8.Воздействие химических веществ на популяции и экосистемы

Основные токсиканты в природных средах и сельскохозяйственной продукции:

а) ТМ; б) пестициды; в)радиоактивное загрязнение; г) микотоксины; д) бактерии и актиномицеты; е) диоксины; ж) нитраты; з) консерванты; и) красители; к) лекарства.

• Под влиянием токсикантов снижается видовое разнообразие за счет выпадения видов, наиболее чувствительных к загрязнению, что приводит к снижению устойчивости экосистем.

• под влиянием свинцового загрязнения резко сокращается разнотравье, а в составе фитоценоза доминантом становятся виды, наиболее устойчивые к этому виду токсиканта (ежа сборная, волоснец песчаный, гречиха сахалинская и др.).

• у животных отмечаются случаи нарушения саморегуляции, пространственной ориентации, приводящей к возрастанию плотности популяции и в этой связи - к возникновению стрессового состояния.

• резко возрастает смертность, как непосредственный результат стрессового состояния, а в природных условиях и как результат резко усилившейся миграции животных в новые местообитания, где выше риск по самым разнообразным причинам.

9. Расчетные методы определения токсикологических характеристик веществ

Наиболее корректным является регламентирование загрязнений на

основе результатов экспериментов с подопытными животными и учета

коэффициентов запаса при переносе этих результатов на человека. Однако,

указанные эксперименты, как правило, длительны (от нескольких месяцев до

нескольких лет) и дорогостоящи (определение одной величины предельно

допустимой концентрации (ПДК) может стоить до $200000).

ПДК, оцененные расчетным путем, называют временными

допустимыми концентрациями - ВДК (а также, все реже, ориентировочными

безопасными уровнями воздействия - ОБУВ). Величина ВДК химического

соединения в воздухе рабочей зоны может утверждаться Минздравом России

сроком на 2 года, а значения ВДК в иных объектах - на 3 года.

Ниже приведены два наиболее доступных способа расчетов временных

допустимых концентраций

10. Специфика воздействия радиоактивного воздействия

Последствия действия ионизирующего излучения на организм человека совершенно не эквивалентны величине поглощенной энергии. Для высших животных и человека смертельная доза при облучении всего тела гамма – лучами равна 8…10 Гр, что означает поглощение в 1 г ткани 8×10⁴ – 10×10⁴ эрг. Это такое количество энергии, которое превратившись полностью в тепло могло бы поднять температуру тела на 0,002 ^оС [26]. Такое повышение температуры не должно влиять на течение жизненных процессов. Следовательно, при поглощении незначительной по величине энергии в организме начинается последовательный ряд физико-химических, биохимических и физиологических процессов, которые приводят его к гибели.

Процессы взаимодействия радиоактивного излучения с веществом клетки, в результате чего образуются ионизированные и возбужденные атомы и молекулы, является первым этапом развития лучевого поражения. Ионизированные и возбужденные атомы и молекулы вещества клетки в течение 10^-6 с взаимодействуют между собой и с различными молекулярными системами, давая начало активным центрам (свободным радикалам, ион-радикалам и так далее). В этот же период возможно образование разрывов связей в молекулах.

В дальнейшем имеют место реакции химически активных веществ с различными биологическими структурами, при которых возможна деструкция и образование новых, не свойственных облучаемому организму соединений. Последующие этапы развития лучевого поражения проявляются нарушением обмена веществ в биологических системах с изменением соответствующих функций.

Эти явления принято называть первичными, так как они определяют весь дальнейший ход развития лучевой патологии.

Биологические объекты содержат в своем составе воду, которая находится частично в свободном состоянии, частично входит в состав клеточных органелл. Считается [1], что 50 %  поглощенной дозы в клетке приходится на воду, 50 % на ее органеллы и растворенные вещества.

При взаимодействии ионизирующего излучения с водой происходит выбивание электронов из молекул воды с образованием молекулярных ионов.

 

Н₂О → Н₂О⁺ + e^-                                           (5.1)

                                                                                                                         

Н₂О + е^- → Н₂О^-                                            (5.2)

 

Возникающие ионы воды в свою очередь распадаются с образованием ряда радикалов, которые взаимодействуют между собой:

Н₂О⁺ → Н⁺ + ОН                                             (5.3)

  Н₂О^-  → Н + ОН^-                                             (5.4)

 

Н + ОН → Н₂О                                              (5.5)

 

Основной эффект лучевого воздействия обусловлен радикалами Н, ОН, и особенно НО₂ (гидропероксид). Радикал НО₂ обладает высокой окисляющей способностью и образуется при облучении воды в присутствии кислорода.

Возникшие в результате взаимодействия излучения с водой радикалы взаимодействуют с растворенными молекулами различных соединений клеток. Время жизни этих продуктов значительно больше, чем первичных радикалов, поэтому для них возможен более широкий спектр действий.

Дальнейшие этапы развития радиационного поражения сводятся к изменению белков, липидов и углеводов. Например, облучение белковых растворов приводит к конфигурационным изменениям белковой структуры, агрегации молекул, деструкции, связанной с разрывом пептидных или углеродных связей. При облучении целостного организма в первую очередь изменяется содержание аминокислот в тканях. Эти изменения оказывают большое влияние на белковый обмен, поскольку недостаток хотя бы одной аминокислоты приводит к резкому замедлению биосинтеза белков.

Различные ферментные системы реагируют на облучение неоднозначно. Активность одних ферментов возрастает, других понижается, третьи остаются без изменений. Необходимо отметить, что при облучении организма повреждаются системы синтеза нуклеиновых кислот и стимулируются ферментативные системы, которые деполимеризуют эти макромолекулы.

К числу наиболее радиочувствительных процессов в клетке относится окислительное  фосфорилирование. Нарушение этого процесса отмечается уже через несколько десятков минут после облучения дозой 1 Гр и проявляется в повреждении системы генерирования аденозинтрифосфата (АТФ), без которого не обходится ни один процесс жизнедеятельности.

Высокой радиочувствительностью обладают дезоксирибонуклеиновые комплексы (ДНК клеточного ядра в комплексе со щелочными белками, рибонуклеиновыми кислотами и ферментами). Уже через несколько минут после облучения происходит высвобождение нуклеиновой кислоты из дезоксинуклеопротеида  (ДНП) и одновременное накопление нуклеиновых кислот в цитоплазме облученных клеток. В этом случае в первую очередь поражаются связи белок – белое и белок – ДНК.

При облучении целостного организма (2 Гр и выше) происходит понижение уровня гликогена в скелетных мышцах, печени и ряда других тканей. Кроме того, снижается содержание липидов и происходит их перераспределение в различных тканях. Их уровень повышается в печени и крови. Увеличивается также их окисляемость, в результате которой возникают перекиси.

Перечисленные выше некоторые поражения молекулярных структур лишь частично описывают множественное воздействие радиоактивного излучения на организм человека.

Если принять в качестве критерия чувствительности к радиоактивному излучению морфологические и гистологические изменения, то клетки и ткани организма человека по степени возрастания можно расположить в следующем порядке: а) нервная ткань; б) хрящевая и костная ткани; в) мышечная ткань; г) соединительная ткань; д) щитовидная железа; е) пищеварительные железы; ж) легкие; з) кожа; и) слизистые оболочки; к) половые железы; л) лимфоидная ткань, костный мозг.

Радиоактивное излучение вызывает в организме человека цепочку обратимых и необратимых изменений. Индуцированные свободными радикалами химические реакции развиваются с большим выходом, вовлекая в процесс сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением. Это приводит к нарушению биохимических процессов в организме, нарушаются обменные процессы, замедляется или прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения не свойственные организму. В совокупности это приводит к нарушению деятельности функций и систем организма.  В этом состоит специфика действия радиоактивного излучения на организм человека.

При этом возникает два эффекта, которые клиническая медицина относит к болезням [4]: детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и другие), также стохастические беспороговые эффекты        (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).

Острые поражения развиваются при однократном равномерном облучении всего тела в поглощенной дозе выше 0,25 Гр. При дозе 0,25…0,5 Гр могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются. При больших дозах развивается лучевая болезнь. Характеристика основных форм лучевой болезни приводится в табл. 5.1 [4].

Приведенные в табл. 5.1 данные относятся к случаям, когда отсутствует лечение. В настоящее время имеется ряд противолучевых средств, которые при комплексном лечении позволяют исключить летальный исход при дозах около 10 Гр.

Наиболее тщательно изучены случаи острой лучевой болезни у людей, пострадавших во время аварий. При одной из аварий Лос-Аламосской атомной лаборатории в США оператор был за долю секунды облучен гамма-лучами и нейтронами дозами: голова – 104 Гр, грудь и область желудка – 120 Гр, ноги – 10 Гр. При таком массивном облучении пострадавший быстро потерял сознание, впал в шоковое состояние, пульса у него почти не было. Через 25 мин пострадавший был доставлен в госпиталь. Оставаясь в полубессознательном состоянии, больной был очень беспокоен. Казалось, что он страдает от сильных болей в животе. Кожа на открытых частях тела была темно-пурпурного цвета, конъюнктива глаза покраснела. Больного тошнило и рвало. В фекалиях был обнаружен радиоактивный натрий. Попасть туда он мог при проникновении жидкости из крови и тканей в кишечник, а возникнуть в организме – при реакции обыкновенного натрия с нейтронами. Кровяное давление было низким, а пульс до 160 ударов в 1 минуту. Больному была оказана квалифицированная медицинская помощь. Через 5 часов в его состоянии наступило некоторое улучшение, однако из крови больного исчезли лимфоциты, мочевыделение было угрожающе низким, несмотря на огромное количество жидкости, введенной в организм. Через 30 часов после аварии в состоянии больного наступило резкое ухудшение, и он погиб [26].