Активна життєдіяльність людського суспільства викликає багатосторонні зміни в навколишньому середовищі. До розвитку промислової цивілізації, до початку XIX століття, забруднення були сильно обмежені за своєю природою, кількості і поширенню. Зараз до старих проблем додалися нові - хімічні неприродні з'єднання, до яких біологічні системи адаптуватися не можуть. За останні роки (20-30 років) синтезовано більше 4 млн нових хімічних сполук. Щорічно проводиться близько 30 тис. Видів нових хімічних сполук-ксенобіотиків. Виникла необхідність їх оцінки з точки зору небезпеки для живих організмів, популяцій організмів і біоценозів. Екологічна токсикологія - нова галузь науки про навколишнє середовище - виникла на етапі усвідомлення людиною необхідності формування знань про коливання та зміни стану середовища його проживання під впливом величезного числа чужих природі речовин.

Дисципліна «Екологічна токсикологія» є однією зі складових загально підготовки студентів-екологів, оскільки майбутній фахівець повинен вільно розбиратися в питаннях оцінки та всебічного аналізу впливів на об'єкти навколишнього середовища і реакціях окремих природних середовищ на ці дії.

Основна мета курсу - закласти у студентів основи знань про джерела надходження шкідливих речовин в навколишнє середовище, їх поширення, дії на живі організми і системи надорганізменного рангу.

При складанні даного курсу лекцій автором за основу окремих тем взяті глави з підручників і монографій С.А. Куценко, В.С. Безеля з співавт., С.С. Юфіта, Ю.Є. -Саєти, Ф. Корте з співавт., Д.С. Орлова з співавт., С.А. Патина, В.М. Питулько з співавт., В. Ейхлера, Н.А. Черних, С.Н. Сидоренко.

При складанні тим 2, 4, 5, 6 були використані ресурси Інтернету (включені в список літератури).

Дія речовин, що приводить до порушення функцій біологічних систем, називається токсичною дією. В основі токсичної дії лежить взаємодія речовини з біологічним об'єктом на молекулярному рівні. Хімізм взаємодії токсиканти і біологічного об'єкта на молекулярному рівні називається механізмом токсичної дії.

Наслідком токсичної дії речовин на біологічні системи є розвиток токсичного процесу (формування і розвиток реакцій біосистеми на дію токсиканту, що призводять до її пошкодження, тобто порушення її функцій, життєздатності або загибелі).

Становлення токсикології в нашій країні пов'язано з роботами фізіолога Івана Сергійовича Цитович. Визнані лідери промислової токсикології - Миколо Сергійовичу Правдин і Микола Васильович Лазарєв.

Початок розвитку нової гілки науки - екотоксикології, поклала книга Рашель Карсон «Мовчазна весна», що вийшла в 1962 році, в якій автор описує випадки масової загибелі птахів і риб від безконтрольного використання пестицидів. Карсон зробила висновок, що виявляються ефекти полютантів на дику природу віщують насувається лихо і для людини. Ця книга привернула загальну увагу. З'явилися товариства захисту навколишнього середовища, урядові законодавчі акти, які регламентують викиди ксенобіотиків.

У самостійну науку токсикологію (ecotoxicology) виділив Рене Траут, який вперше, в 1969 році, зв'язав воєдино два абсолютно різних предмета: екологію і токсикологію. Насправді ця область знань включає в себе, крім зазначених, елементи і інших природних наук, таких як хімія, біохімія, фізіологія, популяційна генетика та ін.

Термін «екологічна токсикологія» (екотоксикологія) з'явився у вітчизняній і зарубіжній літературі в 1973 році як напрям профілактичної токсикології, яке займається вивченням пристосування (адаптації) живого до змін хімічного складу середовища її проживання в умовах цілісного ансамблю абіотичних, біотичних і соціальних факторів.

Пізніше це визначення було уточнено на конференції СКОПА (Міжнародний науковий комітет з проблем навколишнього середовища) в 1978 р

У міру розвитку саме поняття «екотоксикологія» зазнало певної еволюції. У 1978 році Батлер (По: С.А. Куценко, 2002) розглядав токсикологію як науку, що вивчає токсичні ефекти хімічних агентів на живі організми, особливо на рівні популяцій і співтовариств, в межах певних екосистем. Левін та ін. В 1989 р визначили її як науку, що прогнозує вплив хімічних речовин на екосистеми. У 1994 році В. і Т. Форбси дали наступне визначення екотоксикології: «Галузь знань, яка підсумовує екологічні і токсикологічні ефекти хімічних полютантів на популяції, спільноти і екосистеми, простежуючи долю (транспорт, трансформацію і видалення) таких полютантів у навколишньому середовищі» (По : С.А. Куценко, 2002).

