К. Ю. Силкин Лекция История и предмет экологии человека

Вид материалаЛекция

Содержание


Лекция 9. Микроэлементы, их значение для организма человека в современных экологических условиях
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Лекция 9. Микроэлементы, их значение для организма человека в современных экологических условиях


Микроэлементы – это не случайные ингредиенты тканей и жидкостей живых организмов, а компоненты, закономерно существующей очень древней и сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизнен­ных функций организмов на всех стадиях развития. Выделены три основополагающих принципа ее функционирования: 1) избира­тельное поглощение микроэлементов; 2) избирательная концентра­ция их в определенных организмах, органах, тканях и некоторых органеллах клетки; 3) селективное выделение. Эти ме­ханизмы поддерживают микроэлементный гомеостаз.

По классификации, основанной на количественном признаке, все минеральные элементы делятся на три группы в соответствии с их содержанием в организме:
  1. макроэлементы: Са, Р, К, Na, S, Cl, Mg;
  2. микроэлементы (МЭ): Fe, Br, Cd, Zn, F, Sr, Mo, Cu, Si, Cs, J, Mn, Al, B, Rb, Pb и
  3. ультрамикроэлементы: Se, Ti, Sc, Co, V, Cr, As, Ni, Li, Ba, Ag, Sn, Be, Ga, Ge, Hg, Zr, Bi, Sb, U, Th, Rh.

Система классификации по количественному признаку проста и удобна, но она не дает ответа на главный вопрос – какова биологическая роль того или иного элемента в организме. Кроме того, количественное содержание некоторых элементов в организме может значительно варьироваться в зависимости от среды обитания человека, его рациона питания и трудовой принадлежности (это утверждение, в частности, относится к F, V, Se, Sr, Mo и Cd).

Классификация, основанная на биологической роли элементов, представляет больший интерес для физиологов. Согласно этой классификации, минеральные элементы, обнаруженные в организме делят на три группы:
  1. жизненно необходимые (эссенциальные элементы): Ca, P, K, Cl, Na, Zn, Mn, Mo, J, Se, S, Mg, Fe, Cu, Co;
  2. вероятно (условно) необходимые (условно эссенциальные элементы): F, Si, Ti, V, Cr, Ni, As, Br, Sr, Cd;
  3. элементы с малоизученной или неизвестной ролью: Li, B, Al, Ge, Zr, Sn, Ce, Hg, Vi, Be, Rb, Ag, Sb, Ba, Pb, Ra, U.

Группа эссенциальных элементов включает в себя все макро-, часть микро- и ультамикроэлементов. Поэтому порядок концентрации того или иного микроэлемента в организме не определяет его биологического значения.

Концентрация элементов в живом веществе прямо пропорцио­нальна содержанию их в среде обитания с учетом растворимости их соединений. Химический состав организма есть его признак – видовой, родовой и др.; различные области зем­ной поверхности различаются по элементному составу, что приво­дит к различию в содержании микроэлементов в организмах и свое­образным биологическим реакциям в ответ на эти различия.

Эти представления лежат в основе учения о биогеохимических провинциях и биогеохимической патологии (эндемических болез­нях). Содержание микроэлементов в окружающей среде имеет большое значение для организма человека. Знание аномальных в биогеохимическом отно­шении регионов и провинций природного происхождения как ис­точников биогеохимических эндемий (постоянно существующих заболеваний) очень важно для эпидемиоло­гической оценки этих очагов, разработки научно обоснованных ме­тодов профилактики таких болезней.

Однако в последнее время еще более остро встала проблема техногенных эндемий, т.е. заболева­ний антропургического происхождения, возникающих в результате природопреобразующей деятельности человека или существующих в преобразованной человеком среде. Существенные наблюдения накоплены фитопатологами и специалистами по болезням живот­ных. Они показывают, что микроэлементные загрязнения сред жиз­ни по своему значению начинают приобретать характер «лимитиру­ющих факторов», которые угрожают не только нормальному развитию, но и самому существованию различных видов живых существ.

До тех пор, пока реакции организма в ответ на изменения кон­центраций микроэлементов в среде не выходят за пределы нормы реакции, организм сохраняет гомеостаз, в противном случае разви­вается экопатология (нарушаются адаптационные механизмы, про­исходят разбалансирование ферментативных процессов, изменения метаболических превращений).

Микроэлементные загрязнения окружающей среды представля­ют большую опасность в индустриально развитых странах. Рядом со многими промышленными предприятиями образуются постоянно расширяющиеся техногенные биогеохимические провинции с повы­шенным содержанием в средах жизни свинца, мышьяка, фтора, ртути, кадмия, марганца, никеля и других элементов. Микроэлементные загрязнения возникают и на значительном отдалении от предприятий в результате трансгрессии (переноса) загрязнителей воздушными массами и водными потоками. Такой перенос может быть эпизодическим (например, в результате катастроф), но может быть и постоянным (например, кислотные дожди, выпадения окси­дов серы и азота) и носит не только локальный, но и глобальный ха­рактер.

Крупные индустриальные центры представляют собой экстре­мальные зоны обитания в результате интенсивного загрязнения. Средний уровень микроэлементов намного выше в городах по срав­нению с природными ландшафтами: Wo, Hg, Cd, Pb – в 14-50 раз, Sb, Mo, Zn – в 30-400 раз, Сu, Ni – в 8-63 раза, Co, Cr – в 11-46 раз. Распределение их связано с условиями застройки городов.

Агрессивность внешней среды, обусловленная антропогенными изменениями, в настоящее время настолько велика, что ее нельзя игнорировать. В условиях микроэлементных загрязнений происхо­дит накопление различных токсичных элементов в плаценте, воло­сах, органах эндокринной системы. Происходят явления дизадаптации, нарушения физического и психического развития, аномальные изменения скелета и другие нарушения.

Согласно современным представлениям, ряд микроэлементов яв­ляется абсолютно необходимым для организма, оптимального состояния его здоровья. Эти химические элементы оказывают большое влияние на жизнь организма, вступая в связь с органическими веществами, синтезируемыми в живых клетках. Они влияют на оплодотворение, развитие, рост, жизнеспособность организма, его иммунологические свойства, дыхательную функцию гемоглобина и прочие важнейшие функции. Процессы метаболизма происходят при участии многих металлоферментов. Вместе с тем каждый элемент имеет присущий ему диапазон безопасной экспозиции, который поддерживает определенные тканевые концентра­ции и функции; у каждого микроэлемента есть также свой токсический диапазон, когда безопасная степень его экспозиции превыше­на.