И токсикология окружающей среды

Тема 1. Загрязнение окружающей среды. Для характеристики влияния ядовитых веществ используется понятие «экспозиция», которая определяется как количество этого вещества во внешней среде, с которой находился в контакте организм человека. Эта величина служит количественной мерой ядовитого вещества, которое могло бы попасть в организм человека, в отличие от его фактического количества, которое проникает в организм и вызывает интоксикацию.

С токсикологической точки зрения загрязнение атмосферы можно определить как присутствие в воздухе веществ или излучений, оказывающих неблагоприятное воздействие на человека, животных или растения. Наиболее типичным путем проникновения токсичных химических веществ в организм человека являются органы дыхания и кожные покровы. Неблагоприятные эффекты загрязнения воздуха зависят от общего состояния организма, длительности экспозиции, концентрации токсического вещества и химических свойств. В таблице 1 представлены данные о ряде зарегистрированных чрезвычайных случаях сильного загрязнения (в Лондоне и долине реки Месс в Бельгии), причиной большинства из которых был смог. В результате из-за нарушений деятельности органов дыхания и сердечно-сосудистой системы погибло очень много людей.

В воздухе могут присутствовать разные типы загрязняющих веществ, к которым относятся свинец, сернистый газ, озон, окись углерода, окислы азота, мелкие частицы, бензол и другие. Особенно опасен свинец, накопление которого в организме может вызывать тяжелые поражения центральной нервной системы.

В воздухе могут содержаться частицы пыли или капельки жидкости. Мелкие частицы, например, микрочастицы древесных опилок, цемента, металлов или дыма, имеют размер меньше одного микрометра. Некоторые жидкости могут образовывать микрокапли, размером 1-2 микрометра, которые остаются во взвешенном состоянии и образуют туман – например, капельки серной кислоты. Бензол относится к ароматическим летучим органическим веществам, присутствие которых в воздухе может вызывать рак у человека. Частицы, размер которых меньше 1 микрометра образуют в воздухе аэрозоль. Неблагоприятным влиянием обладают и микрочастицы, размеры которых меньше 10 микрометров. Но особые беспокойства вызывают частицы, размеры которых меньше 2,5 микрометров. Эти мелкие частицы проникать глубоко в легкие и вызывать заболевания органов дыхания.

 

Тема 2. БЖД при излучении. Некоторые нестабильные элементы могут претерпевать процесс образования более стабильных изотопов путем самопроизвольного распада, сопровождающегося испусканием нескольких видов излучений. Ионизирующая радиация возникает при распаде ядер нестабильного элемента, который называется радиоизотопом. К природным источникам излучений относится солнечная радиация, космические лучи и излучения некоторых газов, например, радона, который выделяется из скальных пород. К антропогенным излучениям относятся рентгеновское излучение, а также излучение радиоактивных отходов и аварийных ядерных реакторов. Примерами крупных катастроф является ядерная бомбардировка Хиросимы в Японии и авария ядерного реактора в Чернобыле. Ионизирующая радиация вызывает образование таких реактивных химических частиц, как ионы, свободные радикалы и возбужденные атомы. Особенно чувствительна к действию ионизирующей радиации молекула ДНК. Так в результате катастрофы в Хиросиме наблюдались многочисленные случаи развития лейкемии и разнообразных генетических дефектов. При этом наибольшая чувствительность к ионизирующей радиации наблюдается у клеток, для которых характерна высокая скорость пролиферации.

Пути проникновения в организм. Для более правильного прогноза влияния ядовитых веществ, присутствующих в окружающей среде на здоровье человека, необходимо оценить, какое их количество попало в организм и какое количество достигло определенных органов и тканей. Как упоминалось уже выше, главными путями проникновения являются кожные покровы, органы дыхания и желудочно-кишечный тракт. Несмотря на это в токсикологических экспериментах на животных используются и другие пути введения подобных веществ: внутривенный, внутрибрюшинный, подкожный и внутримышечный.

Кожа. Кожа постоянно подвергается действию таких ядовитых веществ окружающей среды, как газы, растворители и многие растворимые вещества. Поэтому способность кожи к абсорбции веществ извне создает возможность их проникновения в организм. Интересно, что, несмотря на абсорбционную способность кожи, ее поверхность служит весьма эффективным барьером по отношению ко многим химическим веществам. Это становится возможным благодаря наружному слою мертвых клеток и внешнему слою клеток эпидермиса, который имеет кератиновую оболочку. Кроме того, эпидермальный слой кожи имеет не слишком развитое кровоснабжение. Напротив, внутренний слой кожи (дерма) проницаем для многих веществ и имеет хорошо развитую сеть кровеносных сосудов.

Главным фактором, обеспечивающим проникновение веществ через кожу, является степень их растворимости в липидах (липофильность). Растворимость в липидах обычно выражается с помощью коэффициента распределения вещества, который равен отношению их растворимости в органических растворителях (например, октоноле и хлороформе) к растворимости в воде. Это отношение служит показателем отношения растворимости вещества в липидах, то есть, его липофильности (его растворимости в воде) и может использоваться для характеристики способности данного химического вещества проникать через многие типы биологических мембран. Так через кожу легко проникают фенолы, тетрахлорметан, тетраэтилсвинец и фосфороорганические пестициды, например, парадион.

Известны случаи, когда липофильные фосфороорганические вещества, попавшие на кожу работников промышленных и сельскохозяйственных предприятий, были причиной их смерти.

Органы дыхания. Органы дыхания являются одним из основных путей проникновения в организм ядовитых веществ, присутствующих в воздухе, особенно на рабочем месте. В воздухе промышленных предприятий могут находиться окись углерода, пары растворителей, аэрозоли и даже мелкие частицы пыли, например, асбест. Большие группы населения подвергаются действию выбросов некоторых токсичных газов (сернистого газа или окислов азота), пылевых частиц (асбест), паров растворителей и аэрозолей как в жилых помещениях так и на открытых пространствах.

Дыхательная система состоит из нескольких областей: носоглотки, зоны трахеи, бронхов, а также зоны легочных альвеол. Площадь поверхности легких человека достаточно велика (50-100 метров в квадрате), что приблизительно в 50 раз больше площади кожи. В легких присутствует множество капилляров, способных осуществлять быстрый газообмен кислорода и углекислого газа, а так же поглощать другие газообразные вещества. В альвеолах хорошо поглощаются небольшие порции жирорастворимых ядовитых веществ, например, растворителей. Частицы размером 3-5 микрометров обычно оседают в носоглотке, а частицы размером около 2 микрометров в трахее и бронхах. Большинство этих частиц перемещается реснитчатым эпителием обратно в носоглотку, где они могут заглатываться и попадать в желудочно-кишечный тракт. Но очень мелкие частицы, размером около 1 микрометра поглощаются в альвеолярной области.

Желудочно-кишечный тракт. Через желудочно-кишечный тракт в организм попадают многие ядовитые вещества, особенно содержащиеся в пище и воде. Известно также, что этот путь проникновения характерен и для ряда ядовитых веществ, которые первоначально попадают в бронхи, но возвращаются в носоглотку, благодаря движению ресничек слизистого слоя бронхов. Липофильные вещества хорошо всасываются на всем протяжении желудочно-кишечного тракта. Многие вещества являются слабыми кислотами или щелочами и поэтому могут существовать как в поляризованном (ионизированном), так и в неполяризованном (неионизированном) состоянии. В желудке, где водородные показатели (PH) равен примерно 2, происходит преимущественно абсорбция слабых кислот, поскольку кислоты в кислой среде существуют в неполяризованном состоянии.

Напротив, в тонком кишечнике РН составляет примерно 6, поэтому здесь слабые кислоты существуют в ионизированной форме, которая характеризуется меньшей растворимостью в липидах. Обратная ситуация имеется в отношении слабых щелочей. Степень ионизации вещества может быть рассчитана на основании некоторых уравнений. Кроме того, разбавленные кислоты могут всасываться и в тонком кишечнике. Абсорбция многих веществ слизистой оболочкой желудочно-кишечного тракта способствует его большая площадь, создаваемая многочисленными микроворсинками, которые имеют хорошее кровоснабжение.

Существует также ряд других факторов, которые могут влиять на токсичность или абсорбцию химического вещества в желудочно-кишечном тракте, к числу которых относится наличие пищи, кислоты, желудочных ферментов и бактерий. Присутствие пищи замедляет эвакуаторную функцию желудка и, следовательно, задерживает поступление химических веществ в тонкий кишечник. С другой стороны, жир, содержащийся в пище, может облегчить абсорбцию жирорастворимых веществ. Некоторые химические вещества, например, соединения змеиного яда, могут разрушаться и инактивироваться в желудке в результате гидролиза в кислой среде. И наоборот, присутствие в желудочно-кишечном тракте бактерий может способствовать превращению некоторых веществ в их активные и более токсичные метаболиты.

Вещества, поглощенные в желудочно-кишечном тракте, попадают в портальный круг кровообращения или в лимфатическую систему. При попадании в портальный круг кровообращения, вещества достигают печени, и некоторые из них выделяются впоследствии с желчью. В этом случае может возникать порочный круг так называемой «энтерогепатической циркуляции», при которой вещества поступают из кишечника к печени, а затем в составе желчи вновь попадают в кишечник. Примерами являются ядохимикаты ДДТ, который превращается в ДДД, который, как показывают эксперименты на животных, выделяется с желчью.

Тема 3. Ядовитые химические вещества и окружающая среда. В окружающей нас среде существует много типов химических веществ. Некоторые химические соединения, включая металлы (например, хром), в определенных количествах необходимы для нормального функционирования нашего организма. Некоторые другие химические вещества являются, безусловно, токсичными и вызывают разнообразные расстройства, как, например, канцерогены. Существуют также вещества, содержание которых должно находиться в определенных пределах. Примером может служить кальций. Как недостаток (гипокальциемия), так и избыток (гиперкальциемия) его содержания в организме оказывается вредным для здоровья. Зависимость доза-эффект для этих веществ имеет форму U-образной или обратной U-образной кривой, которая носит название хорметической кривой.

При хорметической зависимости эффекта от дозы, появляющейся в определенном диапазоне доз, физиологический эффект утрачивается при дальнейшем увеличении дозы. Подобная зависимость характерна для многих химических и физических агентов, включая излучения и такие токсичные вещества, как металлы. Учет закономерностей хормезиса имеет большое значение для экологической токсикологии и экологических прогнозов. Другим важным параметром является продолжительность действия ядовитых веществ, в зависимости от которых может наблюдаться острая или хроническая интоксикация. Многие вещества, присутствующие в окружающей среде, обладают способностью оказывать продолжительное воздействие на здоровье людей, проявления которого могут значительно отличаться от симптомов их кратковременного воздействия.

К категории «острой токсичности» относятся неблагоприятные токсичные эффекты, возникающие после однократного применения вещества или после их многократного применения в течение короткого промежутка времени. Период развития токсических эффектов данного типа составляет от нескольких минут до двух недель. Эти эффекты наблюдаются в течение непродолжительного времени, хотя их интенсивность бывает обычно больше, чем при хроническом введении. К категории хронической токсичности относятся неблагоприятные и токсичные эффекты, вызываемые многократным действием небольших доз токсичного вещества, которое обычно возникает в течение продолжительного периода времени. Одним из последствий хронического действия токсичных веществ может являться, например, канцерогенез.

 

Тема 4. Отравляющие вещества биологического происхождения. От сибирской язвы страдают, прежде всего, травоядные животные, хотя она может поражать всех млекопитающих, включая людей. Это заболевание известно очень давно. Оно способно наносить большой ущерб сельскому хозяйству и вызывает тяжелые заболевания у человека. С древнейших времен и до эры антибиотиков и вакцин 20 в. это заболевание являлось одним из наиболее опасных инфекционных заболеваний животных и человека, которое способно вызывать массовую гибель крупного и мелкого рогатого скота, лошадей и свиней. Особенно высокая смертность наблюдается среди травоядных животных. Иногда сибирской язвой могли заражаться и люди, которые находились в контакте с инфицированными животными или изготовленными из них продуктами.

Легочная форма сибирской язвы возникает при вдыхании спор возбудителей заболевания, небольшая часть которых поглощается фагоцитами и транспортируется в лимфатические узлы, где споры прорастают и начинают делиться. Это приводит к общей резкой интоксикации и смерти. Заболевание характеризуется стремительным течением и начинается с появления симптомов респираторной инфекции: озноба и недомогания. В течение нескольких часов развиваются признаки острого отравления, которые сопровождаются одышкой, цианозом и высокой температурой. В течение 2-3 дней обычно развивается спленомегалия – острая сосудистая недостаточность, и наступает смерть. Легочная форма сибирской язвы обычно смертельна. Сибирская язва не передается от человека к человеку.

Вирусными заболеваниями страдают очень многие организмы – от микроорганизмов и растений до животных, включая человека. Вирусы могут оказывать прямое и опосредованное влияние на организм человека. К вирусам, действующим непосредственно на организм человека, относятся возбудители оспы, кори, краснухи, свинки, опоясывающего лишая, ветряной оспы, гепатита – А, B, С и D. Многие биогенные факторы, подобные физическим и химическим факторам окружающей среды, могут выступать в качестве промоутеров канцерогенезов. Это относится и к ДНК вируса, который вызывает вирусный гепатит-В. При этом заболевании резко увеличивается риск цирроза и рака печени, особенно при хроническом гепатите. Показано, что как минимум, два типа вируса связаны с возникновением рака у человека. Считается, что некоторые ДНК-вируса, размером 5-200 кб, ответственны за возникновение некоторых видов рака у человека. Примером могут служить вирус Эпштейн-Барра, герпеса-2, папилломы и гепатита-В.

 

Тема 5. БЖД и проблема отходов. Термин «вредные отходы» часто используется для определения побочных продуктов домашней, промышленной, коммерческой и медицинской деятельности. Быстрое развитие и усовершенствование различных промышленных технологий, изделий и методов может увеличить образование вредных отходов.

Самые вредные отходы вырабатываются при производстве продуктов потребления и дальнейшего промышленного применения. Источниками вредных отходов является промышленность, учреждения, научно-исследовательские лаборатории, предприятия по добыче и переработке полезных ископаемых, сельские хозяйства и естественная окружающая среда. Все источники, вырабатывающие жидкие, твердые или газообразные отходы, соответствующие вышеприведенному определению, могут рассматриваться как источник вредных отходов. Основные источники – это сельскохозяйственные земли и агропромышленность, домашние хозяйства, разработки полезных ископаемых, медицинские учреждения, общественные предприятия, коммерческие предприятия, индустрия, свалки твердых отходов, исторически загрязненные участки, строительные материалы.

Тема 6. Продовольственная безопасность. Концепция продовольственной безопасности наилучшим образом описывается 5 критериями.

1. Продовольственная система, обеспечивающая безопасность своим участникам, должна быть в состоянии производить, хранить, импортировать или иным образом приобретать достаточное количество продуктов питания, чтобы удовлетворить потребности всех своих членов в любое время.

2. Она должна обеспечить максимальную самостоятельность и самоопределение (не подразумевая автаркию), таким образом снижая уязвимость в условиях постоянно меняющегося риска и других социально-политических воздействий.

3. Она должна быть надежной, чтобы влияние сезонных, циклических и других изменений в доступе к продуктам питания было минимальным.

4. Безопасная продовольственная система должна быть справедливой, что, по крайней мере означает гарантированный доступ к полноценному продовольствию для всех граждан и групп населения сегодня и в будущем.

5. Безопасная продовольственная система должна быть устойчивой в социальном и экологическом отношении, чтобы экологические системы, от которых зависит все общество и производство продуктов питания, были защищены и со временем улучшены.

 

Раздел 5. ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ

БЕЗОПАСНОСТЬЮ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

 

Тема 1. Государственная политика защиты окружающей среды. Для защиты среды обитания в каждой стране разрабатывается природоохранное законодательство, в котором присутствует раздел «международного права» и правовой охраны природы внутри государства, содержащий юридические основы сохранения природных ресурсов и среды существования жизни. Организация объединенных наций (ООН) в декларации Конференции по окружающей среде и развитию (г. Рио-де-Жанейро, июнь 1992 г.) юридически закрепила два основных принципа правового подхода к охране природы.

1. Государству следует ввести эффективное законодательство в области охраны окружающей среды. Нормы, связанные с охраной окружающей среды, выдвигаемые задачи и приоритеты должны отражать реальную ситуацию в этой области.

2. Государство должно разработать национальное законодательство, касающееся ответственности за загрязнение окружающей среды и нанесения другого экологического ущерба, компенсации тем, кто пострадал от этого.

Экологическое законодательство. Органы управления, надзора и контроля окружающей среды. Качество и мониторинг окружающей среды.

 

Тема 2. Правовое обеспечение безопасной жизнедеятельности на производстве. Законодательство по охране труда. Государственный надзор и общественный контроль соблюдениязаконодательства по охране труда. Организация и управление пожарной безопасностью. Международное сотрудничество в области безопасности жизнедеятельности и охраны окружающей среды.

 

Образовательные технологии

Учебный процесс происходит с использованием разнообразных методов организации и осуществления учебно-познавательной деятельности (словесные, наглядные и практические методы передачи информации, проблемные лекции и др.); стимулирования и мотивации учебно-познавательной деятельности (дискуссии и др.); контроля и самоконтроля (письменного опроса, итогового тестирования). Широко (более 20% аудиторных занятий) используются активные и интерактивные формы проведения занятий: лекции в форме презентации с использованием мультимедийного оборудования, тестирование. Методическое обеспечение интерактивных форм проведения занятий находится в составе учебно-методического комплекса дисциплины на кафедре.

 

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

Самостоятельная работа студентов реализуется в разных видах. К самостоятельной работе студента относится подготовка к зачёту. Вопросы к зачёту приведены также в разделе 7. Обязательным является подготовка реферата по современной проблеме.