Основы экотоксикологии

Фосфорорганические пестициды (ФОП) в организме животных накапливаются преимущественно в головном и спинном мозге, в легких, сердце, печени, почках, селезенке, скелетных мышцах, превращаясь в свои метаболиты. Под влиянием окислительных процессов тиофос превращается в фосфакол, карбофос в имидоксон, диазинон в диазоксон, антио в фосфамид, метилнитрофос в паранитрокрезол, при этом по степени токсичности метаболиты более опасны, чем основное вещество. При частичном дехлорировании хлорофос превращается в ДДВФ, азунтол в потазан. Эти вещества выделяются с мочой и фекалиями в течение 7-30 дней.

Ртутьорганические пестициды (гранозан, меркуран, агронал, фализан и др.) накапливаются во всех жизненно важных органах, в том числе в головном мозге, причем больше всего в мозжечке, печени, почках, мышцах и др. Выделяются из организма дольше года. Они относятся к сильнодействующим ядовитым высокотоксичным веществам, обладают выраженной кумуляцией и стойкостью. Действующим началом большинства ртутьорганических препаратов являются этилмерхлорид и этилмеркурофосфат. При несоблюдении мер личной защиты эти препараты могут стать причиной пищевых отравлений. В организме ртутьорганические препараты быстро проникают во все органы и ткани (особенно богатые липидами). При остром отравлении этими соединениями отмечаются расстройства со стороны сердечно-сосудистой системы, изменения в печени, желудке, костном мозге, периферической крови и т.д.

В последнее время ртутные протравители семян заменяются на комбинированные, менее опасные препараты на основе фунгицидов и бактерицидов.

Пестициды используются в разных препаративных формах, чаще в виде дустов, гранулированных препаратов, суспензий, эмульсий, аэрозолей, фумигантов.

Способы применения пестицидов зависят от препаративной формы и назначения (обработка семенного материала, опрыскмвание, опыление, обработка гранулированными препаратами). Тактика применения пестицидов обоснована особенностями биологии вредителей, возбудителей болезней и сорняков.

При применении пестицидов большое значение имеет правильный выбор нормы расхода препарата. Она определяется по действующему веществу и не должна превышать норму, предусмотренную «Списком химических и биологических средств борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками, разрешенных для применения в сельском хозяйстве».

Для всех разрешенных к применению пестицидов установлены ПДК. Принципиальные подходы к гигиеническому нормированию являются общими для всех химических веществ в воздухе рабочей зоны, воде и почве, в том числе и для пестицидов. Чрезвычайно важное звено в общей системе мероприятий по профилактике вредного влияния на здоровье человека – установление максимально допустимых уровней (МДУ) в продуктах питания.

В качестве норматива МДУ в продуктах питания принимается такое их количество, которое, поступая в организм человека ежедневно, не наносит никакого ущерба его здоровью. Нормы МДУ для каждого пестицида устанавливаются отдельно. Некоторые пестициды совсем не должны присутствовать в продуктах (алдрин, гептахлор и др.). Не допускается присутствие многих пестицидов (байтекс, гемма-изомер, ГХЦГ, гексахлоран и др.) в молоке, мясе, масле, яйцах.

 

 

Диоксины

Диоксин и диоксиноподобные соединения обладают высокой токсичностью, представляют реальную угрозу загрязнения пищевой продукции, включая питьевую воду. Источниками загрязнения могут быть предприятия металлургической, целлюлозо-бумажной и нефтехимической промышленности. Наиболее опасный источник загрязнения – предприятия, производящие хлорную продукцию, в том числе пестициды.

Непосредственными источниками интоксикации оказываются 2,3,7,8-тетрахлордтбензо – n–диоксин (2,3,7,8-ТХДД), образующийся как микропримесь при получении ТХВ, и 2,3,7,8-тетрахлордибензо-фуран (2,3,7,8-ТХДВ) – микропримесь ПХБ (полихлорбифенола).

ТХДД – наиболее опасный яд для человека. Отличается высокой стабильностью, не подвергается гидролизу и окислению, устойчив к высокой температуре (разлагается при 7500С), действию кислот и щелочей, невоспламеняем, обладает высокой растворимостью в жирах.

ТХДД относится к веществам первого класса токсичности с лимитирующим показателем. Расчетная среднесмертельная доза для человека при однократном оральном поступлении – 0,05-0,07 мг/кг, расчетная минимальная токсическая доза при хроническом оральном поступлении – 0,1 мкг/кг.

Наряду с ТХДД и ТХДВ, существует 22 изомера ТХДД и 38 изомеров ТХДВ.

При попадании в окружающую среду диоксины интенсивно накапливаются в почве, водоемах, активно мигрируют по пищевым цепям, особенно в жиросодержащих объектах. В организм человека диоксины поступают с продуктами питания (98-99% от общей дозы). Среди основных продуктов опасные концентрации этих веществ обнаруживаются в мясе, молочных продуктах и рыбе. Следует отметить способность диоксинов накапливаться в коровьем молоке, где их содержание выше в 40-200 раз, чем в тканях животного. Источниками диоксинов могут быть картофель, морковь и другие корнеплоды, так как основная часть диоксинов кумулируется в корневых системах растений, и только 10% - в наземных частях.

Особое внимание следует уделить проблеме содержания плихлорированных дифенилов и диоксинов в грудном молоке, что является фактором риска для здоровья детей раннего и старшего возраста.

Допустимая суточная доза (ДСД) для человека согласно рекомендации ВОЗ – 10 нг/кг. Аналогичный уровень принят в России.

Максимально допустимые уровни (МДУ) содержания диоксинов в основных группах пищевых продуктов составляют, нг/кг (в пересчете на ТХДД):

• молоко (в пересчете на жир) – 5,2 (Германия – 1,4);
• рыба – 11,0, в пересчете на жир – 88,0;
• мясо – 0.9, в пересчете на жир – 3,3;
• пищевые продукты – 0,036 (США – 0,01);
• вода объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения – 20 нг/л (США и Германия – 0,01).

 

Регуляторы роста растений

Регуляторы роста растений (РРР) применяют с целью влияния на процессы роста, развития и жизнедеятельности растений, обеспечения урожайности, улучшения качества, облегчения уборки. К этой группе соединений также можно отнести гербициды, которые вызывают задержку роста и гибель растений, но от дозы могут принимать ингибирующее и стимулирующее действие.

Природные РРР. Это присущие растениям соединения, выполняющие роль фитогормонов (ауксины, цитокинины, гибберелины, этилен и т.д.). Не представляют какой либо опасности для человека.

Синтетические РРР – получают химическим или микробиологическим путем. К этой группе относятся:

• производные сульфонилмочевины – «Гранстар», «Ленок», «Хардин», «Круг», «Эллипс» (20-50 и 10-20 г действующего вещества препарата на гектар);
• азоксофор (14,9г/т семян);
• биферан (предпосевная обработка клубней картофеля – 1г/т);
• кротонолактон (обработка семян риса 0 7-7,8 г/т);
• квартазин (21 г/т семян ячменя, пшеницы, ржи);
• фумар (50-100 г на миллион саженцев) и т.д.

Синтетические РРР могут оказывать вредное воздействие на организм человека как ксенобиотики. Степень опасности многих РРР достаточно не изучена. Потенциальная опасность РРР для человека усугубляется си стойкостью этих соединений в окружающей среде и продуктах питания.

РРР используют также для увеличения сроков хранения растительных продуктов, например, картофеля, моркови, лука, репы. При этом сохраняются водный баланс, вкусовые качества, витамины, минеральные вещества и другие показатели пищевой ценности.

 

Тяжелые металлы

Растения могут накапливать и такие элементы, которые не нужны для их собственного обмена веществ. Для осуществления подобной аккумуляции элементы должны находиться в усваиваемой растениями форме, поэтому, например, растения могут постепенно усваивать тяжелые металлы (ТМ). К ТМ относятся химические элементы (металлы) с атомной массой более 40 атомных единиц или химические элементы с удельным весом свыше 5 г/см3.

Тяжелые металлы вызывают сердечно-сосудистые расстройства, тяжелые формы аллергии, обладают эмбриотропными и канцерогенными свойствами. Они являются генетическими ядами, поскольку аккумулируются в организме с отдаленным эффектом действия, проявляющемся в наследственных заболеваниях, умственных расстройствах и т.д.

Важность понимания проблемы загрязнения продукции тяжелыми металлами определяется тем, что сельскохозяйственные культуры и животные находятся на более высоком уровне в пищевой цепи продукционного процесса и используются как продукты питания человека, что приводит к накоплению ТМ в пищевой цепи. Наряду с давно известными путями попадания тяжелых металлов в воду обнаружены реакции, в результате которых тяжелые металлы становятся растворимыми в воде или в липидах (маслах и жирах), проникая затем в организм и включаясь в цикл питания.

Санитарно-гигиенические нормы содержания избыточных элементов в продуктах питания и кормах постоянно пересматриваются и разрабатываются новые. Верхняя пороговая концентрация ТМ в сухом веществе корма характеризуется следующими величинами (мкг/кг):  для кобальта, молибдена, меди, цинка и марганца соответственно: 1,0 и выше, 2,0-3,0 и выше, 20-40 и выше, 60-100 и выше, 60-70 и выше; для ртути не более 0,05.

Нормирование ТМ в компонентах окружающей среды сводится к разработке ПДК, при котором гарантируется получение экологически безопасной продукции. Во многих странах мира разработаны национальные нормативы ДОК. Допустимые остаточные количества (ДОК) тяжелых металлов в пищевых продуктах представлены в таблице 8.

Таблица 8

Допустимые остаточные количества (ДОК) тяжелых металлов в пищевых продуктах, мг/кг

Продукция	Тяжелый металл
	Hg	Cd	Pb	Zn	Ni	Cr	As
Рыбопродукты	5,0	0,1	1,0	40,0	0,5	0,3	1,0
Мясопродукты	0,03	0,05	0,5	40,0	0,5	0,2	0,5
Молочные продукты	0,005	0,01	0,05	5,0	0,1	0,1	0,05
Хлебопродукты	0,01	0,02	0,2	25,0	0,5	0,2	0,2
Овощи	0,02	0,03	0,5	10,0	0,5	0,2	0,2
Фрукты	0,01	0,03	0,4	10,0	0,5	0,1	0,2
Соки, напитки	0,005	0,02	0,4	10,0	0,3	0,1	0,2

 

Колебания содержания ТМ в продукции достигают существенных размеров. Например, содержание ртути в сахаре меняется в 3 раза, тогда как в рыбе возможны колебания в 1300 раз. Колебания свинца составляют 2-165 раз, кадмия – 2-450 раз, хрома – 3-16, меди – 3-121, цинка – 3-30, никеля – 2-30 раз. Такой размах изменений содержания ТМ в продукции может быть вызван: видом самой продукции, условиями ее производства (технология процесса получения продукции), внешними факторами состояния окружающей среды, степенью чистоты исходных компонентов для ее производства и т.д. Широкий диапазон колебаний содержания свинца характерен для меда (64 раза). Незначительные колебания содержания ТМ характерны для целого ряда продуктов: сахар, пиво, орехи.

Больше всего меди содержится в растениях лука, петрушки, редьки, кабачков, меньше – в кукурузе и картофеле. Высоким содержанием меди отличаются соки томатный, абрикосовый, морковный.

Цинк в значительных количествах находится в следующих продуктах: фасоли, горохе, луке репчатом и зеленом, огурцах, чесноке, кабачках. Очень много цинка в злаках, белых грибах. Больше всего в семенах конопли. В незначительных количествах содержится в баклажанах, арбузе, перце красном, хрене, шпинате, абрикосе, сливе, клюкве, черешне, печени, почках, говядине, сырых яйцах.

К растениям, накапливающим большие количества марганца, относятся: горох, фасоль, укроп, петрушка, свекла, хрен, шпинат, щавель, морковь, лук, чеснок, грибы, виноград, земляника, клюква, крыжовник, малина, смородина, яблоки, груши.

Не все ТМ представляют одинаковую опасность для живых организмов. По токсичности и способности накапливаться в пищевых цепях приоритетно можно выделить немногим более 10 элементов – загрязнителей биосферы: ртуть, свинец, кадмий, медь, ванадий, олово, цинк, молибден, кобальт, никель. Ртуть, кадмий, свинец можно считать наиболее опасными. Медь, цинк, молибден, кобальт, марганец получили название микроэлементов и имеют важное биологическое значение в жизни теплокровных, растений и микроорганизмов.

 

Загрязнение ртутью

В общем, экологическое значение тяжелых металлов или других устойчивых токсинов в цепи питания можно продемонстрировать на примере ртути – первого металла, для которого было обнаружено биоконцентрирование.

В 1953 году в Японии у 121 жителя побережья в бухте Минамата было обнаружено заболевание, сопровождающееся ломотой в суставах, нарушением слуха и зрения. Это заболевание, вошедшее в литературу под названием «болезнь Минамата», закончилось смертью почти для трети больных. Расследование установило, что на ацетиленовом производстве ртутные отходы сбрасывались в реку, впадающую в бухту. Ртуть микробиологическим путем превращалась в метилртуть: