Тема: Введение. Уровни познания.

Эксперимент

Experiment

От лат.Experimentum - опыт

Эксперимент - общенаучный метод получения в контролируемых и управляемых условиях новых знаний о причинно-следственных отношениях между явлениями и процессами.

Эксперимент — исследовательская стратегия, в которой осуществляется целенаправленное наблюдение за каким–либо процессом в условиях регламентированного изменения отдельных характеристик условий его протекания. При этом происходит проверка гипотезы. Принято выделять два вида эксперимента — естественный, участники которого не знают о своей роли испытуемых, и лабораторный, который обычно проводится в специально оборудованных помещениях и на испытуемых, которые сознательно участвуют в эксперименте, хотя могут и не знать об истинном назначении эксперимента.

Научное исследование

Научное исследование - процесс изучения, эксперимента, концептуализации и проверки теории, связанный с получением научных знаний. Различают фундаментальные и прикладные научные исследования.

Научное знание

Научное знание - система знаний о законах природы, общества, мышления. Научное знание составляет основу научной картины мира и отражает законы его развития.

Научное знание:
- является результатом постижения действительности и когнитивной основой человеческой деятельности;
- социально обусловлено;
- обладает различной степенью достоверности.

Эмпири́ческая закономе́рность (от греч. εμπειρια — опыт) — систематизированное знание, основывающееся только на экспериментальных данных.

Обычно выражается в виде математической формулы, отражающей наблюдаемые результаты с достаточной точностью. Такая формула либо не имеет строгого теоретического вывода, либо является достаточно простым аналогом более сложного точного теоретического соотношения.

Характерной особенностью формул, выражающих эмпирические закономерности, является наличие эмпирических коэффициентов - специально подобранных параметров эмпирической формуле.

Другой вариант эмпирической закономерности представляет собой набор кривых (номограммы), описывающих поведение системы в разных условиях.

Наиболее часто эмпирические закономерности используются в области технических наук.

Также эмпирические закономерности появляются в быстро развивающихся отраслях науки, но в этом случае они со временем заменяются точными формулами при накоплении достаточного количества знаний. Самый, наверное, известный из таких переходов от эмпирической закономерности к точным формулам — отказ от эпициклов при переходе от геоцентрической к гелиоцентрической картине мира, произведённый Коперником.

Эмпирическое понятие — символическое отображение выделенных в результате аналитической работы, проведенной с помощью сравнения, существенных свойств, являющихся общими для определенного класса предметов окружающего мира.

Примеры. Эмпирические законы, эмпирические знания, эмпирический опыт, эмпирическое познание, эмпирическое подтверждение теоретических положений науки, эмпирическое исследование, эмпирический постулат, эмпирические данные, эмпирический материал, эмпирическая информация, эмпирические (экспериментальные) доказательства (против индуктивных, чисто теоретических, абстрактных), эмпирическая интерпретация, эмпирические обобщения и закономерности, эмпирическая психология, эмпирические температурные шкалы (против термодинамической температурной шкалы).

Основными методами получения эмпирического знания в науке являются наблюдение и эксперимент.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ БИОМОДЕЛИ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ

ТЕМА: Норма в биологии

Понятие норма– одно из наиболее общих и широких понятий в биологии и медицине. Оно стоит на стыке медико-биологических и философских наук. Несмотря на широкое применение понятия «норма» в биологии до сих пор нет его универсального определения.

Чтобы оценить действие фактора, необходимо выявить отклонения в группе экспонированных животных от нормальных показателей, проводят сравнение с контрольной группой. Показатели контрольной группы будут служить нормой. Есть множество определений нормы. Примеры:

n НОРМА – биологический оптимум живой системы, интервал, в пределах которого ее функционирование является наиболее эффективным и слаженным применительно к конкретным условиям. Это состояние, при котором обеспечивается максимальная адаптации. Под оптимумом живой системы подразумевается лучшее из реально возможных однородных состояний.

n НОРМА – мера целесообразной жизнедеятельности организма и его элементов, определяющая динамическое самосохранение организма в различных условиях существования и имещую в основе закрепленные генотипы и проявляющиеся через фенотип организацию реагирующего субстрата и формы реагирования.

Для чистоты эксперимента должны быть обеспечены одинаковые условия содержания животных всех групп и исключено действие «мешающих» факторов:

Физических (температура, атмосферное давление, освещенность…), химических (содержание О2, мочевины, токсикантов в воде, воздухе ….). биологических (инфекция, раны, беременность…), социальных (пернаселение в клетке, соседство животных других видов…).

Контроли:

1. Биологический контроль.

2. Отрицательный контроль (по растворителю или субстрату)

3. Положительный контроль (внесение стандартных митагенов для проверки корректности проведения опыта).

Экстраполяция

n распространение результатов, полученных из наблюдений над одной частью явления, на другую его часть.

n Сложности:

n Компьютерные модели – живые организмы.

n In vitro – in vivo.

n Межвидовая.

ЛЕКЦИЯ: ТОКСИЧНОСТЬ

Токсичность - (от греч. toxikon-яд), способность вещества вызывать нарушения физиологических функций организма, в результате чего возникают симптомы интоксикаций (заболевания), а при тяжелых поражениях гибель.

Степень токсичности вещества

n характеризуется величиной токсической дозы - количеством вещества, отнесенным к единице массы животного или человека, вызывающим определенный токсический эффект.

n Чем меньше токсическая доза, тем выше токсичность вещества.

В токсикологии используют следующие дозы:

n ЛД₅₀, LD₅₀ - среднесмертельная (среднелетальная). Доза, вызывающая гибель 50% БО от исходного количества. ЭД50, ED50 – среднеэффективные.

n ЛД_90-100,LD_90-100 - минимальные абсолютно смертельные дозы (гибель всех БО) –верхний параметр токсичности -мин. кол-во в-ва, способное вызвать гибель.

ЛД0_-1⁰, LD0-₁₀ - нижний параметр токсичности.

Цифры в индексе - вероятность в % появления определенного токсического эффекта.

n Наиболее часто используют величины ЛД₅₀ и ED₅₀, которые статистически более достоверны по сравнению с другими.

ИЗУЧЕНИЕ ТОКСИЧНОСТИ:

• Острая токсичность

• Подострая токсичность

• Хроническая токсичность

• Репродуктивная токсичность

• Генотоксичность

• Канцерогенность

n Острая токсичность - токсическое действие вещества, введенного в однократной дозе или в многократных дозах в течение не более 24 ч (не более 6 часов) интервалы в течение суток. Токсичность исследуют при нескольких путях введения. Общая продолжительность наблюдения за животными при исследовании острой токсичности должна составлять не менее 2-х недель, причем в первый День после введения животные должны находиться под непрерывным наблюдением.

Подострая (субхроническая) токсичность. совокупность функциональных и/или морфологических нарушений органов и систем подопытного животного после повторного введения. Дозы = 1/5 – 1/20 ЛД50. Продолжительность опыта в зависимости от продолжительности жизни животных данного вида = 1/30 СПЖ. Продолжительность введения 2-12 недель.

Хроническая токсичность. Получение информации для установления предельно допустимых доз – максимальное кол-во в-ва, которое при продолжительном действии не вызывает каких-либо реакций, нарушающих уравновешивание организма с внешней средой. Не приносит вреда индивидууму, подвергающемуся действию в-ва, и его будущим потомкам. Продолжительность – в течение всего срока жизни. Как минимум 1/3 СПЖ (мыши 5 мес.). Дозы нелетальные. Поступление в организм лучше естественными путями (ингаляция, ЖКТ, через кожу). Мониторинг состояния организма.

Репродуктивная токсичность

n Для всех уровней организации живых систем характерны свойства, отличающие живую материю от неживой. К числу основных, фундаментальных свойств живого относятся: Потребление из окружающей среды и превращение питательных веществ.

n Обмен веществом и энергией с окружающей средой.

n Регуляция.

n Раздражимость и реактивность.

n Репродукция.

n Изменчивость.

