Токсиканты как основные загрязнители окружающей среды

Суперэкотоксиканты — вещества, которые в малых дозах способны оказывать выраженное индуцирующее (усиливающее) или ингибирующее (угнетающее) действие на ферменты. В их число входят диоксины и дибензофураны, полихлорированные и полибромированные бифенилы, бензантрацены, нитрозамины, нафтиламины и другие органические вещества. Кроме того, к разряду суперэкотоксикантов часто относят радионуклиды, некоторые тяжелые металлы (ртуть, кадмий) и металлоиды (мышьяк, селен), хлори фосфорорганические пестициды, являющиеся потенциальными мутагенами и канцерогенами (веществами, вызывающими соответственно мутации и онкологические заболевания).

Суперэкотоксиканты характеризуются чрезвычайной стойкостью в окружающей среде и практическим отсутствием предела токсичности (сверхкумуляцией). В тех или иных концентрациях они присутствуют во всех средах, циркулируют в них и через компоненты окружающей среды проявляют свое действие на человека, вызывая мутагенный, канцерогенный эффекты, подавляя клеточный иммунитет, поражая внутренние органы и приводя к истощению организма.

Суперэкотоксиканты — химические вещества, загрязняющие поверхность Земли и приводящие к тяжелым экологическим последствиям. К ним относятся хлордиоксины, полихлорированные бифенилы, полициклические ароматические углеводороды, некоторые тяжелые металлы (в первую очередь, свинец, ртуть и кадмий) и, наконец, долгоживущие радионуклиды. Все эти загрязнители попадают в окружающую среду в результате аварий на химических производствах, неполного сгорания топлива в автомобильных двигателях, неэффективной очистки сточных вод, катастроф на ядерных реакторах и даже сгорания полимерных изделий в кострах на садовых участках. Суперэкотоксиканты ответственны за многочисленные болезни, аллергии, повышенную смертность, нарушения генетического аппарата человека и животных.

Представляют наибольшую опасность для человека. Из органических соединений это, прежде всего, полихлорированные диоксины, дибензофураны и бифенилы, хлорсодержащие пестициды, полиароматические углеводороды, нитрозамины, некоторые микотоксины и др., а из неорганических — ртуть, свинец, кадмий.

Суперэкотоксикантам в настоящее время уделяется повышенное внимание еще и потому, что они могут накапливаться в живых организмах, передаваясь по трофическим цепям, т. е. представляют опасность не только для настоящего, но и для будущих поколений. Они могут вызывать у человека резкое повышение чувствительности к обычным ксенобиотикам и некоторым веществам природного происхождения. Необходимо отметить также их природную стойкость и отсутствие предела токсичности. Практически для всех суперэкотоксикантов контроль ПДК теряет смысл. В тех или иных концентрациях они присутствуют во всех средах, циркулируют в них и через компоненты окружающей среды проявляют свое действие. Человек подвергается воздействию суперэкотоксикантов при дыхании, с продуктами питания растительного и животного происхождения, с водой, в которую они попадают из почвы и гидросферы. Для них характерно еще одно свойство — высочайшая подвижность в биосфере.

Причина токсичности диоксинов заключается в способности этих веществ точно вписываться в рецепторы живых организмов и подавлять или изменять их жизненные функции. 1].

Диоксины, подавляя иммунитет и интенсивно воздействуя на процессы деления и специализации клеток, провоцируют развитие онкологических заболеваний. Вторгаются диоксины и в сложную отлаженную работу эндокринных желез. Вмешиваются в репродуктивную функцию, резко замедляя половое созревание и нередко приводя к женскому и мужскому бесплодию. Они вызывают глубокие нарушения практически во всех обменных процессах, подавляют и ломают работу иммунной системы, приводя к состоянию так называемого «химического СПИД’а».

Недавние исследования подтвердили, что диоксины вызывают уродства и проблемное развитие у детей.

В организм человека диоксины проникают несколькими путями: 90 процентов — с водой и пищей через желудочно-кишечный тракт, остальные 10 процентов — с воздухом и пылью через лёгкие и кожу. Эти вещества циркулируют в крови, откладываясь в жировой ткани и липидах всех без исключения клеток организма. Через плаценту и с грудным молоком они передаются плоду и ребенку.

