Войти
Обзор междисциплинарности экологической токсикологии Экологическая токсикология - это мультидисциплинарная область науки занимается изучением вредного воздействия различных химических, биологических и физических агентов на живые организмы. Экотоксикология - это подраздел экологической токсикологии, занимающийся изучением вредных воздействие токсичных веществ на уровнях популяции и экосистемы.
Рэйчел Карсон считается отцом экологической токсикологии, поскольку она выделила эту область в рамках токсикологии в 1962 году с публикацией своей книги Тихая весна, в которой говорилось о последствия неконтролируемого использования пестицидов. Книга Карсона во многом основана на серии отчетов Люсиль Фарриер Стикл об экологическом воздействии пестицида ДДТ.
Организмы могут подвергаться воздействию различных токсичных веществ при любой этап жизненного цикла, некоторые из которых более чувствительны, чем другие. Токсичность также может варьироваться в зависимости от размещения организма в его пищевой сети. Биоаккумуляция происходит, когда организм накапливает токсичные вещества в жировых тканях, что может в конечном итоге установить трофический каскад и биомагнификацию конкретных токсикантов. Биоразложение выделяет в окружающую среду в качестве побочных продуктов двуокись углерода и воду. Этот процесс обычно ограничен в районах, подверженных воздействию токсичных веществ из окружающей среды.
Вредное воздействие таких химических и биологических агентов, как токсиканты из загрязнителей, инсектицидов, пестицидов и удобрений, могут влияют на организм и его сообщество, уменьшая его видовое разнообразие и численность. Такие изменения в динамике популяции влияют на экосистему, снижая ее продуктивность и стабильность.
Хотя законодательство, введенное в действие с начала 1970-х годов, было направлено на минимизацию вредного воздействия токсичных веществ из окружающей среды на все виды, Маккарти (2013) предупредил, что «давние ограничения в реализации простой концептуальной модели, которая является основой современных токсичность в водной среде протоколы испытаний »могут привести к надвигающейся экологической токсикологии« темного века ».
Для защиты окружающей среды был написан Закон о национальной экологической политике (NEPA). Главный момент, который выявляет NEPA, заключается в том, что оно «гарантирует, что все ветви власти должным образом учитывают окружающую среду перед тем, как предпринимать какие-либо важные федеральные действия, которые существенно влияют на окружающую среду». Этот закон был принят в 1970 году, а также основал Совет по качеству окружающей среды (CEQ). Важность CEQ заключалась в том, что она способствовала дальнейшему развитию областей политики.
CEQ создала полезные экологические программы, которые принесли большую пользу. Некоторые из них включают Федеральный закон о контроле за загрязнением воды (RCRA), Закон о контроле за токсичными веществами, Закон о сохранении и восстановлении ресурсов (RCRA и Safe). CEQ сыграл важную роль в создании основы для большей части «действующего экологического законодательства, за исключением Закона о Суперфонде и контроле асбеста».
Некоторые первоначальные воздействия NEPA относятся к интерпретации в судах. Суды интерпретировали NEPA не только как прямое воздействие на окружающую среду от любых проектов, в частности федеральных, но и как косвенные действия от федеральных проектов.
TSCA, также известный как Toxic Закон о контроле за веществами - это федеральный закон, регулирующий промышленные химические вещества, которые могут нанести вред людям и окружающей среде. TSCA специально нацелена на «производство, импорт, хранение, использование, утилизацию и разложение химических веществ в коммерческих целях». EPA позволяет делать следующее: «1. Предварительные испытания химикатов для определения риска для здоровья или окружающей среды. 2. Проверка химикатов на предмет значительного риска до начала коммерческого производства. 3. Ограничение или запрет на производство или утилизацию. определенные химические вещества 4. Импорт и экспорт химических веществ до их ввоза или вывоза из США ».
Закону о чистом воздухе способствовало подписание поправок 1990 года. Эти поправки защищают снижающую кислотность, озоновый слой, улучшая качество воздуха и токсичные загрязнители. Закон о чистом воздухе был фактически пересмотрен, и при поддержке президента Джорджа Буша-старшего он был подписан. Самыми серьезными угрозами, на которые направлен этот закон, являются: загрязнение городского воздуха, токсичные выбросы в атмосферу, стратосферный озон, кислотные дожди и т. Д. В этих конкретных областях он также учредил национальную операцию, которая «позволяет программе сделать закон более работоспособным и усилить правоприменение, чтобы помочь обеспечить лучшее соблюдение Закона».
Как упоминалось выше, хотя Соединенные Штаты действительно запретили использование ПХД, есть вероятность, что они присутствуют в продуктах, произведенных до запрета на ПХД в 1979 году. Агентство по охране окружающей среды выпустило свой запрет на ПХД 19 апреля 1979 года. По данным Агентства по охране окружающей среды США, «Хотя ПХД больше не производятся в этой стране, теперь мы возьмем под контроль подавляющее большинство ПХД, которые все еще используются», - сказал администратор EPA Дуглас М. Кастл. «Это поможет предотвратить дальнейшее загрязнение нашего воздуха, воды и пищевых продуктов токсичным и очень стойким химическим веществом, созданным человеком».
ПХБ были протестированы на лабораторных животных и вызвали рак и врожденные дефекты. Предполагается, что ПХБ оказывает определенное воздействие на печень и кожу человека. Также подозревают, что они вызывают рак. По оценкам EPA, 150 миллионов фунтов ПХД разбросаны по окружающей среде, включая воздух и воду; еще 290 миллионов фунтов находятся на свалках в этой стране ». Опять же, даже несмотря на то, что они были запрещены, все еще существует большое количество ПХД, циркулирующих в окружающей среде и, возможно, оказывающих воздействие на кожу и печень людей.
Были случаи, когда люди или компании неправильно утилизировали печатные платы. До сих пор было четыре случая, когда EPA было вынуждено подать иски против людей / компаний за их методы утилизации. Два дела с участием компаний были оштрафованы на 28 600 долларов за ненадлежащее распоряжение. Неизвестно, какой штраф был предъявлен этим трем людям за «незаконный сброс ПХД на 210 миль дороги в Северной Каролине».
Хотя ПХБ были запрещены, есть некоторые исключения, в которых они используются. Область, в которой это было полностью запрещено, - это «производство, переработка, распространение в торговле и« незакрытое »(открытое для окружающей среды) использование ПХД, если иное не разрешено или не исключено EPA.« Полностью закрытые »виды использования ( содержится, и, следовательно, воздействие ПХД маловероятно) будет продолжаться в течение всего срока службы оборудования ». В части электрооборудования содержание ПХД допускается при определенных контролируемых условиях. Из 750 миллионов фунтов ПХД на электрооборудование приходится 578 миллионов фунтов. Однако любое новое производство печатных плат фактически запрещено.
Существует множество источников экологической токсичности, которые могут привести к присутствию токсичных веществ в нашей пище, воде и воздухе. Эти источники включают органические и неорганические загрязнители, пестициды и биологические агенты, все из которых могут оказывать вредное воздействие на живые организмы. Могут быть так называемые точечные источники загрязнения, например, стоки с определенного завода, но также и неточечные источники (диффузные источники), такие как резина автомобильных шин, которые содержат множество химикатов. и тяжелые металлы, которые распространяются в окружающей среде.
Полихлорированные дифенилы (ПХД) - это органические загрязнители, которые все еще присутствуют в нашей окружающей среде сегодня, несмотря на то, что они запрещены во многих странах, включая США и Канаду. Из-за стойкости ПХД в водных экосистемах многие из них содержат высокие уровни этого химического вещества. Например, было показано, что дикий лосось (Salmo salar) в Балтийском море имеет значительно более высокие уровни ПХБ, чем выращиваемый лосось, поскольку дикая рыба живет в сильно загрязненной окружающей среде.
ПХБ относятся к группе производимых человеком «органических химикатов, известных как хлорированные углеводороды». Химические и физические свойства PCS определяют количество и местонахождение хлора, и, в отличие от других химикатов, они не имеют формы идентификации. токсичность непостоянна, и поскольку ПХД обладают определенными свойствами (химическая стабильность, негорючесть), они используются в колоссальном количестве коммерческих и промышленных практик. Некоторые из них включают: «Электрическое, теплопередающее и гидравлическое оборудование, пластификаторы в красках, пластмассы и резиновые изделия и пигменты, красители и безуглеродная копировальная бумага» и другие.
Тяжелые металлы, обнаруженные в источниках пищи, таких как рыба, также могут иметь вредные последствия. Эти металлы могут включать ртуть, свинец и кадмий. Было показано, что рыба (т.е. радужная форель ) подвергается воздействию более высоких уровней кадмия и растет медленнее, чем рыба, подвергавшаяся более низким уровням или отсутствию. Более того, кадмий потенциально может изменить продуктивность и брачное поведение этих рыб. Тяжелые металлы могут влиять не только на поведение, но и на генетический состав водных организмов. В Канаде было проведено исследование генетического разнообразия дикого желтого окуня по различным градиентам концентрации тяжелых металлов в озерах, загрязненных горнодобывающими предприятиями. Исследователи хотели определить, какое влияние металлическое загрязнение оказывает на эволюционную реакцию популяций желтого окуня. Вдоль градиента генетическое разнообразие по всем локусам отрицательно коррелировало с загрязнением печени кадмием. Кроме того, наблюдалась отрицательная корреляция между загрязнением медью и генетическим разнообразием. Некоторые водные виды выработали толерантность к тяжелым металлам. В ответ на высокие концентрации тяжелых металлов вид двукрылых, Chironomus riparius, из семейства мошек, Chironomidae, эволюционировал и стал устойчивым к токсичности кадмия в водной среде. Изменения в истории жизни, повышенная экскреция Cd и устойчивый рост под воздействием Cd - свидетельство того, что Chironomus riparius проявляет генетически обусловленную толерантность к тяжелым металлам.
Наиболее известные или распространенные типы тяжелых металлов. металлы включают цинк, мышьяк, медь, свинец, никель, хром и кадмий. Все эти типы создают определенные риски для здоровья человека и окружающей среды.
Хотя определенное количество этих металлов может действительно играть важную роль, например, в поддержании определенных биохимических и физиологических «функций в живых организмах в очень низких концентрациях, однако они становятся вредными, когда превышают определенные пороговые концентрации.. " Тяжелые металлы являются огромной частью загрязнения окружающей среды, и их токсичность «становится проблемой, которая приобретает все большее значение с точки зрения экологии, эволюции, питания и окружающей среды».
Человек подвергся отравлению мышьяком через загрязненную воду Мышьяк, один из важнейших тяжелых металлов, вызывает проблемы со здоровьем у людей и окружающей среды. Он обладает «полуметаллическими свойствами, сильно токсичен и канцероген и широко доступен в форме оксидов или сульфидов или в виде солей железа, натрия, кальция, меди и т. Д.» Не только это, но и самый распространенный элемент на Земле, а его специфические неорганические формы очень опасны для живых существ (животных, растений и людей) и окружающей среды.
Воздействие мышьяка на людей заключается в том, что он может вызывать рак мочевого пузыря, кожи, легких и печени. Одна из основных областей, в которых люди подвергаются воздействию мышьяка, - это зараженная вода, которая является проблемой более чем в 30 странах мира.
Люди обычно сталкиваются с мышьяком «естественным путем, из промышленных источников или из непреднамеренных источников». Вода может быть загрязнена пестицидами, содержащими мышьяк, или просто естественными химическими веществами, содержащими мышьяк. В некоторых случаях мышьяк использовался в суицидных попытках и может привести к острому отравлению. Мышьяк «является протопластическим ядом, поскольку он поражает в первую очередь сульфгидрильную группу клеток, вызывая нарушение клеточного дыхания, клеточных ферментов и митоза».
Еще один чрезвычайно токсичный металл, свинец может и имеет известно, что он вызывает «обширное загрязнение окружающей среды и проблемы со здоровьем во многих частях мира». Внешний вид свинца - это яркий металл серебристого цвета. Некоторые источники загрязнения окружающей среды свинцом включают нанесение металлических покрытий и рыбные промыслы, почвенные отходы, заводские дымоходы, плавку руды, отходы производства жидкого теста, удобрения и пестициды и многое другое. В отличие от других металлов, таких как медь, свинец играет только физиологический аспект, а не биологические функции. В США «из выхлопных газов автомобилей выделяется более 100–200 000 тонн свинца в год», и некоторые из них могут быть занесены растениями, попадать в воду или закрепляться в почве.
Люди вступают в контакт с добычей свинца, сжиганием ископаемого топлива. При горении свинец и его соединения попадают в воздух, почву и воду. Свинец может оказывать различное воздействие на организм и влиять на центральную нервную систему. Человек, контактировавший со свинцом, может иметь острое или хроническое отравление свинцом. У тех, кто испытывает острое отравление, наблюдаются такие симптомы, как аппетит, головная боль, гипертония, боль в животе, почечная дисфункция, утомляемость, бессонница, артрит, галлюцинации и головокружение ». С другой стороны, хроническое воздействие может вызвать более серьезные симптомы, такие как« психическое состояние ». умственная отсталость, врожденные дефекты, психоз, аутизм, аллергия, дислексия, потеря веса, гиперактивность, паралич, мышечная слабость, повреждение мозга, повреждение почек и даже может привести к смерти. "
Точно так же Ядовитый, как и предыдущие тяжелые металлы, Меркурий, блестящий серебристо-белый, при нагревании может превращаться в бесцветный газ без запаха. Ртуть сильно влияет на морскую среду, и было проведено множество исследований ее воздействия на водную среду. Источники загрязнения ртутью включают «сельское хозяйство, сбросы городских сточных вод, горнодобывающую промышленность, сжигание и сброс промышленных сточных вод», все они относительно связаны с водой.
Ртуть существует в трех различных формах и все три обладают разными уровнями биодоступности и токсичности. Эти три формы включают органические соединения, металлические элементы и неорганические соли. Как указано выше, они присутствуют в водных ресурсах, таких как океаны, реки и озера. Они поглощаются микроорганизмами и проходят через «биомагнификацию, вызывающую значительное нарушение водных организмов».
Ртуть вредит морской жизни, но также может быть очень вредной для нервной системы человека. Более высокие уровни воздействия ртути могут изменить многие функции мозга. Он может «вызывать застенчивость, тремор, проблемы с памятью, раздражительность и изменения зрения или слуха».
Согласно рейтингу ATSDR, кадмий занимает 7-е место по токсичности среди тяжелых металлов.. Кадмий интересен тем, что как только он подвергается воздействию людей (на работе) или животных в их окружающей среде, он будет накапливаться в организме на протяжении всей жизни человека / животного. Хотя кадмий использовался в качестве замены олова во время Первой мировой войны и пигмента в лакокрасочной промышленности, сейчас он используется в основном в аккумуляторных батареях, табачном дыме и производстве некоторых сплавов.
По данным Агентства регистрации токсичных веществ и заболеваний, «в США более 500 000 рабочих ежегодно подвергаются воздействию токсичного кадмия». Также утверждается, что наибольшее воздействие кадмия наблюдается в Китае и Японии.
Воздействие кадмия на почки и кости огромно. Это может вызвать минерализацию костей, которая «представляет собой процесс откладывания минералов на матрице кости». Это может произойти из-за нарушения функции почек или повреждения костей.
Седьмой по распространенности элемент, хром, может появиться естественным образом при сжигании нефти и угля и выбрасывается в окружающую среду через сточные воды и удобрения. Использование хрома можно увидеть в «таких отраслях, как металлургия, гальваника, производство красок и пигментов, дубление, консервирование древесины, химическое производство и производство целлюлозы и бумаги». Отравление хромом влияет на «биологические процессы в различных растениях, таких как кукуруза, пшеница, ячмень, цветная капуста, цитрулл и овощи. Отравление хромом вызывает хлороз и некроз растений».
Пестициды являются основной источник токсичности для окружающей среды. Эти химически синтезированные агенты, как известно, сохраняются в окружающей среде долгое время после их введения. Плохая способность пестицидов к биологическому разложению может привести к биоаккумуляции химических веществ в различных организмах наряду с биомагнификацией в пищевой сети. Пестициды можно разделить на категории в зависимости от вредителей, на которые они направлены. Инсектициды используются для уничтожения сельскохозяйственных вредителей, поражающих различные фрукты и культуры. Гербициды нацелены на вредителей трав, таких как сорняки и другие нежелательные растения, которые снижают урожайность сельскохозяйственных культур.
Дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ) - это хлорорганический инсектицид, который был запрещен из-за его вредного воздействия как на людей, так и на дикую природу. Инсектицидные свойства ДДТ были впервые обнаружены в 1939 году. После этого открытия ДДТ широко использовался фермерами для уничтожения сельскохозяйственных вредителей, таких как картофельный жук, ночная бабочка и кукурузная ушатка. В 1962 году вредные последствия широкого и неконтролируемого употребления ДДТ были подробно описаны Рэйчел Карсон в ее книге «Тихая весна». Такие большие количества ДДТ и его метаболита дихлордифенилдихлорэтилен (DDE), которые были выброшены в окружающую среду, были токсичными как для животных, так и для человека.
ДДТ плохо поддается биологическому разложению, поэтому химическое вещество накапливается в почве и отложениях сточных водах. Водные системы загрязняются, и морские обитатели, такие как рыба и моллюски, накапливают ДДТ в своих тканях. Кроме того, этот эффект усиливается, когда животные, потребляющие рыбу, также потребляют химическое вещество, демонстрируя биомагнификацию в пищевой сети. Процесс биомагнификации оказывает пагубное воздействие на различные виды птиц, поскольку ДДТ и ДДЭ накапливаются в их тканях, вызывая истончение скорлупы яйца. В результате в Европе и Северной Америке наблюдается быстрое сокращение популяций птиц.
Люди, употребляющие животных или растения, загрязненные ДДТ, испытывают неблагоприятные последствия для здоровья. Различные исследования показали, что ДДТ оказывает разрушительное действие на печень, нервную систему и репродуктивную систему человека.
К 1972 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) запретило использование ДДТ в Соединенных Штатах. Несмотря на регулирование этого пестицида в Северной Америке, он все еще используется в некоторых регионах мира. Следы этого химического вещества были обнаружены в заметных количествах в притоке реки Янцзы в Китае, что позволяет предположить, что пестицид все еще используется в этом регионе.
Хотя ДДТ был запрещен в 1972 году, некоторые пестициды (а также другие химические вещества) оставались в окружающей среде. Это задержание токсичного материала привело к почти исчезновению сапсана. Высокие уровни ДДТ были обнаружены во многих областях, таких как «яйца, жир и ткани птицы». Правительство. работал с природоохранными группами, помогая им размножаться за пределами зараженной территории. Наконец, в 1999 году птицы были исключены из списка исчезающих видов в США.
Сульфурилфторид - это инсектицид, который расщепляется на фторид и сульфат при попадании в окружающую среду. Известно, что фтор отрицательно влияет на водную дикую природу. Было доказано, что повышенные уровни фтора ухудшают эффективность кормления и рост карпа (Cyprinus carpio). Воздействие фторида изменяет ионный баланс, общий уровень белка и липидов в этих рыбах, что изменяет их состав тела и нарушает различные биохимические процессы.
Цианобактерии, или сине-зеленые водоросли, являются фотосинтезирующими бактериями. Они растут во многих типах воды. Их быстрый рост («цветение») связан с высокой температурой воды, а также с эвтрофикацией (в результате обогащения минералами и питательными веществами, часто из-за стока с земли, который вызывает чрезмерный рост этих водорослей). Многие роды цианобактерий производят несколько токсинов. Цианотоксины могут быть дерматотоксичными, нейротоксичными и гепатотоксичными, хотя смерть, связанная с их воздействием, случается редко. Цианотоксины и их нетоксичные компоненты могут вызывать аллергические реакции, но это плохо изучено. Несмотря на их известную токсичность, разработка конкретного биомаркера воздействия была сложной из-за сложного механизма действия, которым обладают эти токсины.
Появление этого токсина в питьевой воде вода зависит от пары факторов. Во-первых, это уровень питьевой воды в сырой исходной воде, а во-вторых, он зависит от эффективности удаления этих токсинов из воды, когда питьевая вода фактически производится. Из-за отсутствия данных об отсутствии / наличии этих токсинов в питьевой воде очень сложно контролировать их количество в готовой воде. Это результат того, что в США нет государственных или федеральных программ, которые фактически отслеживали бы присутствие этих токсинов в установках для очистки питьевой воды.
Хотя есть данные о Эффекты этих двух токсинов ограничены, исходя из имеющихся данных, предполагается, что токсины атакуют печень и почки. Вспышка, напоминающая гепатоэнтерит, произошла на острове Палм, Австралия (1979) из-за потребления воды, содержащей «C. raciborskii, цианобактерии, которые могут продуцировать цилиндроспермопсин». В большинстве случаев (обычно с участием детей) их нужно было доставить в больницу. Последствия госпитализации включают: рвоту, повреждение почек (из-за потери воды, белка и электролитов), лихорадку, кровавую диарею и головные боли.
СМИ, связанные с экологической токсикологией на Wikimedia Commons