Введение
В современном сельскохозяйственном производстве используется широкий ассортимент химических средств, предназначенных для повышения урожайности, защиты и регуляции роста растений.
Остатки сельскохозяйственных ядохимикатов представляют наиболее значительную группу загрязнителей, так как присутствуют почти во всех пищевых продуктах. В эту группу загрязнителей входят:
1. регуляторы роста растений;
2. пестициды;
3. удобрения
4. сточные воды и твердые отходы, используемые для орошения и удобрения
Регуляторы роста растений
Регуляторы роста растений (РРР) применяют с целью влияния на процессы роста, развития и жизнедеятельности растений, обеспечения урожайности, улучшения качества, облегчения уборки. К этой группе соединений можно отнести также гербициды, которые вызывают задержку роста и гибель растений, хотя в зависимости от дозы могут проявлять как ингибирующее, так и стимулирующее действие. РРР, в отличие от гербицидов, дают указанный эффект в значительно более низких дозах - граммах и миллиграммах действующего вещества на гектар.
Существующие РРР можно разделить на две группы: природные и синтетические.
Природные РРР - присущие растениям соединения, которые выполняют роль фитогормонов: ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота, этилен и др. Они не представляют какой-либо опасности для человека, так как в процессе эволюции человеческого организма вырабатывались соответствующие механизмы их биотрансформации.
Синтетические РРР - получают химическим или микробиологическим путем. С физиологической точки зрения являются аналогами эндогенных фитогормонов либо могут оказывать влияние на гормональный статус растений. К этой группе относятся:
· производные сульфонилмочевины;
· азоксофор;
· биферан (предпосевная обработка клубней картофеля);
· кротонолактон (обработка семян риса);
· квартазин (обработка семян ячменя, пшеницы, ржи);
· фумар
В отличие от природных синтетические РРР могут оказывать вредное воздействие на организм человека как ксенобиотики. Вместе с тем степень опасности большинства РРР не изучена. Практически отсутствует информация о механизме действия РРР на растительный и животный организмы в плане, как интоксикации, так и стимулирования процессов жизнедеятельности. Имеются единичные сведения о биологической активности производных сульфонилмочевины.
Механизм действия высоких доз РРР заключается в подавлении активности ацетолактатсинтетазы - ключевого фермента на раннем этапе биосинтеза ряда аминокислот. Предполагают, что ростстимулирующее действие низких доз связано с влиянием РРР на эндогенный уровень природных гормонов или непосредственно на клеточные структуры.
РРР используют также для увеличения сроков хранения растительных продуктов, например, картофеля, моркови, лука, репы и т.д. При этом сохраняется водный баланс, вкусовые качества, витамины, минеральные вещества, другие показатели пищевой ценности. Так, обработка посевов сахарной свеклы и моркови за 12-15 дней до уборки 0,3 %-м и 1,5 %-м растворами МГ-натрия, 60 %-м настоем (действующее вещество - гидразин малеиновой кислоты) позволяет продлить срок хранения овощепродуктов до 7 мес, сократить потери сахаристости на 20-25 %, сохранить питательную ценность. Вместе с тем не ясны скрытые механизмы воздействия РРР на обменные процессы растений, предполагается их негативное влияние, возможность которого связана с нарушением внутриклеточного обмена и образования токсичных соединений. Кроме того, остаточные количества РРР в продовольственном сырье и пищевых продуктах могут сами проявлять токсичные свойства. Потенциальная опасность РРР для человека усугубляется стойкостью этих соединений в окружающей среде и продуктах питания.
Основные направления профилактических работ:
1. Применение наиболее безопасной технологии обработки семенного и посадочного материала.
2. Соблюдение определенных условий использования: рН, температура, наличие конкретной микрофлоры, другие факторы, влияющие на стабильность и активность РРР.
3. Накопление банка данных РРР по их экологической безопасности и степени опасности для человека.
4. Разработка доступных методов определения остаточных количеств РРР и методических подходов к оценке токсичности.
Пестициды
Остатки сельскохозяйственных ядохимикатов представляют наиболее значительную группу загрязнителей, так как присутствуют почти во всех пищевых продуктах.
К числу наиболее опасных химических средств, с точки зрения загрязнения продуктов питания, относят пестициды.
Пестициды - вещества химического и биологического происхождения, применяемые для уничтожения сорняков (гербициды), насекомых (инсектициды), грызунов (зооциды), возбудителей болезней растений, в качестве дефолиантов (для уничтожения листьев), десикантов (для обезвоживания растений) и регуляторов роста растений и т.д. В настоящее время предусмотрено использование около 600 препаратов на основе 300 действующих веществ, относящихся к различным группам химических соединений. Пестициды подразделяются на хлор-, ртуть-, и фосфорорганические соединения, синтетические пиретроиды, медьсодержащие фунгициды и т. д.
С гигиенической позиции принята следующая классификация пестицидов:
1. По токсичности при однократном поступлении в организм через желудочно-кишечный тракт пестициды делятся на:
· сильнодействующие ядовитые вещества - ЛД50 до 50 мг/кг, (ЛД50 наименьшая доза, вызывающая смерть 50 % подопотных животных),
· высокотоксичные - ЛД50 50-200 мг/кг,
· среднетоксичные - ЛД50 200-1000 мг/кг,
· малотоксичные - ЛД50 более 1000 мг/кг.
2. По кумулятивным свойствам - на вещества, обладающие:
· сверхкумуляцией - коэффициент кумуляции меньше 1,
· выраженной кумуляцией - 1-3,
· умеренной кумуляцией - 3-5,
· слабовыраженной кумуляцией - более 5, где коэффициент кумуляции - отношение суммарной дозы препарата при многократном введении к дозе, вызывающей гибель животных при однократном введении.
3. По стойкости:
· очень стойкие - время разложения на нетоксичные компоненты свыше 2 лет,
· стойкие - 0,5-1 год,
· умеренно стойкие - 1-6 мес,
· малостойкие - 1 мес.
Нарушение гигиенических норм хранения, транспортировки и применения пестицидов, низкая культура работы с ними приводят к накоплению их в кормах, продовольственном сырье и пищевых продуктах. Попадая в организм человека, пестициды оказывают разностороннее токсическое действие, в зависимости от особенностей химической структуры и дозы поступления.
Применение химических средств защиты растений ставит три основные проблемы:
1. Первая из них связана с тем, что определенные пестициды, например ДДТ (хлорированные углеводороды) и ртутьорганические соединения, имеют
тенденцию накапливаться в живых организмах. Это явление называют эффектом биологического усиления.
2. Вторая проблема связана с продолжительностью сохранения пестицидов в почве или на культурных растениях после обработки. Хлорированные углеводороды, такие, как ДДТ, и пестициды, содержащие мышьяк, свинец или ртуть, относятся к группе устойчивых, они не разрушаются за время одного вегетационного сезона под действием солнца, экзоферментов или микроорганизмов.
Период полужизни у ДДТ, например, может продолжаться до 20 лет. За этот период только половина первоначально использованного ДДТ разложится до простых соединений.
Длительная устойчивость пестицидов является основным фактором в процессе вторичного загрязнения, когда продукты питания никогда не подвергавшиеся обработке пестицидами, тем не менее их содержат.
Циркуляция пестицидов может происходить по следующим схемам:
воздух - растения - почва - растения - травоядные животные - человек;
почва - вода - зоофитопланктон - рыба - человек.
Попавшее в организм постороннее вещество становится физиологически активным в том случае, когда оно предварительно соединяется с рецептором. В качестве рецептора могут служить белки клеточных мембран, ферменты и другие белки, способные встраиваться в биологические процессы. Основные данные относятся к накоплению препаратов в жировых клетках и материнском молоке.
3. Третья проблема - это способность вредителей становиться устойчивыми к пестицидам: пестициды перестают их убивать. Устойчивость организма к пестициду, или резистентность, - это биологическое свойство организма сопротивляться отравляющему действию пестицида, способность выживать и размножаться в присутствии химического вещества, которое раньше подавляло это развитие.
Это приводит к необходимости увеличения кратности химобработок, повышению концентрации применяемых пестицидов, что, в свою очередь, приводит к увеличению остаточных их количеств в продуктах питания.
Кроме того, развитие устойчивости у насекомых поставило под угрозу успешное использование пестицидов для борьбы с насекомыми - переносчиками заболеваний. Например, комары стали невосприимчивы сначала к ДДТ, а потом к пропоксуру, который заменил ДДТ. Сейчас снова наблюдается рост числа заболеваний малярией.
4. С четвертой проблемой столкнулись сравнительно недавно. Было установлено, что почвенные микроорганизмы адаптируются к пестицидам и начинают разрушать или использовать их, или угнетаются и погибают.
Токсиколого-гигиеническая характеристика пестицидов
Рассмотрим некоторые основные группы пестицидов.
Хлорорганические пестициды (ХОП). Применяют в сельском хозяйстве в качестве активных инсектицидов, акарицидов и фумигантов в борьбе с вредителями зерновых и технических культур. По химической природе пестициды этого класса представляют собой хлор производные ароматических углеводородов, циклопарафинов, терпенов. К ним относятся гексахлорбензол, гексахлорбутадиен, гамма-изомер ГХЦГ, ДДТ, ДД и др.
Эти пестициды могут длительно (до 10 лет и более) сохраняться в почве, воздействовать на почвенную фауну и переходить в произрастающие растения, включаясь, таким образом, в пищевые цепи. ХОП чаще встречаются в листовых овощах (60 %) по сравнению с остальными овощными культурами. Наибольшие концентрации ХОП установлены у капусты, картофеля, тыквы, фасоли обыкновенной, наименьшие в баклажане, редисе. В овощах, собранных поздней осенью, содержание ХОП значительно ниже, чем собранных в сентябре. При этом растения, выращиваемые при высоком увлажнении почвы, более интенсивно и быстро усваивают пестициды, чем растущие на суше.
ХОП обладают эмбриотоксическим действием; вызывают пороки развития и мутагенные изменения. Некоторые из ХОП являются канцерогенами и аллергенами, что явилось основанием для ограничения либо запрещения их применения в отдельных регионах России.
Фосфорорганические пестициды (ФОП). ФОП - одна из наиболее распространенных и многочисленных групп пестицидов. К ним относятся афуган, актеллик, дибром, карбофос, бромофос, фталофос, хлорофос, цидиал и др. Большинство ФОП слаборастворимы в воде, по стойкости в окружающей среде ФОП значительно уступают ХОП. Однако некоторые из них сохраняют свои токсические свойства в почве и на растениях в течение нескольких месяцев и более, в результате чего, возможно их поступление в организм человека с продуктами питания, воздухом и водой. Боле устойчивы остаточные количества ФОП в плодах цитрусовых. Это объясняется их растворением в маслах кожуры плодов. Кроме того, ФОП присутствуют в течение довольно длительного времени хранящихся продуктах питания, например в зерне.
Хотя ФОП не накапливаются в организме так интенсивно, как ХОП, они все же обладают кумулятивными свойствами.
Симптомы хронических отравлений и острой интоксикации ФОП сходны между собой. Они выражаются в головной боли, ухудшении памяти, нарушении сна, дезориентации в пространстве, снижении роговичных рефлексов. Для некоторых ФОП характерны невриты и парезы.
Ртутьорганические пестициды (РОП). Они относятся к сильно действующим ядовитым веществам или высокотоксичным препаратам для теплокровных животных и человека. Их применяют ограниченно - только для обработки семян в борьбе с бактериальными и грибными заболеваниями.
В некоторых странах, например в России, Германии и Японии, применение их запрещено. Опасность этих препаратов для людей связана не только с их высокой токсичностью, но и с летучестью, вследствие которой пары ртути образуются при комнатной и более низкой температуре, что может привести к тяжелым отравлениям.