Экология человека

Вид материала

Документы

Содержание Физическими мутагенами Химические мутагены Экзогенные тератогены Понятие адаптации человека к окружающей среде Кратковременная адаптация Долговременная адаптация Понятие о ксенобиотиках Определение антропоэкологического утомления Социально-психологическое напряжение и утомление. Генетическое напряжение и утомление. Инфекционно-иммунологическое напряжение и утомление. Химическая и медикаментозная форма утомления. Миграционная форма утомления. Микроэлементы, их значение для организма человека в современных экологических условиях Патогенетические механизмы микроэлементозов

Подобный материал:

• Ю. Л. Солодовников Гигиена и Экология человека (цикл лекций) Учебное пособие, 3754.6kb.
• Аннотация дисциплины «Экология человека» Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет, 16.4kb.
• Программа курса Методика организации курса \"Экология Тамбовской области\", 78.43kb.
• Что такое экология человека?, 121.75kb.
• Тематика лекций (Наименование тем, содержание, объём в часах) № п/п, 74.97kb.
• Методическая разработка интегрированного урока биологии «Влияние человека на окружающую, 97.03kb.
• Программа подготовки студентов к пгк по дисциплине «экология», 310.39kb.
• Основные понятия по экологии экология, 39.35kb.
• Задачи: формировать широкое экологическое мировоззрение школьников; воспитывать убежденность, 107.72kb.
• Экология человека или экология Homo sapiens?, 463.5kb.

Экология человека

Повреждающие факторы антропогенной среды, оказывающие влияние на здоровье человека

Под экологическими факторами понимают отдельные свойства или элементы среды, способные оказывать на организм прямое или косвенное влияние хотя бы на одной из стадий его индивидуального развития. Экологические факторы имеют разную природу и делятся на абиотические (температура, свет, различные излучения, влаж­ность, давление воздуха, ветер, состав воды, течения, рельеф мест­ности), биотические (все формы воздействия живых организмов друг на друга) и антропогенные (все формы деятельности человека, приводящие к изменению природы как среды обитания живых орга­низмов).

Природа и человек – это единый комплекс взаимосвязанных яв­лений. Человек меняет и приспосабливает природную среду к своим нуж­дам, но при этом всегда остается внутри природы, является компо­нентом ее экологических систем. Наиболее распространенными загрязни­телями биосферы в настоящее время являются оксиды серы, азота и углерода, бенз(а)пирен, формальдегид, промышленная пыль, содержащая ТМ (свинец, ртуть, мышьяк, никель, марганец, медь, хром, кадмий, цинк и др.), пестициды, диоксины, различные радиоактивные вещества, разные виды излучений. Опасными загрязнителями окружающей среды являются отходы сельскохозяйственного производства.

К числу повреждающих относятся факторы, обладающие мута­генным, канцерогенным и тератогенным действием. В основе этих влияний лежит повреждение генетического материала, т.е. образо­вание генных, хромосомных и геномных мутаций. В случае их воз­никновения и закрепления в соматических клетках они могут при­вести к опухолевому росту, преждевременному старению. Измене­ние наследственной информации, заключенной в геноме половых клеток, может передаваться по наследству и проявляться у последу­ющих поколений в виде наследственных болезней или болезней с наследственной предрасположенностью. Мутации, совершающиеся при внутриутробном развитии организма, могут стать причиной различных врожденных уродств, аномалий обмена веществ.

Своеобразие среды, окружающей современного человека, заклю­чается в накоплении факторов, увеличивающих возможность воз­никновения мутаций. Такие мутации, частота которых превышает частоту спонтанного мутирования, называются индуцированными, а факторы, их вызывающие, мутагенами.

Физическими мутагенами являются ионизирующие излучения (источники их – медицинские приборы, атомная энергетика, изо­топы радиоактивных элементов, применяемых в промышленности), ультрафиолетовое излучение. Помимо технических источников большое значение имеет истончение озонового слоя Земли и про­никновение жестких ультрафиолетовых лучей в приземной слой атмосферы.

