Особенности воздействия загрязняющих веществ на живые организмы
Ксенобиотики антропогенного происхождения постоянно циркулируют в окружающей среде. Многие из них высокотоксичны, способны передаваться по трофическим цепям, трудно подвергаются фотолитическому, химическому или биологическому разложению, плохо растворимы в воде и хорошо растворимы в жирах, что приводит к их накоплению в тканях живых организмов, при этом их концентрации могут в 700 тыс. раз… Читать ещё >
Особенности воздействия загрязняющих веществ на живые организмы (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Ксенобиотики антропогенного происхождения постоянно циркулируют в окружающей среде. Многие из них высокотоксичны, способны передаваться по трофическим цепям, трудно подвергаются фотолитическому, химическому или биологическому разложению, плохо растворимы в воде и хорошо растворимы в жирах, что приводит к их накоплению в тканях живых организмов, при этом их концентрации могут в 700 тыс. раз превышать фоновые. Наиболее многочисленны и разнообразны по строению органические соединения природного и антропогенного происхождения, их принято определять как стойкие органические загрязнители (СОЗ). Эти ксенобиотики могут быть отнесены к приоритетным загрязнителям региона. Около 60 таких веществ вошли в международный перечень приоритетных загрязнителей[1][2]:
- • пестициды — альдрин, хлордан, ДДТ, эндрин, гептахлор и др. (всего 14 веществ);
- • промышленные вещества — полихлорированные бифенилы (ПХБ), гексабромбифенил, фталаты, полихлорбензолы, хлорпарафины;
- • побочные продукты — ПХДД, ПХДФ, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ);
- • органические соединения металлов — ртути, свинца, олова.
Многие СОЗ устойчивы к внешним воздействиям, способны к биоаккумуляции и биоконцентрированию. Среди показателей токсичности СОЗ — канцерогенность, мутагенность, а также показатели, определяющие репродуктивное здоровье и эндокринный статус человека, нервно-психическое развитие детей и др.
К приоритетным химическим загрязнителям также относят неорганические вещества, такие как тяжелые металлы, аммиак, диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода (П) и некоторые другие. Из названных токсикантов тяжелые металлы, которые правильнее называть «токсичные металлы», и их соединения могут передаваться по трофическим цепям. В число контролируемых металлов входят восемь токсичных элементов: ртуть, кадмий, медь, олово, мышьяк, свинец, цинк, железо. В России дополнительно контролируют также сурьму, никель, селен, хром, алюминий, фтор, иод1. В отдельную группу выделяют суперэкотоксиканты, т. е. вещества, имеющие исключительно высокую токсичность даже в микроконцентрациях. К ним принадлежат 7 представителей ПХДД, 10 — ПХДФ и 11 (12) — ПХБ. Сумма концентраций всех 28 (29) суперэкотоксикантов, умноженных на их коэффициент токсичности, позволяет рассчитать уровень загрязнения объекта этими веществами по сравнению с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) для данной матрицы (воздух, вода, почва и др.)[3][4].
Для всех суперэкотоксикантов характерны следующие особенности[5]:
- • сверхаккумуляция в живых организмах (нет обоснованных значений ПДК);
- • трудности аналитического определения (концентрации, соизмеримые с пределами обнаружения аналитическими методами);
- • низкие концентрации в компонентах окружающей среды (затруднение прогнозирования последствий).
Особенности накопления и трансформации СОЗ в различных живых организмах и промежуточных компонентах, а также возможное негативное воздействие на человека можно проследить в табл. 2.1.
В целом можно сказать, что токсические эффекты, вызванные экотоксикантами и проявляющиеся у высших животных, связаны либо с биохимическим и физиологическим воздействием на клеточные мембраны, либо с метаболическими процессами, протекающими в организме. Результатом такого воздействия будут нарушение метаболизма, ингибирование ферментов и коферментов, аккумулирование ксенобиотиков в жировых тканях (липидах) организма. Метаболические процессы, играющие важную роль в любом живом организме, протекают в двух направлениях — токсикации и детоксикации. Оба процесса связаны с участием как самих токсических веществ, так и их метаболитов, а токсический эффект проявляется либо в гепатической форме (токсичность для печени), либо в экстрагепатической форме (токсичность для других органов). Необходимо отметить, что механизмы протекания метаболических процессов могут отличаться у высших животных и у человека, в частности может меняться роль разных органов в общем метаболизме. Основные механизмы токсикации и детоксикации представлены на рис. 2.3.
