Primaarne ja sekundaarne toksiline toime. Ohtlike kemikaalide toksiline mõju inimestele
Mürgine toime
Parameetri nimi | Tähendus |
Artikli teema: | Mürgine toime |
Rubriik (temaatiline kategooria) | Raadio |
Kehasse sisenemise teed
Keemilised ained
- (orgaaniline, anorgaaniline, element-orgaaniline) klassifitseeritakse nende praktilise kasutuse alusel järgmisteks osadeks:
1. tootmises kasutatavad tööstuslikud mürgid: näiteks orgaanilised lahustid (dikloroetaan), kütused (propaan, butaan), värvained (aniliin);
2. põllumajanduses kasutatavad pestitsiidid: pestitsiidid (heksakloraan), insektitsiidid (karbofos) jne;
3. ravimid;
4. kodukeemia, mida kasutatakse toidu lisaainete (äädikhape), isikliku hügieeni vahendite, kosmeetika jms kujul;
5. bioloogilised taime- ja loomamürgid, mida leidub taimedes ja seentes (akoniit, hemlock), loomades ja putukates (maod, mesilased, skorpionid);
6. Mürgised ained (OS): sariin, sinepigaas, fosgeen jne.
Mürgi omadused võib näidata kõiki aineid, isegi näiteks soola suurtes annustes või hapnikku kõrgendatud rõhul. Samas on tavaks omistada mürkidele vaid neid, mis tavatingimustes ja suhteliselt väikestes kogustes oma kahjulikku mõju näitavad.
Tööstuslikud mürgid hõlmavad suurt rühma keemilised ained ja ühendid, mis esinevad tootmises tooraine, vahe- või valmistoodetena.
Tööstuslikud kemikaalid võivad organismi sattuda hingamisteede, seedetrakti ja terve naha kaudu. Sellisel juhul on peamine sisenemistee kopsud. Tööstusmürgid põhjustavad lisaks ägedatele ja kroonilistele töömürgistustele organismi vastupanuvõime langust ja üldise haigestumuse tõusu.
Kodune mürgistus kõige sagedamini tekib see mürgi sattumisel seedetrakti (mürgised kemikaalid, kodukeemia, ravimained). Ägedad mürgistused ja haigused on võimalikud siis, kui mürk satub otse verre, näiteks madude, putukate hammustamisel ja ravimainete süstimisel.
Kahjulike ainete toksilist toimet iseloomustavad toksikomeetrilised näitajad, mille järgi liigitatakse ained ülitoksilisteks, väga toksilisteks, mõõdukalt toksilisteks ja vähetoksilisteks. Toksilise toime mõju erinevaid aineid oleneb kehasse sattunud aine kogusest, selle füüsikalistest omadustest, tarbimise kestusest, bioloogilise keskkonnaga (veri, ensüümid) koostoime keemiast. Mõju oleneb aga soost, vanusest, individuaalsest tundlikkusest, sisenemis- ja väljumisteedest, jaotumisest organismis, aga ka meteoroloogilistest tingimustest ja muudest seotud teguritest. keskkond.
Kahjulike ainete toksikoloogiline klassifikatsioon
Üldine toksiline toime | Mürgised ained |
Närviparalüütiline toime (bronhospasm, lämbumine, krambid ja halvatus) Nahka resorptiivne toime (lokaalsed põletikulised ja nekrootilised muutused kombinatsioonis üldiste toksiliste reservatiivnähtustega) Üldine toksiline toime (hüpoksilised krambid, kooma, ajuturse, halvatus). tursed) pisaravool ja ärritav toime (väliste limaskestade ärritus) psühhootiline toime (vaimne aktiivsus, teadvuse halvenemine) | Organofosfaat-insektitsiidid (klorofoss, karbofoss, nikotiin, 0 V jne) Dikloroetaan, heksakloraan, äädika essents, arseen ja selle ühendid, elavhõbe (sublimaat) Vesiniktsüaniidhape ja selle derivaadid, süsinikoksiid, alkohol ja selle surrogaadid, 0V Lämmastikoksiidid 0V Tugevate hapete ja leeliste aurud, kloropikriin, 0V Narkootikumid, atropiin |
Mürkidel koos üldisega on selektiivne toksilisus, ᴛ.ᴇ. need kujutavad endast suurimat ohtu teatud organile või kehasüsteemile. Selektiivse toksilisuse järgi eristatakse mürke:
Süda, millel on valdav kardiotoksiline toime; Sellesse rühma kuuluvad paljud ravimid, taimsed mürgid, metallisoolad (baarium, kaalium, koobalt, kaadmium);
Närviline, põhjustades valdavalt vaimse tegevuse rikkumist (süsinikoksiid, fosfororgaanilised ühendid, alkohol ja selle asendusained, ravimid, unerohud jne);
Maksa, mille hulgas tuleks esile tõsta klooritud süsivesikuid, mürgiseid seeni, fenoole ja aldehüüde;
Neerud - raskmetallide ühendid etüleenglükool, oksaalhape;
Veri - aniliin ja selle derivaadid, nitritid, arseenvesinik;
Kopsuhaigused - lämmastikoksiidid, osoon, fosgeen jne.
Mürgine toime – mõiste ja liigid. Kategooria "Mürgine mõju" klassifikatsioon ja omadused 2017, 2018.
-Kaltsiumi, magneesiumi ja fosfaatide taseme muutused erinevate patoloogiate korral Kaltsitoniin Kaltsitoniin on 32 AA-st koosnev ühe disulfiidsidemega polüpeptiid, mida eritavad kilpnäärme parafollikulaarsed K-rakud või kõrvalkilpnäärme C-rakud. ... .Kahjulike ainete toksiline toime
Ökoloogiline toksikoloogia põhineb erinevate saasteainete mõju molekulaarsete mehhanismide uurimisel rakus ja ökosüsteemis toimuvatele füsioloogilistele protsessidele. Mikroorganismide evolutsiooni käigus on alati esinenud erinevaid saasteaineid: ... .
Valik ohutu annus spetsiifiline lokaalanesteetikum määratakse selle imendumise ja eliminatsiooni kiiruse, aktiivsuse ja toksilisuse järgi. Need võtavad arvesse patsiendi vanust, tema kehakaalu, somaatilist seisundit jne. Süsteemsesse vereringesse sattudes võivad lokaalanesteetikumid põhjustada ....
Toksilise toime määravad paljud tegurid. Need tegurid võib liigitada järgmiselt:
1) toksilise faktori tüüp ja edasikandumise vorm;
2) organismi reaktsiooni tingimused mürkidele;
3) toksiini sisenemistee;
4) toksiinist mõjutatud organismi tüüp.
Märkus 4. Siin on vaja arvesse võtta selle aine akumuleerumise olekut, samuti selle transportimist kehasse (kandja). Need kaks tegurit koos määravad toksiini verre sisenemise tee (või viisi). Näiteks koos õhutolmuga transporditavad süsivesinikud satuvad kopsude kaudu verre väga kiiresti, toiduga transporditud süsivesikud aga palju aeglasemalt (sooleseinte obstruktsioon).
Märkus 5. Sõltuvalt ksenobiootikumide kehaga kokkupuute ajast ja sõltuvalt selle toimekohast võime rääkida:
Ägeda lokaalse vigastuse saamine, mille puhul konkreetne organ kannatab suhteliselt lühikese aja jooksul (sekundites, minutites) kahjustuse
Pikaajaline lokaalne tegevus, mille käigus valitud organ on pikka aega (aastaid) kahjustatud;
Äge üldine mürgistus kui lühiajaliselt toimiv toksiin satub vereringesse ja seejärel mõjutab olulist siseorganit;
pikk üldine tegevus kui toksiin mõjutab pikka aega.
Märkus 6. Toksiin võib sattuda kehasse hingamisteede, seedeorganite ja naha kaudu. Neist võimalustest viimane ehk löömine läbi naha(resorptiivne), on üks levinumaid sisenemisteid – nahk puutub otseselt ja pidevalt kokku saastunud keskkonnaga (joon. 1.1).
Riis. 1.1.
Mürgised ained jõuavad difusiooni teel või juuksekanalite või väliskihi rasu- ja higinäärmete kaudu epidermisesse, mis hingab ja viib läbi ainevahetusprotsesse ning puutub seetõttu kokku mürgised ained mis teda mõjutavad. Naha järgmine kiht, nahk ise, on otsekontaktis lümfi- ja veresoontega ning hõlbustab toksiinide läbitungimist. Lisaks reaktsiooniajale ja sarvkihi paksusele on oluline tegur, mis määrab toksiini läbitungimise, selle toksiini omadused. Lipofiilse naha kaudu tungivad mittepolaarsed ühendid kergemini, raskemini polaarsed. Polaarsete ühendite transporti läbi lipiidikihtide võivad hõlbustada ensüümid permeaaside rühmast, mis transpordivad hüdrofiilseid liike läbi mittepolaarsete kihtide. Gaaside ja vedelike akumulatsiooniseisund hõlbustab toksiinide transporti. Gaasid ja vedelikud kasutavad juuksekanaleid või näärmeid, tahkete ainete puhul on see väga raske. Tahked toksiinid peavad esmalt lahustuma naha pinnal higi või rasvana.
suu kaudu(suu kaudu), st seedeelundite kaudu satuvad kehasse need keskkonnasaasteained, mis on toidus ja vees. Selleks, et toksiin jääks seedekulglasse kinni, peab see imenduma verre. Mürgiste ainete sorptsioonitee verre seedetrakti kaudu on väga keeruline (joonis 1.2). Mao seinu katva limaskesta lipofiilsete rakkude kaudu satuvad toksiinid vereringesse.
Riis. 1.2.
Väga happeline pH lahus (~1,0) soodustab toksiinide ainevahetusprotsesse ning nende mittepolaarsed saadused hajuvad läbi mao seinte.
Soolestikus muutuvad pärast pH muutust nõrgad alused, maos ioonsel kujul neutraalseteks osakesteks, mis on vähem polaarsed ja on võimelised läbi sooleseina difundeeruma. Mürgised ained maost ja soolestikust läbi süsteemi lümfisooned või tagasivooluveeni kaudu maksa. Siin toimuvad ensüümide mõjul metaboolsed reaktsioonid. nende tooted on vähem mürgised ja kui need lahustuvad vees hästi, siis satuvad nad vereringesüsteemi, mis on võrdne kogu kehas levimisega. Osa metaboliitidest filtreeritakse neerudes ja elimineeritakse organismist. Metaboliidid lahustuvad raskemini Holloway hapete mõjul, mis leiduvad maksa sapis, emulgeerivad ja koos sapiga läbivad. kaksteistsõrmiksool uuesti siseneda soolestikku, kust neid saab eemaldada või lülitada järgmisse ainevahetusprotsesside tsüklisse. Niisiis, sõltuvalt toksiini omadustest, transpordi kiirusest, ainevahetusprotsessidest ja nende protsesside produktide eemaldamise kiirusest, jääb ksenobiootikumide diferentseeritud osa kehasse. Selle kogus määrab nn ksenobiootilise omastamise parameetri (p), mis on defineeritud kui selle toksiini või selle metaboliidi kontsentratsiooni suhe veres pärast suukaudset allaneelamist ja intravenoosselt sisenenud toksiini kontsentratsiooni:
p = Srotov / Svenozna
Järgmine toksiinide sisenemise tee on Hingamist abistav masin(sissehingamise tee). Tolm, udupiisad, gaasid, mis saastavad atmosfääri, satuvad samaaegselt õhuga, mida me hingame, kopsudesse. Kopsude struktuur – alveoolide väga arenenud pind – ja nende funktsioon määravad hapniku ja süsihappegaasi vahetuse vere ja kopsudes sisalduvate gaaside vahel, mistõttu on need väga haavatavad toksiinide adsorptsiooni suhtes. Vees lahustuvad saasteained (vesinikkloriid, ammoniaak) lahustuvad suurel määral nina- ja kurgueritises või ka bronhides, kahjustades neid ning satuvad väikestes kogustes verre. Suured tolmuosakesed võivad jääda hingamisaparaadi ülemises osas karvadele, kust need aevastades või köhides seedekulglasse satuvad. Seega satuvad tahmaosakestele ladestunud polütsüklilised süsivesinikud kopsu.
Difusioonikiirusest (D) läbi alveoolide annab tunnistust selle gaasisaasteaine lahustuvus veres (veres), aga ka Fitzko reegli kohaselt alveoolide pind (A), samuti erinevus gaasiosakeste rõhul õhus ja veres (ΔΡ). Seetõttu väljendatakse difusioonikiirust järgmise valemiga:
D= f(s, Α, ΔΡ)
Märge 7. Mürgisuse hindamisel tuleks arvesse võtta vanust, tervislikku seisundit, üksikorganismi vastupanuvõimet, aga ka elutingimusi. Tavaline sõltuvus on tugevam toksiline toime väga noortele organismidele. Üldine kehv tervis suurendab ka ksenobiootikumide mõju. Heades keskkonnatingimustes elavad inimesed on terved ja neil on märkimisväärne resistentsus toksiinide suhtes.
MÜRGINE MÕJU
MÜRGINE MÕJU mistahes indikaatori või elutähtsate funktsioonide muutus mõjul mürgine. See sõltub mürgi omadustest, organismi ja keskkonna eripärast (pH, temperatuur jne).
Ökoloogiline entsüklopeediline sõnaraamat. - Chişinău: Moldaavia nõukogude entsüklopeedia põhiväljaanne. I.I. Vanaisa. 1989
Vaadake, mis on "TOXIC EFFECT" teistes sõnaraamatutes:
toksiline toime- 3.17 toksiline toime: toksilise aine toime tulem veeorganismile, mis väljendub selle elutähtsate näitajate muutumises või surmas. Allikas: GOST R 53857 2010: Ohu klassifikatsioon keemiatooted vastavalt mõjule... Normatiivse ja tehnilise dokumentatsiooni terminite sõnastik-teatmik
I Difuusne toksiline struuma (struma diffusa toxica; sünonüüm: Gravesi tõbi, Gravesi tõbi, difuusne türotoksiline struuma, Parry tõbi, Flayani tõbi) on autoimmuunse iseloomuga haigus, mis põhineb geneetiliselt määratud ... ... Meditsiiniline entsüklopeedia
Hajus mürgine struuma ... Wikipedia
Kokkupuutest tulenev toksiline mõju ravimaine, mis tuleneb selle korduvast kasutamisest väikestes annustes selliste annuste vaheliste intervallidega, mis ei ole piisavad selle lõhustamiseks või kehast eemaldamiseks. meditsiinilised terminid
I Mürgised taimed sisaldavad pidevalt või perioodiliselt inimestele ja loomadele mürgiseid aineid. Mürgistus võib tegelikult põhjustada mürgised taimed ja mittemürgised kultuurtaimed, mis omandavad mürgised omadused tänu ... ... Meditsiiniline entsüklopeedia
I Mürgistus (äge) Mürgistushaigused, mis arenevad inimese või looma organismi eksogeense kokkupuute tagajärjel keemiliste ühenditega häireid tekitavas koguses füsioloogilised funktsioonid ja elu ohtu seada. IN … Meditsiiniline entsüklopeedia
SÕJAMÜRGID AINED- (0. V.). Sisu: I. Mürgised ained, nende omadused ja võitluskasutus....................... 602 II. Mürgiste ainete farmakoloogia. . . 611 III. Keemilise kaitse üldülesanded ja põhimõtted .............................. 620 Võitle mürkidega ... ... Suur meditsiiniline entsüklopeedia
mürgised taimed- Altai akoniit. Altai akoniit. Mürgised taimed. Mürgistuse võivad põhjustada tegelikult mürgised taimed ja mittemürgised kultuurtaimed, mis omandavad mürgised omadused ebaõige ladustamise või seentega nakatumise tõttu. Esmaabi - populaarne entsüklopeedia
Toimeaine ›› Lamotrigine* (Lamotrigine*) Ladinakeelne nimetus Lamolep ATX: ›› N03AX09 Lamotrigine Farmakoloogiline rühm: Epilepsiavastased ravimid Nosoloogiline klassifikatsioon (ICD 10) ›› F31 Bipolaarne afektiivne häire ... ...
Toimeaine ›› Hüdroklorotiasiid* + Irbesartaan* (Hydrochlorothiazide* + Irbesartan*) Ladinakeelne nimetus Coaprovel ATX: ›› C09DA04 Irbesartaan kombinatsioonis diureetikumidega Farmakoloogiline rühm: Angiotensiin II retseptori antagonistid (AT1 … Meditsiini sõnaraamat
Raamatud
- Mesi ravib kõrgvererõhutõbe, konjunktiviiti, lamatisi ja põletusi, tonsilliiti ja külmetushaigusi, meeste ja naiste haigusi, Makunin D. Mesi on ainulaadne looduslik vahend! Selle kasulikud omadused on tuntud juba aastatuhandeid ning antiseptilist toimet on kasutatud ja kasutatakse siiani. . Mesi võib aidata ravida 100…
Toksilisus (kreeka keelest. toxikon - mürk) - mürgisus, teatud keemiliste ühendite ja ainete omadus bioloogiline olemus teatud kogustes elusorganismis (inimene, loom ja taim) allaneelamisel põhjustada selle füsioloogiliste funktsioonide rikkumisi, mille tagajärjeks on mürgistuse sümptomid (mürgistus, haigus) ja rasketel juhtudel surm.
Ainet (ühendit), millel on mürgisuse omadus, nimetatakse mürgiseks aineks või mürgiks. Ainete toksilise toime olemus kehale tähendab tavaliselt:
Aine toksilise toime mehhanism;
patofüsioloogiliste protsesside olemus ja kahjustuse peamised sümptomid, mis ilmnevad pärast biosihtmärkide lüüasaamist;
· nende arengu dünaamika ajas;
Muud aine toksilise toime aspektid organismile.
Ainete mürgisust määravate tegurite hulgas on üks olulisemaid nende toksilise toime mehhanism. Toksikokineetiline faas koosneb omakorda kahte tüüpi protsessidest:
a) jaotusprotsessid: mürgiste ainete imendumine, transport, akumuleerumine ja vabanemine;
b) toksiliste ainete metaboolsed transformatsioonid – biotransformatsioon.
Ainete jaotus inimorganismis sõltub peamiselt ainete füüsikalis-keemilistest omadustest ning raku kui keha põhiüksuse ehitusest, eelkõige rakumembraanide ehitusest ja omadustest.
Mürkide ja toksiinide toimel on oluline säte, et väikestes annustes kehasse sattudes on neil toksiline toime. Sihtkudedes tekivad väga väikesed toksiliste ainete kontsentratsioonid, mis on vastavuses biosihtmärkide kontsentratsioonidega.
Üks olulisi tegureid on ainete tungimise kiirus läbi raku-koe barjääri. Ühelt poolt määrab see mürkide tungimise kiiruse läbi koebarjääride, mis eraldavad verd väliskeskkonnast, s.t. ainete sisenemise kiirus teatud kehasse tungimise teed pidi. Teisest küljest määrab see ainete tungimise kiiruse verest sihtkudedesse läbi niinimetatud histohemaatiliste barjääride kudede verekapillaaride seinte piirkonnas. See omakorda määrab ainete akumuleerumise kiiruse molekulaarsete biosihtmärkide piirkonnas ja ainete interaktsiooni biosihtmärkidega.
Üldiselt on mürkide mõjul kehale tavaks eristada järgmisi põhietappe.
1. Mürgiga kokkupuute staadium ja aine tungimine verre.
2. Aine transpordi staadium verega manustamiskohast sihtkudedesse, aine jaotumine kogu kehas ja aine metabolism siseorganite kudedes – toksilis-kineetiline staadium.
3. Aine tungimise staadium läbi histohemaatiliste barjääride (kapillaaride seinad ja muud koebarjäärid) ja akumuleerumine molekulaarsete biosihtmärkide piirkonnas.
4. Aine interaktsiooni staadium biosihtmärkidega ning häirete esinemine biokeemilistes ja biofüüsikalistes protsessides molekulaarsel ja subtsellulaarsel tasandil - toksilis-dünaamiline staadium.
5. Lava funktsionaalsed häired patofüsioloogiliste protsesside arengu organism pärast molekulaarsete biosihtmärkide "lüümist" ja kahjustuse sümptomite ilmnemist.
6. Mõjutatud isiku elu ohustavate joobeseisundi peamiste sümptomite leevendamise staadium, sealhulgas meditsiiniliste kaitsevahendite kasutamine, või tagajärgede staadium (surmaga lõppevate toksodooside ja kaitsevahendite mitteõigeaegse kasutamisega, kannatanu surm on võimalik).
Doos on aine toksilisuse mõõt. Teatud toksilist toimet põhjustava aine doosi nimetatakse toksoosiks (toksodoosiks). Loomade ja inimeste puhul määrab selle aine hulk, mis põhjustab teatud toksilist toimet. Vähem toksiline annus seda suurem on toksilisus.
Seotud Informatsioon:
- A) See määrab, stimuleerib, sunnib inimest sooritama mis tahes tegevuses sisalduvat tegevust
Toksilise aine või selle muundumisproduktide koostoimet organismis biosüsteemide struktuurielementidega, mis on areneva toksilise protsessi aluseks, nimetatakse toksilise toime mehhanismiks. Koostoime toimub füüsikalis-keemiliste ja keemiliste reaktsioonide tõttu.
Füüsikalis-keemiliste reaktsioonide poolt algatatud toksiline protsess on reeglina tingitud mürgise aine lahustumisest keharakkude ja kudede teatud keskkonnas (vesi või lipiid). Sel juhul muutuvad oluliselt lahustikeskkonna füüsikalis-keemilised omadused (pH, viskoossus, elektrijuhtivus, molekulidevaheliste interaktsioonide tugevus jne). Omapära seda tüüpi interaktsioonid - areneva toime kvaliteedi range sõltuvuse puudumine toksilise aine molekuli keemilistest omadustest. Seega mõjutavad kudesid kõik happed, leelised, tugevad oksüdeerivad ained, mõned orgaanilised lahustid ja makromolekulaarsed ühendid, millel puudub spetsiifiline toime.
Sagedamini põhineb toksiline toime mürgise aine keemilistel reaktsioonidel elussüsteemi teatud struktuurielemendiga. Bioloogilise süsteemi struktuurset komponenti, millega toksiline aine satub keemilisele vastasmõjule, nimetatakse selle "retseptoriks" või "sihtmärgiks".
Enamiku kemikaalide toksilise toime mehhanismid on praegu teadmata. Sellega seoses peetakse paljusid allpool kirjeldatud keha moodustavaid molekulide ja molekulaarsete komplekside klasse enamasti ainult mürkide toime tõenäolisteks retseptoriteks (sihtmärkideks). Nende käsitlemine selles perspektiivis on õigustatud, kuna mõnede hästi uuritud toksiliste ainete toime põhineb koostoimel nende konkreetsete biomolekulide klasside esindajatega.
