ЕКОЛОГIЧНА ТОКСИКОЛОГIЯ - наука, яка безпосередньо пов’язана з екологiєю та токсикологiєю i вiдноситься до природознавчих галузей медико-біологічних знань, що грунтуються на використаннi досягнень сучасних технологiчних дисциплiн для профiлактики та протидiї шкiдливому впливу.
В сучасному свiтi екологiчна токсикологiя (екотоксикологiя) виникла і розвивається завдяки зацiкавленостi та зусиллям представників бiологiчних, медичних, хiмiчних та технологiчних наук. Сам термiн екологiя, як окреме біологічне поняття, виник всерединi ХIХ сторiччя та перекладається у сполученнi грецького слова е’соs (житло) та латинського logos (наука). Вивченням впливу отрут (toxikon) на органiзм людини, тварин, птахiв, комах, рослин тощо займається токсикологiя. Нагадаємо, що екологія - біологічна наука, що вивчає взаємовідносини організмів із середовищем, організацію і функціонування надорганізменних систем: популяцій, біогеоценозів і біосфери.
Як предмет науково-виробничої дiяльностi людей екологiчна токсикологія вивчає властивостi i вплив отруйних чинникiв (токсикантiв) на свiт живої природи i визначає характер патологiчних змiн шляхом патогенних змiн в тканинах, органах, органiзмi, довкiллi (повiтря, вода, грунт, харчовi продукти).
Головною метою екологiчної токсикологiї є з’ясування кiлькiсно якісних закономiрностей дiї механiзмiв безпосереднього та опосередкованого впливу отрут-токсикантiв на iснування рiзноманiтного живого свiту довкiлля та запобiганню ушкоджуючому розвитку процесiв бiоценозу.
Токсиканти та його види
Об’єктами згубного впливу на бiологiчнi субстрати у екологiчнiй токсикологiї є токсикант. Він реалізує свою дію через вплив на токсономічні групи у довкіллі. Будь-який вплив на організм, до якого може виникнути у останнього пристосування, визначається як екологічний фактор.
До основних екологічних факторів ушкоджуючої дії належать: біотичні (при взаємодії між живими організмами), абіотичні (весь комплекс впливу неживої природи: світло, вологість, температура тощо), антропічні (діяльність людини, що змінює довкілля). Біотичні та антропічні фактори є основними при формуванні кількісного та якісного складу токсикантів як обмежувальних факторів. Обмежувальний (лімітуючий) екологічний фактор впливає на поширення виду шляхом переважної згубної дії у порівнянні з будь-якими іншими сприятливими факторами. Здатність організмів існувати у водоймах, що містять речовини мінерального чи органічного походження у шкідливих для інших видів концентраціях, визначають як токсобність.
ТОКСИКАНТ - це окремий чи комплексний чинник з притаманними лише йому фiзичними, хiмiчними, фiзико-хiмiчними та медико-біологічними властивостями, що викликають патологiчнi змiни аж до розвитку незворотних уражень органiв, систем, органiзмiв екологiчних систем.
ЕКОТОКСИКАНТИ дiють у широкому спектрi саморегулюючих систем, що складають спiввiдношення живої та неживої природи. Як понятiйнi термiни токсикант, екотоксикант виникли у середовищi вiйськових токсикологiв у кiнцi 70-х рокiв 20 століття, коли стало зрозумiлим, що вплив засобiв масового знищення людей (хiмiчна, бiологiчна, радiологiчна зброя) неминуче супроводжується, навiть на рiвнi порогових доз, суттєвою шкодою для довкiлля. Так, поява дефолiантiв та їх використання пiд час В’єтнамської вiйни (72 млн літрів, з яких 170 кг діоксину) масштабно переконала, що екотоксиканти уражають не тiльки рослинний свiт, а й приносять шкоду людям, змiнюють ландшафт, впливають на соцiально-полiтичнi процеси у суспiльствi.
Екотоксикант може проявляти свій вплив як на окремих представників конкретної популяції, так і на загальну екологічну характеристику популяції. Дія екотоксиканту може реалізуватись шляхом впливу на взаємовідносини між популяціями різних видів та у одному виді. Розрізняють такі форми відносин, на які впливають екотоксиканти: антибіоз - обмеження життєздатності видів у ланцюгах живлення, конкуренція - суперництво між окремими видами (популяціями) за ланки у ланцюгу живлення, хижацтво - існування за рахунок інших видів шляхом нанесення збитків супротивникам, паразитизм - існування за рахунок інших видів (популяцій), симбіоз (мутуалізм) - співжиття різних таксонів, при якому мутуалізм має елементи взаємної корисності, взаємодопомога, сукцесія - заміна одних організмів іншими тощо.
Здатність організмів протистояти шкідливому чи уражуючому впливу екотоксикантів в певних інтервалах існування екотопу (місце помешкання на кордоні співіснування декількох видів) чи біотопа (ділянка з однотипними умовами біоценозу) визначається як толерантність. У відповідності з законом В. Шелфорда, толерантність - діапазон між мінімальним та максимальним впливом антропогенної речовини (сукупність хімічних сполук, що потрапили в біосферу завдяки діяльності людини).
Вплив токсикантів
Закон толерантності демонструє - дія біологічно активних речовин (БАР) добра лише в міру, яка визначається дозою. Для рослин в зоні посушливого клімату велика кількість дощів може розглядатись як шкідливий фактор-забруднювач, що руйнує регіональний біогеоценоз. Для тварин же толерантність може бути виражена, як повна чи часткова відсутність імунологічної реакції по виробленню антитіл. Цей фактор сприяє трансплантації органів в разі потреби, але, як наслідок використання харчових добавок (антибіотиків, стимуляторів росту, гормонів, білків), є негативним, шкідливим фактором. Толерантність може бути зведена до факторів, лімітуючи в критичний період життя (вагітність, хвороба, розмноження, плодоношення) чи здатності особини перенести вплив наднормативних чинників (шкідливих, сприятливих, індиферентних) середовища.
Зробити висновок про шкідливий вплив екотоксикантів можливо лише за умови порівняння з нормою. Саме “поняття норми”, яке надзвичайно широко використовується в соціальних, біологічних та медичних науках, має суто філософське значення в разі, коли немає достатнього експериментального обгрунтування та чіткої теорії Вислів Террулліана: “Credo, quia absurdum”, що закликає до сліпої віри над розумом, дослідом в узагальнюючих рішеннях, які приймає екотоксиколог, є неприйнятним. Норма (від латинського значення - зразкова міра, правило) в екотоксикології повинна кваліфікуватись як умовна рівновага доцільного існування організму у довкіллі, закріплена в генотипі і реалізована через фенотип. Питання про використання показника, що визначений як норма, вирішується на підставі мети, завдання роботи, нормативних документів, матеріально-технічної бази та наукових позицій, на яких стоїть дослідник-виконавець. Шкідливий для поверхневого погляду вплив не завжди є негативним для еволюційного процесу розвитку. Тільки внаслідок закріпленої мутації можлива поява нових видів тварин і рослин. Серед шкідливих, негативних наслідків впливу токсиканта на особливу увагу заслуговують: бластомогенна, мутагенна, ембріотоксична та тератогенна дія.
Бластомогенна (канцерогенна) дія токсиканта повинна виключати його застосування внаслідок сприяння утворенню пухлин. Пусковим фактором канцерогенної дії є вплив онкогенних речовин, які бувають екзогенної (поступають в організм з довкілля) та ендогенної (виникають в організмі, наприклад, під впливом похідних триптофану, тирозину чи стероїдних гормонів природи). Серед причин бластомогенезу називають дію променевих, хімічних, вірусних, ендокринних, трансплантаційних чинників.
Мутагенна дія є стійко закріплена у біологічному відношенні зміна генетичної інформації (структурна зміна ДНК). Розрізняють декілька її видів: бластомогенна (супроводжується пухлинними трансформаціями), гаметична (передається у спадщину, виникає в статевих клітинах), генна (зміна послідовності нуклеотидів у межах одного гену), геномна (зміна кількості чи набору хромосом), індукована (обумовлена впливом токсиканта з мутагенними властивостями), головна (супроводжується вираженими змінами морфологічних і фізіологічних ознак), летальна (супроводжується загибеллю мутанта до появи нащадків).
Ембріотоксична дія - властивість речовини при попаданні у організм матері викликати загибель чи патологічні зміни зародку чи ембріону. Різні речовини мають відмінну одна від одної здатність впливати на ембріон - ембріотропність. Найбільш сприятливими для прояву токсичної загальноплазматичної ембріотропної дії спочатку на клітину, а згодом на ембріон є перші два тижні від запліднення. Якщо ембріотоксична дія не закінчується абортом, то це є початком тератогенної дії токсиканта.
