Тема лекции 3: Оценка опасности химических веществ

Методы оценки токсичности среды

Одной из главных причин негативных последствий антропогенного загрязнения природных сред является токсичность загрязняющих веществ для биоты. Именно присутствие токсикантов в окружающей среде приводит - к гибели всего живого, выпадению из состава сообществ организмов — обитателей чистых зон и замене их эврибионтными видами.

Что же такое токсичность? Сам термин «токсичность» означает ядовитость (от греч. «toxicon» — яд), т. е. способность оказывать вредное или даже смертельное воздействие на живой организм. Представления о ток­сичности рассмотрим на примере оценки токсичности воды.

Вода

Усиление антропогенного воздействия на реки, озера и водохранилища, в которые поступает большое количество различных химических соединений, изменяет среду обитания водных организмов, ухудшает качество воды, приводит к снижению продуктивности промысловых объектов. Сточ­ные воды, сбрасываемые в водоемы, даже после очистных сооружений, содержат токсичные химические вещества, которые могут нанести значи­тельный ущерб водной экосистеме и, в конечном итоге, здоровью населения.

Токсичность воды может быть обнаружена с помощью химических и биологических методов.

Биологические методы можно условно разделить на методы биоинди­кации и бнотестнрования. В табл. 3.1 представлены основные характеристи­ки этих методов, позволяющие сравнить их между собой. Каждая группа методов имеет свои достоинства и недостатки.

Химические методы измерения концентраций загрязняющих веществ в воде позволяют проверить соответствие их установленным нормативам качества воды для конкретных видов водопользования (рыбохозяйственного, рекреационного, питьевого и т. д.).

Таблица 3.1. Основные характеристики методов оценки токсичности вод

Признак	Химические методы	Биологические методы
Биоиндикация	Биотестирование
Тип индикации	Индикация воздействия	Индикация отклика	Индикация воздействия
Объект анализа	Вода	Водные сообщества	Вода
Цель анализа	Измерение концентраций химических веществ	Оценка состояния природных сообществ	Интегральная оценка токсичности на тест-организмах*
Показатели токсичности	Превышение установленных регламентов	Негативные изменения в сообществах	Развитие патологических(вплоть до гибели) изменений у тест-организмов
Регламенты	Предельно допустимые концентрации	Не установлены	Отсутствие острого и хронического токсического действия
Метрологиче­ские харак­теристики	Погрешность, сходимость, вос­производимость и др.	Не установлены	Сходимость, воспроизвод -имость

* Тест-организмы чаще всего культивируют в лаборатории.

Химические методы дают информацию об интенсивности воздействия на водную экосистему. Их недостатком является невозможность оценки реальных биологических эффектов как отдельных загрязняющих веществ, так иих комплексов, а также продуктов их трансформации и метаболизма. Кроме того, число химических соединений, загрязняющих водную среду, так велико, что трудно поддается контролю, и перспектива в этом отно­шении весьма пессимистична, В настоящее время, по оценкам некоторых специалистов, контролируется всего около 0,3 % поступающих в окружа­ющую среду химических веществ.

Методы биоиндикации, которые представляют собой традиционные гидробиологические способы, позволяют получить данные, характеризу­ющие отклик водных биоценозов на антропогенное воздействие. В боль­шинстве случаев гидробиологи (особенно а государственных службах мониторинга вод) регистрируют отклик, который формируется за опре­деленный достаточно длительный промежуток времени. Большинство гид­робиологических показателей обладает известной «консервативностью» И не позволяет выявить возможные адаптационно-приспособительные из­менения в сообществах, отличить межгодовые циклические колебания от влияния антропогенного фактора.

Методы биотестирования. в отличие от биоиндикации, представля­ют собой характеристику степени воздействия на водные биоценозы. С помощью этих методов можно получить данные о токсичности конкрет­ной пробы воды, загрязненной химическими веществами — антропогенными или природного происхождения. Таким образом, методы биотести­рования, будучи биологическими, близки к методам химического анализа вод. В то же время, в отличие от химических методов, они позволяют дать реальную оценку токсических свойств воды или другой среды, обуслов­ленной присутствием комплекса загрязняющих химических веществ и их метаболитов.

Согласно принятому определению, биотестирбвание воды — это оценка качества воды по ответным реакциям водных организмов, являющихся тест-объектами.

Биотестирование представляет собой классический экспериментальный методический прием, используемый в токсикометрии для разработ­ки нормативов концентраций химических веществ,

Методы и приемы биотестирования используются в настоящее время по нескольким различным назначениям. Сведения об областиих приме­нения даны в табл. 23.

В настоящее время общество осознало опасность токсического за­грязнения окружающей среды и пришло к необходимости введения в прак­тику мониторинга совершенно новых нетрадиционных подходов, в част­ности биологического тестирования.

. Биотестирование является основным приемом в разработкеПДК. хи­мических веществ и, в конечном итоге, в оценкеих опасности для окру­жающей среды и здоровья населения. В ходе разработки ПДК определяют параметры, характеризующие токсичность: максимальные недействующие концентрации, ЛК₅₀ или ЭК₅₀. Биотестирование на гидробионтах проводят в случае разработки рыбохозяйственньгх ПДК, когда оценивают опасность загрязнения водных экосистем.

Таблица 3.2

Область применения методов биотестирования токсичности водной среды

Объект био­тестирования	Параметры токсичности, норматив	Цель биотестирования	Тест-организм
Химические вещества	Концентра­ции: ЛК50, МНК, ПДК, ОБУВ, ЭК50	Рыбохозяйственное нормирование; контроль токсичности в международной торговле	Гидробионты — представители основных трофи­ческих уровней водных экосистем., Стандартный набор! тест-организмов
Производствен­ные, техноло­гические и сточные воды (точечные источники загрязнения)	Коэффициент (кратность) разбавления	Оценка эффективности очистки, выявление опасных компонентов, регламентация сброса, экологическая паспортизация предприятий	Наборы биотестов
Природные воды (неточечные источники загрязнения)	ОТД, ХТД, ЛВ50	Проверка соответствия качества воды установ­ленным регламентам. Оценка токсикологиче­ского состояния водных объектов. Выявление зон экологического бедствия и чрезвы­чайных ситуаций	Набор биотестов

Условные обозначения: ЛК₅₀ — летальная концентрация для 50 % т организмов; ЭК₅₀ — эффективная концентрация для 50 % тест-организмо; МНК — максимальная недействующая концентрация; ПДК — предел допустимая концентрация; ОБУВ — ориентировочно безопасный уровень воздействия; ОТД — острое токсическое действие; ХТД — хроническое токсическое действие; ЛВ₅₀ — время гибели 50 % тест-организмов

Биотестирование используют для оценки токсичности промышленных сточных вод на разных этапахих очистки, чаще всего при внедренииновых технологий, а также для разработки предельно допустимого сбросов (ПДС) предприятий. ПДС включены в экологический паспорт предпри­ятия.

Биотестирование природных вод стало широко применяться в науч­но-исследовательских работах, в том числе прикладной направленно­сти, с начала 80-х годов. Это объясняется существенным увеличением уровня загрязненности водных объектов и надеждами специалистов на то, что биотестирование сможет хотя бы частично заменить химический анализ вод.

В 1991 г. биотестирование введено как обязательный элемент контро­ля качества поверхностных вод, что предусмотрено «Правилами охраны поверхностных вод» (1991). Показатели биотестирования природных вод включены в перечень показателей для выявления зон чрезвычайной эко­логической ситуации и зон экологического бедствия.

Тем не менее мониторинг токсического загрязнения на основе дей­ствующей в России системы предельно допустимых концентраций (ПДК) химических веществ представляет определенные трудности. Прежде всего они связаны с большим перечнем загрязняющих веществ, попадающих в экосистемы, и невозможностью их контроля, в том чис­ле веществ, образующихся в самой экосистеме в результате ее метабо­лизма. Кроме того, даже измерение концентраций загрязняющих ве­ществ не позволяет с высокой степенью достоверности судить об их реальном воздействии на биоту из-за неопределенности знаний об их совместных комбинированных эффектах, влиянии других факторов окружающей среды.

Под токсичностью и токсикологическими показателями иногда под­разумевают концентрации токсичных загрязняющих веществ в воде. Именно так, в частности, трактуются эти термины в ГОСТе на питьевую воду. Более обоснованным представляется понимание токсичности воды как интегральной характеристики ее свойств, обусловленных присутствием в воде токсичных для биоты загрязняющих химических веществ, которую измеря­ют с помощью биотестирования.

Работ по биотестированию водной среды опубликовано множество, но они были сделаны главным образом с целью оценки токсичности вновь синтезированных химических препаратов, препаратов, приобретаемых по импорту, а также при разработке регламентов на химические соединения, Гораздо меньше публикаций по биотестированию сточных вод и еще мень­ше — по биотестированию природных вод.

Следует заметить, что за рубежом; особенно в индустриально разви­тых странах, биотестирование сточных и природных вод применяется до­статочно широко и входит в программы работ, контролирующих качество вод организаций.

Большое разнообразие методик и процедур, использованных разными авторами, создает определенные трудности в анализе и систематизации материалов: исследуются разные химические вещества, разные наборы методик и тест-организмов, разные условия токсикологических экспери­ментов, которые не всегда стандартизированы. Даже единицы измерения часто несопоставимы. В этой связи были проведены специальные работы по систематизации, отбору и апробации методов биотестирования при­родных вод в рамках ряда государственных научно-технических программ при участии ведущих специалистов по водной токсикологии.

Интегральный показатель токсичности, помимо общего неспецифического влияния на гидробионтов, в некоторых случаях позволяет выде­лить некоторые специфические реакции на отдельные химические веще­ства или группы веществ. Так, например, ртуть является сильным ингибитором клеточного деления у водорослей, что позволяет по измене­нию соответствующих показателей судить о наличии ртути в водной среде. Были сделаны попытки создать своего рода шкалу для идентификации групп загрязняющих веществ по различным проявлениям токсического влияния, в частности по поведенческим реакциям у дафний. Шкала, од­нако, не имела популярности у специалистов.

В настоящее время хорошо известны методы биотестирования, ори­ентированные на определение токсичности водной среды, обусловленной присутствием определенных групп химических соединений, в частности фосфорорганических (ФОС). Ингибирующее воздействие ФОС на холинэстеразы известно давно. Наиболее апробирован на природных водах фер­ментативный метод В. И. Козловской. Сейчас установлено ингибирующее влияние на холинэстеразу и других химических соединений хлороргани-ческих (ХОС), тяжелых металлов; на этой основе разрабатываются эксп­рессные методы биотестирования с использованием иммобилизованных ферментов и электродной техники.

Следует подчеркнуть, что идентификация природы загрязняющих веществ не является задачей биотестирования и остается прерогативой химического анализа.

В отличие от биотестирования токсичности химических веществ (c целью разработки ПДК), биотестирование природных вод представляет собой оценку токсичности водной среды неизвестного состава и имеет в связи с этим ряд особенностей. Однако даже если специалисту известны источники загрязнения водного объекта и он может предполагать, какие химические вещества присутствуют в пробе природной воды, результат биотестирования не может быть точно предсказан по этим данным. Он будет зависеть от ряда факторов: комбинированного эффекта воздействия комплекса присутствующих загрязняющих веществ, трансформации и метаболизма, гидрохимического режима. Таким образом только биотестирование может дать ответ о реальной токсичности пробы природной воды для гидробионтов и получить данные об опасности токсического загряз нения водной экосистемы.

Дата добавления: 2015-07-15