1. Токсикологія як наука.Задачі токсикології

2.3абруднення навколишнього середовища токсикантами і кількісні критерії оцінки його фактичного рівня

3. Токсикаити і їх специфічні біогеохімічні особливості

4. Поняття токсичності і канцерогенності елементів і з'єднань

Для сучасної людини стало звичним життя в умовах токсикологічної напруги, обумовленої екологічними та техногенними катастрофами, професійними шкідливостями, розвитком по суіцідальних та кримінальних причинах різних захворювань хімічної етіології. Близько 6 млн. Назв хімічних сполук-ксенобіотиків синтезованих до теперішнього часу, являють потенційну загрозу здоров'ю населення та біосфері планети. Кому ж як не екологам потрібно почати "лікування", біоти від токсичних речовин. Але щоб бути гарними "лікарями", екологи повинні оволодіти основними питаннями та осмислити і знайти шляхи вирішення завдань, з якими знайомить курс "Екологічна токсикологія".

Токсикологія (від грецького гокхікоп-отрута і ) -це наука , що вивчає взаємодію організму і отрути. Організація господарсько-виробничої діяльності людини в сучасних умовах природокористування і глобальні масштаби її антропогенного впливу на головні складові біосфери створюють ситуацію гострої екологічної кризи, обумовлену деградацією об'єктів навколишнього середовища. У зв'язку з цим для оптимізації умов взаємодії людини з природою важливої представляється роль всебічного аналізу навколишньої природного середовища, головними задачами якого є комплексна оцінка екологічного резерву біосфери і її потенційних можливостей до самовідновлення й- самоочищенню, аналіз широкого спектра різних типів впливів (як пріоритетних, так і не пріоритетних) на природні зкосистемьі і вивчення специфічних особливостей цих впливів.

В останні роки особливу значимість і актуальність здобувають токсикологічні аспекти всебічного аналізу навколишнього середовища. Серйозною проблемою є встановлення пороговости ефекту токсикологічного впливу в системах «токсикант — навколишнє середовище» і «токсикант -живий організм» і визначення залежності «доза ~ відповідна реакція», що послужила активним імпульсом для розвитку нового напрямку в екології, що базується на фундамент тальньїх основах токсикологічної, біонеорганічної і екологічної хімії, називаного екотоксикологією. Наукова значимість зкотоксикології складається у вивченні сучасних представлень токсичності і канцерогенності елементів і їхніх з'єднань, дослідженні специфічних біогеохімічних особливостей поводження токсикантів у навколишнім середовищі, механізму їхнього поширення і метаболізму; установленні взаємозв'язку між необхідністю і токсичністю елементів; визначенні локалізації канцерогенних іонів; оцінці граничного ефекту токсикологічного впливу.

Концепція пороговості припускає високу якість середовища і повну безпеку для людини і будь-яких популяцій за умови забруднення цього середовища нижче визначеного рівня, вплив якого на будь-які організми менше деякого граничного значення.

Забруднення навколишнього середовища — це процес привнесення в чи середовище виникнення в ній нових, звичайно не характерних для неї фізичних, хімічних, біологічних агентів, що чинять негативний вплив. Існують три етапи забруднень:

Фізичне (сонячна радіація, електромагнітне випромінювання і т.д.),

 Хімічне (азрозолі, важкі метали і т.д.),

Біологічне (бактеріологічне, мікробіологічне).

 Кожен тип забруднення має характерне і специфічне для нього джерело забруднення "- природний чи господарський об'єкт, що є початком надходження речовини - забрудника в навколишнє середовище. Розрізняють природні й антропогенні джерела забруднення.

Основні природні джерела надходження токсикантів у навколишнє середовище — вітровий пил, лісові пожежі, вулканічний матеріал, рослинність, морські солі.

Антропогенні джерела — це первинне і вторинне виробництво кольорових металів, сталі, чавуна, заліза; видобуток корисних копалин; автомобільний транспорт; хімічна промисловість; виробництво міді, фосфатних добрив; процеси спалювання вугілля, нафти, газу, деревини, відходів і ін. Антропогенний потік надходження токсикантів у навколишнє середовище превалює над природним (50—80%) і лише в деяких випадках зіставимо з ним.

Як критерії кількісної оцінки рівня забруднення навколишнього середовища можуть бути використані індекс забруднення, граничне припустима, фонова і токсична концентрації.

