Понятие о ядах и отравлениях токсичность пестицидов

Обновлено: 24.04.2024

Ядами называют вещества, которые при поступлении в организм в небольших количествах способны вызывать нарушение его жизнедеятельности, переходящее в болезненное состояние — отравление, или привести его к гибели. Яды — это всегда химические вещества, взаимодействующие с организмом и вызывающие в нем патологические изменения. Понятие ядовитости, или токсичности, подразумевает патологический результат взаимодействия между живым организмом и веществом.

Под отравлением понимают любое, даже самое незначительное отклонение от нормальной жизнедеятельности организма под действием токсичного вещества. Острое отравление пестицидом возникает при разовом введении в организм относительно большого количества вещества и проявляется через короткий промежуток времени. Хроническое отравление проявляется в результате многократного введения пестицида в относительно малых количествах в течение длительного времени (иногда годы) и выражается в медленно развивающемся нарушении нормальной жизнедеятельности.

Действие на теплокровных и человека.

Проникнув в организм, пестициды быстро распределяются в нем, избирательно накапливаясь в отдельных органах тела, в жировой ткани. В первую очередь и в больших количествах пестициды накапливаются в печени, почках, легких, сердце. Большинство из них в небольших количествах проникают в мозг. В местах накопления пестициды подвергаются метаболизму, что приводит к активации или дезактивации действующего вещества.

Токсические вещества и их метаболиты могут выделяться всеми органами, обладающими внешнесекреторной функцией. Одни из них выводятся из организма за несколько часов, другие — за несколько суток. Очень стойкие химические вещества могут циркулировать в организме месяцами. Большинство из них выделяется через почки с мочой. Труднорастворимые в воде вещества выделяются в основном через печень с желчью в кишечник; летучие вещества — через легкие с выдыхаемым воздухом. Особое внимание следует уделять пестицидам, способным выделяться из организма с грудным молоком у животных и с яйцом у птиц, поскольку это создает угрозу потомству.

Механизм токсического действия пестицидов и его проявления очень различны. Одни соединения конкурируют с природными субстратами за фермент, другие выступают как аналоги субстратов, третьи взаимодействуют с активными группами ферментов и т. д. Изучение механизма действия пестицидов на теплокровные организмы создает основу для целенаправленного поиска противоядий.

Профессиональные отравления отмечались среди лиц, готовящих рабочие составы пестицидов или обрабатывающих сады, поля, протравливающих семена. Отравления происходили при случайном разбрызгивании пестицидов при ремонте аппаратуры, питье воды, приеме пищи и курении во время работы с ними. Отравления лиц, не имеющих непосредственного отношения к работе с пестицидами, относят к бытовым. Значительная их часть связана с небрежным хранением препаратов.

Отравления животных и накопление остаточных количеств пестицидов в их организме происходят в результате неправильного применения химических средств защиты скота от насекомых, при поедании животными растений, содержащих остатки пестицидов, протравленного зерна, при использовании воды из загрязненных водоемов, скармливании корма в таре из-под пестицидов и случайном контакте с ними животных.

Угроза отравления птиц и рыб возникает при использовании стойких препаратов и нарушении правил их хранения, транспортировки и применения, когда возможен контакт с разбросанными или смытыми в водоемы пестицидами.

Систематическое применение веществ, обладающих кумулятивными свойствами, приводит к концентрированию их в организмах, которые служат кормом для птиц и рыб.

Для предупреждения отравлений и обеспечения безопасности при применении пестицидов необходимо: • использовать только препараты, разрешенные для применения на территории РФ в текущем году; • строго соблюдать все регламенты на применение препаратов и, в первую очередь, нормы расхода, сроки обработок, сроки ожидания; • соблюдать сроки выхода на обработанные участки для ручных и механизированных работ, сроки выпаса скота на обработанных участках; • учитывать регламенты на использование получаемой с обработанных участков продукции; • регулярно осуществлять контроль за содержанием остаточных количеств пестицидов в продуктах питания, воде, воздухе и почве; • строго соблюдать санитарные правила и нормы, включающие гигиенические требования к хранению, применению и транспортировке пестицидов и агрохимикатов.

Действие на теплокровных и человека.

Основная задача агрономической токсикологии — создание теоретической основы для целенаправленного синтеза эффективных пестицидов и разработка экологически безопасных препаративных форм и способов их применения, исключающих негативное воздействие на человека, животных и окружающую среду.

