В последние годы особую значимость и актуальность приобретают токсикологические аспекты всестороннего анализа окружающей среды.

Серьезной проблемой является установление пороговости эффекта токсикологического воздействия в системах «токсикант – окружающая среда» и «токсикант – живой организм» и определение зависимости «доза – ответная реакция». Эта проблема послужила активным импульсом для развития нового направления в экологии, базирующегося на фундаментальных основах токсикологической, биоэнергетической и экологической химии, называемого экотоксикологией.

Научная значимость экотоксикологии состоит в:

· изучении современных представлений токсичности и канцерогенности элементов и их соединений;

· исследовании специфических биогеохимических особенностей поведения токсикантов в окружающей среде, механизма их распространения и метаболизма;

· установлении взаимосвязи между необходимостью и токсичностью элементов;

· определении локализации канцерогенных ионов;

· оценке порогового эффекта токсикологического воздействия.

Вспомним несколько определений, используемых в методиках мониторинговых исследований ОС и их анализе. К ним можно отнести следующие понятия:

ü загрязнение окружающей среды – это процесс привнесения в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, биологических агентов, оказывающих негативное воздействие. Существует несколько видов загрязнений;

ü основные природные источники поступления токсикантов в ОС – ветровая пыль, лесные пожары, вулканический материал, растительность, морские соли;

ü антропогенные источники загрязнения  – это первичное и вторичное производство цветных металлов, стали, чугуна, железа; добыча полезных ископаемых; автомобильный транспорт; химическая промышленность и др.;

ü индекс загрязнения (ИЗ) – показатель, качественно и количественно отражающий присутствие в окружающей среде вещества-загрязнителя и степень его воздействия на живые организмы;

ü предельно допустимая концентрация (ПДК) – количество вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека;

ü фоновая концентрация – содержание вещества в объекте окружающей среды, определяемое суммой глобальных и региональных естественных и антропогенных вкладов в результате дальнего или трансграничного переноса;

ü токсическая концентрация – это концентрация вредного вещества, которое способно при различной длительности воздействия вызывать гибель живых организмов, либо концентрация вредного начала, вызывающая гибель живых организмов в течение 30 суток в результате воздействия на них вредных веществ;

ü вредное вещество – это инородный нехарактерный для природных экосистем ингредиент, оказывающий отрицательное влияние на экосистемы и живые организмы, обитающие в них;

ü токсиканты – вещества или соединения, способные оказывать ядовитое действие на живые организмы, их классифицируют как токсичные и потенциально токсичные.

По химической природе вредные вещества, или токсиканты, бывают неорганического происхождения (кадмий, ртуть, свинец, мышьяк, никель, бор, селен, марганец, хром, цинк и др.) и органического (нитразосоединения, фенолы, амины, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества, пестициды, формальдегид, бенз(а)пирен и др.)

В зависимости от степени токсикологического воздействия химические вещества подразделяют на три класса (табл. 15.1).

Таблица 15.1

Классы опасности различных химических веществ, попадающих в почву из выбросов, сбросов и отходов

Наиболее приоритетными для химико-токсикологического анализа являются тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий, медь, никель, кобальт, цинк), обладающие высокой токсичностью и миграционной способностью.

Определенная аналогия биогеохимических свойств некоторых тяжелых металлов позволила сгруппировать эти элементы и выявить общие закономерности их токсикологического воздействия на ОС (табл. 15.2). Рассмотрим воздействие некоторых веществ на ОС.

Медь и цинк характеризуются как наибольшей химической активностью, позволяющей считать их хорошими индикаторами терригенного стока, седиментации, так и высокой эффективностью накопления в водорослях и планктоне, что определяет их особую значимость для биоты. Они являются главными составляющими многих металлоферментов, участвующих в природной селекции аэробных клеток, в окислительно-восстановительных процессах тканей, иммунной реакции, стабилизации рибосом и мембран клеток.

Никель и кобальт – биологически активные и канцерогенные вещества. Сравнительно малая подвижность этих элементов обусловливает их достаточно равномерное распределение в природных средах.

Таблица 15.2

Основные биогеохимические свойства тяжелых металлов

Геохимические особенности свинца – малая подвижность, непродолжительное время жизни в атмосфере и фазе раствора природных вод. В поверхностных водах время жизни составляет несколько лет, а в глубинных – до 100 лет.

По химическим свойствам и специфике поведения в различных природных средах кадмий имеет определенную аналогию с цинком. Высокая токсичность и растворимость этого элемента обусловлены большим сродством с SH-группами. В отличие от ртути, сродство кадмия с кислородом выражено менее ярко, что объясняет образование его достаточно неустойчивых металлорганических соединений и определенную инертность в окислительно-восстановительных реакциях.

Кадмий склонен к активному биоконцентрированию, что приводит в довольно короткое время к его накоплению в избыточных биодоступных концентрациях. Поэтому кадмий по сравнению с другими тяжелыми металлами является наиболее сильным токсикантом почв (Cd > Ni > Си > Zn).

Ртуть – самый токсичный элемент в природных экосистемах. По токсикологическим свойствам соединения ртути подразделяются на следующие группы:

ü элементная ртуть;

ü неорганические соединения;

ü алкилртутные (метил- и этил-) соединения с короткой цепью;

ü другие ртутьорганические соединения;

ü комплексные соединения ртути с гумусовыми кислотами.

Из соединений ртути наиболее токсичны для человека и биоты ртутьорганические соединения. Их доля в речных водах составляет 46 % от общего содержания, в донных отложениях – до 6 %, в рыбах – до 80 – 95 %. Как неорганические, так и органические соединения ртути высокорастворимы.

Степень загрязнения окружающей среды токсикантами во многом определяется их химически активными миграционными формами и механизмом миграции.

Миграция элементов – это перенос и перераспределение химических элементов в земной коре и на поверхности Земли.

Сложность биогеохимических процессов, происходящих в атмосферном воздухе, атмосферных осадках, природных водах, донных отложениях, почвах, не позволяет высказать достаточно однозначной точки зрения на соединения тяжелых металлов, опре

деляющих их подвижные формы, и преобладание одной из них в естественных и техногенных процессах. Тем не менее, анализ фундаментальных работ позволил сделать следующее заключение, что тяжелые металлы находятся и мигрируют:

ü в атмосферном воздухе и атмосферных осадках в газообразной и аэрозольной формах, а также в форме органических и неорганических комплексных соединений;

ü в природных водах – в форме свободных ионов, моноядерных гидроксокомплексов, неорганических (сульфатных, хлоридных, карбонатных) и органических (фульватных, гуматных) соединений, взвешенных и коллоидных формах;

ü в донных отложениях – преимущественно во взвешенных формах органического происхождения;

ü в почвах  в иодорастворимых ионообменных и непрочно адсорбированных формах.