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…

Под экологическим качеством среды обитания человека по­нимают интегральную характеристику природной среды, обес­печивающую сохранение здоровья и комфортное проживание че­ловека.

Поскольку человек адаптирован и может комфортно суще­ствовать только в современном биологическом окружении, в при­родных экосистемах, понятие «экологическое качество среды» подразумевает сохранение экологического равновесия в природе (относительной устойчивости видового состава экосистем и со­става сред жизни), которое и обеспечивает здоровье человека.

Адаптация - совокупность морфофизиологических, поведенческих, попу-ляционных и других особенностей данного биологического вида, обеспечиваю­щая возможность специфического образа жизни в определенных условиях внеш­ней среды.

Необходимо различать цели и способы нормирования и оцен­ки качества среды обитания человека по основным физико-хими­ческим параметрам, с одной стороны, и экологического прогно­за будущего изменения состояния экосистемы и здоровья людей в условиях антропогенного пресса - с другой.

Для общей оценки состояния окружающей среды и определе­ния доли участия отдельных источников в ее загрязнении применяют санитарно-гигиенические и токсикологические нормативы (предельно допустимые концентрации - ПДК - поллютантов, предельно допустимые уровни воздействия - ПДУ). Однако для прогноза результатов влияния антропогенных факторов как на экосистемы, так и на здоровье людей необходимо учитывать так­же и многие показатели, характеризующие реакцию отдельных организмов и экосистемы в целом на техногенное воздействие.

Реакции живых систем на разнообразные химические и физи­ческие факторы и их сочетание характеризуются такими особен­ностями, как интегральность и кумулятивность множества воз­действий, парадоксальные эффекты слабых доз на организмы животных и растений, наличие цепных процессов и отдаленных последствий локальных влияний на различные «этажи» сложно организованных экосистем. Стохастической, трудно предсказуе­мой, является и реакция организмов людей, живущих в условиях техногенных искусственных экосистем.

В настоящее время общепринято, что одним из непременных условий «устойчивого» социально-экономического развития яв­ляются сохранение природной среды обитания человека и ее вос­становление после разрушительных воздействий.

Необходимо отметить, что живым системам (организмам, их сообществам и целым экосистемам) свойственна способность к саморегуляции, самоочищению, адаптации. Этим, в частности, определяется и экологический прогноз. Устойчивость экосистем, например, зависит от многообразия видов, входящих в них, от соотношений численности видов, представляющих различные трофические уровни, от репродуктивных свойств организмов и регуляции численности каждой популяции межвидовыми отно­шениями в сообществе и абиотическими факторами.

Экологическую опасность, или риск, следует оценивать с уче­том не только характера и силы антропогенного воздействия, но и биологических свойств реагирующей системы. Соответственно этому имеется две группы методов экологического мониторинга (слежения за состоянием экосистем): физико-химические и био­логические (биомониторинг). Каждый из видов мониторинга име­ет свои ограничения. Для качественной оценки и прогноза состо­яния природной среды необходимо их сочетание. Таким образом, физико-химический и биологический мониторинг не исключа­ют, а дополняют друг друга.

Антропогенные загрязнения действуют на живые организмы, и в том числе на человека, в самых различных сочетаниях, комп­лексно. Их интегральное влияние можно оценить только по реак­ции живых организмов или целых сообществ. Прогноз действия на человека загрязненной воды, химических добавок в пище или за­грязненного воздуха правомочен, если в оценку токсичности вхо­дят не только аналитические методы, но и биологическая диагностика действия среды на животных. Кроме того, многие ксенобио­тики (чуждые для биосферы вещества) накапливаются в организ­ме, и в результате длительное воздействие даже малых концент­раций этих веществ вызывает патологические изменения в орга­низме. Наконец, известен парадоксальный эффект малых доз мно­гих биологически активных соединений, когда сверхслабые дозы (ниже ПДК) оказывают на организм более сильное действие, чем их средние дозы и концентрации.

Универсальным показателем изменения гомеостаза тест-орга­низма является состояние стресса при попадании из «чистой» среды в «загрязненную».

Понятие «стресс» весьма различно используется во многих об­ластях науки. Впервые в качестве научного термина оно было вве­дено в медицину Г.Селье в 1936 г. и вскоре проникло в обиходный язык как обозначение неспецифического психического напряже­ния. Г.Селье (1979) определяет стресс как реакцию на повышен­ную нагрузку, которая проявляется в синдроме, слагающемся из всех неспецифически вызванных изменений внутри биологичес­кой системы.

В биологии под стрессом понимается реакция биологической системы на экстремальные факторы среды (стрессоры), которые могут в зависимости от силы, интенсивности, момента и продол­жительности воздействия более или менее сильно влиять на си­стему.

Стресс можно разделить на два различно действующих типа. Эустресс характеризуется физиологическими адаптивными реак­циями, которые вызываются в организме биоэнергетическими процессами, когда в критических ситуациях живому существу не­обходимо приспособиться к изменившимся условиям среды. Ди­стресс означает патогенные процессы, возникающие, как прави­ло, при постоянных нагрузках или усилиях, которые организм не в состоянии регулировать короткое или длительное время. В какой мере тот или иной стрессор обусловливает эустресс или дистресс, зависит от многочисленных факторов, например от сочетания экзогенных раздражителей и внутреннего состояния организма.

Реакционная способность (норма реакции) организма по от­ношению к воздействующим стрессорам зависит прежде всего от его генетической конституции. При возникновении стресса боль­шую роль играет также фактор времени, связанный как с разви­тием чувствительности к стрессу, так и с продолжительностью воздействия какого-либо эффективного стрессора на протяжении различных периодов жизни.

Опасность антропогенных стрессоров состоит в том, что био­логические системы - будь то организмы, популяции или биоце­нозы - недостаточно адаптированы к ним. Антропогенные стрес­соры создаются с такой скоростью, что в живых системах часто не успевают активизироваться соответствующие адаптационные про­цессы. Многие антропогенные факторы среды потому и становят­ся опасными стрессорами, что они отличны по величине, интен­сивности, продолжительности и моменту воздействия от той обыч­но существующей в природе "нормы", к которой адаптированы биологические системы. В результате они часто влияют на диапа­зон толерантности, что нередко приводит к превышению допу­стимой нагрузки на организмы и распаду биологической системы.

Следует также обратить внимание на то, что в природе на орга­низм воздействует не один стрессор, а целый комплекс наруша­ющих факторов (комплексное стрессовое воздействие среды). При этом, разумеется, какой-либо отдельный фактор может временно или постоянно доминировать. В связи с этим понятно, что реак­ции организмов на стрессоры в лабораторном эксперименте не всегда совпадают с наблюдающимися в естественных условиях. Поэтому исследования комбинированного воздействия средовых нагрузок, т.е. комплексного стрессового воздействия среды, ста­новятся в последнее время принципиально важными для уста­новления допустимой нагрузки и стабильности биологических систем в нарушенной среде со многими антропогенными стрессорами.

Стрессовое воздействие среды приводит к отклонению основ­ных параметров организма от оптимального уровня.

В настоящее время оценка степени экологической опасности традиционно осуществляется путем определения в окружающей среде отдельных потенциально вредных веществ или воздействий и сравнения полученных результатов с законодательно установ­ленными для них предельно допустимыми величинами. В то же время такой способ контроля имеет ряд существенных недостат­ков. Аналитические методы, как правило, трудоемки, не всегда экспрессны, требуют дорогостоящего, иногда дефицитного обо­рудования и реактивов, а также высококвалифицированного об­служивающего персонала. Но главный их недостаток в том, что эти методы не могут гарантировать достоверной оценки экологи­ческой опасности, сколь бы широким не был спектр анализируе­мых веществ. Ведь важны не сами уровни загрязнений и воздей­ствий, а те биологические эффекты, которые они могут вызвать и о которых не может дать информацию даже самый точный хими­ческий или физический анализ. Заметим, что используемые в практике экологического и са­нитарно-гигиенического нормирования показатели (предельно допустимые концентрации - ПДК, предельно допустимые дозы - ПДД, предельно допустимые уровни - ПДУ), всегда базирую­щиеся на токсикологических исследованиях с тестированием от­дельных биообъектов, не могут учитывать изменений токсично­сти загрязнителей за счет эффектов синергизма или антагонизма при сочетанном действии антропогенных факторов. Эти нормативы не отражают зависимости токсического действия загрязнения от физических факторов среды, не учитывают процессы естественных трансформаций веществ в окружающей среде или исчезновения их в ходе детоксикации среды от конкретных загрязнителей. Поэтому наряду с физико-химическими методами необходимо использовать методы биологического контроля и диагностики - биоиндикацию и биотестирование, дающие объективные интегральные оценки качества среды и основания для прогноза состояния экосистем.

В настоящее время одним из наиболее оптимальных способов определения качества окружающей среды является возмож­ность использования в биоиндикационных исследованиях живых организмов - индикаторных видов, которые в силу своих генети­ческих, физиологических, анатомических и поведенческих осо­бенностей способны существовать в узком интервале определен­ного фактора, указывая своим присутствием на наличие этого фактора в среде. Применение в качестве биоиндикаторов расте­ний, животных и даже микроорганизмов позволяет проводить био­мониторинг воздуха, воды и почвы. Благодаря специальным ин­дексам и коэффициентам результаты биоиндикации оказываются достоверными и сопоставимыми.

Биоиндикация (bioindication) - обнаружение и определение эко­логически значимых природных и антропогенных нагрузок на ос­нове реакций на них живых организмов непосредственно в среде их обитания. Биологические индикаторы обладают признаками, свойственными системе или процессу, на основании которых про­изводится качественная или количественная оценка тенденций изменений, определение или оценочная классификация состоя­ния экологических систем, процессов и явлений. В настоящее вре­мя можно считать общепринятым, что основным индикатором устойчивого развития в конечном итоге является качество среды обитания.

Биотестирование (bioassay) - процедура установления ток­сичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочета­нии вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объек­тов. Для оценки параметров среды используются стандартизован­ные реакции живых организмов (отдельных органов, тканей, кле­ток или молекул). В организме, пребывающем контрольное время в условиях загрязнения, происходят изменения физиологических, биохимических, генетических, морфологических или иммунных систем. Объект извлекается из среды обитания, и в лабораторных условиях проводится необходимый анализ. Живой организм мо­жет тестироваться также в специальных камерах или на стендах, где создаются условия изучаемого загрязнения (что очень важно для выявления реакций организма на то или иное доминирующее загрязнение или целый комплекс известных загрязняющих веществ на данной территории обитания).

Хотя подходы очень близки по конечной цели исследований, надо помнить, что биотестирование осуществляется на уровне молекулы, клетки или организма и характеризует возможные по­следствия загрязнения окружающей среды для биоты, а биоинди­кация - на уровне организма, популяции и сообщества и харак­теризует, как правило, результат загрязнения. Живые объекты - открытые системы, через которые идет поток энергии и кругово­рот веществ. Все они в той или иной мере пригодны для целей биомониторинга.

Контроль качества окружающей среды с использованием био­логических объектов в последние десятилетия оформился как ак­туальное научно-прикладное направление.

Биологические методы контроля качества среды не требуют предварительной идентификации конкретных химических соеди­нений или физических воздействий, они достаточно просты в ис­полнении, многие экспрессны, дешевы и позволяют вести конт­роль качества среды в непрерывном режиме. Вместе с тем после выявления общей токсичности образцов почвы или воды для оп­ределения ее причин следует применить аналитические методы. Традиционные физико-химические методы позволяют также оце­нить вклад отдельных предприятий или иных источников загряз­нения в интегрированное техногенное воздействие на природу.

Проведение интегральной оценки качества среды предлагается для определения состояния биоресурсов, разработки стратегии рационального использования региона, определения предельно допустимых нагрузок для экосистем региона, решения судьбы районов интенсивного промышленного и сельскохозяйственного использования, загрязненных радионуклидами, и т.п.; выявле­ния зон экологических бедствий; решения вопроса о строитель­стве, пуске или остановке определенного предприятия; оценки эффективности природоохранных мероприятий, введения очист­ных сооружений, модернизации производства и др.; применения новых химикатов и оборудования; создания рекреационных и за­поведных территорий.

Технический пресс как следствие НТР выдвигает в качестве одной из важнейших природоохранных задач проблему «уравно­вешивания» результатов антропогенного воздействия на окружа­ющую среду. Соблюдение этого условия - единственный способ выживания для человечества.

Реализация основных принципов устойчивого развития циви­лизации в современных условиях возможна лишь при наличии соответствующей информации о состоянии среды обитания в ответ на антропогенное воздействие, собранной в ходе проведения биологического мониторинга. Оценка качества среды является ключевой задачей любых мероприятий в области экологии и ра­ционального природопользования. Сам термин «мониторинг» (от англ. monitoring - контроль) подразумевает проведение мероприя­тий по непрерывному наблюдению, измерению и оценке состоя­ния окружающей среды. Комплексный подход в проведении био­логического мониторинга (сочетание методов биоиндикации и био­тестирования, использование объектов разных уровней организа­ции) при систематическом наблюдении позволяет судить о пер­спективах изменения структуры сообществ, продуктивности попу­ляций и устойчивости экосистем по отношению к антропогенным факторам.

Объектами мониторинга являются биологические системы и факторы, воздействующие на них. При этом желательна одновре­менная регистрация антропогенного воздействия на экосистему и биологического отклика на воздействие по всей совокупности показателей живых систем. Необходимо проведение многофактор­ного анализа с учетом наиболее типичных антропогенных воздей­ствий (например, химических веществ), а также изменений при­родных факторов среды, уровень которых меняется вследствие антропогенного влияния. В первую очередь учитывается измене­ние численности видов и видового состава ценозов. Важно фикси­ровать также возможные изменения в природных популяциях, например нарушения эмбрионального развития (уродств) и сим­метрии взрослых особей в пределах популяции. Необходимо выяв­лять быстрый «отклик» организмов или популяций и результаты стойких последствий, так как часть изменений может быть отре­гулирована биосистемами.

Примеры применения методов биоиндикации и биотестирова­ния в практике экологической экспертизы природных водоемов и питьевых водоисточников демонстрируют, что пороговые концен­трации химических поллютантов, нарушающие жизнедеятельность организмов-биотестов, находятся ниже принятых значений ПДК. Постоянное присутствие поллютантов даже в низких концентра­циях приводит к снижению видового разнообразия гидробионтов за счет исчезновения наиболее чувствительных к качеству воды видов. Такие изменения в биоценозах устанавливаются методами биоиндикации - определением индексов и показателей сапробности.

Параллельное исследование показателей здоровья больших групп населения, проживающих на загрязненных территориях и использующих загрязненную воду и сельскохозяйственные про­дукты, достоверно свидетельствует о снижении (по сравнению со средним по региону) уровня продолжительности жизни, повы­шении общей и младенческой смертности, а также уровня заболеваемости людей, поражения иммунной системы, печени и дру­гих органов.

Основополагающим принципом биологического мониторинга является установление оптимального - контрольного - уровня, любые отклонения от которого свидетельствуют о стрессовом воз­действии. Обычно при оценке оптимума по какому-либо одному параметру возникает вопрос о том, будут ли данные условия оп­тимальными также для других характеристик организма. Однако если исследуемые параметры характеризуют основные свойства организма в целом, то их оптимальный уровень оказывается сход­ным. Например, столь разные и, казалось бы, совершенно неза­висимые параметры, как асимметрия морфологических призна­ков, показатели крови, интенсивность потребления кислорода, ритмика роста и частота хромосомных аберраций, могут изме­няться синхронно, когда при определенном стрессовом воздей­ствии в действительности изменяется наиболее общая базовая ха­рактеристика организма - гомеостаз развития.

23.11.2017 16:52:00

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).

Минобрнауки России

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина»

(ФГБОУ ВО «СГУ им. Питирима Сорокина»)

Институт естественных наук

УТВЕРЖДАЮ

Директор

Рабочая программа дисциплины (модуля)

Биологический мониторинг

и состояние окружающей среды

Направление подготовки

05.04.06 Экология и природопользование

Направленность (профиль) программы

Экологическая безопасность

и управление природопользованием в Арктическом регионе

Сыктывкар – 2017

Рабочая программа учебной дисциплины (модуля) составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО, целями (миссией) и задачами ОПОП ВО по направлению подготовки 05.04.06 Экология и природопользование, направленность (профиль) Экологическая безопасность и управление природопользованием в Арктическом регионе.

Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры экологии, протокол от «14» сентября 2017 г. №2.

Заведующий кафедрой ______________________________

Руководитель основной профессиональной

образовательной программы, ____________________________

1 Цель и задачи учебной дисциплины (модуля)

Цель учебной дисциплины (модуля) «Биологический мониторинг и состояние окружающей среды» состоит в подготовке обучающегося к работе по проведению биологического мониторинга окружающей среды.

Задачи учебной дисциплины (модуля):

− способствовать формированию системы знаний о способах мониторинга состояния окружающей среды;

– продолжить формирование биоцентрической картины мира и воспитание бережного отношения к миру в целом;

− создать условия для формирования умений контроля состояния окружающей среды посредством биоиндикации и биотестирования.

2 Место дисциплины в структуре ОПОП ВО

Дисциплина «Биологический мониторинг и состояние окружающей среды» относится к дисциплинам по выбору вариативной части блока базовых дисциплин. Она тесно связана с такими дисциплинами, как «Компьютерные технологии и статистические методы в экологии и природопользовании» и «Методы анализа и контроля качества окружающей среды», а сама является возможной основой для производственной практики (в зависимости от специализации обучающегося).

3 Планируемые результаты обучения, соотнесенные с планируемыми

результатами освоения образовательной программы

	Планируемые результаты обучения
ПК-2 (способность творчески использовать в научной и производственно-техноло-гической деятельности знания фундаментальных и прикладных разделов специальных дисциплин программы магистратуры)	область применения биомониторинга	проводить биоиндикацию и биотестирование различных сред и объектов
ПСК-1 (готовность использовать современные методы для оценки физико-химических аспектов антропогенного воздействия на живую природу Арктики)	предъявляемые к биоиндикаторам и биотестерам требования	адаптировать известные методики биомониторинга к арктическому региону	методами организации системы биомониторинга

структурированное по темам (разделам)

4.1 Общая трудоёмкость дисциплины: 3 зачётные единицы, 108 часов.

Биологический мониторинг как составляющая экологического мониторинга. Возможности, преимущества и недостатки оценки состояния окружающей природной среды по абиотическим и биотическим показателям. Основные задачи, направления и приоритетные объекты биомониторинга. Нормативная база биологического мониторинга и тенденции ее развития.

Биологические индикация и тестирование как составляющие части биологического мониторинга. Биоиндикаторы и тест-объекты, критерии их выбора и оценки состояния. Техническое обеспечение биологического мониторинга. Пробоотбор. Камеральная обработка материала. Основные статистические и математические методы анализа результатов биологического мониторинга. Обработка и интерпретация результатов биологической оценки состояния окружающей среды. Особенности организации комплексного биомониторинга на объектах разного типа. Биологический мониторинг человеческих популяций на уровне генотипа: современное состояние, перспективы и опасности.

Способы оценки общего состояния среды по структуре, составу, количественным и качественным показателям растительных сообществ. Определение экологических условий сообщества по экологическим шкалам. Выявление изменений условий среды при антропогенном прессе. Оценка состояния водных объектов по животному населению и альгоценозам. Фауна почвы как показатель её состояния; почвенные альгоценозы как биоиндикатор. Оценка состояния воздушной среды по составу и проективному покрытию сообществ лишайников.

Использование математического аппарата для сравнения состояния среды в разных точках и его динамики на одной точке наблюдения.

Использование фенотипических показателей особей внутри популяций растений и животных для индикации общего состояния среды. Биологический мониторинг состояния ценотических популяций растений по возрастным и онтогенетическим состояниям. Построение индивидуальных, характерных и базовых возрастных и онтогенетических спектров. Расчёт индексов экологического состояния ценотической популяции: возрастного, возобновления, замещения, старения, эффективности и т. д. Построение большой волны развития ценопопуляции. Онтогенез растения и его поливариантность; влияние среды на выбор варианта развития растений. Прогностическая ценность изучения ценотических популяций индикаторных видов. Наличие и отсутствие отдельных организмов как индикатор состояния окружающей среды. Использование показателей угнетённости и стерильности организмов в качестве показателей напряжённости.

Жизненные формы растений как интегральный показатель состояния окружающей среды. Существующие и оптимальные для биологического мониторинга системы жизненных форм. Базовые, экологические, онтогенетические и фенологические жизненные формы как компоненты общевидовой жизненной формы. Онтоморфогенез и сезонный цикл как динамические смены частных жизненных форм; отклонения от типичного хода этих процессов как показатель воздействия среды. Использование отдельных аспектов строения организмов в популяции для оценки состояния среды. Оценка состояния среды по асимметрии растительных и животных организмов: макро - и микроморфологический уровень. Использование ферментной активности почвы для оценки её экологического состояния: каталазная, уреазная и т. д. Дыхание почвы как показатель её состояния. Тест-системы для комплексной оценки состояния окружающей среды. Трансплантация лишайников как метод оценки состояния воздушной среды. Использование почвенных водорослей и сосудистых растений в качестве биотестеров для оценки состояния почвы.

Использование разнообразных организмов как биотестеров для оценки качества воды: простейшие, ракообразные, водоросли и растения; особенности применения микроорганизмов-биотестеров. Allium-тест и Vicia-тест как многокомпонентные способы биотестирования: морфологический, морфометрический и генетический уровни анализа.

4.3 Тематический план дисциплины (отдельно для каждой формы обучения)

	Раздел (тема) дисциплины (модуля)	Компетенции	Виды учебной работы (включая самостоятельную работу студентов) и трудоемкость (в часах)	Оценочные средства
	Практические занятия	Лабораторные занятия	Самостоятельная работа
	Введение в дисциплину
	Мониторинг на уровне геосистемы							Отчёты по практическому занятию, вопросы на зачёте
	Мониторинг на уровне сообщества							Отчёты по практическому занятию, вопросы на зачёте
	Мониторинг на уровне популяций							Отчёты по практическому занятию, вопросы на зачёте
	Мониторинг на уровне организма							Отчёты по практическому занятию, вопросы на зачёте
	Биотестирование							Отчёты по практическому занятию, вопросы на зачёте

5 Оценочные средства для проведения текущего контроля

и промежуточной аттестации обучающихся по дисциплине (модулю)

См. Приложение.

6 Перечень основной и дополнительной учебной литературы,

необходимой для освоения дисциплины

Основная литература

Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование / под ред. , . М., 2010. 288 с.

Биологический контроль окружающей среды: генетический мониторинг. М., 2010. 208 с.

7 Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Для изучения основных разделов дисциплины «Биологический мониторинг и состояние окружающей среды» обучающимся необходимо проработать всю литературу, рекомендуемую на лекциях к каждому виду работы. Для развития навыков индивидуальной работы обучающимся необходимо выполнить задания практических работ с учётом методических рекомендаций. Для развития навыков самостоятельной работы обучающимся необходимо выполнять индивидуальные задания, самостоятельно готовиться к выполнению практических работ и к зачёту.

Обучающихся из числа инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья могут осваивать дисциплину в электронной образовательной среде с консультациями преподавателя.

Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов приведено в посвящённом дисциплине разделе на личном сайте с электронной образовательной средой.

8 Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети

«Интернет», необходимых для освоения дисциплины

http://dokkalfar. ru/course/view. php? id=7

9 Перечень информационных технологий, используемых

при осуществлении образовательного процесса по дисциплине,

включая перечень программного обеспечения

и информационно-справочных систем

При освоении дисциплины на аудиторных занятиях используются мультимедийные презентации; поддержка курса реализована на базе LMS “Moodle”. Для выполнения индивидуальных (самостоятельных) работ, а также сдачи отчётов по всем видам выполненных работ обучающимся нужен доступ к Internet, браузер любого типа, а также текстовый редактор типа Microsoft Word (или его аналог) и табличный редактор Microsoft Excel (или его аналог).

10 Описание материально-технической базы,

необходимой для осуществления образовательного процесса

по дисциплине

Для проведения лекционных занятий необходима аудитория, оборудованная средствами демонстрации электронных презентаций (компьютер, мультимедийный проектор и экран или сенсорная доска со встроенным проектором), а также имеющая затемнение на окнах.

Для проведения некоторых практических занятий необходим кабинет, оснащённый компьютерной техникой в соответствии с числом обучающихся в подгруппе (группе), которая приходит на аудиторное занятие; в кабинете также должен быть обеспечен доступ к Internet. Доступ в эту или аналогичную аудиторию должен быть свободен вне аудиторных часов для выполнения индивидуальных (самостоятельных) работ.

Для другой части практических занятий необходима лаборатория, оборудованная микроскопами отражённого и проходящего света (по одному каждого типа на двух обучающихся), вспомогательным оборудованием и материалами для микроскопирования, а также специализированной химической посудой и реактивами для выполнения работ по биотестированию.

Обучающиеся-инвалиды и лица с ограниченными возможностями здоровья должны быть обеспечены оборудованием в соответствии с их возможностями; конкретный список должен составляться под каждого такого обучающегося индивидуально.

ПРИЛОЖЕНИЕ

ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

1 Описание показателей и критериев оценивания компетенций

на различных этапах их формирования, описание шкал оценивания

Код компетенции	Индикаторы достижения	Критерии оценивания
	Не зачтено
	Знать область применения биомониторинга	Ответ полный, есть понимание причин ограничения сферы применения биологического мониторинга	Знания отсутствуют или при ответе допущено много фактических ошибок. Нет понимания причин ограничения сферы применения биологического мониторинга
Уметь проводить биоиндикацию и биотестирование различных сред и объектов	Продемонстрированы умения проведения общеупотребительных методик биоиндикации и биотестирования	Не продемонстрированы умения проведения некоторых из общеупотребительных методик биоиндикации и биотестирования
	Знать предъявляемые к биоиндикаторам и биотестерам требования	Ответ полный, есть понимание причин возникновения всех требований к биоиндикторам и биотестерам	Знания отсутствуют или при ответе допущено много фактических ошибок, нет понимания причин возникновения некоторых требований к биоиндикторам и биотестерам
Уметь адаптировать известные методики биомониторинга к арктическому региону	Продемонстрированы умения адаптации базовых общеупотребительных методик к условиям арктического региона	Отсутствует умение адаптации хотя бы одной базовой общеупотребительной методики к условиям арктического региона
Владеть методами организации системы биомониторинга	Есть опыт профессиональной деятельности и показана готовность и умение самосовершенствоваться	Нет опыта профессиональной деятельности или не показана готовность или умение самосовершенствоваться

2 Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые

для оценки знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности,

характеризующих этапы формирования компетенций

в процессе освоения образовательной программы

2.1 Примеры заданий для оценки уровня «знать»:

– охарактеризуйте ниже понятия «трофность» и «сапробность» водоёмов; приведите конкретные методики их определения; покажите значение этого для биомониторинга среды;

– опишите, какие ещё известные Вам индексы (помимо рассмотренных на практической работе) и как можно использовать при ведении биомониторинга; какие редакции формул этих индексов Вам известны;

– опишите ниже известные Вам методики оценки состояния окружающей среды по фенам других (относительно рассмотренного в предыдущей лабораторной работе) организмов; кратко охарактеризуйте эти методики.

2.2 Примеры заданий для оценки уровня «уметь»:

– используя те же данные, что и для второй практической работы, определите экологические ареалы предложенных стадий деградации исходного сообщества по шкалам; ответ представьте в виде текста; диаграмма не требуется;

– на участке площадью не менее 100 м2 или на трансекте длиной не менее 500 м оцените жизненность не менее 100 экземпляров деревьев каждого вида (породы); дайте комплексную оценку состояния древостоя и сравните её с таковой как минимум ещё в одной точке.

2.3 Пример задания для оценки уровня «владеть»:

– предложите схему организации и осуществления биологического мониторинга объекта «Особо охраняемая природная территория» (на примере любого комплексного заказника, расположенного рядом с крупным населённым пунктом); схема должна включать: 1) оценку воздействия объекта на окружающую среду (положение, физико-географическая характеристика с указанием господствующих направлений и сил ветров, направлений стока поверхностных и подземных вод, важнейшие загрязнители при штатных и внештатных ситуациях); 2) характеристика важнейших загрязнителей (тип, действие на живые объекты, способность к перемещению, аккумуляции и рассеиванию); 3) предлагаемые подходы, методы и методики биологического мониторинга (биоиндикация и/или биотестирование) с обоснованием их применения; 4) схема расположения пунктов пробоотбора и/или постоянных пробных площадей натурного биотестирования и биоиндикации (с указанием расположения по сторонам света и расстояний от объекта; желательно приложение соответствующей карты-схемы); 5) сроки проведения мероприятий биомониторинга с их обоснованием; 6) возможные результаты конкретных методик и их интерпретация; критические значения по каждой методике.

3 Методические материалы, определяющие процедуры оценивания

знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующих

этапы формирования компетенций (при необходимости)

Оценка производится в электронной среде, где для каждого задания указывается порядок его сдачи и последующего оценивания.

Основной задачей биологического мониторинга является определение состояния биотической составляющей биосферы, ее отклика, реакции на антропогенное воздействие, определение функции состояния и отклонения этой функции от нормального естественного состояния на различных уровнях организации биосистем.

Исследование содержания различных ингредиентов в биоте лишь условно можно отнести к биологическому мониторингу. Этот вопрос относится к измерению загрязнителей в различных средах. К биологическому мониторингу можно отнести также наблюдения за состоянием биосферы с помощью биологических индикаторов.

Биологический мониторинг включает мониторинг живых организмов-популяций (по их числу, биомассе, плотности и другим функциональным и структурным признакам), подверженных воздействию. В этой подсистеме мониторинга целесообразно выделить следующие наблюдения:

• а) за состоянием здоровья человека, воздействием окружающей среды на человека (медико-биологический мониторинг);
• б) за важнейшими популяциями как с точки зрения существования экосистемы, характеризующей своим состоянием благополучие той или иной экосистемы, так и с точки зрения большой хозяйственной ценности (например, ценные сорта рыб);
• в) за наиболее чувствительными к данному виду воздействия (либо к комплексному воздействию) популяциями (например, растительность к воздействию двуокиси серы) или за "критическими" популяциями по отношению к данному воздействию (например, зоопланктон эпишура в оз. Байкал к сбросам целлюлозных предприятий);
• г) за популяциями-индикаторами (например, лишайники).

Особое место в биологическом мониторинге должен занять генетический мониторинг (наблюдение возможных изменений наследственных признаков у различных популяций).

Экологический мониторинг (глобальный мониторинг биосферы) является более универсальным, он обобщает результаты и биологического, и геофизического мониторинга на уровне экологических систем.

В настоящее время наиболее развита система биологического мониторинга поверхностных вод (гидробиологический мониторинг) и лесов. Однако даже в этих областях биологический мониторинг существенно отстает от мониторинга абиотических характеристик среды - как по методологическому, методическому и нормативному обеспечению, так и по количеству наблюдений. Например: наблюдениями за загрязнением поверхностных вод суши по гидрохимическим показателям охвачены 1166 водных объектов. Отбор проб ведется на 1699 пунктах (2342 створа) по физическим и химическим показателям с одновременным определением гидрологических показателей. В то же время, наблюдения за загрязнением поверхностных вод суши по гидробиологическим показателям производятся лишь в пяти гидрографических районах, на 81 водном объекте (по 170 створам), причем программа наблюдений включает от 2 до 6 показателей.

В работах по созданию Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ) принимает участие Госкомрыболовство России (создание Единой государственной системы мониторинга водных биоресурсов, наблюдений и контроля за деятельностью российских и иностранных рыболовных судов с использованием космических средств связи и специализированных информационных технологий). Мониторинг водных биоресурсов предусматривает:

• - мониторинг объектов животного мира, принадлежащих к объектам рыболовства;
• - мониторинг состояния загрязнения биоресурсов рыбохозяйственных водоемов Российской Федерации и среды их обитания;
• - информационный бюллетень "Радиационная обстановка в рыбопромысловых районах Мирового океана";
• - отраслевой кадастр промысловых рыб Российской Федерации.

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства