Методические указания к лабораторным работам

по дисциплине «Основы токсикологии»

для специальности 280201(320700) «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»

и специальности 280202 (330200) «Инженерная защита окружающей среды»

(для всех форм обучения)

Новороссийск

2006 г.

Методические указания составлены на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования «Направление подготовки дипломированного специалиста 656600 – Защита окружающей среды. Квалификация – инженер-эколог», Регистрационный № 165 тех\дс от 17 марта 2000 г. – М., 2000 г.

	– Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов
	– Инженерная защита окружающей среды.

Методические указания составлены доцентом кафедры ООС и РИПР Кузьминой И. В. и старшим преподавателем кафедры ООС и РИПР Гордиенко И. В.

Методические указания обсуждены на заседании кафедры ООС и РИПР

____________________

Протокол № _______

Зав. кафедрой ООС и РИПР ________________________ В.А. Алексеенко

Одобрено методическим советом НПИ _____________________

Протокол № __________

Председатель методического совета НПИ________________ В.В. Дьяченко

Содержание

	Стр.
Введение …………………………………………………………………….
Биологическое определение экологических аномалий [1] ………………
Лабораторная работа № 1 «Биотестирование токсичности субстрактов по проросткам различных растений-инди­каторов» ………..
1.1 Выращивание растений на испытуемом субстрате …………………..
1.2 Метод полива проростков тест-растений испытуемой загрязненной водой …………………………………………………………………………
1.3 Метод накапывания испытуемой воды (или растворов) между семядолями …………………………………………………………………
Лабораторная работа № 2 «Биотестирование растворенных токсических веществ по росту отрезков колеоптилей пше­ницы» ………
Лабораторная работа № 3«Биотестирование летучих токсических ве­ществ, воды, вытяжки из почвы, пестицидов по прорастанию семян» …
Лабораторная работа № 4 «Автотранспорт – основной загрязнитель био­сферы больших городов. Определение заг­руженности улиц автотранспортом и некоторых параметров окружающей среды, усугубляющих загрязнение» ……………………………………………….
Лабораторная работа № 5 «Качественное определение легко- и средне-растворимых форм химических элементов в почвах городских улиц» ……
Лабораторная работа № 6 «Загрязнение пищевых продуктов нитратами и их определение в различных овощных куль­турах в зависимости от вида, сорта, органа, ткани» ………………………………
Список литературы ………………………………………………………...
Приложение Приготовление водной вытяжки ………………………...

Введение

В ХХ веке, в связи с бурным развитием промышленности и внедрением бесчисленного количества химических веществ, практически во все сферы человеческой деятельности, возникла острая необходимость защиты человека от химической опасности. Это явилось объективной причиной появления в России и за рубежом больших коллективов специалистов, плодотворно работавших и работающих в настоящее время в трех направлениях практической токсикологии: экспериментальном, профилактическом, клиническом. Масштабы, сложность и значимость решаемых задач привлекли к проблемам ученых, ставших гордостью отечественной науки: Н. С. Правдина, Н. В. Лазарева, Н. Н., Савицкого, С. В. Аничкова, С. Н. Голикова, Л. А. Тиунова, оставивших после себя большие школы исследователей и многочисленные глубокие научные труды.

«Основы токсикологии» сформировались в результате примерно двадцати лет преподавания курса в стенах Военно-медицинской академии врачам различных специальностей, включая специалистов в области токсикологии.

Общепринятого определения токсикологии в настоящее время не существует. Самым простым является, непосредственно вытекающее из названия науки: toxicon – яд, logos – наука. Токсикология – наука о ядах. Многие авторы, по сути, повторяют именно это определение, уточняя и оттеняя важные, как им кажется, характеристики предмета. К числу таковых, несомненно, относятся реакции биологических объектов (организма) на действие химического вещества, механизмы их развития и т. д.

Еще в начале XIX века основоположник научной токсикологии Матео Жозе Бонавентура Орфила (1814) писал: «Яд – вещество, которое в малом количестве, будучи приведенным в соприкосновение с живым организмом, разрушает здоровье или уничтожает жизнь». Также определял «яд», спустя практически сто лет, и один из пионеров отечественной токсикологии профессор Российской военно-медицинской академии Косоротов Д.П. (1907): «Ядами называются вещества, которые, будучи введены в организм в малых количествах, в силу своих химических свойств, могут причинить расстройство здоровья или самую смерть».

В этих определениях подчеркивается одна важная, по мнению авторов, характеристика ядов: малое количество, необходимое для провокации отравления. Однако, что считать малым количеством? Ответ на этот вопрос носит весьма субъективный характер. В настоящее время науке известны вещества, вызывающие смерть экспериментального животного, при введении в дозах равных нескольким нанограммам (ботулотоксин). Вместе с тем самым распространенным «ядом» современностиявляется спирт и его суррогаты, вызывающие отравление при поступлении в организм в количестве десятков и сотен грамм.

Вот почему существуют определения, в которых «малое количество», как свойство «ядов», упускают вовсе:

«Ядом называется всякое химическое вещество, способное причинить смерть или серьезный вред здоровью своим действием на ткани или соки тела» (Пеликан Е.,1878).

«Можно определитьядкак меру (единство количества и качества) действия химического вещества, в результате которого при определенных условиях возникает отравление» (Саватеев Н.В., 1978).

Из этих определений вытекает, что при тех или иных условиях любое вещество может стать ядом. Один из основоположников отечественной промышленной токсикологии, выдающийся ученый и педагог Н.В. Лазарев пишет (1936): «Яды – суть вещества, вызывающие повреждение организма немеханическим путем».

В настоящее время человечеству известно около 10 миллионов химических соединений. Из них более 60 тысяч широко используются в быту, медицине, на производстве и в сельском хозяйстве. Это количество веществ продолжает из года в год увеличиваться (по некоторым данным примерно на 1000 наименований ежегодно). И большая их часть при определенных обстоятельствах может причинить «серьезный вред здоровью».

Подобное обстоятельство ставит под сомнение саму возможность выделить из всей совокупности химических веществ окружающего мира, естественных и синтезированных человеком, некую группу, обозначаемую как «яд». В наиболее категоричной форме эта мысль выражена еще в ХIХ веке известным французским судебным медикомТардье: «Ядов в научном смысле слова нет».

Накопленные человечеством знания давно привели к осознанию того факта, что практически любое химическое вещество, в зависимости от действующего количества, может быть безразличным, полезным, вредным для организма (т.е. выступать в качестве яда).

Впервые на это указал еще в ХV веке выдающийся врач, химик, основоположник ятрохимии Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм (Парацельс). В своей оправдательной речи, сказанной им по поводу обвинения в отравлении больных ядами (солями металлов, которые он применял в качестве лекарств), Парацельс произнес: «Все есть яд. Ничто не лишено ядовитости. И только доза отличает яд от лекарства».

Таким образом, понятие о яде никак не может быть положено в основу определения токсикологии. Не удивительно, что ученые пытаются исключить этот термин из своих определений. Так, Олдридж (1980) пишет: «Токсикология – наука о веществах, дезорганизующих биологические системы». Но мы уже знаем, что дезорганизовать биосистемы могут практически любые вещества, действуя в достаточном количестве, и в таком случае токсикология – это наука практически обо всех веществах окружающего мира.

Не смотря на общую критику, приведенных выше определений, следует признать, что все они содержат несомненно правильные элементы. Так, токсикология действительно изучает механизмы вредного действия веществ на организм человека и животных, закономерности развивающихся при этом патологических процессов, разрабатывает методы диагностики, лечения и профилактики отравлений и т. д.

Однако все сказанное выше призвано подчеркнуть важнейшее обстоятельство – химические вещества, обладают неким свойством, в силу которого их контакт с биологическими системами может иметь пагубные последствия для последних. Это свойство – токсичность [1].

Биологическое определение экологических аномалий [2]

Если будет вода и не одной рыбки – я не поверю воде. И пусть в воздухе кислород, но не летает в нем ласточка – я не поверю воздуху. М. Пришвин

Охрана вод и рациональное использование водных ресур­сов приобретают в нашей стране все большую актуальность. Если учесть, что количество примесей в природных и сточных водах (тяжелые металлы, пестициды, нефтепродукты и другие особо опасные соединения) достигает миллиона наименований, а нормировано только около тысячи вредных веществ для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водополь­зования и до 700 – для рыбохозяйственных водоемов (при этом имеется только 100 методик анализа загрязнителей на уровне ПДК от общего количества нормированных веществ), то стано­вится очевидным недостаточность информации для принятия водоохранных мер и неэффективность системы контроля в це­лом. Нашей стране необходимо переходить на международную систему контроля вод, которая учитывает биоразложение, ядови­тость и накопляемость.

Кроме того, большинство категорий вод промышленного и сельскохозяйственного происхождения имеет сложный и непо­стоянный состав, а продукты распада и взаимодействия в сточ­ных водах отдельных химических веществ могут быть ядовитее исходных соединений. В таких случаях установить степень опас­ности их воздействия на биоценозы водных объектов, основыва­ясь лишь на информации о соответствии концентраций отдель­ных компонентов предельно допустимым, вообще не представля­ется возможным.

Повышение эффективности охраны вод от загрязнения в значительной мере связано с применением качественно новых подходов к оценке состава и свойств отводимых сточных вод. К числу наиболее радикальных приемов, учитывающих экологичес­кий аспект проблемы, является оценка токсичности воды путем биотестирования. В США используются 145 тест-организмов, а у нас лишь 23 метода биотестирования. Так, наличие ионов тяже­лых металлов определяется по смене статичного состояния на динамичное у медицинской пиявки. Одноклеточные водоросли используются для биотестирования тяжелых металлов, хлор а, фосфорорганических соединений, детергентов (стиральный по­рошок). Метод биотестирования с использованием ветвистоусых рачков рода дафния дает неплохие результаты при определении токсичности сбросных вод рисовых чеков на наличие фосфорор­ганических пестицидов и других органических загрязнителей в водах промышленных стоков. Нитраты ядовитее для дафний, чем нефтепродукты. Наличие в сточных водах ионов тяжелых метал­лов, органических соединений (ПАВ, формальдегид, аммиак и т. д.) определяется по закрыванию створок раковин двухстворчатых моллюсков. Существующий биотест по реакции ухода рыб из токсичной среды позволяет сделать заключение о наличии в сточ­ных водах хлора, аммиака, железа, спиртов, альдегидов, нафтолов, ПАВ, амино - и нитросоединений.

К перспективным методам биотестированияотносятся:

Ø оп­ределение олова в воде с помощью микроорганизмов;

Ø фенол ус­танавливается по выходу электролитов из клеток водного рас­тения – элодеи;

Ø по изменению дыхания и сердечной деятель­ности у дафний можно судить о наличии загрязнений в сточных водах химической, нефтехимической и целлюлозно-бумажной промышленности.

По дыханию сперматозоидов животных воз­можно прогнозирование степени токсикологической опасности влияния тяжелых металлов и растворителей на организм высших животных и человека.

В последние годы большое внимание уделяется биоинди­кационным методам изучения и оценки окружающей среды и рас­тительности, при которых в качестве показателей ее загрязнения используется реакция самих растений или их сообществ. Пре­имущество биологических индикаторов в том, что они реагируют не только на отдельные загрязнители, но и на весь комплекс воз­действующих веществ, что не всегда можно определить даже с помощью самых совершенных приборов. Наиболее чувствитель­ные виды растений или отдельные их органы позволяют выявить концентрации вредных веществ, которые у людей и животных не вызывают видимых признаков отравления.

Использование специфических индикаторов дает возмож­ность определить природу отдельных загрязнителей:

1) лишайниковый метод – для оценки загрязненности воз­духа кислыми газами (вычисляется степень отмирания лишайни­ков после 300 дней экспозиции). Первыми на атмосферное за­грязнение реагируют мхи и лишайники, получающие питание ис­ключительно из атмосферы. У мхов отсутствует малопроницае­мая для газов защитная жировая пленка – кутикула. А тонкие лис­товые пластины мхов эффективно накапливают тяжелые метал­лы. При повышении степени загрязнения воздуха первыми исче­зают кустистые, затем листоватые и последними накипные (кор­ковые) формы лишайников. В связи с этим состав флоры лишай­ников в различных частях леса может быть различным. На лишайники губительное влияние оказывает двуокись серы, окислы азо­та, окись углерода, соединения фтора, тяжелые металлы и другие;

рисунок 1 – Жизненные формы лишайников [3]

рисунок 2 – Разрез через лишайник [3]

рисунок 3 – Сфагнум (Sphagnum) – торфяной мох:

1 – внешний вид, 2 – верхушка ветви со спорогоном, 3 – спорогон

(ш – остаток шейки архегония, кр – крышечка, сп – спорогоний, кол – колонка, н – ножка спорогона, лн – ложная ножка), 4 – часть веточного листа

(хлк – хлорофиллоносные клетки, вк – водоносные клетки, п – поры),

5 – поперечный разрез листа [4]

рисунок 4 – Разнообразие мохообразных [3]

2) метод стандартных травяных культур (гортензия меняет цвет листьев под влиянием окислов серы, как тополь и сирень, от них на расстоянии 50 км гибнут пшеница, хлопчатник, капуста, люцерна; на листьях гладиолусов, лука, хвойных, винограда и пас­леновых от фтористого водорода образуются пятна, меняется мор­фология – это служит для определения загрязненности воздуха и почвы серой, фтором и тяжелыми металлами (определяется накопление загрязняющих веществ в растениях после 14 дней экспозиции); от чрезмерного количества озона гибнут виноград и табак;

3) анализ хвои сосны и ели после экспозиции в течение 1,5 лет – в основном для определения загрязненности воздуха со­единениями серы (лесная промышленность) позволяет выявить суммирующий эффект воздействия за ряд лет; в условиях круп­ного промышленного города наблюдаются структурные наруше­ния в кроне тополя: отсутствуют удлиненные побеги, снижается ассимиляционная поверхность листьев и количество зеленых пиг­ментов в них. Чтобы повысить устойчивость древесных насажде­ний к загрязнению атмосферы, необходимо обеспечить доста­точную увлажненность почвы. В то же время растения, поражен­ные вирусами, становятся засухоустойчивыми;

4) патогенный метод – в районах с сильным загрязнением воздуха отсутствуют такие патогенные грибы, как возбудитель мучнистой росы дуба, некоторые возбудители ржавчины хвойных и возбудитель стеблевой ржавчины злаков.

рисунок 5 – Плесневый гриб мукор:

А – мицелий и спорангий; Б – спо­рангий; В, Г, Д – половой процесс и развитие зиготы; Ж – зрелая зигота и ее прорастание [4]

рисунок 6 – Грибы:

А – дрожжи: 1 – отдельная клетка, 2 – почкование, 3 – группа кле­ток, не разъединившихся после почкования; Б – аспергилл (конидиеносец с конидиями); В – пеницилл: 1 – общий вид, 2 – конидиеносец с конидиями [4]

Кроме того, ученые обнаружили наличие 45 элементов в наружных скелетах сухопутных легочных моллюсков (улиток). Они проявили себя хорошими биоиндикаторами состояния окружаю­щей среды. Так, ртуть и кадмий выявлены в раковинах, найден­ных в районах, где выпадают кислотные дожди. Эти элементы в раковинах не отмечаются при отсутствии кислотных дождей. В раковинах обнаруживается радиоактивный торий, а также бром, добавляемый в бензин.

Если в лесу встречается хвощ, то это говорит о засолен­ности почв, трава-мокрица показывает близость подпочвенной воды, а мать-и-мачеха – наличие воды на глубине 2 м. Обилие подорожника в лесу свидетельствует о чрезмерной рекреацион­ной нагрузке. По годичным кольцам можно восстановить состоя­ние окружающей среды в прошлом. Обработка виноградника в весенне-летний период содержащим медь ядохимикатом вызы­вала постепенное повышение ее содержания в почве к осени и соответствующее уменьшение биомассы дождевых червей и их численности. Отмечена положительная взаимосвязь между содер­жанием меди в почве и особях дождевых червей. Это делает их удобными биоиндикаторами загрязнения среды металлами.

В последние 20 лет отмечается прогрессивно растущее за­грязнение почвы тяжелыми металлами, которые поступают в нее с газопылевыми выбросами, фосфатными удобрениями, по­ливными водами, промышленными стоками. Например, добыча свинца в 35 раз превышает возможности его ассимиляции расти­тельностью в течение года. В настоящее время в экотоксикологии идет усиленный поиск биоиндикаторов загрязнения ок­ружающей среды. Живые объекты – открытые системы, через них идет поток энергии и круговорот веществ. Биоиндикаторы реаги­руют даже на относительно слабое загрязнение. Они сумми­руют действие всех без исключения биологически важных антро­погенных факторов. Применение биологических индикаторов по­зволяет судить о степени вредности загрязняющих веществ для живой природы и человека. Так, в Германии для индикации за­грязнения используют ночных бабочек.

Для осуществления контроля за уровнем загрязнения по­чвы определяют ферментативную активность почвы. В качестве критерия оценки действия ядовитых веществ на активность по­чвенной микрофлоры используют дегидрогеназную активность. В частности, широко применяется метод определения почвенных дегидрогеназ для оценки изменения свойств почвы при загрязне­нии ее тяжелыми металлами и пестицидами.

Гибель летучих мышей служит доказательством чрезмер­ного применения пестицидов на богарных землях. От экологичес­кого кризиса страдают и другие живые существа, когда с неба льет серная кислота, а в траве полно свинца. Хворать начинают даже насекомые – у мух нарушается обмен веществ, комары ак­кумулируют в себе вредные химические соединения. Специа­лист-энтомолог без труда диагностирует эти изменения. А санитарный врач на основе его диагноза может предсказать, какое будущее ожидает людей, проживающих в той же местности.

Только с 1917 года на территории нашей страны от земле­трясений и сопровождающих их явлений погибло примерно 200 тысяч человек. Потери от сейсмических катастроф во времени неравномерны, но ожидать их снижения пока не приходится, глав­ным образом по причинам социального, демографического и про­изводственного характера. Необходимость решения проблемы прогноза землетрясений – в научном, организационном и кон­кретно-прикладном аспектах не вызывает сомнений. Между тем ни в нашей стране, ни в других странах проблема эта пока не раз­работана с такой степенью детальности и надежности, которая позволила бы осуществить прогноз реальных сейсмических со­бытий. К концу нынешнего тысячелетия в зонах возможного зем­летрясения будет проживать свыше 200 миллионов человек. Одним из методов решения указанной проблемы является определение биопредвестников. Имеются сведения об аномальном поведении животных всех отрядов и классов, которых могли наблюдать жи­тели.

В горах, где землетрясения не редкость, наблюдаются силь­ные оползни. Зачастую эти процессы малоприметны для глаза. Картировать движение оползней можно, используя в качестве ин­дикатора многолетние насаждения. В Крыму известен как инди­катор так называемый «пьяный» лес. На одном блоке оползня лес стоит прямо, на другом все деревья кренятся. Землетрясения, как правило, предвещаются аномальным поведением животных. Необычайное поведение животных обнаруживалось не только в эпицентре и зонах высоких баллов (9 – 7), но и там, где толчки проявлялись с силой 6 и менее баллов. Отмечается аномальное поведение животных за двое-трое суток до землетрясения и даже за месяц, когда в его эпицентре начинают выть некоторые соба­ки. При этом паника животных нарастает по мере приближения момента события. Следовательно, необходимо повысить интерес к аномальному поведению животных. Предвестником земле­трясения является изменение содержания газа в почве. Оказа­лось, что повышение его содержания в почве ведет к изменению окраски листьев у растений, которое хорошо регистрируется с самолетов и спутников. Нет ничего необычного в этом, ведь с давних пор канареек используют для индикации рудничных газов. Под землей шахтеры для этих целей используют и крыс. Когда они садятся есть, крысы точно по режиму выползают, сидят ря­дом – им под ноги кидают объедки, да еще и клички дают. Крыс лелеют: если они пришли «на пайку», значит обвала или взрыва газа в ближайшее время не ожидается.

Исследования герпетологов показали, что рептилии своим аномальным поведением реагируют на землетрясения, магнит­ные бури и даже появления НЛО. Змеи, ящерицы и черепахи про­являют беспокойство за дни и часы перед подземными толчками, за часы и минуты перед появлением неопознанных летающих объектов и сразу же после начала сильных геомагнитных возмуще­ний на Земле. Судя по однотипным реакциям животных, в основе этих явлений лежат низкочастотные колебания различных электромагнитных полей в биосфере. Это позволяет использо­вать их как биопредвестников в области сейсмологии, магнито-медицины и даже уфологии.

Биолокация (лозоискательство) применяется уже несколь­ко тесячелетий. Ранее в ученом мире считалось, что на бессозна­тельном уровне лозоискательство воспринимает локальные ис­кажения различных физических полей. Предполагалось, что эта простая идеомоторная реакция. Сейчас установлено, что в при­роде существуют сверхлегкие частицы-аксионы (гр. axios ценный), масса которых на несколько порядков меньше электрона. Вокруг объектов мате­риального мира существуют силовые поля, имеющие квантовую природу. Они состоят из аксионов. Но их гораздо больше внутри самих тел, когда мы изменяем свойства предмета (сжимание, нагревание и т. д.), то аксионы группируются вокруг него в виде нескольких оболочек. Из-за этих оболочек и происходит враще­ние рамки или лозы. Трудно доказать то, что недоступно глазу. Но это явление подтверждается многочисленными примерами. В свое время методом биолокации были отысканы утерянные кар­тины Н. Рериха.

Лозоискатели могут обнаружить людей на глубине до трех метров, засыпанных снежной лавиной. С помощью биолокации открываются руды на глубине 1,5 км, а нефть – 3–4 км. Интерес­но отметить и то, что возможна аэросъемка биолокационным ме­тодом при поисках в шельфовой зоне морей золота и других минералов, рудных конкреций на дне океанов. Существуют опре­деленные закономерности излучения аксионов различными объ­емными формами. Так, уже никто не сомневается в благоприят­ном влиянии пирамидальной формы на мумифицирование и кон­сервирование органической субстанции. Пирамидальная конфи­гурация может успешно использоваться для нейтрализации ра­диоактивного излучения и ослабления вредного воздействия из­лучения геобиологической сети. В Румынии действует построен­ная на том же принципе пирамида из бетона и стекла для очистки сточных вод. В Польше пирамиды, установленные на картофель­ном поле, позволяют повысить урожай.

Геобиологическая сеть раскинута наподобие сети паралле­лей и меридианов по всей земле. Места пересечения ее лучей образуют опасные зоны. Постоянно находясь в них, у человека могут возникать раковые заболевания. Подобные зоны есть в каждой квартире. На месте их расположения не должна находиться кровать или письменный стол. Если кошка любит сидеть на столе у лампы или мурлыкать на вашей кровати – лучше их передви­нуть. Кошкам приятны некоторые участки геопатогенных зон. В отличие от собак. Вот еще один из способов их обнаружения. На пересечениях геопатогенных зон находятся муравейники.

Дата добавления: 2014-11-29