Індекс забруднення (І3) - показник, якісно і кількісно відбиває присутність у навколишнім середовищі речовини-забрудники і ступінь його впливу на живі організми

Гранична припустима концентрація ГДК) — кількість шкідливої речовини в навколишнім середовищі, що при постійному чи контакті при впливі за визначений прміжок часу практично не впливає на здоров'я людини. Граничне припустимі концентрації речовин, що забруднюють біосферу, уводилися як нормують показники в багатьох країнах, у тому числі й у нашій країні. Вони встановлювалися в приземній атмосфері, водах, ґрунтах, рослинах, продуктах харчування.

Існуюча система ГДК недостатньо вірогідно інформативна, оскільки передбачає визначення індивідуального токсиканта, дистанціюючись від питання про комплексний вплив різних забрудників. Тим часом спільна дія, наприклад, органокомплексів важких металів кардинально змінює ГДК, експериментальне отримані для окремого важкого металу.

Фонова концентрація -вміст речовини в об'єкті навколишнього середовища, обумовлене сумою глобальних і регіональних природних і антропогенних внесків у результаті далекого чи трансграничного переносу.

Під токсичною концентрацією розуміють або концентрацію шкідливої речовини, що здатною викликати загибель живих організмів, або концентрацію шкідливого початку, що викликає загибель живих організмів протягом 30 діб в результаті впливу на них шкідливих речовин.

Говорячи про токсичність концентрації як про своєрідний індикатор токсичності природно-антропогенних єкосистем, не можна не торкнутися і таких важливих понять у зкотоксикології, як шкідлива чи речовина токсикант - забруднювач, метаболізм, канцерогенез, токсичність як результат надлишку необхідних речовин і з'єднань, біогеохімічні властивості токсикантів і їх хімічно активні міграційні форми в навколишньому природному середовищі.

Поняття «шкідлива речовина» і «токсикант» — ключові в єкотоксикології. Шкідлива речовина - це сторонній нехарактерний для природних екосистем інгредієнт, шо робить негативний вплив на них і живі організми, що живуть у цих екосистемах.

Токсиканти— чи речовинні з'єднання, здатні чинити отрутну дію на живі організми. У залежності від характеру впливу і ступеня прояву токсичності, тобто здатності цих речовин впливати на живі організми, вони класифікуються на дві великі групи: токсичні і потенційно токсичні. По хімічній природі шкідливі речовини, чи токсиканти, бувають неорганічного походження (кадмій, ртуть, свинець, миш'як, нікель, бор. Марганець, селенів, хром, цинк і ін.) І органічного ( феноли, аміни, нафтопродукти, поверхнево-активні речовини, пестициди, формальдегід, бенз(а)пірен і ін.). Існує класифікація небезпеки різних хімічних речовин, що попадають у навколишнє середовище. У залежності від ступеня токсикологічного впливу хімічні речовини підрозділяють на три класи .

Найбільш пріоритетними для хіміко-токсикологічного аналізу є важкі метали (свинець, кадмій, мідь, нікель, кобальт, цинк), що володіють високою токсичністю і міграційною здатністю.

Поводження цих токсикантів у різних природних середовищах обумовлено специфічністю їх основних біогеохімічних властивостей: комплексоутворюючої здатністю, рухливістю, біохімічною активністю, мінеральною й органічною формами поширення, схильністю до гідролізу, розчинністю, ефективністю нагромадження. По характеру взаємодії з різними лигандами важкі метали вважаються проміжними акцепторами між твердими і м'якими кислотами. У першому випадку для них характерні низькі поляризуемість і єлектровідємність, високий ступінь окислювання й утворення іонних зв'язків, у другому — утворення переважно ковалентних зв'язків.

Визначена аналогія біогеохімічних властивостей деяких важких металів дозволила згрупувати ці елементи і виявити загальні закономірності їхнього токсикологічного впливу на навколишнє середовище.

Так, наприклад; мідь і цинк характеризуються як найбільшою хімічною активністю, що дозволяє вважати їх гарними індикаторами терригенньго стоку, седиментації, так і високою ефективністю нагромадження у водоростях і планктоні, що визначає їхню особливу значимість для біотьі. Вони є головними складовими багатьох металлоферментов, що беруть участь у природній селекції аеробних клітин, в окисно-відновних процесах тканин, імунної реакції, стабілізації рибосом і мембран клітин.

Нікель і кобальт — біологічно активні і канцерогенні. Порівняно мала рухливість цих елементів обумовлює їх досить рівномірний розподіл у природних середовищах.

Геохімічні особливості свинцю — мала рухливість і нетривалий час життя в атмосфері і фазі розчину природних вод. У поверхневих водах воно складає кілька років, а в глибинних — до 100 років.

По хімічних властивостях і специфіці поводження в різних природних середовищах кадмій має визначену аналогію з цинком. Висока токсичність і розчинність цього елемента обумовлені великою спорідненістю до 8Н-груп . На відміну від ртуті спорідненість кадмію до кисню виражено менш яскраво, що пояснює утворення його металлорганічних з'єднань і визначену інертність в окислювально-відновних реакціях. Кадмій схильний до активного біоконцентрування, що приводить у досить короткий час до його нагромадження в токсикант або в землю.

Факторами навколишнього середовища, що впливають на токсичність, є температура, розчинений кисень, рн, твердість і лужність води, присутність хелатоутворючих агентів і інших забруднювачів у воді. Зменшення парціального тиску кисню і збільшення рн і твердості води приводять до зниження токсикологічного впливу речовин-забрунювачів на навколишнє середовище і живі організми, що живуть у ній. Стійкість живого організму стосовно токсикантів може бути досягнута при:

1) зменшенні надходження токсиканта;

 2) збільшенні коефіцієнта виділення токсиканта;

 3) перекладі токсиканта в неактивну форму в результаті його чи ізоляції осадження.

Наприклад, синтез металлотионеінов обумовлюється декількома металами, включаючи ртуть, кадмій, цинк, мідь, срібло. Тому наявність одного з цих металів може викликати стійкість до іншого металу через неспецифічність лигандів.

Фактори, що впливають на приступність токсикантів, засвоєння, їхній вплив на організм, можуть бути зовсім різної природи:

• хімічні (хімічні властивості, окислювально-відновні потенціали, частота впливу);надлишкових біодоступних концентраціях. Тому кадмій у порівнянні з іншими важкими металами є найбільш сильним токсикантом ґрунтів (М > N1 > Си > 2п)

Ртуть — самий токсичний елемент у природних зкосистемах. По токсикологічних властивостях з'єднання ртуті класифікуються на наступні групи: елементна ртуть, неорганічні з'єднання, алкилртутні (мєтил- і єтил-) з'єднання з коротким ланцюгом і інші ртутьорганічні з'єднання, а також комплексні з'єднання ртуті з гумусовими кислотами. З цих з'єднань ртуті найбільш токсичні для людини ртутьорганічні з'єднання, їхня частка в річкових водах складає 46% від загального змісту, у донних відкладеннях -до 6%, у рибах — до 80—95%. Як неорганічні, так і органічні сполуки ртуті високо розчинні. Ступінь забруднення навколишнього середовища токсикантами багато в чому визначається їх хімічно активними міграційними формами і механізмом міграції.

Міграція елементів — це перенос і перерозподіл хімічних елементів у земній корі і на поверхні Землі.

Складність біогеохімічних процесів, що відбуваються в атмосферному повітрі, атмосферних опадах, природних водах, донних відкладеннях, ґрунтах, не дозволяє висловити досить

Однозначної точки зору на з'єднання важких металів, що визначають їхні рухливі форми, і перевага однієї з них у природних і техногенних процесах. Проте аналіз фундаментальних робіт дозволив зробити наступний висновок: в атмосферному повітрі й атмосферних опадах важкі метали знаходяться і мігрують у газоподібній і аерозольній формах, а також у формі органічних і неорганічних комплексних з'єднань; у природних водах — у формі вільних іонів, моноядерньїх гідроксо комплексів, неорганічних (сульфатні, хлоридньїе, карбонатні) і органічних з'єднань, зважених і колоїдних формах; у донних відкладеннях — переважно в зважених формах органічного походження; у ґрунтах — у водорозчинних іонообмінних і неміцно адсорбованих формах.

Показниками негативного впливу елементів і з'єднань на живі організми є їхня токсичність і канцерогенність.

Токсичність і канцерогенність — це властивості елементів і з'єднань, що негативно впливають на живі організми і життя, що приводять до зменшення тривалості їх.

Кількість, при якому хімічні інгредієнти стають дійсно небезпечними для навколишнього середовища, залежить не тільки від ступеня забруднення ними чи гідросфери атмосфери, але також від хімічних особливостей цих інгредієнтів і від деталей їхнього біохімічного циклу. Для порівняння ступеня токсикологічного впливу хімічних інгредієнтів на різні організми користаються поняттям молярної токсичності, на якій заснований ряд токсичності, що відбиває збільшення молярної кількості металу, необхідного для прояву ефекту токсичності при мінімальній молярній величині, що відноситься до металу з найбільшою токсичністю.