Экология человека Заведующий кафедрой биологии с генетикой доцент А.Г.Диунов ПОПУЛЯРНЫЙ ТЕРМИН Знал ли великий Эрнст Геккель, что объединив два греческий слова: οικος — дом, обиталище и λόγος — учение, создаст самый популярный биологический термин XXI века. экология — это наука, изучающая взаимоотношения между живыми организмами и средой их обитания. Словосочетания, содержащие понятия «экология» и «экологический», употребляются практически всеми. Экология – наука всех наук или? Методы экологии 1. Наблюдение - за природными экосистемами в естественных условиях изучают поведенческие и адаптивные реакции отдельных особей и целых популяций (динамика популяции, миграция животных и т.д.) Личное наблюдение: куда исчезли городские воробьи? Съели кошки? - за абиотическими компонентами биосферы: метеорологические и сейсмологические наблюдения, космический мониторинг 2. Экспериментальные исследования Целью эксперимента является определение влияния конкретного фактора на жизнедеятельность организмов. Факторы: - абиотические - биотические (вирусы, бактерии, простейшие, черви) - антропогенные Тему исследование придумать очень просто: Для доклада на СНО «Влияние качества пищевых комочков на половой состав популяции рыжих тараканов, приживающих в общежитии на ул. Гагарина» НАИБОЛЕЕ ЗНАЧИМЫЕ АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ: 1. Пестициды 2. Тяжелые металлы 3. Диоксид углерода 4. Диоксид серы и продукты ее окисления 5. Нефть и нефтепродукты 12. Радиоактивные отходы!!!!!! Научные направления экспериментальных исследований Экологическая паразитология Экологическая генетика Экологическая токсикология исследования проводятся на различных видах лабораторных животных - токсичность химических соединений (определение ПДК, ОБУВ) - биологические последствия (аллергены, тератогены, мутагены, канцерогены) - возможный фармакологический эффект - поведения ядов в окружающей среде (изменения концентрации вещества в цепи питания) ТЕРАТОГЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ гипоплазия конечностей Памятник англичанке Эллисон Лаппер, также ставшей жертвой талидомида (Лондон) Оперный певец Томас Квастхофф, его мать во время беременности принимала талидомид Артур Хейли. Сильнодействующее лекарство 3. Математическое моделирование Используется для анализа процессов, происходящих на больших территориях населенных разнообразными живыми организмами. Методы моделирования позволяют прогнозировать, в каких направлениях далее будет развивать экосистема, после воздействия на нее определенных экстремальных факторов (абиотических, биотических или антропогенных). - прогноз погоды, перспективы глобального потепления - возможные последствия ядерной катастрофы (всемирной ядерной войны) - гипотеза метеоритной гибели динозавров - экологические последствия «переброса» северных рек Экология человека - это комплексная дисциплина, изучающая общие закономерности взаимодействия биосферы и человечества, ее групп и индивидуумов Уровни экологической связи Внутриорганизменный Индивидуальный Групповой Глобальный Внутриорганизменный уровень Определяет взаимоотношения человека с различными паразитами Вопрос для отличников: Дайте объяснение данному факту. Слоновость – это образное название наблюдаемой патологии. Индивидуальный уровень Характеризует ответные реакции отдельного организма на различные факторы среды. Особенности этих реакций зависят от индивидуального генотипа организма. Общая фраза: Комбинации генов в генотипе определяют особенности ферментативных систем, транспортных белков, антигенов и рецепторов клеток (и огромное количество других специфических признаков организма), которые обусловливают индивидуальные особенности метаболизма химических веществ, реакций на биологические агенты, физические или химические факторы. Исследования ученых свидетельствуют: - о конституционально-генетической предрасположенности человека к некоторым заболеваниям - о специфике клинической картины в зависимости от типа индивидуальной конституции человека - о различиях в протекании адаптационного процесса при смене климатических зон у лиц с различными типами конституции Конституция (лат. constitutia - установление, организация) - это комплекс индивидуальных относительно устойчивых морфологических, физиологических и психических свойств организма, обусловленных наследственностью, а также длительными и интенсивными влияниями окружающей среды. Сходный по смыслу термин существует в генетике. Какой? Критерии классификации типов конституции 1. Гиппократ – по темпераменту выделял типы: сангвиник, флегматик, холерик и меланхолик. (преобладание в организме крови, слизи, желчи и гипотетической «черной желчи») 2. Павлов И.