ДДТ (1,1,1-Трихлор-2,2-ди (п-хлорфенил)этан по номенклатуре ИЮПАК, по рациональной номенклатуре — Трихлорметилди (п-хлорфенил)метан), тривиальное название — Дихлордифенилтрихлорметилметан — инсектицид, применяемый против комаров, вредителей хлупка, соевых бобов, арахиса. Одно из немногих действительно эффективных средств против саранчи. Запрещён для применения во многих странах из-за того, что якобы способен накапливаться в организме животных, человека. Некоторые активисты-экологи утверждают, что особенно пагубное действие он оказывает на размножение птиц (накапливается в скорлупе яиц).

ДДТ обладает высокой устойчивостью к разложению: ни высокая температура, ни ферменты, занятые обезвреживанием чужеродных веществ, ни свет не способны оказать на процесс разложения ДДТ сколько-нибудь заметного эффекта. В результате, попадая в окружающую среду, ДДТ так или иначе попадает в пищевую цепь. Обращаясь в ней, ДДТ способен накапливаться в значительных количествах сначала в растениях, а затем и в теплокровных животных, в частности, в человеческом организме.

В целом механизм воздействия ДДТ на окружающую среду можно представить следующим образом. В ходе применения, ДДТ неизбежно попадает в пищевую цепь. После чего он не нейтрализуется, распадаясь на безвредные вещества, а наоборот начинает циркулировать, накапливаясь в организмах живых существ. Помимо этого, ДДТ обладает токсическим воздействием на живые организмы разных уровней пищевой цепи, которое в ряде случаев неизбежно либо оказывает подавляющие действие на жизненно важные функции, либо влечёт смерть живого организма. Такое воздействие на окружающую среду может повлечь изменение видового состава флоры и фауны вплоть до полного искривления пищевой цепи, что в свою очередь может вызвать общий пищевой кризис и повлечь за собой необратимые процессы деградации экосистемы земли.

Полихлорированные дифенилы Опасность ПХБ для здоровья человека заключается, прежде всего, в том, что они являются мощными факторами подавления иммунитета («химический» СПИД). Кроме того, поступление ПХБ в организм провоцирует развитие рака, поражений печени, почек, нервной системы, кожи (нейродермиты, экземы, сыпи). Попадая в организм плода и ребенка, ПХБ способствуют развитию врожденного уродства и детской патологии (отставание в развитии, снижение иммунитета, поражение кроветворения). Однако, самое опасное влияние ПХБ на человека заключается в их мутагенном действии, что негативно сказывается на здоровье последующих поколений людей.

Симптомами воздействия ПХБ являются хлоракне, раздражение глаз, вялость, головные боли и боль в горле.

Стойкие органические загрязнители, СОЗ (редко — «Грязная дюжина» веществ; (англ. persistent organic pollutants, POP) — общее наименование наиболее опасных органических соединений.

Наиболее ранние изменения наблюдаются со стороны печени, центральной нервной и сердечно-сосудистой систем.

Человек. После 1−1,5 ч работы в поле, за 5 дней до этого обработанном гексахлорбензолом — снижение артериального давления, нарушение чувствительности, полиневриты, случай васкулита и токсического миокардита (Коляда, Михальченкова).

Симптомы хронического отравления:

Человек. При протравливании семян гексахлорбензолом и содержании его в воздухе 0,0005- 0,1 мг/л отмечаются раздражение глаз, чувство жжения, сухость в полостях рта и носа. К концу рабочего дня — разбитость, повышенная утомляемость, головная боль, изредка тошнота. Изменений крови, пульса, частоты дыхания и кровяного давления не наблюдалось; иногда появлялась тошнота (Савицкий). При хроническом воздействии отмечены фотодерматоз по типу порфирии, неврологические расстройства, резкое повышение выделения урои копропорфирина, поражения печени; значительное количество гексахлорбензола обнаружено в крови (Mazzei, Mazzei).

Описано массовое (~300 человек) заболевание кожной порфирией (язвенное поражение кожи и порфиринурия) в Турции. Причиной заболевания служило использование зерна, протравленного гексахлорбензолом.