1. Mõiste "retseptor" definitsioon toksikoloogias
Mõiste "retseptor" on väga mahukas. Bioloogias kasutatakse seda kõige sagedamini järgmistes tähendustes:
1. Üldmõiste. Retseptorid on ksenobiootikumide (või endogeensete molekulide) biosubstraadi suhteliselt spetsiifilise seondumise kohad, eeldusel, et seondumisprotsess järgib massimõju seadust. Retseptoridena võivad toimida terved valkude molekulid, nukleiinhapped, polüsahhariidid, lipiidid või nende fragmendid. Seoses biomolekuli fragmendiga, mis on otseselt seotud kemikaaliga kompleksi moodustamisega, kasutatakse sageli terminit "retseptori piirkond". Näiteks on süsinikmonooksiidi retseptor kehas hemoglobiini molekul ja retseptori piirkond on heemi porfüriini ringis sisalduv raua ioon.
2. Selektiivsed retseptorid. Organismide evolutsioonilise keerukusega moodustuvad spetsiaalsed molekulaarsed kompleksid - bioloogiliste süsteemide elemendid, millel on kõrge afiinsus üksikute kemikaalide suhtes, mis täidavad bioregulaatorite (hormoonid, neurotransmitterid jne) funktsioone. Bioloogiliste süsteemide piirkondi, millel on kõrgeim afiinsus üksikute spetsiaalsete bioregulaatorite suhtes, nimetatakse "selektiivseteks retseptoriteks". Ained, mis interakteeruvad selektiivsete retseptoritega vastavalt massi toime seadusele, nimetatakse selektiivsete retseptori ligandideks. Endogeensete ligandide interaktsioon selektiivsete retseptoritega on homöostaasi säilitamiseks eriti oluline.
Paljud selektiivsed retseptorid koosnevad mitmest alaühikust, millest ainult fraktsioonil on ligandi sidumissaidid. Sageli kasutatakse terminit "retseptor" ainult selliste ligandi siduvate subühikute tähistamiseks.
3. Püsiretseptorid on selektiivsed retseptorid, mille struktuur ja omadused on kodeeritud spetsiaalsete geenide või püsivate geenikomplekside abil. Fenotüübi tasemel on retseptori modifitseerimine geenide rekombinatsiooni teel äärmiselt haruldane. Selektiivset retseptorit moodustava valgu aminohappelise koostise muutused, mis mõnikord esinevad evolutsiooni käigus polügeneetiliste transformatsioonide tõttu, mõjutavad reeglina vähe viimase funktsionaalseid omadusi, afiinsust endogeensete ligandide ja ksenobiootikumide suhtes.
Püsivad retseptorid hõlmavad:
Neurotransmitterite ja hormoonide retseptorid. Nagu teised selektiivsed retseptorid, on ka need retseptorid võimelised selektiivselt interakteeruma mõnede ksenobiootikumidega (ravimid, toksilised ained). Ksenobiootikumid võivad toimida nii endogeensete ligandide agonistide kui ka antagonistidena. Selle tulemusena aktiveeritakse või surutakse alla teatud bioloogiline funktsioon, mis on selle retseptori aparaadi kontrolli all;
Ensüümid on valgustruktuurid, mis interakteeruvad selektiivselt substraatidega, mille konversiooni nad katalüüsivad. Ensüümid võivad interakteeruda ka võõrainetega, mis sel juhul muutuvad kas nende aktiivsuse inhibiitoriteks või allosteerilisteks regulaatoriteks;
Transpordivalgud - seovad selektiivselt teatud struktuuriga endogeenseid ligande, teostades nende sadestumist või ülekandmist läbi erinevate bioloogiliste barjääride. Transpordivalkudega interakteeruvad toksilised ained toimivad ka nende inhibiitorite või allosteeriliste regulaatoritena.
4. Muutuva struktuuriga retseptorid. Need on peamiselt T-lümfotsüütide antikehad ja antigeeni siduvad retseptorid. Seda tüüpi retseptorid moodustuvad küpsete rakuvormide prekursorrakkudes indutseeritud välismõjud 2–5 geeni rekombinatsioon, mis kontrollivad nende sünteesi. Kui rakkude diferentseerumise protsessis toimus rekombinatsioon, sünteesitakse küpsetes elementides ainult teatud struktuuriga retseptoreid. Sel viisil moodustuvad spetsiifiliste ligandide jaoks selektiivsed retseptorid ja proliferatsioon viib terve neid retseptoreid sisaldava rakkude klooni ilmumiseni.
Nagu ülaltoodud määratlustest järeldub, kasutatakse bioloogias terminit "retseptor" peamiselt struktuuride tähistamiseks, mis saavad otsene kaasamine bioloogiliste signaalide tajumisel ja edastamisel ning on võimeline selektiivselt siduma lisaks endogeensetele liganditele (neurotransmitterid, hormoonid, substraadid) mõningaid võõrühendeid.
Toksikoloogias (nagu ka farmakoloogias) tähistab mõiste "retseptor" elus (bioloogilise) süsteemi mis tahes struktuurielementi, millega toksiline aine (ravim) keemiliselt interakteerub. Selles tõlgenduses tõi selle kontseptsiooni kemobioloogiasse 20. sajandi alguses Paul Ehrlich (1913).
Retseptor-ligandi interaktsiooni energiaomaduste ulatus on ebatavaliselt lai: nõrkade, kergesti purunevate sidemete moodustumisest kuni pöördumatute komplekside tekkeni (vt eespool). Interaktsiooni iseloom ja moodustunud kompleksi struktuur ei sõltu mitte ainult toksilise aine struktuurist, retseptori konformatsioonist, vaid ka keskkonna omadustest: pH, ioontugevus jne. Vastavalt massimõju seadusele määrab moodustunud aine-retseptori komplekside arvu vastasmõju energia (afiinsus) ja mõlema reaktsioonikomponendi (aine ja selle retseptori) sisaldus bioloogilises süsteemis.
Retseptorid võivad olla "vaiksed" ja aktiivsed. "Vaikne" retseptor on bioloogilise süsteemi struktuurne komponent, mille interaktsioon ainega ei too kaasa reaktsiooni moodustumist (näiteks arseeni sidumine valkudega, mis moodustavad juukseid, küüsi). Aktiivne retseptor on bioloogilise süsteemi struktuurne komponent, mille koostoime toksilise ainega käivitab toksilise protsessi. Vältimaks terminoloogilisi raskusi, kasutatakse termini "retseptor" asemel sageli terminit "sihtstruktuur", mis tähistab struktuurielemente, millega toksiline aine käivitab toksilise protsessi.
Postulaadid on aktsepteeritud:
Aine toksiline toime on seda tugevam, mida suurem arv aktiivseid retseptoreid (sihtstruktuure) on toksilise ainega interakteerunud;
Mida suurem on aine mürgisus, mida väiksem on selle kogus seostub "vaiksete" retseptoritega, seda tõhusamalt mõjub see aktiivsele retseptorile (sihtstruktuur), seda olulisem on retseptor ja kahjustatud bioloogiline süsteem organismi homöostaasi säilitamisel. kogu organism.
Iga rakk, kude, organ sisaldab tohutul hulgal potentsiaalseid retseptoreid. erinevat tüüpi("käivitab" erinevaid bioloogilisi reaktsioone), millega ligandid võivad interakteeruda. Eelnevat silmas pidades on ligandi (nii endogeense aine kui ka ksenobiootikumi) seondumine antud tüüpi retseptoriga selektiivne ainult teatud kontsentratsioonivahemikus. Ligandi kontsentratsiooni suurenemine biosüsteemis toob kaasa nende retseptorite tüüpide hulga laienemise, millega see interakteerub, ja sellest tulenevalt muutub selle bioloogiline aktiivsus. See on ka üks toksikoloogia põhisätteid, mida tõestavad arvukad tähelepanekud.
Toksiliste mõjude sihtmärgid (retseptorid) võivad olla:
Rakkudevahelise ruumi struktuurielemendid;
Keharakkude struktuurielemendid;
Rakkude aktiivsust reguleerivate süsteemide struktuurielemendid.
2. Mürgise aine toime rakkudevahelise ruumi elementidele
Iga keharakk on ümbritsetud vesikeskkonnaga - interstitsiaalne või rakkudevaheline vedelik. Vererakkude jaoks on rakkudevaheline vedelik vereplasma. Põhiomadused interstitsiaalvedeliku: selle elektrolüütide koostis ja teatav osmootne rõhk. Elektrolüüdi koostise määrab peamiselt Na+, K+, Ca2+, Cl-, HCO3- jm ioonide sisaldus; osmootne rõhk - valkude, muude anioonide ja katioonide olemasolu. Rakkudevaheline vedelik sisaldab arvukalt rakkude metabolismi substraate, raku metabolismi tooteid, raku aktiivsust reguleerivaid molekule.
Rakkudevahelises vedelikus võib toksiline aine muuta oma füüsikalisi ja keemilisi omadusi, astuda keemilise koostoimesse oma struktuurielementidega. Interstitsiaalse vedeliku omaduste muutus põhjustab koheselt rakkude reaktsiooni. Mürgise aine ja rakkudevahelise vedeliku komponentide koostoime tõttu on võimalikud järgmised toksilise toime mehhanismid:
1. Elektrolüütide mõju. Elektrolüüdi koostise rikkumist täheldatakse mürgistuse korral ainetega, mis on võimelised ioone siduma. Niisiis, fluoriidide (F-), mõnede kompleksimoodustajate (Na2EDTA, DTPA jne), muude toksiliste ainete (etüleenglükool, mis metaboliseerub oksaalhappe moodustumisega) mürgistuse korral seonduvad kaltsiumiioonid veres ja interstitsiaalses vedelikus, tekib äge hüpokaltseemia, millega kaasnevad närvisüsteemi häired.aktiivsus, lihastoonus, vere hüübimine jne. Ioonitasakaalu rikkumist saab mõnel juhul kõrvaldada elektrolüütide lahuste sisestamisega kehasse.
2. pH mõju. Paljude ainetega mürgitusega, hoolimata rakkudevahelise vedeliku suurest puhvermahust, võib kaasneda keha sisekeskkonna happe-aluse omaduste oluline rikkumine. Seega põhjustab metanoolimürgitus sipelghappe kogunemist organismi, põhjustades rasket atsidoosi. Interstitsiaalse vedeliku pH muutus võib olla ka sekundaarse toksilise toime tagajärg ja areneda bioenergeetika, hemodünaamika (metaboolne atsidoos/alkaloos) ja välise hingamise (gaasatsidoos/alkaloos) protsesside rikkumise tulemusena. Rasketel juhtudel saab pH-d normaliseerida, lisades ohvrile puhverlahuseid.
3. Rakkudevahelise vedeliku ja vereplasma struktuurielementide sidumine ja inaktiveerimine. Vereplasma sisaldab kõrge bioloogilise aktiivsusega struktuurielemente, mis võivad saada toksiliste ainete sihtmärgiks. Nende hulka kuuluvad näiteks vere hüübimissüsteemi tegurid, ksenobiootikume hävitavad hüdrolüütilised ensüümid (esteraasid) jne. Sellise tegevuse tagajärjeks võib olla mitte ainult joove, vaid ka allobioos. Näiteks vereplasma karboksüülesteraaside aktiivsuse pärssimine tri-o-kresüülfosfaadi (TOCP) poolt, mis hävitavad fosfororgaanilised ühendid (OP-d), põhjustab viimaste toksilisuse märkimisväärset suurenemist.
4. Osmootse rõhu rikkumine. Vere ja interstitsiaalse vedeliku osmootse rõhu olulised rikkumised joobeseisundi ajal on reeglina sekundaarsed (maksa, neerude funktsioonide kahjustus, toksiline kopsuturse). Arendav toime mõjutab negatiivselt kogu organismi rakkude, elundite ja kudede funktsionaalset seisundit.
3. Toksiliste ainete toime rakkude struktuurielementidele
Rakkude struktuurielemendid, millega toksilised ained interakteeruvad, on reeglina:
Nukleiinhapped;
Biomembraanide lipiidelemendid;
Endogeensete bioregulaatorite (hormoonid, neurotransmitterid jne) selektiivsed retseptorid.
TOKSIKOMETIA
TOKSIKOLOOGIAS SÕLTUVUS "DOOS-EFEKTSIOON".
Mürgise protsessi ilmingute spekter määratakse mürgise aine struktuuriga. Tekkiva toime raskus sõltub aga toimeaine kogusest.
Bioloogilisele objektile mõjuva aine koguse tähistamiseks kasutatakse doosi mõistet. Näiteks toksilise aine koguses 500 mg viimine 250 g kaaluva roti ja 2000 g kaaluva küüliku makku tähendab, et loomad said vastavalt 2 ja 0,25 mg/kg annuseid (mõiste " annust" käsitletakse üksikasjalikumalt allpool).
"Doosi-mõju" sõltuvust saab jälgida elusaine organiseerituse kõigil tasanditel: molekulaarsest populatsioonini. Sel juhul registreeritakse enamikul juhtudel üldine muster: annuse suurendamisega suureneb süsteemi kahjustuse aste; protsessi kaasatakse järjest suurem hulk selle koostisosi.
Sõltuvalt efektiivsest annusest võib peaaegu iga aine teatud tingimustel olla organismile kahjulik. See kehtib toksiliste ainete kohta, mis toimivad nii lokaalselt kui ka pärast resorptsiooni sisekeskkonnad.
"Doosi-efekti" sõltuvuse avaldumist mõjutab oluliselt organismide liigisisene ja -vaheline varieeruvus. Tõepoolest, samasse liiki kuuluvad isendid erinevad üksteisest oluliselt biokeemiliste, füsioloogiliste ja morfoloogiliste omaduste poolest. Need erinevused on enamikul juhtudel tingitud nende geneetilistest omadustest. Veelgi enam väljendunud samade geneetiliste tunnuste, liikidevaheliste erinevuste tõttu. Sellega seoses on konkreetse aine doosid, milles see kahjustab sama aine organisme ja pealegi, erinevad tüübid mõnikord oluliselt erinevad. Järelikult ei peegelda "annuse-mõju" sõltuvus mitte ainult mürgise aine, vaid ka organismi omadusi, millele see mõjub. Praktikas tähendab see, et toksilisuse kvantitatiivne hindamine, mis põhineb annuse ja toime seose uurimisel, tuleks läbi viia katses erinevate bioloogiliste objektidega ning saadud andmete töötlemiseks tuleb kindlasti kasutada statistilisi meetodeid.
Annuse ja toime suhe letaalsuse seisukohalt
4.1.3.1. Üldised esitused
Kuna surm pärast mürgise aine toimet on alternatiivne reaktsioon, mis realiseerub põhimõttel "kõik või mitte midagi", peetakse seda mõju kõige mugavamaks ainete mürgisuse määramisel, seda kasutatakse surmava mediaanväärtuse määramiseks. annust (LD50).
Ägeda mürgisuse määratlus "surmavuse" mõistes toimub alarühmade moodustamise meetodil (vt eespool). Toksiini sisseviimine toimub ühel võimalikest viisidest (enteraalne, parenteraalne) kontrollitud tingimustes. Arvestada tuleb sellega, et aine manustamisviis mõjutab mürgisuse suurust enim.
Kasutatakse samast soost, vanusest, kaaluga loomi, keda peetakse kindlal dieedil, vajalike pidamistingimuste, temperatuuri, niiskuse jms tingimustes. Uuringuid korratakse mitut tüüpi laboriloomadega. Pärast uuritava keemilise ühendi manustamist tehakse vaatlusi, et määrata surnud loomade arv, tavaliselt 14 päeva jooksul. Aine nahale kandmise korral on tingimata vajalik fikseerida kokkupuute aeg, samuti täpsustada pealekandmise tingimused (suletud või avatud ruumist, kokkupuude viidi läbi). Ilmselgelt sõltub nahakahjustuse aste ja resorptsiooniefekti raskus nii pealekantava materjali kogusest kui ka selle nahaga kokkupuute kestusest. Kõigi kokkupuuteviiside puhul, välja arvatud sissehingamine, väljendatakse kokkupuute annust tavaliselt uuritava aine massina (või mahuna) kehamassiühiku kohta (mg/kg; ml/kg).
Sissehingatava kokkupuute korral väljendatakse kokkupuutedoos uuritava aine kogusena õhumahuühikus: mg/m3 või miljondikosa (ppm – miljondikosa). Selle säritusmeetodi puhul on väga oluline arvestada säriajaga. Mida pikem on kokkupuude, seda suurem on kokkupuutedoos, seda suurem on kahjulike mõjude potentsiaal. Sissehingatavas õhus sisalduva aine erinevate kontsentratsioonide annuse-vastuse suhte kohta saadud teave tuleks saada sama kokkupuuteaja jooksul. Katse saab üles ehitada ka teistmoodi, nimelt hingavad erinevad katseloomade rühmad ainet sisse samas kontsentratsioonis, kuid erinevatel aegadel.
Sissehingatavate toimeainete toksilisuse ligikaudseks hindamiseks, mis võtab samaaegselt arvesse nii mürgise aine kontsentratsiooni kui ka sellega kokkupuute aega, on tavaks kasutada "toksodoosi" väärtust, mis arvutatakse välja Haberi poolt välja pakutud valemi järgi. sajandi alguses:
W = C t , kus
W – toksoos (mg min/m3)
С – toksilise aine kontsentratsioon (mg/m3)
t – säriaeg (min)
Eeldatakse, et ainete lühiajalise sissehingamise korral saavutatakse sama efekt (laboriloomade surm) nii lühiajalise kokkupuute korral suurte annustega kui ka pikema kokkupuute korral madalamate kontsentratsioonidega ainetega, samas kui ajalise kontsentratsiooni saadus aine jääb muutumatuks. Kõige sagedamini kasutati keemiliste sõjaainete iseloomustamiseks ainete toksodoosi määratlust.
Tulemuste tõlgendamine ja praktiline kasutamine
Üldjuhul teeb toksikoloog positiivse doosi-mõju seose tuvastamisel peamise järelduse, et uuritava ainega kokkupuute ja toksilise protsessi arengu vahel on põhjuslik seos. Sõltuvusteavet tuleks siiski tõlgendada ainult seoses selle hankimise tingimustega. Selle olemust mõjutab suur hulk tegureid ning see on spetsiifiline iga aine ja bioloogilise liigi jaoks, mille esindajatele aine mõjub. Sellega seoses tuleb arvesse võtta mitmeid tegureid:
1. LD50 väärtuse kvantitatiivsete karakteristikute täpsus saavutatakse hoolika katsetamise ja tulemuste piisava statistilise töötlemisega. Kui toksilisuse määramise katset korrates saadakse varasemast erinevad kvantitatiivsed andmed, võib selle põhjuseks olla kasutatud bioloogilise objekti omaduste ja keskkonnatingimuste varieeruvus.
2. Aine ohtlikkuse kõige olulisem tunnus on surmaaeg pärast kokkupuudet toksilise ainega. Niisiis, ained sama väärtus LD50, aga erinevad ajad surm võib kaasa tuua mitmesuguseid riske. Kiire toimeaineid sageli peetakse ohtlikumaks. Väga pika latentsusperioodiga "hilinenud" ained on aga sageli altid organismis kumuleerumisele ja on seetõttu ka äärmiselt ohtlikud. Kiiresti mõjuvate toksiliste ainete hulka kuuluvad keemilised võitlusained (FOV, vesiniktsüaniidhape, ärritajad jne). Hilinenud ained on polühalogeenitud polütsüklilised süsivesinikud (halogeenitud dioksiinid, dibensofuraanid jne), mõned metallid (kaadmium, tallium, elavhõbe jne) ja paljud teised.
3. Toksilisuse hindamisel saadud tulemuste täielikum tõlgendamine nõuab lisaks kvantitatiivsete tunnuste määramisele surma põhjuste üksikasjalikku uurimist (vt vastavat jaotist). Kui aine võib põhjustada erinevaid potentsiaalselt surmavaid mõjusid (hingamise seiskumine, südameseiskus, kollaps jne), tuleb mõista, milline mõjudest on peamine ja kas see nähtus võib põhjustada annuse-vastuse komplikatsiooni. suhe. Näiteks võivad mitmesugused bioloogilised mõjud põhjustada surma mürgistuse ägedas ja hilises faasis. Seega võib dikloroetaaniga mürgitus põhjustada katselooma surma juba esimestel tundidel kesknärvisüsteemi pärssimise tõttu (narkootiline, mitteelektrolüütne toime). Mürgistuse hilistel perioodidel loom sureb ägeda neeru- ja maksapuudulikkus(tsütotoksiline toime). Ilmselgelt on see oluline ka toksilisuse kvantitatiivsete omaduste määramisel. Seega on tert-butüülnitriti LD50 väärtus hiirtele intraperitoneaalselt manustatuna ja 30 minuti jooksul surmava toimega 613 mg/kg; surmade registreerimisel 7 päeva jooksul on LD50 187 mg/kg. Surm esimestel minutitel ilmneb ilmselt veresoonte toonuse ja methemoglobiini moodustumise nõrgenemise tagajärjel, hilisel perioodil maksakahjustuse tõttu.
4. Ägeda katsega saadud LD50 väärtus ei ole aine korduva alaägeda või kroonilise kokkupuute korral toksilisuse tunnus. Seega võib suure akumuleerumisvõimega ainete puhul pärast ühekordset süstimist määratud mürgise aine surmava kontsentratsiooni väärtus keskkonnas olla oluliselt kõrgem pikaajalisel kokkupuutel surma põhjustavast kontsentratsioonist. Nõrgalt kumuleeruvate ainete puhul ei pruugi need erinevused nii olulised olla.
Praktikas kasutatakse annuse-vastuse andmeid ja LD50 väärtusi sageli järgmistes olukordades:
1. Iseloomustada ainete ägedat toksilisust rutiinsel ajal toksikoloogilised uuringud ja mitmete keemiliste ühendite toksilisuse võrdlemine.
TOKSIKOKINEETIKA
Toksikokineetika on toksikoloogia osa, mis uurib ksenobiootikumide organismis resorptsiooni, jaotumise, biotransformatsiooni ja nende eliminatsiooni mustreid, samuti kvalitatiivseid ja kvantitatiivseid omadusi (joonis 1).
Joonis 1. Organismi ja ksenobiootikumi interaktsiooni etapid
Toksikokineetika seisukohalt on keha keeruline heterogeenne süsteem, mis koosneb suurest hulgast sektsioonidest (sektsioonidest): veri, kuded, rakuväline vedelik, rakusisene sisu, millel on erinevad omadused ja mis on üksteisest eraldatud bioloogiliste barjääridega. Barjäärid hõlmavad raku- ja intratsellulaarseid membraane, histohemaatilisi tõkkeid (näiteks vere-aju), sisekudesid (nahk, limaskestad). Ainete kineetika kehas seisneb tegelikult nende bioloogiliste barjääride ületamises ja sektsioonide vahel jaotumises (joonis 2).
Aine vastuvõtmise, jaotamise, eemaldamise, segunemise (konvektsiooni), bioloogilises keskkonnas lahustumise, difusiooni, osmoosi ja filtreerimise protsessid läbi bioloogiliste barjääride viiakse läbi.
Toksikokineetika spetsiifilised omadused määravad nii aine enda omadused kui ka organismi struktuursed ja funktsionaalsed iseärasused.
Joonis 2. Ainete liikumise skeem peamistes kehaosades
Aine kõige olulisemad omadused, mis mõjutavad selle toksikokineetilisi parameetreid, on:
Jaotuskoefitsient õli/vee süsteemis – määrab võime akumuleeruda sobivas keskkonnas: rasvlahustuv – lipiidides; vees lahustuv - vees;
Molekuli suurus – mõjutab võimet difundeeruda keskkonnas ja tungida läbi bioloogiliste membraanide pooride ja barjääride;
Dissotsiatsioonikonstant – määrab keha sisekeskkonna tingimustes dissotsieerunud toksiliste ainete molekulide suhtelise osa, s.o. ioniseeritud ja ioniseerimata kujul olevate molekulide suhe. Dissotsieerunud molekulid (ioonid) tungivad halvasti ioonikanalitesse ega läbi lipiidbarjääre;
Keemilised omadused – määravad mürgise aine afiinsuse rakkude, kudede ja elundite keemiliste ja biokeemiliste elementide suhtes.
Keha omadused, mis mõjutavad ksenobiootikumide toksikokineetikat.
Sektsiooni omadused:
Vee ja rasva suhe rakkudes, kudedes ja elundites. Bioloogilised struktuurid võivad sisaldada kas vähe (lihaskude) või palju rasva (bioloogilised membraanid, rasvkude, aju);
Molekulide olemasolu, mis seovad aktiivselt mürgist ainet. Näiteks luudes on struktuure, mis seovad aktiivselt mitte ainult kaltsiumi, vaid ka teisi kahevalentseid metalle (plii, strontsium jne).
Bioloogiliste barjääride omadused:
Paksus;
pooride olemasolu ja suurus;
Kemikaalide aktiivse või hõlbustatud transpordi mehhanismide olemasolu või puudumine.
Olemasolevate ideede kohaselt sõltub aine toime tugevus kehale selle kontsentratsioonist sihtstruktuuriga interaktsiooni kohas, mille omakorda määravad mitte ainult doos, vaid ka aine toksikokineetilised parameetrid. ksenobiootikum. Toksikokineetika sõnastab vastuse küsimusele, kuidas mõjutab aine doos ja toimeviis organismile toksilise protsessi arengut?
KSENOBIOOTIDE AINEVAHETUS
Paljud ksenobiootikumid läbivad organismi sattudes biotransformatsiooni ja erituvad metaboliitidena. Biotransformatsioon põhineb enamasti molekulide ensümaatilisel transformatsioonil. Nähtuse bioloogiline tähendus on keemilise aine muundumine kehast väljutamiseks sobivasse vormi ja seeläbi selle toimeaja lühendamine.
Ksenobiootikumide metabolism toimub kahes faasis (joonis 1).
Joonis 1. Võõrühendite metabolismi faasid
Redoks- ehk hüdrolüütilise muundamise esimeses faasis rikastatakse aine molekul polaarsete funktsionaalrühmadega, mis muudab selle reaktiivseks ja vees paremini lahustuvaks. Teises faasis toimuvad sünteetilised metaboolsete vaheühendite konjugeerimise protsessid endogeensete molekulidega, mille tulemusena tekivad polaarsed ühendid, mis erituvad organismist spetsiaalsete eritusmehhanismide abil.
Biotransformatsiooniensüümide katalüütiliste omaduste mitmekesisus ja madal substraadispetsiifilisus võimaldavad organismil metaboliseerida väga erineva struktuuriga aineid. Samas ei ole eri liiki loomadel ja inimestel ksenobiootikumide metabolism kaugeltki ühesugune, kuna võõrainete muundamisel osalevad ensüümid on sageli liigispetsiifilised.
Ksenobiootilise molekuli keemiline modifitseerimine võib põhjustada:
1. mürgisuse nõrgenemine;
2. Suurenenud toksilisus;
3. Toksilise toime olemuse muutus;
4. Mürgise protsessi käivitamine.
Paljude ksenobiootikumide metabolismiga kaasneb toodete moodustumine, mille toksilisus on algainetest oluliselt halvem. Seega on tsüaniidide biokonversiooni käigus tekkinud tiotsüanaadid mitusada korda vähem toksilised kui algsed ksenobiootikumid. Fluoriioonide hüdrolüütiline lõhustamine sariini, somaani, diisopropüülfluorofosfaadi molekulidest põhjustab nende ainete võime kaotust inhibeerida atsetüülkoliinesteraasi aktiivsust ja nende toksilisuse olulist vähenemist. Toksilise aine toksilisuse kadumise protsessi biotransformatsiooni tulemusena nimetatakse "metaboolseks detoksikatsiooniks".
ÖKOTOKSIKOLOOGIA ALUSED
Tööstuse areng on lahutamatult seotud kasutatavate kemikaalide valiku laienemisega. Pestitsiidide, väetiste ja muude kemikaalide suurem kasutamine - iseloomulik kaasaegne Põllumajandus ja metsandus. See on inimtegevuse olemuses peituva keskkonna keemilise ohu pideva suurenemise objektiivne põhjus.
Mõned aastakümned tagasi visati keemiatööstuse jäätmed lihtsalt keskkonda ning pestitsiide ja väetisi pihustati utilitaarsetest kaalutlustest lähtuvalt peaaegu kontrollimatult üle tohutute territooriumide. Samal ajal arvati, et gaasilised ained peaksid atmosfääris kiiresti hajuma, vedelikud peaksid osaliselt vees lahustuma ja eraldumiskohtadest eemale kandma. Ja kuigi tahkeid tooteid kogunes valdavalt piirkondadesse, peeti potentsiaalset tööstusheidete ohtu väikeseks. Pestitsiidide ja väetiste kasutamine andis mitu korda suurema majandusliku efekti kui mürgiste ainete tekitatud kahju loodusele.
Kuid juba 1962. aastal ilmus Rachel Carsoni raamat Vaikne kevad, milles autor kirjeldab lindude ja kalade massilise hukkumise juhtumeid pestitsiidide kontrollimatu kasutamise tõttu. Carson jõudis järeldusele, et saasteainete tuvastatav mõju on elusloodus ennustada inimesele eelseisvat katastroofi. See raamat äratas kõigi tähelepanu. Ilmunud on keskkonnakaitseühingud, valitsuse õigusaktid, mis reguleerivad ksenobiootikumide vabastamist. Sellest raamatust sai alguse uus teadusharu – toksikoloogia.
Ökotoksikoloogia tõstis iseseisva teadusena esile Rene Trout, kes ühendas 1969. aastal esimest korda kaks täiesti erinevat ainet: ökoloogia (Krebsi järgi teadus suhetest, mis määravad elusolendite leviku ja elupaiga) ja toksikoloogia. . Tegelikult hõlmab see teadmiste valdkond lisaks märgitutele ka muid elemente loodusteadused nagu keemia, biokeemia, füsioloogia, populatsioonigeneetika jne.
Arengu edenedes on uekotoksikoloogia kontseptsioon läbinud teatud arengu. 1978. aastal käsitles Butler ökotoksikoloogiat kui teadust, mis uurib keemiliste mõjurite toksilisi mõjusid elusorganismidele, eriti populatsioonide ja koosluste tasandil teatud ökosüsteemide piires. Levine jt määratlesid selle 1989. aastal kui teadust, mis ennustab kemikaalide mõju ökosüsteemidele. 1994. aastal andsid W. ja T. Forbes ökotoksikoloogia järgmise definitsiooni: Teadmiste valdkond, mis võtab kokku keemiliste saasteainete keskkonna- ja toksikoloogilised mõjud populatsioonidele, kooslustele ja ökosüsteemidele, jälgides selliste saasteainete saatust (transport, muundumine ja eemaldamine). keskkonnas.
Seega uurib ökotoksikoloogia autorite sõnul kahjulike mõjude teket, mis avalduvad saasteainete toimel väga erinevatele elusorganismidele (alates mikroorganismidest kuni inimesteni), reeglina populatsioonide või ökosüsteemide tasandil. tervik, aga ka kemikaali saatus süsteemis.biogeocenoos.
Hiljem hakati ökotoksikoloogia raames eraldi välja tooma selle üht sektsiooni, mida nimetatakse keskkonna utoksikoloogiaks (keskkonnatoksikoloogia).
On olnud kalduvus kasutada terminit Uecotoxicology ainult selleks, et viidata teadmiste kogumile kemikaalide mõju kohta ökosüsteemidele, välja arvatud inimestele. Seega on ökotoksikoloogia Walkeri jt (1996) järgi kemikaalide ökosüsteemidele avaldatava kahjuliku mõju uurimine. Inimobjektid ökotoksikoloogias käsitletavate objektide ringist väljajätmisel määrab see definitsioon ökotoksikoloogia ja keskkonnatoksikoloogia erinevuse ning määrab viimase uurimisobjekti. Terminit Environmental Utoxicology soovitatakse kasutada ainult keskkonnasaasteainete otsese mõju uurimiseks inimestele.
Keskkonnas leiduvate kemikaalide mõju inimestele ja inimkooslustele uurides toimib keskkonnatoksikoloogia klassikalise toksikoloogia juba väljakujunenud kategooriate ja kontseptsioonidega ning rakendab reeglina oma traditsioonilist eksperimentaalset, kliinilist, epidemioloogilist metoodikat. Uurimisobjektiks on toksiinide mehhanismid, arengudünaamika, kahjulike mõjude ilmingud ja keskkonnas nende muundumisproduktid inimesele.
Seda lähenemisviisi üldiselt jagades ja selle praktilist tähtsust positiivselt hinnates tuleb aga märkida, et ökotoksikoloogia ja keskkonnatoksikoloogia metoodilised erinevused kaovad täielikult, kui teadlasele antakse ülesandeks hinnata saasteainete kaudset mõju inimpopulatsioonidele (näiteks elustiku toksilise modifikatsiooni tõttu) või, vastupidi, keskkonnas leiduvate kemikaalide toimemehhanismide väljaselgitamiseks konkreetse elusolendiliigi esindajatele. Sellega seoses on teoreetilisest vaatenurgast keskkonna utoksikoloogia kui teadus ainult uekotoksikoloogia konkreetne probleem, samas kui teaduste metoodika, kontseptuaalne aparaat ja struktuur on samad.
1. Keskkonna ksenobiootiline profiil
Toksikoloogi seisukohalt on keskkonnaks nimetatava abiootilised ja biootilised elemendid kõik keerulised, mõnikord eriliselt organiseeritud, aglomeraadid, lugematute molekulide segud.
Ökotoksikoloogia jaoks pakuvad huvi ainult molekulid, millel on biosaadavus, s.t. võimeline suhtlema elusorganismidega mittemehaaniliselt. Reeglina on need ühendid, mis on gaasilises või vedelas olekus, vesilahuste kujul, adsorbeerunud pinnaseosakestele ja erinevatele pindadele, tahketele ainetele, kuid peene tolmu kujul (osakeste suurus alla 50 mikroni), ja lõpuks toiduga organismi sattuvad ained.
Osa biosaadavaid ühendeid kasutavad ära organismid, osaledes nende plastilistes ja energia metabolism keskkonnaga, s.t. toimida keskkonna ressursina. Teisi, mis sisenevad loomade ja taimede organismi, ei kasutata energiaallikana ega plastilise materjalina, kuid nad on piisavates annustes ja kontsentratsioonides võimelised oluliselt muutma normaalsete füsioloogiliste protsesside kulgu. Selliseid ühendeid nimetatakse võõrasteks või ksenobiootikumideks (eluvõõrad).
Keskkonnas (vesi, pinnas, õhk ja elusorganismid) sisalduvate võõrainete kogum kujul (agregeeritud olekus), mis võimaldab neil astuda keemilistesse ja füüsikalis-keemilistesse koostoimetesse ökosüsteemi bioloogiliste objektidega, moodustab biogeocenoosi ksenobiootilise profiili. . Ksenobiootilist profiili tuleks pidada üheks kõige olulisemaks keskkonnateguriks (koos temperatuuri, valgustuse, niiskuse, troofiliste tingimustega jne), mida saab kirjeldada kvalitatiivsete ja kvantitatiivsete tunnustega.
Ksenobiootilise profiili oluline element on võõrkehad sisalduvad elusolendite elundites ja kudedes, kuna need kõik on varem või hiljem teiste organismide poolt tarbitud (st neil on biosaadavus). Vastupidi, tahkes olekus fikseeritud, õhus mittedispergeeruvatel ja vees lahustumatud kemikaalidel (kivimid, tahked tööstustooted, klaas, plast jne) puudub biosaadavus. Neid võib pidada ksenobiootilise profiili kujunemise allikateks.
Keskkonna ksenobiootilisi profiile, mis on tekkinud planeedil miljoneid aastaid toimunud evolutsiooniprotsesside käigus, võib nimetada looduslikeks ksenobiootikumideks. Need erinevad selle poolest erinevad piirkonnad Maa. Nendes piirkondades eksisteerivad biotsenoosid (biotoobid) on teatud määral kohandatud vastavate looduslike ksenobiootiliste profiilidega.
Erinevad looduslikud kokkupõrked ja sisse viimased aastad ja inimeste majandustegevus, muudavad mõnikord oluliselt paljude piirkondade (eriti linnastunud piirkondade) looduslikku ksenobiootilist profiili. Keemilised ained, mis kogunevad keskkonda ebatavalises koguses ja põhjustavad muutusi looduslikus ksenobiootilises profiilis, toimivad ökosaasteainetena (saasteainetena). Ksenobiootilise profiili muutus võib tuleneda ühe või mitme ökosaasteaine liigsest kogunemisest keskkonda.
See ei too alati kaasa kahjulikke tagajärgi elusloodusele ja elanikkonnale. Ökotoksiliseks aineks võib nimetada ainult keskkonda kogunenud ökosaasteainet, mille kogus on piisav toksilise protsessi käivitamiseks biotsenoosis (mis tahes elusaine organiseerituse tasemel).
Ökotoksikoloogia üks raskemaid praktilisi ülesandeid on määrata kindlaks kvantitatiivsed parameetrid, mille juures ökosaasteaine muutub ökotoksiliseks aineks. Selle lahendamisel tuleb arvestada, et reaalsetes tingimustes mõjub biotsenoosile kogu keskkonna ksenobiootiline profiil, muutes samas üksiku saasteaine bioloogilist aktiivsust. Seetõttu on erinevates piirkondades (erinevad ksenobiootilised profiilid, erinevad biotsenoosid) saasteaine ökotoksiliseks aineks muutumise kvantitatiivsed parameetrid rangelt võttes erinevad.
2. Ökotoksikokineetika
Ökotoksikokineetika - ökotoksikoloogia osa, mis käsitleb ksenobiootikumide (ökosaasteainete) saatust keskkonnas: nende ilmumise allikaid; levik keskkonna abiootilistes ja biootilistes elementides; ksenobiootiline transformatsioon keskkonnas; keskkonnast kõrvaldamine.
2.1. Ksenobiootilise profiili kujunemine. Keskkonda sattuvate saasteainete allikad
WHO (1992) andmetel on biosaadavate ksenobiootikumide looduslikud allikad: tuulega puhutud tolmuosakesed, aerosool meresool, vulkaaniline tegevus, metsatulekahjud, biogeensed osakesed, biogeensed lenduvad ained. Teine ksenobiootikumide allikas keskkonnas, mille tähtsus pidevalt suureneb, on inimtegevus.
Saasteainete ökotoksikoloogilise iseloomustuse kõige olulisem element on nende allikate tuvastamine. Selle probleemi lahendamine pole kaugeltki lihtne, sest mõnikord satub aine keskkonda tühistes kogustes, mõnikord lisanditena täiesti kahjututele ainetele. Lõpuks on ökosaasteaine teke keskkonda võimalik teiste ainete abiootiliste või biootiliste transformatsioonide tulemusena.
2.2. püsivus
Ökosaasteainete kõrvaldamisele (eemaldamisele) on suunatud keskkonnas arvukad abiootilised (toimuvad elusorganismide osaluseta) ja biootilised (elusorganismide osalusel toimuvad) protsessid. Paljud ksenobiootikumid, mis on sattunud õhku, pinnasesse, vette, kahjustavad ökosüsteeme minimaalselt, kuna nendega kokkupuute aeg on tühine. Ained, mis on vastupidavad lagunemisprotsessidele ja seetõttu püsivad keskkonnas pikka aega, on reeglina potentsiaalselt ohtlikud ökotoksilised ained.
Püsivate saasteainete pidev sattumine keskkonda viib nende kuhjumiseni ja biosüsteemi kõige haavatavama (tundlikuma) osa ökotoksilisteks aineteks. Pärast seda, kui püsiva mürgise aine vabanemine on lõppenud, on see endiselt kaua aega salvestatud keskkonda. Niisiis, Ontario järve vees 90ndatel, kõrged kontsentratsioonid pestitsiid mirex, mille kasutamine 70ndate lõpus lõpetati. USA õhujõudude katseala veekogudes Floridas, kus aastatel 1962–1964 pihustati Agent Orange’i uurimiseesmärkidel, sisaldas muda 10 aastat hiljem 10–35 ng/kg TCDD-d (USA standardite järgi normis - 0,1 pkg / kg, Venemaa - 10 pkg / kg).
Ained, mis püsivad keskkonnas pikka aega, on raskemetallid (plii, vask, tsink, nikkel, kaadmium, koobalt, antimon, elavhõbe, arseen, kroom), polütsüklilised polühalogeenitud süsivesinikud (polüklooritud dibensodioksiinid ja dibensofuraanid, polüklooritud bifenüülid jne). ), mõned kloororgaanilised pestitsiidid (DDT, heksakloraan, aldriin, lindaan jne) ja paljud teised ained.
2.3. Muutumine
Valdav enamus aineid läbivad keskkonnas mitmesuguseid muundumisi. Nende transformatsioonide olemus ja kiirus määravad nende vastupidavuse.
2.3.1. Abiootiline transformatsioon
Aine püsivust keskkonnas mõjutab suur hulk protsesse. Peamised neist on fotolüüs (hävitamine valguse mõjul), hüdrolüüs, oksüdatsioon.
Fotolüüs. Valgus, eriti ultraviolettkiired, on võimeline purustama keemilisi sidemeid ja põhjustama seeläbi kemikaalide lagunemist. Fotolüüs toimub peamiselt atmosfääris ning pinnase ja vee pinnal. Fotolüüsi kiirus sõltub valguse intensiivsusest ja aine võimest seda neelata. Küllastumata aromaatsed ühendid, nagu polütsüklilised aromaatsed süsivesinikud (PAH), on fotolüüsi suhtes kõige tundlikumad, sest neelavad aktiivselt valgusenergiat. Valgus kiirendab teisi ainete lagunemisprotsesse: hüdrolüüsi ja oksüdatsiooni. Fotooksüdantide, nagu osoon, lämmastikoksiidid, formaldehüüd, akroleiin, orgaanilised peroksiidid, esinemine keskkonnas omakorda kiirendab oluliselt teiste saasteainete fotolüüsi protsessi (näidatud PAH-de puhul).
Hüdrolüüs. Vesi, eriti kuumutamisel, hävitab kiiresti paljud ained. Näiteks fosfororgaaniliste ühendite molekulides on eetersidemed väga tundlikud vee toimele, mis määrab nende ühendite mõõduka stabiilsuse keskkonnas. Hüdrolüüsi kiirus sõltub suuresti pH-st. Kemikaalide muundumise tulemusena keskkonnas tekivad uued ained. Kuid nende toksilisus võib mõnikord olla suurem kui lähteaine toksilisus.
Biootiline transformatsioon
Kemikaalide abiootiline lagunemine toimub tavaliselt aeglaselt. Ksenobiootikumid lagunevad palju kiiremini elustiku, eriti mikroorganismide (peamiselt bakterite ja seente) osalusel, kes kasutavad neid toitainetena. Biootilise hävitamise protsess toimub ensüümide osalusel. Ainete biotransformatsioonid põhinevad oksüdatsiooni, hüdrolüüsi, dehalogeenimise, molekuli tsükliliste struktuuride lõhenemise, alküülradikaalide elimineerimise (dealküülimise) jne protsessidel. Ühendi lagunemine võib lõppeda selle täieliku hävimisega, s.t. mineraliseerumine (vee, süsihappegaasi, muu teke lihtsad ühendused). Siiski on võimalik moodustada ainete biotransformatsiooni vaheprodukte, millel on mõnikord suurem toksilisus kui algsel ainel. Jah, transformatsioon anorgaanilised ühendid fütoplanktoni elavhõbe võib põhjustada mürgisemate elavhõbedaühendite, eriti metüülelavhõbeda moodustumist. Sarnane nähtus leidis aset 1950. ja 1960. aastatel Jaapanis Minamato lahe kaldal. Lämmastikuühendeid tootva tehase heitveega lahe vette sattunud elavhõbe muudeti elustiku toimel metüülelavhõbedaks. Viimane oli koondunud kudedesse mereorganismid ja kala, mis oli toiduks kohalik elanikkond. Selle tulemusena tekkis kala tarbivatel inimestel haigus, mida iseloomustas keeruline neuroloogiliste sümptomite kompleks ja vastsündinutel täheldati väärarenguid. Kokku registreeriti 292 Minamato tõve juhtu, neist 62 lõppes surmaga.
2.4. Hävitamisega mitteseotud eliminatsiooniprotsessid
Mõned keskkonnas toimuvad protsessid aitavad kaasa ksenobiootikumide eemaldamisele piirkonnast, muutes nende jaotumist keskkonnakomponentides. Kõrge aururõhu väärtusega saasteaine võib kergesti aurustuda veest ja pinnasest ning seejärel liikuda õhuvooluga teistesse piirkondadesse. See nähtus on suhteliselt lenduvate kloororgaaniliste insektitsiidide, nagu lindaan ja heksaklorobenseen, üldlevisuse aluseks.
Mürgiste osakeste või pinnase liikumine, millele tuul ja atmosfäärivoolud adsorbeerivad aineid, on samuti oluline viis saasteainete ümberjaotamiseks keskkonnas. Sellega seoses on tüüpiline näide polütsüklilistest aromaatsetest süsivesinikest (benspüreenid, dibenspüreenid, bensantraseenid, dibensantraseenid jne). Benspüreen ja sellega seotud nii loodusliku (peamiselt vulkaanilise) kui ka inimtekkelise päritoluga ühendid (metallurgia-, naftatöötlemistööstuse, soojuselektrijaamade jne emissioon) on aktiivselt kaasatud ainete biosfääri tsüklisse, liikudes ühest keskkonnast teise. Siiski seostatakse neid tavaliselt tahked osakesed atmosfääri tolm. Peen tolm (1-10 mikronit) püsib õhus kaua, suuremad tolmuosakesed settivad üsna kiiresti tekkekohas pinnasele ja vette. Vulkaanipursete tuhk sisaldab neid aineid suures koguses. Samas, mida suurem on emissioon, seda suuremale kaugusele saasteained hajuvad.
Ainete sorptsioon vees hõljuvatel osakestel, millele järgneb settimine, viib nende eemaldamiseni veesambast, kuid akumuleerumine põhjasetted. Sademed vähendab dramaatiliselt saasteaine biosaadavust.
Vees lahustuvate ainete ümberjaotumist soodustavad vihmad ja põhjavee liikumine. Näiteks herbitsiid atrasiin, mida kasutatakse laialeheliste taimede kaitseks USA põllumajanduses ja parkides, on sealses pinnavees üldlevinud. Mõnede aruannete kohaselt sisaldab seda pestitsiidi kuni 92% Ameerika Ühendriikide uuritud veekogudest. Kuna aine on üsna stabiilne ja vees kergesti lahustuv, siis rändab see põhjavette ja koguneb sinna.
2.5. Bioakumulatsioon
Kui keskkonnasaasteaine ei saa organismi sattuda, ei kujuta see talle tavaliselt olulist ohtu. Sisekeskkonda sattudes on aga paljud ksenobiootikumid võimelised kudedesse kogunema (vt jaotist UToksükokineetika). Protsessi, mille käigus organismid koguvad mürgiseid aineid, eemaldades need abiootilisest faasist (vesi, pinnas, õhk) ja toidust (troofiline ülekanne), nimetatakse bioakumulatsiooniks. Bioakumuleerumine toob kaasa kahjulikud tagajärjed nii organismile endale (kahjuliku kontsentratsiooni saavutamine kriitilistes kudedes) kui ka organismidele, kes kasutavad seda bioloogilist liiki toiduna.
Veekeskkond annab parimad tingimusedühendite bioakumulatsiooniks. Siin elavad müriaadid veeorganismid, filtreerides ja läbides tohutul hulgal vett, eraldades samas kumulatsioonivõimelisi mürgiseid aineid. Hüdrobiondid akumuleerivad aineid mõnikord tuhandeid kordi suuremates kontsentratsioonides kui vees sisalduvad.
Bioakumulatsiooni mõjutavad tegurid
Ökotoksiliste ainete kalduvus bioakumuleeruda sõltub mitmest tegurist. Esimene on ksenobiootikumi püsivus keskkonnas. Aine kehas akumuleerumise määra määrab lõpuks selle sisaldus keskkonnas. Ained, mis kiiresti erituvad, ei kogune organismis üldiselt hästi. Erandiks on tingimused, mille korral saasteaine pidevalt keskkonda satub (tööstuste lähedal asuvad piirkonnad jne).
Seega, kuigi tsüaanvesinikhape on mürgine ühend oma suure lenduvuse tõttu, ei ole see paljude ekspertide arvates potentsiaalselt ohtlik ökosaasteaine. Tõsi, siiani pole suudetud täielikult välistada, et teatud tüüpi haigused, kullakaevandusettevõtete läheduses elavate naiste rasedushäired, kus tsüaniidi kasutatakse suures koguses, ei ole seotud aine kroonilise toimega.
Pärast ainete sattumist kehasse määravad nende saatuse toksikokineetilised protsessid (vt vastavat jaotist). Suurima bioakumuleerumisvõimega on rasvlahustuvad (lipofiilsed) ained, mis organismis aeglaselt metaboliseeruvad. Rasvkude, reeglina ksenobiootikumide pikaajalise ladestumise peamine koht. Nii leiti palju aastaid pärast kokkupuudet Vietnami sõjas osalenud USA armee veteranide rasvkoe ja vereplasma biopsiaproovides kõrge TCDD tase. Paljud lipofiilsed ained on aga altid erinevate veest ja õhust sadestunud osakeste pindadele sorptsioonile, mis vähendab nende biosaadavust. Näiteks benspüreeni sorptsioon humiinhapped vähendab mürgise aine võimet bioakumuleeruda kalakudedes kolm korda. Vähese hõljuvate osakeste sisaldusega veekogude kalad koguvad DDT-d rohkem kui suure heljumi sisaldusega eutroofsetest veekogudest pärit kalad.
Organismis metaboliseeruvad ained kogunevad väiksemates kogustes, kui nende füüsikalis-keemiliste omaduste põhjal võiks eeldada. Ksenobiootikumide bioakumulatsioonifaktorite väärtuste liikidevahelised erinevused on suuresti määratud nende ainevahetuse liigiomadustega.
Bioakumulatsiooni tähtsus
Bioakumulatsioon võib põhjustada mitte ainult kroonilisi, vaid ka hilinenud ägedaid toksilisi mõjusid. Seega viib kiire rasvakaotus, millesse on kogunenud suur kogus ainet, mürgise aine verre sattumiseni. Loomade rasvkoe mobiliseerumist täheldatakse sageli pesitsushooajal. Ökoloogiliselt ebasoodsates piirkondades võib sellega kaasneda loomade massiline surm, kui nad jõuavad puberteediikka. Püsivad saasteained võivad kanduda ka järglastele, lindudel ja kaladel - munakollase sisuga, imetajatel - imetava ema piimaga. Sel juhul on järglastel võimalik mõju, mis vanematel ei avaldu.
2.6. Biomagnifikatsioon
Kemikaalid võivad liikuda toiduahelate kaudu saakorganismidest tarbimisorganismideni. Väga lipofiilsete ainete puhul võib selle liikumisega kaasneda toksilise aine kontsentratsiooni suurenemine iga järgneva organismi – toiduahela lüli – kudedes. Seda nähtust nimetatakse biomagnifikatsiooniks. Niisiis kasutati DDT-d sääskede tapmiseks ühes California järves. Pärast töötlemist oli pestitsiidide sisaldus vees 0,02 miljondikosa (ppm). Mõne aja pärast määrati DDT kontsentratsioon planktonis 10 ppm, planktitoiduliste kalade kudedes 900 ppm, röövkalades 2700 ppm ja kalatoidulistes lindudes 21 000 ppm. See tähendab, et DDT sisaldus lindude kudedes, kes pestitsiidiga otseselt kokku ei puutunud, oli 1 000 000 korda kõrgem kui vees ja 20 korda kõrgem kui kalade kehas, mis on toiduahela esimene lüli.
Varem mainitud Rachel Carsoni raamat "Silent Spring" toob sellise näite. Puid töödeldi DDT-ga, et kontrollida jalaka maltspuu vektorit Scolytes multistriatus, mis on jalaka maltspuu vektor. Osa pestitsiidist sattus mulda, kus vihmaussid omastasid seda ja kogunesid kudedesse. Peamiselt vihmausse söövatel rändrästadel tekkis pestitsiidimürgitus. Mõned neist surid, samas kui teistel oli häiritud reproduktiivfunktsioon - nad munesid steriilsed munad. Selle tulemusena on puuhaiguste tõrje viinud rändrästaste peaaegu väljasuremiseni mitmel pool Ameerika Ühendriikides.
3. Ökotoksikodünaamika
3.1. Üldmõisted
Ökotoksikodünaamika on ökotoksikoloogia osa, mis käsitleb spetsiifilisi arengumehhanisme ja toksiliste protsesside vorme, mis on põhjustatud ökotoksiliste ainete toimest biotsenoosile ja/või selle moodustavatele üksikutele liikidele.
Mehhanismid, mille abil ained võivad biogeotsenoosides kahjulikku mõju avaldada, on arvukad ja tõenäoliselt igal juhul ainulaadsed. Siiski on need klassifitseeritavad. Seega on võimalik eristada otsest, kaudset ja segategevusökotoksilised ained.
Otsene toime on teatud populatsiooni või mitme populatsiooni organismide otsene kahjustamine (biotsenoos) teatud ksenobiootilise keskkonnaprofiiliga ökotoksilise aine või ökotoksiliste ainete kombinatsiooniga. Sarnase toimemehhanismiga ainetest inimeste puhul on näiteks kaadmium. See metall koguneb kehasse isegi minimaalse sisaldusega keskkonnas ja kriitilise kontsentratsiooni saavutamisel käivitab mürgise protsessi, mis avaldub kahjustusena. hingamissüsteem, neerude, immunosupressioon ja kantserogenees.
Kaudne - see on keskkonna ksenobiootilise profiili mõju populatsiooni elupaiga biootilistele või abiootilistele elementidele, mille tulemusena ei ole keskkonna tingimused ja ressursid selle eksisteerimiseks optimaalsed.
Paljud mürgised ained on võimelised avaldama nii otsest kui kaudset, s.t. segategevus. Segase ökotoksilise toimemehhanismiga ainete näideteks on eelkõige herbitsiidid 2,4,5-T ja 2,4-D, mis sisaldavad väikeses koguses 2,3,7,8-tetraklorodibenso-p-dioksiini ( TCDD) lisandina. Nende ainete laialdane kasutamine Ameerika sõjaväe poolt Vietnamis põhjustas olulist kahju riigi taimestikule ja loomastikule ning otseselt inimeste tervisele.
3.2. Ökotoksilisus
Ökotoksilisus on antud ksenobiootilise keskkonnaprofiili võime põhjustada kahjulikke mõjusid vastavas biotsenoosis. Nendel juhtudel, kui loodusliku ksenobiootilise profiili rikkumine on seotud ainult ühe saasteaine liigse akumuleerumisega keskkonda, võib tinglikult rääkida ainult selle aine ökotoksilisusest.
Kooskõlas ökoloogia bioloogiliste süsteemide korraldamise taseme ideega on tavaks eristada kolme osa (G.V. Stadnitsky, A.I. Rodionov, 1996):
Autekoloogia - ökoloogiliste mõjude kirjeldus organismi tasandil;
Demekoloogia – ökoloogilised mõjud populatsiooni tasandil;
Sünekoloogia – mõjud biotsenoosi tasemel.
Seoses sellega ja ebasoodsate ökotoksiliste mõjudega on soovitatav arvestada:
Keha tasandil (autotoksiline) - need väljenduvad resistentsuse vähenemises muude aktiivsete keskkonnategurite suhtes, aktiivsuse vähenemises, haigustes, keha surmas, kantserogeneesis, reproduktiivfunktsiooni häiretes jne.
Rahvastiku tasandil (demotoksilised) - need väljenduvad elanikkonna surmas, haigestumuse, suremuse suurenemises, sündimuse vähenemises, kaasasündinud arengudefektide arvu suurenemises, demograafiliste tunnuste rikkumises (suhe). vanusest, soost jne), keskmise eluea muutus, kultuuriline lagunemine.
