Экотоксичность

Экотоксичность , предмет изучения в области экотоксикологии ( гибрид экологии и токсикологии ), относится к биологическим , химическим или физическим стрессорам , которые влияют на экосистемы . Такие стрессоры могут встречаться в естественной среде в плотностях, концентрациях или уровнях, достаточно высоких , чтобы нарушить естественное биохимическое и физиологическое поведение и взаимодействия. Это в конечном итоге влияет на все живые организмы, которые составляют экосистему.

Экотоксикология определяется как раздел токсикологии, который фокусируется на изучении токсических эффектов, вызванных природными или синтетическими загрязнителями. Эти загрязнители влияют на животных (включая людей), растительность и микробы, внутренним образом. ^[1]

В статье Барри Пика « Влияние фармацевтических препаратов на окружающую среду » экотоксичность определяется на основе уровня воздействия опасных веществ. Пик выделяет две категории: острая и хроническая экотоксичность (Peake, 2016).

Острая экотоксичность относится к вредным эффектам, возникающим при воздействии опасного вещества в течение до 15 дней. Эти эффекты вызваны взаимодействием химического вещества с клеточными мембранами организма, что часто приводит к повреждению клеток или тканей или смерти (Peake, 2016).

С другой стороны, хроническая экотоксичность относится к вредным эффектам от долгосрочного воздействия, от 15 дней до нескольких лет. Обычно она связана со специфическими взаимодействиями между лекарственными средствами и рецепторами, которые вызывают фармакологическую реакцию в водном или наземном организме. Хотя хроническая экотоксичность с меньшей вероятностью может быть летальной, она снижает клеточные биохимические функции, что может привести к изменениям в психологических или поведенческих реакциях организма на стимулы окружающей среды (Peake, 2016). ^{[ необходима цитата ]}

1. Диэтилфталат — попадает в окружающую среду через предприятия по производству косметики, пластика и других коммерческих продуктов.
2. Бисфенол А (БФА) — содержится в продуктах массового производства, таких как медицинские приборы, упаковка для пищевых продуктов , косметика, детские игрушки, компьютеры, компакт-диски и т. д.
3. Фармацевтика - фунгицид, содержащийся в шампунях против перхоти. Наиболее распространенным примером является Климбазол .
4. Пестициды
5. Некоторые, но не все: чистящие средства , стиральные порошки , кондиционеры для белья , очистители духовок и дезинфицирующие средства .
6. Фосфаты
7. Масло

В Канаде нет закона, требующего от производителей указывать опасность для здоровья и окружающей среды , связанную с их чистящими средствами. Многие люди покупают такие продукты, чтобы поддерживать чистоту и здоровье дома, часто не подозревая о способности продукта наносить вред как их собственному здоровью, так и окружающей среде. «Канадцы тратят более 275 миллионов долларов в год на чистящие средства для дома». ^[2] Химикаты из этих чистящих средств попадают в наш организм через дыхательные пути и впитываются через кожу . Когда эти чистящие средства смываются в канализацию, они могут негативно влиять на водные экосистемы . Также нет никаких правил, устанавливающих, что ингредиенты должны быть указаны на этикетках чистящих средств. Это часто приводит к тому, что пользователи не знают о химикатах, воздействию которых они подвергают себя и окружающую среду. ^{[ необходима цитата ]}

Ароматизаторы содержатся в большинстве чистящих средств, духов и средств личной гигиены . В этих смесях ароматизаторов используется более 3000 химикатов. Синтетические мускусы, используемые в моющих средствах, накапливаются в окружающей среде и вредны для водных организмов. Некоторые мускусы являются возможными эндокринными разрушителями , которые мешают функционированию гормонов. Фталаты являются распространенным ингредиентом в этих ароматизаторах, содержащихся в стиральных порошках и кондиционерах для белья. Эти фталаты (предполагаемые эндокринные разрушители) влияют на скорость воспроизводства, включая снижение количества сперматозоидов у мужчин. Некоторые очистители для стекол и полироли для пола содержат дибутилфталат (ДБФ). Европейский союз классифицирует ДБФ как очень токсичный для водных организмов. Это представляет огромную опасность, поскольку эти очистители, особенно полироли для пола, часто смываются в канализацию и попадают в водную среду. ^{[ необходима цитата ]}

Фосфаты содержатся во многих моющих средствах для посудомоечных машин, стиральных порошках и чистящих средствах для ванных комнат. Они действуют как удобрение в воде и в высоких концентрациях могут способствовать цветению водорослей и росту сорняков. Когда вода, содержащая фосфаты, смывается в водные пространства, они переносят с собой удобрения , питательные вещества и отходы. Фитопланктон и водоросли процветают на поверхности из-за повышенного содержания фосфатов. Мертвый фитопланктон и другие организмы опускаются на дно, что приводит к появлению большого количества редуцентов из-за увеличения запасов пищи (мертвые организмы, фитопланктон). Из-за увеличения количества редуцентов, которые используют больше кислорода, рыба и креветки в нижних слоях океана испытывают кислородное голодание, что приводит к созданию гипоксических зон . ^{[ необходима цитата ]}

Кваты — это противомикробные вещества, которые содержатся в чистящих средствах для ванных комнат, кондиционерах для белья и обезжиривателях. Они представляют собой класс раздражителей и сенсибилизаторов , которые негативно влияют на людей, страдающих астмой. Эти химические вещества сохраняются в водных экосистемах и токсичны для организмов, которые в них живут. Многие исследователи обеспокоены тем, что их широкое использование в повседневных бытовых дезинфицирующих средствах и косметике способствует появлению бактерий, устойчивых к антибиотикам , тем самым ограничивая возможности лечения микробных инфекций. ^{[ необходима цитата ]}

Тринатрийнитрилотриацетат содержится в чистящих средствах для ванных комнат и, возможно, в некоторых стиральных порошках, хотя они более активно используются в промышленных составах. Накопление тринатрийнитрилотриацетата в окружающей среде может создать общую токсичную проблему. В водных экосистемах эти химикаты вызывают повторное растворение тяжелых металлов в осадке в воде. Многие из этих металлов токсичны для рыб и других диких животных. ^[2]

Средства личной гигиены могут попадать в окружающую среду через стоки с очистных сооружений и переработанный ил. Недавно в стоках очистных сооружений был обнаружен противогрибковый препарат климбазол . Климбазол охотно используется в косметике и входит в состав шампуней против перхоти. Шампуни содержат до 2% его состава, что эквивалентно примерно 15 г/л. Климбазол классифицируется как чрезвычайно токсичный для водных организмов. Он влияет на рост зеленых водорослей Pseudokirchneriella subcapitata при очень низких концентрациях.

Рыба данио-рерио испытала летальные эффекты после воздействия климбазола в лабораторных испытаниях. Эффекты включали утолщение оплодотворенных яиц, отсутствие образования сомитов, отсутствие отделения хвостовой почки от желточного мешка и отсутствие сердцебиения, все они были оценены как происходящие через 48 часов. Danio rerio , Lemna minor , Navicula pelliculosa , Pseudokirchneriella subcapitata и Daphnia magna были протестированы и обнаружили, что климбазол отрицательно влияет на них в зависимости от концентрации, причем самая высокая токсичность наблюдалась у Lemna minor. Эффекты включали задержку роста колоний и потемнение цвета. Эффекты климбазола на овес и репу включали задержку роста листьев и побегов, а также потемнение цвета. Водную экотоксичность климбазола можно классифицировать как очень токсичную для ряски и водорослей, токсичную для рыб и вредную для дафний. ^[3]

Фталаты и BPA используются с 1920-х и 1930-х годов. Фталаты использовались в качестве добавок в поливинилхлориде (ПВХ) с 1926 года, но также использовались в здравоохранении в качестве репеллентов от насекомых и церкарицидов. BPA в настоящее время присутствует в большинстве водных сред, попадая в водные системы через свалки и стоки очистных сооружений , что приводит к его биоаккумуляции в водных организмах. ^[4] Эти химические вещества, известные как эндокринные разрушители, попадают в водную среду через производство промышленных и потребительских товаров, сельское хозяйство, переработку продуктов питания и лекарств, очистные сооружения и отходы жизнедеятельности человека.

Фталаты, распространенные добавки, которые смягчают и делают ПВХ более гибким, встречаются во многих повседневных предметах, таких как медицинские приборы, упаковка для духов и косметики, веревки, лаки, пластиковые пищевые пленки и занавески для душа. Фталаты были обнаружены в воде, воздухе, отложениях и в водоемах по всему миру (Giam et al.). ^[5] И фталаты, и BPA влияют на воспроизводство у животных, включая моллюсков, ракообразных, амфибий и рыб, в первую очередь за счет нарушения гормональных систем. Некоторые фталаты имеют еще более широкие пути нарушения, влияя на развитие и воспроизводство у многих видов. Воздействия включают изменения в производстве потомства и снижение успешности вылупления. Например, у амфибий фталаты и BPA нарушают функцию щитовидной железы, влияя на развитие личинок. Моллюски, ракообразные и амфибии, как правило, более чувствительны к этим химическим веществам, чем рыбы, хотя у рыб при низких концентрациях наблюдалось нарушение сперматогенеза . ^[4]

Один конкретный фталат, диэтилфталат (DEP), попадает в водную среду через отрасли, которые производят косметику, пластик и различные коммерческие продукты, представляя опасность для водных организмов и здоровья человека. Исследования показали, что биоаккумуляция DEP происходит в тканях рыб, таких как карп обыкновенный ( Cyprinus carpio ), включая семенники, печень, мозг, жабры и мышцы. После четырех недель воздействия 20 ppm DEP карп становился сонным и обесцвечивался. Загрязнение DEP также представляет опасность для людей через контакт с косметикой и потребление рыбы. В странах, где практикуется рыболовство с использованием сточных вод, где сточные воды используются для выращивания рыбы, весьма вероятны нарушения эндокринной системы и наличие остатков фталата. Этот риск увеличивается, когда сточные воды с предприятий, содержащих DEP, сбрасываются в эти среды. У рыб воздействие DEP было связано с увеличением размера печени, уменьшением размера семенников и изменением активности ферментов (АЛТ и АСТ). ^[5] Кроме того, было обнаружено, что DEP снижает иммунитет M. rosenbergii после воздействия. Учитывая, что концентрации пластификаторов, используемых в лабораторных условиях, аналогичны концентрациям, обнаруженным в окружающей среде, вполне вероятно, что виды диких животных подвергаются отрицательному воздействию. ^{[ необходима цитата ]}

Пестициды часто представляют серьезную проблему для окружающей среды. Они убивают не только целевые организмы, но и нецелевые организмы в процессе. Пестициды выбрасываются в природную среду намеренно людьми, которые часто не знают, что эти химикаты распространятся дальше, чем предполагалось, Хатакеяма и др., как указано в. ^[6] Таким образом, пестициды в значительной степени влияют на естественные сообщества, в которых они используются. Они негативно влияют на нескольких уровнях, начиная от молекул, тканей, органов; отдельных людей, популяций и сообществ.

В естественной среде сочетание воздействия пестицидов и естественных стрессоров, таких как колебания температуры, нехватка пищи или снижение доступности кислорода, хуже, чем при их наличии по отдельности. Пестициды могут влиять на скорость питания зоопланктона. В присутствии пестицидов зоопланктон демонстрирует более низкую скорость питания, что приводит к снижению роста и воспроизводства. Пестициды также могут влиять на плавание, что представляет собой опасную для жизни проблему для зоопланктона, поскольку они плавают, чтобы добыть пищу и избежать хищников. Такие изменения могут изменить отношения хищник-жертва. Вращающееся поведение стало очевидным у дафний, когда оно было вызвано карбарилом. Присутствие карбарила увеличивало вероятность того, что дафнии будут съедены другими рыбами, Додсон и др., как цитируется по. ^[6] Токсичный пентахлорфенол увеличивает скорость плавания коловратки Brachionus calyciflorus . Это, в свою очередь, увеличило частоту встреч с хищниками, Престон и др., как цитируется по. ^[6]

Одним из существенных экологических последствий разведки нефти является загрязнение водных экосистем из-за разливов и просачиваний нефти . В некоторых районах, таких как Амазонка , нефть даже используется для подавления пыли на дорогах, в результате чего загрязненные стоки попадают в близлежащие водоемы. Это создает прямые риски для здоровья человека, поскольку многие люди, включая детей, ходят босиком по этим замазученным дорогам, подвергая себя воздействию сырой нефти. Кроме того, просачивания нефти могут загрязнять пруды, которые служат источниками питьевой воды для местного населения.

Во время разведки нефти буровой раствор, полученный в результате бурения, часто сбрасывается в ямы, которые часто не имеют облицовки, что увеличивает риск утечки загрязняющих веществ в окружающую среду. Ключевая экологическая проблема связана с полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ), которые «накапливаются на частицах и отложениях, защищая их от биодеградации», по словам Грина и Третта. ^[7]

В одном исследовании образцы были собраны с четырех участков (13 станций) в Амазонии, где сырая нефть была основным загрязнителем. Вода из Участка B, питьевого пруда, расположенного в 100 метрах от действующей нефтяной ямы, имела самую высокую концентрацию общих нефтяных углеводородов (TPH). Образцы отложений из этого района оказались остро фототоксичными . Этот регион с его ограниченной инфраструктурой зависит от рек и прудов для питья, приготовления пищи и купания. Исследование, на которое ссылаются Себастьян и др., сообщило о более высоких показателях заболеваемости раком в деревне в этом регионе, а также о широком распространении заболеваний среди людей, потребляющих загрязненную воду. ^[7]

Дальнейшие исследования Вернерссона были посвящены изучению токсичности образцов воды и осадков для двух водных видов, Daphnia magna (ракообразный зоопланктон) и Hyalella azteca (амфипод). Образцы были взяты из четырех мест, загрязненных сырой нефтью. В исследовании неподвижность D. magna наблюдалась после 24 часов воздействия в помещении. Когда организмы позже подвергались воздействию солнечного света, они часто восстанавливались в течение часа после воздействия УФ-излучения. Hyalella azteca культивировали в тех же условиях, с тенью, обеспечивающей снижение стресса, и световым циклом из 16 часов света и 8 часов темноты. Летальность была зарегистрирована после 96 часов воздействия. ^{[ необходима цитата ]}

Экотоксичность дала нам лучшее понимание масштабов ущерба, наносимого выбросами токсичных химикатов в окружающую среду. По данным Национальной медицинской библиотеки: «Согласно текущим оценкам, ежегодно в окружающую среду попадает совокупное количество миллионов тонн потенциально токсичных химикатов из широкого спектра промышленных и бытовых процессов» (Fantke, 2020). Некоторые из этих токсичных химикатов сбрасываются в озера, реки, океан и грунтовые воды. Животные, растения и водные поверхности также могут подвергаться воздействию химических выбросов в атмосферу, вызванных городами, заводами и пожарами (Fantke, 2020). Химический шлам также часто попадает в сельскохозяйственные и промышленные почвы. ^{[ необходима ссылка ]}

Эти химические вещества разлагаются в окружающей среде и могут стать токсичными метаболитами. Когда это происходит, они «имеют потенциал биоаккумулироваться и биоусиливаться в видах более высоких трофических уровней» (Fantke, 2020). Это может привести к самым разным последствиям, включая, помимо прочего: вымирание экологически чувствительных видов, изменения в местных пищевых цепях, физиологические и генетические изменения и изменения в воспроизводстве, росте и поведении (Fantke, 2020). Хотя было проведено много исследований экотоксичности, все еще существует неопределенность относительно истинного масштаба нанесенного ущерба. Могут быть долгосрочные последствия для структуры и функционирования локальных и глобальных экосистем, которые нам еще предстоит понять.

• Экотоксикология
• Токсичность

• Peake, Barrie M.; Braund, Rhiannon; Tong, Alfred YC; Tremblay, Louis A. (2016). «Влияние фармацевтических препаратов на окружающую среду». Жизненный цикл фармацевтических препаратов в окружающей среде . С.  109–152 . doi :10.1016/B978-1-907568-25-1.00005-0. ISBN 978-1-907568-25-1.
• Фантке, Питер; Аурисано, Николо; Бэйр, Джейн; Бакхаус, Томас; Буль, Сесиль; Чепмен, Питер М.; Де Цварт, Дик; Дуайер, Роберт; Эрнстофф, Алекси; Гольстейн, Лаура; Холмквист, Ханна; Жолле, Оливье; Маккоун, Томас Э.; Овсяняк, Николай; Пейненбург, Вилли; Постума, Лев; Роос, Сандра; Саутер, Эрван; Шованек, Дидерик; ван Страален, Нико М.; Вийвер, Мартина Г.; Хаушильд, Майкл (декабрь 2018 г.). «На пути к гармонизации характеристик экотоксичности при оценке воздействия на жизненный цикл». Экологическая токсикология и химия . 37 (12): 2955– 2971. Bibcode : 2018EnvTC..37.2955F. doi : 10.1002/etc.4261. PMC  7372721. PMID  30178491 .

• Ecotoxmodels.org — сайт, посвященный моделям экотоксичности.
• Экотоксичность Архивировано 2012-02-08 в определении Wayback Machine на сайте Science-in-the-Box компании P&G
• EXTOXNET – Расширенная токсикологическая сеть
• База данных EPA ECOTOX (Агентство по охране окружающей среды США) — данные о токсичности для водных и наземных растений и животных для многих распространенных тестовых видов.