Бенз (а)пирен является наиболее типичным химическим канцерогеном окружающей среды, он опасен для человека даже при малой концентрации, поскольку обладает свойством биоаккумуляции. Будучи химически сравнительно устойчивым, бенз (а)пирен может долго мигрировать из одних объектов в другие. В результате многие объекты и процессы окружающей среды, сами не обладающие способностью синтезировать бенз (а)пирен, становятся его вторичными источниками. Бенз (а)пирен оказывает также мутагенное действие. токсикант окружающая среда загрязнение В экспериментальных исследованиях бенз (а)пирен был испытан на девяти видах животных, включая обезьян. В организм бенз (а)пирен может поступать через кожу, органы дыхания, пищеварительный тракт и трансплацентарным путём. При всех этих способах воздействия удавалось вызвать злокачественные опухоли у животных.

Токсикометрия — совокупность методов и приемов исследований для количественной оценки токсичности и опасности ядов.

Опасность вещества — это вероятность возникновения неприятных для здоровья эффектов в реальных условиях производства или применения химических соединений.

В качестве экспериментальных параметров используются следующие:

СL_{50 — концентрация средняя смертельная — вызывает гибель 50% подопытных животных (мыши, крысы) при ингаляционном воздействии в течение двух и четырех часов и последующем 14-дневном сроке наблюдения (мг/кг).}

DL_{50 — доза средняя смертельная — вызывает гибель 50% подопытных животных при однократном введении в желудок, брюшную полость с последующим 14-дневным сроком наблюдения (мг/кг).}

DL_{0 (CL0) — доза максимально переносимая — наибольшее количество вредного вещества, введение которого в организм не вызывает гибели животных.}

DL_{100 (CL100) — доза абсолютно смертельная — наименьшее количество вредного вещества, вызывающее гибель 100% подопытных животных.}

Lim_{ac int — порог острого интегрального действия — минимальная доза, вызывающая изменение биологических показателей на уровне целостного организма, которые выходят за пределы приспособительных физиологических реакций.}

Lim_{fcsp — порог острого избирательного действия — минимальная доза, вызывающая изменение биологических функций отдельных органов и систем организма.}

Lim_{ohint — порог общетоксического хронического действия — минимальная доза вещества, при воздействии которой в течение четырех часов по пять раз в неделю на протяжении не менее четырех месяцев возникают изменения, выходящие за пределы физиологических приспособительных реакций.}

Lim_{ch cp — порог отдаленных последствий — минимальная доза вещества, вызывающая изменение отдельных органов и систем организма, которые выходят за пределы приспособительных физиологических реакций в условиях хронического воздействия.}

Наиболее статически значимыми в характеристике токсичности ядов по смертельному эффекту являются параметры CL₅₀ и DL₅₀.

Пороговая концентрация яда в крови — это параметр, который можно оценить при первых симптомах отравления.

Критическая концентрация — это параметр клинической токсикометрии, соответствующий развернутой клинической картине отравления.

Степень токсичности — величина, обратная средней смертной дозе.

Одним из ведущих факторов, обусловливающих развитие хронического отравления, является процесс кумуляции.

Количественная оценка кумулятивных свойств вредных веществ в промышленной осуществляется по величине коэффициента кумуляции.

Коэффициент кумуляции — отношение суммарной дозы яда, вызывающего стремительный эффект у 50% подопытных животных при многократном пробном введении, к величине дозы, вызывающей тот же эффект при однократном введении:

С_лгд = DL_50(n) — /DL₅₀ ,.

где DL_{50 (n)} — суммарная средняя смертельная доза при n — кратном воздействии. Этот коэффициент — величина, обратная интенсивности кумуляции. Величина коэффициента кумуляции менее 1 свидетельствует о способности вещества к сверхкумуляции; от 1 до 3 — о выраженной кумуляции, от 3 до 5 — о средней кумуляции, более 5 о слабой способности к кумуляции.

Потенциальная опасность определяется коэффициентом возможного ингаляционного отравления:

КВИО = С₂₀/СL₅₀ ,.

где С₂₀ — насыщенная концентрация вредных веществ в воздухе при Т = 20 °C, мг/м³.

Чем выше насыщенная концентрация вещества при комнатной температуре и ниже средняя смертельная концентрация (знач. КВИО больше), тем вероятнее возможность развития острого отравления. Это одна из основных закономерностей токсикометрии.

