Характеристика, виды и особенности воздействия пестицидов на организм человека

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Пестициды - собирательный термин, охватывающий химические соединения различных классов, применяемые в сельском хозяйстве, здравоохранении, промышленности, нефтедобыче и др. Пестициды начали использовать еще в войсках Александра Македонского для борьбы с паразитами человека (порошок долматской ромашки). В здравоохранении пестициды применяют для борьбы с членистоногими - переносчиками таких опасных заболеваний, как малярия, чума, туляремия, энцефалит, сонная и слоновая болезнь, многие кишечные заболевания. В здравоохранении и ветеринарии, кроме того, пестициды используют в качестве дезинфицирующих средств, в промышленности - для предохранения неметаллических материалов (полимеров, древесины, текстильных изделий), борьбы с обрастанием морских судов, особенно в южных морях, для борьбы с сероводородобразующими бактериями, для предохранения труб от коррозии.

В наибольших масштабах пестициды используют в сельском хозяйстве для борьбы с членистоногими (инсектициды и акарициды), нематодами (нематоциды), грибными (фунгициды) и бактериальными (бактерициды) заболеваниями растений и животных, а также для борьбы с сорняками (гербициды). К пестицидам относят также регуляторы роста растений (ретарданты), используемые для борьбы с полеганием различных культур, для дефолиации (удаления листьев) и десикации (подсушивания растений на корню), чтобы облегчить уборку урожая, а также для предохранения от заморозков и засухи.

Базельскому химику Паулю Герману Мюллеру - руководителю лаборатории фирмы «Гейги» (Geygy), за обнаружение у ДДТ поразительных инсектицидных свойств была присуждена Нобелевская премия в области физиологии и медицины. Основанием для этого послужил тот факт, что с помощью ДДТ впервые удалось провести успешную борьбу с переносчиками малярии и сыпного тифа и таким образом искоренить эти заболевания. Секрет такой чудесной эффективности заключался в широком спектре действия препарата в сочетании с исключительной персистентностью и, по-видимому, лишь незначительной токсичностью, как полагали, для теплокровных.

Именно широкий спектр воздействия и устойчивость ДДТ оказались впоследствии коварными сторонами этого вещества. Из-за широкого спектра действия вместе с вредными насекомыми уничтожались и полезные. А устойчивость приводила к тому, что ДДТ накапливался в пищевых цепях и оказывал губительное действие на их концевые звенья: например, соколы-сапсаны стали исчезать потому, что вследствие отравления ДДТ они откладывали яйца со слишком тонкой скорлупой, которые во время насиживания разбивались.

В результате накопления множества подобных сведений за ДДТ утвердилась слава чудовищно опасного препарата. Когда в США концентрация ДДТ в молоке кормящих матерей в результате передачи этого вещества через пищевые цепи достигла уровня в 4 раза выше предельно допустимого, применение ДДТ было запрещено.

По химическому составу выделяются 3 основные группы пестицидов:

Неорганические соединения (соединения ртути, фтора, бария, серы, меди, а также хлораты и бораты).

Пестициды растительного, бактериального и грибного происхождения (пиретрины, бактериальные и грибные препараты, антибиотики и фитонциды).

Органические соединения, к которым относятся пестициды высокой физиологической активности: хлорорганические соединения (гексахлорциклогексан, гептахлор и др.); фосфорорганические соединения (хлорофос, метилнитрофос, карбофос и др.). Производные карбаминовой, тио- и дитиокарбаминовой кислот (пиримор, карбин, тиллом); нитропроизводные фенолов (нитрафен, каратан); фталимиды (каптан, фталан); минеральные масла; органические соединения ртути (гранозан, меркуран и др.); хиноны (дихлон); производные мочевины и др.

В зависимости от способности сопротивляться процессам разложения пестициды подразделяются на слабостойкие (сохраняются в окружающей среде 1-12 недель), среднестойкие (сохраняются 1-18 месяцев) и очень стойкие (сохраняются два года и более). Очевидно, что слабостойкие пестициды в окружающей среде практически не накапливаются. В идеальном виде пестицид, оказав требуемое воздействие на вредителя, должен был бы сразу разрушиться, образовав безвредные продукты разложения.

Особую опасность представляют стойкие и кумулятивные пестициды: триазин, симтриазин, хлордан, гептахлор - они обнаруживаются в почве спустя десять и более лет после применения. Поступая в почву, пестициды мигрируют вниз по профилю с нисходящими токами дождевых и оросительных вод, причем скорость и глубина миграции зависят от дозы токсиканта, его летучести и адсорбируемости, а также от водного и теплового режимов почвы. Остаточные количества пестицидов обнаруживают на глубине 200 см и более.

Попадая в почвенно-грунтовые воды в малых концентрациях, пестициды изменяют к худшему органолептические свойства воды (вкус, запах). Присутствие 5-10 мкг/л дихлорфенола придает воде специфический запах и делает ее непригодной для питья. В годы массового применения ДДТ на хлопковых полях этот пестицид обнаруживали в артезианских скважинах на глубине 80 м, а его концентрация в арыках превышала допустимую в 3-4 раза, а иногда и в десятки раз.

Современные пестициды за редким исключением обладают низкой токсичностью, приближающейся к токсичности поваренной соли, и во много раз менее ядовиты, чем кофеин. Следует отметить, что современные пестициды в течение одного вегетационного периода полностью разрушаются в окружающей среде. Мировой океан можно считать аккумулятором особо стойких пестицидов. Так, для наиболее хорошо изученного из них - ДДТ (4,4ґ-дихлордифенилтрихлорметилметан) - установлено, что в гидросферу поступило более 25% общего количества использованного препарата. Следовательно, использование долгоживущих пестицидов должно быть ограничено или запрещено. Например, применение ДДТ запрещено во всем мире, в бывшем СССР - с 1970-х годов. Последовательность введения запрета на ДДТ в различных странах была следующая: Новая Зеландия, СССР, Венгрия, Швеция, Дания, Финляндия, далее - прочие страны.

Для уменьшения возможной опасности разработаны следующие требования к современным пестицидам:

1) низкая острая токсичность для человека, сельскохозяйственных животных и других объектов окружающей среды;

2) отсутствие отрицательных эффектов при длительном воздействии малых доз, в том числе мутагенного, канцерогенного и тератогенного действия (тератогенный - повреждающий зародыш);

3) низкая персистентность.

Кроме того, рекомендуемые препараты должны обладать следующими свойствами: пестицид химический цитогенетический которан

1) высокая эффективность в борьбе с вредными организмами;

2) экономическая целесообразность использования;

3) доступность сырья и производства.

Широкое применение пестицидов связано с их высокой экономической эффективностью.

Несмотря на то, что в перспективе на будущее разработка «короткоживущих» пестицидов отодвинет эту группу загрязнителей на более низкий уровень в ранжированном по степени опасности ряду загрязнителей, токсичность этих соединений в отношении биологических систем различного уровня организации неоспорима.

Так, на сайте орнитологического международного журнала Ornithomedia в 1995 г. опубликована тревожная статья израильской исследовательницы Орны Эшед о причинах смертности грифов на севере Израиля.

По мнению ученых, причиной высокой смертности птиц стала интоксикация карбаматным пестицидом альдикарб. Это удобрение используют израильские фермеры.

Альдикарб легко растворим в воде. Эксперты Всемирной организации здравоохранения считают его применение крайне опасным, поскольку альдикарб высоко токсичен и может угрожать здоровью не только животных, но и человека.

Большинство пестицидов относится к высокоактивным органическим соединениям. Эти пестициды по форме концентратов эмульсий являются липофильными соединениями, поэтому хорошо растворяются в липидах клеточных мембран и легко диффундируют в клетке. Проникнув в живую клетку, пестициды изменяют физико-химические свойства цитоплазмы, разрушают мембраны органелл, изменяют реакцию среды, нарушают условия нормального функционирования клеточных белков.

Накопление пестицидов в трофической цепи чрезвычайно опасно: так, в морских экосистемах планктон и мальки, селективно поглощающие токсиканты, сами служат пищей более крупным организмам, обитающим в океане. Если процесс концентрирования хлорпроизводных углеводородов повторяется на нескольких уровнях трофических цепей, то в конце цепей содержание токсикантов может оказаться очень высоким.

Накоплен огромный массив информации о действии ДДТ на живые организмы, о процессах аккумуляции и передачи этого токсиканта через пищевые цепи. Так, в отношении последовательного концентрирования ДДТ известно: если ДДТ распыляют с самолета над каким-нибудь стоячим водоемом, то уже через несколько дней его нельзя обнаружить в воде, так как к этому времени он успевает полностью перейти из воды в микроорганизмы (бактерии, водоросли) или же в донный ил водоема. Таким образом, ДДТ переходит в начальные звенья пищевых цепей, и в результате запускается процесс его накопления, которым определяется пагубная роль ДДТ в пищевой цепи.

Один из наиболее очевидных примеров простой пищевой цепи, в которой циркулирует ДДТ, - это случай с перелетными дроздами, описанный Рашель Карсон. Гриб Ceratocystis ulmi вызывает опустошительную болезнь вязов - так называемую голландскую болезнь. Ее передает вязовый заболотник (Scolytes multistriatus), с которым боролись, обрабатывая ДДТ отдельные деревья или целые парковые насаждения. Остатки осевшего на деревьях ДДТ попадают затем с дождевой водой, а осенью и вместе с опадающими листьями в почву или в листовую подстилку. Там ДДТ поглощают дождевые черви, поедающие остатки листьев, и он откладывается и даже концентрируется в их телах. Если теперь перелетные дрозды (Turdus migratorius) будут поедать преимущественно дождевых червей, то они будут хронически отравляться ДДТ. Непосредственно погибает только часть дроздов, но у всех без исключения нарушается способность к размножению. Они становятся стерильными или откладывают бесплодные яйца; либо умирают их птенцы, особенно в тех случаях, когда их кормят дождевыми червями, содержащими ДДТ. Именно поэтому побочным результатом борьбы с голландской болезнью вязов, проводившейся с помощью ДДТ, явилось почти полное исчезновение перелетных дроздов на значительных территориях США.

Существенное влияние пестициды оказывают на почвенную микробиоту. Реакция почвенной микробиоты на пестициды варьирует от высокой устойчивости до сильной чувствительности. Под влиянием пестицидов наиболее заметно снижается численность микроорганизмов-нитрификаторов, почвенных грибов; бактерии и актиномицеты испытывают меньший стресс.

Влияние пестицидов на микробиоту существенно зависит от вида применяемого пестицида. Из систематических групп микроорганизмов наиболее сильно угнетаются грибы: Penicillium, Fusarium,Humicola, Mucor, Trichoderma. Из бактерий наиболее устойчивы псевдомонады, коринебактерии и флавобактерии. Предполагают, что негативному воздействию пестицидов более подвержены эволюционно более древние организмы - автотрофные и диазотрофные бактерии, генетическая основа которых формировалась в примитивной биосфере Земли в отсутствие физиологически активных соединений.

Воздействие пестицидов на почвенную микробиоту не всегда негативно. Поступление в почву органических остатков в результате массовой гибели сорняков после применения гербицида может увеличивать численность некоторых групп микрорганизмов. Так, например, обработка почвы каптаном и паратионметилом повышает численность бактерий, актиномицетов и сапрофитных грибов.

Экологические последствия применения пестицидов оцениваются неоднозначно. С одной стороны, при правильном применении пестицидов не только не обнаруживается их повреждающего действия на экосистемы, эта группа соединений даже оказывает положительный эффект. С другой стороны, объемы вносимых в настоящее время пестицидов настолько велики, что вызывают значительные экологические сдвиги. Выявлены такие негативные аспекты воздействия пестицидов на биологические объекты, как мутагенный, канцерогенный, аллергенный. Поэтому современная стратегия охраны окружающей среды ориентируется на постоянное снижение остаточных количеств пестицидов в окружающей среде.

Генетические последствия применения пестицидов.

В настоящее время достоверно установлены генетические нарушения у лиц, перенесших острое отравление фосфорорганическими соединениями, и у рабочих промышленных предприятий, подвергающихся хроническому воздействию низких концентраций этих веществ (повышение эмбриональной смертности и врожденных аномалий у потомства).

Повышенная частота хромосомных аберраций отмечена у жителей Вьетнама, где во время войны были использованы в качестве дефолианта большие количества 2,4,5-Т. Сильное мутагенное, канцерогенное и тератогенное воздействие вызывают ТХДД даже в очень низкой концентрации.

Некоторые пестициды могут выступать как индукторы или модификаторы мутационного процесса. В связи с этим они могут рассматриваться как факторы генетической изменчивости биоценозов.

