Экологическая токсикология (предмет, задачи, общая характеристика, направления)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Уральский государственный лесотехнический университет

Кафедра: Физико-химической технологии защиты биосферы

Контрольная работа

по дисциплине: "Токсикология"

на тему: Экологическая токсикология (предмет, задачи, общая характеристика, направления)

Екатеринбург 2011 год

Содержание

Введение

1. Предмет экологической токсикологии

2. Задачи экологической токсикологии

3. Направления экологической токсикологии

Заключение

Список использованных источников

Введение

Цель работы: Рассмотреть экологическую токсикология как предмет, её задачи, общую характеристику и основные направления.

Экологическая токсикология (экотоксикология) - это раздел токсикологии, изучающий эффекты воздействия токсичных веществ на живые организмы, преимущественно на популяции организмов, и биоценозы, входящие в состав экосистем. Она изучает источники поступления вредных веществ в окружающую среду, их распространение в окружающей среде, действие на живые организмы. Человек, несомненно, является наивысшей ступенью в ряду биологических мишеней.

Экологическая токсикология является самой молодой из токсикологических дисциплин и изучает источники поступления токсикантов в природные биосистемы, токсические эффекты действия химических веществ на живые организмы, а также устойчивость и функционирование биосистем надорганизменного уровня в условиях их токсического загрязнения.

Один из основных биологических объектов изучения экотоксикология -- человек. С этой точки зрения, экотоксикология призвана решать одну из важных проблем экологии человека -- защиту здоровья людей от поражения находящимися в окружающей среде вредными веществами. В отличие от традиционной, современная экотоксикология изучает токсические эффекты не только на организменном, но и преимущественно на популяционном и биоценотическом уровнях. Вторая ее особенность заключается в том, что при изучении токсических эффектов особое значение придается окружающей среде как активному компоненту, влияющему на проявление токсичности. Таким образом, осуществляется системный подход к решению проблем защиты людей и биоты в целом от вредных веществ.

Впервые как самостоятельное междисциплинарное научно-практическое направление экотоксикология упоминается в 1969 году. В зарубежной научной литературе наряду с понятием экотоксикологии в близком значении используется термин "токсикология окружающей среды" (environmental toxicology).

1. Предмет экологической токсикологии

Предмет экологической токсикологии [3] -- биологические системы надорганизменного уровня, подверженные токсическому загрязнению.

Своеобразие применяемых методических подходов и методик определяется сочетанием методологии токсикологической науки и экологии. При этом физиологические, функциональные, биохимические и другие нарушения, вызванные действием загрязнителя на растительные и животные организмы, рассматриваются в качестве первичных токсических эффектов, вызывающих нарушение популяционных и биоценотических механизмов.

Отметим, что в настоящее время мы располагаем оперативной информацией о содержании токсичных веществ в отдельных компонентах биоты, а также оценками физических и химических параметров среды. Выявление значимости этих показателей для состояния изучаемых биологических систем и прогноза их будущего требует разработки специальных методических подходов, использующих виварные исследования, эксперименты и наблюдения в природных биоценозах, исследование загрязненных территорий, методы математического моделирования и экстраполяции. Эти и другие подходы отражают своеобразие методологии экологической токсикологии самостоятельного научного направления.

2. Задачи экологической токсикологии

Задачи экологической токсикологии было бы неправильно ограничивать только изучением потоков техногенных веществ. Сегодня мы располагаем данными о содержании токсикантов в отдельных компонентах биоты, однако это не отражает еще прямого биологического эффекта. Оценка значимости этих явлений для судьбы популяций и экосистем -- важнейшая задача экологической токсикологии. Научно обоснованное предвидение судьбы биоценозов, подверженных влиянию токсического загрязнения, позволяет обоснованно говорить о рациональной эксплуатации природных экосистем, основываясь на допустимых уровнях воздействия.

Как отмечают Ф. Корте (1997), к важнейшим задачам экотоксикологии относятся [1]:

1) выявление степени вредного воздействия (в качественном и количественном отношении) и разработка "лечебных мероприятий";

2) выявление изменений видового состава и функций экосистемы

В первом случае последствия могут проявляться как в количественном, так и в качественном отношении. Исследования колебаний видового состава, а также взаимосвязей видов на одном трофическом уровне имеют преимущественно качественный характер. Для экотоксикологии особенно важен фактор снижения разнообразия видов (диверсификация), так как уменьшение числа видов может повлечь за собой исчезновение существовавших ранее организмов-индикаторов. Если проводятся эпидемиологические исследования, то выпадение или снижение численности ведущих видов организмов требует проведения анализа тенденций развития биологических сообществ. Такие исследования являются еще одной задачей экотоксикологии, они могут способствовать выявлению степени риска и предотвращению опасных явлений.

Такое же важное значение, как и структурно-видовые изменения, имеют функциональные нарушения в экосистеме. Здесь речь идет о контрольных количественных параметрах роста организмов и обмена веществ.

Если под экотоксикологией понимать одно из направлений исследования экосистем, то ее важнейшими частями должны быть проблемы сохранения (при работе с ненарушенными экосистемами) и восстановления (для уже пострадавших систем). Обе эти цели могут быть достигнуты лишь на пути функционального моделирования. Однако в связи с тем, что нет никакой универсальной модели, разработка таких моделей, а также создание лабораторных и математических моделей или подобные исследования в естественных условиях проводят исходя из поставленной цели для решения какой-либо конкретной проблемы.

Считается, что по видовому составу легче поддаются изучению аграрные системы, чем природные или близкие к природным экосистемы. Однако здесь требуются довольно дорогие исследования для количественной оценки экотоксикологического влияния агрохимических препаратов.

Особенностью экологической токсикологии является то, что при изучении токсических эффектов на популяционном и биоценотическом уровнях возрастает значение окружающей среды как активного фактора, влияющего на поведение токсикантов в отдельных компонентах биоты, их фиксацию и деструкцию в природных системах и как следствие этого определяющего уровни поступления их в живые организмы. Последнее обстоятельство особо важно, поскольку условия существования и функционирования природных популяций и биоценозов могут выступать в качестве модифицирующего фактора, усиливающего или ослабляющего прямое токсическое влияние.

3. Направления экологической токсикологии

К основным направлениям экотоксикологии относятся следующие:

1. 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:

- экотоксиканты - это экологически опасные факторы химической природы, которые способны долгое время сохраняться, мигрировать и накапливаться в ее биотических и абиотических компонентах. В концентрациях, превышающих естественный природный уровень, экотоксиканты оказывают токсическое воздействие, как на окружающую среду, так и на здоровье человека. Сегодня при изучении экотоксикантов большое внимание уделяется особенностям их кинетики, метаболизма, биотрансформации, кумуляции и концентрации; движению по пищевым цепочкам; переносу и переходам из одной среды в другую; возможностям превращений во вторичные загрязнители; их влиянию на различные организмы, входящие в экосистемы.

К экотоксикантам, имеющим приоритетное значение по степени опасности для окружающей среды и здоровья человека, из неорганических относятся тяжелые металлы, а из органических - нефть и нефтепродукты, полихлорированные и полициклические ароматические углеводороды. Особую опасность для человека представляют собой стойкие экотоксиканты диоксины, которые приводят к развитию диоксиновой патологии.

Наиболее значимые источники экотоксикантов:

- воздействие ракетно-космической техники (в районах падения отделяющихся частей ракет-носителей скапливается большое количество токсичного гептила, который загрязняет почву, поверхностные и грунтовые воды);

- воздействие воздушных судов гражданской авиации (негативные эффекты на уровне озонового слоя, загрязнение атмосферы веществами, образующимися в процессе сгорания топлива);

- воздействие транспорта (загрязнение токсичными веществами отработавших газов транспортных двигателей, выбросы в атмосферу "нетрадиционных" веществ: канцерогенных (бензол, формальдегид, бензапирен, ацетальдегид и др.) и вызывающих различные заболевания (толуол, ксилолы, 1,3-бутадиен, тяжелые металлы и др.), слив сточных вод от стационарных источников, образование твердых отходов);

- десятки миллиардов тонн твердых отходов производства и потребления, среди которых определенную долю составляют экологически опасные токсичные промышленные отходы разных классов опасности:

I класс - отходы гальванических производств, ртуть, хлорорганика, хром шестивалентный и др.

II класс - кубовые остатки, нефтепродукты, мышьяк, серная кислота и др.

III класс - нефтешламы, медь, свинец, цинк и др.

- объекты сельскохозяйственного производства (базы средств химизации, взлетно-посадочные полосы, склады минеральных удобрений, навозохранилища, животноводческие комплексы и т. д., где наблюдается повышенное содержание нитратов и других экотоксикантов, в том числе запрещенные и пришедшие в негодность пестициды);

- горная, угледобывающая и лесоперерабатывающая промышленность (твердые отходы, рудные терриконы, химические средства обработки древесины);

- нефтедобывающая промышленность (нефтешламы);

- захламление территорий в окрестностях городов и населенных пунктов, придорожных участков, стоянок автотранспорта производственными отходами, строительным и бытовым мусором;

- тепловые электростанции, работающие на твердом топливе (токсичные золошлаки);

- городские свалки, полигоны для твердых бытовых отходов (экотоксиканты, образующиеся гниения и сжигания);

- накопление отходов производства и потребления от предприятий железнодорожного транспорта;

- осадки от водопроводных и канализационных станций очистки вод.

Влияние хозяйственной деятельности на окружающую среду характеризуется производством большого количества загрязняющих веществ, отходов и другими факторами, которые приводят к изменению естественных ландшафтов, загрязнению атмосферы и природных водных объектов. Непрерывное увеличение промышленного производства химических веществ и расширение их ассортимента, неизбежно влекут за собой усиление вызываемой ими экологической нагрузки. Превышение порогов надежности экологических систем под действием экстремальных факторов антропогенного происхождения может являться причиной существенных изменений условий существования и функционирования биогеоценозов. Сегодня, когда скорость увеличения вредного воздействия средовых факторов и интенсивность их влияния уже выходит за пределы биологической приспособляемости экосистем к изменениям среды обитания и создает прямую угрозу жизни и здоровью населения, всестороннее изучение экотоксикантов и разработка мер борьбы с их распространением и повреждающим действием являются актуальной проблемой всемирного значения. 2. Изучение воздействия токсического вещества на разные виды организмов, прогнозирование опасности загрязнения окружающей среды для людей, животных, растений и экосистем в целом:

- влияние на экосистему:

под действием химических веществ изменяются следующие параметры экосистемы:

- плотность популяции;

- доминантная структура;

- видовое разнообразие;

- изобилие биомассы;

-пространственное распределение организмов;

- репродуктивные функции.

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

- в этой связи и неблагоприятные экотоксические эффекты, целесообразно рассматривать: - на уровне организма (аутэкотоксические) - проявляются снижением резистентности к другим действующим факторам среды, понижением активности, заболеваниями, гибелью организма, канцерогенезом, нарушениями репродуктивных функций и т.д. - на уровне популяции (демэкотоксические) - проявляются гибелью популяции, ростом заболеваемости, смертности, уменьшением рождаемости, увеличением числа врожденных дефектов развития, нарушением демографических характеристик (соотношение возрастов, полов и т.д.), изменением средней продолжительности жизни, культурной деградацией. - на уровне биогеоценоза (синэкотоксические) - проявляются изменением популяционного спектра ценоза, вплоть до исчезновения отдельных видов и появления новых, не свойственных данному биоценозу, нарушением межвидовых взаимоотношений. В случае оценки экотоксичности лишь одного вещества в отношении представителей только одного вида живых существ, в полной мере могут быть использованы качественные и количественные характеристики, принятые в классической токсикологии

При оценке экотоксичности необходимо учитывать, что хотя практически все вещества могут вызывать острые токсические эффекты, хроническая токсичность выявляется далеко не у каждого соединения 4. 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:

- механизмы экоттоксичности в современной литературе приводятся многочисленные примеры механизмов действия химических веществ на живую природу, позволяющие оценить их сложность и неожиданность. Прямое действие токсикантов, приводящее к массовой гибели представителей чувствительных видов. Применение эффективных пестицидов приводит к массовой гибели вредителей: насекомых (инсектициды) или сорняков (гербициды). На этом экотоксическом эффекте строится стратегия использование химикатов. Однако в ряде случаев отмечаются сопутствующие негативные явления. 5. разработка гигиенических основ регламентации поступления экотоксикантов в окружающую среду:

- санитарно-гигиеническое нормирование, его ограниченность с точки зрения защиты окружающей природной среды. Понятие об экологическом нормировании, цели, задачи, подходы. Проблемы нормы и патологии на организменном и надорганизменном уровнях. Критерии нормы экосистемы. Параметры экосистемы, подлежащие регистрации при экологическом нормировании и принципы их выбора. Перспективы создания единой системы экологического и санитарного нормирования. 6. разработка методов анализа экотоксикантов в объектах окружающей среды, методов диагностики, лечения и профилактики поражений:

Методы исследования состояния окружающей среды в экотоксикологии. -химико-аналитические методы определения содержания экотоксикантов в объектах окружающей среды. Методы отбора, хранения и предварительной подготовки проб. Оптическая спектроскопия и люминесценция. Газовая хроматография. Хроматомасс-спектрометрия. Высокоэффективная жидкостная хроматография. Использование ферментативных и иммунохимических реакций; - биологические методы контроля окружающей среды. Биомониторинг как составная часть экологического мониторинга. Сущность метода биоиндикации. Требования, предъявляемые к биоиндикаторам уровней загрязнения. Биоиндикация загрязнения наземных экосистем: млекопитающие, почвенная мезофауна и растительность как биоиндикаторы. Биотестирование и биоидентификация; - оценка и управление экологическим риском. Качественная и количественная характеристика экологического риска. Задачи оценки риска и управления риском. Схема оценки экологического риска, предложенная Агентством по охране окружающей среды США (ЕРА USA). Планирование и основные стадии-блоки схемы (постановка задачи, анализ, характеристика риска).

Заключение

Основные практические результаты в экотоксикологии получаются в настоящее время в ходе эмпирических исследований в реальных полевых условиях и лабораториях. В будущем необходимо продолжить работы, направленные на установление основных феноменов этой науки. Среди них следует отметить следующие направления:

-выявление видов живых организмов (прежде всего среди определяющих благополучие человеческой популяции), обладающих повышенной чувствительностью к наиболее опасным экополлютантам;

-изучение закономерностей взаимодействий 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;

- выявление молекулярных и клеточных маркеров, позволяющих выявлять токсическое действие ксенобиотиков на экосистемы, до их проявления на уровне популяций и т.д.

Важнейшая цель экотоксикологии, имеющая огромное прикладное значение, -- разработка теоретических основ и основополагающих концепций взаимодействия природных экосистем и производительной деятельности человека.

Список использованных источников

экотоксикология биомониторинг экологический риск

1. Иваненко Н.В. Экологическая токсикология. Брянск: Брянская государственно инженерно-технологической академия. 2006. 101 с.

2. Черных Н.А., Сидоренко С.Н. Экологический мониторинг токсикантов в биосфере. М.: РУДН. 2003. 430 с.

3. С. А. Куценко. Основы токсикологии. Санкт-Петербург: Артикул. 2004. 700 с.

Размещено на Allbest.ru