(toxikon — яд, logos — учение) — наука о ядах и механизмах их действия на живые организмы. Различают медицинскую, ветеринарную и агрономическую токсикологию.

Агрономическая токсикология изучает свойства пестицидов, применяемых в сельском хозяйстве, их действие на теплокровных животных и другие живые организмы биоценоза, физикохимические основы их безопасного применения для защиты растений от вредителей, болезней, сорняков и других вредных организмов.

Основная задача агрономической токсикологии — создание теоретической основы для целенаправленного синтеза эффективных пестицидов и разработка экологически безопасных препаративных форм и способов их применения, исключающих негативное воздействие на человека, животных и окружающую среду.

К ядам относятся химические вещества, которые, будучи взяты в определенно малом количестве, в контакте с живым организмом вызывают серьезные нарушения его функций или приводят к смертельному (летальному) исходу.

Любое химическое вещество, являющееся ядом, обладает токсичностью. Токсичность — способность некоторых химических соединений и веществ биологической природы оказывать вредное действие на организм, вызывая его отравление. Различают острое и хроническое отравления. Острое отравление пестицидом происходит при разовом его действии и вызывает нарушение жизнедеятельности организма. Оно сопровождается бурным развитием отравления и часто приводит к летальному исходу. Хроническое отравление возникает в результате многократного воздействия пестицида в относительно малых количествах и выражается в медленно развивающемся нарушении нормальной жизнедеятельности организма без явных внешних признаков заболевания.

Мерой токсичности является доза. Доза (dosis — порция, прием) — количество токсичного вещества (в мг или г), достаточное для отравления организма. Дозу выражают в единицах массы яда по отношению к единице массы тела живого организма (мг/г, мг/кг или г/кг). Различают следующие дозы: летальная — любая доза, вызывающая гибель организма; минимальная летальная — наименьшая доза, вызывающая в определенных условиях гибель организма; сублетальная — доза, близкая к летальной, но не вызывающая гибель организма, а лишь нарушающая его функции, и пороговая— наименьшее количество вещества, вызывающее изменения в организме, определяемые наиболее чувствительными физиолого-биохимическими тестами при отсутствии внешних признаков отравления живого организма.

Организмы (крысы, мыши), используемые для определения токсичности, называют биотестами, а отдельные показатели изменений биохимических и физиологических процессов, применяемые с целью установления степени отравления, — тестами.

Сравнительную токсичность ядовитых веществ выражают средней смертельной дозой, обозначающейся СД₅₀ или летальной (ЛД₅₀). Это доза, вызывающая смертность 50% подопытных животных.

Показатель токсичности используют для гигиенической характеристики пестицидов. Он лежит в основе санитарно-гигиенической классификации пестицидов по степени их опасности. Для пестицидов устанавливают также концентрацию. Концентрация — содержание действующего вещества в пестициде или самого препарата в рабочих составах. Выражают ее в процентах или в весовых и объемных единицах жидкости, порошка или приманки.

Норма расхода — количество пестицида, расходуемого на единицу поверхности (га, м², м), объема (м 3 ), массы (т, кг), на объект (одно дерево, куст). В практике зашиты растений в настоящее время норму расхода препарата указывают в кг/га, л/га, кг/т, л/т, г/м² и т. д.

Токсичность пестицидов зависит от многих факторов: от химического состава и физических свойств яда, видового состава и физиолого-биологических особенностей организмов, против которых применяют яд, условий внешней среды.

Химическое строение, содержание действующего вещества, пространственная изомерия атомов, валентность, растворимость в воде, маслах и других растворителях, степень электролитической диссоциации и другие факторы изменяют степень токсичности. Например, токсическое действие хинонов и альдегидов определяется наличием двойных связей в молекуле, минеральных масел — наличием непредельных углеводородов. Хлорирование фенолов повышает их токсичность в 2—100 раз, вещества с меньшей валентностью более токсичны. С увеличением растворимости ядов в воде, маслах повышается их токсичность.

Биологическая особенность живых объектов, против которых применяют яд, определяет его токсическое действие. Например, препараты фосфорорганической группы токсичны для насекомых и нетоксичны для слизней и нематод. Препараты меди обладают токсическим действием в отношении многих видов грибов, возбудителей различных заболеваний растений, но нетоксичны для высших цветковых паразитов, бактерий. Препараты серы токсичны для мучнисто-росяных грибов. Молодые организмы (у насекомых — личинки младших возрастов, у грибов — начальные фазы развития) более подвержены токсическому действию ядовитых веществ, чем старшие.

Особенности зимующих стадий вредных организмов, питания, половое различие особей и многие другие факторы определяют токсическое действие ядов.

Условия внешней среды (температура, влажность, солнечная радиация) также определяют степень токсичности ядовитых веществ. Обычно с повышением температуры чувствительность организмов к ядам возрастает. У насекомых с повышением температуры окружающей среды растет активность физиологических процессов (дыхание, активность ферментов, питание), в результате чего усиливается отравление. Действие препаратов серы на грибные организмы усиливается с повышением температуры. Понижение температуры ослабляет у насекомых проникновение ядов в гемолимфу и уменьшает их токсическое действие. Влажность воздуха и почвы оказывает влияние на развитие вредных организмов и на химические свойства ядов.

Применяемые в сельском хозяйстве пестициды должны обладать определенными свойствами и быть не только эффективными, но и безопасными для окружающей среды.

Все пестициды по своим качествам должны отвечать требованиям ГОСТов, т. е. должны быть стандартными. Стандарты предусматривают: точное название препарата, состав, технические условия (ТУ) на его изготовление, содержание действующего вещества, наполнителей, влажность, тонину помола дустов, порошков, смачивающихся порошков, способы отбора проб для анализа и методы анализа действующего вещества, указание упаковки препарата и условий хранения.

низкой острой и хронической токсичностью для человека и животных;
умеренной персистентностью и способностью разлагаться в течение одного вегетационного периода во внешней среде;
высокой биологической и экономической эффективностью;
удобством применения, хранения и транспортировки;
безвредностью для полезных организмов (пчел, опылителей, энтомофагов, почвенных микроорганизмов-антагонистов);
отсутствием резко выраженных кумулятивных свойств, канцерогенности, мутагенности, эмбриогенности, аллергенности;
отсутствием способности вызывать коррозию металлов и порчу тары;
взрывопожаробезопасностью.

В сельском хозяйстве должны применяться лишь препараты, малотоксичные для теплокровных животных и человека; нельзя использовать стойкие вещества, не разлагающиеся в природных условиях на нетоксичные компоненты в течение двух и более лет; не допускаются к применению препараты с резко выраженной кумуляцией (накоплением); недопустимо применение веществ, при предварительном изучении которых установлены их канцерогенность, мутагенность, эмбриотоксичность и аллергенность.

Токсичность веществ из группы пестицидов зависит от их химического состава, количества, воздействующего на организм, пути поступления, механизмов и продолжительности действия, условий внешней среды, чувствительности, исходного состояния организма и ряда других факторов. [1]

Виды токсичности

Разделяют острую и хроническую токсичность веществ, определяя, таким образом, их действие на организм и опасность для человека. В защите растений в основном используются пестициды, обладающие острой токсичностью, которая обеспечивает быстрый эффект в отношении вредных организмов. В специальных случаях, когда применение больших количеств пестицидов представляет опасность для полезных организмов и человека, используют их хроническую токсичность, вводя в состав приманок малые доли отравляющих веществ и обновляя эти приманки каждый день в течение недели (например, применение антикоагулянтов крови – родентицидов). [3]

Факторы, влияющие на токсичность

Для различных организмов мерой токсичности пестицидов является доза – количество отравляющего вещества на единицу измерения объекта, вызывающее определенный эффект. Ее выражают в единицах массы пестицида по отношению к единице массы обрабатываемого объекта (мкг/г, мг/кг), объема (концентрация в мкг/мл, мг/л) или на объект (мкг/особь). При оценке токсичности того или иного вещества всегда учитывается общий биологический закон развития живых существ: жизнеспособность вида определяется степенью гетерогенности его популяции. Исходя из этого, оценка проводится с использованием определенного числа организмов и по некому усредненному показателю. Наиболее часто применяется доза, вызывающая 50%-ный эффект (угнетение какого-то жизненно важного процесса) или 50%-ную гибель подопытных организмов. В первом случае такую дозу обозначают, как эффективная доза ЕД₅₀, во втором это называется смертельной, или летальной дозой СД₅₀ или ЛД₅₀. Данные показатели также используются для определения степени устойчивости популяции к пестициду и избирательности действия пестицида на определенные виды организмов. [3]

Также токсичность вещества для живого организма зависит от дозы токсиканта и продолжительности экспозиции. В определенном диапазоне с увеличением дозы и экспозиции пропорционально возрастает эффект. [3]

