Введение в химическую экотоксикологию

В. А. Исидоров 

 
В в е д е н и е
в  х и м и ч е с к у ю 
экотоксикологию 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ 

САНКТ
ПЕТЕРБУРГ 

ХИМИЗДАТ • 2024 

ББК 613.3 
И 859 

Р е ц е н з е н т  

акад. РАМН, д-р мед. наук, проф.  Г. А. СОФРОНОВ 

 Исидоров В. А. 

И 859    Введение в химическую экотоксикологию: Учеб. пособие, 

изд. 3-е, стереотип.– СПб: Химиздат, 2024. – 144 с.: 
ил. ISBN 978–5–93808–437-7

Дано определение химической экотоксикологии и основных терминов, составляющих понятийный аппарат этой научной дисциплины. Отдельные главы посвящены проблемам 
оценки и управления риском, связанным с использованием 
химикатов, их поведению в окружающей среде, соотношению 
между химической структурой и токсичностью. Особое внимание уделено наиболее опасным экотоксикантам – тяжелым 
металлам, хлорорганическим и фосфорорганическим соединениям. 
Предназначено для студентов и преподавателей природоохранных дисциплин. 

И
4105020000–013

050(01)–24 
Без объявл. 
ББК 613.3 

ISBN 978–5–93808–437–7

 В. А. Исидоров, 1999  

ХИМИЗДАТ, 1999, 2024 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
 
В 1991 году по решению Ученого Совета химического факуль
тета Санкт-Петербургского государственного университета впервые в нашей стране была создана специализация "экологическая 
химия". Уникальность ее заключается не только в направленности, 
но и в том, что она действует на межкафедральной основе. В ее 
реализации активное участие принимают многие кафедры факультета. Их вклад состоит как в подготовке лекционных курсов и практикумов, соответствующих профилю кафедры, так и в осуществлении руководства курсовыми и выпускными (дипломными) работами 
студентов по различным аспектам химических проблем экологии. К 
чтению лекций для студентов специализации привлечены также 
преподаватели биологического, экономического и юридического факультетов. Все это вместе взятое обеспечивает подготовку высококвалифицированных химиков-экологов широкого профиля, способных взаимодействовать со специалистами в смежных областях экологии. 

Важное место в подготовке химиков-экологов принадлежит лек
ционному курсу "химическая экотоксикология". Знание закономерностей распределения в природной среде ксенобиотиков, их превращений, передачи и накопления в трофических цепях необходимо как 
для понимания механизмов воздействия на экосистемы, так и для 
осмысленного подхода к проведению химико-аналитических (в том 
числе мониторинговых) исследований. 

Данное учебное пособие является переработанным и допол
ненным изданием книги "Введение в курс химической экотоксикологии", выпущенной небольшим тиражом издательством СанктПетербургского университета в 1997 г. Его написанию предшествовало чтение автором в течение ряда лет лекций по химической 
экотоксикологии на химических факультетах Санкт-Петербургского, 
а также Варшавского и Белостоцкого (Польша) университетов.  

Хочется надеяться, что это учебное пособие будет использовать
ся не только студентами химических факультетов университетов. 
Возможно, оно окажется полезным студентам и преподавателям природоохранных дисциплин других высших учебных заведений и других 
факультетов, готовящих специалистов в области геоэкологии, инженерной экологии и охраны окружающей среды. 

Автор будет весьма благодарен за все замечания, критику и 

советы, касающиеся нового учебного пособия и направленные на 
совершенствование обучения основам химической экотоксикологии. 

 

ВВЕДЕНИЕ 

 
 
Ускоренное развитие химической промышленности в ХХ в. 

объясняется стремлением компенсировать нехватку традиционно 
используемых природных материалов и продуктов, а также создать новые синтетические вещества, превосходящие природные 
соединения по потребительским свойствам либо отличающиеся 
более широким спектром областей применения. Эти вполне естественные в условиях непрерывного роста населения планеты устремления своей обратной стороной имеют увеличение "химического пресса" на все живое. Первоначально внимание было обращено 
на негативные последствия производства и распространения синтетических веществ для здоровья людей, как работающих в химической и некоторых других отраслях промышленности, так и не 
связанных с ними производственными отношениями. 

В настоящее время значительная часть человечества в той или 

иной мере подвержена действию различных химикатов. Они проникают в организм с вдыхаемым воздухом, водой и продуктами питания. 
Очевидным последствием такого воздействия стало увеличение 
уровня заболеваемости, особенно связанной с нарушением иммунного статуса. Это привело к необходимости введения определенных 
санитарно-гигиенических нормативов, направленных на сохранение 
здоровья человека, и стимулировало развитие тех разделов токсикологии, которые занимаются выявлением механизма действия 
химикатов на организм человека при концентрациях, лежащих ниже токсического уровня. 

Сравнительно недавно привлекли внимание последствия "хи
мизации" жизни человека для окружающей среды. Сигналом к этому послужило уменьшение численности или даже почти полное 
исчезновение отдельных видов животных, как правило, находящихся на высоких трофических уровнях (хищные птицы, тюлени и 
т. д.). Таким образом, речь идет уже о довольно отдаленных и глубоких воздействиях на природные экосистемы. 

Все это привело к стремлению лучше понять связи между 

свойствами химикатов и их воздействием не только на человека, 
но и на природные биоценозы и к возникновению новой междисциплинарной отрасли науки об окружающей среде – химической 
экотоксикологии – науки о распространении и влиянии антропогенных химикатов и продуктов их трансформации на экосистемы. Основные ее задачи можно сформулировать следующим образом: 

– изучение воздействия химикатов на природные экосистемы, 

воспринимаемые как единое целое; 

– разработка тестов для оценки потенциала опасности для 

экосистем, связанной с производством и применением тех или 
иных химикатов; 

– создание концепций для оценки потенциала опасности для 

экосистем, возникающей из-за проникновения в них химикатов. 

Естественно, что решение этих задач невозможно без понима
ния закономерностей распространения, распределения и химических превращений токсичных соединений в изменчивых условиях 
внешней среды, без установления связи между химическим строением и токсичностью. Поэтому химическая экотоксикология использует все многообразие химико-аналитических методов для выявления таких закономерностей, а также применяет методы "традиционной" токсикологии при изучении трансформации химикатов в тканях 
и органах, действия химикатов и продуктов их превращений на живые организмы. 

Сами по себе методы экоаналитики не могут дать ответа на 

вопросы о текущем состоянии экосистем и вероятных изменениях 
в них под действием тех или иных химикатов. Для этой цели более 
подходят методы биоиндикации. В качестве биоиндикаторов используют группу особей одного вида или какое-либо сообщество, 
по состоянию которых судят о естественных или антропогенно 
обусловленных изменениях в среде, в том числе о присутствии (в 
ряде 
случаев 
и 
о 
концентрации) 
загрязняющих 
веществ
токсикантов. 

В химической экотоксикологии используется ряд специфических 

для нее терминов, определения которых приведены ниже*.  

Экотоксикантом называют токсичное и устойчивое (перси
стентное) в условиях окружающей среды вещество, способное накапливаться в организмах до опасных уровней концентраций. Чужеродные для организмов химические вещества, не входящие в 
естественный биотический круговорот и, как правило, прямо или 
косвенно порожденные человеческой деятельностью, называют 
ксенобиотиками. Попадая в ту или иную экосистему, они могут 
вызывать гибель образующих ее организмов, аллергические реакции, снижение иммунитета, изменение наследственности, нарушения естественного хода природных процессов. 

Персистентным, т. е. обладающим нежелательной химиче
ской устойчивостью, согласно определению IUPAC (1971), называют вещество, если оно продолжает существовать в окружающей среде в измененных количествах в какой-либо идентифицируемой 
форме. 
Иными 
словами, 
вещество 
считается 

персистентным, даже если оно быстро разлагается в природных 

                                                        

* См. также краткий словарь терминов (глоссарий) в конце книги. 

условиях, но при этом образуется более устойчивый продукт. Примером может служить превращение нестойкого инсектицида бромофоса в химически стойкий 1,4-дихлор-3-бромфенол: 

Br

Cl

Cl

O

P

O
S

O

CH3

CH3

Br

Cl

Cl

O

P

O
O

O

CH3

CH3

Br

Cl

Cl

O

P

O
S

O

CH3

HO

Br

Cl

Cl

HO

 

Не существует абсолютного критерия (т. е. количественной ха
рактеристики) персистентности, однако она может быть оценена 
относительно. Например, непредельные соединения менее устойчивы по отношению к химическим и биохимическим воздействиям 
в сравнении с алканами, которые, в свою очередь, уступают в 
стойкости ароматическим углеводородам, особенно имеющим в 
качестве заместителей атомы галогенов. 

Биомагнификацией называют накопление химиката в тканях 

организмов за счет процессов питания, тогда как термином биоконцентрирование обозначают накопление химиката из окружающей среды без учета его поступления с пищей. Первой стадией 
биоконцентрирования обычно служит проникновение химиката через покровные ткани (этот путь особенно важен для водных организмов), с вдыхаемым воздухом и т. п. 

Под бионакоплением (или биоаккумуляцией) понимают суммар
ный эффект биоконцентрирования и биомагнификации, а тер-мином 
экологическая магнификация (в отечественной литературе часто используют термин биоумножение) обозначают процесс увеличения 
концентрации химиката в организмах при переходе от низших трофических уровней данной экосистемы к высшим. 

Бионакопление и экологическая магнификация могут быть про
иллюстрированы рис. 1. На нем представлены пищевые цепи, 

РИС. 1. Накопление инсектицида ДДТ и полихлорированных бифе
нилов в трофических цепях морских экосистем 
Концентрации приведены в частях на миллиард (ppb)

 

состоящие из продуцентов и консументов нескольких трофических 
уровней: фитопланктон (продуценты)  зоопланктон (травоядные)  
ракообразные и рыбы-микрофаги (плотоядные I)  хищ-ные рыбы 
(плотоядные II)  птицы-рыболовы (плотоядные III). 

Первичные продуценты получают загрязняющие вещества, 

рассеянные в биотопе (в данном примере — в морской воде), путем биоконцентрирования. Накопление их зоопланктоном и рыбами предстает как результат биоконцентрирования и биомагнификации.  

1 

ОЦЕНКА И УПРАВЛЕНИЕ РИСКОМ 

 
 
 

1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 

 
В условиях широкого применения синтетических химических 

соединений (известно около 100 млн. таких соединений, из которых около 120 тыс. находится в постоянном использовании, а примерно 11 тыс. производится в количествах свыше 500 кг/год) одной 
из главных задач является поиск методов, позволяющих предсказывать возможные последствия и оценивать потенциальный риск 
применения химикатов. Получение такой оценки – важная предпосылка управления риском. 

Согласно одному из определений риск – это вероятность реали
зации опасности, или ожидаемая величина ущерба, связанного с каким-либо действием (Паасивирта, 1991). Из этого определения следует, что риск существует только в нашем воображении в качестве 
проекции того, что может случиться. Следовательно, он не может 
быть измерен с помощью инструментальных методов. 

Качественно экологический риск, связанный с использованием 

химикатов, характеризуется через природу неблагоприятных последствий, а количественно – через вероятность их возникновения. Следовательно, он может быть также представлен и оценен 
как произведения 

РИСК = ЭКСПОЗИЦИЯ  ТОКСИЧНОСТЬ 

или 

РИСК = ЭКСПОЗИЦИЯ  ЭФФЕКТ. 

Под экспозицией понимают количество химиката, приходяще
гося на одну мишень (организм, орган, ткань и т. п.), а под токсичностью – потенциальную опасность химиката, его способность 
причинить вред. Под эффектом в данном случае понимают вызванный отрицательными последствиями использования химикатов экологический ущерб. Он, как и ущерб экономический, может 
иметь денежное выражение. 

Следует отметить, что в современных условиях полностью ис
ключить экологический риск, обусловленный использованием химикатов, невозможно. Отсюда вытекает необходимость определения 
уровней "нормального" (приемлемого), повышенного и неприемлемого риска. Количественная оценка экологического риска для кон

кретных экосистем в целом далеко не всегда возможна, поскольку 
часто бывает неясна связь между неблагоприятными факторами и 
вызываемыми ими экологическими последствиями. Однако лучше 
располагать качественными заключениями, хотя и отягощенными 
неопределенностями, чем игнорировать их из-за трудностей понимания и оценки.  

Оценка экологического риска, приемлемости неблагоприятных 

воздействий должна осуществляться специально подготовленными экспертами и менеджерами риска. Оценка риска и управление 
риском – два различных вида деятельности. Первый включает 
оценку вероятности неблагоприятных эффектов, а второй состоит 
в выборе образа действия по отношению к идентифицированному 
риску. Следовательно, оценка экологического риска является 
только частью процесса принятия решений, касающихся охраны 
окружающей среды и экологической безопасности. Менеджер риска при принятии решений во многом руководствуется также и правовыми, социальными, политическими и экономическими соображениями. 

Принятие решения о допустимости использования того или 

иного химиката, необходимости ограничения или полного запрещения его производства (т. е. определение приемлемого уровня 
риска), разработка контрольных мероприятий и подготовка соответствующей нормативной документации – все это входит в сферу 
управления риском.  

Информация, касающаяся экологического риска, должна быть 

организована так, чтобы она могла быть применена для принятия 
решений относительно окружающей человека и природной среды. 
Полученные данные могут использоваться для поддержки различных типов управленческой деятельности, например для определения мест захоронения опасных промышленных химикатов, для установления нормативов использования пестицидов, при охране 
экосистем, на которые воздействуют множественные химические и 
нехимические факторы.  

Ниже (схема 1) приведена полная схема оценки риска, исполь
зуемая на практике в Агентстве по охране окружающей среды США 
(EPA USA). Согласно этой схеме процесс оценки состоит из трех 
стадий: постановка задачи, анализ и характеристика риска. Им 
предшествует планирование, осуществляемое экспертами по 
оценке риска и менеджером риска с участием заинтересованных 
сторон. При этом достигаются соглашения относительно целей 
управления риском и определяются ресурсы для проведения работ. 

С х е м а  1. Структура оценки экологического риска