В целом среди пестицидов-мутагенов выделяют вещества, вызывающие наследственные нарушения при действии в физиологически нетоксичных дозах, и вещества, вызывающие этот эффект только при воздействии на организм завышенных (в сравнении с рекомендованными) доз и концентраций.

Кроме того, пестициды обладают способностью накапливаться в организме и некоторых системах и тканях, достигая значительных концентраций. Пестициды надолго задерживаются в организме, некоторые остаются в нем навсегда.

Пестициды неблагоприятно воздействует на человека и окружающую среду. Поступая в организм человека в ничтожном количестве с вдыхаемым воздухом, продуктами питания и водой, пестициды манят ход биологических процессов в организме. Что в отдельных случаях приводит к нарушению его физиолого-биохимических функций. Одной из наиболее сложных проблем является проблема генетической опасности пестицидов для человека: некоторые из них способны оказывать гонадотоксическое, канцерогенное, мутагенное действие.

Результаты наших генетических исследований не только дают сведения о генетическом аффекте пестицидов в зависимости от их дозы, способов и условий их поступления, но и являются важным этапом в решении современных вопросов экологии и путей коррекции генетических нарушений при действии мутагенных факторов окружающей среды.

1. Результаты исследований цитогенетического эффекта 7 разных видов пестицидов - изофоо, трефлан, которая, прометрин, фозалон, далапон и хлорат магния - показали, что при однократном действии малыми дозами они не влияют на генетический аппарат клеток костного мозга лабораторных мышей. Сравнительно высокие дозы (1/4, 1/2, ДДбо) пзофоса, которана, треф-лана, далапона и хлората магния увеличивают частоту мутаций хромосом в 3-8 раз по сравнения с контролем. Прометрин и фозалон даже при высоких дозах не проявляют мутагенного эффекта. Пестициды, проявившие мутагенный эффект, по характеру действия и спектру аберраций хромосом относятся к классу мутагенов с задержанным действие и отсутствием пороговой дозы.

2. При многократном действии которана, фозалонай хлората магния в малых дозах отмечен их цитогенетический эффект как в клетках костного мозга, так и в клетках семенников, причем половые клетки оказались более чувствительными к многократному воздействию пестицидами. Данные исследований свидетельствуют о потенциальной генетической опасности малых доз пестицидов при многократном поступлении в организм животных и человека, находящихся в зоне интенсивного их использования.

3. При комбинированном и последовательном действии пестицидов (которая) фозалон, хлорат магния) не отмечено взаимное усилие мутагенного эффекта одного пестицида о другим как при однократном, так и многократном действии на соматические и генеративные клетки.

4. Высокая температура (37 °С) как модификатор мутационного процесса увеличивает цитогенетический эффект пестицидов (хлорат магния) в соматических и генеративных клетках, как при однократном, так и многократном его поступлении в организм.

Б. Результаты, полученные по тесту АТС показывают способность изученных пестицидов индуцировать не только хромосомные, но и генные мутации, увеличивающиеся на фоне высокой температуры. Повышение частоты мутаций на фоне высокой температуры при действии пестицидов наводит на мысль, что у представителей экосистем при обильной ларе вероятность появления хромосомных и генных мутаций при хроническом отравлении их пестицидами больше и соответственно больше вероятность появления новых признаков и разновидностей.

6. Результаты генетического мониторинга природных видов показали, что у представителей позвоночных, обитающих на территории, загрязненной пестицидами, наблюдается в 2-5 раз больше мутаций хромосом, в костной мозге и семенниках по сравнению с этими видами, обитающими на менее загрязненной территории. Увеличение частоты мутаций хромосом не зависит от организованности вида и наблюдается как у холоднокровных, так и у теплокровных.

7. В популяции диких мышей, отловленных на территории более' загрязненной пестицидами, соотношение полов сдвинуто в сторону самок; наблюдается более чем в 2 раза больше самок, Чем самцов, что свидетельствует о генетической устойчивости самок к действию мутагенных факторов окружающей среды.

8. Высокий уровень спонтанной мутации (2,34 %), отмеченные у диких мышей, отловленных на территории более загрязненной пестицидами, снижается до уровня спонтанной мутации интактных лабораторных мышей (0,62 %.) при содержании их в условиях вивария в течение 5 мес.

Размещено на Allbest.ru