Экология человека ПОВРЕЖДАЮЩИЕ ФАКТОРЫ АНТРОПОГЕННОЙ СРЕДЫ, ОКАЗЫВАЮЩИЕ ВЛИЯНИЕ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

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 РО43-, 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.