Рис. 23. Механизмы токсикации и детоксикации у высших форм живых.
организмов Токсический эффект (токсикологические реакции) может проявляться у живых организмов по-разному. В некоторых случаях это могут быть необратимые химические повреждения, вызываемые ковалентным связыванием химического реагента и биологического субстрата или рецептора, в других случаях — обратимые взаимодействия между ксенобиотиком и субстратом или рецептором, при этом рецепторы сохраняют свои функции.
Экологические, физико-химические и токсикологические особенности приоритетных СОЗ.
Таблица 2.1
Вещество или класс. | Абиотический компонент присутствия. | Биотический компонент накопления. | Органы (ткани) накопления у высших животных. | Продукты питания. | ЛСД, КТ или ПДК. | Экологические особенности. | Токсический эффект. |
ХЛОРОРГАНИЧЕСКИЕ ПЕСТИЦИДЫ (ХОП). Источник — направленный синтез для применения в сельском хозяйстве. | |||||||
ддт. | Воздух, почва, донные отложения (0,014 мг/кг), поверхностные, в том числе морские, воды, взвеси речной воды. | Листья растений, водная фауна (ракообразные — до 0,41 мг/кг; рыбы — до 3—6 мг/кг), травоядные, рыбоядные и хищные птицы (жировая ткань чаек — до 200 мг/кг), млекопитающие. | Жировой слой, печень, грудное молоко, кровь, мышечная ткань, кожные покровы. | Яйца, молоко, рыба, мясо, овощи, фрукты, картофель, питьевая вода. | Медленная разлагаемость под действием внешних факторов (физических, химических, фотохимических, биологических), высокая термическая стабильность, низкая растворимость в воде, но высокая в органических растворителях и жирах, способность к накоплению (С/ДСД = 90), поглощение гидробионтами, сорбция на взвешейных частицах, возможность испарения с поверхности почвы и воды, высокая гидрофобность, конечные продукты метаоолизма: ДДЭ, ДДД, кетоны, ПХБ. | Нарушение репродуктивной функции, нарушение структуры генетического аппарата, патология внутренних органов, гормональные изменения, мутагенный и эмбриотоксический эффекты, высокий канцерогеный риск. | |
ПХБ. | |||||||
Линдан. | 12,5. | ||||||
Альдрин. | 0,1. | ||||||
Дильдрин. | 0,1. | ||||||
Эндрин. | 0,1. | ||||||
Гептахлор | 0,5. | ||||||
Хлордан. | 0,05. | ||||||
Ми реке. | 0,07. | ||||||
Гексахлорбензол (ГХБ) и другие хлорпроизводные бензола. | 0,6. | ||||||
ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (ПАУ). Источники — микробиологические и высокотемпературные природные и антропогенные процессы. | |||||||
(пожары, вулканы, сжигание топлива, промышленные выбросы, нефтепродукты). | |||||||
Бенз (а)пирен. | Воздух (аэро; | Растения: | Коэффнцп; | Мясо,. | Синергический эффект при. | Мутагенная активность,. | |
золи на ТВЧ-фон. | водоросли. | енты накопле; | молоко. | взаимодействии с гетероцикличе; | канцерогенное воздействие. | ||
0,05—0,15, города. | (0,1 — 10 мкг/кг),. | пня в печени. | и масло. | скими аналогами, кумулятивный. | при местном воздействии. | ||
0,1−100 нг/мЗ),. | мхи, лишайники. | рыб — 1,8 • 104; | (3,2; | эффект, низкая растворимость. | (апликации); при ингаля; | ||
(до 50 и г/г), трава. | в гонадах —. | 9,4 мкг/кг),. | в воде, линофильность, быстрая. | ционном и пероральном —. | |||
(до 1 нг/г),. | 1,3 • 10*; | окисляемость под действием. | индуцирование опухолей. |
Вещество или класс. | Абиотический компонент присутствия. | Биотический компонент накопления. | Органы (ткани) накопления у высших животных. | Продукты питания. | ДСД, КТ или ПДК. | Экологические особенности. | Токсический эффект. |
Дибенз («,/?)антрацен. | осадки, поверхностные воды (фон 10−11, пром. районы 40—80 нг/л), донные отложения (фон 1—5, инд. центры 10−1000 нг/г), почва (фон 5—8, инд. центры 20−100 нг/г У | капуста. морская фауна: мидии (антрацен 200−300 мкг/кг); рыба. (14—16 мкг/кг)[8] | колбаса твердого копчения (0,2— 3,7 мкг/кг), окорок (16,5- 29,5 мкг/кг), морская рыба (0,1; 0,2 мкг/кг)[11] | света до хинонов и карбонильных соединений, сороция на поверхности взвешенных частиц (сажи, пыли, иловых частиц), образование аэрозолей, образование нитрососдинений в присутствии оксидов азота, участие в химических реакциях с разными окислителями, разрушение и удачение за счет биологической деградации в воде, в донных отложениях, в почве. | различной морфологической структуры в разных органах и тканях при попадании через органы дыхания и пищеварительный тракт. | ||
Бенз (/>)флуорантен. | 0,1. | ||||||
Антрацен. | 0,01. | ||||||
Хризен. | 0,01. | ||||||
Флуорен. | 0,001. | ||||||
Фенантрен. | 0,001. | ||||||
Пирен. | 0,001. | ||||||
ПОЛИХЛОРИРОВАННЫЕ БИФЕНИЛЫ — смесь конгенеров C12H10.(r+y)Cl(v+v). Источник — направленный синтез и использование в качестве трасформаторного масла, диэлектрических жидкостей для конденсаторов, пластификаторов, смазок и фунгицидов, сут. ПДКвозд (мг/м[8])/ПДКвода (мг/л)/ПДКночва (мг/кг)/ПДКмолоко (мг/кг)/ ПДКрыба (мг/кг), в пересчете на липиды. | |||||||
Стандартная смесь «Арохлор». | Воздух.
| Растения — незначительное; хищные птицы (< 4 мкг/кг), нехищные птицы (1—2 мкг/кг)[14]; | Кровь. (150 мкг/кг), грудное молоко (16— 514 мкг/л)[15] | Молоко (0,43- 1,87 нг/кг); масло (0,91— 2,13 нг/кг),. |
/5,0. | По физико-химическим свойствам близки к диоксинам: стабильность к внешним воздействиям, высокая температура разложения, фотоустойчивость, мапая реакционная способность. | У худшение реп роду кти вных функций мужчин и женщин, нарушение в эндокринной системе[16], на ибол ыл и й токе и чески й эффект оказывают. |
?рь СЛ.
Вещество или класс. | Абиотический компонент присутствия. | Биотический компонент накопления. | Органы (ткани) накопления у высших животных. | Продукты питания. | дед, КТ или ПДК. | Экологические особенности. | Токсический эффект. |
почва (0,13— 2000 мг/кг)1 | рыба: омуль, плотва, окунь, форель (0,05—0,23 нг/кг), салака. | свинина (0,06- 0,36 нг/кг), говядина (0,46- 2,45 нг/кг), птица (0,89— 2,0 нг/кг)[19] | и сниженный метаболизм в природных средах, низкая растворимость в воде (99% остается в осадке) и высокая в органических растворителях и жирах, накопление в биотканях, богатых липидами, низкая испаряемость с поверхности почвы и воды, низкая биоразлагаемость, кумулирование в природных средах, передача по трофическим цепям. | планарные ПХБ с 4—6 атомами хлора. | |||
ПОЛИХЛОРИРОВАННЫЕ ДИБЕНЗО-//-ДИОКСИНЫ, всего 75 конгенеров и ДИБЕНЗОФУРАНЫ, всего 135 конгенеров. Источник: промышленные выбросы при производстве целлюлозы, химической продукции, сжигании отходов, выбросы автотранспорта, сут. ПДКвозд (иг/м[19])/ПДКвода (иг/л)/ПДКпочва (нг/кг)/ОБУВмолоко (мкг/кг)/ ОБУВмясо (мкг/кг), в пересчете на липиды[21] | |||||||
Наиболее токсичны: 7 конгенеров ПХДД:
| Воздух (0.01- 1,6 пг/м[19])[4][24][25] снег (0,001−1,47 нг/л)б, вода (0,05—. 4,0 пг/л), почва (0,35—52 нг/кг),. | Растения — незначительное, рыба морская и речная, домашние животные. | Грудное молоко (3—45 нг/кг), кровь (липиды) (12—49 нг/кг), жировая ткань (4—69 нг/кг)[19] | Мясо (0,10- 0,98 нг/кг) и молоко (0,07- 0.63 нг/кг) (92−95%),. | 0,5 / 20 / 0,33 / 3.0 /3,0. | Низкая гигроскопичность и высокая адсорбционная способность на частицах сажи, золы, пыли, ила, способность к накоплению и миграции, низкая растворимость в воде и высокая в органических растворителях, низкая летучесть,. | Острая токсичность: дибензо-и-диоксины, дибензофураны и бифенилы. Отдаленные последствия и поражение внутренних органов, синдром истощения, снижение иммунитета, влияние на ферментные. |
Вещество или класс | Абиотический компонент присутствия | Биотический компонент накопления | Органы (ткани) накопления у высших животных | Продукты питания | дед, КТ или ПДК | Экологические особенности | Токе и чес ки й эффект |
1.2,3.4.6,7.8-С17-ДД С18-ДД | донные отложения (1,2−34,9 нг/кг)1 | животные жиры (0,34— 1,8 нг/кг), рыба и рыбные продукты (0,63- 63,0 нг/кг)[4][18], овощи и фрукты | высокая термическая и химическая устойчивость, устойчивость к действию окислителей и среде | системы, кожные заболевания. снижение репродуктивных функций, снижение физической и умственной работосIюсобл ioctj i, новы — mei ше чу вствител ы юсти к инфекциям, безусловные канцерогены для человека | |||
Наиболее токсичны 10 конгенеров ПХДФ
|
Вещество или класс. | Абиотический компонент присутствия. | Биотический компонент накопления. | Органы (ткани) накопления у высших животных. | Продукты питания. | ДСД, КТ или ПДК. | Экологические особенности. | Токсический эффект. |
ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (ОЛОВА, СВИНЦА, РТУТИ). Источник: направленный синтез и использование в производстве полиуретанов, пестицидов, красок, антидетонаторов в ДВС, бактерицидов, фунгицидов, ядохимикатов (большинство производств сегодня запрещено); выбросы цветной металлургии, химического комплекса, консервного производства. ПДКвозд (мг/м3)/ПДКвода (мг/л). | |||||||
Тетраэтили тетрабутил производные олова. | Соединения Pb (11): воздух (0,1 —.
| Соединения РЬ (Н): растения (коэф. биол. накопления Кб = 0,1−2,45); насекомые (Кб =. = 0,41—0,75); грибы, мхи, лишайники; животные организмы — незначительно (быстрая разлагаемость). Соединения Hg (II): фитопланктон (0,005 мг/кг), зоопланктон (0,01 мг/кг), кальмары (0,24 мг/кг), морская рыба (0,004−1,8 мг/кг)[29][16] | Соединения Pb (II) и Sn (ll): мозг, кроветворные органы, кровь, легкие, печень. Соединения Hg (II): мышечная ткань, кровь (8—200 мкг/л), плацента (10 мкг/г), моча (4 мкг/л), волосы (0,48— 0,74 мкг/г). | Соединения РЬ (П) и Sn (II): питьевая вода, молоко, животные и растительные жиры, овощи, зерновые культуры. Соединения Hg (II): питьевая вода, грибы, овощные и злаковые культуры, рыба и морепродукты. | 0,0002- 0,002 / 0,1. | Соединения РЬ (И) и Sn (II): низкая растворимость в воде, высокая биоразлагаемость под действием почвенных микроорганизмов и на свету, при высоких температурах, хорошая гидролизуемость в водных средах с образованием солей, высокое сродство к фосфолипидам. Тетраэтилсвинец — низкая растворимость в воде, но высокая в органических растворителях и жирах, высокая сорбируемость (древесиной, пористыми материалами), способность к кумуляции в живых организмах, попадает в организм через органы дыхания и желудочнокишечный тракт. Соединения Ilg (II): классифицированы на летучие и водорастворимые; способность к адсорбции наземными объектами и десорбция летучих форм; способность к кумуляции; высокая. | Соединения РЬ (П) и Sn (II): нарушение проницаемости биологических мембран, нарушение обмена фосфора, развитие патологии центральной нервной системы, разрушение миелиновых оболочек в головном мозге, влияние на кроветворные органы, тератогенное действие. Т етраэтилсвинец (триэтилсвинец) — ингибитор обменных процессов, накапливается в центральной нервной системе, вызывает сосудистые расстройства, снижает активность холинэстеразы в крови. Соединения Hg (II): более токсичны, чем соединения РЬ и Hg; тиоловые яды, блокируют HS-группы, проникают в богатые липидами ткани (печень, мозг), вызывают изменения в ЦНС,. |
Вещество или класс | Абиотический компонент присутствия | Биотический компонент накопления | Органы (ткани) накопления у высших животных | Продукты питания | ДСД, КТ или ПДК | Э кол оптчеткие особом 11 юсти | Токсическнн эффект |
Дихлордиэтили дихлордмбутилпроизводные олова | 0.002/0,1 | эффективность усвоения живыми организмами и низкая скорость выведения, накопление в ряду фитопланктон — зоопланктон — мальки — нланктоноядныерыбы — хищные рыбы — | органах кроветворения, сердце, почках, подавление роста тканей, старение | ||||
Трибутилпроизводные олова | 0,02/0,1 | ||||||
Трифенил производные олова | 0,02/0,1 | млекопитающие | |||||
Дибутилоловопроиз- водные | 0,004 — 0,02/0,1 | ||||||
Тетраэтили тетраметилсвинец |
| ||||||
Алкил производные ртути алифатического ряда (диэтилртуть, метил ртуть) | |||||||
ФЕНОЛЫ И ИХ ПРОИЗВОДНЫЕ. Источник: производство лаков и красок, синтетических смол, пластификаторов, ПАВ, ядохимикатов, антисептиков и др. ПДКвозд. (мг/м3)/ ПДКвода (мг/л) | |||||||
Фенол | Вода (фон 3,0—8,0 мкг/л), воздух городов (0,3−1,9 ПДК) | Водная растительность (поглощает и разрушает фенолы), рыба | Жировые ткани, липиды крови, печени (12- 97 мкг/кг) | Питьевая вода, рыба |
| Низшие фенолы и многоатомные фенолы растворимы в воде и в растворителях, на воздухе постепенно окисляются, реак- ЦИОННОСПОСОО!1 ы. Токсичность уменьшается с увеличением длины и количества алкильных заместителей, но увеличивается способность к кумуляции. Хлорфенолы являются структурными предшественниками диоксинов, образуются при взаимодействии фенола и хлора при хлорировании воды. | Поражение печени и почек, ЦПС, репродуктивной системы, онкологические заболевания, нарушения эндокринной системы. Язвенная болезнь, кровотечения |
Вещество или класс. | Абиотический компонент присутствия. | Биотический компонент накопления. | Органы (ткани) накопления у высших животных. | Продукты питания. | ДСД, КТ или ПДК. | Экологические особенности. | Токсический эффект. |
Метил фенолы. |
| Алкилфенолы имеют структуру, схожую с половыми гормонами, фенол и его производные обладают синергизмом (повышают сумму эффектов). | |||||
Диметилфенолы. | 0,01/0,25. | ||||||
Хлорфенолы. |
| ||||||
Полихлорфенолы. |
|
Примечание. ДСД — допустимая суточная доза потребления, мкг/кг массы тела (по данным ВОЗ); ВОЗ — Всемирная организация здравоохранения; КТ — коэффициент токсичности относительно бенз (а)пирена; ТВЧ — твердые взвешенные частицы; ОБУВ — ориентировочные безопасные уровни воздействия; пром. районы — промышленные районы; инд. центры — индивидуальные центры; ДВС — двигатель внутреннего сгорания; ПАВ — поверхностно-активные вещества; ЦНС — центральная нервная система.
