Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. БИОЛОГИЧЕСКАЯ И ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЯХ И ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА 9
1.1 Миграция и аккумуляция тяжелых металлов в экопространстве 9
1.2 Специфика накопления тяжелых металлов в лекарственном растительном сырье 12
1.3 Механизм и деструктивные эффекты трансформации тяжелых металлов в организме человека 19
Глава 2. ОРГАНИЗАЦИЯ, МЕТОДЫ И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ 26
2.1 Организация исследования 26
2.2 Методы исследования 28
2.2.1 Социологический опрос населения и врачей 28
2.2.2 Обоснование перечня лекарственных растений для проведения экспериментально-лабораторных исследований 30
2.2.3 Визуальное выявление угнетения популяций растений тяжелыми металлами 30
2.2.4 Схема характеристики наиболее часто заготавливаемых местным населением видов лекарственных растений 31
2.2.5 Сбор, первичная обработка и сушка лекарственного растительного сырья 32
2.2.6 Определение содержания тяжелых металлов в лекарственном растительном сырье 35
2.2.7 Математико-статистическая обработка данных 36
2.3 Объем выполненных исследований 36
Глава 3. ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ В РАЙОНЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 38
3.1 Климатогеографическая характеристика Городищенского района 38
3.2 Антропогенное влияние волгоградских промышленных предприятий на экологическую ситуацию в районе исследования 46
Глава 4. КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ НАКОПЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ИЗУЧАЕМЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЯХ 51
4.1 Результаты социологического анализа потребления лекарственного растительного сырья населением г. Волгограда 51
4.2 Результаты внешнего осмотра исследуемых лекарственных растений и их характеристика 61
4.3 Результаты лабораторных исследований содержания тяжелых металлов в лекарственном растительном сырье 68
4.4 Математическое моделирование и прогнозирование загрязнения лекарственных растений тяжелыми металлами 90
Глава 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОГРАНИЧЕНИЮ СБОРА И ПРАКТИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ ИССЛЕДУЕМОГО РАЙОНА 97
5.1 Обоснование технологии сбора лекарственных растений с минимальным содержанием тяжелых металлов 97
5.2 Механизм очистки почв от тяжелых металлов с использованием выявленных растений-концентраторов 102
ВЫВОДЫ 109
ЛИТЕРАТУРА 112
ПРИЛОЖЕНИЯ 138
- Миграция и аккумуляция тяжелых металлов в экопространстве
- Организация исследования
- Климатогеографическая характеристика Городищенского района
Введение к работе
Актуальность темы. Ухудшение состояния экологической среды обусловлено растущим антропогенным давлением на экосистему, основу которого составляют индустриальные технологии (Л.К. Садовникова, Д.С. Орлов, И.Н. Лозановская, 2006). Их функционирование сопровождается загрязнением экотоксикантами, к наиболее опасным из которых причисляют тяжелые металлы (А.В. Скальный, И.А. Рудаков, 2004). Они по сложным цепочкам поступают в организм человека, в повышенных концентрациях ведя к его интоксикации.
Одним из путей поступления тяжелых металлов в организм человека являются лекарственные растения, служащие сырьем для производства лекарственных средств (А.В. Клемпер, С.А. Листов, Н.В. Петров, 1993; М.Г. Асадулин, А.В. Гарисов, Р.Ш. Хазиев, 1993; И.В. Гравель, Г.П. Яковлев, Н. В. Петров, 2000; И.А. Клепцова, Л.П. Волкотруб, Н.Р. Караваев, 2001).
Фитотерапия, как комплекс относительно простых технологий профилактики и лечения с использованием лекарственных растений, в современной России имеет двоякий статус. С одной стороны, она становится модной у высоко обеспеченной части населения, имеющие возможность систематически потреблять дорогостоящую фитопродукцию. С другой стороны, фитотерапия является вынужденным способом профилактики и самолечения для значительной массы людей с узким денежным диапазоном жизни (Е.П. Какорина, 2004). В последнем случае речь идет о самостоятельном сборе лекарственного растительного сырья в рекреационных зонах промышленных центров.
Изучению свойств различных тяжелых металлов и их соединений, процессов их миграции, трансформации, аккумуляции и воздействия на природные объекты (в том числе на человека) посвящены многочисленные научные работы (Ю.В. Алексеев, 1987; И.В. Мудрый, 1997; В.Г. Маймулов, СВ. Нагорный, 2000; С.Л. Авалиани и др., 2002; В.О. Бабкин, Б.А. Петров,
В.Н. Аверьянов, 2002; Е.В. Блохин, A.M. Русанов, Н.Н. Зенина, 2002; В.М. Боев и др., 2004; А.В. Скальный, И.А. Рудаков, 2004; Н.В. Зайцева, Т.С. Уланова, Л.В. Плахова, Г.Н. Суетина, 2004; Э.К. Айламазян, 2005; P.M. Бакесова, 2005; А.И. Курбатова, 2006).
Однако по проблемам влияния антропогенных факторов на качество лекарственного растительного сырья не существует фундаментальных трудов. Содержание тяжелых металлов в лекарственных растениях, в том числе дикорастущих, не нормируется (Д.А. Муравьева, И.А. Самылина, Г.П. Яковлев, 2002).
Анализ содержания тяжелых металлов в сырье дикорастущих лекарственных растений применительно к Волгоградской области ранее не проводился, хотя существуют близкие по предмету исследования (СВ. Дмитриев, 1991; И.А. Клепцова, 2001; A.M. Гурьев, 2003). Это определяет актуальность изучения тенденций накопления тяжелых металлов в лекарственном растительном сырье применительно к типичным районам массового сбора, а также необходимость разработки научно обоснованных рекомендаций для местного населения по его заготовке с учетом экологической ситуации.
Цель работы: научное обоснование технологии сбора лекарственного растительного сырья в условиях экологической ситуации рекреационной зоны крупного промышленного города (на примере Городищенского района Волгоградской области); разработка практических рекомендаций и правил его заготовки.
Для достижения указанной цели представлялось необходимым решение следующих задач:
1. Проанализировать особенности накопления тяжелых металлов лекарственными растениями, произрастающими в различных почвенно-климатических условиях и имеющих разные морфолого-анатомические характеристики по данным литературного обзора.
Оценить экологическую ситуацию в районе заготовки лекарственного растительного сырья.
Определить наиболее часто заготавливаемые населением г. Волгограда виды дикорастущих лекарственных растений, выявить перечень заболеваний, для профилактики и лечения которых местным населением используется лекарственное растительное сырье, и оценить распространенность самостоятельного сбора.
Охарактеризовать состояние лекарственных растений, произрастающих на различной удаленности от Волгоградской городской агломерации и определить наличие их угнетения под влиянием тяжелых металлов на основе анализа морфологических признаков.
5. Изучить многолетнюю динамику содержания тяжелых металлов в
лекарственном растительном сырье, заготавливаемом на различной
удаленности от комплексного источника загрязнения; дать прогноз
среднесрочных тенденций загрязнения сырья.
Рассмотреть теоретические модели загрязнения лекарственных растений и провести факторное математическое моделирование, демонстрирующее влияние различных факторов на уровень содержания тяжелых металлов в дикорастущих лекарственных растениях исследуемого района.
Обосновать рекомендации по сбору сырья дикорастущих лекарственных растений для местного населения, сформировать комплекс мероприятий по пропаганде рациональных и экологически-безопасных методов сбора; предложить алгоритм фитосанации почв с использованием выявленных растений-концентраторов тяжелых металлов.
Научная новизна. Впервые проведено изучение потребления лекарственного растительного сырья населением Волгоградской городской агломерации. Выявлены виды лекарственных растений, наиболее часто заготавливаемые местным населением для собственных нужд.
Выполнена оценка состояния внешнего вида лекарственных растений произрастающих в зоне влияния Волгоградской городской агломерации,
проведен анализ содержания в них тяжелых металлов, представлен прогноз антропогенного загрязнения сырья в среднесрочной перспективе.
Предложены математические модели: суммации двух и более загрязнителей с исследованием их на экстремум; изменения уровня содержания тяжелых металлов в лекарственных растениях в зависимости от удаленности, интенсивности и времени воздействия источника загрязнения.
Обоснованы рекомендации по ограничению самостоятельного сбора и минимизации содержания тяжелых металлов в заготавливаемом сырье, разработана концепция пропаганды рациональных и экологически-безопасных методов сбора среди местного населения, предложен алгоритм фитосанации почв, как один из способов использования выявленных растений-концентраторов.
Практическая ценность исследований. Данные о содержании тяжелых металлов в обследованных видах могут быть использованы при составлении частных фармацевтических статей на лекарственное растительное сырье, а также при подготовке Ежегодного информационно-аналитического доклада о состоянии окружающей среды города Волгограда. Основные положения и выводы работы применимы в качестве учебного материала при подготовке курсов по дисциплинам «Экология», «Ресурсоведение лекарственных растений» и «Фармакогнозия», читаемых в медицинских и фармацевтических учреждениях.
Разработанные рекомендации по заготовке дикорастущих лекарственных растений применяются в методическом обеспечении медицинского персонала Городищенской районной поликлиники (справка № 303 от 03.11.2005 г.). Материалы диссертации используются в работе Федеральной службы по ветеринарии и фитосанитарному надзору по Волгоградской области (справка № 393 от 28.02.2006 г.).
Положения, выносимые на защиту: 1. Самостоятельный сбор лекарственного растительного сырья в рекреационной зоне Волгоградской городской агломерации - массовое
социальное явление, охватывающее 36% респондентов. Регулярное и периодическое применение лекарственных растений для профилактики и лечения различных заболеваний характерно для 97% респондентов, доля активных потребителей составляет 48%.
Лекарственные растения, произрастающие в рекреационной зоне Волгоградской городской агломерации, испытывают высокую антропогенную нагрузку и накапливают тяжелые металлы без появления внешних признаков угнетения, являясь потенциально опасными для местного населения.
Пропаганда рациональных экологически-безопасных методов сбора лекарственного растительного сырья, адаптированных к району исследования, среди местного населения позволяет предупредить сбор растений-концентраторов и минимизировать содержание тяжелых металлов в сырье. Алгоритм фитосанации почв при помощи выявленных растений-концентраторов может быть положен в основу технологии снижения концентрации тяжелых металлов в почве.
Апробация работы. Материалы исследования доложены и обсуждены на 61-ой и 63-ей открытых научных конференциях студентов и молодых ученых ВолГМУ «Актуальные проблемы экспериментальной и клинической медицины» (Волгоград, 2003, 2005), Международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию образования ВГСХА «Основы достижения устойчивого развития сельского хозяйства» (Волгоград, 2004), круглом столе ВолГУ «Экономика и экология» (Волгоград, 2006).
Основные положения диссертации опубликованы в 7 печатных работах, в том числе монографии «Лекарственные растения: экология, технология возделывания, экономика» (Волгоград, 2006).
Миграция и аккумуляция тяжелых металлов в экопространстве
В результате антропогенной деятельности происходит загрязнение биосферы различными экотоксикантами, в том числе тяжелыми металлами (ТМ). При этом особый интерес вызывают локальные загрязнения, характерные для городов и их рекреационных территорий (А.И. Макарова и др., 1983; В.В. Быстрых и др., 1997; Л.Н. Шихова, Т.Л. Егошина, 2002; В.М. Боев и др., 2004; О.В. Попова, А.И. Федорова, 2005; Л.К. Садовникова, Д.С. Орлов, И.Н. Лозановская, 2006).
Эмиссию ТМ в окружающую среду осуществляют различные отрасли народного хозяйства (В .Г. Маймулов, СВ. Нагорный, 2000): энергетика (И.А. Карлович, 2005); транспорт (Биосфера: загрязнение..., 2003; И.А. Клепцова и др., 2001; Г.К. Лобачева, 2005; А.И. Макарова и др., 1983; З.А. Попова, 1983; С.Л. Авалиани и др., 2002); тяжелая промышленность (Л.К. Квартовкина, 1998; СВ. Куркатов, СГ. Андреева, 2004); аграрно-промышленный комплекс (И.В. Мудрый, 1997; СВ. Куркатов, СГ. Андреева, 2004).
Поскольку одной из задач исследования является определение содержания ТМ в лекарственном растительном сырье (ЛРС), целесообразно обсудить механизм их накопления и трансформации в пространстве биосферы.
Клепцова И.А. с соавторами предлагает концепцию круговорота ТМ в экологическом пространстве (И.А. Клепцова и др., 2001; И.А. Клепцова, 2001) (рис. 1.1.1.).
От непосредственного загрязнителя ТМ попадают в воздушное пространство и транспортируются воздушными потоками на удаленные территории, загрязняя почву и водоемы (В.Г. Надеенко, Е.А. Борзунова, Н.Н. Петрова, 1990; З.Ф. Сабирова, 2001; В.М. Боев, Н.Н. Верещагин, В.Н. Дунаев, 2003; И.А. Карлович, 2005). При прогнозировании переноса ТМ от загрязнителя целесообразно учитывать розу ветров, сложившуюся в данной местности. Вокруг загрязняющего объекта формируется гетерогенное пространство, которое делят на 4 зоны: максимального (0-5 км), интенсивного (5-10 км), среднего (10-40 км) и близкого к фоновому (40 -60 км) загрязнения (О.В. Попова, А.И. Федорова, 2005). Для района исследования фоновый уровень содержания ТМ достигается уже на отметке 30 км от источника загрязнения.
Водные ресурсы выполняют транспортную функцию в отношении ТМ. В воду ТМ поступают из содержащих экотоксиканты стоков, а так же вымываются из почвы дождями и при орошении (J.E. McLean, В.Е. Bledsoe, 1992; L.E. Williams, J.K. Pittman, J.L. Hall, 2000; M. Scholz, J. Xu, H.I. Dodson, 2001; H.T. Odum, 2000; И.А. Клепцова, 2001; H.B. Прохорова, 2006; В.И. Чибураев, С.Г. Домнин, М.Н. Корсак, 2003). Вода, в силу своих физических свойств и подвижности, не аккумулирует ТМ, но динамично переносит их
(Н.А. Санягина и др., 2004). Вместе с тем, в водных бассейнах любого масштаба происходит циркуляция ТМ различных классов опасности (И.А. Карлович, 2005; Г.Н. Красовский, Н.А. Егорова, И.И. Быков, 2006), образуются их комбинации (И.А. Клепцова, 2001; В.И. Чибураев, С.Г. Домнин, М.Н. Корсак, 2003; В.М. Боев и др., 2003).
Почва представляет собой депонирующую среду, и в этом смысле является наиболее активным реципиентом ТМ, которые в основном концентрируются в ее верхнем 10-сантиметровом слое, попадая в корневую систему растений. Лишь 4-8% ТМ мигрируют на глубину 30-40 см., а свинец в хелатной форме еще глубже (А.Н. Нестерова, 1989; J.P. Vernet, 1992; Е. Lombi, М.Н. Gerzabek, 1998; А.А. Ляпкало, СВ. Гальченко, 2005). ТМ могут попадать в почву из атмосферного воздуха, а так же при загрязнения шлаками и сточными водами, внесения ядохимикатов и удобрений, содержащих ТМ в виде примесей.
ТМ в почве могут находиться в твердой и жидкой (почвенный раствор) формах (А.Н. Нестерова, 1989; D.L. Jensen, Р.Е. Holm, Т.Н. Christensen, 2000; М.И. Лунев, 2004; Н.А. Санягина и др., 2004). В твердой фазе они фиксируются в составе тонкодисперсных минеральных частиц и гумусового вещества, поглощаются гелями полуторных окислов, являются компонентом нерастворимых солей. В почвенных растворах миграция ТМ осуществляется в форме растворимых минеральных и органоминеральных солей, источником которых выступает сочетание твердой фазы почвы и находящегося в стадии разложения растительного опада (В.Б. Ильин, М.Д. Степанова, 1982; Ю.В. Алексеев, 1987; А.Н. Нестерова, 1989; B.J. Alloway, 1990; J.E. McLean, В.Е. Bledsoe, 1992; А.А. Ляпкало, СВ. Гальченко, 2005).
Организация исследования
Данная работа выполнена в течение 2001-2007 гг. на кафедрах общей гигиены и экологии, фармакогнозии и ботаники Волгоградского государственного медицинского университета.
Сбор сведений о флористическом составе лекарственных растений района исследований проводился на основе литературных и гербарных материалов. Выбор лекарственных растений, используемых в качестве модельных объектов в данном исследовании, ограничен данными социологического опроса.
В подготовительный период проводился сбор сведений о флористическом составе лекарственных растений области на основе литературных и гербарных материалов, составление перечня видов растений, учет которых надлежит провести в пригородной зоне, являющейся зоной традиционного отдыха граждан и (обзорные материалы по недревесному сырью и землепользованию, схематические карты).
В 2001-2004 гг. были обследованы территории по разработанным маршрутам. Составляя частные маршруты, использовались картографические материалы, анкетные данные, результаты опроса местных жителей, с целью посетить наиболее вероятные и характерные места произрастания лекарственных растений.
С целью изучения наиболее характерных мест самостоятельного сбора ЛРС местным населением зона исследования была поделена на три подзоны. Заготовка материала производилась в трех балках Городищенского района -Водяной, Конной и Забазной, расположенных на северо-западе Волгоградской городской агломерации в условных зонах 0-5, 5-15 и 15-30 км от административной границы города.
В соответствии с логикой достижения цели исследования и решения поставленных задач была определена его программа, алгоритм которой приводится в табл. 2.1.1.
Представляется необходимым более подробно остановиться на методах исследований.
Для более подробного изучения ситуации со сбором и применением ЛРС в Волгоградском регионе был выбран письменный метод опроса, при котором респондент заполнял индивидуальный опросный лист (Приложение 1). Анкета была составлена с учетом целей и задач, проблемы, предмета и объекта исследования,
В генеральную совокупность был выделен широкий слой населения общим количеством 312 человек, включающий группы студентов, трудоспособных граждан, в том числе врачей-терапевтов МУЗ «Клиническая больница № 7», МУЗ «Поликлиника № 30», «Городищенской Центральной районной больницы Волгоградской области», и пенсионеров. Тип выборки -квотная (по полу, возрасту, статусу). Метод опроса - письменный (индивидуальный опросный лист).
Студенты были опрошены автором исследования, остальные группы респондентов анкетировались врачами Выборочная совокупность в целом воспроизводит параметры структуры генеральной совокупности. Вместе с тем, особое внимание было уделено анкетированию студенчества, поскольку его социологические исследования в г. Волгограде применительно к проблемам фитолечения до сих пор не проводились. Правила поиска и отбора респондентов осуществлялись способом систематической выборки: опрашивались только граждане, проживающие в Волгограде и Волгоградской области. Анкета была составлена таким образом, чтобы респондент в личных данных указывал свой возраст и пол, сохраняя при этом анонимность.
Климатогеографическая характеристика Городищенского района
Городищенский район Волгоградской области расположен на правобережье Волги на Приволжской возвышенности, представляющей собой плато с абсолютными высотами на севере близкими в районе исследования к 100 - 120 м, широкое в северной части и сильно сужающееся и понижающееся к югу. Наименьшей ширины (80 - 90 км) оно достигает между Доном и Волгой вблизи Волгограда. Наиболее высокие точки смещены к берегу Волги, широкий профиль возвышенности резко асимметричен. (Атлас Волгоградской области, 1993; И.В. Землянская, А.С. Манаенков, А.С. Караваев, 2005). Склон Приволжской возвышенности, обращенный к Волге, короткий и крутой, изрезан балками и оврагами на холмы и невысокие горы. Западный склон возвышенности - пологая волнистая равнина с плоскими водоразделами и плоскосклонными глубокими и широкими балками, рассеченными оврагами. Поверхность расчленяется реками глубоко, но сравнительно редко. Долины широкие, и относятся главным образом к бассейну Дона (Геоморфологическое районирование СССР, 1947). Ландшафтная специфика области заключается в том, что по ее территории проходит водораздел, который в ходе хозяйственной деятельности человека исторически закрепился в сосуществовании право- и левобережья Волги, как взаимодополняющих природно-хозяйственных систем.
К югу от Волгограда Приволжская возвышенность резко отделяется от Волги и протягивается на юг в виде невысокого узкого ассиметричного плато Ергени (Геоморфологическое районирование СССР, 1947). Северной границей его условно принимают Волго-Донскую «переволоку» на широте г. Калач-на-Дону. На западе граница неясна и пересекает верхние участки левых притоков Дона. Восточный склон Ергеней представляет собой крутой уступ, изрезанный глубокими и короткими долинами, многочисленными балками, оврагами. Западный склон плавно переходит в широко-увалистую Донскую равнину (Геоморфологическое районирование СССР, 1947; И.В. Землянская, А.С. Манаенков, А.С. Караваев, 2005).
Левобережье в незначительной степени промышленно освоено и, следовательно уровень техногенного загрязнения там достаточно низок. Более развито в индустриальном отношении правобережье. На склоне, обращенном к Волге, преобладают балки и овраги, которые, в ракурсе нашего исследования, целесообразно понимать как естественным образом сформировавшиеся геохимические рубежи.
К ним же следовало бы отнести лесные формации, основная площадь которых расположена на возвышенной правобережной части области, особенно на территории междуречья Дона и Медведицы (География и экология Волгоградской области, 2005). Экологическое пространство правобережья гетерогенно, в нем присутствуют рубежи обоих выявленных выше типов, обусловливающие возникновение, как локальных сгустков ТМ в экопространстве, так и разрывов их циркуляции. Иначе говоря, в этих естественно и антропогенно возникших участках ТМ оседают, накапливаются, проникают в почвенные горизонты, в растения и т.д. Поэтому именно на правобережье Волгоградской области было направлено данное исследование. Гидрология
Река Волга в пределах района исследования справа принимает ряд небольших притоков (Дубовка, Сухая и Мокрая Мечетки, Царица).
Чуть выше Волгограда от Волги отделяется большой рукав - Ахтуба, который имеет длину почти 500 км и течет параллельно Волге (Атлас Волгоградской области, 1993; И.В. Землянская, А.С. Манаенков, А.С. Караваев, 2005). Речная сеть подверглась большому преобразованию: на реке Волга созданы водохранилища в связи с постройкой крупных гидроэлектростанций. Долина Волги севернее Волгограда практически полностью затоплена при создании Волгоградского водохранилища, в некоторых местах достигающего ширины 16 км. Волго-Донской канал соединил реки Волгу и Дон в районе Волгограда, в результате чего образовались Береславское и Варваровское водохранилища. Водохранилища регулируют сток, благодаря чему на зарегулированных участках нет резких колебаний уровней. Весенние ледоходы стали более продолжительными; весной лед тает на месте, а не уносится в низовья. Объем половодья в весенний период уменьшается. В межень уровень воды стал выше, увеличились расходы воды в зимнее время (Атлас Волгоградской области, 1993).