П. – по особенностям нервных процессов: - слабый - сильный неуравновешенный - сильный уравновешенный инертный - сильный уравновешенный подвижный • личность, характеризующаяся высокой психической активностью, энергичностью, работоспособностью, быстротой и живостью движений, разнообразием и богатством мимики, быстрым темпом речи. Стремится к частой смене впечатлений, легко и быстро отзывается на окружающие события, общителен. Эмоции у сангвиника преимущественно положительные, они быстро возникают и быстро сменяются. Он быстро приспосабливается к новым условиям (ru.Wikipedia.org) Бытовой и медицинских аспект принадлежности к определенному типу? Критерии классификации типов конституции 3. Казначеев В.П. (принцип – особенности нервно-мышечной работоспособности). - «спринтер» - способность индивида хорошо выдерживать воздействие кратковременных и сильных нагрузок, но неспособность противостоять длительно действующим слабым раздражителям; - «стайер» - способность сохранять высокий уровень устойчивости при длительном воздействии слабых раздражителей и крайняя неустойчивость перед сильными кратковременными раздражителями; - «микст» - способность сочетать в своих реакциях на внешние раздражители не всегда дополняющие друг друга черты реакций индивида, присущих первому и второму видам реагирования. Критерии классификации типов конституции 5. Классификация М.В.Черноруцкого типы конституции: астенический нормостенический гиперстенический Отнесение к тому или иному типу производится на основании величины индекса Пинье: длина тела - (масса + объем груди в покое) астеник - индекс больше 30 гиперстеник - меньше 10 нормостеник - находится в пределах от 10 до 30 Многообразия типов конституции Морфологические и функциональные признаки астеников Для астеников характерно преобладание продольных размеров над поперечными, конечностей над туловищем, грудной клетки над животом. Сердце и паренхиматозные органы у них относительно малых размеров, легкие удлинены, кишечник короткий, диафрагма расположена низко. У них понижено артериальное давление, ускорено капиллярное кровообращение, увеличена жизненная емкость легких, уменьшены секреция и моторика желудка, всасывательная способность кишечника, уменьшены гемоглобин крови, число эритроцитов. Отмечаются гипофункция надпочечников и половых желез, гиперфункция щитовидной железы и гипофиза. Основной обмен повышен, обмен белков, жиров и углеводов ускорен, преобладают процессы диссимиляции; снижено содержание в крови холестерина. Групповой уровень Характеризуется возникновением сходной реакции у группы людей (популяции) в результате воздействия определенного экологического фактора. Сходные реакции, проявляются в виде приспособлений (адаптаций), они сходны у представителей данной популяции. Возникновение адаптаций – важнейший результат эволюции человека как биологического вида. Адаптация – биологический процесс, в ходе которого организм приспосабливается к условиям окружающей среды, изменяя свое строение и функции органов. Адаптивный эффект достигается посредством изменения целого ряда характеристик: биохимических, физиологических, морфологических и поведенческих. Адаптации к условиям среды являются результатом: 1.Фенотипической реакции в ответ на действие фактора среды Это индивидуальные обратимые фенотипические изменения, не затрагивающие генотип. Обусловлены возможностью широкой нормой реакции – диапазон изменчивости конкретного признака в зависимости от условий среды. Биологический термин – модификационная изменчивость Обеспечение оптимальных условий для существования организмов реализуется за счет механизмов физиологического и структурного гомеостаза Нервная система Эндокринная система Изменение показателей обмена веществ Адаптации к условиям среды являются результатом: 2. Адаптации являются результатом эволюционного изменения генотипа В ходе естественного отбора происходит определение полезности вновь возникшего признака. Если признак (адаптация) способствует выживанию организма, или по крайней мере не снижает жизнеспособность, эти изменения передаются потомкам. Это исторически длительный процесс, затрагивающий многие поколения. В каких климатических условиях жили многочисленные предки этих милых дам? Указанные причины формирования адаптаций объясняют разницу в ответной реакции организма между «пришлым» и «местным» населением. «Местные» и «пришлые» Разница между пришлым и