Мониторинг биологический

1) слежение за биологическими объектами, наличием видов, их состоянием, появлением случайных инродуцентов и т.д.;

2) мониторинг на базе биоиндикаторов (обычно на базе биозаповедников, а также система слежения и наблюдения за реакцией живых организмов на загрязнение окружающей среды

EdwART. Словарь терминов МЧС , 2010

Смотреть что такое "Мониторинг биологический" в других словарях:

мониторинг биологический - biologinė stebėsena statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Gyvosios aplinkos ir ją veikiančių veiksnių stebėjimas, vertinimas, aplinkos pokyčių prognozavimas ir vertinimas. atitikmenys: angl. biological monitoring vok. biologisches … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

Экологический мониторинг, основанный на наблюдении за реакцией живых организмов на загрязнение окружающей среды. См. также: Мониторинг окружающей природной среды Охрана природы Финансовый словарь Финам … Финансовый словарь

- (от лат. monitor тот, кто напоминает, предупреждает), комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния биосферы или её отд. элементов под влиянием антропогенных воздействий. М. может быть локальным, региональным и глобальным … Биологический энциклопедический словарь

- (от англ. monitoring, от лат. monitor напоминающий, надзирающий), комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под влиянием антропогенных воздействий. Мониторинг не включает управление качеством… … Экологический словарь

Мониторинг здоровья работников - общий термин, охватывающий процедуры и исследования для оценки здоровья работника с целью обнаружения и опознавания любой аномалии. Результаты мониторинга должны использоваться для сохранения и укрепления здоровья работника, коллективного… …

- (Институт биологии, экологии, почвоведения, сельского и лесного хозяйства) структурное подразделение ТГУ, осуществляющее подготовку специалистов в области биологии и смежных наук. По состоянию на октябрь 2010 в институте обучалось 819… … Википедия

См. в ст. Мониторинг. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь

Система регулярных длительных наблюдений в пространстве и времени, дающая информацию о состоянии окружающей среды с целью оценки прошлого, настоящего и прогноза в будущем параметров окружающей среды, имеющих значение для человека. На… … Словарь черезвычайных ситуаций

биологический мониторинг - Организм или сообщество организмов, позволяющих получать количественную информацию о состоянии окружающей их среды Тематики биотехнологии EN biologic monitoring … Справочник технического переводчика

Биологический мониторинг - система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, вызванных факторами антропогенного происхождения. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Книги

• Биологический контроль окружающей среды. Генетический мониторинг , . В учебном пособии освещены теоретические основы и методология генетического мониторинга окружающей среды, описаны наиболее часто используемые практические методики. По структуре и содержанию…

Методы биологического мониторинга

• 1. Биоиндикация - метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов-биоиндикаторов. Биоиндикаторы - организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации.
• 2. Биотестирование -- метод, позволяющий в лабораторных условиях оценить качество объектов окружающей среды с помощью живых организмов.

3. Оценка компонентов биоразнообразия- является совокупностью

методов сравнительного анализа компонентов биоразнообразия.

Методы статистической и математической обработки данных

Для обработки экомониторинговых данных используются методы вычислительной и математической биологии (в том числе и математическое моделирование), а также широкий спектр информационных технологий.

Географические информационные системы

Геоинформационная система (ГИС) - система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информацией о необходимых объектах. Термин также используется в более узком смысле - ГИС как инструмент (программный продукт), позволяющий пользователям искать, анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах, например высоту здания, адрес, количество жильцов.

ГИС включают в себя возможности систем управления базами данных (СУБД), редакторов растровой и векторной графики и аналитических средств и применяются в картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, экологии, муниципальном управлении, транспорте, экономике, обороне и многих других областях.

По территориальному охвату различают глобальные ГИС (global GIS), субконтинентальные ГИС, национальные ГИС, зачастую имеющие статус государственных, региональные ГИС (regional GIS), субрегиональные ГИС и локальные, или местные ГИС (local GIS).

ГИС различаются предметной областью информационного моделирования, к примеру, городские ГИС, или муниципальные ГИС, МГИС (urban GIS), ГИС недропользователя, горно-геологические ГИС, природоохранные ГИС (environmental GIS) и т. п.; среди них особое наименование, как особо широко распространё иные, получили земельные информационные системы. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС, ИГИС (integrated GIS, IGIS) совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.

Полимасштабные, или масштабно-независимые ГИС (multiscale GIS) основаны на множественных, или полимасштабных представлениях пространственных объектов (multiple representation, multiscale representation), обеспечивая графическое или картографическое воспроизведение данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора данных с наибольшим пространственным разрешением. Пространственно-временные ГИС (spatio-temporal GIS) оперируют пространственно-временными данными. Реализация геоинформационных проектов (GIS project), создание ГИС в широком смысле слова, включает

этапы: предпроектных исследований (feasibility study), в том числе изучение требований пользователя (user requirements) и функциональных возможностей используемых программных средств ГИС, технико- экономическое обоснование, оценку соотношения «затраты/прибыль» (costs/benefits); системное проектирование ГИС (GIS designing), включая стадию пилот-проекта (pilot-project), разработку ГИС (GIS development); её тестирование на небольшом территориальном фрагменте, или тестовом участке (test area), прототипирование, или создание опытного образца, или прототипа (prototype); внедрение ГИС (GIS implementation); эксплуатацию и использование. Научные, технические, технологические и прикладные аспекты проектирования, создания и использования ГИС изучаются геоинформатикой.

Рассматривая методы экологического мониторинга, частично показывались и средства. Средств мониторинга создано множество. Целесообразно рассмотреть наиболее широкую группу средств наземного мониторинга.

Общая структура аппаратных средств сети наземных измерений в системе экологического мониторинга включает:

• 1. Для низового уровня мониторинговой сети :
  • - стационарные посты по воздуху и воде;
  • - передвижные станции контроля выбросов и сбросов;
  • - передвижные и стационарные лаборатории по состоянию атмосферы, воды, почвы, снега;
  • - инспекционные службы;
  • - службы получения данных от населения.

Число стационарных и передвижных станций и постов определяется в результате проведения исследований, расчё тов на имеющихся моделях конкретной природно-технической геосистемы (или природно-территориального комплекса), а также на основании накопленного опыта наблюдения за окружающей средой.

• 2. Для среднего уровня сети :
  • - центры сбора и обработки информации, полученной в низовых сетях, отличающиеся друг от друга спецификой и сложностью решаемых задач.
• 3. Для высшего уровня сети :
  • - пользователи информации, полученной в центрах ее сбора и обработки.

Непосредственными пользователями данных являются инспектора по охране окружающей среды.

К числу основных составляющих сети мониторинга относятся датчики и анализаторы; устройства загрузки данных; устройства передачи данных и др.

В иерархически построенной сети наземных измерений вычислительные средства обработки информации используются практически на всех уровнях сети. В стационарных и передвижных постах загрузчик данных не только управляет работой анализаторов, но и производит первичную обработку собранных данных. В локальных и центральном вычислительных центрах вычисляются по моделям уровни загрязнения среды по основным и дополнительным ингредиентам, строятся карты изолиний, рассчитываются прогнозы, вычисляются вероятные источники загрязнений и т. п.

Вычислительный центр сети мониторинга загрязнений выполняет следующие функции:

• - управление работой сети наземных измерений в оперативном, штормовом режимах и режиме проверки работоспособности;
• - сбор информации от стационарных постов и передвижных лабораторий контроля загрязнений;
• - обработка информации для получения общей картины загрязнений для вычисления прогнозов, интегральных оценок экологического состояния среды и др.;
• - ведение банков данных оперативного и долговременного хранения информации с обеспечением надежности хранения информации и защиты от несанкционированного доступа;
• - подготовка и выдача информации о загрязнениях в плановом порядке в виде сводных таблиц, картографического материала и т. п.;
• - передача информации в автоматическом режиме в главный вычислительный центр.

Сеть передачи данных наземных измерений со станций экологического мониторинга решает следующие задачи:

• - регулярная (один раз в 10 мин, 30 мин, 1 ч и т. п.) передача данных измерений от стационарных постов и передвижных лабораторий;
• - передача данных, поступающих от населения о тревожных и аварийных ситуациях;
• - передача данных по каналам связи от вычислительного центра пользователям информации (исполнительной власти, населению и т. п.).

Данные, передаваемые от стационарных постов и передвижных лабораторий, невелики по объему (сотни байт), но передаются достаточно часто. Скорость передачи данных невелика - сотни бит в секунду. Требования к надежности передаваемых данных не предельно жесткие, так как протекающие процессы в атмосфере и воде имеют скорость распространения десятки минут, часы.

Данные от вычислительного центра пользователям должны передаваться 1-2 раза в сутки, объем их достаточно велик (единицы и десятки килобайт). Поэтому скорость передачи и требования к надежности передачи данных должны быть достаточно высоки.

Информационное обеспечение системы комплексного экологического мониторинга должно содержать:

• - упорядоченную структуру информационных потоков (входных, внутренних, выходных);
• - инфраструктуру собственно информационной базы данных;
• - методики сбора данных от стационарных и передвижных постов;
• - методики передачи данных, полученных от постов различного уровня, включая лидары;
• - методики обработки данных и расчета интегральных показателей состояния окружающей среды;
• - методики определения источников выбросов;
• - структуру пользовательских организаций сети и эксплуатационных служб.

Программное обеспечение сети комплексного экологического мониторинга должно включать:

• - развитые операционные системы;
• - стандартные базы данных;
• - картографическое и графопостроительное обеспечение;
• - мониторы для управления сбором данных;

Базой данных называют совокупность хранимых операционных данных, используемых прикладными системами некоторого потребителя. Основополагающим при проектировании или выборе структуры базы данных является модель представления данных.

По способу организации баз данных различают реляционные, иерархические и сетевые базы данных.

Реляционные базы данных строятся на основе реляционной модели данных, использующей математическое понятие теоретико-множественного отношения. База данных при этом представляется в виде совокупности таблиц.

Иерархические базы данных строятся на основе иерархической модели данных, в которой данные имеют структуру простого дерева. База данных представляется при этом в виде совокупности деревьев.

Сетевые базы данных строятся на основе сетевой модели данных, в которой данные имеют структуру ориентированного графа. База данных представляется ориентированной сетью.

Выбор конкретной базы данных зависит от характера выполняемых задач. В соответствии с общей структурой сети наземных измерений должны быть созданы следующие основные базы данных: по воздуху, выбросам и отходам, водным объектам, картографии и др. Большинство из них целесообразно строить как реляционные. В то же время, скажем, для картографических систем могут быть использованы базы данных иерархического типа .

Роль биологического мониторинга в сохранении здоровья работников

С помощью методов промышленной гигиены на производстве осуществляется измерение и контроль за содержанием различных химических веществ в воздухе. В то же время, остаются вне поля зрения и, соответственно, выходят из-под контроля другие возможные пути вредного воздействия на организм рабочих, обусловленные, к примеру, абсорбцией с кожных покровов или проникновением через органы дыхания, а также потенциальный риск вне работы. Биологический мониторинг помогает заполнить эти пробелы.

ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Термин «биологический мониторинг» был впервые предложен в 1980 г. на семинаре, организованным Европейским экономическим сообществом (ЕЭС) совместно с Национальным институтом проблем безопасности труда и здравоохранения США (NIOSH), а также Управлением по безопасности труда и охране здоровья (OSHA) (Berlin, Yodaiken, Henman, 1984 г) в Люксембурге.

Под данным термином понимают «измерение и оценку содержания химических агентов или их метаболитов в тканях, секрете, выделениях, а также в альвеолярном воздухе с целью определения величины воздействия и риска для здоровья посредством сравнения с соответствующими стандартами». Мониторинг - это действие на основе диагностических процедур, повторяющееся с определенными интервалами, имеющее профилактические и, в случае необходимости, корректирующие функции.

Биологический мониторинг - один из трех важнейших мероприятий, необходимых для профилактики заболеваний, обусловленных токсичными факторами или загрязнением окружающей среды. Этим же целям служит мониторинг окружающей среды и регулярное (периодическое) наблюдение за состоянием здоровья работников. Последовательность событий, приводящих к развитию заболеваний подобного рода, может быть схематично представлена следующим образом: источник - воздействующий химический фактор (агент) - полученная внутренняя доза - биохимический или клеточный эффект - неблагоприятное воздействие на организм - заболевание .

Определением количества токсичных веществ (напр. промышленных химикатов) в воздухе, воде, пище или на поверхностях, контактирующих с кожей, занимается мониторинг окружающей среды.

В результате процессов абсорбции, распределения, метаболизма и экскреции определенная часть внутренней дозы токсичного агента (т.е. количества вещества, абсорбированного или метаболизированного в организме в течение определенного промежутка времени) оказывается в жидких средах организма, где она и может быть определена. При действии внутренней дозы на критический орган (на котором неблагоприятное воздействие сказывается в первую очередь или наиболее сильно) возникают определенные биохимические и клеточные эффекты.

НАБЛЮДЕНИЕ ЗА СОСТОЯНИЕМ ЗДОРОВЬЯ РАБОТНИКОВ

Термин «наблюдение за состоянием здоровья» был определен на вышеупомянутом семинаре ЕЭС/NIOSH/OSHA в 1980 г. как «периодическое медико-физиологическое обследование рабочих, подверженных вредному воздействию, с целью охраны здоровья и профилактики заболеваний». Биологический мониторинг и наблюдение за состоянием здоровья предполагают определение содержания химических агентов или их метаболитов в организме посредством оценки их биохимических и клеточных эффектов, а также выявления симптомов поражения критического органа. Кроме того, они используются для определения масштабов заболевания.

ЦЕЛИ БИОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Биологический мониторинг можно подразделить на мониторинг воздействия и мониторинг эффекта, использующих соответственно индикаторы внутренней дозы и эффекта.

Цель биологического мониторинга воздействия - оценка риска для здоровья посредством определения внутренней дозы, отражающей, в свою очередь, биологически активную нагрузку химических факторов на организм. Доза загрязнения не должна достигать уровня, при котором могут проявиться патологические эффекты. Эффект считается патологическим или вредным, если снижается функциональная активность организма, уменьшается адаптационная способность к стрессам, способность к поддержанию гомеостаза, или повышается восприимчивость к другим воздействиям среды.

В зависимости от химического вещества или анализируемого биологического параметра термин «внутренняя доза» может быть интерпретирован по-разному

Во-первых, он может означать количество абсорбированного химиката за короткий промежуток времени, к примеру, в течение одной рабочей смены. Концентрации загрязнителя в альвеолярном воздухе может определяться непосредственно в течение рабочей смены или на следующий день (образцы крови и альвеолярного воздуха могут храниться до 16 часов). Во-вторых, если химическое вещество имеет большой биологический период полураспада (например, металлы в системе кровообращения), то величина внутренней дозы может отражать количество вещества, поступившего в организм на протяжении нескольких месяцев. В-третьих, термин «внутренняя доза» может также означать количество накопленного в организме вещества. В этом случае внутренняя доза отражает распределение вещества по органам и тканям, из которых оно потом медленно выводится. К примеру, для получения достоверной картины содержания в организме ДДТ, достаточно измерить их содержание в крови.

Наконец, величина внутренней дозы служит показателем количества химического вещества в местах его действия. Одной из наиболее важных и многообещающих возможностей применения данного показателя представляется определение соединений, образованных токсичными веществами с белками гемоглобина или с ДНК. Биологический мониторинг эффекта направлен на выявление симптомов ранних обратимых изменений, возникающих в критическом органе. В этом смысле значение биологического мониторинга эффекта для наблюдения за здоровьем рабочих трудно переоценить.

МЕТОДЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Биологический мониторинг воздействия основывается на определении индикаторов внутренней дозы с помощью измерения:

• количества химического вещества, воздействию которого подвергся рабочий, в крови или в моче (реже в грудном молоке, слюне или жировой клетчатке);
• количества одного или нескольких метаболитов данного вещества в жидких средах организма;
• концентрации летучих органических соединений (растворителей) в альвеолярном воздухе;
• биологически эффективной дозы соединений, способных образовывать комплексы с ДНК и другими крупными молекулами, и, вследствие этого, обладающих потенциальным генотоксичным эффектом.

Рассмотрим факторы, влияющие на концентрацию химических веществ и их метаболитов в крови и моче.

Важным показателем воздействия окружающей среды является концентрация химических веществ в альвеолярном воздухе. Наиболее существенными факторами, определяющими поступление химического вещества в организм, представляются растворимость и метаболизм вдыхаемого вещества, состояние альвеолярного газообмена, минутный объем сердца и продолжительность воздействия.

При обследовании людей, подвергшихся воздействию потенциально канцерогенных веществ, весьма удобно использовать определение комплексов вещества с ДНК и гемоглобином. (Однако, необходимо заметить, что не все химикаты, способные связываться с макромолекулами в человеческом организме, являются генотоксичными, то есть потенциально канцерогенными).

Образование комплексов - всего лишь один из этапов сложного процесса канцерогенеза. Другие события, происходящие внутри клетки (например, репарация ДНК), несомненно, влияют на риск развития онкологических заболеваний. Поэтому в настоящее время замер содержания данных комплексов должен производиться лишь в целях мониторинга воздействия химических веществ.

Биологический мониторинг эффекта осуществляется посредством определения индикаторов эффекта, с помощью которых можно обнаруживать ранние и еще обратимые изменения. Данный подход позволяет количественно оценить содержание химиката в местах его воздействия и содействует определению функциональных изменений критического органа на ранних стадиях.

К сожалению, мы можем рассмотреть всего несколько примеров применения этого подхода, а именно:

• ингибирование псевдохолинэстеразы фосфоорганическими инсектицидами;
• ингибирование дегидратазы аминолевулиновой кислоты неорганическим свинцом;
• повышение уровня выделения с мочой d-глюкаровой кислоты и порфиринов у людей, подвергшихся воздействию химикатов, содержащих порфиринобразующие агенты (то есть хлорированные углеводороды).

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ БИОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Биологический мониторинг позволяет более точно, чем мониторинг среды, определить потенциальную опасность для здоровья веществ, проявляющих свою токсичность после поступления в организм человека. Биологические параметры, отражающие величину внутренней дозы, дают гораздо больше для понимания процесса вредного воздействия, нежели любые измерения окружающей среды.

Биологический мониторинг обладает рядом преимуществ перед мониторингом окружающей среды и особенно эффективен при оценке:

• длительных воздействий;
• воздействий, полученных рабочими при перемещении по предприятию;
• абсорбции вещества различными путями, в том числе через кожу;
• общего воздействия различных загрязнителей в ходе производственной деятельности и вне ее;
• количества поступившего в организм вещества, которое зависит не только от величины воздействия, но и от других факторов, например, физических усилий во время работы, газообмена и климата;
• количества поступившего в организм вещества в зависимости от индивидуальных особенностей, влияющих на кинетику токсических агентов (таких как возраст, пол, генетические особенности, функциональное состояние органа, в котором токсическое вещество подвергается биотрансформации и элиминации).

Наряду с данными преимуществами биологический мониторинг в настоящее время имеет и ряд ограничивающих факторов, важнейшие из которых представлены ниже.

Фактор 1. Список химических веществ, которые могут быть исследованы с помощью биологического мониторинга, в настоящий момент очень невелик.

Фактор 2. В случае острого воздействия биологический мониторинг может предоставить информацию только о быстро метаболизирующихся веществах, например, ароматических растворителях.

Фактор 3. Не до конца определена значимость биологических индикаторов; например, не всегда ясно, что отражает уровень того или иного вещества в биологическом материале - продолжающееся или накопленное воздействие (к примеру, содержание кадмия и ртути в моче).

Фактор 4 . В целом, биологические индикаторы внутренней дозы, позволяющие оценить уровень воздействия, не дают данных о реальном содержании воздействующего вещества в критическом органе.

Фактор 5 . Нередко отсутствуют данные о влиянии на метаболизм исследуемого вещества другого экзогенного соединения, воздействующего на организм одновременно с первым.

Нет полных данных о взаимосвязи между степенью воздействия окружающей среды и уровнем биологических индикаторов, с одной стороны, и уровнем биологических индикаторов и потенциальным вредным воздействии, с другой. Ограничено количество биологических индикаторов, для которых определены индексы биологического воздействия (ИБВ). При поступлении новой информации необходимо проверить, может ли вещество, идентифицированное прежде как не представляющее опасности, вызывать негативный эффект. ИБВ обычно обозначает ту концентрацию загрязнителя, которая будет вероятнее всего обнаружена в пробе, взятой у здорового рабочего, подвергшегося воздействию химиката, приравниваемого к величине порогового предела (ВПП), средневзвешенного во времени (СВВ).

Информация, стимулирующая развитие методов, и критерии отбора биологических тестов Выполнение программ биологического мониторинга требует:

• знания метаболизма экзогенного вещества в организме человека (токсикокинетика);
• умения распознавать изменения в критическом органе (токсикодинамика);
• идентификации индикаторов;
• применения достаточно точных методов анализа;
• возможности взятия биологических проб, в которых может быть измерен уровень индикаторов;
• знания взаимосвязей между дозой эффекта и дозой ответа;
• определения применимости тех или иных индикаторов для данного теста.

В данном контексте тест является оптимальным, если он обеспечивает высокую достоверность результатов. Качество (оптимальность) теста складывается из двух показателей: чувствительности и специфичности. Тест, обладающий высокой чувствительностью, дает малое число ложноотрицательных результатов, а тест, обладающий высокой специфичностью, дает малое число ложноположительных ответов.

ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ ВОЗДЕЙСТВИЕМ, ВНУТРЕННЕЙ ДОЗОЙ И ЭФФЕКТОМ

Изучение концентрации загрязнителей на предприятиях и одновременное определение индикаторов дозы и эффекта у людей, пострадавших от их воздействия, позволило установить взаимосвязь между воздействием опасных веществ и их концентрацией в биологических средах, а также между поздними и ранними эффектами воздействия. Если программа биологического мониторинга основана на оценке эффекта, необходимо знание взаимосвязей между дозой вещества и производимым им эффектом. Определение величины этой взаимосвязи «доза - эффект» основана на объединенном анализе индикатора дозы и индикатора эффекта, исследовании изменения индикатора эффекта в ответ на изменение индикатора дозы.

Исследования взаимосвязей «доза - эффект» дало возможность определить концентрацию токсичного вещества, при которой индикатор эффекта превышает величину воздействия, считающуюся неопасной. Более того, таким же образом можно установить уровень воздействия, при котором эффект не возникает. Поскольку в пределах одной группы различные люди реагируют на воздействие по-разному, необходимо определить взаимосвязи «доза-ответ», или исследовать, как группа отвечает на воздействие. Для этого сравнивают внешние проявления эффекта с внутренней дозой. Термин ответ означает процент людей в группе, демонстрирующих специфические количественные вариации индикатора эффекта при любой величине дозы.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Для осуществления программы биологического мониторинга на практике необходимо учитывать:

• поведение индикаторов под воздействием, в зависимости от его степени, непрерывности и продолжительности;
• промежуток времени между прекращением воздействия и измерением индикатора;
• все остальные (помимо воздействия) патологические и физиологические факторы, способные изменять уровень индикатора.

Ниже приводится картина изменений некоторых биологических индикаторов дозы и эффектов, используемых биологическим мониторингом воздействия в производственной сфере для оценки химических веществ, наиболее широко применяемых в индустрии. В отношении индикаторов воздействия каждого вещества определены их преимущества и ограничения, а также значение промежутка времени между воздействием и взятием пробы, равным образом как и побочных факторов. Все это имеет существенное значение при оценке критериев для выбора биологического теста.

ВЫБОР ВРЕМЕНИ ЗАБОРА ПРОБЫ

При выборе времени взятия пробы необходимо принимать во внимание кинетические особенности химиката; особенно важно знать, как происходит абсорбция этого вещества в легких, желудочно-кишечном тракте, с поверхности кожи, распределение по различным органам, как осуществляется его биотрансформация и, наконец, выведение. Важно также знать, способно ли это вещество накапливаться в организме. Помимо этого, время забора пробы имеет большое значение и потому, что от уровня воздействия зависит скорость метаболических процессов, в которых участвует химическое вещество. Исходя из этого, рассчитывается и скорость его выведения.

ПОБОЧНЫЕ ФАКТОРЫ ВЛИЯЮЩИЕ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ

Для правильного использования биологических индикаторов необходимо знание факторов, не зависящих от уровня воздействия, но тем не менее влияющих на уровень индикаторов. Ниже приводятся наиболее важные из них. На результаты могут повлиять физиологические особенности, диета, пол, возраст работника. К примеру, люди, употребление в пищу рыбы и раков повышает концентрацию мышьяка в моче и ртути в крови. У женщин, имеющих сопоставимый с мужчинами уровень мышьяка в крови, концентрация эритроцитарного протопорфирина гораздо выше, чем у последних. Уровень кадмия в моче повышается с возрастом.

Курение и употребление алкоголя могут значительно изменять уровень биологических индикаторов. При курении в организм человека поступают вещества, содержащиеся в табачных листьях (кадмий), а также загрязнители производственной среды, оседающие на сигаретах (свинец), и продукты сжигания (моноксид углерода). Употребление алкоголя также может влиять на уровень биологических индикаторов. Например, в алкогольных напитках содержится свинец. Не удивительно, что у людей, потребляющих большое количество алкоголя, уровень свинца в крови гораздо выше, чем у остальных. При употреблении алкоголя в организме нарушаются процессы биотрансформации и выведения промышленных химикатов; в незначительных дозах алкоголь может подавлять метаболизм многих растворителей (трихлорэтилена, ксилола, стирола, толуола), конкурируя с ними за ферменты.

Регулярное употребление алкоголя может, напротив, усиливать метаболизм растворителей, предположительно, путем индукции системы микросомального окисления. Поскольку этанол способен значительно влиять на метаболизм, определение индикаторов воздействия растворителей желательно проводить в те дни, когда алкоголь не употреблялся. В последнее время стало известно, что лекарственные препараты также могут влиять на уровень биологических индикаторов. Новые данные свидетельствуют о том, что аспирин может нарушать процесс биологической трансформации ксилола в метилгиппуровую кислоту, а фенилсалицилат, широко применяемое обезболивающее, может существенно повышать уровень фенола в моче. При употреблении содержащих алюминий антацидных препаратов повышается уровень алюминия в плазме крови и моче. Заметные различия в метаболизме наиболее широко используемых растворителей (толуол, ксилол, трихлорэтилен, тетрахлорэтилен, метилхлороформ) были обнаружены среди различных этнических групп. Уровень биологических индикаторов может изменяться при различных патологических состояниях организма. Из-за специфического действия токсических агентов или по каким-либо другим причинам критический орган при анализе подчас ведет себя аномально. Примером ситуации первого типа может служить уровень кадмия в моче: при тубулопатиях выведение кадмия с мочой заметно усиливается, и уровень, полученный при анализе, не отражает степень воздействия. Пример ситуации второго типа - повышение уровня эритроцитарного протопорфирина у людей с недостаточностью железа и не демонстрирующих аномальной абсорбции свинца.

Физиологические сдвиги параметров биологических сред организма (например, мочи), в которых осуществляется определение биологических индикаторов, также влияет на результаты исследования. Например, уровень индикатора в моче в течение дня может быть различным вследствие физиологических изменений удельного веса мочи.

Чтобы преодолеть данную проблемы, не рекомендуется использовать для анализа слишком разведенную или концентрированную мочу (то есть со слишком низким или высоким удельным весом или содержанием креатинина). Желательно исследовать мочу с удельным весом выше 1,01 и ниже 1,03 или с концентрацией креатинина выше 3.0 г/л и ниже 0,5 г/л. Некоторые авторы предполагают при анализе уровня индикаторов учитывать удельный вес или содержание креатинина в моче.

Патологические изменения во внутренних средах организма также могут значительно влиять содержание биологических индикаторов. Например, у людей с анемией, подвергшихся воздействию металлов (ртути, кадмия, свинца и т.п.), уровень металла в крови может быть гораздо ниже предполагаемого при подобном воздействии; что объясняется малым числом эритроцитов, транспортирующих токсичный металл в системе кровообращения.

В силу этого при определении токсичных веществ или метаболитов, связанных с эритроцитами, в цельной крови, целесообразно определить гематокрит, показывающий процентное содержание эритроцитов в цельной крови.

КОМПЛЕКСНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ТОКСИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

В случае одновременного воздействия нескольких токсичных веществ возникающие нарушения метаболизма изменяют поведение биологических индикаторов, что создает серьезные проблемы при интерпретации результатов. Подобная ситуация наблюдается, например, при комплексном воздействии толуола и ксилола, ксилола и этилбензола, толуола и бензола, гексана и метилэтилкетона, тетрахлорэтилена и трихлорэтилена. В частности, при подавлении биотрансформации растворителей уменьшается выделение их метаболитов с мочой (возможна недооценка риска), тогда как уровень самих растворителей в крови и в выдыхаемом воздухе повышается (возможна переоценка риска).

Поэтому, при возможности измерения и уровня химикатов, и их метаболитов, желательно проверить, не является ли уровень метаболитов в моче ниже ожидаемого, а концентрация химикатов в крови и/или в выдыхаемом воздухе - выше ожидаемого. Нарушения метаболизма были описаны при воздействии химикатов с концентрацией, близкой или ниже ПДК. Однако, если концентрация каждого вещества ниже ПДК, при их воздействии подобные нарушения, как правило, не возникают.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИНДИКАТОРОВ

Биологические индикаторы могут использоваться в здравоохранении с различными целями, в частности для (1) периодического обследования здоровья отдельных рабочих; (2) анализа воздействия на группы рабочих и (3) эпидемиологических оценок. Используемые тесты должны быть особенно точными, высокочувствительными и специфичными, чтобы свести к минимуму вероятность неправильных выводов.

СТАНДАРТНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ И СТАНДАРТНЫЕ ГРУППЫ

Стандартная величина - это средний уровень биологического индикатора у большинства населения, не подвергавшегося на производстве в период обследования воздействию токсичных агентов. Эти величины используются для сравнения с данными, полученными при биологическом мониторинге населения, предположительно подвергшегося воздействию. Стандартную величину не следует путать с пороговой величиной, которая обычно означает ПДК воздействия на производстве и в окружающей среде

При сравнении данных анализов по различным группам населения необходимо знать распределение величин в стандартной и исследуемой группах. Только тогда можно провести статистическое сравнение. В этом случае важно попытаться уравнять основную популяцию (стандартную группу) с группой, подвергшейся воздействию, по таким характеристикам, как пол, возраст, образ жизни, особенности питания. Для получения достоверных стандартных величин необходимо быть уверенным, что лица, составляющие стандартную популяцию, никогда не подвергались воздействию токсичных веществ.

При оценке воздействия токсичных веществ необходимо удостовериться, что в стандартную группу не входят люди, хотя и не подвергавшиеся вредному воздействию, но работающие там же, где и те, кто имел контакт с загрязнителями. Это важно, поскольку первые фактически подверглись косвенному воздействию, и, следовательно, степень воздействия загрязнителей на группу может быть недооценена. Другая распространенная ошибка, которой следует избегать, - это использование для сравнения величин, опубликованных в научной литературе, без учета того, что они определялись для других стран и нередко в регионах с совершенно другой экологической ситуацией.

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ РАБОТНИКОВ

Периодический мониторинг каждого работника обязателен на тех рабочих местах, где уровень токсичных веществ в атмосфере приближается к пороговому. При этом желательно одновременно исследовать как индикаторы уровня, так и индикаторы эффекта. Полученные данные необходимо сравнить со стандартными и пороговыми величинами, определенными для изучаемых веществ

АНАЛИЗ ГРУПП РАБОТНИКОВ

Анализ групп работников обязателен в том случае, когда результаты, полученные при использовании биологических индикаторов, заметно искажаются факторами, не зависящими от воздействия (диета, концентрированная или разбавленная моча и т.п.), а также для которых показателен большой разброс «нормальных» величин. Для получения достоверных данных исследуемые группы должны включать большое число рабочих и быть достаточно однородными с точки зрения подверженности воздействию, пола и даже места на производстве. Если уровень воздействия длительное время не изменяется, полученные результаты будут более достоверными. На предприятиях, где работники часто меняют помещение или вид деятельности, величина загрязнения будет небольшой. Для правильной оценки при исследованиях групп недостаточно получить данные только в виде величин и их разброса. В результаты должны быть обязательно включены интервалы распределения величин биологических индикаторов.

ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЕ ОЦЕНКИ

Данные, полученные при изучении групп рабочих, могут быть также использованы в профильных или интерполяционных эпидемиологических исследованиях. Профильные исследования предпринимаются для сравнения ситуации, складывающейся в различных цехах завода или на разных промышленных предприятиях. Для этого составляются карты риска для различных производственных процессов. Проблема подобных исследований состоит в том, что межлабораторный контроль качества пока не получил широкого распространения, поэтому нет гарантии, что результаты исследований из различных лабораторий сопоставимы друг с другом.

Интерполяционные исследования служат для оценки картины при различных уровнях воздействия в течение длительного периода времени. Например, для того, чтобы проверить, улучшились ли условия среды, установить взаимосвязь между изменениями биологических индикаторов и состоянием здоровья наблюдаемых субъектов. Результаты таких долговременных исследований весьма полезны, вследствие мониторинга осуществляются перемены. Сегодня биологический мониторинг используется в основном для определения «безопасности» текущего воздействия, однако, он не подходит для оценки ситуации в условиях долговременного воздействия. Уровень воздействия, в настоящее время считающийся безопасным, в будущем может таковым не являться.

ЭТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

При подходе к биологическому мониторингу как некому инструменту оценки потенциальной токсичности, необходимо принимать во внимание некоторые этические соображения. Одна из задач мониторинга это сбор информации для того, чтобы решить, при каком уровне того или иного воздействия могут проявиться нежелательные эффекты; при отсутствии достаточных данных могут возникнуть нежелательные осложнения. Необходимо оценить возможность регулирования и легального использования подобной информации, механизмы оптимального использования биологических индикаторов. Иначе говоря, необходимо просвещение рабочих, служащих общественных и управленческих структур с целью правильного понимания целей и пользы биологического мониторинга.

Люди, прошедшие обследование, должны быть осведомлены об его результатах. Значение всех индикаторов (использующихся или не использующихся в эксперименте) должно быть понятно всем его участникам. Международный этический кодекс по профилактике профессиональных заболеваний, изданный Международной комиссией по профилактике профзаболеваний в 1992 г., гласит, что «при выборе биологических тестов и других исследований должны учитываться их полезность для охраны здоровья рабочих, чувствительность, специфичность и ценность». Не должны использоваться тесты, «недостоверные или не имеющие достаточной значимости».

НАПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Методы биологического мониторинга разработаны пока лишь для небольшого числа загрязнителей. Это сильно ограничивает его использование при оценке степени вредного воздействия. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), например, предоставила данные только по свинцу, ртути и кадмию. К тому же, они включают лишь концентрации металлов в моче и в крови, а связь между этими величинами и отрицательными эффектами не приведена. Американская конференция гигиенистов, работающих на государственных промышленных предприятиях, (ACGIH) определила индексы биологического воздействия (ИБВ) приблизительно для 26 соединений. ИБВ определены как «величины детерминантов, демонстрирующие степень объединенного воздействия промышленных химикатов» (ACGIH, 1995).

Vito Foa,
Lorenzo Alessio

Мониторинговые наблюдения за состоянием ОС охватывают наблюдения за изменением не только абиотической составляющей биосферы, но и ответной реакцией её биотического компонента , что определяет широкий спектр методов и приёмов исследований, используемых при проведении экологического мониторинга. Именно сообщества живых организмов относятся к наиболее показательным при оценке изменений, протекающих в экосистеме под влиянием антропогенных факторов, т. к. они являются конечным звеном протекающих в биогеоценозах процессов. Поэтому для мониторинга окружающей среды одной из важных составляющих является мониторинг состояния биосферы или биологический мониторинг (биомониторинг) – система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биотических компонентах, вызванных факторами антропогенного происхождения и проявляемых на организменном, популяционном или экосистемном уровнях. Т. е. это комплекс наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния биологических систем под влиянием антропогенных воздействий.

Основными задачами биологического мониторинга являются:

ü оценка качества изучаемых экосистем (в конечном итоге – с точки зрения возможности их использования человеком);

ü выявление причин наблюдаемых и вероятных структурно-функциональных изменений биотических компонентов и адресная индикация источников и факторов негативного внешнего воздействия;

ü прогноз устойчивости экосистем и допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;

ü оценка существующих резервов биосферы и тенденций в их исчерпании (накоплении).

Ещё одно широко используемое определение термина биологический мониторинг – наблюдение за биологическими объектами (наличием видов, их состоянием, появлением случайных интродуцентов и т. д.) и оценка качества окружающей среды с помощью организмов-биоиндикаторов. Биоиндикаторы – это организмы или сообщества организмов, по наличию, состоянию и поведению которых судят об естественных и антропогенных изменениях в среде, в т. ч. о присутствии и концентрации загрязнителей .

Индикаторное сообщество – это сообщество организмов, по скорости развития, структуре и благополучию отдельных популяций микроорганизмов, грибов, растений и животных которого можно судить об общем состоянии среды, включая её естественные и искусственные изменения.

Проведение наблюдений за состоянием ОС с использованием биоиндикаторных организмов называют биоиндикацией. Биоиндикация – это метод оценки изменений в среде при помощи биологических объектов, т. е. определение биологически значимых нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ. Это относится ко всем видам антропогенных загрязнений. Для учёта изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов.

Задачи биоиндикации и биомониторинга:

ü разработка методов и критериев для адекватной оценки уровней антропогенного воздействия с учётом комплексного характера загрязнения;

ü диагностика ранних нарушений в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ.

Биомониторинг и биоиндикация могут осуществляться на различных уровнях организации биосферы: макромолекул, клетки, ткани, органа, организма, популяции, биоценоза .

Проведение биологического мониторинга имеет как преимущества, так и недостатки по сравнению с аналитическими методами оценки качества ОС.

Преимущества биомониторинга:

ü доступность и дешевизна по сравнению с химическими методами;

ü получение интегральной оценки влияния комплекса загрязняющих веществ;

ü возможность использовать биоиндикаторы на всех уровнях организации;

ü возможность распознавать ранние симптомы нарушения экосистем, трудно регистрируемые химическими методами, на момент, пока расходы на восстановление не стали слишком велики.

Недостатки использования биоиндикаторов:

ü трудность интерпретации реакции организмов на действие различных факторов и точной количественной оценки степени воздействия факторов – для большинства видов реагирование на любое техногенное воздействие (если оно не носит катастрофический характер) принципиально не отличается от выработанных в ходе эволюции тривиальных реакций на колеблющиеся изменения среды;

ü существенная многомерность факторов среды и измеряемых параметров экосистем;

ü недостаточный уровень знаний о реакции живых организмов и экосистем в целом на действие антропогенных факторов.

Биоиндикация незаменима в случаях, когда: фактор трудно измерить или он не может быть измерен; фактор легко измерить, но трудно интерпретировать.

Критерии выбора биоиндикатора:

ü организм должен давать быстрый ответ;

ü надёжность реакции и повторяемость (ошибка < 20 %);

ü простота интерпретации реакции (делают необязательным применение дорогостоящих трудоёмких физических и химических методов);

ü возможность мониторинга (постоянно присутствующий в природе объект). Наиболее подходит для биоиндикации и мониторинга организм, показывающий линейную связь между уровнями загрязнения среды и реакцией организма.

Основные требования к биоиндикатору:

ü присутствие в большом количестве в исследуемой экосистеме;

ü широкая представленность в разных географических зонах;

ü лёгкость в идентификации;

ü биология вида-индикатора должна быть хорошо изучена;

ü доступность получения (сбора в природе) или лёгкость в культивировании;

ü отсутствие сезонных отличий;

ü относительная устойчивость к воздействию и накоплению токсиканта;

ü чётко выраженная количественная и качественная реакция на отклонение свойств среды обитания от экологической нормы;

Водные беспозвоночные животные подразделяются на зоопланктон и зообентос. И то, и другое сообщество используют в биоиндикации. Биоиндикация - способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на нее живых организмов и их сообществ. Оборудование. Для сборов можно пользоваться гидробиологическим сачком или скребком. Гидробиологический сачок похож на энтомологический, но отличается обручем из более толстой проволоки (не менее 4 мм), более толстой палкой и менее глубоким мешком. Лучше его сшить из капронового мелкоячеистого тюля. Скребок позволяет соскабливать животных с камней, срезать водные растения на глубине до 2 м. Он состоит из ножа и изогнутого стального прута. Нож делают из полоски стали длиной чуть меньше диаметра мешка и шириной 4 см. Одну сторону его затачивают. К тупому краю ножа с двух сторон приваривают дугу из толстой проволоки толщиной не менее трех мм и шириной 1-1,5 см. Дугу можно сделать и из стальной полоски. Середина дуги прикрепляется к палке с металлической трубкой-наконечником. Нож, дуга и трубка свариваются друг с другом. В ноже и в дуге просверливают отверстия для прикрепления мешка. Собранный материал размещается в сосуды с водой, если он будет тотчас определен, и во флакончики с фиксирующей жидкостью для последующего определения (70% спирт или 4% формалин). Методика. В настоящее время при оценке состояния вод в реках стал использоваться биотический индекс Вудивисса (БИВ). Метод разработан английским гидробиологом Вудивиссом и адаптирован для северо-запада и центра России. Он основан на изучении состояния бентосных организмов, т.е. тех, которые живут на дне водоема. Впрочем, используется только макрозообентос, т.е. организмы, сравнительно крупные, хорошо заметные невооруженным глазом. Основные группы этих организмов описаны в атласе-определителе беспозвоночных. Этот метод основан на качественных пробах зообентоса, позволяет достаточно надежно оценивать степень загрязнения, не требует обязательного определения до вида всех представителей зообентоса. В нем объединяются принципы индикаторного значения отдельных таксонов и изменения фауны в условиях загрязнения. Пробы на малых реках берут минимум в трех станциях (пунктах), а на каждой станции в трех точках (левый берег, середина, правый берег или в любых трех точках, если ширина реки очень мала). Если на реке есть источник загрязнения (стоки ферм, сброс неочищенных сточных вод предприятием и т.д.), то пробы следует взять выше данного источника и ниже метров на 300-500. Сачок ставится перпендикулярно дну, проводится примерно 1 м по течению, разворачивается на 1800 и проводится еще 1 м против течения. Собранный материал полностью выбирается из сачка, помещается во флакончики с фиксирующей жидкостью, этикетируется. При пользовании скребком он разворачивается в одной точке на 3600. В собранной пробе организмы разделяются на группы Для взятия проб вам потребуется скребок или сачок из прочной сетки с диаметром ячеи не более 1 мм (лучше использовать "мельничный газ", который используется для просеивания муки). Берут 3-5 проб из различных точек станции (в 1-1,5 м друг от друга), объединяют и промывают. Пробы берут, снимая (соскребая) верхнюю часть грунта вместе с теми организмами, которые в ней живут. Камни выбирают с участка примерно 0,5х0,5 м и разбирают. Водную растительность вырывают с корнем и разбирают. Отмечают: тип грунта (каменистый, каменисто-песчаный, песчаный, песчано-илистый, илисто-песчаный, глинистый); температуру воды; загрязнения (на глаз). Первая стадия работы - разбор проб. Далеко не все организмы требуется определять до вида; ниже расположена таблица, где приводится необходимая точность определения для той или иной группы. Следующий шаг - определение биотического индекса. Для этого надо подсчитать общее число групп, которые вы обнаружили в пробе. Затем, исходя из наличия тех или иных индикаторных видов, определить биотический индекс. Например - у вас всего 9 групп организмов (напоминаем - группа - не всегда вид. К одной группе относятся, например, все выловленные вами кольчатые черви, независимо от количества видов. Зато каждый вид жука или поденки будет составлять отдельную группу). После этого в столбце 6-10 вы ищете строку, которая соответствует индикаторным организмам в вашей пробе. Если вы нашли личинку поденки одного вида, то искомый биотический индекс будет равен 6; если в пробе есть два или больше вида веснянок - 8, и т.д.

Дополнительно используют индекс Гуднайта и Уитлея: J = (Численность олигохет / численность всех беспозвоночных зообентоса) х 100 %. При J = 60% - состояние реки хорошее, 60-80% -сомнительное, более 80 % - тяжелое. Для малых рек с быстрым течением и разнообразной фауной используется индекс Пареле: D1 = Численность трубочников/ численность всех беспозвоночных зообентоса. При D1= 0,01-0,16 - очень чистая вода; 0,17-0,33 - чистая; 0,34-0,50 - слабозагрязненная; 0,51-0,67 - загрязненная; 0,68-0,84 - грязная; 0,85-1,0 - очень грязная. В реках и водоемах с неблагоприятным кислородным режимом и бедным бентосом, представленным в основном олигохетами, используется другой индекс Пареле: D2 = Численность трубочников/численность всех олигохет. При D2 = 0,30 - чистая вода; 0,30-0,54 - слабо загрязненная; 0,55-0,79 - загрязненная; 0,8-1,0 - сильно загрязненная. Массовое развитие олигохет без более точного определения рассматривается как показатель загрязнения (Березина, 1989). Если численность олигохет составляет 100-999 экз.на кв. м, загрязнение слабое, при 1000-5000 экз. на кв. м - среднее, при более 5000 экз. - сильное.