Экотоксикология

Яды, оказывая разностороннее и сложное действие на организм, могут вызывать следующие патологические процессы: воспаление, дистрофические изменения, лихорадку, аллергические состояния, опухолевый процесс (канцерогенез), нарушения в развитии плода (тератогенез), повреждение наследственного аппарата (мутагенез). Последние три формы рассматривают как отдаленные последствия действия ядов. Развитие патологических процессов в значительной мере обусловлено конкурентными отношениями между чужеродными ядовитыми веществами и естественными химическими веществами организма со сходной структурой. Замещая или вытесняя естественные химические вещества, ксенобиотики нарушают нормальное течение биохимических реакций, что приводит к нарушениям в структуре и функциях клетки, ткани, органа, организма в целом. Подобные взаимоотношения наблюдаются как при местном действии ядов, так и при поступлении их во внутреннюю среду организма.
Наиболее распространенной и хорошо заметной формой проявления патологической реакции на действие ксенобиотиков является воспаление. Хорошо растворимые в воде или жирах ксенобиотики вызывают воспаление непосредственно в точке приложения — на коже, слизистых оболочках глаз, в верхних дыхательных путях, пищеварительном тракте (сильные кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов, нитрогазы, хлор). Газы и пары с небольшим коэффициентом растворимости в воде накапливаются в концентрациях, достаточных для повреждения ткани, гораздо медленнее, они успевают проникнуть и вызвать воспаление в более глубоко расположенных отделах, например, дыхательной системы.
Удушающие газы (оксиды азота, аммиак, фосген и др.) нарушают проницаемость сосудов, что приводит к отеку легких. Воспаление с последующим развитием цирроза печени Вызывают мышьяк, фосфор, свинец, хлорированные углеводороды. Некроз кожи и слизистых оболочек развивается при попадании на них фенола, извести, карбида кальция.
Изменения в виде различных дистрофий (белковой, углеводной, жировой) в почках, печени, миокарде, головном и спинном мозге обнаруживаются при очень многих острых и хронических интоксикациях.
Типичную лихорадку, сопровождающуюся резким повышением температуры тела, можно наблюдать при вдыхании быстро окисляющихся на воздухе паров меди, ртути, кобальта, никеля, сурьмы и особенно цинка. Высокодисперсные пары оксидов металлов, проникая в глубоко расположенные отделы дыхательных путей, легко денатурируют белки тканей. Всасывание этих, ставших чужеродными для организма белков и вызывает асептическую лихорадку.
В настоящее время выявлено несколько тысяч простых химических веществ и несколько сотен тысяч сложных органических соединений, способных изменять чувствительность организма и вызывать аллергию. Многие химические аллергены с низкой молекулярной массой (менее 1000) конъюгируют в организме с белковым носителем и приобретают свойства антигенов (чужеродных белков).
Ароматические амины, нитро-, нитрозосоединения образуют в процессе превращения в организме сильнейшие аллергены — хиноидные и бензохиноидные соединения. Выраженными аллергенными свойствами обладают также соединения мышьяка, ртути, кобальта, никеля, хрома, платины, органические оксиды, перок-сиды, формальдегид.
Как при прямом контакте с покровными тканями, так и особенно после резорбции во внутреннюю среду организма яд может действовать на любые ткани или лишь на некоторые из них. Один и тот же яд может обладать разной «избирательностью» в зависимости от пути поступления, дозы и состояния организма.

Проникая через мембраны, газообразные неорганические соединения оказывают влияние на рН клеточных растворов. Оксиды неметаллов (S02, N02 и др.) при взаимодействии с водой увеличивают, а аммиак, напротив, уменьшает их кислотность. Как известно, от рН клеточных растворов зависит активность ферментов, изменение которой приводит к нарушению обмена веществ.
Под влиянием стрессоров у высших растений происходит уменьшение содержания хлорофилла, грануляция цитоплазмы, разрушение хлоропластов, образование в них кристаллических включений, набухание тилакоидов, подавление фотосинтеза, угнетение фотолиза воды и транспорта электронов от фотосистемы II к фотосистеме I, флуоресценция хлоропластов (спонтанное излучение света).
При газообразном загрязнении S02 происходит уменьшение размеров клеток эпидермиса листьев, толщины годичных колец и их выпадение; увеличение клеток смоляных ходов у сосны, числа устьиц, толщины кутикулы, густоты опушения; отслаивание протоплазмы от клеточной стенки (плазмолиз). В областях, не загрязненных выхлопными газами, клетки хвои дают выпуклый, а в условиях загрязненного воздуха — вогнутый плазмолиз.
Макроскопические реакции семенных растений на различные стрессоры, включая газообразные неорганические соединения, проявляются прежде всего в изменении окраски листьев, к которым относятся хлорозы, пожелтение, побурение, побронзовение, по-серебрение листьев; впечатление пропитанности листьев водой.
Хлороз выражается в побледнении окраски листьев между жилками при слабом воздействии газообразных веществ. Покраснение листьев у смородины отмечено под влиянием S02. У табака посеребрение поверхности листьев происходит под действием озона. Побурение, побронзовение, посеребрение листьев, создание впечатления пропитанности листьев водой представляют собой первые стадии тяжелых некротических повреждений у лиственных и хвойных деревьев.

Многие газообразные неорганические вещества в соединении с содержащимися в атмосфере парами воды образуют кислоты, способствующие выпадению кислотных дождей. Кислотные дожди — это атмосферные осадки, рН которых ниже 5,5. Закисление осадков чаще происходит вследствие попадания в атмосферу оксидов серы и азота. Источники S02 связаны прежде всего с процессами сгорания каменного угля, нефти, природного газа, содержащих сероорганические соединения. Часть S02 в результате фотохимического окисления в атмосфере превращается в серный ангидрид, образующий с атмосферной влагой серную кислоту. Важным источником SC>2 является также цветная металлургия (производство меди, никеля, кобальта, цинка и других металлов, включающее стадию обжига сульфидов). Оксиды азота — предшественники азотной кислоты — попадают в атмосферу главным образом в составе дымовых газов котлов тепловых электростанций и выхлопов двигателей внутреннего сгорания. При высоких температурах в этих устройствах азот воздуха частично окисляется, давая смесь моно- и диоксида азота (Заиков, Маслов и др., 1991).
Среди растений самыми чувствительными к общему загрязнению воздуха являются лишайники. К следующей группе чувствительных растений относятся мхи и голосеменные, в частности хвойные (ель, сосна), затем идут цветковые растения. Древесные цветковые менее устойчивы к загрязнению по сравнению с многолетними и особенно однолетними травами. Это в значительной степени связано с размерами и продолжительностью жизни зеленых частей растений. При небольших размерах лишайники живут десятки лет, хвоя сосны —до 5—6, ели — 15—16 лет. Листопадные древесные растения ежегодно с наступлением неблагоприятного периода года сбрасывают листья, а вместе с ними и значительное количество накопленных за сезон вегетации загрязняющих веществ. У многолетних трав ежегодно происходит возобновление и отмирание большей части надземных органов. Это повышает их устойчивость к токсикантам.