1.2. Ксенобиотический профиль среды

Абиотические и биотические элементы окружающей среды представляют собой сложный конгломерат, представляющий собой бесчисленное количество различных молекул. Экологическую токсикологию интересуют только те из них, которые обладают свойством биодоступности, т.е. могут немеханическим образом взаимодействовать с биологическими объектами. К биодоступным, как правило, относятся химические вещества, представленные в жидком или газообразном агрегатном состоянии, накапливающиеся на поверхности частиц почвы и других объектов окружающей среды, поступающие в организм человека с пищевыми продуктами, либо твердые вещества в мелкодисперсном состоянии с размером частиц пыли менее 50 микрон. Химические вещества, находящиеся в твердых и нерастворимых в воде объектах (например, в скальных породах), биодоступностью не обладают, но могут служить источниками формирования ксенобиотического профиля. Судьба биодоступных химических соединений, утилизированных живыми организмами, может быть различной. Часть из них играют роль эссенциальных элементов окружающей среды, необходимых для жизнедеятельности живых организмов, включаются в их обменные процессы в качестве пластических и энергетических ресурсов. Другие биодоступные химические соединения, попадая в организмы представителей флоры и фауны, как пластический или энергетический материал не могут быть использованы, однако в определенных концентрациях и дозах способны нарушать физиологические процессы, проявляя токсическое воздействие различного характера – общетоксическое, раздражающее, сенсибилизирующее, канцерогенное, мутагенное, нарушение репродуктивной функции и др. Эта вторая группа биодоступных химических соединений носит название ксенобиотиков, чуждых жизни веществ. Ксенобиотики могут попадать в организм различными путями – во-первых, через органы дыхания (ингаляционный путь), во-вторых, через органы пищеварения (перорально), в третьих, через кожу (перкутанно), а также через плаценту от матери к плоду (вертикальный путь). В зависимости от химического строения ксенобиотики подразделяются на неорганические, органические и элементоорганические вещества и соединения; в зависимости от типичных поражаемых органов-мишеней и систем органов – на гепатотоксические (печень), нефротоксические (почки), нейротоксические (нервная система), кардиотоксические (сердечно-сосудистая система), гемотоксические (система крови) и т.д.

Современная экологическая токсикология как один из ключевых факторов окружающей среды рассматривает ксенобиотический профиль биогеоценоза, который представляет собой совокупность ксенобиотиков, находящихся во всех компонентах окружающей среды (вода, почва, атмосферный воздух и живые организмы) в таком агрегатном состоянии, которое позволяет им вступать в химические и физико-химические взаимодействия с биологическими объектами экологической системы. В целях детальной характеристики ксенобиотического профиля используются его качественные и количественные параметры. Как значимый компонент любого ксенобиотического профиля рассматриваются ксенобиотики, находящиеся в живых организмах, так как они неизбежно будут мигрировать через трофические цепи [2, 6, 11].

В ходе процессов филогенеза, на протяжении миллионов лет сформировались естественные ксенобиотические профили, к которым адаптированы сформировавшиеся на этих территориях биоценозы. Не всегда естественный ксенобиотический профиль среды безопасен для ее обитателей. Различные аномальные процессы, включая природные пертурбации и антропогенные вмешательства в окружающую среду, способны коренным образом модифицировать существующий естественный ксенобиотический профиль, прежде всего урбанизированных территорий.

К основным природным источникам ксенобиотиков относятся переносимые ветром частицы пыли в атмосферном воздухе, аэрозоль морской соли, выбросы при вулканической деятельности, лесные пожары, биогенные частицы и биогенные летучие вещества. Самый опасный источник ксенобиотиков – антропогенный. Локальное загрязнение отмечается в пределах границ источников загрязнения (как правило, границы его распространения не выходят за пределы подфакельной области). Импактная зона – зона, где концентрация вредных веществ превышает предельно допустимые концентрации. Местное загрязнение не выходит за пределы населенного пункта, города, района. Региональное загрязнение почвы и растительного покрова возникает в результате совокупного влияния переноса в атмосфере загрязняющих веществ из разных источников загрязнения и охватывающие крупные территории интенсивного хозяйственного пользования. Значимую роль в формировании и модификации ксенобиотического профиля среды играют физические воздействия электромагнитных, акустических, радиационных, тепловых, вибрационных и других факторов.

Те химические вещества и соединения, которые за счет значительного накопления в компонентах окружающей среды обуславливают изменения естественного ксенбиотического профиля принято называть экополлютантами (загрязнителями окружающей среды). К числу приоритетных экополлютантов относятся, во-первых, загрязнители воздушной среды – как газы (например, NO₂, SO₂, CO, углеводороды, фреоны), так и пыль (асбестовая, угольная, кремниевая и другая) и, во-вторых, загрязнители водной среды и почв (тяжелые металлы, хлорорганические и ртутьорганические пестициды, нитраты, фосфаты, нефть и нефтепродукты, органические растворители, низкомолекулярные галогенированные углеводороды, полициклические ароматические углеводороды – ПАУ, полихлорированные бифенилы, диоксины и другие).

Не каждый экополлютант, присутствующий в окружающей среде, а только тот, концентрация которого достаточна для запуска токсических процессов на любом уровне организации живых организмов данного биоценоза обозначается как экотоксикант. В рамках процедур анализа экологического риска (оценки и управления) используется также понятие «стрессор» которым обозначается любое воздействие (химическое или физическое), способное привести к изменениям в биологической системе – как благоприятным, так и неблагоприятным. Таким образом, любой экотоксикант является стрессором, а одна из приоритетных практических задач экологического нормирования заключается в определении пороговых количественных параметров содержания экополлютанта в компонентах окружающей среды, при превышении которых он становится экотоксикантом. Решение указанной задачи затрудняется тем, что в условиях любой реальной экологической системы биоценоз находится под системным воздействием всего ксенобиотического профиля, обуславливающим модификацию биологической активности отдельных экополлютантов. Следствием этого являются различия в количественных параметрах трансформации поллютантов в экотоксиканты для отдельных ксенобиотических профилей среды и биоценозов. Те экотоксиканты, которые обладают такими свойствами как, во-первых, высокая стойкость в окружающей среде – в почве, воде, растениях, воздухе (персистентность), во-вторых, медленно подвергаются процессам метаболизма в биологических объектах и способны к накоплению в них (кумуляции), в-третьих, подвижность (активно мигрируют в окружающей среде и по трофическим цепям), принято называть суперэкотоксикантами. К суперэкотоксикантам относятся, например, хлорорганические пестициды, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), диоксины и тяжелые металлы. В динамике воздействие экотоксикантов может быть однократным и многократным, постоянным и прерывистым – интермиттирующим с чередованием периодов действия вещества в одних концентрациях с периодами действия его в других концентрациях или с периодами полного отсутствия его воздействия. В реальных условиях экотоксиканты воздействуют на организмы и популяции не изолированно, а в комбинации друг с другом, различают комбинированное, комплексное и сочетанное действие. Совокупность действий нескольких факторов среды обозначается как экологическая констелляция (созвездие). Под комплексным действием понимается одновременное или последовательное поступление в организм ксенобиотика различными путями (ингаляционным, перкутанным, пероральным). Комбинированное действие – одновременное или последовательное действие нескольких веществ при их совместном поступлении в организм одним и тем же путем. Эффект комбинированного действия может проявляться, во-первых, в виде суммации (аддитивного действия), когда эффект действия веществ равен сумме эффектов, вызванных каждым веществом в отдельности; во-вторых, в форме антагонизма (менее чем аддитивное действие) – эффект действия веществ меньше, чем простая сумма эффектов, вызванных каждым веществом в отдельности; в-третьих, как потенцирование (синергизм, более чем аддитивное действие), если эффект действия веществ больший, чем простая сумма эффектов, вызванных каждым веществом в отдельности. Количественной характеристикой комбинированного действия является суммарный эффект, который при суммации равен 1, при антагонизме <1 и при потенцировании >1. Результирующий эффект комбинированного, комплексного и сочетанного действия оценивается по интегральной токсичности и является ключевой характеристикой ксенобиотического профиля среды в экологической токсикологии (например, выбросы автомобильного транспорта, обладают большей токсичностью, чем исходные продукты). Суммирование токсических эффектов при комбинированном действии ядов регистрируется, когда вещества, составляющие комбинацию, обладают идентичным действием (например, хлороформ, этиловый эфир, этанол и гексенала; стирол и бензол; бензол и ацетон). Потенцирование, в частности, отмечается при совместном действии сероводорода с фенолом, окисью углерода и углеводородами; хлорофоса и карбофоса, карбофоса и тиофоса, окиси углерода и тетраэтилсвинца, окиси углерода и адреналина, окиси углерода и бензола, диоксинов и других ксенобиотиков. Одним из механизмов потенцирования токсических эффектов ксенобиотиков может быть торможение одним экотоксикантом процессов биотрансформации другого (например, подавление одним из компонентов воздействующей смеси экотоксикантов ферментной системы, ответственной за детоксикацию другого компонента или образование соединения, обладающего значительно большей токсичностью, чем исходные экополлютанты). Ослабление токсических эффектов при комбинированном действии ксенобиотиков может быть следствием химического, физического или физиологического взаимодействия. Антагонизм при комбинированном действии ядов наблюдается при их химическом взаимодействии (как во внешней среде, так и в организме) с образованием малотоксичных продуктов. Так, совместное действие сернистого ангидрида и хлора на крыс и кроликов сопровождается резким ослаблением токсичности смеси за счет химического взаимодействия в атмосфере этих веществ. Токсичность аммиака ослабляется при его взаимодействии с углекислым газом. Эффект малых доз экотоксикантов и химических факторов малой интенсивности, наиболее выражен при комбинированном и комплексном действии в сочетании с другими вредными факторами, например, физической природы. Сочетанное действие – одновременное или последовательное действие факторов различной природы (химических, физических, биологических). Наиболее типичный в экологической токсикологии пример сочетанного действия факторов – усиление токсических эффектов ксенобиотиков при аномальной высокой температуре окружающей среды, воздействии электромагнитного поля или ионизирующего излучения. Так, повышение температуры ускоряет метаболизм ядов и повышает чувствительность организма к их действию (согласно правилу Вант–Гоффа при повышении температуры на 10°С биохимические реакции ускоряются в 2-3 раза). Повышение температуры среды, наблюдающееся при поступлении подогретых вод с тепловых и атомных электростанций, способствует увеличению токсичности ксенобиотиков для гидробионтов (последствия химического загрязнения для рыб более выражены в теплых водах, чем в холодных). В мелководных водоемах с хорошо прогреваемой водой процессы метилирования ртути происходят более активно, нанося больший урон рыбным и водным ресурсам. Повышение температуры до 35°С стимулируют развитие патогенной микрофлоры, а также массовое «цветение» воды, вызванное развитием нитчатых водорослей и цианобактерий, выделяющих в воду метаболиты, токсичные для рыб, теплокровных животных и человека. Подогрев воды повышает активность организмов и ускоряет темп оборота всех звеньев трофических цепей. Обычно изменения имеют ступенчатый характер, зависящие от продолжительности и степени подогрева водоемов, а также от синергического воздействия иных антропогенных факторов (загрязнений токсическими веществами и эвтрофизации – насыщения водоёмов биогенными элементами, прежде всего фосфором и азотом, что сопровождающееся ростом биологической продуктивности водных бассейнов). При этом нарушается стабильность биоценозов – ухудшается качество воды и она становится непригодной для хозяйственных и рыбоводных целей. При повышении температуры усиливается токсическое действие атмосферных загрязнителей, в почве активизируются процессы транслокации токсических веществ в растения.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.