Пути миграции чужеродных веществ в организме

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

1. БИОХИМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ……………………………………………….
2. МИГРАЦИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ…………………….
3. ПОСТУПЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

В ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА ………………………………………………..

4. КСЕНОБИОТИКИ …………………………………………………………..

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

         Вмешательство человека в окружающую природную среду привело к ухудшению его здоровья как биологического вида, огромный ущерб нанесен состоянию компонентов всех природных экосистем. Загрязнение всех сред - атмосферного воздуха, воды, почвы - нарушает природные механизмы стабилизации. Основными путями миграции токсичных, радиоактивных и других веществ, опасных для человека, животных и растений, являются:

1) перенос воздушными  течениями;

2) распространение по  водным объектам, в том числе  проникновение в подземные воды, с последующим попаданием в  воды Мирового океана;

3) движение по трофическим  цепям - ряду видов или их групп, каждое предыдущее звено в  которых служит пищей для следующего.

         В организм человека, как и другие живые организмы, радиоактивные и химические загрязнения проникают через дыхательные пути и желудочно-кишечный тракт с потребляемой пищей и водой. В ходе метаболизма загрязняющие вещества превращаются в неопасные продукты, выводимые затем из организма через выделительную систему. Ксенобиотики не перерабатываются ферментными системами организмов. Значительная часть канцерогенных веществ превращается в еще более опасные и токсичные вещества, чем до поступления в организм.

 

 

 

 

 

 

 

 

1 БИОХИМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ

 

 

 

Непрерывный биогенный круговорот химических элементов в биосфере     включает три экологические категории живых организмов:

1) продуценты – синтезируют органические вещества из неорганических соединений с использованием внешнего источника энергии – Солнца;

2) консументы – потребляют органические вещества растительного происхождения;

3) редуценты – разлагают мертвые органические остатки до неорганических составляющих.

Звенья биогеохимического цикла миграции химических элементов приведены на рис. 4. В начале цикла продуценты (зеленые растения) усваивают из почвенного раствора и атмосферного воздуха необходимые для их развития биогенные химические элементы. Под воздействием солнечного излучения при участии хлорофилла они осуществляют первичную биологическую продукцию растительных белков, углеводов, жиров и выделяют кислород.

 

 

 

 

Рис. 4. Биогеохимический цикл миграции химических элементов в биосфере

 

 

В последующем химические соединения растительного происхождения в виде зеленой растительной массы потребляются консументами  
1-го порядка (травоядными животными), которые в процессе обмена веществ, происходящем в их организмах с участием атмосферного кислорода, трансформируют органические вещества растительного происхождения во вторичную биологическую продукцию в виде животных белков, углеводов, жиров и других биогенных соединений. Травоядные животные служат пищей для консументов 2-го порядка – хищников. В конце цикла круговорота веществ редуценты (микроорганизмы-деструкторы), используя в качестве пищи погибшие растения, экскременты животных и их трупы, осуществляют минерализацию органических соединений, возвращая в среду обитания (в почву) жизненно необходимые химические элементы.

Минерализуются и поступают в почву и токсичные химические элементы, которые накапливались в живых организмах в процессе их жизнедеятельности в загрязненной среде обитания. Одновременно консументы и редуценты в процессе своего развития потребляют кислород и выделяют в атмосферу диоксид углерода.

Экологическая опасность химического элемента и его соединений определяется, с одной стороны, токсическим действием на живые организмы, а с другой – физико-химическими свойствами, от которых зависит способность элемента к миграции в природных средах и живом организме. Из соединений с одинаковым уровнем токсического воздействия наибольшую экологическую опасность представляют вещества, отличающиеся наибольшей миграционной способностью в природных средах и живых организмах, в том числе в организме человека.

В атмосфере загрязняющие вещества находятся в газообразном, парообразном состоянии и в виде аэрозолей переносятся воздушными потоками. В атмосфере же происходит их окисление кислородом воздуха (например: 2SO2 + О2 = 2SO3) с последующим образованием кислот путем растворения оксидов в атмосферной влаге (например: SO3 + Н2О = H2SO4). Эти процессы, как отмечалось в предыдущем разделе, являются причиной выпадения «кислотных дождей».

Миграция аэрозолей зависит от степени дисперсности твердых частиц загрязняющего вещества: чем выше степень дисперсности, тем на большие расстояния от источника поступления переносятся загрязнения. Перенос загрязнений в виде аэрозолей сопровождается их седиментацией (осаждением) под действием гравитационных сил.

Загрязняющие вещества при попадании в водные природные среды подвергаются реакциям окисления – восстановления, гидролиза, гидратации и комплексообразования, что отражается на их способности к миграции и последующему проникновению во внутреннюю среду живого организма.

Загрязнения после их попадания в водоемы и почву переносятся реками, грунтовыми водами и почвенными растворами. Атмосферный воздух и природная вода – основные среды миграции антропогенных загрязнений.

Кислотность природных вод. Основное влияние на состояние и перенос загрязнений в природных водах оказывает кислотность водной среды рН. Большинство ионов металлов (Сu2+, Cr3+, Pb2+, Cd2+, Hg2+ и др.) при рН > 6 осаждаются в виде плохо растворимых гидроксидов, карбонатов, сульфидов и концентрируются в донных отложениях. При подкислении природных вод за счет выпадения «кислотных дождей», сброса сточных вод, содержащих кислоты, происходит обратный процесс – металлы в виде катионов переходят в растворимое состояние. Поэтому кислотные дожди оказывают негативное влияние не только на почвенно-растительный покров, но и на состояние гидробионтов и миграцию элементов в водных экосистемах.

Температура природных вод. Состояние и перенос загрязнений в природных водах зависит от температуры. Поэтому сезонные изменения температуры и глобальное изменение климата будут влиять на динамику миграции токсичных веществ. В настоящее время интенсивно растет не только количество, но и число разновидностей загрязняющих веществ, попадающих в водоемы и реки. Температура Мирового океана повышается из-за неконтролируемого техногенного поступления СО2, что приводит к так называемому «парниковому эффекту». Растворимость углекислого газа может уменьшаться при повышении температуры, что будет обусловливать увеличение рН водной среды и протекание реакций с образованием карбоната кальция СаСО3.

Повышение температуры интенсифицирует процессы жизнедеятельности водных организмов, что нарушает равновесие экосистем.  
В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться сапрофитные и болезнетворные микроорганизмы. При интенсивном загрязнении органическими веществами и биогенными элементами, в результате нарушения внутриводоемных процессов происходит вторичное загрязнение водных объектов и гидросферы в целом (Кондратьева, 2005). Попадая в питьевую воду некоторые токсичные вещества и патогенные формы микроорганизмов, могут вызывать вспышки различных заболеваний.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 МИГРАЦИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

 

 

Во всех случаях вещества, хорошо растворимые в воде, быстрее и в больших количествах переносятся в природных средах от источника их образования к органам-мишеням живых организмов. В принципиальной схеме миграции загрязнений антропогенного происхождения в природных средах выделяют пять стадий (рис. 5).

Рис. 5. Стадии миграции антропогенных загрязнений (Астафьева, 2006): первая – 1–3; вторая – 4–9; третья – 10–12; четвертая – 13–17; пятая – 18–23 (пояснения в тексте)

 

 

Первая стадия. Это стадия поступления загрязнений из источников их образования в природные среды. В атмосферный воздух летучие вредные вещества поступают в виде газов, паров и мелкодисперсных частиц 1. В водоемы загрязнения сбрасывают в виде промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод, в которых загрязняющие вещества находятся в виде растворов, эмульсий или взвесей 2. Сточные воды перед сбросом в водоемы должны подвергаться предварительной очистке от загрязнений на очистных сооружениях. Перегрузка очистных сооружений, а в ряде случаев их отсутствие или устаревшие технологии очистки приводят к тому, что со сточными водами в водоемы поступают значительные количества самых разных загрязнений. Еще один путь поступления в природную среду загрязнений – накопление в почве на свалках и в местах захоронения твердых производственных и бытовых отходов, в том числе выработавшей ресурс и уничтожаемой техники и материалов 3.

Вторая стадия. На этой стадии происходит миграция загрязнений внутри природных сред – перенос воздушными массами, стоком рек и морскими течениями. Одновременно происходит миграция загрязнений между геосферами в виде «кислотных дождей» и седиментации взвешенных в атмосферном воздухе твердых частиц на поверхность почвы 4 и водоемов 5.

Например, при сжигании различных видов топлива (каменного угля, мазута, бензина и дизельного топлива) в топочных котлах и двигателях внутреннего сгорания в результате прямой реакции между молекулярным азотом и кислородом в условиях высоких температур образуются оксиды азотаNOx – предшественники «кислотных дождей». Они оказывают непосредственное вредное воздействие на растения, вызывая химические ожоги, и косвенное, заключающееся в закислении водоемов и почвы.

В незагрязненной среде показатель рН природных водоемов и почвы находится в пределах 6,5–8,5. Эти пределы рН определяются двумя природными факторами:

1) растворением в воде диоксида углерода с образованием слабой угольной кислоты (рН = 6,5);

2) растворением природных известняков, придающих воде щелочной характер.

Кроме биохимического воздействия и закисления водоемов и почвы «кислотные дожди» вызывают ускоренную коррозию металлических конструкций, разрушение неметаллических строительных материалов (бетона, известняков и т. д.) и лакокрасочных покрытий. Незначительное закисление (5 < рН < 6) природных водоемов снижает численность популяций водорослей, фито- и зоопланктона. При значительном закислении (рН < 5) погибают многие виды рыб. Особенно чувствительны к закислению водоемов икра и молодь рыбы. Повышение кислотности среды приводит к растворению многих токсичных тяжелых металлов (Даувальтер, 1998).

Миграция химических веществ между геосферами происходит в результате испарения с поверхности почвы и водоемов летучих веществ, поступающих в атмосферу 6, 7. Летучие вещества в почве и водоемах образуются в процессе химических и биохимических превращений твердых отходов природного и антропогенного происхождения. Растворимые в воде вещества, содержащиеся в почвах, в том числе и на свалках, вымываются атмосферными осадками, талыми и грунтовыми водами и затем транспортируются в водоемы 8. Растворенные в воде водоемов биогенные вещества и антропогенные загрязнения при поливе сельскохозяйственных угодий и во время весенних паводков накапливаются в почве 9.

Третья стадия. На этой стадии происходит перемещение загрязнений из атмосферы 12, почвы суши в виде почвенного раствора через корневую систему в растения 10. Аналогичный процесс происходит и в водоемах, отличающихся тем, что в водные растения поступают загрязнения, содержащиеся в донных отложениях и в воде водоемов 11.