Экотоксикология

Динамику прохождения ядов через организм, включая процессы поступления, распределения, метаболизма и выделения, изучает токсикокинетика. Токсическое действие поступившего в организм ядовитого вещества возникает только тогда, когда оно достигает точки своего приложения, взаимодействует с рецептором. Это могут быть ферменты, действие которых блокируется токсическим соединением; пути проведения нервных импульсов; участки мембран клеток или их органелл, которые оккупируются молекулами вредного вещества, в результате чего нарушается мембранная проницаемость. У некоторых ядов имеется несколько точек приложения, поэтому иногда наблюдаются основной и побочные токсические эффекты. Токсический эффект имеет место только в том случае, если количество поступившего яда не слишком мало. С током крови яд разносится по всему организму, через эпителий капилляров проникает в ткани и органы, иногда откладывается в них, подвергается тем или иным превращениям и, наконец, выделяется из организма в неизменном виде или в виде метаболитов.
Экспериментальная разработка токсико-кинетических задач предусматривает прежде всего определение концентрации вещества или его метаболитов в крови, плазме, моче, выдыхаемом воздухе, тканях в различные интервалы времени. С этой целью используют методы, принятые для определения чужеродных веществ в организме (фотометрический, спектрофотометрический анализ, полярография, хроматография, флуорометрия, нейтрон-но-активационный анализ, методы меченых атомов и др.). Все эти методы должны обладать высокой чувствительностью.
Поступление в организм чужеродных химических соединений, их распределение между органами и тканями и последующее выделение в основном происходят по законам диффузии. Кинетика диффузионных процессов описывается экспоненциальными закономерностями. Простейшие зависимости такого рода имеют вид: С= лП) (1 — е~*0 для накопления вещества и С= С0е~х'для его выделения, где Со — постоянная концентрация вещества в окружающей среде в первом случае и начальная (при t = 0) концентрация вещества в биофазе организма (кровь, ткань, орган) во втором; л — коэффициент распределения вещества между биофазой и окружающей средой; к и ч — постоянные накопления и выведения; t— время. Постоянные А; и ч имеют размерность, обратную времени; ч показывает, какая часть имеющегося в биологической системе количества вещества выделяется, а А:— какая его часть накапливается за каждую единицу времени.
Период полувыведения (Т) является промежутком времени, в течение которого выделяется половина находящегося в биологической системе вещества. Пользуясь уравнением выделения, получаем С0/2 = С0е~^г, или е~хг = 1/2, чГ= In 2 = 0,693, ч = 0,693/Г; Т= 0,693/ч. Величину Г можно легко найти графически.
Другим показателем пребывания чужеродного вещества в организме является кажущийся объем его распределения (V), соответствующий объему, который занимало бы вещество в организме в состоянии равновесия при условии его равномерного распределения:
V= W/C,
где W— количество вещества в организме в единицах массы; С—его концентрация в той ткани, через которую вводится объем распределения. Например, W— в мг, С— в мг/л плазмы, тогда V— в мл по данным определения вещества в плазме.

Клинико-статистический метод дополняет экспериментальный, дает возможность проверить утвержденную на основе эксперимента ПДК. Он осуществляется в течение первых трех лет работы новой технологической установки, но может продолжаться и дальше для изучения отдаленных последствий воздействия вещества на работающих, в том числе в комплексе с другими неблагоприятными факторами. На этом этапе проводят углубленное гигиеническое обследование предприятия.
В основе регламентации пылей во вдыхаемом воздухе лежат массовые (мг/м3)концентрации, ПДК пылей являются максимально разовыми.
ПДК пестицидов устанавливают на основе экспериментальных исследований по наиболее чувствительным показателям, определяемым на животных.
Регламентирование аллергенов и канцерогенов проводят с использованием статистических приемов для оценки частоты и силы сенсибилизирующего действия и определения скорости нарастания титра антител, обязательны иммунологические исследования в оценке такого рода веществ. Допустимое содержание аллергенов обосновывается экспериментальными исследованиями на животных (морские свинки, кролики) при ингаляции или контакте аллергена с кожей и слизистыми оболочками.
ПДК канцерогенов устанавливают в специальных длительных опытах, проводимых не менее чем на двух видах животных. Канцерогенные вещества вводят разными путями (ингаляционно, с пищей, накожными аппликациями). Учитывают число и сроки возникновения опухолей в зависимости от концентрации и длительности экспозиций или общей дозы вещества. Эксперимент для обоснования ПДК веществ с генетической активностью проводят на крысах, мышах, кроликах не менее чем на трех поколениях животных. В зависимости от степени опасности последствий для потомства принимают коэффициент запаса от 20 до 100.
В настоящее время при оценке опасности канцерогенных веществ используют два количественных показателя: фактор канцерогенного потенциала (ФКП) и единичный риск (ЕР). ФКП характеризуется функцией угла наклона (tg б) в нижней (линейной) части зависимости доза—эффект, ограниченной 95%-м верхним доверительным интервалом вероятности ответа (возникновения заболевания) на единицу дозы (концентрации) потенциального канцерогена, экстраполируемой на определенный временной интервал, в частности на среднюю продолжительность жизни. ФКП исчисляется величиной мг/(кг • сут). ЕР рассчитывается путем деления ФКП на массу тела человека (70 кг) и умножения на объем суточной легочной вентиляции (20 м3/сут) либо на объем суточного потребления воды (2л/сут). ФПК0 при оральном попадании вещества в организм составляет для чрезвычайно опасных канцерогенов 1-го класса 10 и более, высокоопасных (2-й класс) — 1—9,999, умеренно опасных (3-й класс) — 0,1—0,999, малоопасных (4-й класс) —0,01 мг/(кг*сут) и ниже (Курляндский, Новиков, 1998).
Биологические ПДК —это количество яда, которое циркулирует в организме, но не вызывает еще интоксикации. Этот показатель является дополнительным критерием ПДК. Безопасный уровень ПДК свинца в крови — 60 мкг%, свинца в моче — 0,2 мг/л.
В США, Англии и других развитых странах перечни допустимых концентраций вредных веществ в воздухе, воде не имеют юридической силы и являются рекомендательными. Они отличаются от ПДК в России. В США ПДК соответствуют средней концентрации вредных веществ за смену работников.
К сожалению, большинство существующих ПДК токсикантов определены в экспериментах на млекопитающих и разработаны по отношению к человеку. К важнейшей задаче экотоксикологии относится определение пороговых показателей токсичности, ПДК токсикантов для микроорганизмов, беспозвоночных животных, растений и экосистем в целом.

Способность пестицидов продолжительно сохраняться в почве или на культурных растениях после обработки. Хлорированные углеводороды, такие, как ДДТ, и пестициды, содержащие мышьяк, свинец или ртуть, относятся к группе устойчивых, они не разрушаются за время одного вегетационного сезона. Время разложения очень стойких химических веществ на нетоксичные компоненты составляет более 2 лет, стойких — 0,5—2 года, умеренно стойких — 1—6 мес, малостойких — менее 1 мес.
Период полужизни у ДДТ, например, может достигать 20 лет. За этот период только половина первоначально использованного ДЦТ разложится до простых соединений. Устойчивость ДДТ способствовала его накоплению в пищевых цепях, что оказывало губительное действие на их концевые звенья. Когда в США концентрация ДДТ в молоке кормящих матерей в результате передачи этого вещества через пищевые цепи достигла уровня, в 4 раза превышающего уровень ПДК, применение ДДТ было запрещено. Далее ДДТ был запрещен в Новой Зеландии, б. СССР, Венгрии, Швеции, Дании, Финляндии и в других странах. Однако не всегда запреты были полными. Например, в б. СССР вначале не могли отказаться от использования ДДТ в борьбе с клещами — переносчиками таежного энцефалита. Позже ВОЗ разрешила применение ДДТ в беднейших развивающихся странах для борьбы с переносчиками болезней — малярийными комарами и мухами. До сих пор ДДТ используют в Австралии для опрыскивания садов. Для этой же цели применяют ДДТ в Китае, Индии. При этом индийское правительство считает, что новый подъем заболеваемости малярией в стране — это следствие запрета или ограничения на применение ДДТ.
Экспериментально было установлено, что ДДТ может вызвать генетические изменения в организме человека. Другие компоненты пестицидов — ртуть и мышьяк — практически никогда полностью не инактивируются: они циркулируют в экосистеме или оказываются захороненными в иле.
Гербициды симазин, атразин полностью не разлагаются в почве в течение одного вегетационного периода, их остатки сохраняются в почве несколько лет. Аминная соль 2,4-Д практически полностью разлагается в почве в течение одного сезона вегетации. Максимальное содержание пестицидов отмечается в верхнем 5-сантиметровом слое почвы. В течение одного периода вегетации они не проникают в почву на глубину более 50 см. Гербициды дикамба, атразин и фунгицид триадименол через год после внесения мигрируют на глубину 60—70 см, через 1,5—2 года — на 70—80 см. Т50 современных гербицидов (время, за которое разлагается половина препарата) составляет в среднем 16— 46 сут, фунгицидов — 55—284, инсектицидов — 55, акарицидов — 11—13 сут.
Выявлено определенное несоответствие в уровнях загрязнения почв и возделываемых на них культур пестицидами. В ряде случаев после обработки в течение вегетации среднее содержание препаратов в почве превышало ПДК, тогда как в растениях токсикант либо обнаруживался в следовых количествах, либо не был зарегистрирован. В то же время отмечены случаи, когда при превышении максимально допустимого уровня остаточных количеств пестицидов в продукции массовая доля их в почве была существенно ниже предельно допустимых концентраций.
Неодинаковая химическая стойкость различных пестицидов предопределяет как уровень их остаточных количеств в объекте биосферы, так и особенности их миграций в пищевых цепях.
Длительная устойчивость пестицидов является основным фактором в процессе вторичного загрязнения, когда продукты питания, никогда не подвергавшиеся обработке пестицидами, тем не менее их содержат.
Циркуляция пестицидов может происходить по следующим путям: воздух -» растения -> почва -» растения -> травоядные животные -> человек; почва -» вода -> планктон -» рыба -» человек.
Таким образом, являясь важным фактором воздействия человека на окружающую среду, пестициды опасны тем, что могут оказывать на нее различные отдаленные побочные действия.
Пестицидная нагрузка на человека в разных странах неодинакова и зависит от ассортимента потребляемых продуктов, принятой системы защиты растений и регламентирования остаточного содержания пестицидов в пищевых продуктах. Допустимое остаточное количество (ДОК) пестицидов в продуктах — это официально разрешенное безвредное содержание остатков пестицидов в пищевых продуктах (вмг/кг). Все приемы хранения, переработки и приготовления продуктов, как правило, способствуют уменьшению остатков пестицидов в пище.

Токсикология как наука сложилась в конце XIX в. Во второй половине XIX — начале XX в. было начато изучение действия вредных промышленных веществ на организм экспериментальных животных, в качестве которых обычно использовали крыс и мышей. Экспериментальный метод в токсикологию ввел французский физиолог Клод Бернар (1813—1878), изучавший действие на живой организм яда кураре (1844).
22 апреля 1915 г. в Бельгии (севернее Ипра) немцы впервые применили в качестве отравляющего вещества (ОВ) хлор. Потери от ОВ в Первую мировую войну составили более миллиона человек. В 1937 г. в Германии был открыт табун, позднее — другие, более ядовитые нервно-паралитические газы (зарин, зоман)
Во время Второй мировой войны немцы использовали в газовых камерах в концлагерях синильную кислоту и ее соли. Синильная кислота (HCN) — сильнейший синтетический яд; бесцветная, прозрачная жидкость с запахом горького миндаля, смертельная доза для человека — 0,06 г. Синильная кислота и ее соли (цианистый калий и цианистый натрий) парализуют клеточное дыхание.
В России основоположниками токсикологии как науки являются Н. В.Лазарев (1895-1973) и Н. С. Правдин (1882-1954), научная деятельность которых началась в 20-х годах XX в. В настоящее время в России существует сеть научно-исследовательских институтов, занимающихся изучением вопросов гигиены труда и разработкой профилактических мероприятий. Работы по токсикологической оценке новых веществ ведутся на гигиенических кафедрах медицинских вузов, в токсикологических лабораториях санитарно-эпидемиологических станций, где разрабатываются санитарные нормы и правила работы с вредными химическими продуктами, даются рекомендации по обеспечению безопасных условий труда. Ни одно химическое соединение не вводится в производство и не применяется без предварительной токсикологической оценки в эксперименте на животных.
Особенно широкое развитие токсикология получила после создания в 1980 г. Международного союза токсикологов (International Union of Toxicology; UTOX) на 2-м Международном конгрессе токсикологов в Брюсселе. Международные конгрессы, где обсуждаются проблемы токсикологии и экотоксикологии, проводятся один раз в три года, публикуются труды конгрессов. 3-й Международный конгресс токсикологов проходил в Сан-Диего (США) в 1983 г., 4-й — в Токио (Япония) в 1986 г., 5-й — в Брайтоне (Великобритания) в 1986 г., 6-й— в Риме (Италия) в 1992 г., 7-й —в Сиэтле (США) в 1995 г., 8-й —в Париже (Франция) в 1998 г., 9-й — в Брисбене (Австралия) в 2001 г. Всероссийская общественная организация токсикологов была учреждена 25 сентября 1996 г.; 1-й съезд токсикологов России проходил 17—20 ноября 1998 г. в Москве. Основные научные достижения токсикологов России публикуются в научном журнале «Токсикологический вестник».
Решение проблем химической безопасности в Российской Федерации входит в задачи токсикологических подразделений Федерального центра Госсанэпиднадзора.