Многоячеечные системы

Одноячеечную систему можно распространить на бо­лее сложную систему, включающую ряд различных взаимосвязанных ячеек. Каждая ткань животного - почки, печень, сердце, мозг или жи­ровые отложения (ткани) - рассматривается как ячейка. После того как вещество попадает в организм, оно начинает перемещаться током кро­ви. Каждая ячейка характеризуется своим размером, содержанием жи­ра, скоростью тока крови, коэффициентом распределения, определяю­щим способность вещества перемещаться из крови в ткань. Определив скорость поглощения и скорость выведения (обычно включающую скорость метаболизма в печени) вещества, и подобрав математические соотношения, можно с помощью ЭВМ соз­дать модели многоячеечной системы

10. Характеристика факторов, влияющих на биоаккумулирование ксенобиотиков. Трофические цепи и экологические пирамиды.

– Одной из характеристик самого вещества является устой­чивость. Для того чтобы ксенобиотик мог накапливаться в организме, его воздействие на организм должно быть достаточно длительным, особенно когда оно осуществляется через цепь питания. Следователь­но, любое аккумулирующееся вещество должно быть устойчивым к возможным в данной среде процессам разрушения, Обычно те ксенобиотики, которые устойчивы в окружающей среде, в большинстве организмов имеют относительно продолжительные пе­риоды полувыведения и способны накапливаться в сравнительно больших количествах, но, конечно, при достаточно высокой концен­трации их в окружающей среде.

– Площадь поверхности. Если процесс аккумулирования включает фи­зические стадии (адсорбция, диффузия), степень накопления чужеродно­го вещества в большей мере зависит от площади поверхности контакта организма с окружающей средой. Это положение можно применить к таким случаям, как адсорбция растениями пестицида из воздуха после опрыскивания или адсорбция организмами ПХБ в водной среде. Величина поверхности на единицу массы или объема повышается при уменьшении размера частицы, Следовательно, если адсорбция в процессе аккумулирования играет значительную роль, то можно ожи­дать, что более мелкие организмы будут накапливать в единице объема большее количество вещества, чем более крупные.

– Распределение. Большинство организмов содержит значительные жировые отложения; в этих тканях накапливаются ксенобиотики с большими значениями коэффициента распределения. Содержание жи­ра в организме также указывает на его способность аккумулировать данный тип веществ. Так, способность аккумулировать ПХБ коррели­ровала с содержанием липида в планктоне. Таким образом, степень аккумулирования зависит от способности веществ распределяться в жировых депо. Способность данного ксенобиотика распределяться в жировых депо организма также может влиять на его период полувыведения. Жировые ткани в процессах метаболического преобразования являются не са­мыми активными. Следовательно, если вещество распределилось в таких тканях, оно может сохраняться там до тех пор, пока организм не израсходует весь жир.

– Среда обитания конкретного орга­низма может существенно влиять на его способность аккумулировать ксенобиотики. Организмы, обитающие на дне среди осадков, подвер­гаются воздействию более высоких концентраций ксенобиотика, чем находящиеся в верхних слоях того же самого участка водоема.

–Размер частиц, про­глатываемых организмами. Поскольку на более мелких частицах, как уже отмечалось, адсорбированное на их поверхности чужеродное ве­щество содержится в более высоких концентрациях, организмы, про­глатывающие такие частицы, будут подвергаться воздействию более высокого содержания ксенобиотика.

– Количество потребляемой пищи. Ор­ганизмы, нуждающиеся в относительно большом количестве пищи, могут аккумулировать чужеродное вещество из окружающей среды в большей степени при условии, что процесс накопления ксенобиотика не компенсируется более активным процессом его выведения.

–Цепь питания. Ксенобиотики в массовых количествах поступают в неорганические элементы биосферы (воздух, воду, почву). Находясь во внешней среде, чужеродные соединения взаимодействуют с различны­ми органическими элементами биогеоценозов - микроорганизмами, растениями, животными, поступая в конечном итоге по трофическим цепям в организм человека, В этих условиях суммарное количество ксенобиотиков, поступающих в организм человека, в значительной степени определяется интенсивностью их разрушения под действием физико-химических факторов среды (света, воды, тепла и др.), скоро­стью их деструкции в предшествующих элементах трофических цепей и закономерностями биоконцентрации.