Тератогенна дія - це властивість токсикантів викликати порушення процесів ембріогенезу шляхом спонукання до аномалій розвитку. До тератогенів належать цитостатики, вітаміни А, Д, К та антибіотики, що вживаються тривалий час. Структурні і функціональні ефекти в ембріональний період виникають у перші 3 місяці вагітності.
Спроби з користю для людини впливати за допомогою екотоксикантів на форми відносин між популяціями та всередині популяції супроводжують всю історію людства. В кінцевому рахунку вони зводяться до втручання у реалізацію функціональних компонентів екосистеми, а саме через вплив на утворювачі органічних речовин (продуценти - автотрофні організми), споживачі живої органічної речовини (консументи - люди, тварини, бактерії, гриби) та руйнівники органічних решток (редуценти - бактерії).
Екотоксикант впливає на основні показники біогеоценозу (сукупність живих організмів, яка взаємодіє у довкіллі). Екотоксиканти, здебільшого спочатку, впливають саме на біогеоценоз (конкретний випадок, у конкретному місці, в конкретний термін), а лише потім діють на екосистему, як на більш широке за кількісно-якісними проявами явище. Біогеоценоз як проста сукупність живих організмів з іншими природними тілами знаходиться в умовах здатності до саморегуляції та самовідтворення. Екотоксикант(и) може впливати на основні показники біогеоценозу, а саме видову різноманітність (кількість видів), густоту популяції (кількість особин популяції на одиницю площі регіону) та біомасу (загальну кількість органічних речовин з урахуванням їх енергії на одиницю площі регіону).
3. параметри токсикометрії, основні закономірності
У більшості випадків завдання токсикометрії полягають у первинній токсикологічній оцінці токсичності і шкідливості хімічних сполук і у токсикологічній характеристиці технологічних процесів. Вивчення процесів міграції і перетворення токсикантів у компонентах екосистем є предметом розглядання екологічної токсикокінетики. Під екологічною токсикокінетикою розуміють кінетику розповсюдження і перетворення токсичних хімічних речовин у біосфері. Екологічна токсикокінетика розглядає не окремі індивідууми – компоненти екосистем, а популяції та їхнє угрупування у життєвому середовищі (повітря, ґрунт, ґрунтові і поверхневі води тощо). Тобто, завданням екотоксикокінетики є вивчення процесів екологічно шкідливого впливу токсиканта на живі організми різного рівня організації. З’ясування механізму дії токсиканта відбувається поетапно: засвоєння, розподіл, трансформація (біологічна, хімічна, фізична) і виведення.
Екотоксикодинаміка – з’ясовує зовнішні та внутрішні особливості розвитку процесів ураження екосистем та окремих її ланок.
Серед загалу факторів, що впливають на екотоксикокінетику та ектотоксикодинаміку виділяють дві основні групи:
екзогенні показники токсиканта (хімічна будова, фізична характеристика, фізико-хімічні властивості, шлях аплікації (інгаляційний, нашкірний, аліментарний тощо);
стан екосистеми і ендогенні фактори, обумовлені станом особини (вид, стать, інтегральні показники здоров’я тощо), на яку діє токсикант і загальним станом біоценозу, в якому вона знаходиться.
Слід зауважити, що в процесі розвитку екотоксичного ушкодження на особливу увагу заслуговує біодоступність токсиканта (відношення кількості токсиканта – дози концентрації, в довкіллі до загально визначеної кількості шкідливого чинника в організмі чи групі організмів). Біодоступність завжди відноситься до конкретних видів світу живого. Вона залежить від виду та способу впливу токсиканта на об’єкти чи конкретну особину та від ступеня адсорбції.
Розповсюдження токсичних речовин у довкіллі відбувається за законом Фіка і через трофічні ланцюги, тому „перший удар” приходиться на живі істоти. Введення токсикантів в організм може викликати різні види і ступені ураження, що може призвести до порушення сталості взаємовідносин між особиною, біоценозом та оточуючим середовищем. Тому спочатку вивчають вплив ектоксикантів на живі організми, а далі фіксують зміни, які відбулися у навколишньому природному середовищі.
4.Засоби та рівні інтоксикації організму
Остання, крiм подiлу на добову та разову, у практицi подiляється на: насичуючу(загальна маса БАР, що введена у певних кiлькiсних значеннях через чiткi промiжки часу, викликає специфiчний ефект); ударну (кiлькiсть БАР введена одномоменто для досягнення максимальної дiї у найменший термiн з моменту застосування для досягнення специфічної дiї); пiдтримуючу (кiлькiсть, що протягом зазначеного часу при багаторазовому введеннi зберiгає ефект специфiчної дії).
Крiм того, надзвичайно широке використання мають гігієнічні показники такi, як ОБРД (оріентовно безпечний рівень дії, що є тимчасовим показником у нормуванні вірогідної дії), ГДК (гранично допустима концентрація, що є нормативним показником тривалого використання) у рiзних середовищах. Ми не спиняємось на їх висвiтленнi, бо вони не тільки досить уживанi, але, на жаль, не вiдтворюють реальної небезпеки токсичної дiї.
Останнiм часом набуває поширення використання стандартів вiдносної безпеки (СББ) в рiзних середовищах.
Врахуємо, що ряд термінів, що використовуються в Україні, мають законодавче визначене значення, для екологічної токсикології особливе значення мають Закони України “Про охорону навколишнього природнього середовища”, “Про забезпечення санітарного та епідеміологічного благополуччя населення”, “Про відходи” (проект) та інші.
Наведемо деякі ключові значення, без яких перелік і розуміння основних понятійних критеріїв екологічної токсикології неможливо вважати повним. Вони визначають основні принципи державної політики у сфері поводження з екотоксикантами (до яких належать відходи) та регулюють основні умови, вимоги і правила щодо екологічно безпечного поводження з ними.
- Відходи - будь-які речовини і предмети, від яких їх власник (фізична або юридична особа, чия діяльність призводить до утворення відходів) позбавляється чи має намір позбавитись шляхом утилізації чи видалення.
- Небезпечні відходи - це відходи, фізичні, хімічні чи біологічні характеристики речовин яких створюють чи можуть створити значну небезпеку для навколишнього природного середовища та здоров’я людей. Вони вимагають спеціальних методів і засобів поводження з ними та включені до спеціальних переліків.
- Поводження з відходами - дія, що спрямована на запобігання утворення відходів, їх збирання, перевезення, зберігання, утилізацію, видалення, знешкодження і поховання. Такі дії передбачають екотоксикологічний контроль за якістю виконання таких операцій і, звичайно, нагляд за місцями видалення чи їх поховання.
- Обробленням відходів - здійснення будь-яких технологічних операцій, що ведуть до зміни фізичних, хімічних чи медико-біологічних властивостей. Метою оброблення відходів є підготовка їх до екологічно безпечного зберігання, транспортування, переробки, утилізації чи видалення з обігу.
- Утилізація відходів передбачає використання їх як вторинних матеріальних чи енергетичних ресурсів шляхом здійснення операцій, перелік і обсяг яких затверджується на підставі експериментальних досліджень та екологічної експертизи директивними органами в Україні.
- Знешкодження відходів та токсикантів - це зменшення чи усунення небезпечності їх шляхом механічних, фізико-хімічних або біологічних методів обробки. Висновок про ефективність знешкодження може бути зроблений лише на підставі експериментального екотоксикологічного дослідження. Всі інші методи дають приблизне, попереднє, а подекуди спотворене уявлення як про ефективність, так і про наслідки використання утилізації чи знешкодження токсиканта.
5. Розробка ветеринарно-санітарних норм та вимог щодо якості кормів для непродуктивних тварин
Розробляючи нормативно-правові вимоги на корми для непродуктивних тварин (собак, котів, декоративних птахів, акваріумних риб), нами враховувались методичні вказівки, затверджені Державним департаментом ветеринарної медицини, правила "Федерації Європейських інститутів з контролю за якістю кормів", "Програми щодо сертифікації кормів для свійських тварин" Канадської асоціації ветеринарної медицини та інші нормативні документи. При цьому враховували потреби організацій, що здійснюють державний ветеринарний нагляд та контроль, необхідність реєстрації та сертифікації кормів для тварин цих видів при виробництві, експорті та імпорті.
Поживність і біологічну цінність кормів ми рекомендували визначати за вмістом білків, жирів, вуглеводів, макро- (кальцію, фосфору, калію, натрію, магнію) і мікроелементів (заліза, міді, цинку, марганцю, кобальту, йоду), вітамінів (А, D, Е, К, В1, В2, В3, В5, В6, В12,фолієвої кислоти, біотину, холіну), які, на нашу думку, цілковито забезпечують фізіологічні потреби організму тварин.
У цей документ нами включені також органолептичні показники (зовнішній вигляд, колір, запах, розмір гранул) усіх видів кормів для непродуктивних тварин, показники якості та безпеки, що визначаються за допомогою мікробіологічних і спектрометричних досліджень, газової, рідинної і тонкошарової хроматографії. Вміст потенційно небезпечних для здоров'я тварин речовин, які можуть міститись у кормах для непродуктивних тварин, ми обмежили згідно максимально допустимих рівнів (МДР), які визначені нами на підставі світового досвіду та законів України.
Узагальнюючи досвід роботи державних лабораторій ветеринарної медицини, наявність обладнання та інформаційно-методичне забезпечення, нами запропоновані методики визначення показників безпеки, які передбачені у відповідних методичних вказівках, Державних стандартах України (ДСТУ), Державних стандартах СРСР (ГОСТ).
6.Розробка системи мікотоксикологічних досліджень кормів та діагностики мікотоксикозів
Проведені дослідження та аналіз матеріалів дали підставу:
систематизувати основні напрямки і види досліджень кормів, які необхідні для оцінки їх ветеринарно-санітарної якості; розробити схему санітарно-мікологічного дослідження зернових кормів, яка дала б змогу мікологам державних лабораторій ветеринарної медицини отримувати вірогідні результати досліджень.
Аналіз літератури та результатів роботи мікологічних і хіміко-токсикологічних відділів державних лабораторій ветеринарної медицини дає підставу вважати, що оцінка токсичності кормів, уражених мікроскопічними грибами, неможлива без використання біологічних методів. При цьому необхідно враховувати як можливість наявності в одному зразку корму кількох токсинів, так і різну чутливість експериментальних тварин до них. Результати досліджень підтверджують, що найбільш вірогідний результат може бути отриманий при використанні методу згодовування корму або введення його екстрактів у шлунок. Метод шкірної біопроби, хоч і вважають арбітражним, є ефективним лише при визначенні отрут з вираженою дермонекротичною дією (стахіботріотоксину, Т-2 токсину, патуліну). Отрути з іншим механізмом дії, які не спричиняють змін шкіри, цим методом не виявляються (афлатоксин). Проведені нами дослідження узгоджуються з висновками іноземних та вітчизняних дослідників і підтверджують те, що досить добрі результати, особливо як скринінг-метод, дають дослідження з використанням найпростіших (інфузорій).
Фізико-хімічні методи визначення мікотоксинів, що нині використовуються, базуються в основному на системах тонкошарової і високоефективної рідинної хроматографії. Обласні державні лабораторії ветеринарної медицини України мають обладнання і матеріали для визначення мікотоксинів методом тонкошарової хроматографії, яким визначають афлатоксини, стеригматоцистин, охратоксин, зеараленон, дезоксиніваленол (ДОН), Т-2 токсин. Інші потенційно небезпечні токсини, які сприяють виникненню хронічних токсикозів тварин, у державних лабораторіях ветмедицини на сьогодні не визначаються. Високоефективні рідинні хроматографи з ультрафіолетовим і флуоресцентним детекторами, якими обладнана більшість державних лабораторій ветмедицини, згідно наших розробок, а також впровадженого комплекту нормативно-правової документації дають змогу проводити ці дослідження на сучасному рівні. Отруєнню сприяла відсутність у раціоні коней достатньої кількості вівса, соковитих та вітамінних кормів, сіно містило до 30–50% рослин, що не можна згодовувати тваринам, у тому числі велику кількість стебел чорнокореня лікарського.
7. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ АНАЛІЗ
Аналіз екологічного та санітарно-токсикологічного стану в Україні за загально визначеними показниками безпеки
До основних показників безпеки кормів, продуктів тваринного походження належать: загальна токсичність, мікробіологічні показники (загальна бактеріальна забрудненість, наявність умовно-патогенної і патогенної мікрофлори), вміст токсичних елементів, пестицидів, мікотоксинів, нітратів, шкідливих домішок, які здатні спричинити негативні наслідки їхнього впливу на організм тварин, а через продукти тваринного походження – на організм людини.
Нами разом із спеціалістами державних лабораторій ветеринарної медицини за 5 років було виконано 1465387 досліджень (табл.1). Більшість з них – дослідження на пестициди, нітрати та нітрити. Частота виявлення позитивних зразків при цьому становила в середньому 1,6%.
