Изучение влияния промышленных продуктов на водные организмы.

Введение

Исследование воздействия производственных продуктов на водные организмы

Водная токсикология – это изучение влияния искусственных химических веществ и других антропогенных и природных материалов и видов деятельности на водные организмы на различных уровнях организации, от субклеточного до отдельных организмов, сообществ и экосистем. Водная токсикология является междисциплинарной областью, объединяющей токсикологию, экологию водных организмов и водную химию. Как правило, в работе используются отобранные организмы с экологически значимой чувствительностью к токсикантам и хорошо изученной научной базой. Эти организмы легко получить или культивировать в лабораторных условиях и с ними удобно работать.

История

В то время как основополагающие исследования в токсикологии начались в нескольких странах в 1800-х годах, использование тестов на острую токсичность, особенно на рыбах, стало общепринятым лишь около 1930-х годов. Рост области водной токсикологии был обусловлен популярностью хлорорганического пестицида ДДТ [1,1,1-трихлор-2,2-бис(п-хлорфенил)этан] и его связью с гибелью рыб. Первоначально исследования были сосредоточены главным образом на устрицах и мидиях, поскольку они не могли покинуть токсичную среду. Результаты этих исследований в конечном итоге привели к внедрению программ мониторинга концентрации загрязняющих веществ в устрицах и мидиях, таких как программа Mussel Watch Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA). В течение следующих двух десятилетий воздействие химических веществ и отходов на нечеловеческие виды стало более актуальной общественной проблемой, и началась эра биоанализов в стеклянных банках, поскольку усилились усилия по стандартизации методов тестирования токсичности для контроля загрязнения воды, что было закреплено Федеральным законом о контроле загрязнения водных ресурсов 1956 года. В 1962 году общественный и государственный интерес возродился, во многом благодаря публикации книги Рейчел Карсон «Безмолвная весна», а три года спустя был принят Закон о качестве воды 1965 года, который предписывал штатам разрабатывать стандарты качества воды. Для проведения тестов обычно выбирают рыбу-зебру (Danio rerio), мизид (Mysidopsis), устрицу (Crassostrea), скада (Hyalella azteca), креветку (Palaemonetes pugio) и мидию (Mytilus galloprovincialis). Согласно определению ASTM, эти виды регулярно отбираются на основе их доступности, коммерческой, рекреационной и экологической значимости, успешного применения в прошлом и нормативных требований. Проточный режим может быть прерывистым или непрерывным. Предварительно необходимо приготовить исходный раствор с правильной концентрацией загрязняющего вещества. Дозирующие насосы или разбавители будут контролировать поток и объем тестового раствора, обеспечивая правильное соотношение воды и загрязняющего вещества. В качестве конечной точки обычно используется летальность. При остром воздействии организмы подвергаются воздействию более высоких доз токсиканта однократно или несколько раз в течение короткого периода времени, что обычно вызывает немедленные эффекты, зависящие от скорости поглощения токсиканта. Эти тесты обычно проводятся на организмах в течение определенного периода их жизненного цикла и считаются тестами на частичный жизненный цикл. Острые тесты считаются недействительными, если смертность в контрольной группе превышает 10%. Однако этот критерий приемлемости контроля зависит от вида и продолжительности теста. Результаты представляются в виде EC50, то есть концентрации, которая влияет на пятьдесят процентов размера выборки. (>10% продолжительности жизни) и обычно используют сублетальные конечные точки. При хроническом воздействии организмы подвергаются воздействию низких, непрерывных доз токсиканта. Хроническое воздействие может вызывать эффекты, аналогичные острым, но также может приводить к эффектам, которые развиваются медленно. Хронические тесты обычно считаются тестами на полный жизненный цикл и охватывают весь период поколения или репродуктивный цикл ("от яйца к яйцу"). Хронические тесты считаются недействительными, если смертность в контрольной группе превышает 20%. Эти результаты обычно представляются в виде NOEC (No Observed Effects Level) и LOEC (Lowest Observed Effects Level). Однако NOEC и LOEC становятся менее распространенными, поскольку конечные точки зависят от выбранной серии концентраций для теста. Эти отчеты начинают вызывать споры в этой области из-за возможного влияния на результаты тестов. Например, если концентрации в NOEC составляют 100, 50, 25, 11,25, 6,25, а токсикология оценивается при 2%, то NOEC будет указан как 6,25. Тесты на ранних стадиях жизни рассматриваются как субхронические воздействия, которые короче полного репродуктивного цикла и включают воздействие на ранних, чувствительных стадиях развития организма. Эти воздействия также называют критическими стадиями жизни, эмбриональными или личиночными тестами. Тесты на ранних стадиях жизни считаются недействительными, если смертность в контрольной группе превышает 30%.

While basic research in toxicology began in multiple countries in the 1800s, it was not until around the 1930s that the use of acute toxicity testing, especially on fish, was established. Due to the popularity of organochlorine pesticide DDT [l,l,l trichloro 2,2 bis(p chlorophenyl)ethane] and its linkage to causing fish death, the field of aquatic toxicology grew. At first, studies focused mainly on oysters and mussels, as they could not move away from the toxic environment. The results of these studies eventually led to the implementation of programs that monitor concentrations of aquatic pollutants in oysters and mussels, such as the Mussel Watch program of the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Over the next two decades, the effects of chemicals and wastes on non human species became more of a public issue and the era of the pickle jar bioassays began as efforts increased to standardize toxicity testing techniques. for the control of water pollution and was followed by the Federal Water Pollution Control Act in 1956. In 1962, public and governmental interests were renewed, in large part due to the publication of Rachel Carson's Silent Spring, and three years later the Water Quality Act of 1965 was passed, which directed states to develop water quality standards. zebra fish (Danio rerio), mysids (Mysidopsis), oyster (Crassotreas), scud (Hyalalla Azteca), grass shrimp (Palaemonetes pugio) and mussels (Mytilus galloprovincialis). As defined by ASTM, these species are routinely selected on the basis of availability, commercial, recreational, and ecological importance, past successful use, and regulatory use. The once through flow can either be intermittent or continuous. A stock solution of the correct concentrations of contaminant must be previously prepared. Metering pumps or diluters will control the flow and the volume of the test solution, and the proper proportions of water and contaminant will be mixed. and generally use lethality as an endpoint. In acute exposures, organisms come into contact with higher doses of the toxicant in a single event or in multiple events over a short period of time and usually produce immediate effects, depending on absorption time of the toxicant. These tests are generally conducted on organisms during a specific time period of the organism's life cycle, and are considered partial life cycle tests. Acute tests are not valid if mortality in the control sample is greater than 10%. However, this control acceptability criterion is dependent upon the species and the duration of the test. Results are reported in EC50, or concentration that will affect fifty percent of the sample size. (>10% of life span), and generally use sub lethal endpoints. In chronic exposures, organisms come into contact with low, continuous doses of a toxicant. Chronic exposures may induce effects to acute exposure, but can also result in effects that develop slowly. Chronic tests are generally considered full life cycle tests and cover an entire generation time or reproductive life cycle ("egg to egg"). Chronic tests are not considered valid if mortality in the control sample is greater than 20%. These results have generally been reported in NOECs (No observed effects level) and LOECs (Lowest observed effects level). However, NOECs and LOECs are becoming less common as endpoints are dependent on the concentration series chosen for the test. These reports are starting to become a topic of debate in the field because of the way it may alter the results of the tests. For example, if the concentration rate of the NOEC is 100, 50, 25, 11.25, 6.25 and the toxicology is reported at 2%, the NOEC would report the concentration as 6.25. Early life stage tests are considered as subchronic exposures that are less than a complete reproductive life cycle and include exposure during early, sensitive life stages of an organism. These exposures are also called critical life stage, embryo larval, or egg fry tests. Early life stage tests are not considered valid if mortality in the control sample is greater than 30%.

Испытания осадков

В какой-то момент большинство химических веществ, поступающих как из антропогенных, так и из природных источников, накапливаются в донных отложениях. По этой причине токсичность донных отложений может играть важную роль в негативных биологических эффектах, наблюдаемых у водных организмов, особенно у тех, кто обитает в бентосных местообитаниях. Рекомендуемый подход к тестированию донных отложений – применение триады качества донных отложений (SQT), которая включает одновременное изучение химического состава донных отложений, токсичности, полевых изменений, биоаккумуляции и оценку биодоступности, которые могут использоваться как в лаборатории, так и в полевых условиях. В связи с расширением SQT, сейчас чаще используется термин "Рамки оценки донных отложений". Сбор, обработка и хранение донных отложений могут влиять на биодоступность, поэтому были разработаны стандартные методы для этих целей. Стандартные методы исследования воды и сточных вод – сборник методик анализа воды, совместно опубликованный Американской ассоциацией общественного здравоохранения (APHA), Американской ассоциацией водопроводчиков (AWWA) и Федерацией по охране водной среды. "Ecotox" – база данных, поддерживаемая EPA, предоставляющая информацию о токсичности отдельных химических веществ для водных и наземных экосистем. Общество экологической токсикологии и химии (SETAC) – некоммерческая международная организация, занимающаяся продвижением научных исследований для углубления нашего понимания факторов стресса в окружающей среде, экологического образования и использования науки в экологической политике. EPA публикует методические руководства, описывающие процедуры тестирования токсичности для водных организмов. Окружающая среда и изменение климата Канада – ведущее федеральное агентство Канады по охране окружающей среды.

Терминология

Средняя летальная концентрация (LC50) – Концентрация химического вещества, которая, как ожидается, приведет к гибели 50% группы организмов. Средняя эффективная концентрация (EC50) – Концентрация химического вещества, которая, как ожидается, вызовет один или несколько определенных эффектов у 50% группы организмов. Критический остаточный уровень в организме (КРО) – Подход, основанный на регулярном определении концентраций химических веществ в организме в целом, связанных с неблагоприятной биологической реакцией. Базовая токсичность – Относится к наркозу, который представляет собой подавление биологической активности, вызванное присутствием токсикантов в организме. Биоаккумуляция – Процесс, при котором концентрация химического вещества в тканях организма возрастает по мере его продвижения по пищевой цепи. Наименьшая наблюдаемая концентрация эффекта (LOEC) – Наименьшая концентрация при тестировании, оказывающая статистически значимое воздействие за определенный период экспозиции. Концентрация, при которой эффект не наблюдается (NOEC) – Наивысшая концентрация при тестировании, при которой не наблюдается никакого эффекта по сравнению с контрольной группой за определенный период экспозиции. Максимально допустимая токсичная концентрация (MATC) – Оценочное значение, представляющее собой наивысшую концентрацию, не вызывающую эффекта, для конкретного вещества в диапазоне, включающем NOEC и LOEC. Коэффициент применения (AF) – Эмпирически определенная "безопасная" концентрация химического вещества. Биомониторинг – Систематическое использование живых организмов для анализа изменений в окружающей среде с течением времени. Сточные воды – Жидкие промышленные выбросы, обычно содержащие различные химические токсиканты. Количественная зависимость структура-активность (QSAR) – Метод моделирования взаимосвязи между биологической активностью и структурой органических химических веществ. Механизм проявления токсичности – Набор общих поведенческих или физиологических признаков, характеризующих определенный тип неблагоприятной реакции. Механизм действия – Подробные события, происходящие на молекулярном уровне в ходе неблагоприятной биологической реакции. KOW – Коэффициент распределения октанола и воды, представляющий собой отношение концентрации октанола к концентрации химического вещества в воде. Коэффициент биоконцентрации (BCF) – Отношение средней концентрации химического вещества в тканях организма в стационарном состоянии к средней концентрации химического вещества, измеренной в воде, которой подвергаются организмы. Все термины заимствованы из работ Рэнда.

Median Lethal Concentration (LC50) – The chemical concentration that is expected to kill 50% of a group of organisms. Median Effective Concentration (EC50) – The chemical concentration that is expected to have one or more specified effects in 50% of a group of organisms. Critical Body Residue (CBR) – An approach that routinely examines whole body chemical concentrations of an exposed organism that is associated with an adverse biological response. Baseline toxicity – Refers to narcosis which is a depression in biological activity due to toxicants being present in the organism. Biomagnification – The process by which the concentration of a chemical in the tissues of an organism increases as it passes through several levels in the food web. Lowest Observed Effect Concentration (LOEC) – The lowest test concentration that has a statistically significant effect over a specified exposure time. No Observed Effect Concentration (NOEC) – The highest test concentration for which no effect is observed relative to a control over a specified exposure time. Maximum Acceptable Toxicant Concentration (MATC) – An estimated value that represents the highest "no effect" concentration of a specific substance within the range including the NOEC and LOEC. Application Factor (AF) – An empirically derived "safe" concentration of a chemical. Biomonitoring – The consistent use of living organisms to analyze environmental changes over time. Effluent – Liquid, industrial discharge that usually contain varying chemical toxicants. Quantitative Structure Activity Relationship (QSAR) – A method of modeling the relationship between biological activity and the structure of organic chemicals. Mode of Action – A set of common behavioral or physiological signs that represent a type of adverse response. Mechanism of Action – The detailed events that take place at the molecular level during an adverse biological response. KOW – The octanol water partition coefficient which represents the ratio of the concentration of octanol to the concentration of chemical in the water. Bioconcentration Factor (BCF) – The ratio of the average chemical concentration in the tissues of the organism under steady state conditions to the average chemical concentration measured in the water to which the organisms are exposed. All terms were derived from Rand.

Руководство по качеству осадков

Хотя руководства по качеству донных отложений не предназначены для нормативного регулирования, они предоставляют способ ранжировать и сравнивать качество донных отложений, разработанный Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA). Эти руководства по качеству донных отложений суммированы в оперативных справочных таблицах NOAA (SQuiRT) для множества различных химических веществ.