Biogeocenoosi tasemel (sünekotoksiline) - need väljenduvad tsenoosi populatsioonispektri muutumises kuni üksikute liikide kadumiseni ja uute ilmumiseni, mis pole sellele biotsenoosile iseloomulikud, liikidevaheliste suhete rikkumises.
Kui hinnata ainult ühe aine ökotoksilisust ainult ühe elusolendiliigi esindajate suhtes, siis klassikalises toksikoloogias kasutusele võetud kvalitatiivsed ja kvantitatiivsed omadused (ägeda, alaägeda, kroonilise toksilisuse väärtused, doosid ja kontsentratsioonid, mis põhjustavad mutageenseid, kantserogeenseid ja muud tüüpi efektid jne). Siiski rohkem keerulised süsteemid, ökotoksilisust ei mõõdeta numbritega (kvantitatiivselt), seda iseloomustavad mitmed näitajad kvalitatiivselt või poolkvantitatiivselt, läbi ohu F või U Ökoloogiline risk F mõistete.
Sõltuvalt ökotoksiliste ainete mõju kestusest ökosüsteemile võib rääkida ägedast ja kroonilisest ökotoksilisusest.
3.2.1. Äge ökotoksilisus
Ainete äge toksiline mõju biotsenoosile võib tuleneda õnnetustest ja katastroofidest, millega kaasneb suures koguses suhteliselt ebastabiilse mürgise aine sattumine keskkonda või kemikaalide ebaõige kasutamine.
Ajalugu juba teab selliseid sündmusi. Nii juhtus 1984. aastal Bhopalis (India) õnnetus Ameerika keemiaettevõtte pestitsiidide UUnion CarbideF tootmise tehases. Selle tulemusena sattus atmosfääri suur hulk pulmonotroopset ainet metüülisotsüanaati. Kuna aine on lenduv vedelik, moodustas see ebastabiilse infektsioonikolde. Siiski mürgitati umbes 200 tuhat inimest, kellest 3 tuhat suri. Peamine surmapõhjus on äge kopsuturse.
Teine tuntud ägeda toksilis-ökoloogilise katastroofi juhtum leidis aset Iraagis. Selle osariigi valitsus ostis seemnena suure partii teravilja. Seemnetera töödeldi kahjuritõrjeks metüülelavhõbeda fungitsiidiga. See teraviljapartii sattus aga kogemata turule ja seda kasutati leivaküpsetamiseks. Selle tulemusena ökoloogiline katastroof mürgitati üle 6,5 tuhande inimese, kellest umbes 500 suri.
Aastal 2000 Rumeenias ühes kaevandusettevõttes Väärismetallid, õnnetuse tagajärjel lekkis tsüaniidhapet ja tsüaniidi sisaldavaid tooteid. Doonau vetesse sattus tohututes kogustes mürgiseid aineid, mürgitades sadade kilomeetrite jooksul allavoolu kõik elusolendid.
Suurim keskkonnakatastroof on väga mürgiste kemikaalide kasutamine sõjalistel eesmärkidel. Esimese maailmasõja ajal kasutasid sõdivad riigid lahinguväljadel umbes 120 tuhat tonni mürgiseid aineid. Selle tagajärjel sai mürgituse üle 1,3 miljoni inimese, mida võib pidada üheks suurimaks keskkonnakatastroofiks inimkonna ajaloos.
Ägedad ökotoksilised mõjud ei põhjusta alati inimeste või muude kokkupuutuvate liikide surma või ägedaid haigusi. Niisiis oli Esimeses maailmasõjas kasutatud ainete hulgas ka väävelsinep. See aine, olles kantserogeen, põhjustas kasvajatest mõjutatud isikute hilise surma.
3.2.2. Krooniline ökotoksilisus
Subletaalsed toimed on tavaliselt seotud ainete kroonilise toksilisusega. Sageli tähendab see reproduktiivfunktsioonide rikkumist, immuunsüsteemi nihkeid, endokriinset patoloogiat, väärarenguid, allergiat jne. Kuid krooniline kokkupuude mürgise ainega võib põhjustada ka teatud liikide isendite surma.
Ökotoksiliste ainete toime avaldumised inimesele võivad olla väga mitmekesised ja teatud kokkupuute intensiivsuse tasemetel on mõjutegurile üsna spetsiifilised.
Ökotoksilisuse mehhanismid
Kaasaegses kirjanduses on toodud arvukalt näiteid kemikaalide toimemehhanismidest elusloodusele, mis võimaldab hinnata nende keerukust ja ootamatusi.
1. Toksiliste ainete otsene toime, mis põhjustab tundlike liikide massilist surma. Tõhusate pestitsiidide kasutamine toob kaasa kahjurite massilise hukkumise: putukad (insektitsiidid) või umbrohud (herbitsiidid). See ökotoksiline mõju loob kemikaalide kasutamise strateegia. Kuid mõnel juhul kaasnevad negatiivsed nähtused. Nii et Rootsis, 50.–60. metüülelavhõbeda ditsüanamiidi on laialdaselt kasutatud teraviljakultuuride seemnete töötlemiseks. Elavhõbeda kontsentratsioon terades oli üle 10 mg/kg. Perioodiline töödeldud seemnetera nokitsemine lindude poolt tõi mõne aasta pärast kaasa faasanite, tuvide, nurmkanade ja teiste viljatoiduliste lindude massilise surma kroonilise elavhõbedamürgistuse tõttu.
Ökoloogilise olukorra hindamisel tuleb silmas pidada toksikoloogia põhiseadust: eri tüüpi elusorganismide tundlikkus kemikaalide suhtes on alati erinev. Seetõttu võib saasteaine ilmumine keskkonda isegi väikestes kogustes olla kahjulik kõige tundlikumate liikide esindajatele. Seega tapab pliikloriid dafnia päeva jooksul, kui see sisaldub vees kontsentratsioonis umbes 0,01 mg / l, mis on teiste liikide esindajatele vähe ohtlik.
2. Ksenobiootikumi otsene toime, mis viib allobiootiliste seisundite tekkeni ja erivormid toksiline protsess. 1980. aastate lõpus selle tulemusena viirusnakkused Lääne-, Põhja- ja Iiri meres hukkus umbes 18 000 hüljest. Surnud loomade kudedest leiti kõrge polüklooritud bifenüülide (PCB) sisaldus. On teada, et PCB-d, nagu ka teised kloori sisaldavad ühendid, nagu DDT, heksaklorobenseen, dieldriin, avaldavad imetajatele immunosupressiivset toimet. Nende kuhjumine kehasse tõi kaasa hüljeste vastupanuvõime vähenemisele infektsioonidele. Seega, põhjustamata otseselt loomade surma, suurendas saasteaine oluliselt nende tundlikkust muude ebasoodsate keskkonnategurite toimele.
Selle ökotoksilise toime vormi klassikaline näide on neoplasmide arvu suurenemine, paljunemisvõimaluste vähenemine inimeste populatsioonides, kes elavad ökotoksiliste ainetega saastunud piirkondades (Lõuna-Vietnami territooriumid - dioksiin).
3. Ökosaasteainete embrüotoksiline toime. On hästi teada, et lindude, nagu sinikaelpart, kalakotkas, kaljukotkas jne, kudedesse kogunev DDT põhjustab munakoore õhenemist. Selle tulemusena ei saa tibusid kooruda ja nad surevad. Sellega kaasneb lindude arvukuse vähenemine.
Näited erinevate ksenobiootikumide (sh ravimite) toksiliste mõjude kohta inimese ja imetajate embrüotele on laialt tuntud (vt jaotist Uteratogenees).
4. Ebatavalise toimega saasteaine biotransformatsiooniprodukti otsene toime. Floridas elavate kalade (küpriniidide) välivaatlustel leiti populatsioonid, kus oli palju emasloomi, millel on selged maskuliiniseerumise tunnused (omapärane käitumine, pärakuime modifikatsioon jne). Need populatsioonid leiti pähklitöötlemistehasest allavoolu jõest. Esialgu arvati, et äravool sisaldab maskuliiniseerivaid aineid. Uuringud on aga näidanud, et heitmetes selliseid aineid pole: reovesi ei põhjustanud maskuliiniseerumist. Lisaks leiti, et reovesi sisaldas fütosterooni (tekkis tooraine töötlemisel), mis jõevette sattudes puutus kokku siin elavate bakteritega ja muutus nende osalusel androgeeniks. Viimane põhjustas ka negatiivset mõju.
Ökotoksikomeetria
Üldine metoodika
Ökotoksikomeetria on ökotoksikoloogia osa, mille raames võetakse arvesse metoodilisi tehnikaid, mis võimaldavad hinnata (prospektiivselt või tagasiulatuvalt) ksenobiootikumide ökotoksilisust.
Ksenobiootikumide ökotoksilisuse määramiseks kasutatakse täielikult kõiki klassikalisi kvantitatiivseid toksikoloogilisi uuringuid (vt jaotist UToksikomeetria).
Ökosaasteainete akuutne toksilisus määratakse katseliselt mitmete liikide puhul, mis on ökosüsteemi erineva troofilise organisatsiooni taseme esindajad (vetikad, taimed, selgrootud, kalad, linnud, imetajad). USA Keskkonnakaitseagentuur nõuab teatud mürgist ainet sisaldava vee kvaliteedikriteeriumide määratlemisel selle mürgisuse määramist vähemalt 8 võrra. erinevat tüüpi magevee- ja mereorganismid (16 katset).
Elusolendite liike on korduvalt püütud järjestada nende tundlikkuse järgi ksenobiootikumide suhtes. Erinevate mürgiste ainete puhul on aga elusolendite tundlikkuse suhe nende suhtes erinev. Lisaks kasutatakse teatud tasemete esindajate standardliikide F ökotoksikoloogias keskkonnaorganisatsioon, ksenobiootikumide ökotoksilisuse määramine teaduslikust seisukohast ei ole õige, kuna loomade, isegi lähedaste liikide tundlikkus erineb mõnikord väga oluliselt.
Ökotoksilisuse hindamisel tuleb arvestada, et kuigi peaaegu kõik ained võivad põhjustada ägedaid toksilisi mõjusid, ei tuvastata kroonilist toksilisust iga ühendi puhul. Kaudne väärtus, mis näitab aine ohtlikkuse astet selle kroonilise toime ajal, on ägeda (LC50) ja kroonilise (toksilise toime lävi) mõju põhjustavate kontsentratsioonide suhe. Kui see suhe on väiksem kui 10, peetakse ainet madala kroonilise kokkupuute ohuga aineks.
Aine kroonilise ökotoksilisuse hindamisel tuleks arvesse võtta järgmisi asjaolusid:
1. Ohukordaja määramine on alles kõige esimene samm aine ökotoksilisuse potentsiaali määramisel. Laboratoorsetes tingimustes määratakse mürgiste ainete kroonilise toime lävikontsentratsioonid, hinnates rühma suremust, kasvu ja paljunemisvõimet. Kroonilise ainetega kokkupuute muude mõjude uurimine võib mõnikord viia erinevate arvuliste näitajateni.
2. Toksilisuse uuringud tehakse laboritingimustes pidamiseks sobivate loomadega. Nii saadud tulemusi ei saa pidada absoluutseks. Mürgised ained võivad mõnel liigil põhjustada kroonilisi toimeid, teistel mitte.
3. Toksilise aine koostoime biootiliste ja abiootiliste keskkonnaelementidega võib oluliselt mõjutada selle mürgisust vivo(vt eespool). Seda aga teatud tingimustel ei uurita