- [1] De Souza D. Т., Tiwari R., Sah Л. К., Raghukumar C. Enhanced production of laccase bya marine fungus during treatment of colored effluents and synthetic dyes // Enzyme and MicrobialTechnology. 2006. Vol. 38. № 3—4.
- [2] Майстренко В. H. Указ. соч.
- [3] Контроль химических и биологических параметров окружающей среды / под ред.Л. К. Исаева. СПб.: Экометрия, 1998.
- [4] Майстренко В. Н. Указ. соч.
- [5] Клюев II. Л. Эколого-аналитический контроль стойких органических загрязненийв окружающей среде. М.: Джеймс, 2000.
- [6] Диоксины. Супертоксиканты XXI века / Н. А. Клюев [и др.]. Вып. 3. Регионы России. М.: ВИНИТИ, 1998.
- [7] ШабадЛ. М. О циркуляции канцерогенов в окружающей среде. М.: Медицина, 1973.
- [8] Деньга Ю. М., Лисовский Р. И., Михайлов В. И. Нефтяное загрязнение в экосистемах Черного моря // Еколопчш проблеми Чорного моря. Одесса: ЦНТШОНЮА, 2003.
- [9] Загрязнение нефтяными компонентами элементов экосистемы северо-восточной части Черного моря / Л. Ф. Павленко [и др.] // Еколопчш проблеми Чорного моря. Одесса: ЦНТШОНЮА, 2003.
- [10] ШабадЛ. М. О циркуляции канцерогенов в окружающей среде. М.: Медицина, 1973.
- [11] Диоксины. Супертоксиканты XXI века. / И. А. Клюев [и др.]. Вып. 3. Регионы России. М.: ВИНИТИ, 1998.
- [12] Деньга Ю. М., Лисовский Р. И., Михайлов В. И. Нефтяное загрязнение в экосистемах Черного моря // Еколопчш проблеми Чорного моря. Одесса: ЦНТШОНЮА, 2003.
- [13] Загрязнение нефтяными компонентами элементов экосистемы северо-восточной части Черного моря / Л. Ф. Павленко [и др.] // Еколопчш проблеми Чорного моря. Одесса: ЦНТШОНЮА, 2003.
- [14] Bonakoglu J., WilkinsJ., Walker C. The Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 1990. Vol. 45 (6). P. 819 823.
- [15] Авхименко M. M. Полихлорированные бифенилы. Супертоксиканты XXI века. Вып. 5. М.: ВИНИТИ. 2000. С. 14—31.
- [16] Там же.
- [17] Майстренко В. Н. Указ. соч.
- [18] Загрязнение диоксинами и родственными соединениями окружающей среды Иркутской области / Е. Л. Мамонтова [и др.]. Иркутск, 2000.
- [19] Environment / Latini G. (et al.]. Health Persp 2003. Vol. 11 (14).
- [20] Environment / Latini G. (et al.]. Health Persp 2003. Vol. 11 (14).
- [21] СанПиН 2.3.2. 2401—08. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. М., 2008.
- [22] Environment / Latini G. (et al.]. Health Persp 2003. Vol. 11 (14).
- [23] Майстренко В. Н. Указ. соч.
- [24] fJ Грошева Е. И., Данилина А. Е., Тычкин Л. В. Диоксины. Супертоксиканты XXI века. Вып. № 2. Федеральная программа. М.: ВИНИТИ. 1998.
- [25] Майстренко В. Н. Указ, соч.; Деньга Ю. М., Лисовский Р. И., Михайлов В. И. Нефтяное загрязнение в экосистемах Черного моря // Еколопчш проблем и Чорного моря. Одесса: ЦНТПЮНЮА, 2003.
- [26] Environment / Latini G. (et al.]. Health Persp 2003. Vol. 11 (14).
- [27] Майстренко В. Н. Указ. соч.
- [28] Загрязнение диоксинами и родственными соединениями окружающей среды Иркутской области / Е. Л. Мамонтова [и др.]. Иркутск, 2000.
- [29] Кузубова И. В., Шуваева О. В., Аношин Г. И. Метилртуть в окружающей среде (распространение, образование в природе, методы определения). Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 2000.
- [30] Там же.