На современном этапе основными задачами токсикологии при изучении действия химических веществ на процессы репродукции являются:

n оценка действия новых химических соединений на репродукцию,

n разработка методов прогнозирования развития гонадотропных и эмбриотропных эффектов,

n унификация отечественных и зарубежных критериев оценки опасности химических соединений на репродуктивное здоровье.

n Репродукция. Это свойство обеспечивает поддержание или увеличение численности биологических объектов всех видов и типов. В основе репродукции лежит процесс клеточного деления. В ходе клеточного деления осуществляется перенос ДНК (генетического материала) материнских клеток к дочерним клеткам и за счет этого обеспечивается в последующем репродукция и всех остальных компонентов живого. Сохранение информации о свойствах предшествующих поколений, зашифрованных в молекулах ДНК (генах), передающихся из поколения в поколение - суть наследственности.

n Половое размножение - это объединение генетического материала половых клеток родителей и образование оплодотворенной яйцеклетки, содержащей двойной набор хромосом. Соотношение генетического материала обоих родителей в дочерней клетке формируется случайным образом. Фенотипические особенности нового организма в этой связи не будут полностью повторять свойства отцовского или материнского организмов, то есть возникает новая, не существовавшая ранее биологическая конструкция.

Под мутациейпонимают некое спонтанное или вызванное внешним воздействием изменение генетического материала, которое передается в ходе репродукции дочерним клеткам. Эти модификации фенотипически могут проявляться в различной степени: от практически незаметных изменений признаков, до очевидных, и иметь различные последствия для адаптивных свойств организма.

Мутации в соматических клетках потенциально опасны в плане развития злокачественных заболеваний у данного индивидуума.

Мутации в половых клетках (генеративные мутации) – опасны в плане развития патологии у потомков.

Пороки развития —это стойкие отклонения в строении органов, приводящие к функциональным расстройствам.

Существует несколько различных критериев, на основе которых классифицируют врожденные пороки развития. В зависимости от причины все врожденные пороки развития делят на:

Ø наследственные

Ø экзогенные (средовые)

Ø мультифакториальные.

Основная роль в профилактике патологии репродуктивной функции отводится эксперименту. Задачи профилактической токсикологии — определение порогов вредного действия ядов на функцию и морфологию половых желез, развитие плода и потомства.

ГОНАДОТОКСИЧНОСТЬ –вредное воздействие на гонады (половые железы) – может проявляться в повреждении половых клеток или секреторной функции гонад. Гормоны половых желез, в том числе, контролируют созревание половых клеток, эстральный (менструальный) цикл, течение беременности, лактацию и т.д.

Эмбриотксичность -способность вещества вызывать гибель эмбрионов при воздействии на организм матери во время беременности.

Тератогенность– способность вещества вызывать уродства эмбрионов при воздействии на организм матери во время беременности.

Развитие зародыша у млекопитающих обычно подразделяется на три главные фазы:

Виды	Предимплан-тационный период, сутки	Основной органогенез, сутки	Период развития плода, сутки
Хомяк	0 – 5	6 – 12	13 – 16,5
Мышь	0 – 5	6 – 13	14 – 19,5
Крыса	0 – 7	8 – 15	16 – 21,5
Кролик	0 – 5	6 – 15	16 – 31,5
Морская свинка	0 –8	9 – 25	25сут. – 9 недель
Собака	0 – 17	18 – 30	31сут. – 9 недель
Человек	0 – 8	9 – 40	40сут. – 9 недель

Эффекты воздействия в эмбриональном периоде зависят от стадии развития эмбриона на момент воздействия (человек)

n Если нарушения развития на стадии предимплантационной, то дальнейшее развитие, видимо, не идет и зародыш погибает.

n На стадии активного органогенеза - эмбриопатии (нарушения, возникшие в период от 15 суток до 8 недель эмбрионального развития у человека) как раз составляют основу врожденных пороков (врожденные пороки сердца, центральной нервной системы, органов пищеварения, пороки развития почек, врожденные пороки лица).

n В плодный период - фетопатии (нарушения, возникшие после 10 недель эмбрионального развития (человек)) представляют собой такие патологические состояния, для которых, как правило, характерны не грубые морфологические нарушения, а отклонения общего типа: в виде снижения массы, задержки интеллектуального развития, различных функциональных нарушений.

Эксперименты по оценке эмбриотоксического действия, трудоемки и сложны. Некоторые принципы следующие:

Последствия действия исследуемого фактора на эмбриогенез у крыс и мышей учитывают на 19-20 сутки беременности. На этом сроке беременности подопытных животных умерщвляют и на вскрытии подсчитывают число желтых тел в яичниках, а в матке – число мест имплантации, количество живых, мертвых плодов и мест резорбции, учитывают частоту и типы патологии у плодов, массу тела, кранио-каудальный размер, пол. Для полного выявления тератогенного действия тестируемого агента необходимо исследовать плоды при помощи комплексного микроанатомического метода (на серии разрезов, сделанных от руки бритвой и на тотальных препаратах, окрашенных ализарином).

n По полученным данным рассчитывают следующие показатели:

n 1.Предимплантационная смертность(%).

n 2.Постимплантационная смертность(%).

n 3.Выживаемость эмбрионов (%).

n 4.Относительное количество эмбрионов с патологией развития (%).

ОЦЕНКА КАНЦЕРОГЕННЫХ И МУТАГЕННЫХ СВОЙСТВ.

В большинстве случаев соматические мутации, вероятно, участвуют в превращении нормальных клеток в злокачественные. Наследуемые мутации образуются в половых клетках и передаются по наследству. Эти два процесса могут иметь общий уровень обсуждения, а именно, их способность вызывать изменения в генетическом аппарате клетки.

Существует несколько методов оценки канцерогенности вещества.

n Прежде всего, это традиционный путь воздействия на организм в течение всей жизни.

n Это различные тест-системы in vitro для изучения мутогенности, в том числе повреждение ДНК, мутагенное действие на бактерии и эукариоты и трансформация клеточных структур.

.КРАТКОСРОЧНЫЕ ТЕСТЫ
(ускоренные скрининговые тесты).

n Разработан ряд сравнительно недорогих тестов, во многих из которых вместо цельного организма млекопитающих используются другие биологические системы.

n Почти все краткосрочные тесты основаны на демонстрации хромосомных повреждений, генных мутаций или повреждения ДНК, при этом многие из них проводятся in vitro.

n В этих краткосрочных тестах используется очень широкий спектр организмов – от бактерий и дрожжей до насекомых, растений и культивируемых клеток млекопитающих.

n Более углубленные исследования нужно, тем не менее, проводить на животных, т. к. на организменном уровне события развиваются несколько иначе. Организм – это сложная система. Иммунный надзор. Репарация. И т.д.

n Кратковременные тесты используют для первичного скрининга химических веществ на потенциальную канцерогенную активность.

n Около 80 % канцерогенов являются мутогенами.

Химические канцерогены

n были описаны одними из первых в качестве этиологического фактора рака. В 1775 г. английский хирург Персивал Потт (Percivall Pott) описал рак мошонки, часто встречавшийся у трубочистов. Последующие исследования, проводившиеся на протяжении ряда лет, показали, что углеводороды, выделенные из дегтя, являются канцерогенными веществами. С тех пор в качестве канцерогенов описаны многочисленные химические вещества, которые как у людей, так и у животных в эксперименте способны стимулировать появление новообразований.

n Канцерогенные вещества универсального действия. Известный химические канцерогены – бензпирены (3.4-бензпирен – канцероген N1). Мышьяк.

n Органотропные – Ортоаминоазотолуол (рак печении), уретан (аденомы легкого).

Коканцерогенные вещества – в-ва, которыесами редко являются причиной возникновения рака, но при введенные в организм совместно с неканцерогенным количеством основного бластомогенного вещества приводят к возникновению злокачественных опухолей. Они действуют как инициаторы рака, то есть вызывают начальные изменения ткани, которые под воздействием истинных канцерогенов переходят в злокачественную опухоль. Кротоновое масло, антибиотик гризиофульвин, уретан. Трудно выявить эти вещества. Длительные эксперименты

Физические канцерогенные факторы

n Ионизирующие излучения.

n Ультрофиолетовое.

n Механическое раздражение .

Биологические факторы

n Вирусы рассматривают как фактор канцеорогенеза — особенно печеночноклеточного рака, Т-клеточного лимфолейкоза у взрослых, лимфомы Беркетта (Burkltt) и рака шейки матки.

Эндогенные факторы

n Генетические дефекты, количественная или качественная несостоятельность иммунитета, кислотность желудочного сока, содержание микрофлоры в кишечнике, уровень гормонов (соматотропный гормон гипофиза стимулирует рост опухоли, тироксин задерживает).

n Наследственностью.

Географические факторы.Так, рак желудка очень часто встречается у жителей Скандинавии, Исландии и Японии, но очень редко в Северной Америке. Рак носоглотки, редко встречающийся в Северной Америке, часто отмечается в Китае. Миграция приводит к сдвигу структуры раковой заболеваемости.

Социально-экономические факторы. Так, частота рака желудка и шейки матки в 3-4 раза выше у лиц с низким социально-экономическим положением. С другой стороны, рак молочной железы, лейкозы и множественная миелома с большей частотой наблюдаются у лиц с более высоким социальным и экономическим статусом.

БОЛЕЗНЬ И ДИАГНОЗ.

Эпидемиологические исследования обычно основываются на установленном диагнозе. При попытке оценить или повысить достоверность диагностики следует учитывать следующие факторы:

1. Субъективные и объективные симптомы и результаты исследований. На результаты влияют субъективные ощущения пациента (симптомы) и суждения исследователя (признаки), а также точность проведения исследований. Воспроизводимость можно зачастую улучшить путем стандартизации процедур обследования и классификаций.

2. Диагностические критерии.

Выбор диагностических критериев влияет на вероятность, с которой не имеющие данного заболевания лица классифицируются как имеющие его, и наоборот. Для многих болезней четко определенные диагностические критерии отсутствуют.

3. Классификация болезней.

Система классификации имеет сопутствующие заболевания и специальные рубрики для обозначения неясных и неуточненных случаев на разных

Диагностические критерии

Для формулировки диагностических критериев, т.е., условий, которые должны выполняться для постановки диагноза, используются проявления (субъективные и объективные симптомы и результаты исследований), считающиеся характерными для данного заболевания. Выбор диагностических критериев определяет, следовательно, должно ли обследуемое лицо классифицироваться как имеющее определенное заболевание. Чем строже критерии заболевания, тем меньше вероятность того, что не имеющие данного заболевания люди будут причислены к больным, но относительно выше вероятность того, что у некоторых страдающих этим заболеванием лиц диагноз тем не менее не будет установлен. С другой стороны, при использовании менее строгих критериев возникает тенденция к ошибке противоположного типа: у большинства страдающих данным заболеванием диагноз будет установлен правильно, но существует относительно большая вероятность того, что к больным будут причислены и люди, не имеющие его. Диагностические критерии инфаркта миокарда, например, были сформулированы следующим образом. При инфаркте миокарда должно быть соответствие двум из трех критериев а, b и с, или должен быть выполнен критерий а:

a) Боль в загрудинной области, отек легких, коллапс или шок.

b) Характерные изменения в ЭКГ.

c) Характерные изменения в показателях крови наряду с признакfми а и b.

d) Выявление признаков свежего или ранее перенесенного инфаркта миокарда на вскрытии.

Первый критерий (а) основан на жалобах больного и симптоматике, обнаруживаемой врачом при объективном осмотре. Второй и третий критерии (Ь) и (с) опираются соответственно на данные ЭКГ и биохимического исследования крови. Такие обследования u1076 делаются обычно для пациентов, обращающихся за медицинской помощью и подозреваемых на инфаркт миокарда. Четвертый критерий (d) - морфологический. Аналогичные критерии сформулированы и для некоторых других заболеваний. Однако, для большинства болезней четко сформулированные и общепризнанные диагностические критерии отсутствуют.

Причины заболевания

n Достаточной причиной является та, которая неизбежно приводит определенным последствиям. Единичные причины заболеваний редко бывают достаточными. Экспозиция к туберкулезной палочке, например, обязательно ведет к туберкулезу. На риск развития заболевания влияют, среди прочего, анатомические и физиологические особенности данного лица, включая возможное наличие специфического иммунитета.

n Причина, не являющаяся достаточной сама по себе, называется дополнительной причиной. Гиперлипидемия, артериальная гипертензия, курение и повышенная склонность к тромбообразованию считаются, например, факторами, способствующими развитию инфаркта миокарда. Подавляющее большинство всех причин заболевания могут считаться дополнительными.

n Необходимой причиной заболевания является та, наличие которой для возникновения заболевания обязательно. Экспозиция к туберкулезной палочке является поэтому необходимой (но не достаточной) причиной развития туберкулеза.

Классификация болезней

В общие классификации болезней включаются обычно широкие определения понятия болезнь. Например, в список болезней могут входить травмы, отравления и инвалидность. Обсуждение семантического значения термина болезнь не входит в наши задачи.

n Модель схематически показывает, как несколько дополнительных причин (секторов) совместно формируют достаточную причину (круг). На рисунке показано также, что заболевание может иметь несколько достаточных причин и что они могут иметь одну или несколько общих дополнительных причин. Такая причина как А, представляющая собой элемент всех достаточных причин, является необходимой причиной.

n Согласно модели, для профилактики заболевания не обязательно знание всех дополнительных причин. Исключением одного из элементов достаточной причины предотвращаются все случаи заболевания, возникающие вследствие этой причины.

n Каждая отдельная причина заболевания имеет соответствующую этиологическую долю EF. Этот показатель представляет собой процент тех случаев заболевания, которые обусловлены воздействием этой причины; иначе говоря, процент всех случаев заболевания, которые не произошли бы, если бы данная причина была исключена.

Классификация болезней

С 1948 года Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) публикует периодически обновляемую Международную классификацию болезней (МКБ). В ней содержится систематизированный список известных заболеваний. МКБ принята большинством стран-членов ВОЗ, иногда со своими собственными уточнениями и дополнениями. МКБ Десятого пересмотра (МКБ-10), опубликованная в 1992 г., включает 21 основной класс заболеваний. Каждый класс состоит из большого числа нозологических единиц с присвоенными им трехзначными числовыми кодами. Классификация болезней в МКБ осуществляется по этиологии, патогенезу и локализации патологического процесса.

Таблица.Основные классы заболеваний по МКБ-10

1 Инфекционные и паразитарные болезни (АОО-В99)

2 Новообразования (COO-D48)

3 Болезни крови и кроветворных органов и нарушения иммунитета (D50-

D89)

4 Болезни эндокринной системы, расстройства питания и нарушения

обмена веществ (ЕОО-Е90)

5 Психические и поведенческие расстройства (FOO-F99)

6 Болезни нервной системы (GOO-G99)

7 Болезни глаза и его придатков (НОО-Н59)

8 Болезни уха и мастоидиты (Н60-Н95)

9 Болезни системы кровообращения (IOO-I99)

10 Болезни органов дыхания (JOO-J99)

11 Болезни органов пищеварения (КОО-К93)

12 Болезни кожи и подкожной клетчатки (LOO-L99)

13 Болезни костно-мышечной системы и соединительной ткани (МОО-М99)

14 Болезни мочеполовой системы (NOO-N99)

15 Осложнения беременности, родов и послеродового периода (000-099)

16 Отдельные состояния, возникающие в перинатальном периоде (РОО-Р96)

17 Пороки развития, врожденные деформации и хромосомные аномалии

(QOO-Q99)

18 Симптомы, признаки и результаты клинических и лабораторных

исследований, не классифицируемые в других рубриках (ROO-R99)

19 Травмы и отравления (SOO-T98)

20 Внешние причины заболеваемости и смертности (V01-Y98)

21 Факторы, влияющие на состояние здоровья населения и обращаемость

в учреждения здравоохранения (ZOO-Z99)___________________

Биоиндикация

— оценка качества природной среды по состоянию её биоты. Биоиндикация основана на наблюдении за составом и численностью видов-индикаторов.

Актуальность биоиндикации обусловлена также простотой, скоростью и дешевизной определения качества среды. Например, при засолении почвы в городе листья липы по краям желтеют еще до наступления осени. Выявить такие участки можно, просто осматривая деревья. В таких случаях биоинди-кация позволяет быстро обнаружить наиболее загрязненные местообитания.

Основой задачей биоиндикации является разработка методов и критериев, которые могли бы адекватно отражать уровень антропогенных воздействий с учетом комплексного характера загрязнения и диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ. Биоиндикация, как и мониторинг, осуществляется на различных уровнях организации биосферы: макромолекулы, клетки, органа, организма, популяции, биоценоза

Использование метода биоиндикации позволяет решать задачи экологического мониторинга в тех случаях, когда совокупность факторов антропогенного давления на биоценозы трудно или неудобно измерять непосредственно.

Последовательность действий при биоиндекации:

n выделяется один или несколько исследуемых факторов среды (по литературным данным или в связи с имеющейся программой мониторинговых исследований);

n собираются полевые и экспериментальные данные, характеризующие биотические процессы в рассматриваемой экосистеме, причем теоретически эти данные должны измеряться в широком диапазоне варьирования исследуемого фактора (например, в условно-чистых и в условно-грязных районах);

n некоторым образом (путем простого визуального сравнения, с использованием системы предварительно рассчитанных оценочных коэффициентов или с применением математических методов первичной обработки данных) делается вывод об индикаторной значимости какого-либо вида или группы видов.

Биоиндикаторы – (от био… и лат.indico – указываю, определяю), организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Их индикаторная значимость определяется экологической толерантностью биологической системы. В пределах зоны толерантности организм способен поддерживать свой гомеостаз. Любой фактор, если он выходит за пределы «зоны комфорта» для данного организма, является стрессовым. В этом случае организм реагирует ответной реакцией различной интенсивности и длительности, проявление которой зависит от вида и является показателем его индикаторной ценности. именно ответную реакцию определяют методы биоиндикации.

Биоиндекаторы должны адекватно отражать уровень воздействия среды, включая комплексный характер загрязнения с учетом явлений синергизма действующих факторов; диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ и оценивать их значимость для всей экосистемы в ближайшем и отдаленном будущем.

Биологическая система реагирует на воздействие среды в целом, а не только на отдельные факторы, причем амплитуда колебаний физиологической толерантности модифицируется внутренним состоянием системы − условиями питания, возрастом, генетически контролируемой устойчивостью.

Многолетний опыт ученых разных стран по контролю состояния окружающей среды показал преимущества, которыми обладают живые индикаторы. Это в первую очередь то, что они

− в условиях хронических антропогенных нагрузок могут реагировать даже на относительно слабые воздействия вследствие кумулятивного эффекта. Эти реакции проявляются при накоплении некоторых критических значений суммарных дозовых нагрузок;

− суммируют действие всех без исключения биологически важных воздействий и отражают состояние окружающей среды в целом, включая ее загрязнение и другие антропогенные изменения;

− исключают необходимость регистрации химических и физических параметров, характеризующих состояние окружающей среды;

− фиксируют скорость происходящих изменений;

− вскрывают тенденции развития природной среды;

− указывают пути и места скоплений в экологических системах различного рода загрязнений и ядов, возможные пути попадания этих агентов в пищу человека;

− только биологические индикаторы позволяют судить о степени вредности любых синтезируемых человеком веществ для живой природы и для него самого, причем дают возможность контролировать действие (Криволуцкий и др., 1987).

Выделяют две формы отклика живых организмов, используемых в целях биоиндикации – специфическую и неспецифическую. В первом случае происходящие изменения связаны с действием одного какого-либо фактора. При неспецифической биоиндикации различные антропогенные факторы вызывают одинаковые реакции.

В зависимости от типа ответной реакции биоиндикаторы подразделяют на чувствительные и кумулятивные. Чувствительные биоиндикаторы реагируют на стресс значительным отклонением от жизненных норм, а кумулятивные накапливают антропогенное воздействие, значительно превышающее нормальный уровень в природе, без видимых изменений.

В качестве биоиндикаторов могут быть использованы представители всех «царств» живой природы. Идеальный биологический индикатор должен удовлетворять ряду требований:

· быть типичными для данных условий;

· иметь высокую численность в исследуемом экотопе;

· обитать в данном месте в течение ряда лет, что дает возможность проследить динамику загрязнения;

· находиться в условиях, удобных для отбора проб;

· давать возможность проводить прямые анализы без предварительного концентрирования проб;

· характеризоваться положительной корреляцией между концентрацией загрязняющих веществ в организме-индикаторе и объекте исследования;

· обладать высокой толерантностью по отношению к широкому спектру токсичных веществ;

· ответная реакция биоиндикатора на определенное физическое или химическое воздействие должна быть четко выражена, то есть, специфична, легко регистрироваться визуально или с помощью приборов;

· биоиндикатор должен использоваться в естественных условиях его существования;

· для биоиндикации не пригодны организмы, подверженные сильному воздействию болезней, вредителей и паразитов;

· биоиндикатор должен иметь короткий период онтогенеза, чтобы была возможность отслеживания влияния фактора на последующие поколения.

При выборе индикатора необходимо принимать во внимание соображения экономии и учитывать характер использования тех или иных организмов.

На уровне популяции биоиндикация проводится в том случае, если процесс распространения негативных изменений охватывает такое количество особей, при котором заметно сокращается численность популяции, изменяется ее половозрастная структура, сокращается продолжительность жизни, происходит сдвиг фенологических фаз и др.

Экосистемный подход к оценке среды дает возможность ранней диагностики ее изменений. Сигналом тревоги служит разбалансировка продукционно-деструкционных процессов. Диагностическими признаками таких сдвигов являются, например, накопление органического вещества, заиление, зарастание водоемов, усиленное развитие микроорганизмов.

В качестве объектов для биоиндикации применяются разнообразные организмы – бактерии, водоросли, высшие растения, беспозвоночные животные, млекопитающие. Для гарантированного выявления присутствия в природных средах токсического агента неизвестного химического состава, как правило, используется набор объектов, представляющих различные группы сообщества. С введением каждого дополнительного объекта эффективность схемы испытаний повышается, однако нет смысла бесконечно расширять ассортимент обязательных объектов для использования в такой оценке.

При использовании этого подхода необходимо выбирать наиболее чувствительные сообщества в отношении скорости отклика биоты и выраженности параметров, например, в водных экосистемах наиболее чувствительными являются планктонные сообщества, которые быстро реагируют на изменение среды благодаря короткому жизненному циклу и высокой скорости воспроизводства. Бентосные сообщества, где организмы имеют достаточно длинный жизненный цикл, более консервативны. Перестройки в этом сообществе происходят при длительном хроническом загрязнении, что отражает степень необратимости процессов.

К методам биоиндикации, которые можно применять при исследовании экосистемы, относится выявление в изучаемой зоне редких и исчезающих видов. Список редких и охраняемых организмов, по сути, является набором индика