx *тільки стійкі забруднювачі , що мають персистентну дію
Неорганічні екотоксиканти: - Pb - розповсюдженість у природі - 1, 6* 10 -3 % - основні сполуки: Pb. O 2, Pb. SO 4, Pb. Et 4, Pb(CH 3 COO)2 - об’єм світового виробництва – 2, 5 млн. т в рік 3 мкг/ м 3 у повітрі ГДК: 20 мкг/ м 3 у грунті 0. 3 мг/л у воді LD 50 (ТЕС) = 12, 7 мг/кг Пурмаль А. П. «s. Антропогенная токсикация планеты» . Соросовский образовательный журнал. № 9. 1998 http: //moikompas. ru/compas/svinec, http: //ekotoksikologia. ru/128. приріст вмісту Pb у повітрі за рік: • 2 мкг/ м 3 – великі міста • 1 мкг/ м 3 – малі міста • 0. 5 мкг/ м 3 – сільська місцевість • 40 мкг/ м 3 – район рухливих автомагістралей
Неорганічні екотоксиканти: Pb Вплив свинцю на організм людини • при потраплянні в організм основна маса ( 90 %) свинцю відкладається в кістках, решта в кишковошлунковому тракті та інших органах. Свинець в організмі ссавців є антагоністом Са, Fe, Zn, Mg та інших мікроелементів. Йони Свинцю заміщують йони цих металів у металовмісних ферментах, що призводить до їх дезактивації. Також Pb 2+ утворює міцні комплекси з амінокислотними залишками та іншими біомолекулами, що містять тіольні та алкілтіольні групи • Свинець зазвичай призводить до хронічного отруєння – сатурнізму , симптомами якого є : бліде лице, втрата уваги, поганий сон, схильність до частої зміни настрою, підвищена дратівливість, агресивність, металічний присмак в роті; можливе також погіршення апетиту та розлад травлення, що супроводжується гострими болями в животі зі спазмами абдомінальних м’язів ( «свинцеві коліки » ). Звичайною є зміна складу крові - від ретикулоцитозу, анізоцитозу і мікроцитозу до свинцевої анемії. На пізніших стадіях спостерігаються головний біль, запаморочення, втрата орієнтації і проблеми із зором. Специфічне почорніння ( «свинцева лінія» ) може з'явитися біля основ ясен ( « свинцева кайма » ). Можливий параліч ( «свинцеві судоми» ), що зазвичай зачіпає в першу чергу пальці. рук. У дітей може бути пошкоджений головний мозок, що може привести до сліпоти або глухоти або навіть смерті. Пошкодження кори великих півкуль можливі і у дорослих після отримання великих доз свинцю.
Неорганічні екотоксиканти: Hg • - розповсюдженість у природі - 7* 10 -6 % - основні сполуки: Hg. Cl 2, Hg. SO 4, Hg 2 Cl 2 - об’єм світового виробництва – 8, 6 млн. т в рік - щорічний об’єм викидів ртуті ~ 1 млн. т в рік - загальний вміст в світовому океані – 50 млн. т ГДК: 0, 0003 мг/м 3 у повітрі 0, 5 мг/кг у морепродуктах 0. 0005 мг/л у воді 0, 01 мг/м 3 у повітрі робочої зони 2, 1 мг/кг у грунті Форми знаходження ртуті в природі • в біотичних умовах йони ртуті взаємодіють з органічними речовинами і за допомогою анаеробних організмів переходять в сильно токсичні форми: метилртуть (СН 3 Нg) і диметилртуть (СН 3)2 Нg. Диметилртуть стабільна Мал. 1 Кругообіг метилртуті в природі при високих р. Н, але перетворюється на СН 3 Нg при низьких значеннях рн. Такі умови можуть виникати в придонних мулистих шарах річок або озер. Оскільки метилртуть розчинна, вона швидко всмоктується в організми, що живуть у водному середовищу, і, врешті-решт, потрапляє в організм людини, як вищої ланки харчового ланцюжка. http: //ekotoksikologia. ru/133/ ”Metal ions In life sciences”. Astrid Sigel. 2010. pp 350 -400 Журнал ” Химия и Химики”. № 8, 2009 pp 4 -26
Неорганічні екотоксиканти: Hg Дія ртуті на організм людини • Ртуть відноситься до каталітичних отрут , які проявляють свою дію навіть в мізерних кількостях. Потрапляючи в організм, ртуть, перш за все, зв'язується з сульфогидрільними групами білків -SH, внаслідок чого порушується робота ферментів. При достатньо високій концентрації ртуть зв'язується також з аміно- і карбоксильними групами, утворюючи міцні ртуть протеїнові комплекси. Іони ртуті блокують численні ферменти, перш за все – тіолові ензими. Це приводить до порушення тканинного обміну, від чого в першу чергу страждає центральна нервова система. Порушення діяльності нервової системи є першою ознакою отруєння ртуттю. Надалі відбувається ураження багатьох органів і систем. Дія ртуті на організм значною мірою індивідуально, але найсильніше від нього страждають жінки і діти. • Гострі отруєння: металічний присмак в роті, підвищення температури, загальна слабкість. У постраждалих зникає апетит, спостерігається рвота, пронос і гострі болі в животі, набухають і кровоточать ясна, навіть випадають зуби. Солі ртуті (I) значно токсичніші, ніж солі ртуті (II). Смертельна доза сулеми Hg. Сl 2 складає 0. 1 -0. 4 гр. Органічні сполуки ртуті у багато разів токсичніші парів ртуті, сулеми, ціаніду ртуті і інших неорганічних похідних. На щастя, гострі отруєння парами ртуті, її солями і ртутьорганічними сполуками зустрічаються досить рідко. Хронічні отруєння : При хронічному отруєнні, перш за все, відбуваються зміни в нервовій системі. Типовими ознаками хронічних отруєнь ртуттю є апатіясонливість, головні болі і запаморочення. З'являється тремтіння пальців, пізніше - вік, губ і навіть всього тіла. Спостерігається ослаблення м'язів, зменшеннячутливості, ослаблення смакових відчуттів, різко знижується гострота http: //ekotoksikologia. ru/133/ ”Metal ions In life sciences”. Astrid Sigel. 2010. pp 350 -400 Журнал ” Химия и Химики”. № 8, 2009 pp 4 -26
Неорганічні екотоксиканти: • Сd Використання Cd: - розповсюдженість у природі - 1. 35* 10 -5 % - основні сполуки: Cd. S, Cd. Sb, Cd(NO 3)2 - об’єм світового виробництва – 15 тис. т в рік • нікель-кадмієві акумулятори • аварійні стержні в атомних реакторах • сплави • каталізатори • лазери • фарби • стабілізатори Хімічний символ кадмію Сd людям, що курять, можна читати як абревіатуру англійського « Cancer disease » - ракове захворювання. Рак легень – ймовірний результат тривалої дії аерозолю Cd. O , що потрапляє в альвеоли з табачним димом. Листя тютюну містить до 2 мг/кг Cd. Це в багато раз перевищує ГДК в продуктах харчування (мг/кг) : Риба – 0, 1 молоко – 0, 01 Овочі – 0, 0 м’ясо – 0, 05 Хліб – 0, 02 фрукти – 0, 03 Дія кадмію на організм людини Кадмій небезпечний в будь-якій формі. Доза в 30 - 40 мг є смертельною. Як свинець і ртуть, кадмій. дезактивує цистеїновмісні коферменти( антагоніст Zn), а також є ініціатором вільнорадикального, а особливо перекисного окиснення, в результаті чого руйнуються молекули білків, ліпідів і ДНК, що і є причиною його високих канцерогенних властивостей. «Антропогення тоскикация планеты» . // Соросовский образовательный журнал. Часть 1. № 9, 1998, рр 43 -45
NO 3 - Неорганічні екотоксиканти: NO 3 • • • Cолі нітратної кислоти широко використовуються в сільському господарстві як добрива і тому постійно включені в кругообіг азоту в природі. Саме нераціональне внесення в грунт азотних добрив призводить до їх накопичення в природі в токсичних кількостях. У великих кількостях нітрати небезпечні для здоров'я людини. Людина відносно легко переносить дозу нітратів в 150 -200 мг/добу, 500 вважається гранично допустимою дозою, а 600 мг/добу - доза, токсична для дорослої людини. Для грудних дітей токсичною є доза 10 мг/добу. Міністерством охорони здоров'я затверджена ДСД нітратів - 5 мг/кг маси тіла людини, ДСД нітриту - 0, 2 міліграм/кг, за винятком дітей грудного віку. Гостре отруєння наголошується при одноразовій дозі -200 -300 міліграм, летальний результат - 300 -2500 міліграм. Доросла людина може отримувати з продуктами живлення 300 -350 мг нітратів щодня. Надходження допустимої кількості нітратів не викликає ніяких змін ні у людини, ні у його нащадків. Ця доза нітратів відповідає рекомендаціям ВОЗ. Біологічна дія нітратів і нітриту В організмі людини нітрати відновлюються до нітритів, які і проявляють токсичну дію: нітрит аніон в фізіологічних умовах досить легко утворює нітрозил-катіон NO+, котрий вступає в реакцію нітрозування з вторинними аміногрупамиз утворенням нітрозамів – сильних канцерогенних отрут. Нітрозіл-іони окиснюють двовалентне залізо Fe 2+ гемоглобіну в тривалентне Fe 3+. В результаті такого окислення гемоглобін, що має червоне забарвлення, перетворюється на NO-метгемоглобін з темно-коричневим забарвленням. Легка форма захворювання виявляється при вмісті в крові 10 -20% метгемоглобіну, середня - 20 -40, а важка - більше 40 % метгемоглобіну. При важкій формі можлива смерть, оскільки метгемоглобін не здатний переносити кисень. http: //ekotoksikologia. ru/129
Органічні екотоксиканти Поліароматичні вуглеводні хлорорганічні пестициди Діоксини і «брудна дюжина» Фосфороргані чні пестициди
Діоксини, « брудна дюжина » Діоксини – суперекотоксиканти!!! TCDD – еталон токсичності в тоскикології > > • Історія діоксинів почалась в 30 -х ХХ ст. , коли в медицині розповсюдились відомості про хворобу хлоракне, що проявлялася у робітників лісозаготівельних підприємств. Тоді помилково вважали, що це викликано дією поліхлорфенолів, що використовувались для консервування деревини. Згодом всі зрозуміли, що причиною отруєнь були діоксини – домішки, що утворювалися при синтезі поліхлорфенолів. • Війна у В’єтнамі (1962 -1971): проти партизан американцями над джунглями було розпилено 57 тис. т препарату agent orange, що містив у вигляді домішки 170 кг діоксину!!! • Через декілька років в м. Севезо (Італія) катастрофа на заводі хім. продуктів – 3 -5 кг діоксину “Диоксины и родственные соединения как экотоксиканти ”. Соросовский образовательный журнал. № 8, 1997
Діоксини Кількості діоксинів, що викидаються в навколишнє середовище коливається від грамів до кілограмів в рік, залежно від країни. Джерела діоксинів: 1) Підприємства промислового хлорорганічного синтезу 2) Піролітична переробка сміття 3) Целюлозно-паперова промисловість 4) Електроліз розчинів хлоридів на графітових електродах. Мал. 2 Схема потрапляння діоксинів в організм людини по харчовому ланцюгу Мал. 3 Токсичність діоксину при одноразовому введенні Для діоксинів, як для суперетоксикантів не існує такого поняття як ГДК, оскільки токсичною є будь-яка кількість цих речовин. Тому використовують показник онкотоксичності - мінімальну масу 2, 3, 7, 8 TCDD, що викликає рак. На основі даних по періоду напіввиведення з організму (~10 р. для TCDD, 3 -8 р. - TCDF) ведеться розрахунок ДДД, так щоб за 70 років життя в організм потрапило не більше 0, 02 мг Д або 10 -11 г/кг день. Прийнято, що при такій умові індивід не поповнить групу ризику по раковим захворюванням. На даний момент прийняті такі ДДД: • 2*10 -11 г/л – вода і повітря • 10 -3 - 10 -5 г/кг - грунт «Антропогення тоскикация планеты» . // Соросовский образовательный журнал. Часть 2. № 9, 1998, рр 38 -50
Дія діоксинів на організм людини • Завдяки великій ліпофільності , малій розчинності у воді і високим коефіцієнтам розподілу вода – живі організми, діоксини надовго акумулюються в біоті, переважно в жирових тканинах. • ДІОКСИН- тотальна отрута, що впливає, без виключень, на всі системи організму. Потрапляючи в нього, діоксини виступають як індуктори довготривалих хибних процесів та аномалій в роботі генетичного апарату; молекула TCDD являє собою пластинку розміром 3 х10 Å, що дивовижним чином дозволяє їй зв’язуватись з рецепторами більшості ферментів живих організмів і виводити їх з ладу. • Гостре отруєння: втрата апетиту, фізична і статеві слабкість, хронічна втома, депресія і катастрофічна втрата ваги. В залежності від дози отрути смерть наступає через декілька днів або десятків днів • В нелетальних дозах діоксин викликає тяжкі специфічні захворювання: ураження шкіри – хлоракне, що супроводжується дерматитами і язвами, які довго не загоюються порфірія- порушення обміну порфіринів – важливих проміжних сполук синтезі гемоглобіну і цитохромів. Ця хвороба проявляється в підвищеній фоточутливості шкіри. При хронічних отруєннях розвиваються також хвороби, пов’язані з ураженням печінки, імунних систем і ЦНС.
Поліароматичні вуглеводні Високотоксичні вуглеводні (канцерогени): Малотоксичні вуглеводні ПАВ-і утворюються при згоранні: нафтопродуктів вугілля дерева сміття тютюну «Антропогення тоскикация планеты» . // Соросовский образовательный журнал. Часть 2. № 9, 1998, рр 20 -38
Поліароматичні вуглеводні • • Найнебезпечнішим і найпоширенішим з цього класу вуглеводнів є бенз(а)пірен: Прекрасним адсорбентом для ПАВ є частинки сажі. На 1 см 2 поверхні сажі можуть розміститися ~ 1014 молекул ПАВ. Це і призводить до того, що забруднене аерозолем сажі повітря міст часом містить кількості ПАВ більші, ніж ті, що відповідають тиску насиченої пари цих речовин. Про відносний вклад різних джерел можна судити по даним про викиди бенз(а)пірену (в т/рік) в США: • Вклад всіх курильщиків США в загальне вироблення бенз(а)пірену є невеликим – 0, 05 т/рік. Але думка про малозначність цієї кількості зміниться на протилежну на основі даних про локальні концентрації бенз(а)пірену: • Знаходяться ПАВ-і не тільки в повітрі, а й у воді ( не дивлячись на свою ліпофільність) – 0, 3 -2, 0 нг/л За нормами ВОЗ допустимою межею вмісту всіх ароматичних Вуглеводнів у воді є 200 нг/л
Поліароматичні вуглеводні Токсичні властивості бенз(а)пірену вивчені на мишах: показано, що виникнення ракових захворювань відбувається і при інгаляції, і при введенні з їжею, а також при контакті зі шкірою. Проте ці результати отримані при дозах бенз(а)пірену, що перевищують отримувані людьми з навколишнього середовища в сотні і тисячі раз. Із організму бенз(а)пірен виводиться частково у незмінному вигляді, частково окиснюючись до фенольних чи хінонних похідних. Для деяких продуктів розпаду також характерна мутагенна властивість: Мал. 4 Механізм канцерогенної дії продукту окиснення бенз(а)пірену: в даному випадку мутації виникають за рахунок алкілування первинної аміногрупи гуаніну складним оксираном. Утворений продукт алкілування не може брати участі в записі генетичної інформації! Handbook of ecotoxicology / David J. Hoffman. LEWIS PUBLISHERS, 2002, рр 127 -146
Пестициди: РСР ДДТ- король хлорпестицидів • Широке застосування поліхлорованих пестицидів почалось з кінця 40 -х років ХХ ст. , коли з’ясувалися їх сильні біоцидні властивості. Але коли концентрація ДДТ в молоці годуючих матерів США перевищила в 4 рази, ВОЗ заборонила цей пестицид. Хоча були і відступи від цієї заборони: в СССР ще довго опиляли тайгу ДДТ в боротьбі з енцефалітним кліщом. ДДТ до цих пір використовують в деяких штатах Австралії, Китаю для опилення плодових дерев. Виробляє, як і раніше, Індія – до 4200 т щорічно. • Всього було вироблено в світі за всі роки використання 2, 6 млн. т ДДТ!!! * К. Н. Зеленин. «Что такое экотоксикология ? » // Cоросовский Образовательный Журнал. 1998. № 9. ст
Пестициди: РСР • Водоросль кладофора за три дні екстрагує з води стільки ДДТ, що його концентрація зростає в 3000 раз. Асцидин концентрує ДДТ в мільйон разів. • LD 50 для метоксихлору та ДДТ складає приблизно 6000 мг/кг 300 мг/кг Вплив хлорованих вуглеводнів на живі організми ДДТ може викликати інверсію статі. В одній із колоній чайок в Каліфорнії після обробки гнізд ДДТ з’явилось в чотири рази більше жіночіх особин. Коли в яйця чайок вприскували ДДТ, половина чоловічих зародків перетворювалася в жіночі. У людини ДДТ акумулюється перш за все в мозку: ДДТ у мозку зв’язується шляхом КПЗ з компонентами НС та інгібує АТФ-азу. Здатність мозку нормально функціонувати втрачається. ДДТ діє на мозок як нервово-паралітична отрута • Період напіврозпаду ДДТ в навколишньому середовищі становить 50 років!!!
Фосфорорганічні пестициди Тіофосфати LD 50, мг/кг Х=S, паратіон 6 -50 R= NO 2, метафос 35 R= 4 -CN, ціанофос 670 R= 2, 5 -СІ, -4 -Br, бромофос 2000 Фосфонати Хлорофос LD 50= 225 -1200 мг/кг Салитион 600 мг/кг Два основних класи фосфорорганічнич інсектицидів широко використовують у боротьбі зі шкідливими комахами. За шкідливою дією як на організми комах, так і ссавців , є нервово-паралітичними отрутами: молекули цих токсинів активно інгібують ацетилхолінестеразу і остання втрачає Здатність гідролізувати ацетилхолін – важливий нейромедіатор Мельников Н. Н. “ Пестициды”. М, . Химия, 1987 ст. 399 -485
Скачать презентацию Органічні і неорганічні забруднювачі екотоксикологічні аспекти антропогенного забруднення
Pollutants.ppt