любая экологическая система является совокупно­стью абиотических элементови и живых организмов, обмени­вающихся химическими компонентами, энергией и связанных между собой пищевыми (трофическими) цепями. организмы - ком­поненты экосистем - подразделяются на производителей (продуцен­тов), потребителей (консументов) и разрушителей (редуцентов), разла­гающих сложные органические соединения мертвых остатков.по мере движения ксенобиотика по пищевой цепи к следующему консументу, в организме которого он метаболизируется происходит увеличение кон­центрации чужеродного вещества.

Вещест­ва поглощаются в определенной последовательности: загрязнен­ные растения поедаются травоядными рыбами и животными, этих рыб и животных поедают плотоядные животные и т. д. су­ществуют два механизма перемещения чужеродного вещества в дан­ной конкретной цепи питания - непосредственное его поглощение из среды и перемещение по цепи питания.

Аккумулирование ксенобиотика в цепи питания определяется его пере­мещением по этой цепи, что менее 50 % всей массы вещества преобразуется в ткани организма на следующем, более высоком уровне.

Процесс в схеме, где возможны потери ксенобиотика путем экскреции на различных уров­нях цепи питания. концентрация чужеродного вещества постепенно повышается в цепи питания.

Стадии деградации

Воздух, вода, почва ---------------------- 

Фотолиз

Планктон,

водоросли, (Стадии акку­мулирования)  Метаболизм зоопланктона

растения

Травоядные ----------------------  Метаболизм травоядных

Плотоядные

----------------------  Метаболизм плотоядных

Усиление в цепи питания — схема увеличения концентрации вещества в организмах по мере достижения более высокого трофического уровня

Для понимания движения по пищевым це­пям продуктов питания, а также попавших в биоценозы ксенобиотиков строятся называемые экологические пирамиды. В них схематически учитывают плотности популяций (число особей на 1 м²), биомассы (грамм сухого или влажного вещества на 1 м²) или продуктивность в энергетических эквивалентах(скорость поглощения ими данного вещества) (джоулей на 1 м² в год) для всех членов каждого трофического уровня в данном биоценозе.

поступления в организм чужеродных химических ве­ществ, которые не могут быстро метаболизироваться и полностью экскретироваться во внешнюю среду, начинается накопление этих ве­ществ по ходу пищевой цепи. организмы-потребители, стоящие на более высоких уровнях экологической пира­миды, обладают меньшей суммарной биомассой по сравнению с орга­низмами предыдущего уровня, происходит последовательная биокон­центрация токсикантов, достигающая максимальных значений у ко­нечных консументов, которыми могут являться люди. Накопление токсических элементов мо­жет оказывать негативное действие, приводя к наруше­нию устойчивости экосистем к неблагоприятному влиянию на орга­низм человека.

интегральная реакция организма на действие токсиканта определяется наличием эволюционно выра­ботанных защитных систем, к которым относятся физиолого-биохимические системы биотрансформации, экскреции ксенобиотиков и система иммунного гомеостаза.

В водных и наземных системах механизмы аккумулирования ксе­нобиотиков различны, они отличаться в пределах одной системы.

В водной среде аккумулирование ксенобиотика протекает по двум механизмам:

- непосредственной адсорбции вещества и (или) его распределения из водной среды;

- распределения по цепи питания.

поглощение из водной среды имеет большее значение, чем распределение по цепи питания. Распределение из среды обитания может быть определяющим процессом, что поверхность кон­такта организма с водой не является лимитирующим фактором. Рыбы эффективно аккумулируют чужеродные вещества из водной сре­ды, так как имеют жабры с развитой поверхностью, через которые проходит большой объем воды.

В условиях наземной среды чужеродные вещества в почве, и их аккумулирование организмами происходить по цепи питания. концентрация чужеродного вещества в воздухе при испарении мала, а рассеивание в открытом пространстве велика, что аккумулирование ксено­биотика по механизму распределения из атмосферы минимально. Ис­ключение составляют роющие животные, в ограниченной среде.

процесс аккумулирования ксенобиотика наземными организмами должен включать его поглощение организмами, обитаю­щими в почве, и последующее перемещение по наземной цепи питания.

Степень, до которой организм аккумулирует определенный ксено­биотик, зависит от положения организма в цепи питания, но и от его физиологических и морфологических особенностей.