Классификация антропогенных загрязнений окружающей среды

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Проблема сохранения здоровья человека в эпоху научно-технического прогресса становится все более актуальной в связи с ухудшающимся качеством окружающей среды. Выявлена зависимость между здоровьем человека и состоянием биосферы, ее техногенным загрязнением.

Окружающая среда

Окружающая среда - это совокупность природных и антропогенных факторов. Влияние последних на природу (загрязнения, технические преобразования и разрушения природных экосистем, исчерпание природных ресурсов, глобальные климатические воздействия, эстетические нарушения) стало основным и решающим в современной и будущей жизни на Земле. Человек создал новую сферу своего обитания - техносферу, которая вытесняет природные экосистемы и занимает все больше объема биосферы. Природные факторы действуют на человека в определенных социальных условиях и нередко существенно изменены.

Таким образом, человека окружает как природная среда, так и созданные им техногенная и социальная среда, взаимодействующие между собой (рис. 1).

 

Здоровье

Здоровье - это объективное состояние и субъективное чувство полного физического, психического и социального благополучия индивида (формулировка Всемирной организации здравоохранения - ВОЗ).

Термин "здоровье" чрезвычайно многопланов, медицинские критерии дополняются понятиями оптимальной трудоспособности и социальной активности. Хорошее здоровье является главным ресурсом социального, экономического и индивидуального развития, а также важнейшим параметром качества жизни.

Общественное здоровье и общая продолжительность жизни определяют­ся биологическими (наследственность), природными и социальными факторами. Здоровье создается и поддерживается в повседневной жизни благодаря людям и среде обитания.

Непременными условиями, определяющими здоровье, являются чистые воздух и вода, высококачественные продукты, все разнообразие флоры и фауны. При разработке стратегии здоровья населения необходимо учитывать экологические проблемы.

В понятие "здоровье человека и общества" необходимо включить духовно-нравственную составляющую - нравственное здоровье. Таким образом, здоровье - это не только отсутствие болезней, а полнокровная и полноценная в своей свободе жизнь.

Основными показателями общественного здоровья являются:

1) заболеваемость (распространенность, частота новых случаев);

2) смертность и ее производная - ожидаемая средняя продолжительность жизни;

3) нетрудоспособность (временная, стойкая);

4) физическое развитие.

Здоровье профессиональное - способность человеческого организма сохранять компенсаторные и защитные свойства, обеспечивающие работоспособность в условиях протекания профессиональной деятельности. Уровень профессионального здоровья четко коррелирует с биологическим возрастом людей только тех профессий, которые требуют высокого физического и умственного напряжения (летчики, космонавты, операторы АЭС и т.д.). В других профессиях профессиональное здоровье не что иное, как просто здоровье.

Классификация антропогенных загрязнений окружающей среды

Загрязнением считается привнесение в какую-либо среду новых, не характерных для нее физических, химических или биологических агентов или превышение естественного среднемноголетнего уровня этих агентов в среде.

Из всех антропогенных воздействий именно загрязнения наиболее существенно разрушают природу, приводят как к необратимому изменению отдельных экосистем и биосферы в целом, так и к потере материальных ценностей (сельхозпродуктов и др.), энергии и труда, затраченного человеком.

Загрязнения могут быть и естественными, возникающими в результате мощных природных процессов (извержения вулканов с огромными по массе выбросами пыли, пепла, газов, пара и т.д.; лесные и степные пожары; наводнения; пылевые и песчаные бури и т.п.).

Последствия загрязнения далеко не всегда ощущаются сразу. Скачкообразным проявлениям загрязнения нередко предшествуют скрытые, не обнаруживаемые сразу формы. Именно поэтому необходима своевремен­ная индикация загрязнения в самые начальные его моменты.

Все загрязнения подразделяют на четыре основные группы: физическое, химическое, биологическое и эстетическое (рис. 2).

 

 

 

Рис. 2. Основные виды антропогенных загрязнений окружающей среды.

Физическое загрязнение связано с изменением физических параметров внешней среды:

- тепловое загрязнение - это изменение режима температуры какой-либо среды (источники в городе: подземные трубопроводы, теплотрассы);

- световое загрязнение - это нарушение естественного режима освещенности в том или ином месте в результате воздействия искусственных источников света, приводящее к аномалиям в жизни животных и растений;

- шумовое загрязнение - это увеличение интенсивности и повторяемости шума сверх природного уровня (20 - 30 дБ);

- электромагнитное загрязнение - изменение электромагнитных свойств среды, приводящее к местным и глобальным геофизическим аномалиям и изменениям в тонких биологических структурах (источники: линии электропередач, мощные электроустановки, компьютеры, радиотелефоны); при длительном воздействии электромагнитных полей даже у здоровых людей отмечаются утомляемость, головные боли;

- радиоактивное загрязнение - превышение естественного уровня содержания радиоактивных веществ в окружающей среде.

Биологическое загрязнение - случайное или связанное с деятельностью человека проникновение в техногенные и природные экосистемы чуждых им растений, животных или микроорганизмов, а также продуктов их жизнедеятельности.

Биологическое загрязнение может быть не менее опасным, чем другие виды загрязнений.Например, эпидемии таких болезней, возбудителями которых являются микроорганизмы - бактерии, вирусы (микробиологическое загрязнение). Недостаточно очищенные и обезвреженные бытовые сточные воды содержат большой комплекс патогенных микроорганизмов, вызывающих кожные, кишечные заболевания (холера, брюшной тиф, сальмонеллез, гепатит и др.).В почве обитают в основном возбудители столбняка, ботулизма, сибирской язвы- споровые микроорганизмы. Источниками и разносчиками возбудителей особо опасных инфекций (бешенство, чума, туляремия) являются грызуны.

Возможно загрязнение окружающей среды в результате деятельности предприятий микробиологической промышленности (изготовление антибиотиков, ферментов, вакцин, биоконцентратов и т.д.). В результате могут возникнуть следующие болезни: бронхиальная астма, риносинуситы, конъюктивиты, дерматиты.

В ряде случаев случайно интродуцированные (переселенные) в новые экосистемы животные или растения (макробиологическое загрязнение) могут приносить большой ущерб хозяйству. Так случилось, например, в Европе с американским колорадским жуком, ставшим здесь массовым вредителем пасленовых. Европа "отплатила" Америке случайным заносом в дубовые леса непарного шелкопряда, который быстро размножился, найдя свою экологическую нишу, и на долгие годы стал опасным вредителем.

Эстетическое загрязнение -это связанное с деятельностью человека преднамеренное или случайное изменение визуальных доминант (образов) природных или антропогенных ландшафтов.

В отдельных случаях возможны естественные причины возникновения данного вида загрязнения (природные катастрофы). Изменения визуальных доминант негативно влияют на параметры, определяющие качество жизни человека, вызывая даже психофизические расстройства и другие изменения в здоровье людей.

Химическое загрязнение - это увеличение концентраций выше обычной нормы тех или иных химических компонентов в определенной среде или проникновение в нее чуждых веществ. Именно этот вид загрязнения является наиболее опасным для природных экосистем и качества жизни человека в связи с тем, что он поставляет в окружающую среду различные токсиканты.

Загрязняющим может быть любое вещество или соединение, находящееся в составе воздуха, воды, почвы. Вещества, входящие в состав окружающей среды, называются ингредиентами.

1.4. Отдельные загрязнители окружающей среды и их влияние на здоровье человека. "Экологические ловушки"

Многие из соединений химически активны и способны взаимодействовать с молекулами, входящими в состав тканей живого организма, или активно окисляться на воздухе. Понятно, что такие вещества оказываются ядами по отношению ко всему живому.

Отрицательные влияния изменения качества внешней химической среды на метаболизм (обмен веществ) живых организмов в последнее время получили название " экологических ловушек ". В качестве примера такой ловушки можно привести воздействие метилртути (СН₃Нg образуется в воде из Hg микробиологическим путем) на физиологические процессы в организме человека (болезнь "Минамата"), а также влияние на организм некоторых пестицидов - средств защиты растений (от лат. пестис - зараза, циде - убиваю).

Ядохимикаты опасны не только для тех видов, против которых они используются. Применение их в хозяйственных целях может приводить к сильному загрязнению среды и нежелательным последстви­ям. Поступая в организм человека с продуктами питания, через дыхательные пути, слизистые и кожные покровы, пестициды могут вызывать острые отравления с рвотой и резкими болями в животе, повышенным артериальным давлением, явлениями почечной недостаточности, нарушениями со стороны ЦНС.

Помимо токсичности для теплокровных животных и человека, пестициды обладают способностью прогрессивно накапливаться в звеньях пищевых цепей. В случае с метилртутью также имеет место ее концентрация в цепях питания. Клиническая картина отравления человека этим веществом связана с необратимыми изменениями в нервной системе вплоть до летальных исходов.

Перечень "экологических ловушек" можно дополнить примером с нитратами, широко использующихся в качестве удобрений (соли азотной кислоты) в сельском хозяйстве. Интенсивное поступление нитратов в растения приводит к тому, что они не полностью включаются в обменные процессы и накапливаются в листьях, стеблях и корнях, причем избыток частично восстанавливается до аммиака.

Непосредственно для растений избыток нитратов опасности не представляет, но при попадании в организм теплокровных с пищей они превращаются в значительно более токсичные нитриты, вступающие во взаимодействие с аминами и амидами (продуктами взаимодействия аммиака с радикалами или металлами). В результате возможно образование нитрозосоединений - нитрозаминов и нитрозамидов.

Накопление в организме человека нитратов при длительном употреблении такой растительной пищи вызывает тяжелые нарушения обмена веществ, аллергию, нервные расстройства. В крови нитраты превращают двухвалентное железо гемоглобина в трехвалентное, что нарушает перенос кислорода от легких к тканям. Что касается нитрозосоединений, то в ряде случаев они способны вызывать злокачественные новообразования, рак желудка, лейкоз. Поступление нитратов в организм в дозе более 5 мг на 1 кг массы тела уже является опасным.

Другим примером "экологической ловушки" являются радионуклиды, которые содержатся в радиоактивных отходах атомной энергетики или образуются в результате ядерных испытаний. Это изотопы элементов, которые способны к ионизирующему излучению (a, b, g и рентгеновское). a - и b - излучения оказывают воздействие на организм, в основном будучи им поглощенными, а испускающие их вещества относят к «внутренним» излучениям, в то время как g - излучение может отказать воздействие на организм, находясь вне его.

Ионизирующее излучение оказывает наибольшее воздействие на высокоразвитые организмы, в первую очередь – на человека. Наиболее устойчивы к нему микроорганизмы.

Радионуклид стронций-90 поступает в организм через желудочно-кишечный тракт, легкие, кожные покровы, накапливается в скелете и мягких тканях. Стронций вызывает патологические явления в крови, ведет к внутренним кровоизлияниям, деструкции костного мозга. В отдаленные сроки после поражения (в последующих поколениях) возможны опухоли, лейкозы.

Итак, в окружающую среду поступают различные токсиканты: аэрозоли, тяжелые металлы, пестициды, пластмассы и т.п., которых содержится в ней от 7 до 8,6 млн., причем их перечень ежегодно пополняется примерно на 250 тыс. новых соединений.

Особенно опасными являются диоксины, которые называют суперэкотоксикантами в силу их чрезвычайно высокой токсичности и биологической активности. Диоксины - это группа веществ, которая включает дибензо-1,4-диоксины (ПХДД), дибензофураны (ПХДФ) и бифенилы (ПХБФ). В эту группу входят сотни хлор-, бром- и хлорброморганических циклических эфиров. Диоксины образуются во многих технологических процессах - от целлюлозно-бумажного, металлургического и других производств до биологической очистки сточных вод и хлорирования питьевой воды, сжигания отходов, сгорания топлива в двигателях.

Эти вещества по своей токсичности превосходят соединения тяжелых металлов, хлорорганические пестициды (ДДТ, гексахлоран и пр.), а по канцерогенности - ароматический углеводород бенз(а)пирен.

Диоксины способны накапливаться в организме, являясь причиной многих тяжелых заболеваний и вызывая острые и хронические отравления и перерождения кожи и слизистых оболочек, нарушений в развитии плода у женщин, разрушения печени, злокачественных новообразований. Они также могут быть причиной иммунодефицита, и в этом смысле их иногда сравнивают с вирусом СПИД.

Кадмий как токсикант окружающей среды. Из тяжелых металлов кадмий является самым опасным токсикантом среды (напри­мер, он значительно токсичнее свинца). В природной среде кадмий встречается лишь в очень малых количествах - именно поэтому его отравляющее действие было выявлено лишь недавно. Дело в том, что только в 3-4 последних десятилетия он стал находить все более техническое применение. Он содер­жится в мазуте и дизельном топливе (и освобождается при его сжигании!), его используют в качестве присадки к сплавам, при нанесении гальванических покрытий (кадмирование неблагородных металлов), для получения кадмиевых пигментов, нужных при производстве лаков, эмалей и керамики, в качестве стабилизаторов для пластмасс (например, поливинилхлорида), в электрических батареях и т.д. В результате всего этого, а также при сжигании кадмийсодержащих пластмассовых отходов, кадмий может попадать в воздух. В Балтийское море ежегодно поступает 200 тонн кадмия (в том числе 45% - из воздуха), а во всем мире в окружающую среду ежегодно выбрасывается примерно 5000 тонн. В организм человека больше всего кадмия попадает с растительной пищей и грибами.

Хроническое отравление кадмием может произойти очень легко, так как он выводится из организма человека очень медленно (0,1 % в сутки) и накапливается в первую очередь в почках, волосах. Ранние симптомы отравления кадмием: поражение почек и нервной системы, нарушение функций половых органов, легких. Позднее возникают острые костные боли в спине и ногах. Кроме того, предполагается канцерогенное действие кадмия.

Цинк как токсикант окружающей среды. В небольших количествах тяжелый металл цинк необходим для жизнедеятельности человека, является микроэлементом (5 - 15 мг в сут.). Однако увеличение его содержания значительно выше нормы вызывает токсический эффект (отравление) и представляет угрозу для здоровья. Кроме того, Zn обладает каталитическим действием, повышая токсический эффект других тяжелых металлов.

Цинк необходим морскому планктону для его роста, однако из-за загрязнения морей металлами концентрация цинка в воде заметно возросла. В норме в литре морской воды должно содержаться менее 5 мкг Zn. Между тем, в некоторых прибрежных водах у Британских островов было найдено значительно более высокое содержание цинка - вплоть до 46 мкг/л.

В такой концентрации цинк подавляет фотосинтез всех планктонных растительных организмов. А так как планктон служит начальным звеном пищевой цепи и главным пищевым ресурсом для многих видов рыб, то подавление фотосинтеза (синтез крахмала и сахара в зеленых растениях с помощью солнечной энергии) может иметь далеко идущие последствия.

Свинец как токсикант окружающей среды. Тяжелый металл свинец имеет особое значение вследствие высокой токсичности его соединений. Свинец ингибирует ферментативные реакции, вступая в химическое взаимодействие с белками и осаждая их. В организме свинец накапливается во многих органах и тканях: в костях, мышцах, печени, почках, селезенке, головном мозге, сердце и лимфатических узлах. Признаки свинцовой интоксикации: резкие спазмы сосудов, повышение артериального давления, судорожные припадки.

Присутствие повышенных концентраций свинца в воздухе и продуктах питания представляет угрозу для здоровья человека.

В окружающую среду свинец поступает при сжигании нефти и бензина. Автомобильные выхлопы дают около 50 % общего неорганического свинца, попадающего в организм человека.

Другим важным источником поступления свинца в окружающую среду является производство черных и цветных металлов, горнодобывающая промышленность.

Для человека главная угроза со стороны фтора как токсиканта окружающей среды заключается в следующем. Дело в том, что в результате применения хлорированных или фторированных углеводородов (фреонов) в качестве хладагентов и газов - вытеснителей в холодильниках и аэрозольных баллонах, они попадают в атмосферу. Будучи весьма устойчивыми соединениями, они могут подниматься в стратосферу и расщепляться там под действием УФ-излучения Солнца. Образующиеся при этом радикалы легко вступают в реакции с озоном, что может привести к разрушению слоя озона, а значит к возрастанию заболеваемости раком кожи, так как слой озона надежно защищает нас от ультрафиолетового излучения Солнца.

СО и СО₂ в воздухе. СО образуется при неполном сгорании углеродистых веществ. Источники СО - выхлопные газы автомобильных двигателей и промышленные газовые выбросы.

СО (угарный газ) воздействует на психические функции и поведение человека и животных, вызывает удушье (вступает в реакции с гемоглобином крови). Признаки острого отравления СО: общая слабость, головокружение, тошнота, сонливость, потеря сознания, возможен летальный исход (даже спустя три - семь дней). Однако, из-за низкой концентрации СО в атмосферном воздухе, он, как правило, не вызывает массовых отравлений, хотя очень опасен для лиц, страдающих анемией и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Еще больше внимания обращается на антропогенное увеличение концентрации двуокиси углерода (СО₂) в атмосфере ввиду ее несомненного значения для теплового режима Земли и для всей органической жизни.

Установлено, что на протяжении трех последних десятилетий количество СО₂ в атмосфере возрастало примерно на полпроцента в год. За тот же период времени средние температуры в мире, несмотря на бурное развитие промышленности, снизились приблизительно на 10⁰С. Возможно, это объясняется тем, что повышенное содержание аэрозолей (и другой тонкодисперсной пыли) в атмосфере сильно уменьшило интенсивность солнечной радиации, однако ожидаемое в связи с этим похолодание было частично скомпенсировано в результате повышения уровня СО₂.

S0₂ и NO₂ в воздухе. При сжигании ископаемого топлива и при обработке серосодержащих руд диоксид серы улетучивается в воздух. К тому же и предприятия, производящие целлюлозу, выпускают его в воздух тоннами. Подсчитано, что США ежегодно "выдыхают" в атмосферу 26 млн. т., Европа - 60 млн. т. диоксида серы (93% поступающего в атмосферу S0₂ выбрасывается в северном полушарии и только 7% - в южном).

Все чаще происходит выпадение "кислотных дождей". Из S0₂ и влаги воздуха в конечном счете образуется серная кислота, составляющая около 60 % всех содержащихся в дождевой воде кислот. Остальные 35% представлены азотной кислотой, которая образуется из окислов азота (в т.ч. NO₂), выбрасываемых с выхлопными газами автомобилей, а также образующихся при электрических разрядах во время гроз.

Прямое воздействие кислотного дождя может усугубляться благодаря непрямому сопутствующему эффекту. Так, тяжелые металлы (например, ртуть), которые могут содержаться в почве и горных породах, не вымываются обычной дождевой водой, но зато вымываются кислыми растворами.

Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость лесов к неблагоприятным факторам, что может закончиться их деградацией; приводит к закислению озер, что опасно для популяций рыб и планктона. Влияние кислотности сказывается и на состоянии технологических объектов, памятников культуры, плодородии почв, здоровье человека.

Воздух, загрязненный SO₂ и NO₂, раздражает дыхательные пути, вызывая у человека бронхит, эмфизему легких, астму. Первые признаки отравления - легкий кашель; при повышении концентрации данных веществ возникает сильный кашель, рвота, головная боль. При контакте SO₂ и NO₂ с влажной поверхностью слизистых оболочек образуются кислоты, которые приводят к отеку легких, глотки.

Экологическая патология

Экологическая патология - это учение о болезнях человека, в возникновении и развитии которых ведущую роль играют неблагоприятные факторы внешней среды в комплексе с другими болезнетворными факторами.

Известны различные биологические эффекты загрязнителей окружающей среды: токсические, тератогенные, онкогенные, мутагенные (ниже приводятся их характеристики). Реакции организма на загрязнения зависят от индивидуальных особенностей: возраста, пола, состояния здоровья. Как правило, более уязвимы дети, пожилые и престарелые, больные люди.

При систематическом или периодическом поступлении в организм сравнительно небольших количеств токсичных веществ происходит хроническое отравление.

Токсическое действие загрязнителей - это ядовитое действие, вызывающее отравление. Яды- это чужеродные химические соединения (ксенобиотики), которые при поступлении в организм (через дыхательные пути, кожные покровы, пищеварительный тракт) в незначительных количествах способны вступать во взаимодействие с жизненно важными структурами организма и вызывать нарушение его жизнедеятельности, переходящее при определенных условиях в болезненное состояние (отравление) или смерть. Науку, исследующую взаимодействие организма и яда называют токсикологией.

Тератогенное действие загрязнителей - действие вещества на организм человека в стадии внутриутробного развития, приводящее к ненаследуемому уродству (например, дефект конечностей, неба и т.д.).

Онкогенное действие загрязнителей - действие, приводящее к образованию злокачественных опухолей.

Мутагенное действие загрязнителей - действие, вызывающее мутации в организме (изменения химической структуры молекул ДНК). Известны химический и радиационный мутагенез. Химический мутагенез- явление возникновения мутаций под действием химических поллютантов (загрязняющих веществ). Радиационный мутагенез- явление возникновения мутаций под действием радиоактивных веществ.

Поллютанты в среде обитания чаще всего образуют "коктейли". Их комбинированное (совместное) действие может оказаться синергидным, то есть приводящим к значительному усилению вредного эффекта по сравнению с раздельным эффектом каждого из них.

В целях борьбы с вредным действием поллютантов проводятся различные мероприятия, созданы различные научные направления.

Экотоксикология - раздел токсикологии, который изучает ингредиентный состав, особенности распространения, биологического действия, активизации, дезактивизации вредных веществ в окружающей среде;

Медико-генетическое консультирование -консультации в специальных медицинских учреждениях для выяснения характера и последствий действия экотоксикантов на генетический аппарат человека с целью рождения здорового потомства;

Скрининг - отбор и проверка на мутагенность и канцерогенность факторов среды (производственной, домашней, окружающей человека природной среды).

Гигиеническая регламентация вредных веществ в среде (нормирование) - установление санитарно-гигиенических нормативов их содержания в воздухе, воде, почве, а также в растениях, продуктах питания, материалах. Предельно-допустимая концентрация (ПДК) - это количество вредно­го вещества в среде, которое практически не оказывает влияния на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства.

В развитии патологических процессов в организме человека различные загрязнения окружающей среды могут играть роль факторов риска, т.е. не являться непосредственной причиной определенной болезни, но увеличивать вероятность ее возникновения.

Влияние факторов среды на развитие поражений органов человека и их систем показано в таблице 1.

Таблица 1.