ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ТОКСИКОЛОГИИ И ЭКОТОКСИКОЛОГИИ

В XX в. в связи с широким применением химических ве­ществ практически во всех сферах человеческой деятельнос­ти, включая сельское хозяйство, возникла необходимость ре­шения сложных проблем токсического влияния веществ на человека, другие живые организмы, экосистемы в целом. Со­гласно Программе Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) к основным задачам развития в XXI в. относятся обес­печение химической безопасности, предотвращение вредного влияния потенциально опасных химических веществ на здо­ровье людей.

Токсикология (от греч. toxikon — яд, logos — понятие) — на­ука о заболеваниях организма, вызванных воздействием вред­ных веществ (ядов), изучающая взаимодействие организма и яда. Яд— вещество, оказывающее на организм химическое воздействие и вызывающее в нем патологические изменения; химический компонент среды обитания, поступающий в коли­честве (реже качестве), не соответствующем врожденным или приобретенным свойствам организма, и поэтому оказываю­щий на него вредное действие или несовместимый с его жиз­нью. Под опасностью яда понимают возможность возникнове­ния интоксикации при действии яда в естественных условиях. Раздел токсикологии, оперирующий понятиями токсичности и опасности веществ, называется токсикометрией. Важней­шим параметром токсикометрии является токсичность (ядо­витость) химического соединения. Опасные для человека и других живых организмов токсические химические вещества получили название токсикантов, экотоксикантов, ксенобиоти­ков (чужеродные для организмов, не встречавшиеся ранее в биосфере химические соединения; попадая в окружающую среду в значительных количествах, они могут вызвать гибель организмов, нарушить нормальное течение природных про­цессов), загрязнителей, контаминантов (экологически вред­ные вещества, аккумулируемые в пищевых продуктах из окру­жающей среды в опасных количествах).

Основной целью токсикологии является исследование факто­ров химической токсичности, форм и проявлений токсического процесса. К ее задачам относятся:

• изучение основных характеристик и свойств химических ве­ществ, определяющих их токсичность и опасность; факторов, вли­яющих на токсичность; путей проникновения токсикантов в организм, закономерностей их распределения, метаболизма и выведения; различных форм токсического процесса, механизмов и закономерностей формирования патологических состояний, вызываемых химическими веществами при остром, подостром и хроническом воздействии;

• классификация токсикантов, представляющих угрозу жизни, здоровью, профессиональной работоспособности человека;

• оценка токсичности, установление количественных характе­ристик связей между действием веществ и развитием различных форм проявлений токсического процесса; нормативов, определя­ющих условия безопасного взаимодействия человека с вредными веществами;

• разработка методов профилактики токсического действия хи­мических веществ, принципов выявления высокотоксических ве­ществ в различных средах.

История развития учения о вредном действии различных ве­ществ на организм человека уходит во времена Гиппократа (ок.460—ок. 370 до н.э.) и связана с именами Галена (ок. 130— ок.200), Парацельса (1493-1541), Рамаццини (1633-1714), в ис­следованиях которых изучение профессиональных отравлений, главным образом оксидом углерода, тяжелыми металлами, зани­мало видное место. Как известно, оксид углерода — сильный яд, нарушающий доставку кислорода тканям. Под его действием ге­моглобин эритроцитов крови начинает переносить от легких к тканям СО вместо О2. В гибели Древнего Рима немаловажную роль сыграли массовые отравления жителей соединениями свинца в связи с прокладкой водопроводов из свинцовых труб.

Токсикология как наука сложилась в конце XIX в. Во второй по­ловине XIX — начале XX в. было начато изучение действия вредных промышленных веществ на организм экспериментальных животных, в качестве которых обычно использовали крыс и мышей. Экспери­ментальный метод в токсикологию ввел французский физиолог Клод Бернар (1813—1878), изучавший действие на живой организм яда ку­раре (1844).

22 апреля 1915г. в Бельгии (севернее Ипра) немцы впервые применили в качестве отравляющего вещества (ОВ) хлор. Потери от ОВ в Первую мировую войну составили более миллиона чело-7 г. в Германии был открыт табун, позднее — другие, бо­лее ядовитые нервно-паралитические газы (зарин, зоман) (табл. 1.1).

1.1. Сравнительная токсичность фосфорорганических отравляющих веществ (нервных газов)

Во время Второй мировой войны немцы использовали в газо­вых камерах в концлагерях синильную кислоту и ее соли. Синиль­ная кислота (HCN) — сильнейший синтетический яд; бесцветная, прозрачная жидкость с запахом горького миндаля, смертельная доза для человека — 0,06 г. Синильная кислота и ее соли (цианис­тый калий и цианистый натрий) парализуют клеточное дыхание.

В России основоположниками токсикологии как науки явля­ются Н. В.Лазарев (1895-1973) и Н. С. Правдин (1882-1954), на­учная деятельность которых началась в 20-х годах XX в. В настоя­щее время в России существует сеть научно-исследовательских институтов, занимающихся изучением вопросов гигиены труда и разработкой профилактических мероприятий. Работы по токсико­логической оценке новых веществ ведутся на гигиенических ка­федрах медицинских вузов, в токсикологических лабораториях са­нитарно-эпидемиологических станций, где разрабатываются са­нитарные нормы и правила работы с вредными химическими продуктами, даются рекомендации по обеспечению безопасных условий труда. Ни одно химическое соединение не вводится в производство и не применяется без предварительной токсиколо­гической оценки в эксперименте на животных.

Особенно широкое развитие токсикология получила после со­здания в 1980г. Международного союза токсикологов (Interna­tional Union of Toxicology; UTOX) на 2-м Международном конг­рессе токсикологов в Брюсселе. Международные конгрессы, где обсуждаются проблемы токсикологии и экотоксикологии, прово­дятся один раз в три года, публикуются труды конгрессов. 3-й Международный конгресс токсикологов проходил в Сан-Диего (США) в 1983 г., 4-й - в Токио (Япония) в 1986 г., 5-й - в Брай­тоне (Великобритания) в 1986 г., 6-й — в Риме (Италия) в 1992 г., 7-й — в Сиэтле (США) в 1995г., 8-й — в Париже (Франция) в 1998 г., 9-й — в Брисбене (Австралия) в 2001 г. Всероссийская об­щественная организация токсикологов была учреждена 25 сентяб­ря 1996г.; 1-й съезд токсикологов России проходил 17—20 нояб­ря 1998г. в Москве. Основные научные достижения токсиколо­гов России публикуются в научном журнале «Токсикологический вестник*.

Решение проблем химической безопасности в Российской Фе­дерации входит в задачи токсикологических подразделений Феде­рального центра Госсанэпиднадзора.

Экологическая токсикология, или экотоксикология, представляет собой междисциплинарное научное направление, изучающее дей­ствие вредных химических веществ, находящихся в окружающей среде, на живые организмы и их популяции, входящие в состав экосистем, — от микроорганизмов до человека. Это определение экотоксикологии как самостоятельного научного направления было введено в 1969 г., когда при Международном научном коми­тете по проблемам окружающей среды была организована специ­альная Рабочая комиссия по экологической токсикологии. В 1978г. на конференции Международного научного комитета по проблемам окружающей среды было принято уточненное опреде­ление экотоксикологии как «междисциплинарного научного на­правления, связанного с изучением токсических эффектов дей­ствия химических веществ на живые организмы, преимуществен­но на популяции организмов и биоценозы, входящие в состав экосистем. Она изучает источники поступления вредных веществ в окружающую среду, их распределение и превращение в окружа­ющей среде, действие на живые организмы. Человек, несомненно, является наивысшей ступенью в ряду биологических мишеней» (Криволуцкий, 1990. — С. 49). Сопредельное положение с экоток-сикологией занимает биоиндикация.

В отличие от медицинской токсикологии экотоксикология изу­чает влияние химических веществ как на индивидуальные орга­низмы, так и на их популяции. Экотоксикология пользуется клас­сическими приемами токсикологии, имея при этом и свои соб­ственные методы и объекты исследований. В последние годы в рамках международного и национального обществ экотоксикологов регулярно проводятся научные совещания, конференции, симпозиумы; по проблемам экотоксикологии издается около 10 специализированных научных журналов. К основным направле­ниям экотоксикологии относятся следующие:

• исследование источников поступления экотоксикантов, их распространения и превращения в почве, воде, атмосфере, расте­ниях, животных, по трофическим цепям в целом, оканчивающим­ся человеком; химических изменений экотоксикантов с образова­нием новых соединений с модифицированными токсическими свойствами;

• изучение воздействия токсического вещества на разные виды организмов, прогнозирование опасности загрязнения окружаю­щей среды для людей, животных, растений и экосистем в целом;

• выяснение ответных реакций организма на действие вредного вещества на уровне клетки, организма, популяции, сообщества; исследование механизмов токсичности и разработка критериев оценки вредного действия экотоксикантов;

• исследование механизмов токсического действия и токсичес­ких эффектов химических веществ, жизненно необходимых орга­низмам, но поступающих в избыточных количествах или полностью чужеродных, позволяющее понять реакцию растений и жи­вотных на внедрение в экосистему ксенобиотиков;

• разработка гигиенических основ регламентации поступления экотоксикантов в окружающую среду;

• разработка методов анализа экотоксикантов в объектах окру­жающей среды, методов диагностики, лечения и профилактики поражений.

Практическими результатами исследований являются разра­ботка рекомендаций и проведение правовых, технологических, медицинских и санитарно-гигиенических мероприятий по конт­ролю и снижению уровня загрязнений. В их основу положена концепция гигиенического регламентирования вредных факторов окружающей среды, включающая установление количественных значений предельно допустимых концентраций (ПДК), ориентиро­вочных безопасных уровней воздействия (ОБУВ) экотоксикантов в воздухе, воде, почве, максимально допустимых уровней (МДУ) ос­таточных количеств химических средств защиты растений и допус­тимых остаточных количеств (ДОК) химических веществ в про­дуктах питания.

К основным источникам загрязнения окружающей среды хи­мическими веществами относятся: теплоэлектроцентрали, вред­ные отходы химической, нефтехимической, металлургической, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности; авто­мобильный, авиационный, морской и речной транспорт; произ­водство и применение радиоактивных веществ различного назна­чения, радиоактивные отходы; применение в сельском и лесном хозяйстве химических средств защиты растений от болезней, вре­дителей, сорняков (фунгицидов, инсектицидов, гербицидов); при­менение химико-фармацевтических и косметических средств, продукции бытовой химии; сточные воды, бытовые отходы и др.

Поступающие в окружающую среду химические продукты распространяются и трансформируются в атмосфере, почве и водоемах, поступают в пищевые цепи, аккумулируются живы­ми организмами. Способность экотоксикантов распростра­няться на большие расстояния в биосфере зависит от их физи­ческих, химических, физико-химических свойств (испаряе­мость, летучесть, растворимость, адсорбируемость почвой, устойчивость к разложению). Многие экотоксиканты распрост­раняются на большие расстояния и длительное время сохраня­ют опасные свойства.

В зависимости от распространенности поступающие в окружа­ющую среду экотоксиканты могут вызывать локальные (точеч­ные), хронические региональные и глобальные загрязнения.

К локальным загрязнениям относятся разовые выбросы токси­ческих веществ в окружающую среду в результате аварий, взры­вов, пожаров, стихийных бедствий. Их последствия чаще проявля­ются на небольшой территории вблизи места выброса.

Под хроническим региональным загрязнением понимают продол­жительное во времени поступление в окружающую среду экотоксикантов в существенных количествах. В результате происходит загрязнение довольно крупного района (речной системы, бассей­на водосбора, природно-территориального комплекса). Подобное загрязнение возникает в связи с работой крупных промышленных предприятий, энергетических установок, городских хозяйствен­ных объектов и др. При этом малотоксичные вещества поступают в окружающую среду, как правило, в больших количествах, а вы­сокотоксичные — в малых.

К глобальным относятся загрязнения окружающей среды в боль­ших количествах и в течение длительного времени, охватываю­щие значительную часть земной поверхности. Примерами таких загрязнений являются постоянно увеличивающееся поступление в атмосферу углекислого газа и фреонов, радиоактивные осадки после атомных и термоядерных взрывов в атмосфере.

Процессы поступления, распространения и превращения за­грязняющих веществ в окружающей среде очень сложны и пред­ставляют собой самостоятельный раздел экотоксикологии.

При изучении действия экотоксикантов необходимо учитывать специфическую видовую чувствительность, стадию развития орга­низма, характер совместного действия нескольких экотоксикан­тов. Известны большие различия в токсическом действии одних и тех же веществ на разные виды живых организмов. Механизм спе­цифической токсичности еще мало изучен. При поиске пестици­дов стремятся найти вещества, обладающие специфическим узко­направленным действием против определенных видов вредителей, но безопасные для полезных видов.

Важное значение в экотоксикологии имеет изучение токсично­сти не только самого вещества, попадающего в окружающую сре­ду, но и продуктов его превращения. При загрязнении отходами производств, продуктами сжигания топлива, мусора образуется смесь продуктов сложного состава. При этом общий токсический эффект смеси может отличаться от суммарной токсичности ее от­дельных кЪмпонентов.

Экотоксикологическая оценка опасности тех или иных ве­ществ производится с учетом стадии развития организма. В час­тности, эмбрионы обладают повышенной чувствительностью к токсическому действию различных веществ. Например, приме­нявшийся в качестве снотворного средства в странах Западной Европы талидамид поражает эмбрионы человека и других мле­копитающих в первые недели после зачатия (у человека между 23-м и 40-м днями) и вызывает врожденные анатомические уродства. Нарушения беременности отмечались во Вьетнаме, где армия США широко применяла в качестве химического оружия хлорсодержащие гербициды, состоящие из 2,3,7,8-тет-рахлордибензодиоксина.

Повышенной чувствительностью к вредным веществам облада­ют организмы на ранних стадиях послеродового развития. Повы­шенная чувствительность к экотоксикантам встречается и на за­вершающих стадиях онтогенеза.

К важным задачам экотоксикологии относятся прогнозирова­ние опасности для живых организмов загрязнения отдельных рай­онов экотоксикантами и разработка мероприятий по профилакти­ке поражений, лечению пострадавших и ликвидации последствий заражений. Эти задачи решаются в комплексных программах контроля загрязнения окружающей среды, биологического и са­нитарно-гигиенического мониторинга. Их успешное решение за­висит от совершенствования системы контроля количественного содержания экотоксикантов в окружающей среде, глубокого зна­ния характера и механизма острого и хронического действия экотоксикантов на живые организмы в условиях их обитания, физико-химических свойств экотоксикантов для прогнозирова­ния их распространения в окружающей среде, по трофическим цепям, биотрансформации. Их решение осуществляется совмес­тными усилиями экологов, токсикологов, химиков и других спе­циалистов.

Глава 2