Анализ оценки опасностей различных промышленных ядов по величине КВИО показывает, что в ряде случаев малотоксичное, но высоколетучее вещество в условиях производства может оказаться более опасным в плане развития острого отравления, чем высокотоксичное, но малолетучее соединение.

О реальной опасности развития острого отравления можно судить по величине зоны острого действия.

Зона острого действия (Z_{ас) — это отношение средней смертельной концентрации CL50 к пороговой концентрации Limac при однократном воздействии:}

Z_ас = CL₅₀ / Lim_ac.

Она является показателем компенсаторных свойств организма, его способности к обезвреживанию и выведению из организма ядов и компенсации поврежденных функций. Чем меньше Z_ac, тем больше опасность острого отравления.

Показателями реальной опасности развития хронической интоксикации являются значения зон хронического и биологического действия.

Зона хронического действия (Z_{ch) — отношение пороговой концентрации при однократном воздействии Limac к пороговой концентрации при хроническом воздействии Limch:}

Z_ch = Lim_ac / Lim_ch.

Величина Z_ch используется для характеристики опасности яда при хроническом воздействии. Опасность хронического отравления прямо пропорциональна величине Z_ch.

Зона хронического действия является показателем компенсаторных свойств организма на низкомолекулярном уровне.

Зона биологического действия (Z_{biol) — соотношение средней смертной концентрации CL50 к пороговой концентрации при хроническом воздействии Limch:}

Z_biol = CL₅₀ / Lim_ch.

Чем больше значение Z_biol, тем выраженнее способность соединения к кумуляции в организме.

После определения параметров токсикометрии проводят обоснование коэффициента запаса. Величина его зависит от особенностей яда, адекватности и чувствительности показателей при определении Lim_ch и пр. В обычных условиях коэффициент принимается в интервалах от 3 до 20. Величина коэффициента запаса возрастает при следующих обстоятельствах:

• — увеличении абсолютной токсичности;
• — увеличении КВИО;
• — уменьшении зоны острого действия;
• — увеличении кумулятивных свойств;
• — существенных (более 3 раз) различиях в видовой чувствительности;
• — выраженном кожно-резорбтивном действии.

Межвидовые различия в чувствительности подопытных животных оцениваются по отношению DL₅₀ для наиболее устойчивого вида животных к DL₅₀ для наименее чувствительного при одном и том же пути введения в организм.

Имея коэффициенты запаса, рассчитывают предельно допустимую концентрацию вредного вещества:

ПДК = Lim_ch Ч k,.

где к — коэффициент запаса.

Санитарно-гигиеническое нормирование вредных веществ

Санитарно-гигиеническое нормирование — это деятельность по установлению нормативов предельно допустимых воздействий человека на природу. Под воздействием понимается антропогенная деятельность, связанная с экономическими, культурными и другими интересами человека и вносящая изменения в природную среду.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) — это уровень физического воздействия (шум, тепловое, световое, радиоактивное и т. д. излучение), которое при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм не вызывает патологических изменений или заболеваний, а также не нарушает нормальной деятельности человека.

Предельная допустимая концентрация (ПДК) — это максимальная концентрация вещества, которая, воздействуя на человека, не вызывает у него и его потомства биологических изменений, даже скрытых и временно компенсированных, в т. ч. изменений реактивности, адаптационно-компенсаторных возможностей, иммунологических реакций, нарушений физиологических циклов, а также других нарушений.

ПДК и ПДУ устанавливают для производств и окружающей среды. При их принятии руководствуются следующими принципами:

• — приоритет медицинских и биологических показаний к установлению санитарных регламентов перед прочими подходами;
• — пороговость действия неблагоприятных факторов (в том числе химических соединений с мутагенным или канцерогенным эффектом действия ионизирующего излучения);
• — опережение разработки и внедрение профилактических мероприятий по сравнению с появлением опасного и вредного фактора.

Для ограничения воздействия вредных веществ применяют гигиеническое нормирование их содержания в различных средах. При установленном ПДК в воздухе рабочей зоны или в воздушном бассейне населенных пунктов ориентируются на токсикологический показатель или рефлекторную реакцию организма.

В связи с тем, что требование полного отсутствия промышленных ядов в зоне дыхания работающих часто невыполнимо, особую значимость приобретает гигиеническая регламентация содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Такая регламентация осуществляется в три этапа:

• 1. обоснование ориентировочно безопасного уровня воздействия (ОБУВ);
• 2. обоснование ПДК;
• 3. корректировка ПДК с учетом условий труда работающих и состояния их здоровья.

ОБУВ устанавливается временно — на период, предшествующий проектированию производства. Значение ОБУВ определяется путем расчета по физическим или химическим свойствам или путем гентерполяций и экстраполяции в гомологических рядах соединений, либо по показателям острой токсичности. ОБУВ должны пересматриваться через два года после их утверждения. ОБУВ не устанавливаются:

• — для веществ, опасных в плане развития отдаленных и необратимых эффектов;
• — для веществ, подлежащих широкому внедрению в практику.

Для санитарной оценки воздушной среды используются следующие показатели: ПДК_{р.з. — ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны, мг/м³. Эта концентрация не должна вызывать у работающих при ежедневном вдыхании в пределах 8 часов в течение всего рабочего стажа заболеваний или отклонений в состоянии здоровья. Рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой находятся места постоянного или временного пребывания рабочих.}

До недавнего времени ПДК химических веществ оценивали как максимально разовые. Превышение их даже в течение короткого времени запрещалось. В последнее время для веществ, обладающих кумулятивными свойствами, введена вторая величина —среднесменная концентрация. Это средняя концентрация, полученная путем непрерывного или прерывного отбора проб воздуха при суммарном времени не менее 75% продолжительности рабочей смены.

Содержание вредных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов также регламентируется ПДК, при этом нормируется среднесуточная и максимально разовая величина. ПДК вредных веществ в воздухе населенных мест — это максимальные концентрации, отнесенные к определенному периоду осреднения (30 мин, 24 часа, 1 месяц, 1 год) и не оказывающие ни регламентированной вероятности их проявления, ни прямого, ни косвенно вредного воздействия на организм человека, включая отдаленные последствия для настоящего и последующего поколений, не снижающие работоспособность человека и не ухудшающие его самочувствия.

Для атмосферного воздуха ПДК ниже, чем для рабочей зоны.

Максимальная (разовая) концентрация ПДК_{МР — наиболее высокая из числа 30-минутных концентраций, зарегистрированных в данной точке за определенный период времени.}

Среднесуточная концентрация ПДК_{СС — средняя из числа концентраций, выявленных в течение суток или отбираемых непрерывно в течение 24 ч.}

Нормирование качества воды рек, озер и водохранилищ проводят в соответствии с «Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнений». При этом рассматриваются водоемы двух категорий: первая — хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения, вторая — рыбно-хозяйственного назначения.

Лимитирующий признак вредности (ЛПВ) — признак вредного действия веществ, который характеризуется наименьшей пороговой концентрацией.

ЛПВ для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения используют трех видов: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический; для водоемов рыбохозяйственного назначения — еще два вида ЛПВ: токсикологический и рыбохозяйственный.

Санитарное состояние водоема отвечает требованиям норм при выполнении следующего соотношения:

где Сⁱ_m — концентрация вещества первого ЛПВ в расчетном створе водоема.

Нормирование химического загрязнения почв осуществляется по предельно-допустимым концентрациям (ПДК_n).

ПДК_{n — концентрация вещества (мг/кг) в пахотном слое почвы, которая не должна оказывать прямого или косвенного отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой среду и здоровье человека, а также на самоочищающую способность почвы.}

По своей величине ПДК_П значительно отличается от принятых допустимых концентраций для воды и воздуха.

Различают четыре разновидности ПДК_П в зависимости от пути миграции веществ в сопредельные среды: ТВ — транслокационный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы через корневую систему в зеленую массу и плоды растений; МА — миграционный воздушный показатель, характеризующий переход химического вещества в атмосферу; МВ — миграционный водный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы в подземные грунтовые воды и водные источники; С — общесанитарный показатель, характеризующий влияние химического вещества на самоочищающую способность почвы и микробиоценоз.

В случае применения новых химических соединений, для которых отсутствуют ПДК_П, рассчитывают временные допустимые концентрации:

ВДК_П = 1,23 + 0,48 lg ПДК_Пр.

ПДК_Пр — ПДК для продуктов питания (овощных и плодовых культур), мг/кг.