82. Поведение долгоживущих искусственных радионуклидов в организ­ме животных, растений и грибов. Биоиндикация радиоактивных загрязнений.

Долгоживущие искусственные радионуклиды: ²³⁸U (t_1/2=4.5 млрд лет), ²³²Th (t_1/2=14 млрд лет), ⁴⁰K (t_1/2=1.28 млрд лет).

Биол. эффек-ть ионизирующих излуч-й(ии)необычайно высока. По глубине и силе возд-я на орг-мы ионизирующая радиация(ир) значительно превосходит все известные виды излучений, практически нет ни одного организма, который невозможно было бы убить ии-ем, нет такой жизненной функции, которая не подавлялась бы в результате радиационного воздействия. Однако еще на заре радиобиологических исследований было известно, что различные биол.объекты обладают неодинаковой уст-тью к поражающему действию ир., одни и те же клетки в зав-ти от стадии клеточного цикла и даже различные функции одной и той же клетки различаются по радиочувствительности.

Наиб. уст-вы к действию ии м/о — дозы, способные вызвать их гибель, составляют сотни и тысячи грей. Для беспозвоночных животных диапазон летальных доз обычно на порядок ниже; для позвоночных они сост-т десятки грей, а наиболее радиочувствительны млекопитающие. Т.о., по мере усложнения биологической организации объектов их уст-ть к радиации резко снижается.

В орг-ме наблюдаются разнообразные морфологические и функц-ые нарушения, приводящие к развитию острой или хронической формы лучевой болезни. Она может закончиться гибелью орг-ма или его выздоровлением, хотя в последнем случае нельзя исключить возникновения отдаленных последствий, таких, как рак, катаракта, уменьшение продол-ти жизни и др.. Исход зависит от условий облучения — общего или локального, однократного или хронического, а также от дозы и вида излучений, мощности дозы и ее распределения во времени.

Степень уст-ти к ир может сильно колебаться в пределах одного вида. Уже сам критерий LD₅₀ свидетельствует о том, что при опр-ой дозе облучения половина иссл-ых биол-х объектов гибнет, а другая остается в живых. Значит, можно говорить об индив-ых различиях уст-ти внутри однородной популяции.Однако при любых усл-х поглощение орг-мом млек-го дозы ии до 10 гр вызывает многообразные симптомы острой лучевой болезни.

В ответных реакциях орг-ма на действие ир условно м. выделить 3 стадии; Физическая стадия — поглощение эн-ии, ионизация и возбуждение атомов и молекул, образование радикалов —в теч микро- и миллисекунд. Биофизические процессы — внутри- и межмолекулярный перенос эн-ии, взаим-ие радикалов др с др и с неповрежденными молекулами, внутримолекулярные изменения —в теч сек — миллисекунд. Общебиологические изменения в клетке и орг-ме — обр-ие стабильных измененных молекул, нарушение генетич. кода, транскрипции и трансляции, биохимические, физиол-ие и морфол-ие изм-ия в кл. и тк., иногда закан-иеся гибелью орг-ма- в теч.минут — суток /лет.

Острое поражение-повреждение живого орг-ма, вызванное действием больших доз облучения и проявляющееся в теч неск. часов или дней после облучения. Главной причиной гибели людей при таких дозах облучения явл. поражение костного мозга, приводящ. к резкому сниж. числа лейкоцитов в крови.

Биоиндикация радиоактивных загрязнений. Некоторые представители растительных сообществ концентрируют радиоактивные вещества. К таким растениям в первую очередь относятся мхи и лишайники. Накопление радионуклидов этими растениями в значительной степени определяется уровнями радиоактивности глобальных атмосферных выпадений, поскольку искусственные радионуклиды поступают в лишайники и мхи аэральным путем. Поэтому мохово-лишайниковую растительность рекомендуется использовать при проведении длительного радиоэко-кого мониторинга ОС.

