Основы экотоксикологии

Цинк и его соединения малотоксичны, но возможны случаи интоксикации при нарушении использования пестицидов, небрежного терапевтического применения препаратов цинка. Признаками интоксикации являются тошнота, рвота, боль в животе, диарея. Цинк в присутствии сопутствующих мышьяка, кадмия, марганца, свинца в воздухе на цинковых предприятиях вызывает у рабочих «металлургическую» лихорадку.

Известны случаи отравлений пищей или напитками, хранившимися в железной оцинкованной посуде. Такие продукты содержали 200-600 мг/кг и более цинка, поэтому приготовление и хранение пищевых продуктов в оцинкованной посуде запрещено. ПДК цинка в питьевой воде – 5 мг/л, для водоемов рыбохозяйственного назначения – 0,01 мг/л.

 

Загрязнение кобальтом

Источники загрязнения данным элементом окружающей среды: отходы и выбросы металлургических предприятий, сточные воды коммунального хозяйства. Кобальт в растениях концентрируется в генеративных органах, в пыльце и клубеньках бобовых культур, положительно действует на развитие клубеньковых бактерий, способствует накоплению витамина В у бобовых культур, лука, репы. Под действием кобальта улучшается диетическая ценность продукции в результате увеличения его содержания в растениях. Кобальт, накапливаясь в генеративных органах растений, способствует прорастанию пыльцы. Содержание кобальта в растительных тканях в пределах 15-50 мг/кг является избыточным или токсичным для растений. От недостатка кобальта в кормах страдают крупный рогатый скот, козы и овцы, что приводит к резкому снижению продуктивности животных (падение удоев молока и сокращение в нем витамина В12). Оптимальная норма кобальта в кормах для нормальной регуляции функций у животных 0,07 – 1,7 мг/кг сухого вещества корма. Постоянный дефицит кобальта в кормах животных способствует эндемическому заболеванию – анобельтозу и авитаминозу В. Для данного заболевания характерно нарушение волосяного покрова (сухотка или «лизуха») и функций печени. При этом развивается анемия, приводящая при недостатке витамина В12 к малокровию.

 

Загрязнение никелем

Основные источники загрязнения: сжигание топлива, цветная и черная металлургия, осадки сточных вод промышленности и коммунального хозяйства. В кислой среде никель более подвижен, чем в нейтральной или щелочной.

Никель необходим растениям в очень малых количествах. В водных культурах никель очень токсичен для растений (кукуруза, бобы) в дозе 2 мг/л. Более токсичен никель для растений на кислых почвах. Высоким потреблением никеля отличаются растения семейства астровых и бурачниковых, низким – розоцветные. Никель способен изменять активность окислительно-восстановительных процессов, влияет на поглотительную способность корней, задерживает поступление железа. При его повышенном содержании происходит угнетение роста растений, снижается содержание хлорофилла в листьях.

При загрязнении кормов никелем происходит эндемичное заболевание у животных, ухудшается зрение вследствие накопления его роговице глаз, возникает заболевание рака полости рта и толстой кишки.

 

Загрязнение марганцем

Принимает участие в процессах фотосинтеза, дыхания, азотном и нуклеиновом обменах. Оказывает прямое воздействие на рост и развитие растений, их химический состав. При избытке марганца в почве содержание железа снижается и у растений наблюдается хлороз. Марганец в почве находится в двух-, трех- и четырехвалентном состоянии. Принимает участие в почвообразовании. Растениям наиболее доступен марганец, находящийся в гумусовом горизонте.

Содержание подвижного марганца зависит от рН почвенного раствора и механического состава почвы. В кислых почвах его больше, в песчаных и супесчаных – меньше. Известкование снижает его подвижность и поступление в растения. Наиболее чувствительны к недостатку марганца овес, сахарная свекла, картофель.

 

Загрязнение медью

Очень низкое содержание меди в почвах с высоким рН. Содержание в земной коре составляет 4,5 мг/кг, морской воде – 1-25 мкг/кг, организме взрослого человека – около 100 мг. Источники поступления меди в экосистемы: выбросы металлургических предприятий, минеральные и органические удобрения, осадки сточных вод. Из всех минеральных удобрений наибольшее количество меди содержится в простом суперфосфате. В 20 т навоза содержится 40 г меди. Сточные воды, в осадке которых содержится свыше 800 мг/кг меди, не разрешается использовать в сельскохозяйственном производстве.

Медь усиливает токсичность фтора.

Физиологическая роль в растениях меди определяется ее вхождением в состав медьсодержащих белков и 19 ферментов. Определенную роль играет в азотном обмене, входя в состав фермента нитритредуктазы. Под действием меди усиливается прочность хлорофилл-белкового комплекса, снижается степень разрушения хлорофилла в темноте. Повышает устойчивость растений к полеганию, способствует увеличению засухо-, морозо-, жароустойчивости растений. При дефиците задерживается рост растений, проявляются хлороз и увядание, задерживается цветение, падает продуктивность.

Медь, в отличие от ртути и мышьяка, принимает активное участие в процессах жизнедеятельности, входя в состав ряда ферментных систем. Суточная потребность – 4-5 мг. При недостатке или избытке меди в почве и растениях у человека развиваются заболевания костной ткани – эндемическая анемия, эндемический деформирующий артроз.

В организме присутствуют механизмы биотрансформации меди. При длительном воздействии высоких доз меди наступает «поломка» механизмов адаптации, переходящая в интоксикацию и специфическое заболевание.

 

Загрязнение мышьяком

Природный мышьяк находится в элементном состоянии. В виде арсенидов и арсеносульфидов тяжелых металлов. Содержится во всех объектах биосферы. Фоновый уровень мышьяка в продуктах питания из нормальных геохимических регионов составляет в среднем 0,5-1 мг/кг: в овощах и фруктах – 0,01-0,02; зерновых – 0,006-1,2; говядине и свинине – 0,005-0,05 мг/кг. Высокая концентрация мышьяка, как и других химических элементов отмечается в печени, пищевых гидробионтах, в частности морских.

По данным ВОЗ, суточное поступление мышьяка в организм взрослого человека составляет в среднем 0,05-0,42 мг (около 0,007 мг/кг массы тела). ДСД мышьяка составляет 0,05 мг/кг массы тела, что составляет для взрослого человека около 3 мг в сутки.

Мышьяк, в зависимости от дозы, может вызвать острое и хроническое отравление. Хроническая интоксикация возникает при длительном употреблении питьевой воды с содержанием мышьяка 0,3-2,2 мг/л. Разовая доза в 30 мг смертельна для человека. Механизм токсического действия мышьяка связан с блокированием тиоловых групп ферментов, контролирующих тканевое дыхание, деление клеток, другие жизненно важные функции. Специфическими симптомами интоксикации считают утолщение рогового слоя кожи ладоней и подошв. Неорганические соединения мышьяка более токсичны, чем органические. После ртути мышьяк является вторым контаминантом пищевых продуктов. Соединения мышьяка хорошо всасываются в пищеварительном тракте. 90% поступившего в организм мышьяка выделяется с мочой. Биологическая ПДК мышьяка в моче равна 1 мг/л, а концентрация 2-4 мг/л свидетельствует об интоксикации.

В организме мышьяк накапливается в эктодермальных тканях – волосах, ногтях, коже, что учитывается при биологическом мониторинге. Биологический период полужизни мышьяка в организме – 30-60 часов. Необходимость мышьяка для организма не доказана, за исключением его стимулирующего действия на процесс кроветворения.

Загрязнение продуктов питания мышьяком обусловлено его использованием в сельском хозяйстве в качестве родентицидов, инсектицидов, фунгицидов, древесных консервантов, стерилизатора почвы. Мышьяк применяется в производстве полупроводников, стекла, красителей.

 

Загрязнение оловом

Необходимость олова для организма человека не доказана, хотя организм взрослого человека содержит около 17 мг олова, что указывает на его возможность в обменных процессах. При поступлении олова с пищей всасывается около 1%. Олово выводится из организма с мочой и желчью.

Неорганические соединения олова малотоксичны, органические – более токсичны, находят применение в сельском хозяйстве в качестве фунгицидов, в химической промышленности – как стабилизаторы поливинилхлоридных полимеров. Основным источником загрязнения продуктов питания оловом являются консервные банки, фляги, железные и медные кухонные котлы, другая тара и оборудование, которые изготавливаются с применением лужения и гальванизации. Активность перехода олова в пищевой продукт возрастает при температуре хранения выше 200С, высоком содержании в продукте органических кислот, нитратов и окислителей, которые усиливают растворимость олова.

Опасность отравления оловом усиливается при постоянном присутствии его спутника – свинца. Повышенная концентрация олова в продуктах придает им неприятный металлический привкус, изменяет цвет. Имеются данные, что токсичная доза олова при его однократном поступлении – 5-7 мг/кг массы тела, т.е. 300-500 мг. Отравление оловом может вызвать признаки острого гастрита (тошнота, рвота и др.), отрицательно влияет на активность пищеварительных ферментов.

Меры предупреждения загрязнений пищи оловом могут быть: покрытие внутренней поверхности тары и оборудования стойким, гигиенически безопасным лаком или полимерным материалом; соблюдение сроков хранения баночных консервов, особенно продуктов детского питания; использование для некоторых консервов стеклянной тары.

 

В целом можно отметить, что у растений устойчивость к действию тяжелых металлов выше, чем у людей и животных. В растениях тяжелые металлы могут отлагаться в клеточных стенках (целлюлоза) или в клеточных вакуолях с образованием хелатов. В этих случаях тяжелые металлы становятся неактивными. Поэтому стоит обращать особое внимание на содержание тяжелых металлов в растениях, употребляемых в пищу. Для растений это может протекать безопасно, а человек может пострадать при употреблении таких растений.

 

Полициклические ароматические углеводороды

В настоящее время идентифицировано более 200 канцерогенных представителей ПАУ. К наиболее активным канцерогенам относят: бенз(а)пирен (БП), дибенз(a, h)антрацен, дибенз(a, i)пирен; к умеренно активным – бенз(h)флуорантен, менее активным – бенз(е)пирен, бенз(а)антроцен, дибенз(а, с)антрацен, хризен и др.

Канцерогенная активность реальных сочетаний ПАУ на 70-80% обусловлена бенз(а)пиреном. Поэтому по присутствию БП в пищевых продуктах и других объектах можно судить об уровне их загрязнения ПАУ и степени онкогенной опасности для человека. Содержание бензапирена в продовольственном сырье и пищевых продуктах представлено в таблице 9.

Таблица 9

Содержание бензапирена в продовольственном сырье и пищевых продуктах

Пищевой продукт	Концентрация БП, мкг/кг	Пищевой продукт	Концентрация БП, мкг/кг
Свинина Говядина свежая Колбаса вареная Колбаса копченая Колбаса полукопченая Телятина Телятина жареная Крабы свежие (сухая масса) Камбала свежая (сухая масса) Треска Красная рыба Копченая рыба Копченая форель Копченый лосось Сельдь холодного копчения Внешняя часть Внутренняя часть Салака холодного копчения Подсолнечное масло Оливковое масло рафинированное	Не обнаружен Не обнаружен 0,26-0,50 0-2,1   0-7,2 Не обнаружен 0,18-0,63   6-18   15 0,5 0,7-1,7 0,1-6,7 2,1 1   11,2 6,8 0,2-1,0   10,6 0,93-30,0   Не обнаружен	Рапсовое масло Кокосовое масло Мука Мука высшего сорта Ржаной хлеб Белый хлеб, батон Зерно Ячмень и солод Салат из кочанной капусты Цветная капуста Картофель Кофе умеренно поджаренный Кофе пережаренный Сушеные фрукты: Сливы Вишня Груша Яблоки Сахар Молоко Масло сливочное Поваренная соль различного происхождения	0,9 18,6-43,7 0,2-1,6 0,09 0,08-1,63 0,08-0,09 0,17-4,38 0,35-0,70   12 24 1,0-16,6   0,3-0,5 5,6-6,1   23,9 14,2 5,7 0,3 0,23 0,01-0,02 0-0,13     0,03-0,50

 

Канцерогенные ПАУ образуются в природе путем абиогенных процессов. В пищевом сырье, полученном из экологически чистых растений, концентрации БП составляют 0,03-1 мкг/кг.

Условия термической обработки оказывают большое влияние на накопление БП. В подгоревшей корке хлеба обнаружено БП до 0,5 мкг/кг, подгоревшем бисквите – до 0,75 мкг/кг. Продукты домашнего копчения могут содержать БП более 50 мкг/кг.

Полимерные упаковочные материалы могут играть немаловажную роль в загрязнении пищевых продуктов ПАУ, особенно при наличии в продуктах элюэнтов (веществ, экстрагируемых в растворителе). Так, например, эффективным элюэнтом ПАУ является жир молока, который экстрагирует до 95% БП из парафино-бумажных пакетов и стаканчиков.

С пищей взрослый человек получает в год 6 мкг БП. В интенсивно загрязненных ПАУ районах эта доза возрастает в 3 и более раз. Предполагают, что для человека массой 60 кг ДСД БП должна быть не более 0,24 мкг. ПДК БП в атмосферном воздухе – 0,1 мкг/100 м3, в воде водоемов – 5 мкг/л, в почве – 200 мкг/кг.

 

Радиоактивное загрязнение агросферы

Большую группу опасных загрязнений составляют радионуклиды. В растительной пище особенно часто можно встретить Sr-89, Sr-90, I-131, Cs-137, Ba-140, K-40, C-14, H-3 (тритий). Принципиально все радионуклиды могут быть усвоены различными организмами и таким образом попасть в продукты питания. Известны радионуклиды благородных газов естественного и искусственного происхождения. Перечисленные радионуклиды (кроме благородных газов) либо вступают в прочное взаимодействие с органическими соединениями, либо заменяют элементы в клетках, выполняя ту же функциональную роль (например, калий). Среди естественных радионуклидов по суммарной активности на первом месте К-40 (около 90% суммарной активности). Элемент калий, в котором доля К-40 составляет определенный процент, обычно попадает в организм с растительной пищей, молоком (содержание составляет 1,4 г в 1 л). Остающиеся 10% активности радионуклидов естественного происхождения падают на долю С-14, который содержится во всех органических соединениях, а также на радионуклиды некоторых других элементов.

Среди радионуклидов антропогенного происхождения главную роль играют Sr-90, I-131, Cs-137. После  аварии атомного реактора в Чернобыле (апрель 1986 года), прежде всего, было обнаружено сильное загрязнение радионуклидом I-131 – источником β- и γ – излучений. Вследствие сравнительно небольшого периода полураспада этого радионуклида (8 дней) его физиологическое действие на человека продолжается практически в течение приблизительно 60 дней. Радиоактивный йод попадает в организм человека вместе со свежим молоком, свежими овощами и яйцами. Попавший в организм йод накапливается в щитовидной железе, загрязняя ее в более значительной степени, чем остальные органы.