Экотоксикология

I. По происхождению
А. Естественного Б. Искусственного
1) Небиологического 2) Биологического
- Неорганические - Яды животных
- Органические - Яды растений
- Бактериальные токсины

II. По способу использования человеком
1) Компоненты хим.синтеза и производства 2) Пестициды
3) Лекарства и пищевые добавки 4) Косметика
5) Растворители, красители, клеи 6) Топлива и масла
7) Побочные продукты, примеси и отходы

III. По условиям воздействия
1) Профессиональные токсиканты 2) Бытовые токсиканты
3) Вредные привычки и пристрастия 4) Загрязнители окружающей среды
5) Поражающие факторы спец. условий
- Аварии и катастрофы
- Боевые отравляющие в-ва и диверсионные яды

~ 15 миллионов веществ
~ 1-2 тысяч новых веществ синтезируется в мире каждый день
~ 40-70 тысяч веществ воздействует на человека ежедневно

в биосистемах.

Токсичность
имманентное свойство всех веществ, которое характеризует его способность наносить

вред организму (биологической системе) немеханическим путем.

токсиканта, приводящее к ее повреждению (т.е. нарушению ее функций, жизнеспособности)

или гибели.



Проявления токсического процесса -
внешние признаки токсического процесса, регистрируемые на различных уровнях организации биосистемы:
- клеточном:
- органном;
- организменном;
- популяционном.

- обратимыми структорно-функциональными изменениями клетки ( изменение

формы, размера, сродства к красителям, подвижности, количества органелл и пр.);
- преждевременной гибелью клетки (некроз, апоптоз);
- мутациями (генотоксичность).

Токсический процесс на уровне органа
(органотоксичность) или системы проявляется –

- функциональными реакциями ( миоз, тахикардия, гипотония, лейкоцитоз и пр.);
- заболеваниями органа (токсический гепатит, цирроз печени, гастрит, дистрофия и др.)
- неопластическими процессами.

(отравления) – болезни химической этиологии (острые, подострые, хронические; легкие, средней

степени, тяжелые, смертельные)
- Транзиторные токсические реакции – быстро проходящие, не угрожающие здоровью состояния, сопровождающиеся временным нарушением дееспособности (раздражение слизистых, седативно-наркотическое действие);
- Аллобиотические состояния – наступающее при воздействии химического фактора изменение реактивности организма к другим факторм: инфекционным, химическим, лучевым, психически нагрузкам (иммуносупрессия, аллергизация, фотосенсибилизация, толерантность, астения, преморбид);
- Специальные токсические процессы – беспороговые эффекты (канцерогенез, тератогенез и пр.)

заболеваемости, смертности, уменьшением рождаемости, ростом числа врожденных дефектов;
- нарушением

демографических характеристик популяции (соотношение полов, возрастов и пр.)
- падением средней продолжительности жизни членов популяции, их культурной деградацией.

способность вызывать неблагоприятные эффекты в экосистемах (включая популяции человека) в

результате изменений естественного ксенобиотического профиля среды.

1969 г. - Рене Траут, термин «Экотоксикология»
Международный научный комитет
по проблемам окружающей среды

в соответствующем биоценозе.

Экотоксические эффекты изучаются на уровнях:

организма (аутэкотоксические) - снижение

резистентности к другим факторам среды, понижение активности, заболевания, гибель, канцерогенез, нарушение репродуктивных функций и т.д.
популяции (демэкотоксические) – гибель популяции, рост заболеваемости, смертности, уменьшение рождаемости, рост числа врожденных дефектов развития, нарушение демографических характеристик (соотношение полов, возрастов и пр.), изменение средней продолжительности жизни, культурная деградация;
биогеоценоза (синэкотоксические) – изменение популяционного спектра ценоза, исчезновение отдельных видов, появление новых видов, нарушения межвидовых взаимоотношений.

среды, создание благоприятных условий для жизни и деятельности человека, развития

и функционирования организмов животного и растительного происхождения.

Задачи экотоксикологии:

1. Характеристика ксенобиотического профиля среды обитания;
2. Изучение судьбы экополлютантов в ОС: источники появления, распределение в абиотических и биотических элементах ОС, превращения ксенобиотиков в среде обитания, элиминацию из ОС – экотоксикокинетика;
3. Изучение механизмов формирования проявлений, последствий неблагоприятного действия измененного ксенобиотического профиля среды на биоценоз и отдельные виды, его составляющие – экотоксикодинамика;
4. Количественная оценка экотоксичности и опасности ксенобиотиков - экотоксикометрия;
5. Разработка мероприятий, направленных на улучшение состояния биосферы и здоровья населения.

в ОС (воде, почве, воздухе и живых организмах) в форме

(агрегатном состоянии), позволяющей им вступать в химические и физико-химические взаимодействия с биологическими объектами экосистем.

Естественный ксенобиотический профиль среды обитания – формировался миллионы лет в ходе эволюционных процессов, адаптация биоценозов.

Измененный ксенобиотический профиль среды обитания - в результате природных коллизий и хозяйственной деятельности человека

ей количествах и являющиеся причиной изменения естественного ксенобиотического профиля среды

процесса в биоценозе (на любом уровне организации живой материи).

Свойства

экотоксикантов:
1. Персистентность - способность существовать длительное время; T1/2 почва: ТХДД – 200 лет, ДДТ – 10 лет; зарин – 4 часа;

2. Биоаккумуляция – накопление токсиканта в организме в результате извлечения его из абиотической фазы (вода, почва, воздух) и из пищи;
Фактор биоаккумуляции (Срыба/Свода) :
ТХДД – 107; ДДТ - 130 000; трихлорбензол – 180;

3. Биомагнификация – увеличение концентрации токсиканта в тканях организма при его перемещении по пищевой цепи от «жертвы» до «консумента»
ДДТ против комаров: вода- 0,02 ppm; планктон – 10 ppm;
рыба – 900 ppm; рыба-хищник – 2700 ppm; птицы – 21 000 ppm.

4. Способность к трансграничному переносу (воздух, пыль, вода)

5. Токсичность и опасность токсиканта.

(вероятность попадания вещества в организм, биодоступность) в реальных условиях
Показатели потенциальной

опасности:
1) летучесть вещества;
2) КВИО - коэффициент возможности ингаляционного отравления,
[C20] / LC50 (экспозиция - 2 часа, мыши);
3) растворимость в воде и жирах, (KOM, Lg [Cокт] / [Cвода] );
4) дисперсность аэрозоля и другие свойства экотоксикантов.

Показатели реальной опасности: 
1) токсичность вещества;
2) пороги вредного действия (Lim ac , Lim ac sp , Lim ch  и т.д.);
3) производные параметры токсикометрии: (Zac, Z sp, Z ch, Z b.ef ).
4) экологический риск – вероятность развития неблагоприятных эффектов в биогеоценозе

Некоторые металлы (13) и их соединения:

Pb, Cd (Cancer disease,

«Итай-Итай»),
Hg (метилртуть, «Минамото»),
Al, Tl, Be, As, Sn, Cr, Se, Sb, Ba, Ag

2. Стойкие органические загрязнители (СОЗ, POPs):

- 11 пестицидов
( альдрин, хлордан, дильдрин, ДДТ, эндрин, мирекс, линдан, ГХЦГ, токсафен, гептахлор, гексахлорбензол);

- 2 промышленных химиката
(гексабромбифенилы, полихлорбифенилы «Ю-шо, Ю-ченг»);

- 3 нецелевых побочных продукта
(полихлордибензодиоксины, полихлордибензофураны, полициклические ароматические углеводороды)

среди определяющих благополучие человеческой популяции), обладающих повышенной чувствительностью к наиболее

опасным экополлютантам;

Изучение закономерностей взаимодействия ксенобиотиков с абиотическими элементами окружающей среды, приводящих к формированию экотоксических эффектов;

Раскрытие закономерностей формирования неблагоприятных эффектов при сочетанном действии веществ, составляющих ксенобиотический профиль среды, влияние на экотоксичность стрессоров нехимической природы;

Определение молекулярных и клеточных маркеров, позволяющих выявлять токсическое действие ксенобиотиков на экосистемы до его проявления на уровне популяций и т.д.

химические вещества, предназначенные для поражения и

уничтожения различных видов растительности с военными целями.

По целевому назначению фитотоксиканты (как представители
пестицидов) подразделяются на:

гербициды - вещества, предназначенные для борьбы с
сорными растениями;
десиканты - вещества, вызывающие высушивание
вегетирующих частей растений;
арборициды - вещества, предназначенные для уничтожения
нежелательной кустарниковой растительности;
альгициды - вещества, уничтожающие водоросли и другую
водную растительность;
дефолианты - препараты для удаления листьев;
стерилизаторы почвы – вещества, уничтожающие и семена.

делятся на:
контактные - поражают

листья и стебли растений при
непосредственном контакте (дефолианты и
десиканты);
системные - вещества, способные распространяться
по сосудистой системе с последующей гибелью
растений;
корневые – уничтожают корни, ростки и семена
растений;

Боевые фитотоксиканты могут быть:
сплошного (универсального) действия, т.е.
уничтожающие любые виды растительности, и
избирательного (селективного) действия, т.е.
предназначенные для уничтожения только
одного вида растений.

групп)

производные хлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д и 2,4,5-Т);

производные дипиридилия (дикват, паракват);

производные

урацила (бромацил, тербацил);

производные замещенных пиридинов (пиклорам);

производные мочевины (диурон, фенурон);

производные триазинов (атразин, симазин и др.);

фосфорорганические соединения (глифосат);

мышьяксодержащие соединения (какодиловая кислота) и др.

и Республики Вьетнам
(Южный Вьетнам, столица г.Сайгон)
против
Демократической Республики

Вьетнам
(Северный Вьетнам, столица г. Ханой)

более 13 000 000 т авиабомб, снарядов и мин.
Обычные виды

оружия

Артиллерийская батарея
американских войск

Американский склад
снарядных гильз

напалма, 180 000 т пластифицированного белого фосфора.
Зажигательное оружие
Применение американцами напалма

из ранцевого огнемета

Взрыв зажигательной
фосфорной бомбы

(~ 11000 т)
И Р Р И Т А Н

Т Ы:
СS - Ортохлорбензмалонодинитрил
(~9000 т, практически испытано
34 новых боевых средства доставки ОВ) и его рецептурные формы:
CS-I – CS + 5% силикагеля
(стойкость 14 суток)
CS-II – CS-I + водоотталкивающий силикон (стойкость 30 суток)
СN - Хлорацетофенон DМ - Адамсит (хлордигидрофенарсазин) CNS - Рецептурная форма хлорпикрина ВАЕ - Бромацетон
П С И Х О Т О М И М Е Т И К:
ВZ - 3-Хинуклидилбензилат

60-м годам военное ведомство США завершило разработку широкого плана изучения

гербицидов как потенциального оружия экологической войны, который предполагалось осуществить на территории Индокитая под кодовым названием "операция "Ranch Hand". К этому времени были:
- отобраны гербицидные рецептуры;
- разработаны методы и средства их применения; - проведены испытания в условиях, моделиру- ющих тропические зоны Индокитая.
По официальным данным в период химической войны США во Вьетнаме (1961 – 1975 гг.) американской авиацией над различными регионами юга Вьетнама ( около 1,6 млн. га) было распылено
~100 000 т 15 различных фитотоксикантов.

