Задачи экологической токсикологии. Зависимость доза-эффект вне организма
Проблема оценки прямого токсического воздействия и эффектов косвенных, опосредованных средой обитания — одна из центральных в современной экотоксикологической науке. Практическая невозможность проведения экотоксикологических экспериментов в природных условиях остроставит необходимость экстраполяции данных лабораторных и виварных экспериментов на условия существования природных биосистем. Подобные подходы широко используются в гигиенической токсикологии и гигиене. Однако отсутствие оценок вклада в экотоксикологическую реакцию прямого и косвенного влияния токсических агентов затрудняет такую экстраполяцию.
Успешное применение методов экологических аналогов в определенной степени зависит также от возможности учета прямого и модифицированного средой эффектов. Отметим, что именно соотношение прямых и опосредованных эффектов загрязнения природной среды делает экологическое нормирование процедурой, строго приуроченной к конкретным условиям того района, для которого регламентируется токсическая нагрузка.
Всякое научное направление базируется на основополагающих достижениях смежных наук. Имеются в виду прежде всего фундаментальные закономерности, установленные в общей экологии и токсикологии. Необходимо отметить, что отечественные исследования в области экологии, охраны природы, токсикологии и гигиены еще в 30—40-е годы были не просто на уровне мировых, но в значительной мере определяли его. Достаточно упомянуть основополагающие работы С.С.Четверикова по генетике популяций, Г.Ф.Гаузе по экологии популяций, В.Н.Сукачева и его концепцию биогеоценоза, а также ведущего российского токсиколога и гигиениста Н.В.Лазарева.
Изучение такого широкого спектра токсических проявлений возможно лишь при комплексном подходе с участием широкого круга специалистов, представляющих все направления биологической и медицинской наук. Этим определяется междисциплинарный статус экологической токсикологии. Именно поэтому сегодня экологическая токсикология формируется как синтез двух направлений наук — токсикологии и экологии.
Надорганизменный характер зависимости доза — эффект
Экотоксикология относится к классу токсикологических наук, в центре которых находится изучение механизмов токсического действия и токсических эффектов химических веществ, жизненно необходимых организмам, но поступающих в избыточном количестве или полностью им чужеродным (ксенобиотики).
Однотипность первичных механизмов токсического действия и в ряде случае близость изучаемых объектов (лабораторные животные и животные из природных популяций) различных направлений токсикологии и экотоксикологии, а также несомненный в прикладном аспекте их нормативный характер предопределяют и близость методологических подходов.
Казалось бы, проще всего сравнивать наличие токсических эффектов в группах организмов, подвергшихся токсическому воздействию и интактных.
Однако широко применяемые в токсикологии сравнения средних регистрируемых показателей (физиологических, функциональных, биохимических и др.) в контрольных и опытных группах организмов можно считать лишь предварительной оценкой токсических проявлений. Необходимо знать, как влияет увеличение токсической нагрузки на функционирование и устойчивость природных популяций и биоценозов. Только в этом случае в экологической токсикологии можно говорить о безопасных уровнях воздействия.
Связь между величиной токсической нагрузки и выраженностью токсического эффекта в количественной токсикологии обычно представляется в виде зависимости доза — эффект, носящей градированный или альтернативный характер. В качестве аргумента в дозовой зависимости чаще всего используют содержание токсичных веществ в объектах внешней среды или в изучаемых организмах. Токсический эффект отражает ответ биологической системы соответствующего уровня.
Поясним сказанное примером. Большинство авторов, основываясь на высоком сродстве свинца, ртути и других тяжелых металлов к SH-группам белковых молекул, придерживаются мнения о ведущей роли этого механизма в развитии интоксикации. Блокировка этих групп реализуется широким спектром физиологических, биохимических и функциональных реакций отдельных органов и систем организма. При некоторой дозе токсиканта CKp1 начинается снижение активности соответствующих ферментных систем вплоть до полного их подавления.
Естественно, что при определенном ингибировании этих систем (достижение уровня токсического эффекта, соответствующего Скр2) проявляется поражение отдельных клеточных структур и их функций, наиболее чувствительных к данному виду интоксикации. Б.М.Штабский и соавт. отмечали, что переход количественных изменений к новому качественному состоянию (альтернативный эффект) соответствует проявлению признаков интоксикации на следующем, более высоком уровне организации биологических систем. В нашем случае градированная зависимость на молекулярном уровне при некотором пороговом значении Скр2 приводит к альтернативному эффекту на уровне ткани и органа.
Поражение функции органа по мере возрастания токсической нагрузки достигает следующего порогового значения Скр3, при котором возможна гибель организма. Градированная зависимость «уровень токсического фактора — число "пораженных" особей» является базой для перехода к альтернативной оценке судьбы следующего уровня организации сообщества организмов, биоценоза.
Несмотря на упрощенный характер обсуждаемого примера, можно говорить об общих принципах проявления токсических эффектов на различных уровнях биологических систем, определяющих тем самым область интересов различных направлений токсикологии и экотоксикологии, а также их методическое единство.