местным населением заключается в том, что даже после успешной акклиматизации организм мигрантов будет работать на износ и совершать "подвиг каждый день". Условия по-прежнему остаются для них чужими. Устанавливается временное (фенотипическое) приспособление - это баланс на грани возможностей организма, его нормы реакции. Местное (коренное) население адаптировано не только на фенотипическом, но и на генетическом уровне, а его норма реакции наилучшим образом соответствует данным условиям, которые для него наиболее обычны (комфортны). Адаптация организма человека к высокой температуре При высоких температурах (свыше 35ºС) организм освобождается от лишнего тепла преимущественно потоиспарением (до 5-8 л/сут). При этом из организма выделяются соли, водорастворимые витамины. Потеря воды ведет к повышению вязкости крови, нарушению функций ЖКТ. Местное охлаждение, особенно ног, способствует развитию простудных заболеваний, что связано с рефлекторным сужением сосудов слизистой оболочки носоглотки. 1.Фенотипические реакции - уменьшение вязкости крови (биохимические изменения) - повышение вентиляции легких, потоотделения, расширение сосудов кожи (физиологические изменения) 2. Популяционные генетические особенности - увеличения относительной поверхности тела или его частей (морфологические изменения) Адаптация организма человека к гипоксии Гипоксия (кислородная недостаточность) – состояние, возникающее при недостаточном снабжении тканей организма кислородом или нарушении его использования в процессе биологического окисления. Основные причины: - пониженное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе - нарушение транспорта кислорода к тканям организма - активная физическая работа - временное прекращение дыхания при нырянии на глубину Основная стратегия кратковременной адаптации к гипоксии Поддержание концентрации кислорода в крови - усиление частоты дыханий, увеличение частоты и силы сокращений сердца (увеличение минутного объема крови) - увеличение количества эритроцитов (из депо – селезенка, печень) - перераспределение кровотока (усиление мозгового и коронарного) Фенотипические реакции !!! Основные стратегии долговременной адаптации к гипоксии 1. Изменение системы транспорта крови - разрастание сосудистой сети (ангиогенез) в легких, сердце, головном мозге - увеличение количества эритроцитов в крови за счет усиление эритропоэза (помимо типичного гемоглобина взрослых HbA появляется эмбриональный HbF, обладающий большим сродством к кислороду) 2. Изменение механизмов утилизации кислорода - увеличение количества митохондрий в клетках - усиление синтеза ферментов окислительного фосфорилирования - синтез гликолитических ферментов (анаэробное окисление глюкозы) - в миокарде и скелетных мышцах повышается концентрация миоглобина – белка, способного переносить кислород в зоне более низкого парциального давления, чем гемоглобин Итог: у коренных горцев на высоте 4300 м потребление кислорода миокардом на 30% меньше, чем у обитателей равнин на уровне моря при той же работе сердца. Результат эволюционного изменения генотипа !!! Адаптивные типы человека В ходе естественного отбора человеческие популяции приобретали свойства, делающие их более приспособленными к тем или иным географическим и климатическим условиям жизни. Адаптивный тип человека – норма биологической реакции на комплекс условий окружающей среды. В понятие адаптивного типа входит определенное сочетание черт строения тела и типа обмена веществ, которое обеспечивает состояние равновесия популяции в определенной климатической зоне. Адаптивные типы человека – форма экологической изменчивости - арктический - континентальный - тропический - аридный (тропические пустыни) - высокогорный - умеренной зоны Критерии выделения адаптивного типа 1.Морфологические критерии - длина тела - вес тела - отношение веса тела к длине (индекс Рорера) - длина конечностей в процентах к длине тела - ширина плеч и таза в процентах к длине тела 2. Физиологические критерии - основной обмен и терморегуляция - липиды и белки сыворотки крови - минеральный состав костей Тропический тип Фактор среды: - повышенная температура Адаптации: - вытянутая форма тела - долихоморфия - большая поверхность тела - снижение синтеза эндогенных жиров - увеличено количество потовых желез кожи и интенсивность потоотделения. Племя Динко Высокогорный тип Факторы среды: гипоксия низкие температуры массивный скелет (эритропоэз), высокое содержание гемоглобина цилиндрическая форма грудной клетки (увеличение ЖЭЛ) Увеличение числа капилляров кожи
