Toksiliste ainete biokeemilised ja füsioloogilised mõjud
Toksilised ained põhjustavad füsioloogilisi, sealhulgas biokeemilisi ja käitumuslikke muutusi kõigil eluslooduse organiseerituse tasemetel: rakusisestest ensüümide aktiivsusest kuni koosluste liigilise mitmekesisuseni (vt joonis 1). Toksilised ained võivad olla nii antropogeense (inimtekkelise) kui ka loodusliku taustaga, kuid valdavalt peetakse toksiliste ainete mõjust rääkides silmas pigem inimtekkelisi aineid – mõju elusorganismidele on aga sama, aine päritolust hoolimata. Vahet pole, kas keemiline aine pärineb vulkaanipurskest või sisepõlemismootorist, aine molekulaarne struktuur on sama ning potentsiaalsed kantserogeenid on mõlemad.
Just looduslike toksiliste ainete tõttu (vulkaanipursked , liikide poolt eritatavad mürgid) on elusorganismidel evolutsiooniliselt välja kujunenud kaitsemehhanismid, mille abil toksilisi aineid kehast väljutada või kahjutuks teha. Nendest protsessidest (biotransformatsioon) räägime täpsemalt hiljem, praegu on tähtis teada, et nimelt tänu evolutsioonilistele kokkupuudetele mitmesuguste toksikantidega oleme praegu võimelised meid ümbritsevas kemikaalide segus (mitmesugused ained, millega puutume kokku vee, toidu jm kaudu) ellu jääma.
Raske on tõmmata piiri, kus lõpeb biokeemia ja algab füsioloogia, kutsuti ju biokeemiatki algusaastatel füsioloogiliseks keemiaks. Üldiselt võib käsitada biokeemiliste mõjudena muutusi rakusisestes molekulaarsetes süsteemides – kas siis ainete koostises või aineringes ehk metabolismis (staatiline vs. dünaamiline biokeemia).
Näitena võib tuua kantserogeensete ainete (nt aromaatsed süsivesinikud) tulemusena toimunud muutused nukleiinhapete järjestuses, ensüümide sünteesis ja ensüümiaktiivsuses.
Füsioloogiliste efektide all peetakse klassikaliselt silmas organismi talitlust ja organite tööd. Näiteks üks alkoholitarbimise võimalikke füsioloogilisi efekte, maksatsirroos, kujutab endast funktsionaalsete maksarakkude kärbumist ja sidekoestumist. Mõju võib olla lühiajaline ja äge (akuutne) või pikaajaline ja tagasihoidlikum (krooniline). Organismi kokkupuutel toksilise ainega avalduvad esimesena muutused just organismi rakusisestel tasemetel (vt joonis 18), aja möödudes ning kokkupuute jätkudes järgnevad sellele muutused organite talitluses, mis võib lõppeda organismi või tervete populatsioonide surmaga. Pikemaajalise kokkupuute tulemuseks võib olla ka näiteks liigirühma viljatus, mis põhjustab populatsiooni arvukuses muutusi väga pika aja möödudes. Mingi liigi või liikide halva käekäigu tulemusena võib muutuda kogu ökosüsteem: populatsiooni hukkudes või arvukuse kahanedes avanevad vabad nišid uutele oportunistlikele pioneerliikidele.
Joonis 18. Toksilised ained võivad mõjutada kõiki eluslooduse organiseerituse tasemeid. Efektid avalduvad erinevatel tasemetel eri aegadel
Koosluste liigilise mitmekesisuse kohta annab infot regulaarne monitooring. Nii tehakse seda igal aastal selektiivvõrkudega Võrtsjärvel
Kõige kiiremini sisenevad organismidesse väikesed molekulid ja nii avalduvad nende toimed ka esimesena. Suuremate molekulide organismi sisenemine toimub aeglasemalt, kuid nende mõju on pikaajalisem ja võimalikud kahjustused püsivamad.
Rasvlahustuvad ained (nt PAHid – link Arvo PAHide peatükile) sisenevad organismi ja rakkudesse passiivse difusiooni teel otse ümbritsevast keskkonnast, näiteks õhuhingamisel läbi kopsualveoolide või kaladel läbi lõpuste rakumembraanide. PAHid võivad seonduda suvaliste hüdrofoobsete piirkondadega rakus, põhjustades raku tegevuse hälbimist. Pikaajaline elamine PAHidega reostatud keskkonnas surub organismi immuunsüsteemi alla: väheneb makrofaagide hulk maksas ning T-lümfotsüütide aktiivsus. Nõrgestatud immuunsüsteemiga organism on vastuvõtlikum haigustele ja parasiitidele ning tema võime konkureerida toidu või sigimispartneri pärast kahaneb. PAHide metabolismi vaheproduktid võivad rakus seonduda mitmesuguste valkude, DNA ja RNAga, mille tulemus võib olla mutagenees (mutatsioonide teke geenijärjestustes), kasvajate teke ning rakkude hukkumine. RNAga seonduvad ained aeglustavad oluliselt transkriptsiooni ja translatsiooni aktiivsust.
Maksas võivad toimuda mitmed füsioloogilised muutused (vt ka Kemikaalide toime organismile – Karin): - glükogeeni reservide ammendumine; - nii sileda kui ka kareda endoplasmaatilise retiikulumi vohamine maksarakkudes ehk hepatotsüütides; - mitokondrite ülespundumine; - pigmendi kadumine; - rakutuuma taandareng.
Pikaajalise kokkupuute tulemusena püüavad rakud esmalt aktiivse jagunemise tõttu suurenenud reostuskoormusega hakkama saada – selle tagajärjel suureneb maksa massi suhe kehamassi (maksaindeks ehk liver somatic index, LSI). Kui toksiliste ainete mõju jätkub, asendatakse mittefunktsioneeruvad maksarakud sidekoega ning maksa üldine talitlusvõime väheneb. Selle nähtuse üldnimetus on maksa sidekoestumine ehk tsirroos.
Mitmed uuringud näitavad, et reostatud piirkondades väheneb oluliselt organismide sigimisedukus. Aeglustub gonaadide areng ja munade küpsemine, väheneb gonaadide suurus. Ovaariumid ja munarakud kannatavad toksiliste ainete all rohkem kui isaste sugurakud – ilmselt on siin põhjused samuti seotud mitmete toksiliste ainete lipofiilse iseloomuga.
Olfaktoorsed organid ehk lõhnaorganid on eeskätt kaladele vajalikud toidu leidmisel, kudemisrännetel ja liigispetsiifiliste infokemikaalide tajumisel. Olfaktoorsed organid on väga tundlikud, pidevalt kokkupuutes väliskeskkonnaga, ning vahendavad paljusid elutähtsaid funktsioone. On tõestatud, et reostatud keskkond mõjutab haistmist negatiivselt: väheneb saaklooma võime kiskja eest hoiduda ja ka röövlooma oskused saaki tabada, samuti vastassugupoolte võime leida üksteist sigimisperioodil.
Ära ei maksa unustada ka otsest mürgistust, mis eriti ohustab eluslooduse silmatorkamatumaid kooslusi. Näiteks on veekogude pinnakihi pealmised millimeetrid lipiidirikkamad, mistõttu leidub selles tsoonis ümbritsevaga võrreldes oluliselt kõrgemaid rasvlahustuvate toksiliste ainete kontsentratsioone. Lisaks toimub pinnakihis aktiivne kemikaalide fotooksüdatsioon. Selliste kokkusattumiste tõttu kannatavad eeskätt pinnakihi zooplanktoni liigid, kelle jaoks muutub elukeskkond surmavalt toksiliseks. Samuti saavad kõrgendatud toksilise kontsentratsiooni seal elavast planktonist toituvad kalamaimud ja teised loomad.