В целом, токсичность пестицида зависит от нескольких факторов, без оглядки на которые невозможно правильное использование препаратов. Все эти факторы можно распределить по трем группам:

Экспозиция (продолжительность контакта токсического вещества с вредным организмом) – это одно из основных условий проявления токсичности. Известно, что с ростом экспозиции токсическое действие яда возрастает, поскольку в организм поступает его большее количество. При обработке почвы и растений экспозиция зависит от продолжительности сохранности пестицида в почве и на растениях. Большое значение при этом имеют условия внешней среды и физико-химические свойства пестицида. [3]

Длительность экспозиции в наибольшей степени зависит от химической, термической стойкости и фотостабильности, а также от летучести вещества. Химически стойкие и малолетучие вещества долго сохраняются на растениях и в почве. Эффективность и продолжительность действия синтетических пиретроидов во многом определяется их фотостабильностью. [3]

Из условий внешней среды наибольшее влияние на токсичность пестицидов оказывает температура. Под ее воздействием возможно изменение активности как самого вещества, так и реакции организма. С увеличением температуры повышаются потери пестицида с обработанной поверхности, но токсичность его может одновременно возрастать, например, при образовании более токсичных веществ (переход тионовых изомеров в тиоловые). При этом, в условиях оптимальной температуры организм становится более чувствительным к токсическому веществу из-за усиления процессов обмена веществ. [3]

Все почвенные факторы, которые влияют на сохранность пестицидов в почве, будут иметь влияние на токсичность препаратов. С увеличением содержания органического вещества и илистых частиц в почве резко возрастает сорбция пестицидов почвенным комплексом. В результате уменьшается количество вещества в почвенном растворе, снижается его эффективность и, как следствие, норму расхода пестицидов приходится увеличивать. [3]

На токсичность пестицида заметное влияние оказывают также процессы, которые протекают внутри организма. Поступление яда в организм вызывает ответные защитные реакции, ограничивающие его токсическое действие. К таким реакциям относятся: выведение вещества во внешнюю среду в неизменном виде, отложение (депонирование) его в тканях и разрушение яда до более простых веществ с включением их в общие процессы метаболизма или последующей экскрецией. [3]

Токсичность яда также зависит от скорости активной или пассивной диффузии веществ через различные ткани. Чем выше скорость проникновения, тем больше ядовитость соединения, поскольку уменьшаются возможности для его детоксикации и депонирования. Во многих организмах также есть внутренние структурные барьеры, препятствующие проникновению токсических веществ к жизненно важным центрам. [3]

Токсичность яда, проникшего к месту действия, зависит от степени сходства молекулы токсина с молекулой рецептора. Необходимость подобного сходства молекул подтверждается тем, что токсичность многих веществ зависит от структуры молекулы и пространственного расположения атомов. Инсектицидная активность синтетических пиретроидов зависит от количества активных стереоизомеров в препарате. Такая зависимость отмечена у фунгицидов из группы триазолов (металаксил), у гербицидов – производных арилоксифеноксипропионовой кислоты и др. [3]

Показатели токсичности

Как уже говорилось, универсальной мерой токсичности пестицидов для вредных организмов является доза отравляющего вещества – количество препарата, вызывающего определенный эффект. Она обычно выражается в единицах массы пестицида в отношении к единице массы вредоносного организма (в миллиграммах на килограмм).

Показатели токсичности обозначают буквенными символами с указанием величины эффекта:

СД (смертельная доза) = ЛД (летальная доза),
СК (смертельная концентрация) = ЛК (летальная концентрация),
ЕД (эффективная доза)

Например, ЛД₅₀ – это доза пестицида, вызывающая смерть 50% организмов, на которые она воздействует.

Эффект токсических веществ для вредных организмов определяют по проценту их гибели или по характерным признакам отравления ядом (уменьшение массы, задержка роста, изменение активности отдельных систем организма, его реакции и т.п.).

Количественные показатели токсичности определяют эмпирически, действуя на группы опытных объектов разными (логарифмически возрастающими) дозами препаратов. [1]

Детоксикация – биотические превращения химического вещества в соединения с меньшей токсичностью. [2] Второе значение: мероприятия, направленные на выведение из организма попавших туда токсических веществ. [3]

Выведение ядов из организма

Механизмы детоксикации химикатов в организме человека и животных

Механизмы детоксикации в живых организмах весьма многообразны. При этом, все они имеют две основных цели: выведение ядов из организма и/или их перевод в нетоксичную форму. В результате происходит обезвреживание и элиминация отравляющих соединений, благодаря чему сохраняется постоянство внутренней среды организма и создается возможность для дальнейшего нормального протекания процессов жизнедеятельности. [3]

Вот некоторые из механизмов детоксикации:

Превращение токсичных компонентов в менее токсичную форму. Так, при попадании в организм ионов тяжелых металлов Cd 2+ , Hg 2+ , Pb 2+ в печени и почках происходит увеличение синтеза металлотионинов – белков, которые прочно связывают эти ионы, тем самым не давая им в дальнейшем конкурировать с необходимыми для жизнедеятельности ионами Fe 2+ , Co 2+ , Mg 2+ за места связывания в ферментах. [2]
Процессы микросомального окисления в печени – гидроксилирование вредных соединений, происходящее при участии фермента цитохрома P450 и завершающееся изменением первичной структуры молекул этих веществ. Очень часто данный способ аутодетоксикации оказывается самым главным, особенно, когда речь идет об обезвреживании органических отравляющих веществ и лекарственных препаратов. Вообще, именно в печени обезвреживается максимальное количество чужеродных веществ (ксенобиотиков), и уже оттуда они направляются к органам, через которые будут выведены. [3](фото)
Перенос токсина кровью в другие ткани, где он будет депонирован. Например, ионы свинца Pb 2+ , иммобилизованные в костях более чем на 90% от своего количества в организме, остаются токсичными лишь за счет остальных 10%, распределенных в других тканях тела. Аналогичным образом, такие вещества, как мышьяк, могут накапливаться в волосах и ногтях.
Образование нерастворимых солевых комплексов в кишечном тракте. [2]
Активация работы органов выделения. Летучие химические вещества и продукты их обмена выводятся через легкие, а для растворимых соединений характерно выведение через почки и с кишечным содержимым, а также с желчью. Если орган, который должен избавляться от токсинов, не справляется со своей задачей, его функцию способны взять на себя и другие образования. К примеру, при отравлении аммиаком, метиленовой синью, а также во многих других случаях присутствие ядов обнаруживаются в секрете потовых, слюнных и даже слезных желез. [3]

Важно упомянуть, что не все ядовитые вещества могут быть самостоятельно обезврежены организмом. В некоторых случаях в него поступает слишком значительная доза токсина, или вещество, которое недоступно воздействию существующих механизмов естественной детоксикации. В подобных случаях необходимо проведение экстренных медицинских мероприятий, направленных на обезвреживание ядов; иначе отравление может грозить гибелью организма. [3]

Процедура гемодиализа

Видео демонстрирует проведение гемодиализа и рассказывает о механизме детоксикации при помощи этой процедуры.

Лечение отравлений – детоксикационная терапия

В своей основе такая терапия имеет те же цели, что и процессы обезвреживания ядов, осуществляемых самим организмом: связать и вывести вредные вещества во внешнюю среду. Для этого выполняют ряд мероприятий:

Существуют и другие методы детоксикации; их конкретный выбор должен осуществляться в зависимости от того, какое именно вещество выступает в виде яда.

При проведении медицинской детоксикации по поводу острых отравлений огромное значение имеет такой фактор, как время, прошедшее с момента поступления химикатов в организм. Необратимое связывание токсинов с молекулами белков-переносчиков, блокирование ферментов, разрушение клеток крови – при отсутствии своевременной помощи это может создавать угрозу жизни. Однако хроническое отравление в ряде случаев оказывается ненамного более благоприятной ситуацией. При длительном поступлении в организм небольших количеств отравляющих веществ (например, малых доз пестицидов при употреблении насыщенных ими продуктов) происходит их накопление в организме; молекулы токсинов встраиваются в цепи биохимических реакций и нарушают их нормальное течение. В результате часть мероприятий детоксикации не могут быть использованы у пациентов, предпринимаемые меры становятся менее эффективными и должны проводиться на протяжении более продолжительного времени. [3]

Детоксикация пестицидов в окружающей среде

Детоксикация токсических веществ, в частности, многих пестицидов, может происходить и в окружающей среде; она осуществляется вследствие различных физико-химических процессов, микробиологического превращения, поглощения растениями и почвенной фауной, а также адсорбцией перегноем и другими коллоидами. Благодаря протеканию этих процессов, со временем происходит восстановление экосистемы и прежних биоценотических связей. [1]

Читайте также: