CC BY
10
ГДК 614.777:628.191
И. Е. Ильин ¿к
ИЗУЧЕНИЕ ОПАСНОСТИ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ХИМИЧЕСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ В ВОДНОЙ СРЕДЕ
Саратовский медицинский институт
При оценке уровня химического и микробиологического загрязнения водных ресурсов гигиеническая наука руководствуется традиционными представлениями о равномерном распределении химических веществ и микроорганизмов во всем объеме воды. Однако в условиях интенсивного антропогенного воздействия появляется качественно новая форма существования загрязнителей в водной среде, связанная с эффектом так называемого «перераспределения». Этот эффект обусловлен присутствием в воде поверхностно-активных веществ (ПАВ) и заключается в переходе загрязнителей из объема воды на поверхность с формированием поверхностной пленки микроскопической толщины, характеризующейся чрезвычайно высоким содержанием микроорганизмов и химических веществ. При благоприятных условиях насыщенный адсорбционный слой, образующийся на поверхности воды вследствие специфических физико-химических свойств детергентов (поверхностная активность, способность к солюбилизации), фиксирует до 80 % от общего количества химических веществ и патогенных бактерий и вирусов, присутствующих в растворе. Содержание их в адсорбционной пленке в тысячи раз превышает допустимое.
Настоящая работа проведена с целью изучения основных особенностей и закономерностей токсического действия наиболее приоритетных химических загрязнителей (агрохимикатов, кра-сителей-аминофенолов, канцерогенов), а также влияния на них бактериальной и вирусной контаминации в условиях образования адсорбционной пленки.
Исследования проводили следующим образом: модельные водоемы с дистиллированной водой (вместимость Г2 л, температура воды 20°С) искусственно загрязнялись комбинациями типа ядохимикаты + ПАВ, минеральные удобрения + ПАВ, канцерогены + ПАВ, аминофе-нолы + ПАВ, патогенные энтеробактерии + + ПАВ и энтеровирусы + ПАВ. Для моделирования загрязнения воды детергентами были выбраны представители высокостабильных «жестких» ПАВ, принадлежащие к 2 группам: ани-оноактивные препараты азолят А и сульфонол НП-1 и неионогенные ОП-7 и ОП-Ю. Детергенты и исследуемые вещества вносили в воду в концентрациях, равных 1 — 10 ПДК. Контаминация бактериальными загрязнителями осу-
ществлялась на уровне Ю4 микробных клеток на 1 л, вирусными — исходя из величины тканевой цитопатогенной дозы (103 ТЦДэо/л). Каждая группа веществ или микроорганизмов являлась объектом отдельного специального изучения.
После 12-часовой экспозиции в модельном водоеме, необходимой для формирования насыщенного адсорбционного слоя, поверхностную пленку извлекали с границы раздела посредством фиксации ее на стерильный мелкоячеечный экран.
Подопытным животным (белым мышам и крысам) вводили перорально полученные таким и образом препараты с целью установления сте-пени их токсичности или вирулентности.
Установлено, что даже минимальное антропогенное загрязнение водоемов (до 1 ПДК) при наличии в воде ПАВ способствует формированию на поверхности воды адсорбционной пленки, оказывающей выраженное токсическое действие, зачастую отличающееся от токсического действия исходного препарата.
На первом этапе исследований проведен по-дострый 45-дневный эксперимент по сравнительной оценке токсического действия химических загрязнителей, сконцентрированных в поверхностной пленке и находящихся в объеме воды при уровне загрязнения 1 ПДК. Крысы-самцы 1-й группы ежедневно перорально получали 1 мл пленки, собранной посредством экрана с поверхности воды, а крысы 2-й группы — 1 мл воды, взятой из объема раствора. Всего в опыте^ использовано 8 групп животных, 9-я группа служила контролем.
Токсическое действие гексахлорциклогексана (ГХЦГ), карбофоса, аммиачной селитры и ор-тоизомера аминофенола оценивали с использованием комплекса интегральных и специфических показателей.
Установлено, что вода из объема раствора, содержащего указанные загрязнители в количестве 1 ПДК, практически безвредна: статистически достоверных различий с контролем в эксперименте не установлено. В то же время ежедневное пероральное введение 1 мл поверхностной пленки, образующейся на поверхности этого же раствора, вызывало выраженные изменения состояния подопытных животных. Например, у крыс, получавших продукты перераспределения ГХЦГ, зарегистрировано достовер-
ное уменьшение числа эритроцитов и содержания гемоглобина в крови, снижение активности холинэстеразы и иммунобиологической реактивности, повышение содержания БН-групп. Экспериментально доказано кардиотоксическое действие этих продуктов и влияние их на коэффициенты массы внутренних органов. Установлено также, что поверхностная пленка, образующаяся при загрянении воды ГХЦГ, обладает выраженной мутагенной активностью: процент аберрантных метафаз в клетках мозга у животных этой группы составил 2,36 ±0,07, в то время как у животных, получавших ГХЦТ из объема раствора, — лишь 0,56±0,02 (Р<0,001).
Анализ токсического влияния поверхностной пленки, образующейся при загрязнении воды комбинациями типа карбофос + ПАВ, аммиачная селитра + ПАВ, ортоизомер аминофено-ла + ПАВ показал, что продукты, образующиеся в этих условиях на поверхности воды, обладают значительной биологической активностью. Более того, установлено, что эти загрязнители, существуя в условиях газожидкостной фазы (коалесценции), дают токсические эффекты, не свойственные исходным веществам. Например, продукты перераспределения аммиачной селитры и карбофоса оказывают существенное влияние на иммунобиологическую реактивность (титр комплемента) и количество БН-групп, чего не наблюдается у исходных препаратов. Для картины токсического действия продуктов перераспределения ортоизомера ами-нофенола характерны антихолинэстеразная активность, а также и выраженный мутагенный эффект.
В хроническом эксперименте оценивали блас-томогенное действие 3,4-бенз(а)пирена (БП) в условиях перераспределения: поверхностную пленку, собранную с поверхности модельного водоема, ежедневно вводили перорально 50 белым крысам-самцам. Одновременно 50 других животных получали ежедневно по 1 мл воды "из этого экспериментального водоема.
Доказано, что перераспределение и концентрирование канцерогенов на высокоразветвлен-ной «глиссирующей» поверхности микроскопической толщины сопровождается выраженным бластомогенным эффектом: из 46 эсперимен-тальных животных опухолевый процесс к кон-
цу опыта зарегистрирован у 41, т. е. 89,1% (табл. 1).
Наоборот, в группе, получавшей БП из объема раствора, количество животных с опухолями не превышало 20 %, что достоверно не отличалось от контроля. Эти опухоли носили доброкачественный характер и по морфологической картине, срокам появления и локализации были идентичны опухолям у контрольных животных. Анализ локализации опухолевого процесса у крыс, получивших продукты коалесценции, показал, что опухоли печени составили 54,3%, легких — 69,5%, почек— 19,5%- В подавляющем большинстве случаев новообразования печени были представлены гепатомами. Злокачественный характер этих новообразований подтверждался наличием множественных метастазов в легкие и почки. Довольно часто наблюдались одновременно опухоли 2—3 морфологических типов. Так, н-аряду с гепатоцеллюлярным раком встречались опухоли из эпителия внутри-печеночных желчных протоков — холангиомы.
В ходе исследований устанавливали параметры острой токсичности и кумулятивные свойства продуктов перераспределения и коалесценции приоритетных химических загрязнителей водоемов.
Полученные результаты показали, что основные химические загрязнители в условиях их перераспределения и коалесценции в водной среде обладают в среднем в 2—7 раз большей токсичностью, чем исходные вещества (табл. 2).
Так, при анализе токсического действия хлор-органических ядохимикатов установлено, что по сравнению с другими веществами в условиях редистрибуции токсичность их возрастает максимально: среднесмертельпая доза ГХЦГ снижается в этих условиях с 552 до 76,6 мг/кг, геп-тахлора —с 347 до 58,3 мг/кг, ДДБ — с 118,2 до 12,8 мг/кг. Закономерности токсического действия хлорорганических пестицидов связаны прежде всего с особенностями их химической структуры — наличием в составе молекулы одной или нескольких неполярных групп, представленных в данном случае ароматическими кольцами. Например, ЬО50 ДДБ, имеющего два бензольных кольца, снижается в условиях коалесценции максимально по сравнению с геп-
Таблица 1
Бластомогенное действие БП в условиях его перераспределения в водной среде
Количество животных Количество живстных с опухолями —*
Группа животных к началу к моменту обна- всего печени легких почек
опыта ружения 1-й %
опухоли абс. % абс. абс. % абс %
Контрольная 50 47 11 23,4 4 8,5 6 12,7 1 2,12
Получавшие БП: 8,8
! мл из объема раствора 50 45 9 20,0 4 3 6,6 0 0
1 мл поверхностной пленки 50 46 41 89,1 25 54,3 32 69,5 9 19,5
Таблица2
Параметры острой токсичности приоритетных химических загрязнителей водоемов в условиях их адсорбции поверхностной ¿/Г
пленкой в процессе перераспределения
Загрязнители Исходные вещества Продукты перераспределен ия
LDS0, мг/кг доверительные границы LDse, мг/кг доверительные границы
Ядохимикаты
Хлорорганические:
ГХЦГ 552,0 (368—828,0) 76,6 (58,4-85,9)
7-ГХЦГ 254,4 (227,3—281,0) 42,7 (36,5-46,2)
гептахлор 347,0 (329,4-364,7) 53,3 (47,2—58,2)
ДДБ 118,2 (96,4—120,7) 12,8 (10,5—13,3)
Фосфороганические:
карбофос 856,0 (801,7-893,0) 171,2 (163,3—179,1)
метафос 29,3 (26,7—30,03) 5,8 (4,3-6,07)
трихлорметафос 347,0 (333—356,4) 69,4 (67,8-71,3)
хлорофос 642,5 (518,1—796,7) 128,6 (120,3—133,7)
Рт у т ьор га н и чес к ие:
гранозан 41,2 (37,1-43,5) 5,16 (4,53-5,89)
Медьсодержащие:
купрозан 426,0 (403-451,3) 105,7 (93,4-111,7)
Дитнокарбаматы:
поликарбацин 6182,3 (6034,2—6247,8) 2052,0 (1975,4-2138,5)
цинеб 1852,0 (1782—1906,4) 616,6 (604,3-625,7)
карбатион 452,8 (442,3-465,5) 146,0 (134,5-156,9)
Минеральные удобрения
Азотсодержащие: аммиачная селитра кальциевая селитра натриевая селитра сульфат аммония хорид аммония карбамид Фосфорсодержащие: супер ¡:осфат преципитат фосфоритная мука
ортоизомер метаизомер параизомер
9627,4 (9582,2- -9744,7) 3209,0 (3066,5- -3298,6)
9285,0 (9121,5- -9366,3) 3093,7 (2934,2- -3255,9)
8732,6 (8685,4- -8804) 2910,8 (2877,3- -3077,5)
6971,3 (6855- -77033,5) 3348,2 (3291,4- -3417,8)
6603,9 (6547,4- -6686,1) 3254,0 (3176,3- -3319,3)
8471,0 (8326,7- -8546,4) 2830,0 (2784,2- -2899,5)
24926,0 (24803,5- -25160,4) 10385,4 (10266,4- -10457,8)
26044,5' (25720,1- -26199,0) 11323,6 (11276,4- -11391,9)
29863,4 (29731,7- -30665,6) 11485,8 (11360,9- -11532,2)
1380,0 1245,0 543,0
Аминофенолы
(1205,2-1580,1) (1204—1287,1) (477,1—664,3)
465,4 405,6
187,4
\
(426,4-487,7) (394,3-413,8) (173-197,5)
тахлором или у-ГХЦГ, содержащими только одни бензольный цикл. В ходе анализа особенностей токсического действия фосфорорганиче-ских пестицидов установлено, что их перераспределение в водной среде влечет за собой в среднем пятикратное увеличение токсичности: в этих условиях Ь05о метафоса снижается с 29,3 до 5,8 мг/кг, хлорофоса — с 642,5 до 128,6 мг/кг. Доказано, что перераспределение пести-цидов-дитиокарбаматов сопровождается трехкратным увеличением их токсичности: ЬОэо по-ликарбацина изменяется в этих условиях с 6182 до 2052 мг/кг. Среднесмертельная доза продуктов перераспределения цинеба составляет 616,6 мг/кг, что в 3,2 ниже ЬО50 исходного препарата.
Сравнительный анализ токсичности азостис-тых минеральных удобрений в условиях их существования в адсорбционной пленке показал, что действие этих веществ обусловлено главным образом особенностями химической структуры. Максимальное увеличение токсичности отмече-
но у соединении, содержащих азот в составе нитрат-ионов (М0Г): токсичность аммиач-.
ной, кальциевои и натриевой селитр возраста ет в процессе перераспределения соответственно в 3, 3,6 и 2,9 раза, в то время как сульфата аммония, несущего группу снижается лишь в 2,1 раза. Изучение параметров острой токсичности фосфорсодержащих удобрений показало, что эти сравнительно низкотоксичные соединения (Ю50 суперфосфата 24 926 мг/кг) в процессе перераспределения под влиянием ПАВ повышают свою токсичность в 2,4—2,6 раза. Токсикологические исследования продуктов перераспределения и коалесценции аминофено-лов имели целью выявление взаимосвязи между особенностями изомерии изучаемых препаратов и параметрами их острой токсичности. Установлено, что 1^50 орто-, пара- и метаизомеров аминофенолов снижается в процессе перераспределения в среднем в 3 раза, причем между
>t
абсолютными величинами среднесмертельных доз этих препаратов существует статистически достоверная разница. Необходимо отметить, что большинство исследуемых химических веществ в соответствии с ранее разработанной классификацией 1 могут быть отнесены к категории опасных.
Оценка кумулятивных свойств соединений, находящихся в состоянии коалесценции, проведена в подостром санитарно-токсикологическом эксперименте. Животные ежедневно получали продукты перераспределения химических препаратов в дозе, равной 1/10 ЬО50. У животных всех опытных групп индекс кумуляции устремлялся в бесконечность, т. е. кумулятивные свойства этих продуктов практически не выражены.
Поскольку перераспределению подвержены не только химические, но и биологические объекты водной среды, нами проведены исследования по оценке опасности перераспределения патогенных энтеробактерий и энтеровирусов.
Микроорганизмы извлекались из поверхностного адсорбционного слоя посредством стерильного экрана, накапливались, после чего вводились пероральнно белым мышам для установления степени вирулентности этих микроорганизмов по сравнению с обычной культурой. В условиях перераспределения и концентрирования бактерий и вирусов в адсорбционной пленке возрастала степень их вирулентности в сравнение с исходными культурами, что объясняется прежде всего способностью ПАВ изменять проницаемость тканей организма, прежде всего кишечника, в отношении бактериальных и вирусных объектов. Например, вирулентность Б. Тур-Ытипит в этих условиях повысилась с 5086 до
'Королев А. А., К р а с о в с к н й Г. Н. — В кн.: Вопросы охраны окружающей среды. Пермь, 1979, с. 48—50.
884 мг/кг, вирулентность S. Typhi — в 3,6 раза и S. Schottmulleri — в 5,8 раза.
Изучение вирулентности патогенных шигелл Зоне и Флекснера в условиях их фиксации газожидкостной фазой показало, что степень вирулентности в процессе перераспределения возрастет в среднем в 2,8—4 раза. При анализе степени вирулентности вирусной контаминации (пикориовирусов) в условиях коалесценции выявлено, что среднесмертельная доза патогенных энтеровирусов LSc 2ab, ECHO Коксаки А-7 снижается в этих условиях в 7,3—9,6 раза.
Выводы. 1. Перераспределение химических загрязнителей в водной среде сопровождается образованием продуктов, обладающих повышенной токсичностью и более высокой биологической активностью по сравнению с исходными, веществами.
2. Токсическое действие приоритетных химических загрязнителей в условиях перераспределения определяется прежде всего особенностями их химической структуры.
3. Перераспределение бактериальных и вирусных загрязнителей в водной среде сопровождается повышением степени вирулентности по сравнению с исходными культурами и представляет в этом смысле потенциальную угрозу для здоровья населения.
Поступило 10.01.86
Summary. Acute toxicity parameters and toxicodynamics of certain priority chemical, bacterial and viral pollutants in the conditions of their redistribution, concentration and coalescence due to surfactants were studied. It has been proved that the presence of chemicals and microorganisms in gas-liquid phase, within a great range of dynamic microscopic surface patterns, is responsible for increased toxicity or virulence of waterbodies, with specific effects due to the initial products being prevalent.
УДК 610.155.3-02.547.562.21-074
В. К. Фадеева, Л. М. Мелесова, М. В. Сидорова, Е. М. Вихрова,
В. В. Кустов
ВЛИЯНИЕ ИЗОЛИРОВАННОГО И СОЧЕТАННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ФЕНОЛА И ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА НА КЛЕТОЧНЫЙ СОСТАВ БЕЛОЙ КРОВИ
НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Задача настоящей работы состояла в изучении особенностей изменений клеточного состава белой крови и выявления специфических и неспецифических реакций этой системы при изолированном хроническом действии фенола, сочетан-ном действии фенола и высокой температуры воздуха, изолированном воздействии высокой температуры воздуха.
Исследования выполнены на 45 крысах-самцах с исходной массой тела 170 г, разделенных на
3 группы. Животные 1-й группы на протяжении 45 дней находились в затравочной камере в атмосфере фенола (9,8 мг/м3) при температуре воздуха 24—26 °С, а животные 2-й группы подвергались сочетанному воздействию в тепловой камере при 32 °С по 17 ч в сутки, с последующим пребыванием в затравочной камере в атмосфере фенола с концентрацией 9,4 мг/м3 при 24—26 °С по 7 ч в сутки на протяжении 60 дней. Крыс 3-й группы (контроль по отношению ко 2-й группе)
