Типы токсического воздействия загрязняющих веществ

В общем виде воздействие загрязняющих веществ на живой организм подразделяется на три типа:

1. Цитотоксическое

2. Тератогенное

3. Генетическое

В основе цитотоксического воздействия лежит изменение проницаемости клеточных мембран, нарушение работы ферментативных систем клеток.

Тератогенное воздействие связано с нарушением действия генов без влияния на наследственные структуры клетки и организма.

В основе генетического воздействия лежит изменение частоты мутаций (скорости мутагенеза). Это особенно существенно на уровне популяций видов, осуществляющих первичную продукцию (продуцентов).

Первичные токсические эффекты воздействия чужеродных соединений, проникающих внутрь клетки, осуществляются несколькими путями:

1. Физическое нарушение пространственно-временной структурно-функциональной упорядоченности ферментативных систем, связанных с переносом электронов (зарядов) и атомов на большие расстояния. Например, нарушение упорядоченности в цепи транспорта электронов в цитохром с-оксидазе будет препятствовать образованию АТФ.

Механизм токсического действия большинства фосфорорганических соединений основан на их способности фофорилировать ацетилхолинэстеразу. В результате ацетилхолин не разрушается, а накапливается в синаптической щели. Это приводит к невозможности передпчи нервного импульса.

Большинство тяжелых металлов (например, свинец) образуют устойчивые координационные или ковалентные связи, меняя конформационные возможности белковой части сложных ферментов:

S

2. Конкурентное вовлечение загрязняющего вещества в метаболические процессы (веществ аналогов эндогенных субстратов), и приводящие к обрыву метаболической цепи, а не к образованию нормальных продуктов, которые требуются для дальнейших биохимических процессов.

Так среди биогенных и второстепенных элементо-токсикантов можно составить пары: Mg-Be, Zn-Cd, Ca-Sr, K-Cs. Их включение в обменные реакции приводит к выключению ферментов, а точнее к синтезу неработающих ферментов.

Монофторуксусная кислота внедряется в цикл Кребса вместо ацетата и метаболизируется до фторлимонной кислоты, которая уже не может превратися в цис-аконитовую. На этом дыхательный процесс прекращается и наступает смерть от удушья.

3. Химическое взаимодействие реакционноспособных загрязняющих веществ с жизненно важными компонентами клеточных систем. Например, алкилирование или арилирование белков и нуклеиновых кислот может вызвать аллергию или канцерогенез.

Раковые заболевания провоцируются многими химическими загрязнителями окружающей среды:

· Полиароматические углеводороды (ПАУ), образующие донорно-акцепторные комплексы с пуриновыми основаниями ДНК и РНК.

· Алкилнитрозоамины, алкилирующие белки.

· Ароматические амины, образующие продукты трансформации (гидроксиламины, аминобензолы).

· Аминоазосоединения, образующие N – окси или N – метокси-производные, взаимодействующие с метиониновыми остатками белков.

Наибольшую опасность представляет попадание внутрь организма радиоактивных изотопов химических элементов.

Одним из наиболее распространенных является криптон-85, образующийся при использовании ядерного топлива на АЭС: оказывает воздействие на кожу и лёгкие, но в организме не накапливается.

Большую опасность представляет другой распространенный загрязнитель стронций – 90. Он способен замещать кальций в тканях.

Повреждения радиоактивными частицами могут осуществляться двумя путями:

1. Физическим (пулеобразным), при котором выбитые электроны разрушают связи прямо в структурах, где и были выбиты. Это непосредственные повреждения ДНК. Легче осуществляется более тяжелыми α- частицами, хуже β и γ – частицами.

2. Химическим. Ущерб наносят частицы образующиеся вдали от ДНК и других важных структур. Образуются активные радикалы. Тяжелые частицы создают высокую концентрацию радикалов, способствующую их рекомбинации. Легкие частицы создают радикалы с малой локальной концентриацией и поэтому долго «блуждают» и с большей вероятностью поражают важные структуры.

Стронций – 90 излучает β-частицы, йод-131 - γ – частицы (концентрируются в щитовидной железе).

Действие химических мутагенов сходно с действием радионуклидов. Воздействию подвергаются ДНК. В клетке имеются механизмы репарации возникающих первичных повреждений хромосом, но если за время клеточного цикла деления (≈ 1 час) в объёме хромосом образуется более 20 радикалов, вновь образующиеся клетки будут поражены хромосомными перестройками.

Одним из наиболее типичных «физических» воздействий является искажение (структурное) клеточных мембран, нарушающее синхронизацию ферментных систем. Происходит такое искажение в результате сорбции липидами мембран химически инертных веществ (ДДТ, ГХЦГ). Обладая высоким коэффициентом межфазного распределения в системе жир – вода, эти вещества могут накапливаться в мембранах в таком количестве, что вызывают геометрические изменения структуры мембраны. При наличии в организме жировых отложений в клеточных мембранах эти вещества накапливаются в меньшем количестве – они сорбируются в жире. Однако, если жир будет уничтожен, то произойдет ударный выброс гидрофобных токсинов во внутреннюю среду организма и насыщение ими мембран, что вызывает резкую токсикацию организма. Это главная причина вредного воздействия быстрого похудения.

 

Определение ПДК

В настоящее время принято, что предельно допустимая концентрация (ПДК) – количество вредного вещества в окружающей среде, при постоянном контакте или при воздействии на организм человека в течение заданного промежутка времени не вызывающего необратимых (патологических) изменений в нем и у его потомства.

Концепция ПДК базируется на двух предположениях:

1) эффект любого химического фактора пропорционален его интенсивности и выражается формулой «доза–время–эффект»;

2) биологическое действие любого химического фактора подчиняется принципу пороговости, ниже которого не обнаруживается реакция организма.

Соответственно, в основе нормирования лежит максимальная недействующая доза.

Для воздушной среды различают ПДК для атмосферного воздуха и для рабочей зоны (ПДК_{в р.з.}). При этом для атмосферного воздуха существуют максимально разовая (ПДК_м.р.) и среднесуточная (ПДК_с.с.)_.

(ПДК_м.р.) - это предельная концентрация загрязняющих веществ в воздухе населенных мест, при вдыхании которой в течение 30 минут не возникают рефлекторные реакции в организме человека.

(ПДК_с.с.) - это предельная концентрация загрязняющих веществ в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвен­ного вредного воздействия при неопределенно долгом вдыхании.

(ПДК_{в р.з.}) - это предельная концентрация загрязняющих веществ, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение рабочей смены в период всего рабочего стажа не должна вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. Рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой находятся места постоянного или временного пребывания работающих.

ПДВ (предельно допустимый выброс) – это количество загрязняющих веществ в единицу времени (г/с, т/год), которое не разрешается превышать при выбросе в атмосферу. ПДВ устанавливается для каждого источника загрязнения из условия, что при рассеянии загрязняющих веществ в атмосфере концентрация последнего в приземном слое не будет превышать ПДК. В результате суммирования ПДВ отдельных источников выбросов устанавливают значения ПДВ для предприятия в целом (Мешалкин, 2006).

ПДК вещества в воде устанавливается с учетом показателей вредности: а) для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДК_хп) – трех показателей: органолептического, общесанитарного и санитарно-токсикологического; б) для рыбохозяйственного водопользования (ПДК_рх) – пяти: органолептического, общесанитарного, санитарно-токсикологического, токсикологического и рыбохозяйственного.

Органолептический показатель характеризует способность вещества изменять органолептические (оцениваемые с помощью органов чувств – привкус, запах, окраска) свойства.

Общесанитарный показатель определяет влияние вещества на процессы естественного самоочищения вод за счет биохимических и химических реакций с участием естественной микрофлоры.

Санитарно-токсикологический показатель характеризует вред­ное воздействие на организм человека, а токсикологический - показыва­ет токсичность вещества для живых организмов, населяющих водный объект.

Рыбохозяйственный показатель определяет «порчу качеств» промысловых рыб.

Наименьшая из безвредных концентраций по трем (ПДК_хп) или пяти (ПДК_рх) показателям вредности принимается за ПДК с указанием лимитирующего показателя вредности.

Для обеспечения нормативов качества воды в контрольном (расчетном) створе для каждого выпуска сточных вод и для каждого загрязняющего вещества уста­навливают предельно допустимый сброс (ПДС) представляющий со­бой массу загрязняющих веществ, максимально допустимую к отведению с установлен­ным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени.

ПДС (г/ч) рассчитывают по наибольшим среднечасовым расхо­дам сточных вод фактического периода спуска сточных вод как произведение расхода сточных вод q_св (м³/ч) на концентрацию загрязняющих веществ С _ПДС (г/м³) по формуле:

ПДС= q_св С_ПДС

Концентрацию взвешенных веществ в сточной воде воде определяют, ис­ходя из их концентрации в водном объекте до места сброса С_ПДС по фор­мулам:

- для водоемов хозяйственно-питьевого (категория 1) и рыбохозяйственного (высшая и 1 категория) водопользования концентрация взвешенных веществ в сбросах должна соответствовать

С_ПДС ≤C_в + 0,25;

- для водоемов рыбохозяйственного и источников рекреацион­ного водопользования (категория 2)

С_ПДС ≤ C_в + 0,25;

- при содержании в водоеме природных минеральных взвешенных веществ более 30 мг/л концентрация взвешенных веществ для всех видов водопользования должна соответствовать

С_ПДС ≤1,05C_в.

Для показателей состава и свойств сточных вод, подпадающих под общие требования (плавающие примеси, растворенный кислород, запахи, привкусы, окраска, температура, значение рН), ПДС не определяется (Мешалкин, 2007).

Лимитирующий признак вредности. ПДК химического соединения в водоеме устанавливается по тому признаку вредного действия, который характеризуется наименьшей концентрацией.

Эффект суммарного действия вредных веществ с одним и тем же лимитирующим признаком вредности суммируется.

aA⁻¹ + bB⁻¹ +... + nN ⁻¹ ≤ 1,

где a, b, …, n – концентрации веществ, для которых установлены ПДК A, B, …, N.

Необходимо помнить, что разные типы загрязнений присутствуют совместно. Они взаимодействуют друг с другом. При этом их токсичность изменяется. Например, закисление или образование соединений с органическими веществами увеличивает токсичность ионов многих металлов. Поэтому при установлении ПДК следует учитывать разные виды взаимодействия веществ друг с другом: аддитивность – простое суммирование эффекта, антагонизм – взаимное ослабление действия веществ, синергизм – взаимное усиление действия веществ, превосходящее аддитивный эффект. Кроме того, следует помнить о возможности биоаккумуляции – накоплении поступающего с пищей или водой яда в организме, биоконцентрации – адсорбции токсического вещества кожными покровами или органами дыхания, биомагнификации – роста концентрации токсического вещества в пищевой цепи (Пурмаль, 1998).

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятию «загрязнение».

2. Какие бывают виды загрязняющих веществ?

3. Что такое токсичность?

4. В чем измеряется токсичность?

5. Что такое ПДК?

6. Что такое ПДС и ПДВ?

7. Какие бывают виды взаимодействия веществ друг с другом?

Задачи

1. В воздухе производственного помещения содержится три загрязняющих вещества однонаправленного действия – свинец (ПДК_врз=0,05 мг/м³), ртуть (ПДК_врз=0,005 мг/м³) и конденсированный аэрозоль оксида марганца (ПДК_врз=0,05 мг/м³). Какова допустимая концентрация оксида марганца (х) в воздухе рабочей зоны, если фактическая концентрация свинца составляет 0,005, а ртути 0,002 мг/м³?

2. Рассчитать ПДС проектируемого предприятия, сброс сточных вод (СВ) которого предполагается в черте населенного пункта в реку, используемую для нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Расход СВ составляет 0,2 м^З/с=720 м³/ч. Концентрации ЗВ в СВ следующие:

а) взвешенные вещества – 60 мг/л;

б) минеральный состав по сухому остатку – 360 мг/л, в т.ч. хлориды – 220 мг/л, сульфаты – 100 мг/л;

в) Pb – 2,0 мг/л;

г) бензол – 1,5 мг/л;

д) 4-нитрофенол – 0,3 мг/л.

Фоновая концентрация взвешенных веществ в реке составляет 42 мг/л. Значения ПДК на свинец, бензол и 4-нитрофенол соответственно равны 0,03, 0,5 и 0,02 мг/л; лимитирующий признак вредности всех трех веществ – санитарно-токсикологический; класс опасности – второй.

ГЛАВА 7. ХИМИЯ АТМОСФЕРЫ

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: