Источники разброса результатов при биотестировании

Природа источника	Варьирующий показатель	Разброс значений
Возраст тест-организмов Пол тест-организмов Генетические вариации Акклиматизация Продолжительность опыта	Старые, молодые Самцы, самки Более устойчивые, менее устойчивые Адаптированные, неадаптированные Короткие, длинные	0,01-1000 0,5-5 1-100 1-10 1-100

Надо отметить, что биотестирование давно критикуется и в практику экологического прогнозирования широко внедряется экотестирование (эксперименты с модельными экосистемами и моделями экосистем, см. Зилов, 1990, 1992) тем не менее, в практике охраны окружающей среды биотестирование прочно занимает ключевые позиции в вопросах установления токсического действия загрязнителей на организмы.

Токсичность. Всякое отклонение от физиологической нормы рассматривается как нарушение. Нарушение биологической нормы расценивается как проявление токсического действия, хозяйственной нормы – как результат токсического действия загрязнителей.

В определении критерия токсичности приняты два подхода:

- медицинский, в основе которого лежит понятие физиологической нормы;

- биологический, опирающийся на биологическую и хозяйственную нормы.

Самым простым и наглядным критерием токсичности является выживаемость – получение ответа «погиб–выжил».

Критериями токсического действия на водоросли могут служить изменение численности клеток, изменение последовательности прохождения стадий развития, способность клеток к размножению. Для зоопланктона предлагались такие критерии токсичности как выпадение отдельных видов из состава сообщества, нарушение партеногенетических циклов, изменение плодовитости, снижение биомассы. Для рыб предлагалось оценивать токсическое действие по плодовитости, качеству потомства. Можно измерять темпы роста, интенсивность газообмена, сердечный ритм, гематологические показатели, электропроводность тканей. Используют также поведенческие реакции, интенсивность фотосинтеза, плазмолиз, движение протоплазмы, свечение клеток в УФ-свете, люминесценцию светящихся бактерий и многие другие показатели.

Острые опыты продолжаются 1, 2, 4 сут., хронические – от 10 до 90 сут. Наиболее разумным представляется совмещение экспресс-методов и длительных опытов.

Прямая токсичность подразделяется на: острую токсичность, когда большая доза яда за короткий промежуток времени, вызывает быстрый летальный исход, и хроническую токсичность, когда низкая доза яда за длительный промежуток времени приводит к летальному или сублетальному эффекту. Кроме того, выделяют еще кумулятивную токсичность, при которой токсический эффект нарастает или усугубляется с накоплением действующего агента.

Токсическая концентрация вызывает нарушение физиологических функций организма, которое может закончиться либо выздоровлением, либо гибелью организма. Минимально действующая концентрация – та концентрация вещества, которая начинает оказывать отрицательное действие на организм и достоверно изменяет его биологические показатели. Минимально токсическая концентрация вызывает начальные, клинически достоверные признаки отравления. Максимально переносимая концентрация вызывает резко выраженные признаки отравления. Летальная концентрация приводит к гибели организма. При оценке токсического действия любого вещества на графике доза – эффект (концентрация – эффект, экспозиция – эффект) можно выделить три зоны: витальная, сублетальная, летальная.

Существует ряд измерений токсичности:

- Полулетальное время (LT₅₀) – время, за которое данная концентрация тестируемого вещества вызывает гибель половины подопытных организмов.

- Полулетальная концентрация (CL₅₀) или доза (LD₅₀) – концентрация или доза тестируемого вещества вызывающая за данное время гибель половины подопытных организмов.

- CL_100acuta – острая летальная концентрация, вызывающая гибель всех подопытных организмов в остром опыте.

- CL_100chronica – хроническая летальная концентрация, вызывающая гибель всех подопытных организмов в хроническом опыте.

Определение ПДК. В настоящее время принято, что предельно допустимая концентрация (ПДК) – количество вредного вещества в окружающей среде, при постоянном контакте или при воздействии на организм человека в течение заданного промежутка времени не вызывает необратимых (патологических) изменений в нем и у его потомства.

Концепция ПДК базируется на двух предположениях:

1) эффект любого химического фактора пропорционален его интенсивности и выражается формулой «доза–время–эффект»;

2) биологическое действие любого химического фактора подчиняется принципу пороговости, ниже которого не обнаруживается реакция организма.

Соответственно, в основе нормирования лежит максимальная недействующая доза.

Для воздушной среды различают ПДК для атмосферного воздуха и для рабочей зоны. При этом существуют максимально разовая доза и среднесуточная. Первая устанавливается из условия отсутствия рефлекторных реакций в организме в течение 20 мин.

Разработаны ПДК для водных объектов хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного водопользования. При установлении ПДК для воды учитываются три признака вредности:

1) общесанитарный;

2) органолептический;

3) санитарно-токсикологический.

Лимитирующий признак вредности. ПДК химического соединения в водоеме устанавливается по тому признаку вредного действия, который характеризуется наименьшей концентрацией.

Эффект суммарного действия вредных веществ с одним и тем же лимитирующим признаком вредности суммируется:

aA⁻¹ + bB⁻¹ + ... + nN ⁻¹  1,

где a, b, …, n – концентрации веществ, для которых установлены ПДК A, B, …, N .

Необходимо помнить, что разные типы загрязнений присутствуют совместно. Они взаимодействуют друг с другом. При этом их токсичность изменяется. Например, закисление или образование соединений с органическими веществами увеличивает токсичность ионов многих металлов. Поэтому при установлении ПДК следует учитывать разные виды взаимодействия веществ друг с другом: аддитивность – простое суммирование эффекта, антагонизм – взаимное ослабление действия веществ, синэргизм – взаимное усиление действия, превосходящее аддитивный эффект. Кроме того, следует помнить о возможности биоаккумуляции – накоплении поступающего с пищей или водой яда в организме, биоконцентрации – адсорбции токсического вещества кожными покровами или органами дыхания, биомагнификации – роста концентрации токсического вещества в пищевой цепи.