Другие растения накапливают отдельные радионуклиды, заимствуя их преимущественно из почвы. Некоторые виды растений (крапива двудомная, череда трехраздельная) накапливают значительные количества радиоизотопов стронция и цезия, тогда как другие травы, растущие рядом, этой особенностью не обладают. Большая часть искусственных радиоизотопов концентрируются в вегетативных частях растений и корнях, а меньшая – в семенах.

В растениях особой подвижностью обладает цезий-137. Коэффициент концентрации радиоизотопов у молодых деревьев выше, чем у старых, поскольку у последних обменные процессы замедлены.

Радиационные нарушения в жизнедеятельности организмов наблюдаются при дозах, значительно превышающих фоновые значения и дозы, при которых исследовалось действие радиации на организм человека. Наиболее чувствительны к действию радиации млекопитающие, за ними следуют птицы, рыбы, пресмыкающиеся и насекомые. Менее всего чувствительны к высоким дозам радиации мхи, лишайники, водоросли и м/о.

В сильно загрязнённых районах, установлены достаточно надёжные зависимости между поражениями основных компонентов хвойных и лиственных лесов умеренного пояса и поглощённой дозой при остром и хроническом облучении. Виды поражения: - слабое поражение – возникают отдельные аномалии в ростовых процессах, увеличение числа хромосомных аномалий; - среднее поражение – значительное подавление ростовых процессов, образование радиоморфозов; - сильное поражение – полная и частичная гибель древостоя, образование аномальных репродуктивных органов.

Для целей экологического нормирования предлагается применение референтных живых организмов. К их числу предложено отнести небольшое количество растений и животных. При выборе таких животных предлагается учитывать следующее особенности: 1. радиочувствительность; 2. значимость в экосистеме; 3. представительность в основных экосистемах мира; 4. объём имеющейся радиобиологической и радиоэкологической информации по видам.

Радиационная биоценология. Биоценология, наука, изучающая растительные и животные сообщества в их совокупности, т. е. биоценозы, их строение, развитие, распределение в пространстве и во времени, происхождение.

Нормы радиационной безопасности.

Главной целью радиационной безопасности является охрана здоровья людей от вредного воздействия ионизирую­щего излучения путем соблюдения основных принципов и норм радиационной безопасности без необоснованных вниманий полезной деятельности при использовании излучения в различных областях хозяйства, в науке и медицине.

Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов, которые клинической медициной относятся к болезням: детерминиро­ванные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии мода и др.) и стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).

В РФ существует документ «Нормы радиационной безопасности»» (НРБ-99). В нём существуют следующие принципы: 1. Принцип нормирования – непревышение допустимых пределов индивид доз; 2. принуип обоснования – запрещение всех видов деятельности…; 3. принцип оптимизации – поддерживание на возможном низком уровне индивид доз облучения.

Группа A – непосредственно работающие (20 мЗв/год), группа Б – уборщица (25% от А) и население (1 мЗв/год).

52 Экол.нормирование-процесс разработки регламентов антроп.возд-ия на ОС,соблюдение которых гарантирует нормальное функц-ие системы.

ЭН делят на 2 этапа:1.экол.регламентация(опред.нормального состояния анализируемого объекта:анализ параметров состояния биогеоценозов,интервалов их естес.колебаний,опред.пороговых и крит.значений параметров состояния). 2.ЭН(опред.экол-х нормативов допустимой нагрузки на основе экол. регламентов). норма-зона оптимального функц-ия живой системы.