C-130, C-47 и вертолетами H-34, спец. авиаотряд №309)

PURPLE
GREEN
PINK.

* ORANGE - дефолиант (лес)
* ORANGE II - дефолиант (лес)
("Super Orange")
* WHITE - дефолиант (лес)
* BLUE - десикант (посевы
риса и др. с/х культур)
DINOXOL
TRINOXOL
BROMACIL - стерилизатор почвы MONURON - стерилизатор почвы
DIQUAT TANDEX DIURON DALAPON

Тактический военно-транспортный
самолет C-123 “Provider”

Самолеты
C-123 распыляют
фитотоксиканты

были уничтожены американскими солдатами, из которых
> 2 000 000

-
мирные жители

Американские солдаты убирают
трупы вьетнамских жителей

000 детей - были убиты,
750 000

детей – были ранены и получили увечья.

была лишена своего места проживания и загнана в специальные поселения

-"деревни новой жизни” близкие по условиям к концентрационным лагерям.

Американский солдат обнаружил
вьетнамцев, спрятавшихся в
посадках сахарного тростника

место на планете, где американскими войсками была предпринята попытка преднамеренного

разрушения естественных тропических экосистем и сельскохозяйственных угодий, получившего название ЭКОЦИД, т.е. осознанного действия одного государства направленного на разрушение окружающей среды другого государства-противника

бомбометания" и сверхкрупными авиабомбами. Общая площадь воронок от бомб составила

160 000 га.

Американские вертолеты
над лесами Ю.Вьетнама
(1965 г.)

Американские вертолеты
над «обработанными» лесами
(1971 г.)

плугами», которые представляли собой огромные бульдозеры весом более 15 т

с полосой захвата в 4 метра. Они полностью разрушали придорожную растительность и почвенный покров.
«Римскими плугами» уничтожено более 300 000 га.

в лесах Ю.Вьетнама (1965г.)
Самые большие разрушения природных экосистем были вызваны

применением дефолиантов – гербицидов направленного действия (ОА). В результате принудительного сбрасывания листвы деревьями пострадали лесные массивы Южного Вьетнама на площади 1 670 000 га.)

леса дельты р. Меконг (1969 г.)
В результате применения фитотоксикантов, «коврового

бомбометания» были почти полностью уничтожены уникальные мангровые леса в дельте р. Меконг на площади
500 000 га.

плантаций упала с 1960 года на 75%. Было уничтожено от

40 до 100% посевов бананов, риса, сладкого картофеля, папайи, помидоров, 70% кокосовых плантаций, 60% гевеи, 110 тыс. га плантаций казуарины.

Американский солдат
на рисовом поле (1965 г.)

Погибшие посевы риса (1969 г.)
(применение десиканта “Blue Agent”)

обработанные ОА

обработанных ОА
Разнообразная фауна на
необработанных территориях

(2001 г.)
Уничтожение растительности серьезно повлияло на экологический баланс Вьетнама. В

обработанных ОА районах из 150 видов птиц осталось 18, почти полностью исчезли земноводные и даже насекомые. Уменьшилось число и изменился состав рыб в реках. Ядохимикаты нарушили микробиологический состав почв. Произошли неблагоприятные изменения и в фауне Вьетнама. Один вид черных крыс был вытеснен другими, которые являются разносчиками чумы в Юго-Восточной Азии. Изменился также видовой состав клещей, в частности появились клещи-разносчики опасных болезней. Изменились виды комаров, в отдаленных от моря районах появились вместо безвредных комаров-эндемиков комары уничтоженных мангровых лесов, являющиеся переносчиками малярии во Вьетнаме.

фитотоксикантом являлся дефолиант «Оранжевый агент» (61,3%), который представляет собой маслянистую

жидкость темно-бурого цвета, содержащую смесь бутиловых (октиловых) эфиров 2,4,5-трихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4,5-Т) и 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д) в соотношении 1:1, а также дизельное топливо (до 20%), ПАВ (до 25%).
Норма расхода «ОА» : 8-15 кг/га, ЛД50 = 10 г/чел.

белый порошок, смесь н-бутилового эфира
2,4-Д и 3,5,6-трихлор-4-аминопиридин-2-карбоновой
кислоты (пиклорам, “Тордон”)

в весовом соотношении
3,882:1, используют в виде 25% водного раствора,
маслонерастворим, норма расхода: 8-15 кг/га, ЛД50 = 10-14 г/чел.

Синий агент – десикант прижигающего действия,
смесь диметиларсената натрия (какодилат натрия) с
диметилмышьяковистой кислотой в весовом
соотношении 2,663:1, используют в виде 40% водного
раствора, маслонерастворим, норма расхода: 3-8 кг/га, ЛД50 = 5-8
г/чел.

Паракват (PQ), дикват (грамоксон) - контактный
неселективный гербицид, белый порошок, используют
в виде 0,5% водного раствора, норма расхода: 0,5 кг/га, ЛД50 = 3-5
г/чел.
Боевое состояние ФТ– аэрозоль (300-600 мкм, нереспирабельный)
Медико-тактическая характеристика очага хим. поражения:
- несмертельный (раздражение кожи и слизистых, паракват вызывает отек легких);
- нестойкий;
- быстрого действия (паракват – медленного действия);

фитотоксикантом являлся дефолиант «Оранжевый агент» (61,3%), который содержал технологическую примесь

– 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин (ТХДД).

По разным оценкам в примененном «Оранжевом агенте» содержалось суммарно от 170 до 500 кг ТХДД.

(для сравнения: среднегодовой объем эмиссии диоксинов в воздух во всем мире оценивается величиной в 10,5 кг/год)

данного компонента в рецептуре

покинуть районы проживания,
где были применены фитотоксиканты
> 4 000

000

человек получили поражения диоксином

женщин стали беслодными;

- частота спонтанных абортов

возросла с 1,2% (1953 г) до 18,14% (1979 г);

- частота внутриутробных смертей плодов возросла с 0,58% (1952 г) до 1,56% (1967 г);

- частота пузырного заноса возрасла с 0,78% (1952 г) до 4,4% (1985 г);

- частота врожденных уродств возросла от 0,73% (1963 г) до 2,42% (1985 г).

Вьетнамка с ребенком –
врожденным уродом на руках

детей-уродов
Виды

врожденных пороков детей:

- расщепление губы и неба
- аномалии нижних конечностей
- косолапость и косорукость
- отсутствие ушных раковин
- глухота
- глухонемота
- аномалии костей таза
- гидроцефалия
- помутнение хрусталика и пр.

Вьетнамские дети с врожден-
ными аномалиями конечностей

Нога вьетнамского ребенка
(шестипалость)

полигалогенированных ароматических соединений (ПГАС), имеющих сходные физико-химические свойства и механизмы

биологического действия. Эта группа объединяет 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин (ТХДД, диоксин), обладающий наибольшей биологической активностью, и целый ряд родственных диоксину, так называемых “диоксиноподобных соединений” (ДПС) с относительно меньшей биологической активностью. К ДПС относятся 75 конгенеров дибензо-п-диоксинов (ПХДД), 135 дибензофуранов (ПХДФ) и 209 бифенилов (ПХБ).

бесцветное негигроскопичное химически и физически инертное кристаллическое вещество, без запаха,

с низкой летучестью, высокой адгезивной способностью и электризуемостью.
Мм ТХДД – 322;
Lg октанол/вода - 6,8 - 7,58.
T 1|2 на поверхности почвы - 9 – 15 лет,
на глубине - 25 – 102 лет.
ТХДД может поступать в организм человека всеми известными путями; трансплацентарно и с молоком матери передается плоду и ребенку. t 1|2 составляет 5,8 – 32,5 года (7,1 года).
Расчетные однократные LD50 = 50 мкг/кг (10-6 г/кг);
для человека ED50 = 0,1 мкг/кг;
Допустимое суточное потребление диоксинов (в I-TEQ):
в России – 10 нг/кг/сутки (10-9г/кг)
ВОЗ – 2 - 6 пг/кг/сутки (10-12г/кг)
США – 0,1 пг/кг/сутки
Во время химической войны США во Вьетнаме ТХДД содержался в объектах окружающей среды и в пищевых продуктах в количестве от 70 до 815 нг/кг; в настоящее время содержание ТХДД составляет от 0,2-0,9 нг/кг до 32 нг/кг.

«знакомства» людей с ДПС.
В литературе

описаны случаи загрязнения территории диоксинами и заболеваний людей в 36 когортах из 12 стран мира.

Наиболее изученными когортами являются:
- американские и австралийские ветераны Вьетнама (когорта «Ranch Hand» – 213 чел.),
- жители Севезо (27 чел.) ,
- рабочие предприятия «Химпром» Уфы (128 чел.),
- когорта NIEHS (253 рабочих 12 химических заводов в США),
- когорта германских рабочих (48 чел.).

участие более чем в 40 боях
с американскими войсками стоит
на

месте высадки их десанта (1999 г.)

Особый интерес для военной медицины представляет современное состояние здоровья военнослужащих-ветеранов, принимавших участие в войне и перенесших в ходе войны воздействие диоксинсодержащих фитотоксикантов.

131 – Э) 1175 детей (733 –

НЭ, 442 – Э)

агентом ветеранов

вьетнамских ветеранов войны

заболеваемости детей неэкспонированных (НЭ) и экспонированных (Э) ОА ветеранов (различия

частот патологий статистически достоверны (p<0,05) по сравнению с группой НЭ).

регулярности месячных циклов и функции;
задержка менархе;
высокая частота воспалительных урогенитальных заболеваний;
гормональные

сдвиги;
патология беременности и родов
(осложнения беременности, спонтанные аборты, мертворождения и нарушения развития плода).

высокоспецифическое связывание ТХДД с Ah-рецептором и активация системы AhR во

всех имеющих рецептор клетках организма человека.

первичного действия диоксинов
При интоксикации

человека диоксинами происходит подчинение всех функций организма функции детоксикации липофильных ксенонобиотиков жизненно важной в условиях отравления и гомеостатически направленной. Микроколичества инертных ДПС запускают каскад разнообразных цепных реакций, который закономерно определяет возникновение серьезных нарушений жизнедеятельности организма и даже его гибель. Такой ход событий назван "биологическим усилением" первичного действия диоксинов.

достоверных клинических, лабораторных и инструментальных диагностических признаков позволяют идентифицировать выявленный

вид патологии как новый и отнести его к группе состояний с общей этиологией, патогенезом, клиническими проявлениями, общими подходами к лечению и коррекции состояния.

жизни);
- феноменом "ускоренного

старения";
- чрезвычайно широким спектром расстройств практически всех органов и систем организма человека;
- стойкими и разнообразными органическими, функциональными и обменными нарушениями;
- модулирующим влиянием на течение заболевания "сценария" интоксикации;
- модифицирующим влиянием на возникающую патологию особенностей организма человека по индивидуальному механизму locus minores resistentia

уничтожения растительности в военных целях. Поражения данными агентами возможны в

период непосредственного применения БФТ. Наиболее опасным компонентом является 2,3,7,8-тетрахлордибензо-пара-диоксин. Это одно из самых токсичных и стойких химических соединений, созданных человеком. ТХДД отнесен к суперэкотоксикантам. Сложность рассматриваемой проблемы заключается в ограниченности возможностей профилактики и терапии острых отравлений БФТ, в слабом знании врачами данной патологии. Высока вероятность использования новых агентов, механизм действия которых не изучен