№1. Введение в дисциплину, цели, задачи и основные понятия экологической токсикологии, история развития и связь с другими науками. Основные разделы дисциплины

№1. Введение в дисциплину, цели, задачи и основные понятия экологической токсикологии, история развития и связь с другими науками. Основные разделы дисциплины

Токсикология (от греч. токсикос – яд и логос – наука) – наука, исследующая потенциальную опасность ядовитых веществ для живых организмов, механизмы их токсического действия, методы диагностики, профилактики и лечения последствий, развивающихся после контакта с ними. 

К числу задач токсикологии относятся:

установление токсических доз различных химических веществ на различные организмы; раскрытие механизмов токсического действия химических веществ в тех или иных токсических дозах;

Основные разделы токсикологии представлены в таблице 1.

Таблица 1

Основные разделы токсикологии

Направление	Исследуемые вопросы
Теоретическая токсикология	Вопросы выявления основных законов взаимодействия организма и ядов, их токсикокинетики и токсикодинамики.
Клиническая токсикология	Последствия взаимодействия человеческого организма с различными токсическими веществами.
Профилактическая токсикология	Способы предупреждения потенциальной опасности воздействия токсичных веществ на живые организмы и экосистемы.
Судебная токсикология	Отрасль, существующая на стыке токсикологии и судебной медицины, которая изучает применение токсических веществ с целью совершения правонарушения. Кроме того методы судебной токсикологии применяются для расследования несчастных случаев в быту и на производстве.
Военная токсикология	Вопросы исследования отравляющих веществ, предназначенных или используемых в условиях военных действий (боевые отравляющие вещества).
Экологическая токсикология	Наука, являющая частью токсикологии и отвечающая за изучение воздействия загрязняющих веществ и продуктов их трансформации на экосистемы различного уровня.

Предметом исследования экотоксикологии являются биологические системы различного надорганизменного уровня организации, которые подвергаются воздействию токсических веществ.

Результаты, полученные экотоксикологией имеют большое прикладное значение.

Целью экотоксикологии является разработка теоретических основ и практических методов изучения взаимодействия природных биологических систем различного уровня и загрязняющих веществ.

Задачи экотоксикологии разнообразны:

Установление характеристик (как качественных, так и количественных), описывающих причинно-следственные связи между воздействием химических веществ и развитием различных форм токсического процесса на самых разных уровнях организации биологическим систем.  Изучение механизмов, определяющих токсическое действие химических веществ, а также выяснение закономерностей формирования токсического процесса и форм его проявления. Выяснение механизмов проникновения химических веществ в экосистему, закономерностей их распределения, метаболизма и выведения. Установление факторов, влияющих на токсические свойства химических веществ.

Методология экотоксикологии во многом заимствована в смежных дисциплинах. Основной способ выяснения действия токсических веществ на различные биологические системы – это эксперименты на живых организмах в рамках  биологических систем различного уровня.

Экотоксикология – молода наука. Она тесно взаимосвязана с такими науками естественнонаучного цикла как биология, химия, медицина. Кром того, существует масса вопросов, объединяющих экотоксикологию с другими науками и научными направлениями.

Экотоксикология как научное направление была выделена в 1969 году Рене Траутом. Термин был уточнен в 1978 году Международным научным комитетом по проблемам окружающей среды.

Как и в токсикологии, основными понятиями экотоксикологии являются загрязняющее вещество, яд, токсин, токсичность, интоксикация.

В настоящее время накоплены сведения о более чем 7 млн. химических веществ и соединений, 60 тыс. из числа которых находят применение в хозяйственной деятельности человека. Ежегодно разрабатывается от  500 до 1000 новых химических соединений.

Основное понятие токсикологии, а, соответственно и экотоксикологии - вредные (загрязняющие) вещества, или поллютанты. Вредным называется вещество, которое при контакте с организмом человека вызывает ту или иную степень травмирования, заболеваемости или отклонения в состоянии здоровья, т. е. проявляется токсические свойства. Таким образом, термин «токсичность» означает способность химического вещества оказывать вредное воздействие на живой организм.

Следуя знаменитой фразе Парацельса «Всё есть яд, и ничто не лишено ядовитости; одна лишь доза делает яд незаметным», можно сделать вывод о относительности понятия токсичности. Ядовитой может оказаться даже вода. В современной науке принято считать ядами те вещества, которые свое вредное действие проявляют в обычных условиях и в относительно небольших количествах.

Таким образом, яд - это химическое вещество, которое, попав в живой организм в небольшом количестве, включается в его метаболические процессы, проникает в органы и ткани, нарушая функции вплоть до летального исхода.

Патологическое состояние, которое развивается в результате взаимодействия яда с организмом – называется интоксикация или отравление.

Более широким является понятие токсикант. Термин употребляется для обозначения веществ вызвавших интоксикацию, спровоцировавших другие формы токсического процесса, а также для обозначения процессов, которые происходят на организменном уровне и на уровне биологических систем иных уровней организации: клеток (цитотоксикант), популяций (экотоксикант). Яды биологического происхождения называются токсинами. Экзотоксины выделяются биологическими организмами во внешнюю среду. Эндотоксины являются компонентами клеток биологических организмов.

Большинство вредных веществ являются ксенобиотиками, т. е. веществами, обладающими чужеродной для биологической системы  природой и не входящими в биотический круговорот.

Опасным свойством многих ксенобиотикой является персистентность, т. е. продолжительное  сохранения ксенобиотиком биологической активности в окружающей среде или в ее отдельных объектах (литосфере, атмосфере, гидросфере, живых организмах). Степень персистентности химических веществ измеряется периодом их полураспада, т. е. временным промежутком, за который вещество разлагается на составляющие примерно на половину.

Для того, чтобы был запущен процесс токсического действия химического вещества, необходимо соблюсти 2 условия:

Способность вещества пройти через  все  физические,  химические и биологические барьеры, которыми снабжена биологическая система (данное свойство токсиканты изучается экотоксикокинетикой). Зависит от:

Дозы  вещества,  примененной  извне; Способа  введения (экспозиции) вещества; Абсорбции, распределения, трансформации и экскреции  вещества.

Достигнув  мишени,  вещества  должно  обладать  способностью связываться с ней, т. е. проявлять биоактивность (данное свойство токсикантов изучается экотоксикодинамикой).

Кроме токсикокинетики и токсикодинамики, в экотоксикологии существует такое направление как экотоксикометрия, занимающееся разработкой методов измерения токсичности ксенобионтов. 

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1. Самостоятельная работа по теме «Введение в экологическую токсикологию»

Содержание занятия: Самостоятельная работа по закреплению пройденного материала посредством выполнения контрольных заданий

Задание 1. Самостоятельность любой науки, либо научного направления определяется по ряду признаков. Во-первых, обособленное научное направление обладает собственным, специфическим предметом изучения; во-вторых, имеет комплекс применяемых методов и методик; в-третьих, обладает целями и задачами, характерными только для данного научного направления. Определите, является ли экологическая токсикология самостоятельным научным направлением, обоснуйте свой ответ. 

Задание 2. Рицин – это белок, который при внутривенном введении белым мышам в дозе 0,00015 мг/кг вызывает гибель подопытных животных. Вещество в 6 раз ядовитее цианистого калия. Получают рицин из плодов клещевины обыкновенной и из касторовых бобов. К какой группе относится данное вещество – к ядам или к токсинам? Обоснуйте свой ответ.

Задание 3. Укажите суть взаимодействия экологической токсикологии со следующим науками:

Таблица 2

Распределение заданий по вариантам

Вариант	Науки
1	Экология, Токсикология, География, Почвоведение
2	Радиобиология, Психиатрия, Этнография, Физика
3	Метеорология, Генетика, Юриспруденция, Гидробиология
4	Химия, Ботаника, Биотехнологии, Экономика
5	Геохимия, Зоология, Медицина, Информатика
6	Экологический мониторинг, Анатомия человека, Геология, Биохимия,

Задание 4. Прочтите главу 1 учебника Основы экотоксикологии ( 2006 год) и укажите основные направления развития современной экотоксикологии.

Задание 5. Вставьте недостающие слова:

Экологическая токсикология – это мультидисциплинарное научного направление, занимающееся проблемами изучения....................  ....................  различных химических, биологических и физических агентов на живые организмы. Процесс загрязнения отражается в введении вызывающих негативные изменения....................  ....................  в биологическую систему. Все есть яд. Ничто не лишено ядовитости. И только....................  отличает яд от лекарства Следствием  токсического  действия  веществ  на  биологические  системы  является  развитие....................  процесса. Проявления токсического процесса характеризуются также  уровнем организации биологической системы, на которой токсичность вещества изучается: ...................., органном, ...................., популяционном.

Задание 6. Решите кроссворд.

III
II
I
VI
IV
V
VIII
VII	IX

По горизонтали:

I – способность инородных веществ сохранятся в конкретной биологической системе продолжительное время;

II – наука на грани биологии, химии и медицины, которая изучает вредные вещества, их свойства, методы обнаружения и устранения, проблемы неблагоприятных последствий контакта живых организмов с различными вредными веществами;

IV – раздел экотоксикологии, который изучает механизмы формирования и развития токсического процесса, вызванного действием токсикантов на биоценоз ли отдельные виды, его составляющий;

V – нарушение жизнедеятельности организма, вызванное вредными веществами;

VII – раздел экотоксикологии, который рассматривает методические приемы оценки токсичности ксенобионтов;

VIII – ядовитое вещество, синтезированное в процессе жизнедеятельности живого организма.

По вертикали:

III – раздел экотоксикологии, который изучает механизмы развития и формы процесса отравления вредными веществами;

VI – химические вещества или соединения, оказывающие токсическое действие на клеточном, организменном или популяционном уровне биологических систем, провоцирующие различные формы токсического процесса;

IX – вещество, при контакте с которым живого организма, происходит нарушение его жизнедеятельности вплоть до гибели.