В даний час під екологічної токсикологією розуміється міждисциплінарний науковий напрямок, пов'язаний з токсичним впливом на живі організми, переважно на популяції організмів, і біоценози, що входять до складу екосистем. Вона вивчає джерела надходження шкідливих речовин в навколишнє середовище, їх поширення в навколишньому середовищі, дію на живі організми. Людина, безсумнівно, є найвищою сходинкою в ряду біологічних мішеней.

Пізніше в рамках екотоксикології стали виділяти в якості самостійного напрямку один з її розділів, що отримав назву «токсикологія навколишнього середовища» (environmental toxicology).

Сформувалася тенденція використовувати термін «екотоксикологія» тільки для позначення суми знань, що стосуються ефектів хімікатів на екосистеми, виключаючи людини. Так, по Уолкеру і ін. (1996) екотоксикологія - вчення про шкідливі ефекти хімікатів на екосистеми (По: С.А. Куценко, 2002). Усуваючи з кола розглянутих Екотоксикологія об'єктів людини, це визначення детермінує відмінність між Екотоксикологія і токсикологією навколишнього середовища, визначає предмет вивчення останньої. Термін «токсикологія навколишнього середовища» пропонується використовувати тільки для досліджень прямої дії «забруднювачів» навколишнього середовища на людину.

У процесі вивчення ефектів хімічних речовин, присутніх в навколишньому середовищі, на людину і людські спільноти, токсикологія навколишнього середовища оперує вже усталеними категоріями і поняттями класичної токсикології та застосовує, як правило, її традиційну експериментальну, клінічну, епідеміологічну методологію. Об'єктом досліджень при цьому є механізми, динаміка розвитку, прояви несприятливих ефектів дії токсикантів та продуктів їх перетворення в навколишньому середовищі на людину.

Методологічні відмінності між Екотоксикологія і токсикологією навколишнього середовища повністю стираються, коли перед дослідником ставляться завдання оцінити опосередковане дію забруднювачів на людські популяції (наприклад обумовлене токсичної модифікацією біоти), або, навпаки, з'ясувати механізми дії хімікатів, що знаходяться в середовищі, на представників того чи іншого окремого виду живих істот. У зв'язку з цим, з теоретичних позицій, «токсикологія навколишнього середовища» як наука є лише приватною проблемою «екотоксикології», при цьому методологія, понятійний апарат і структура наук - єдині.

За С.А. Куценко (2002), змістом дисципліни «Екотоксикологія» є вчення про екотоксичність, а основними розглянутими питаннями: характеристика ксенобіотіческого профілю середовища проживання, проблеми екотоксікокінетікі, екотоксікодінамікі, екотоксікометріі.

В.С. Безель з співавторами (1994) зазначає, що екотоксикологічні дослідження спрямовані на вивчення біологічних систем надорганізменного рівня, схильних до техногенного забруднення. Тоді природно, що теоретичною основою екотоксикології служать фундаментальні закономірності функціонування і структури природних систем популяції і біоценотичного рангу, активно розробляються сучасної теоретичної екологією. Найважливіше значення має загальна концепція стійкості і стабільності екологічних систем.

Як відзначають Ф. Корте і ін. (1997), до найважливіших завдань екотоксикології відносяться:

1) виявлення ступеня шкідливого впливу (в якісному і кількісному відношенні) і розробка «лікувальних заходів»;

2) виявлення змін видового складу і функцій екосистеми.

У першому випадку наслідки можуть проявлятися як в кількісному, так і в якісному відношенні. Дослідження коливань видового складу, а також взаємозв'язків видів на одному трофічні рівні мають переважно якісний характер. Для екотоксикології особливо важливий фактор зниження різноманітності видів (диверсифікація), так як зменшення числа видів може спричинити за собою зникнення дотеперішніх організмів-індикаторів. Якщо проводяться епідеміологічні дослідження, то випадання або зниження чисельності провідних видів організмів вимагає проведення аналізу тенденцій розвитку біологічних спільнот. Такі дослідження є ще одним завданням екотоксикології, вони можуть сприяти виявленню ступеня ризику і запобігання небезпечних явищ.

Таке ж важливе значення, як і структурно-видові зміни, мають функціональні порушення в екосистемі. Тут мова йде про контрольні кількісних параметрах зростання організмів і обміну речовин.

Якщо під Екотоксикологія розуміти один із напрямів дослідження екосистем, то її найважливішими частинами повинні бути проблеми збереження (при роботі з непошкодженими екосистемами) і відновлення (для вже постраждали систем). Обидві ці цілі можуть бути досягнуті лише на шляху функціонального моделювання. Однак у зв'язку з тим, що немає ніякої універсальної моделі, розробка таких моделей, а також створення лабораторних і математичних моделей або подібні дослідження в природних умовах проводять виходячи з поставленої мети для вирішення якої-небудь конкретної проблеми.

Вважається, що за видовим складом легше піддаються вивченню аграрні системи, ніж природні або близькі до природних екосистеми. Однак тут потрібні досить дорогі дослідження для кількісної оцінки екотоксикологічних впливу агрохімічних препаратів.

На думку Ф. Корте і ін. (1997), слід відмовитися від застосування терміна екотоксичність, оскільки він передбачає точне і однозначне вплив речовини на природу. Насправді це неможливо з огляду на складну структуру і шляхів взаємодії хімічної речовини з природними об'єктами (індивідуальне, сумарне, синергічну, антагоністичну дії). Навіть саме поняття «екотоксикологія» має деяку невизначеність, оскільки воно з'явилося у вигляді кальки з англійської ecotoxicology.

Труднощі становлення екологічної токсикології в якості самостійного напрямку пов'язані сьогодні з відсутністю досить суворої теоретичної основи, яка об'єднує накопичується польовий і експериментальний матеріал і яка пояснювала б його. Неоднозначність вихідних даних, одержуваних в різних природних умовах і при різних впливах, відсутність зрозумілої зв'язку між натурними спостереженнями і експериментом, відірваність теоретичних положень від конкретного їх застосування до вирішення практичних завдань - все це ознаки новизни наукового напрямку, його перших кроків.

В кінці XX століття обсяг викидів забруднюючих речовин антропогенного походження став порівняємо з масштабами природних процесів міграції та акумуляції різних з'єднань.

Різко загострилися проблеми, безпосередньо пов'язані з хімічним забрудненням біосфери, що нерідко призводять до гострих токсікоекологіческім ситуацій. Це викликало розширення та інтенсифікацію різних досліджень, що стосуються масштабів і темпів забруднення навколишнього середовища, пошук ефективних прийомів охорони атмосферного повітря, природних вод, грунтового і рослинного покриву, які засновані на зниженні потоків хімічних забруднюючих речовин, що надходять в біосферу з викидами промисловості, транспорту, побутовими відходами, а також обмеження або повне усунення токсичної дії різних речовин і з'єднань техногенного походження на рослинний і тваринний світ, запобігання їх негативного впливу на здоров'я людини.

За оцінкою Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ), з більш ніж 6 млн відомих хімічних сполук практично використовується до 500 тис. Сполук; з них близько 40 тис. мають шкідливими для людини властивостями, а 12 тис. є токсичними.

У біогеохімічні цикли тепер включається великий перелік синтетичних сполук, невідомих для цілинних природних середовищ. До них, зокрема, відноситься велика група речовин, що об'єднуються загальним терміном «пестициди», феноли та їх похідні, фреони, діоксини.

Характер і ступінь впливу хімічних забруднюючих речовин на загальну екологічну обстановку, окремі біогеоценози і компоненти біосфери неоднакові в різних природних зонах і навіть по відношенню до окремих видів тварин і рослин. Внаслідок цього поряд із загальними та закономірно зумовленими проявами небезпечних токсико-екологічних ситуацій нерідко виникають приватні і локальні порушення природного середовища.

Природні екосистеми ма ють здатність протістояті як коливання Звичайно природних факторів, так и змін умов Існування під Вплив антропогенних вплівів. Тому при раціональній организации охорони природи істотне значення набуваються властівостей, что дозволяють віявіті неспріятліві або потенційно небезпечні Зміни середовища на самих ранніх стадіях. Відповідно необхідні та ефективні методи раннього виявлення тих чи інших змін.

Будь-яке перетворення навколишнього середовища в результаті діяльності людини може бути названо антропогенним. Антропогенний вплив, що приводить до зміни хімічного складу одного або декількох природних компонентів довкілля, є геохімічним, оскільки неминуче з тією чи іншою швидкістю і інтенсивністю включає ця зміна у взаємодіють один з одним природні системи.

З класичних геохімічних позицій зміна хімічних властивостей навколишнього середовища, не пов'язане з природними процесами, є забрудненням. При використанні цього терміна найчастіше вкладається медико-біологічний сенс, коли забруднення розглядається з точки зору здоров'я людини. В цьому випадку під забрудненням увазі будь-які зміни повітря, вод, грунтів і харчових продуктів, які надають небажаний вплив на здоров'я, виживання або діяльність людини. Більш точним і справедливим буде поширити цю заборону, і на інші форми життя.

Тяжкість впливу забруднюючих речовин визначають три фактори. Перший - їх хімічна природа, тобто наскільки вони активні і шкідливі для людини, рослин і тварин. Другий - концентрація, тобто зміст на одиницю об'єму або маси повітря, води або ґрунту. Третій фактор - стійкість, тобто тривалість існування в повітрі, воді та грунті.

За масштабами забруднення поділяються на локальні (навколо промислових підприємств, тваринницьких комплексів, нафтобаз тощо.), Регіональні (в межах області, басейну регіону, республіки, держави), космічні (в космічному просторі - наприклад відпрацьовані ступені літальних апаратів та ін.).

Джерела забруднення поділяються за характером надходження забруднюючих речовин в навколишнє середовище - локальні, точкові, площинні і лінійні (неточечних). Всі промислові джерела викидів і стоків точкові. Неточечних джерела пов'язані з сільським господарством, хімізацією, поверхневим стоком з забруднених територій і т.д.

При оцінці впливу забруднень на природне середовище необхідно розрізняти пряме (первинне) і опосередковане (вторинне вплив. Наприклад, прямий вплив викидів металургійного або хімічного комбінату викликає первинний ефект загибелі рослинності навколо міста. Слідом за цим неминуче розвиваються вторинні процеси ерозії і дефляції оголеною поверхні ґрунтів аж до повного руйнування ґрунтового покриву (опосередкований вплив).

За характером освіти забруднення поділяються на природні та антропогенні. Природне забруднення викликається природними причинами, без впливу людини або в результаті його віддаленого непрямого впливу на природу. Природне забруднення в більш вузькому понятті називається природним, якщо відбувається без будь-якого впливу людини на природні процеси; як правило, це катастрофічні процеси - потужне виверження вулкана, селевий потік і т.п.

Сюди ж слід віднести геохимическое забруднення, яке виникло в процесі освіти і розвитку нашої планети. Воно може бути як позитивним, так і негативним. У першому випадку в даній місцевості є надлишок якогось елементу, а в другому - нестача.

За бруднення, що виникають в результаті господарської діяльності людини, називають антропогенними. Їх поділяють на промислові (викликаються окремо взятим підприємством або всією галуззю промисловості), сільськогосподарські (виникають при внесенні добрив, використання отрутохімікатів, скиданні відходів тваринництва та інших діях, пов'язаних із сільськогосподарським виробництвом), військові (виникають в результаті роботи військової промисловості, військових випробувань і військових дій, сюди можна віднести затоплення хімічних боєприпасів і вибухових речовин, наслідки знищення хімічної зброї та наслідки військових дій).

За своєю природою всі забруднення діляться на фізичні, фізико-хімічні, хімічні, біологічні та механічні.

Фізичне забруднення пов'язане зі зміною фізичних факторів середовища: температури - потепління; хвильових параметрів - світлове, шумове, електромагнітне забруднення; радіаційних параметрів - радіаційне, радіоактивне забруднення.

Єдиною формою фізико-хімічного забруднення є аерозольна забруднення, тобто забруднення повітря мелкодісперснимі рідкими і твердими речовинами; прикладом такої форми забруднення є промисловий зміг або просто дим.

Проникнення в навколишнє середовище хімічних речовин, відсутніх в цьому середовищі раніше або змінюють природну концентрацію до рівня, що перевищує звичайну норму, відносять до хімічного забруднення. Сюди входить забруднення важкими металами, пестицидами, окремими простими або складними хімічними речовинами.

Біологічне забруднення пов'язане з внесенням в навколишнє середовище і розмноженням в ній небажаних для людини організмів, а також з проникненням або внесенням в природні екосистеми чужих даними співтовариствам і зазвичай там відсутніх видів організмів.

Біологічне забруднення може бути свідомим (інтродукція рослин і тварин, застосування біологічної зброї), випадковим (занос бур'янів і шкідливих комах з імпортованої продукцією або завозиться з інших регіонів: колорадський жук, амброзія багаторічна та ін.). Забруднення навколишнього середовища мікроорганізмами є мікробіологічної формою біологічного забруднення, а забруднення біогенними речовинами (виділення, мертві тіла і т.п.) - біотичної формою.

Засмічення середовища агентами, що надають несприятливий механічний вплив без фізико-хімічних наслідків (наприклад сміттям), називають механічним забрудненням. Таке виділення кілька умовно, так як фактично засмічення завжди супроводжується негативними фізико-хімічними ефектами.