Автор: ст.н.с., к.х.н. Г.И. Агапкина

Предисловие
      
Дисциплина "Экологическая токсикология" является одной из составляющих общей профессиональной подготовки специалистов по специальности 013100 - Экология.

В курсе особо подчеркнут предмет экологической токсикологии как междисциплинарного научного направления,  рассматривающего действие токсических веществ на биологические системы организменного, популяционного и биоценотического уровней. В связи с этим основное  внимание уделено вопросам поступления, трансформации, биологического накопления и удаления экотоксикантов из окружающей среды под воздействием биотических и абиотических факторов, а также изменению биологических параметров  популяций и сообществ в условия экотоксикологического стресса. Данный круг вопросов составляет теоретическую основу  подхода к решению глобальных экологических проблем, вызванных химическим загрязнением биосферы.

Рассмотрены также  прикладные аспекты экотоксикологии - биоиндикация и биотестирование, экологическое нормирование, оценка и управление экологическим риском, химико-аналитические методы контроля содержания экотоксикантов в объектах окружающей среды.

Значительное место отведено анализу поведения в окружающей среде группы  особо опасных экотоксикантов (суперэкотоксикантов) органической и неорганической природы: диоксины и диоксиноподобные соединения (ТХДД/ТХДФ, ПХБ), хлорорганические пестициды (ХОП), полициклические ароматические соединения (ПАУ), тяжелые металлы (ТМ), радионуклиды (РН).

Введение.

 

1. Истоки возникновения экологической токсикологии как научного направления. Предмет и   задачи экотоксикологии; методы исследования. Связь с широкой группой естественных наук. Экология и экотоксикология. Общие черты и различия экотоксикологии и токсикологии. Родственные экотоксикологии междисциплинарные направления: экологическая химия, химическая экология, химия окружающей среды.
    
2. Основные определения и понятия экотоксикологии.  Загрязнение окружающей среды. Химическое и радиоактивное загрязнение среды в комплексе антропогенных факторов воздействия на экосистемы. Основные виды химических загрязняющих веществ - потенциальных экотоксикантов. 
   
   Понятия "химическое загрязняющее вещество", "токсикант", "экотоксикант", "суперэкотоксикант", "ксенобиотик", "персистентность".  Экотоксиканты прямого токсического и косвенного действия. Основные подходы к классификации экотоксикантов по характеру воздействия на живые организмы. Главные  представители экотоксикантов, их химическая природа, состав, строение.  Масштабы  распространения  экотоксикантов: локальный, региональный и глобальный уровни загрязнения.

I. Поведение экотоксикантов в окружающей среде: поступление, трансформация, удаление, накопление биотой.

 

1. Источники, пути и формы поступления экотоксикантов в окружающую среду.
    
2. Химические превращения экотоксикантов. Детоксикация и активация.  Абиотические процессы трансформации загрязняющих веществ и их классификация по типам химических реакций:  гидролиз, окисление, восстановление, фотохимические процессы. Полимеризация и образование связанных остатков. Особенности  протекания процессов в природных средах. 
   
   Биотические процессы трансформации экотоксикантов. Биотрансформация органических экотоксикантов и влияющие на нее факторы.   Понятие о ферментативной реакции и  типы превращений экотоксикантов под действием ферментов. Основные фазы биотрансформации: окисление, восстановление, гидролиз, дегалогенирование; конъюгация.
   
   Биотрансформация неорганических экотоксикантов. Образование металлорганических соединений, восстановление элементов с переменной валентностью, конъюгация.
   
   Роль микроорганизмов в трансформации и минерализации экотоксикантов. Микроорганизмы - деструкторы. 
    
3. Процессы перераспределения экотоксикантов между природными средами, не связанные с химической деградацией: испарение, перемещение атмосферными течениями частиц, растворение, сорбция и т.д.
    
4. Накопление экотоксикантов живыми организмами: биоаккумуляция (бионакопление), биомагнификация, биоконцентрирование, коэффициент биологического накопления,  экологическая магнификация (биоумножение).  Факторы, влияющие на аккумуляцию экотоксикантов. Значение биоаккумуляции.
    
5. Экологические последствия трансформации экотоксикантов  в  окружающей среде. Взаимодействие абиотических и биотических факторов с точки зрения судьбы экотоксикантов в экосистемах. Ограниченная способность экосистем к детоксикации ксенобиотиков  и проблема их остатков в  экосистеме. Пути снижения содержания экотоксикантов в биогеоценозах.
    

II. Воздействие токсических веществ на биологические системы.
 

1. Токсичность. Токсическое действие, токсический процесс. Формы проявления токсического процесса на разных уровнях организации живой материи: клетка, орган, организм, популяция, сообщество. Экотоксичность. Прямое и косвенное действие токсикантов. Острая и хроническая токсичность. Кумуляция и адаптация. Понятие порогового уровня, дозы, допустимой нагрузки на элементы биосферы.
   
   Формы воздействия токсических веществ в двухкомпонентной системе: аддитивность, антагонизм, синергизм, сенсибилизация.
    
2. Механизм токсического действия на молекулярно-клеточном уровне. Соотношение структуры химического соединения  и его токсичности. Особая роль структурного сходства токсиканта и   "биорегулятора". 
    
3. Особенности  действия токсических веществ на организм.  Пути поступления и накопление токсических веществ в организмах растений, животных и человека. Токсические эффекты на уровне организма. Избирательная токсичность. Влияние токсикантов на рост, репродуктивную функцию,  иммунный статус организма и др.  Специальные формы токсического процесса (мутагенез, канцерогенез,  тератогенез)  и их роль в формировании отдаленных эффектов в экосистемах. Роль микроорганизмов в концентрировании металлов. Токсическое действие металлов на микроорганизмы. Фитотоксичность.
    
4. Популяционная экотоксикология. Особенности зависимости "доза-эффект" для биологических систем надорганизменного уровня. Изменение популяционных показателей при экотоксическом действии. Влияние экотоксикантов на  численность,  структуру и  динамику популяций растений и   животных. Использование биологических (морфологических, физиологических, биохимических и др.) маркеров для выявления популяционного стресса при химическом загрязнении. Взаимоотношение популяций смежных трофических уровней при действии экотоксикантов. 
    
5. Экотоксикология сообществ. Механизмы взаимодействия экотоксикантов с биогеоценозом.
   
   Изменение состава и структуры сообществ,  динамика биологического разнообразия  при воздействии экотоксикантов на сообщества.
   
   Динамика популяций и сообществ после разливов нефтепродуктов. Функционирование микробных сообществ при химическом загрязнении почв. Изменение     параметров  популяционного и биоценотического  уровня лесных экосистем в зоне влияния промышленных предприятий. Основные стадии деградации экосистемы. Роль почвы в процессе техногенной трансформации экосистемы. 
    

III. Методы исследования состояния окружающей среды в экотоксикологии. 

 

1. Химико-аналитические методы определения содержания  экотоксикантов в объектах  окружающей среды. Методы отбора, хранения и предварительной подготовки проб. Оптическая спектроскопия и люминесценция. Газовая хроматография. Хроматомасс-спектрометрия. Высокоэффективная жидкостная хроматография. Использование ферментативных и иммунохимических реакций. 
    
2. Биологические методы контроля окружающей среды. Биомониторинг как составная часть экологического мониторинга.  Сущность метода биоиндикации. Требования, предъявляемые к биоиндикаторам уровней загрязнения. Биоиндикация загрязнения наземных экосистем: млекопитающие, почвенная мезофауна и растительность как биоиндикаторы.  Биотестирование и биоидентификация.
    
3. Оценка и управление экологическим риском. Качественная и количественная характеристика экологического риска. Задачи оценки риска и управления риском. Схема  оценки экологического риска, предложенная Агентством  по охране окружающей среды США (ЕРА USA).  Планирование и  основные стадии-блоки схемы  (постановка задачи, анализ, характеристика риска). 
    

IV. Экологическое нормирование в экотоксикологии.

Санитарно-гигиеническое нормирование, его ограниченность с точки зрения защиты окружающей природной среды. Понятие об экологическом нормировании,  цели, задачи, подходы.  Проблемы нормы и патологии на организменном и надорганизменном уровнях. Критерии нормы экосистемы. Параметры экосистемы, подлежащие регистрации при экологическом нормировании и принципы их выбора. Перспективы создания единой системы экологического и санитарного нормирования.
 

V. Характеристика особо опасных экотоксикантов (суперэкотоксикантов).

Органические соединения: полихлорированные дибензо-п-диоксины (ПХДД), полихлорированные дибензофураны (ПХДФ), полихлорированные бифенилы (ПХБ); хлорорганические пестициды (ХОП), полициклические ароматические соединения (ПАУ), нитрозамины и афлатоксины. Неорганические соединения: тяжелые металлы (ТМ), искусственные радионуклиды (РН). Некоторые физические, физико-химические и химические свойства. Источники поступления в окружающую среду. Устойчивость и химические превращения. Формы проявления токсического процесса в биологических системах. Понятие о "диоксиновом эквиваленте". Допустимые нормы содержания в объектах окружающей среде, принятые в РФ и странах Европы и Америки. Содержание и основные факторы, влияющие на аккумуляцию и миграцию в окружающей среде.

Основная  литература

1. Безель В.С., Большаков В.H., Воробейчик Е.Л. Популяционная экотоксикология. М.: Наука, 1994. 80 с.
2. Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фарафонтов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень). Екатеринбург: УИФ "Наука" , 1994.  280 с. 
3. Головко А.И., Куценко С.А., Ивницкий Ю.Ю. и др. Экотоксикология. СПб.: НИИХВ СПбГУ, 1999.  124 с. 
4. Деградация и охрана почв/  Под общей ред. Г.В. Добровольского. М.: Изд-во МГУ, 2002. 654 с.
5. Исидоров В.А. Введение в химическую экотоксикологию: Учеб.пособие.  СПб: Химиздат, 1999. 144 с. 
6. Кузнецов А.Е., Градова Н.Б. Научные основы экобиотехнологии. Учебное пособие для студентов.  М.: Мир, 2006. 504 с.
7. Куценко С.А. Основы токсикологии. Учебное пособие. СП(б): Фолиант, 2004, 720 с.
8. Лебедева Н.В. Экотоксикология  и биогеохимия географических популяций птиц. М.: Наука, 1999.  199 с.
9. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг суперэкотоксикантов.  М.: Химия, 1996. 319 с. (или М: БИНОМ. Лаборатория знаний,  2004.  323 с.).
10. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Лозановская И.Н.. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. Учебное пособие. М.:Высшая школа, 2002. 334 с.
11. Почвенная фауна в экологическом контроле /Д.А.Криволуцкий. М.: Наука, 1994.  272 с. 
12. Юрин В.М. Основы  ксенобиологии. Учебное пособие. Мн.: Новое знание, 2002. 267 с.

Дополнительная  литература

1. Безель В.С. Популяционная экотоксикология млекопитающих. М.: Наука, 1987. 129 с.
2. Богдановский Г.А. Химическая экология: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГУ,  1994. 237 с.
3. Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. М.: Мир, 2005, 296 с.
4. Захаров В.М., Баранов А.С., Борисов В.И. и др. Здоровье среды: методика оценки. -М.: Центр экологической политики России, 2000. 68 с.
5. Захаров В.М., Чубинишвили А.Т., Дмитриев С.Г. и др. Здоровье среды: практика оценки. -М.: Центр экологической политики России, 2000. 320 с.
6. Израэль Ю.А., Назаров И.М.  Экологический подход к нормированию региональных и глобальных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу/ Проблемы мониторинга и охраны окружающей среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. С. 366-375. 
7. Криволуцкий Д.А. Радиоэкология сообществ наземных животных. М.: Энергоатомиздат, 1983.  88 с.
8. Основы общей примышленной токсикологии (руководство)/ Под ред.Н.А. Толоконцева и В.А. Филова. Л.: Медицина, 1976. 304 с.
9. Телитченко М.М., Остроумов С.А. Введение в проблемы биохимической экологии: Биотехнология, сельское хозяйство, охрана среды.  М.: Наука, 1990.  288 с.
10. Экологическая химия/ Под ред. Ф. Корте.  М.: Мир, 1997.  396 с.
11. Юфит С.С. Яды вокруг нас. Вызов человечеству. М.: Классикс Стиль, 2002. 368 с.
12. Эйхлер В. Яды в нашей пище. Пер. с нем. М: Мир, 1986. 202. с.