Химические мутагены, число которых на Земле очень велико, представлены в окружающей среде тремя основными группами:

• естественные неорганические вещества (нитраты, нитриты, ТМ) и естественные органические вещества (алкало­иды, гормоны и др.);
  
• переработанные природные соединения (продукты переработ­ки нефти, сжигания угля и древесины, компоненты выхлопных га­зов, пищевые отходы и др.);
  
• химические продукты, не встречающиеся в природе, синтезированные человеком (пестициды, синтетические полимеры и др.). Это многие соединения, являющиеся источником свободных радикалов, а также многие лекарственные и косметические средства.
  

Активными биологическими мутагенами являются вирусы, ток­сические продукты гельминтов.

Установлена тесная зависимость между мутагенными и канцеро­генными свойствами веществ. Многие факторы среды, окружающей человека в условиях техносферы, обладают способностью превращать нормальные клетки в раковые. В группу наиболее активных канцерогенов вхо­дят радиоактивное, рентгеновское и ультрафиолетовое излучения, бенз(а)пирен, асбест, некоторые алкалоиды. К числу биологических канцерогенов принадлежат вирусы.

Тератогенез – возникновение уродств в результате наследст­венных изменений, вызванных повреждающими факторами в период внутриутробного развития. Действие тератогенных факторов (тератогенов) особенно опасно в критические периоды индивиду­ального развития (периоды включения и переключения генов и из­менения обмена веществ).

Экзогенные тератогены (как и все мутагены) могут иметь физическую, химическую и биологическую природу. Из физических факторов особенно опасно облучение в первые 6 недель внутриутробного развития. Тератогенное действие доказано для ряда лекарственных препаратов (талидомид, антибиотики ряда тетрациклина), алкоголя, веществ табачного ды­ма, наркотиков, химических веществ – бензола, фенола, формалина, бензина, солей ТМ (свинец, ртуть, мышьяк, хром, кадмий). Из биологических мутагенов тератогенным дейст­вием обладают вирусы (оспы, гриппа, краснухи, ветрянки, кори, паротита и др.), токсические продукты простейших (например, ма­лярийного плазмодия, токсоплазмы), бледной спирохеты – возбу­дителя сифилиса, туберкулезной палочки.

Воздействие тератогенных факторов способно вызвать формиро­вание больших пороков развития, приводящих обычно к самопроиз­вольным выкидышам, если фактор действовал до начала органоге­неза. Малые пороки развития возникают при действии тератогенов в период закладки органов, в начале плодного периода. Внутриутробные инфекции часто вызывают фор­мирование таких пороков, как аномалии лицевого скелета, нару­шенный прикус, деформация ушных раковин, высокого нёба. Фун­кциональные нарушения могут стать результатом влияния тератогенов в плодный период. Ребенок может родиться здоровым, но че­рез некоторое время появятся симптомы поражения нервной систе­мы (косоглазие, асимметрия лица, расстройства глотания и др.) или других органов и систем (помутнение хрусталика, пороки сердца, почек, надпочечников, кишечника, скрытые аномалии скелета, тромбозы сосудов). Такие тератогенные нарушения особенно ха­рактерны для детей, перенесших внутриутробную инфекцию.

Понятие адаптации человека к окружающей среде

Адаптация (от лат. adaptatio – приспособлять, прилаживать) – это совокупность морфофизиологических, поведенческих, популяционных и других особенностей вида, обеспечивающая возмож­ность существования в определенных условиях среды.

В понятие "адаптация" входят: процессы, с помощью которых организм приспосабливается к окружающей среде; состояние равновесия между организмом и окружающей сре­дой; реализация нормы реакции в конкретных условиях среды с по­мощью изменения фенотипа; результат эволюционного процесса – адаптациогенез (отбор и закрепление генов, кодирующих информацию о развившихся из­менениях).

Явление биологической адаптации присуще всем живым орга­низмам и особенно такому высокоорганизованному, как человече­ский. Условия существования любого живого организма могут быть: адекватными и неадекватными.

В адекватных условиях организм испытывает состояние комфор­та, т.е. оптимального уровня работы всех систем. В неадекватных условиях организму приходится включать дополнительные меха­низмы для обеспечения состояния устойчивости (резистентности), активизировать все процессы. Это состояние носит название "на­пряжения". Если с помощью напряжения организм не достиг состо­яния устойчивости, то развивается состояние "предболезни", а за­тем "болезни". Состояния комфорта, напряжения и адаптации составляют состояние здоровья (но не патологии); состояние адапта­ции – это нормальная физиологическая реакция.

Современные антропогенные (техногенные) условия включают, как правило, не один неблагоприятный фактор, а целый комплекс факторов, к которым должен приспособиться организм. Поэтому и ответ организма должен быть не только многокомпонентным, но и интегрированным.

Адаптация обусловлена генетической про­граммой в виде нормы реакции, т.е. диапазона протекания метаболических процессов, потенциальных возможностей для обеспечения ответа организма на изменения условий среды. Вместе с тем превращение таких потенциальных возможностей в реальные, т.е. обеспечение ответа организма на требования среды, также невозможно без акти­визации генетического аппарата (усиления синтеза нуклеиновых кислот, белков и других соединений). Данное явление называют структурным следом адаптации. При этом растет и масса мемб­ранных структур, ответственных за восприятие сигналов, ионный транспорт, энергообеспечение. После прекращения действия фак­тора среды активность генетического аппарата снижается и проис­ходит исчезновение структурного следа адаптации. Это свидетель­ствует о том, что в обеспечении состояния адаптации взаимосвязь между функциями и генетическим аппаратом – ключевое звено. Необходимо подчеркнуть также, что изменения метаболизма, на­правленные на обеспечение состояния фенотипической адаптации, составляют биохимическую стратегию адаптации, являющуюся одним из главных компонентов общей стратегии адаптации.

Различают две формы адаптации: кратковре­менную и долговременную.

Кратковременная адаптация возникает непосредственно после действия раздражителя. Она осуществляется за счет готовых, ранее сформировавшихся структур и физиологических механизмов. Это означает, что: а) в организме всегда имеется некоторое количество резервных струк­турных элементов, например митохондрий, лизосом, рибосом; б) работа клеток и тканей может осуществляться по типу дублиро­вания; в) имеется некоторое количество готовых веществ: гормонов, нуклеиновых кислот, белков, АТФ, ферментов, витаминов и др.; это так называемый структурный резерв адаптации, который может обеспечить немедленную реакцию. В связи с тем, что этот резерв невелик, деятельность организма происходит на пределе фи­зиологических возможностей. Ведущими факторами является формирование стереотипного ответа, независи­мо от природы раздражителя. Развивается острый адаптационный синдром ("стресс") при этом: активизируется система гипоталамус-гипофиз; усиливается синтез надпочечниками глюкокортикоидов и ад­реналина; мобилизуются энергетические и структурные ресуроы. Состояние адаптации достигается быстро, но она будет устой­чивой только в том случае, если фактор перестал действовать; если фактор продолжает действовать, то адаптация оказывается несовершенной, так как резервы исчерпаны и требуется их попол­нение. Срочная адаптация проявляется генерализованными двигатель­ными реакциями или эмоциональным поведением (например, бег­ство животного в ответ на боль; увеличение теплопродукции в ответ на холод; увеличение теплоотдачи в ответ на тепло; рост легочной вентиляции и минутного объема кровообращения в ответ на недо­статок кислорода).

Долговременная адаптация развивается на основе реализации этапа срочной адаптации, когда включились системы, реагирующие на данный раздражитель, но не обеспечили устойчивого состояния, или если раздражитель продолжает действовать.

При долговременной адаптации высшие регуляторные центры активизируют гормональную систему; происходит мобилизация энергетических и структурных ресурсов организма; биохимическая стратегия адаптации осуществляется за счет синтеза необходимых веществ, координации их количества и вза­имных превращений; ведущую роль в обеспечении долговременной адаптации игра­ют центральная нервная система, гормональная система, генетиче­ский аппарат; результатом процесса адаптации является достижение орга­низмом состояния устойчивости, обеспечивающей организму воз­можность существования в новых условиях.

Если интенсивность фактора превышает адаптивные возмож­ности организма и состояние устойчивости не наступает, то орга­низм переходит в состояние истощения (истощаются его структу­ры, системы, функции); затем следует состояние предболезни и бо­лезни.

Социальная природа человека создала ряд особенностей про­цессов адаптации, присущих только человеку: количество антропогенных факторов среды резко возросло в последние десятилетия, тогда как системы адаптации формирова­лись в течение миллионов лет при отсутствии этих факторов или значительно меньшей их интенсивности и поэтому в современных экологических условиях оказываются недостаточно эффективны­ми; человек меньше связан с природой, меньше зависит от нее; подчинен социальным ритмам, регулирует свое поведение сознани­ем; сознательно выбирает иногда неадекватное поведение; человек имеет дополнительные (социальные) механизмы адаптации (одежда, обувь, жилище, организация труда, медицина, физкультура, искусство и др.).

Понятие о ксенобиотиках

Человеческий организм имеет сложные системы обмена веществ и детоксикации опасных для него соединений. Эти системы прошли длительную эволюцию под воздействием природных токсических компонентов пищи, воды, воздуха и различных биологических ядов. В XX в. человеческий ор­ганизм стал подвергаться воздействию разнообразных синтезиро­ванных, т.е. ранее не встречавшихся веществ. Поскольку эти веще­ства чужды организму, их стали называть "ксенобиотиками" (от греч. xenos – чужой, чужеродный). Поступление их в окружаю­щую человека среду с каждым годом возрастает. К их числу отно­сятся отходы производства (алифатические углеводороды, высоко­молекулярные соединения и др.), боевые отравляющие вещества, пестициды, нитриты, нитраты, нитрозоамины, алкоголи, дубиль­ные вещества, многие лекарственные препараты, косметические средства и др.

Современные экологические условия характеризуются также на­коплением в воде, воздухе, почве и живых организмах (средах жизни) присущих организму веществ, но в концентрациях, намного превышающих привычные для организма (например, ТМ). К группе ксенобиотиков их не относят, однако значитель­ные концентрации их в организме также оказывают токсический эффект. При этом если раньше контакт с такими веществами был характерен для ограниченного контингента людей, связанных с оп­ределенным видом производственной деятельности, то теперь все большие массы населения контактируют с ними (даже дети) за счет их переноса. Кроме того, токсическое действие веществ не только проявляется в острых отравлениях ими, но и может снижать имму­нологическую реактивность организма, становиться причиной по­вышенной заболеваемости людей, разнообразных аллергических состояний, иметь неблагоприят­ные отдаленные последствия в виде генетических, тератогенных, канцерогенных эффектов. Это привело к выделению специальной отрасли знания, именуемой экологической токсикологией, которая в отличие от традиционной медицинской токсикологии подходит к проблеме с более широких общебиологических позиций

Целесообразность строения и функций человеческого организма (как и других живых организмов) проявляется, в частности, в изби­рательном характере поглощения веществ и выведения продуктов метаболизма. Поэтому существенное значение имеют ответы на вопросы, почему в современных экологических условиях стало воз­можным поступление в организм такого большого количества веществ, чуждых для него, причиняющих ему вред, как осуществля­ется адаптация организма по отношению к ним. Ответы эти не од­нозначны:

• загрязнение биосферы приобрело глобальный характер, изменился геохимический фон, нарушилось равновесие в биосфере;
  
• рост числа ксенобиотиков происходит лавинообразно, что при­вело к превышению адаптационных возможностей человека, срыву адаптации, снижению иммунологической защиты, т.е. сам меха­низм избирательности оказался нарушен;
  
• многие ксенобиотики обладают высокой реакционной способ­ностью, могут изменять свойства клеточных мембран, образовы­вать связи с их рецепторами;
  
• ксенобиотики могут выступать в качестве антиметаболитов, т.е. конкурировать с естественными рецепто­рами;
  
• для ксенобиотиков характерна высокая растворимость в жирах и липидах;
  
• многие ксенобиотики легко вступают в прочные связи с макро­молекулами клетки, нарушая ключевые метаболические реакции (биосинтез белка, энергетические процессы и т.д.).
  

Поступление ксенобиотиков в организм обуслов­лено с другой стороны свойствами самого организма. При этом определя­ющими свойствами организма являются: состояние иммунной системы; половые различия; возраст; генетически обусловленная активность ферментов; наличие соматических заболеваний и др.

Пути поступления ксенобиотиков в организм могут быть различ­ными: через легкие, пищеварительный тракт, кожу. Самый простой путь проникновения – через дыхательные пути, так как поверх­ность мембран очень велика.

Всасывание многих веществ происхо­дит через слизистую оболочку полости рта путем простой диффу­зии и оттуда (минуя печеночный барьер) – в кровеносную систему. Многие чужеродные соединения (неионизированные) легко всасываются, таким образом, из желудка. Тот же механизм (степень ионизации вещества и его растворимость в липидах) обусловливает всасывание через кишечный эпителий. После всасывания из желудочно-кишечного тракта, через кожу или легкие чужеродные соединения и их метаболиты могут проходить через барьерные ткани, например, гематоэнцефалический барьер и плаценту.

Распределение ксенобиотиков в организме определяется их свойствами и особенностями тканей. Многие ксенобиотики жирора­створимы (особенно пестициды), поэтому могут накапливаться в жировых депо. Другие (соли ТМ, тетрациклиновые антибиотики) – остеотропны, поэтому накапливаются в костях. Чужеродные соединения могут также связываться с белками (и в таком состоянии не могут выводиться через мембраны) и нуклеино­выми кислотами (некоторые антибиотики, афлатоксины), приводя к мутациям. Многие ксенобиотики под действием обычных детоксицирующих ферментов превращаются, напротив, в метаболиты, бо­лее токсичные и даже обладающие канцерогенным действием. Многие ксенобиотики могут вызывать иммунологическую сенси­билизацию организма и делать его более чувствительным к другим веществам.

При поступлении небольших количеств ксенобиотиков в орга­низм их детоксикация осуществляется обычными путями – с по­мощью ферментативных и неферментативных превращений. В случае проникновения в организм большого количества ксенобиотиков этих детоксикационных процессов ока­зывается недостаточно.

В процессе биотрансформации ксенобиотиков образуются супероксидные анионы, перекись водорода, органические перекиси и т.д., которые обусловливают побочное действие ксенобиотиков (от нарушения проницаемости мембран до гибели клеток). Устранение этих эффектов производится системой антиоксидантов. Ведущую роль в ней играет фермент супероксиддисмутаза. Имеются и неферментативные антиоксидантные системы. Это липидорастворимые соединения: витамины А, Е, С, Р, аминокислоты (цистеин, метионин, аргинин, гистидин), мочевина, холин, восстановленный глютатион.

Реакции детоксикации ксенобиотиков являются типичными компенсаторно-приспособительными реакциями, обеспечивающими поддержание гомеостаза на молекулярном уровне.

Определение антропоэкологического утомления

Адаптационные механизмы позволяют ор­ганизму человека приспосабливаться к меняющимся условиям сре­ды не только в нормальных, но и в экстремальных ситуациях. Одна­ко при нарастании концентрации ксенобиотиков, интенсивности физических и биотических факторов, продолжительности их воз­действия возросшая скорость биотрансформации веществ, усиление и дублирование функций органов и систем не могут скомпенсиро­вать давление этих факторов.

Напряжение всех систем организма, направленное на восстановление нарушений гомеостаза, вызван­ных факторами измененной человеком среды, получило название антропоэкологического напряжения. Некомпенсированное напря­жение обозначается термином антропоэкологическое утомление. Речь идет о срыве механизмов адап­тации и развитии неустойчивого состояния, которое может перейти в болезнь. Это состояние в неблагоприятных экологических услови­ях может приобретать массовый характер, охватывать человече­ские популяции и сказываться на здоровье последующих поколений людей. Описаны многочисленные формы такого состояния. Наибо­лее важными формами являются следующие:

Социально-психологическое напряжение и утомление. Проявля­ется в сфере взаимоотношений людей; формируется на фоне высо­кого ритма жизни, интенсивности процесса труда, утраты идеалов, целей общественного развития; выражается в постоянном вовлече­нии в адаптационный процесс нервных структур, в перенапряже­нии нервной системы; в конечном счёте может стать основой для развития таких форм патологии, как неврозы, неврастении, вегетососудистая дистония, устойчивая артериальная гипертензия, разно­образные психосоматические и соматопсихические состояния.

Генетическое напряжение и утомление. Проявляется на уровне человеческих популяций, затрагивает генофонд и может реализо­ваться через такие явления, как непропорциональное увеличеиие генетического полиморфизма, рост генетического груза и, в конечном счете, нарушение генетического гомеостаза. Явления эти обусловливаются усилением потока генов (за счет высокой степени миграции населения Земли), высокой интенсивностью мутационного процесса. Отсюда происходит рост числа врожденных аномалий, самопроизвольных выкидышей, болезней с наследственной предрасположенностью, болезней новорожденных. Генетическое утом­ление на уровне популяции проявляется и как избирательное пора­жение репродуктивных органов разными формами заболеваний, не­полноценность репродуктивных функций (невынашивание бере­менности, рождение недоношенных детей, нарушение течения ро­дов). В итоге регистрируются высокие показатели детской заболева­емости и смертности.

Инфекционно-иммунологическое напряжение и утомление. Ос­новывается на нарушении взаимосвязей человеческого организма с другими живыми организмами и на усилившемся за последние де­сятилетия давлении неадекватных факторов на человеческий орга­низм, многочисленных чужеродных соединений – ксенобиотиков; проявляется в виде изменений на всех уровнях организации иммунной системы, распространении массовой аллергизации людей, в преобладании хронических процессов над острыми, в росте онкологических заболеваний.

Химическая и медикаментозная форма утомления. Обусловлена применением большого количества лекарств; проявляется в нарушении их биотрансформации, развитии лекарственной аллергии. Распространенность лекарственной аллергии достигла в настоящее время примерно 1-3% и продолжает расти. Основными факторами роста данного вида аллергии являются: общий рост больных аллергией, увеличение объемов применения медицинских препаратов, комплексное использование одновременно ряда лекарственных средств, усиление общей аллергенной нагрузки.

Миграционная форма утомления. Обусловлена перемещением людей на большие расстояния и с высокими скоростями, что создает основу для срыва биологических ритмов и формирования весьма опасных патологических состояний – "десинхронозов". При десинхронозе организм в новых условиях некоторое время продолжает функционировать по-старому, а затем постепенно начинает привыкать к новому распорядку дня. Происходит синхронизация биологического времени с местным, астрономическим. Оно длится обычно от двух дней до двух недель.

Развитие антропоэкологического утомления как "третьего состо­яния", находящегося между здоровьем и болезнью и охватывающе­го до 70 % людей на Земле, создает постоянную угрозу для роста так называемых экологически зависимых болезней. Так, экологи­чески неблагополучные районы характеризуются широким распро­странением заболеваний органов дыхания, обусловленных накоплением в воздухе оксидов серы, азота, углеро­да, формальдегида, промышленной пыли (а в ней – соединений ТМ, ПАВ и других загряз­нителей). Их действие не только является раздражающим, но и обусловливает инактивацию факторов местного иммунитета, что способствует многим заболеваниям глаз, полости рта, глотки, нарушению функций легких, ферментов в тканях дыхательных органов. Это в свою очередь уси­ливает окисление липидов, образование свободных радикалов. На­рушаются и функции мембран клеток, в частности их рецепторных белков, происходит накопление различных эндогенных токсинов (перекисей, альдегидов, кетонов и продуктов их разложения), развиваются аутоаллергические состояния (аллер­гические бронхиты, бронхиальная астма, респираторные аллергозы). Типичное для жителей загрязненных районов состояние гипо­ксии (гемической – из-за повышенного содержания в воздухе угарного газа и оксидов азота или тканевой – из-за блокады звеньев дыхательной цепи и энергодефицита) приводит к миокардиодистрофии, заболеваниям нервной системы.

Более активное воздействие ксенобиотиков на организм обуслов­лено ростом их количества, разнообразия, комбинированным дейст­вием, создающим эффекты потенцирования, сенсибилизации, из­менения иммунного статуса, нарушений метаболических процес­сов, нейрогуморальной регуляции. На этом фоне повышенная чув­ствительность организма может развиться к веществам, как природ­ного происхождения, так и искусственно созданным. Повысилась возможность контакта с бактериальными аллергенами из-за разви­тия отраслей промышленности типа микробиологического синтеза, пока еще несовершенных биотехнологий. Непродуманное располо­жение промышленных предприятий в городах создает эффект сум­мирования многих токсикантов. Немаловажное значение имеет и совместное их действие с физическими факторами, такими как уль­трафиолетовое, инфракрасное, электромагнитное излучения, кото­рые обусловливают в малых дозах переорентирование метаболиче­ских процессов в сторону теплопродукции.

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 макр-, 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.

Микроэлементозы

В настоящее время введен термин микроэлементоз, объединяющий все патологические процессы, вызван­ные избытком, дефицитом или дисбалансом микроэлементов. В ос­нову их классификации положен принцип, согласно которому на первое место выдвигаются фактор этиологии (причины возникновения патологии) и характер его проявления. Это выражено в названиях микроэлементозов:

• если имеется в виду дефицит микроэлементов, то микроэлементоз трактуется как дефицитное состояние по названию элемен­та: купродефициты, цинкдефициты, хромдефициты, селендефициты и т.д.;
  
• если речь идет о микроэлементной токсикопатии (микроэлементном токсикозе), то и название микроэлементоза образуется для каждого микроэлемента соответственно с добавлением слова «токсикоз»: Al-токсикоз, Cd-токсикоз, Hg-токсикоз, Рb-токсикоз и т.д.
  

Некоторые промышленные регионы с особо интенсивным загрязнением окружающей среды могут стать зонами сильных техногенных микроэлементозов. Одна из таких зон – зона, подвергшаяся воздействию вредных выбросов в результате аварии в 1986 г. на Чернобыльской АЭС (так называемая «Чернобыльская зона»). Одной из особенностей микроэлементов является их способность накапливаться в организме. Поэтому перенасыщение ими воздуха, воды и почвы может привести к значительным концентрациям их в организме человека.

Дефицит многих микроэлементов связан не только с недостаточ­ным поступлением их в организм, но и с интенсивностью их всасы­вания, с неполноценностью транспорта и метаболизма, с нарушени­ем активности специфических лигандов (макромолекул, с помощью которых осуществляется транспортировки атома определённого металла, например, гемоглобин транспортирует атом Fe) и клеточных рецепторов, с деятельностью многих систем организма. С другой стороны, относи­тельный дефицит может возникать для одних элементов в резуль­тате дисбаланса с другими. Микроэлементные токсикозы – реаль­ное явление в современных экологических условиях, результат по­стоянного загрязнения сред жизни вследствие выбросов в атмосфе­ру солей и оксидов металлов, оксидов серы и азота.

Различают мономикроэлементозы – заболевания, обусловлен­ные избытком или недостатком одного микроэлемента, и полимикроэлементозы – заболевания, в этиологии которых существенную роль играют несколько микроэлементов или дисбаланс с нескольки­ми микроэлементами. К ним относятся такие массовые заболева­ния, как кариес зубов, широко распространенная группа мочека­менных болезней, гетерогенная по патогенезу группа эндемическо­го зоба, группа анемий сложной биохимической природы и др.

Выделяется также вторичный микроэлементов, который присоединяется к основному заболеванию на различных стадиях его течения или может иметь ятрогенное происхождение (быть следствием различных медицинских воздействии, например, хирургических операций на желудочно-кишечном тракте, когда повреждаются зо­ны всасывания микроэлементов, неконтролируемого лечения пре­паратами, содержащими металлы, может развиваться при тяжелых гельминтозах).

Патогенетические механизмы микроэлементозов обусловлены их собственной биологической ролью и состоянием организма.

• Дефицит эссенциальных микроэлементов непременно нарушает основные процессы жизнедеятельности организма. Недостаточность таких элементов затрагивает самые тонкие меха­низмы поддержания гомеостаза, саму основу существования живо­го. Недостаток или избыток таких микроэлемен­тов сопровождается целым каскадом метаболических нарушений. В условиях дефицита или микроэлементного токсикоза возникают достаточно характерные заболевания и синдромы.
  
• Для условно эссенциальных микроэлементов не установлены дефицитные состояния человека. Патологические механизмы микроэлементозов в этих случаях связаны в основном с избытком таких микроэлементов, с различными токсикозами как острого, так и хронического характе­ра.
  
• Для токсичных и условно-токсичных микроэле­ментов также не установлены дефицитные состояния у человека. Накопление их в организ­ме приводит к различным токсикозам с поражением разных органов и систем.
  

Ряд микроэлементов образует пары или триады, которые оказы­вают синергическое (действующее совместно) или антагонистическое действие на различные физиологические и патологические показатели: Си и Zn, Fe и Мn, Fe и Zn, Cd и Сu. Кроме того, установлены взаимодействия для Сu, Мо и SO₄² ; F, Са и РО₄^3-, т.е. проблема взаимодействия микроэле­ментов выходит за пределы только этой группы веществ и связыва­ется с активностью ряда макроэлементов.

Микроэлементный статус тесно связан с возникновением и прогрессированием злокачественных опухолей. При всех формах ра­ка в крови снижено количество Fe. Повышение частоты онколо­гических заболеваний связывается с дефицитом Mg, Se, Mo и, на­против, с повышенным уровнем As, Cd, Ni, Cu, Mn, V, Sr, сульфа­тов.

В разные периоды онтогенеза (индивидуального развития организма от оплодотворения) патогенетические механизмы микроэлементозов могут быть различными. С одной стороны, в период внутриутробного развития происходит физиологическое накопле­ние в организме плода многих микроэлементов, что обеспечивает интенсивность метаболических процессов, быстрый рост и разви­тие. С первых месяцев жизни наступает уменьшение этого резерва. Среди детей существуют группы риска, в которых довольно часто встречаются дефициты микроэлементов (дефицит массы тела и недоношен­ность; низкая концентрация микроэле­ментов в грудном молоке и др.). С другой стороны, избыток опреде­ленных микроэлементов может привести к различным эмбриотоксическим эффектам, вплоть до гибели плода.

Влияние микроэлементов на обменные процессы реализуется, прежде всего, через их воздействие на генетический аппарат клетки. Связываясь с нуклеотидами, ионы металлов вызывают существен­ные изменения в структуре нуклеиновых кислот. Поэтому дефицит, избы­ток и дисбаланс микроэлементов в организме человека может при­водить к различным генетическим нарушениям на уровне гамет в виде генных, хромосомных или геномных мута­ций. Нарушение обмена микроэлементов (как недостаток их, так и избыток) в организме беременной женщины может вызывать раз­личные пороки развития. Генетические нарушения обмена микро­элементов могут быть первичными, затрагивающими все обменные процессы в организме или нарушающими только отдельные этапы метаболизма определенных микроэлементов, и вторичными, вы­званными иными генетическими эффектами.