Первые нормативы СГН были установлены в России в 30-х гг.первые пдк были созданы для зв рабочей зоны(1932г.).В наст.вр. известно более 1000пдк веществ для воздуха,воды,почвы.Принцип СГН-ориентация на здоровье чела.нормативы не желательно экстраполировать на сферу защиты ЭС([SO2]не губит-е для чела,губит-е для хвойных).критика СГН:1.наиб.чувствит.орг-мом принят чел. 2.принебрегают эффектом кумуляции и транслокации.долговр.загр-е эс токсикантами ниже уровня пдк,вызывают накапление токсикантов в организме и гибель. 3.не учит-т форму нахождения токсиканта в ОС.для установления пдк учит.то в-во,кот.обр-ся на производстве. 4.СГН не имеют дифференцированных нормативов по природно-климатическим зонам(для Zn,Cu,Cd,Hg,Pb установлены ориентировочно допустимые пдк).

ЭН д преодолеть эти недостатки.Согласно концепции Израэля,норм-ие д. зависеть от ценности объектов и цели их исп-ия. Все ЭС делят на 3 категории(нужно исп-ть разные подходы для них):1.уникальные/заповедные.2.широко распростр/естеств.3.сильно преобраз/искусств. ЭН им.специфич.основы:1)ЭН исходит из необ-ти защиты ЭС,т.е. потеря отд.особи не явл.опасным в том случае,если сохр-ся продуктивность,видов.разнообр. и стабильность ЭС.2)ЭН принимает во внимание движение ЗВ по трофич.цепям с выделением критич.звена по чувств-ти и последствиям с учетом их трансформации и совместного действия.ЭН базируется на неск.принципах:принцип цели – приоритет долгосрочных экол.последствий над краткосрочными экономич.принцип опережения – любому производству д. предшествовать исследования(в ОС есть в-ва,кот. Мы уже не производим).принцип порога – устан-е пор.значений возд-я хоз.д-ти не превышение которого гарантирует эколо.безопасность.принцип «больше не значит лучше»- переход на путь интенсификации технико-экономического развития за счет качес-го совершенства.снижение удельного риска- развитие только таких направлений роста матер.потреблений,при кот.обеспеч-ся снижение антр.нагрузки на ед.площади и ед.создаваемой продукции.

Существуют нормативы содержания и нормативы поступления негат-х факторов в ОС.

Нормативы содер-я – это предельно допустимые уровни (содержания) или ПДК. Нормативы поступл-я ПДС, ПДВ. Нормативы содерж-я – это санит-гигиенич-й показатель. Для водн объектов большинство ПДК рыб-хоз, поэтому приходиться исп-ть гигиенич-е нормир-е ПДК. Для водн объектов сущ-т 2 вида ПДК санит-гигиен-е и рыб-хоз. ПДК берется в завис-ти от водн объекта.

ПДК – это такая конц-я в-ва, при к-рой не оказ-ся неблагопр-е влияние на здоровье, самочувствие, работоспособ-ть человека и будущих поколений обнаруживаемого совр-ми методами, а также не ухуд-ся комфортность сущ-я. 2 осн-х принципа гигиен-го нормир-я:1.представл-е о пороговости действия в-в – до какой-то конц-и в-ва не оказ-т действие.2.принцип лимитирующего признака вредности (ЛПВ)- нормир-е произв-ся по наиболее чувств-му показ-лю. Если запах чувст-ся даже при меньших конц-ях, то уже нормир-ся , .

Атмосферный воздух. ПДК бывает: максимально-разовое ПДК (концентрация 20-30 минутного определения, которая определяется на основании изучения рефлекторного действия веществ. Рефлекторное действие – действие на обонятельные и зрительные функции. Устанавливается исключительно на человеке. Пробы – контрольная и испытуемая); среднесуточная ПДК (концентрация длительного осреднения. Определяется на основе изучения общетоксического, аллергогенного, эмбриотропного, мутагенного и других действий атмосферного воздуха); ПДК рабочей зоны. ПДК определяют, исходя из принципа пороговости их действия, т.е. до определения концентрации вещества, когда оно может находится в атмосферном воздухе и не воздействовать.

Гигиеническое регламентирование содержания радиоактивных веществ базируется на принципе отсутствия порога, т.е. наличие любого количества уже будет влиять на организм. Устанавливают предел дозы – предельная эквивалентная доза за год. Устанавливают для лиц категории Б, т.е. кот-ые не сталкив. с радиоакт. вещ-ами на работе.

Для водных объектов ПДК устанавливается в зависимости от целей водопользования. Различают ПДК для водных объектов хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбо-хозяйственного назначения. В основном регламентация содержания ЗВ в воде осуществляется по тестам, учитывающим следующие показатели вредности: 1) токсикологический тест – основан на оценке влияния вещества на организм человека (организм человека используется для ПДКх-п и ПДКк-б, а также для гидробионтов); 2) органолептический – на оценке влияния веществ на органолептические свойства воды – цвет, запах, вкус; 3) обще-санитарный – основан на оценке влияния веществ на процессы самоочищения водных объектов.

При установлении ПДК ЗВ в почве на первом этапе получают данные о физико-химических свойствах вещества и изучают стабильность в почве. На втором этапе осуществляют математическое моделирование поведения нормируемого вещества в почве, чтобы минимизировать его поведение. На третьем этапе проводят лабораторные эксперименты по определению пороговых концентраций по 6 показателям вредности. Пороговая концентрация – это та концентрация, которая в почве, но смотрим в другом объекте. 1. Органолептический показатель вредности характеризует изменение запаха, вкуса, пищевой ценности фито-тест-растения, а также запаха атмосферного воздуха, цвета и запах воды, выявленных при экстремальных почвенно-климатических условиях. 2. обще-санитарный показатель характеризует процессы изменения биологической активности почвы и показатели самоочищения почвы от загрязняющих веществ (концентрация вещества, вызывающая более 50% ингибирование численности микроорганизмов и более 25% ингибирования активности почвенных ферментов). 3. фитоаккумуляционный, или транслокационный показатель вредности – характеризует процесс миграции вещества из почвы в культурные растения, используемые в качестве продуктов питания, фуража или фитомассы (пороговая концентрация – мах количество в почве, при котором накопление вещества в товарных органах не превышает установленных допустимых остаточных количеств вещества в пищевой продукции). 4. водно-миграционный показатель – характеризует процессы миграции химического вещества в подземные и поверхностные воды (пороговая концентрация – мах концентрация в почве, при которой поступление вещества в грунт и поверхностные воды не создает концентрации, превышающие ПДК для водоема). 5. воздушно-миграционный – характеризует миграцию вещества из почвы в воздух либо с пылью, либо путем испарения (пороговая концентрация – количество вещества в почве, при котором поступление соединения в атмосферный воздух не сопровождается превышением ПДКсреднесут.). 6. токсикологический – характеризует эффект суммарного воздействия при комплексном и сочетанном воздействии вещества из почвы на организм человека с водой, пищей, через воздух (пороговая концентрация устанавливается на основании изучения отрицательных последствий (прямых или отдаленных) на здоровье людей).

53. Биологический мониторинг. Классификация. Осн.задача – опред-е состояний биотич. составляющей биосферы, ее отклика, р-ции на антр.возд-е, определение ф-ии состояния, отклонения этой ф-ции от норм. естест-го сост-я на различ. уровнях орг-ции (молек-й, клеточ., организмен., популяционный, экосист-й).

К лас-я по уровням организации живого: Субклеточному ур-ню орг-ции соотв-ет генетич. мон-г, клеточному уровню – биохимич. мон-г, организменному - физико-химич. мон-г, популяц. и биоценологич-му эко мон-г.

Биохимич. монит-г – клеточный ур-нь орг-ции, молек.-клеточ. ступень, низший уровень биомонит-га (органеллы – средний уровень биомонит-га, клетка – высший уровень биомонит-га). Биохимич. монит-г изучает хим. р-ции, протек-ие в жив. кл. Мерой внеш. возд-я яв-ся скорость биохим. процессов. Биохим. мон-г дает быструю ответную р-ю (в теч. неск. секунд). Позволяет судить о мех-ме ответной р-ции. Он опред-т пути превращ-я в-ва, хар-р метаболич. нарушений, связанных с определённым видом возд-я. Здесь мы можем проследить защитн. р-ю орг-ма, связ. с вывед-м токсиканта в процессе детоксикации. Недостаток: нельзя судить об опасности возд-я на орг-м вцелом.

Генетич. монит-г - субклеточный ур-нь орг-ции. Особ-ти: 1) в-ва генотоксиканты, действ-т в чрезвычайно малых дозах на протяжении длит-го времени; 2) общее сост-е генофонда популяции отражает действие мутагенных факторов, имевших место в прошл.; 3)признаки, связ-е с мутац. и нарушением генетич. аппарата клетки, имеют сам-е разн. формы и проявл-ся в наруш-ях имму-та.

Физиологич.й монит-г – организменный ур-нь орг-ции. На физиологич. ур-не, организменная ступень (ткани-низший уровень биомонит-га, система органов - средний уровень). В кач-ве объекта исслед-я исп-т отдельные органы: печень, почки и т.д. или систему органов. Иссл-ют процессы вещ-ного и энергетич. обмена. Замеряют инт-ть процессов, протекающих в опред-м органе: газообмен, солевой баланс, уровень гемоглобина. Получаем более полную инф-ю о глубоких структурных изм-ях, часто явл-ся пок-лем возд-я неблагопр. фактора.

Организменный монит-г - организменный ур-нь орг-ции – высший уровень биомонит-га, организменная ступень. В кач-ве объекта исслед-я исп-т весь орг-м. Здесь получают более надежную инф-ю.

Популяционный мониторинг – популяц. ур-нь орг-ции. Надорганизменная ступень, низший ур-нь биомонит-га. – изуч-е отд. видов, кот. им. особое значение для экосистем или особое знач-е как ист-к опред-я ресурсов: пушной зверь, петух. Исслед-е пространственных изм-ий (опред-е ареала обит-я и его измен-е) под действ-м факторов. Средний уровень биомонит-га – опред. отд. сообщ-в, объед-х местом обит-я, трофич. связей. Высший уровень биомонит-га – на ур-не экосистем. Это идеальный монит-г. Он адекватно опис-т инф. о биотич. сост-ии системы, явл-ся наиболее высоко организ-ным.

Основные методы провед-я биомонит-га: биоиндикация и биотестирование.

Биоиндикация – способ оценки антропогенной нагрузки по р-ции на нее живых орг-мов и их сообществ. Орг-мы-биоиндикаторы – гр. особей одного вида, по наличию и сост-ю которых судят о естеств. и антр-х изм-ях в среде.

Преимущества: 1) суммир-е биологич. важных данных об ОС и отражение её сост-я в целом; 2)не обяз-но применять дорогос-щие трудоемкие методы физ-хим монит-га; 3)с пом-ю биоиндикаторов можно опред-ть кратковр-е и залповые выбросы токсикантов; 4) метод отражает и фиксирует скорость происходящих изм-ий в ОПС; 5)можно выявить тенденции развития ОПС; 6)указывает пути и места скопления ксенобиотиков и поллютантов в экосист-х и возмож. пути попад-я их в пищу чел.; 7)позв-ет судить о степени вред-сти в-в для жив-ных и чел; 8)дает возм-ть контр-ть токсичн. и опасность вновь синтезированных ксенобиотиков; 9)можно нормиро-ть допуст. нагр-ки на экосист, различающ. своей уст-тью к антроп. возд-ю.

Требования при выборе жив-ных-биоиндикаторов: большая числ-ть, выс. прод-ть жизни, интенсив-е метаболизм и размнож-е, оседлость, пост. контакт с изучаемым антропог-м фактором; легкость сбора материала и чувств-ть этого жив-го к данному фактору, крупные размеры.

В исслед. назем-х экосистем наиб. эффект-но исп-ют след. гр.: млекопит-е (мыши), почв-я мезофауна – они тесно контактируют с почвой, где оседают и сорбируются загр-я (дождевые черви), микрофауна – микроартроподы - массовые обитатели мельчайших скважин почвы. Чаще исп-ся растения, чем жив-е.

Недостатки: 1)видовой состав экосист. формир-ся за некот. промеж. времения и не всегда имеется возм-ть связать антроп. возд-е и ответ. р-ю; 2)сущ. сезонная измен-ть (биоиндик-ые исслед-я затруднены в хол. время года); 3)не можем колич-но опр-ть антроп-й фактор и идентифицир-ть его; 4)целый ряд требований при выборе жив-ных-биоинди-ов.

Полностью удовлетворить требованиям для биоиндикац. исследований почти невозможно, поэтому в таких случаях исп-ют биотестирование.

Биотестирование(БТ) – исп-е в контролируемых условиях биологич. объектов (тест объектов) для выявления и оценки действия факторов ОС (в том числе токсических) на орг-зм, его отдельную ф-ю или систему организмов. Треб-я к орг-мам: 1.легкость лаб. культивирования; 2.малые размеры; 3.короткий жизн. цикл и высокая репродуктивная спос-ть; 4.выбор зав-т от цели исслед-я.

Тест-объекты: высш/низш раст, бактерии, водоросли, водные/назем. беспозв, млекопит (мыши, крысы). Каждый из этих орг-мов имеет свои особ-ти и преимущества, но ни один из орг-мов не может отвечать критерию универсальности. Для оценки токсич. действия исп-ют частные и интегральные тест-функции. Интегральные пар-ры хар-ют состояние биосистемы наиболее обобщенно, давая суммарный ответ о состоянии системы.

Для отдел. физиологич. ф-ции интег-ми оказываются пар-ры, непосре-но хар-щие ее деят-ть (нп, для сердечно-сосудистой сис-мы - ЧСС и уровень давления крови), а частн. – биохим., морфологич. и др. хар-ки различн. звеньев этой сис-мы.

Интегр. пок-ли для целостного орг-ма: пок-ли плодовитости, массы, роста, выживаемости. Частные: физиологич., биохимич., гистологические.

Интегр. пок-ли для популяции: пок-ли числ-ти, массы, возрастн. и половой стр-ры.

На уровне сообщества интегр. хар-ки опис-ют видовой состав и его разнообразие, активность продукции и деструкции орг. в-ва.

Чтоб получ. более надежный рез-т, необх-мо исп-ть комплекс методов биотестирования и широкий набор тест-организмов - «батарею тест-объектов», т.е. одновременное прим-е орг-мов из разных гр. и классов. Надежность полученного рез-та увел-ся. Надежность ответа снижается по мере удаления системного уровня тест-функции от уровня моделируемого процесса или явл-я.

Плюсы: м. быстро и надёжно получить инф-ю о возд-ии конкр. фактора ("доза-эффект").

Минусы: 1)не можем экстраполировать рез-т, получ. в лаб., на усл. в ОС. В прир. усл-ях не можем контр-ть конц-ю вред. в-ва, его конц. не будет постоянной. 2)орг. в-ва претерпевают трансф-ю в ОС, получ-ся продукты более токсич., чем исслед. в-ва. 3)спос-ть нек-х токсикантов накапл-ся по трофич. цепи, 4)этические соображения, защита жив-ных, 5)в лаб. усл. нельзя учесть все особенности орг-ма, действие темп-ры, состав среды, троф. связи «хищ.-жертва».

Исходя из метода биоиндикации программа биомонит-га дел-ся на: 1) Диагностич. монит-г – решает задачи выявления антроп. фактора. 2) Прогностический монит-г – реш-ся задача прогнозов с пом-ю методов биотестир-я. 3) Сист. раннего оповещения.