Исследование прикладной экологии

Вытесняют радиоизотопы подобными им, которые естественно присутствуют в организме. Например, для изотопа йода-131 используют стабильный аналог в виде йодной настойки или таблеток иодистого калия. Стабильный йод насыщает щитовидную железу и блокирует накопление ею радионуклидов. Когда произошла авария на Чернобыльской АЭС, все “просвещённые” народы от Великобритании до Японии принимали стабильный йод для блокировки щитовидной железы, а население нашей страны нет. Внутреннее облучение на ранней фазе после аварии определялось в основном изотопом йод-131.

Соли некоторых органических кислот образуют с катионами растворимые комплексы, которые легко проходят через почки. Эти комплексообразующие вещества могут химически связывать радионуклиды, находящиеся в крови, и ускорять их выделение с мочой (например, соли этилендиаминтетрауксусной кислоты).

* Применение радиопротекторов, таких как цистеин, цистеамин (химический метод).

Действие радиопротекторов заключается в акцептировании продуктов радиолиза воды и связывании радикалов. Радиопротекторы вводят перед предполагаемым облучением (например, перед лучевой терапией). Механизм их действия биофизически сложен, но разрушительный эффект облучения в их присутствии снижается. Они как бы уменьшают дозу. Радиопротекторы не влияют на ранее полученную дозу и небезвредны, поэтому неприменимы при хроническом облучении.

Выявлено 36 видов растений, обладающих радиационно-защитными свойствами, такими же как у химических радиопротекторов. Эти вещества (гидролизаты смеси трав) действуют более длительное время и менее токсичны, чем синтетические препараты.

* Поддержка защитных и восстановительных сил организма.

Необходимо усиленное питание, повышенная витаминизация (особенно витамины В12 и С), употребление экстрактов элеутерококка и женьшеня. Пектины, содержащиеся во фруктах и ягодах, особенно в чёрной смородине, почти не метаболизируются в желудочно-кишечном тракте, связывают и выводят радионуклиды.

3. ЭКОЛОГИЯ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

Определение здоровья человека. Проблема качества жизни. Влияние химических, физических и биологических факторов на организм человека. Элементы токсикологии. Отдаленные последствия действия химических факторов. Канцерогенез.

Состояние здоровья населения всё чаще связывают с качеством окружающей человека среды. Приведём некоторые факты о состоянии здоровья населения России. Так, за последние 10 лет коэффициент рождаемости снизился на 38,1 %, а на 68 территориях России выявился отрицательный прирост населения. На начало 2000 года средняя продолжительность жизни мужчин составляла 60,5 лет, женщин - 72,7 года, что является одним из самых низких показателей среди развитых стран. 85 % городского населения проживает в условиях высокого уровня шума, сильного загрязнения атмосферного воздуха, плохого качества питьевой воды и т.д. В результате в нашей стране здоровы только 23 % детей до 7 лет и 14 % в 17-летнем возрасте. Увеличивается число заболеваний сахарным диабетом, туберкулёзом, число онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний. Возрастает груз наследственной патологии человечества в целом. Из расчёта на тысячу населения: генные болезни - 10 случаев, хромосомные - 5, наследственные предрасположения к заболеваниям - 10, врождённые пороки развития - 20, болезни с наследственной предрасположенностью у взрослых - 150 [17].

В материалах Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) указывается, что в совокупном влиянии на здоровье населения отводится [20], %:

образ жизни ……………………………….50-52

среда обитания ……………………………. 18-20

наследственность (генетические факторы) …. 20-22

качество медико-санитарной помощи ……….. 7-12

Существует много моделей и определений здоровья, но нет одной общепринятой. ВОЗ дает следующее определение здоровья: полное физическое, психическое, социальное и нравственное благополучие, а не только отсутствие болезней или физических дефектов [19].

Говоря о качестве жизни современного человека, мы будем иметь в виду состояние окружающей среды в широком смысле этого слова, понимая под ним среду обитания и производственной деятельности человека, а также абиотические, биотические и социально-экономические факторы. По мнению некоторых учёных, в настоящее время 95 % всех патологий прямо или косвенно связано с окружающей средой, которая является либо причиной возникновения заболеваний, либо способствует их развитию.

На здоровье человека могут оказывать прямое или косвенное (опосредованное) влияние десятки (если не сотни) тысяч факторов. Экологические аспекты патологий (связанные с качеством жизни) многообразны. Их можно подразделять на природные и на последствия неправильного поведения самих людей.

Существенный вклад в заболеваемость вносят и, вероятно, будут вносить загрязнение окружающей среды (деформация окружающей среды) и социальные факторы. Их влияние на здоровье человека мы будем рассматривать более подробно. Не будем рассматривать природные факторы и природные катастрофы, за исключением естественной радиоактивности, влияющей сегодня на качество жизни весьма заметно.

Влияние физических факторов на здоровье человека

Электромагнитные воздействия

Помимо техногенных источников загрязнения окружающей среды различными видами излучений, существуют и естественные электромагнитные поля. Вся биота существует под воздействием магнитного поля Земли. За миллионы лет эволюции все живые организмы приспособились к его воздействию. На изменение геомагнитной активности в первую очередь реагирует центральная нервная и сердечно-сосудистая системы. Во время “магнитных бурь” увеличивается смертность от сердечно-сосудистых заболеваний, возрастает число ДТП и других аварий. Электромагнитное поле Земли является важным условием существования всего живого: если снизить его влияние, то может произойти существенное изменение процессов жизнедеятельности.

Уровень электромагнитных излучений, создаваемых антропогенными источниками, в некоторых случаях бывает на несколько порядков выше уровня естественного электромагнитного фона и оказывает губительное действие на человека, растения и животных.

Основные техногенные источники электромагнитных излучений - воздушные линии электропередач (ЛЭП) высокого напряжения, радио- и телевизионные передающие станции, радиолокационные и навигационные средства. Такие источники создают неионизирующее излучение: микро- и радиоволны, излучение от электростанций. Неионизирующее излучение может усиливать тепловое движение молекул в живой ткани. Это приводит к повышению температуры и может вызвать ожоги, катаракту, разрушение сложных биологических структур, что характеризует вещество живой клетки. В зависимости от дозы наблюдается прямое тепловое повреждение тканей, развитие катаракты, врождённые аномалии у потомков. При малых дозах отмечались изменения в иммунной системе. Имеющиеся данные говорят о том, что длительное воздействие слабых электромагнитных полей заметно скажется лишь в 4 - 10-м поколении.

Радиотелевизионные передающие центры, излучающие в окружающую среду волны особо высокочастотных диапазонов, создают зоны с повышенным уровнем электромагнитных полей с радиусом 100-150 м. Установлено также влияние на организм человека электромагнитных излучений от бытовых приборов (телевизоры, дисплеи, микроволновые печи и др.) [2] .

Самым мощным источником электромагнитного поля в квартире является микроволновая печь. На практике почти все новые современные микроволновые печи выдерживают требования санитарных норм. Однако со временем защита печи может снижаться из-за появления микрощелей в уплотнении дверцы. Срок гарантийной стойкости защиты от утечек электромагнитного излучения при нормальной эксплуатации составляет 5-6 лет. Особую опасность представляет микроволновая печь для работников кафе. Работающий попадает в ситуацию хронического облучения магнитным полем промышленной частоты.

Основными источниками электромагнитного излучения дисплеев является электронно-лучевая трубка, импульсный источник питания, видеоусилитель. В настоящее время по данным Центра по электромагнитной безопасности, среди компьютеров, которые находятся в эксплуатации в различных организациях, только 10-15 % удовлетворяют требованиям стандарта. Существует мнение, что персональные компьютеры с жидкокристаллическими экранами более безопасны для человека. У таких экранов действительно отсутствует электростатическое поле и рентгеновское излучение. Однако электромагнитное поле генерирует не только электронно-лучевая трубка, а также преобразователь напряжения питания, схемы управления и формирования информации на дискретных ЖК-экранах и другие элементы аппаратуры. В режиме электропитания от сети портативный компьютер создаёт электромагнитное поле по интенсивности схожее с полем персонального компьютера с дисплеями на электронно-лучевой трубке. При работе от встроенного аккумулятора излучения меньше, но они существуют. Нельзя работать на портативном компьютере, держа его на коленях. Известно, что у работающих за компьютером до 6 часов в сутки заболевания органов зрения, поражения центральной нервной системы и сердечно-сосудистой системы происходит в 5 раз чаще.

Частое использование радиотелефона увеличивает опасность заболеть раком крови на 20-40 %. Радиоволны вызывают повышение температуры клеток головного мозга, находящихся в непосредственной близости от источника излучения. Увеличение температуры даже на полградуса может привести к нарушениям зрения. Исследования показали, что 15 мин облучения кролика радиоволнами оставляло необратимый след в клетках головного мозга. Только 30 % излучения радиотелефона служит для установления связи, в 70 % поглощается телом абонента [20].

Антенна сотового телефона является самым большим источником электромагнитной энергии. В 2005 г. в Британии было установлено, что наушники к сотовому телефону действуют как своеобразная антенна, уровень создаваемого электромагнитного поля в таком случае в 3 раза выше, чем от обычного телефона [20].

Биологически значимо воздействие от высоковольтных линий электропередач. Непосредственно под линией создаётся мощное электромагнитное поле. Воздействие его на человека: электрический шок, биологические эффекты, вызываемые электромагнитными полями, влияние коронного разряда. Электрический шок может вызываться у людей, передвигающихся под ЛЭП. На расстоянии нескольких метров вокруг линии может происходить пробой между линией и проводящим объектом, открывающим путь для тока. Биологическое действие электрического поля: вызывает сердечные аритмии, чувство усталости, создаёт ощущение покалывания, возбуждение нервных клеток. Коронные разряды происходят при плохой погоде - это пробои воздуха, непосредственно окружающего линию электропередачи. Заметны они по производимому шуму - потрескиванию и шипению. Коронные разряды могут создавать помехи для радио- и телевизионных сигналов, возможно образование озона, оксидов азота [21].

Несмотря на все перечисленные воздействия, в непосредственной близости высоковольтных ЛЭП или даже прямо под ними размещается большое количество садово-огородных участков.

Акустические воздействия: шум и инфразвук

Шум с физической точки зрения представляет собой неупорядоченное сочетание звуков различной частоты и интенсивности. Сегодня шум является одним из важных факторов загрязнения окружающей среды, он не менее вреден, чем загрязнение воздуха или воды.

На шум жаловались ещё жители Древнего Рима. Юлий Цезарь в 50 году до н.э. вынужден был запретить движение любых экипажей по городу. Королева Англии Елизавета I (1533-1603), заботясь о ночном покое своих подданных, запретила любые схватки и громкие семейные ссоры после 22 часов. В Древнем Китае существовала звуковая казнь за богохульство.

Интенсивность акустических колебаний звука измеряется по логарифмической шкале в децибелах (дБА) и отражает величину давления, которое оказывает звуковые волны на барабанную перепонку человеческого уха.

Вредным для здоровья человека считается уровень шума больше 80-100 дБА (децибел). Шум является для человека физическим наркотиком, физико-химическая адаптация человека к шуму невозможна. Причём менее устойчивы к шуму женщины [22]. Уровни шума от различных источников приведены в табл. 5.

Таблица 5 Уровни шума, создаваемые различными источниками

Источник акустического воздействия	Уровень звука, дБА
Громкий разговор	60
Телевизор	70
Шум внутри жилого дома, расположенного на магистрали Санитарные нормы (там же) днём ночью	62-77 40 30
Автомагистраль крупных городов: средние уровни шума максимальные	73-83 90-95
Выступление оркестра современной музыки	110-120
Реактивный двигатель (при взлёте с расстояния 25 м)	140-150
Шум на дискотеке	175

Реакция организма на акустические воздействия разной интенсивности [21]:

* мешающее действие. Оно зависит от индивидуального восприятия и от конкретной ситуации. Согласно многим исследованиям верхний предел привыкания составляет 40-45 дБА днем и 35 дБА ночью. Шум как помеха воспринимается с уровнем уже 25 дБА;

* активация (возбуждение центральной и вегетативной нервной системы, нарушение сна, нарушение умения расслабляться). Повышается давление крови, частота дыхания и пульса, усиление мышечной активности, усиленное выделение гормонов. Эти реакции осуществляются независимо от сознания через системы головного мозга. Порог этих реакций различен: кровоток изменяется при 70-75 дБА, нарушение сна происходит при 40-50 дБА (от 10 до 50 % испытуемых), люди просыпаются при 70 дБА;

* влияние на работоспособность. Ухудшается выполнение умственных и двигательных действий примерно при 65 дБА. Постоянное воздействие шума силой в 85 дБА в течение 8 часов вызывает глухоту, поэтому вредно подолгу слушать громкую музыку;

* “шумовое опьянение” (агрессивное состояние) наступает при силе звука около 110 дБА. Происходит разрушение тканей тела, обострение хронических заболеваний, снижение продолжительности жизни (вспомните про китайскую казнь).

Высокий уровень шума в городах является причиной нервных, сердечно-сосудистых заболеваний, язвенной болезни желудка, болезни щитовидной железы, потери и снижения слуха, сокращения продолжительности жизни на 8-12 лет.

Инфразвук - это область неслышимых акустических колебаний с частотами менее 16 Гц. В воздухе инфразвук поглощается мало и благодаря большой длине волны распространяется на большие расстояния до 800 м. Техногенные источники инфразвука: тихоходные крупногабаритные машины, ракетные двигатели, двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины, компрессоры. Инфразвук вредно воздействует на психическое состояние человека, вызывает головные боли, снижение внимания, работоспособности, нарушение функции вестибулярного аппарата. По санитарным нормам уровень инфразвука в жилой зоне не должен превышать 90 дБ [2, 23].

Влияние биологических факторов на здоровье человека

Мир населяет около 100 000 видов бактерий, вирусов, грибов и простейших, из которых 3 000 патогенных. В организме человека присутствуют около 500 видов микроорганизмов. Микробами заселены все поверхности организма, соприкасающиеся с внешней средой: кожа, слизистые верхних дыхательных путей, желудочно-кишечного и урогенитального тракта. Каждый вид микробов занимает свою экологическую нишу в организме, удовлетворяющую его биологические потребности. В процессе эволюции сложилось равновесие как между отдельными видами микроорганизмов, так и с организмом хозяина, в основе которого лежит гомеостаз. Микрофлора организма способствует поддержанию определённого тонуса иммунной системы, участвует в синтезе необходимых для организма биологически активных веществ (витаминов, гормонов и т.д.), в обмене веществ, поддержании мышечного тонуса кишечника, препятствуют распространению гнилостных бактерий, токсических веществ [17]. Однако превышение при неблагоприятных условиях (изменение температуры окружающей среды, снижение иммунитета и прочее) количеств этих микроорганизмов над нормой изменяет соотношение микроорганизмов, приводя к дисбактериозу. При этом условно-патогенные организмы (такие как дрожжеподобные грибки-кандиды и некоторые вирусы) вызывают заболевания - кандидозы и ОРВИ соответственно.

Чрезвычайно опасны загрязнения патогенными микроорганизмами. Такие эпидемии, как холера, чума, оспа, вызываются бактериями, грипп и СПИД - вирусами. Недостаточно очищенные и обезвреженные бытовые сточные воды содержат большой комплекс патогенных микроорганизмов, вызывающих кожные, кишечные и глистные заболевания.

В отдельную группу нужно отнести лекарственные загрязнения. Многие антибиотики поражают биоценоз кишечника, вызывая дисбактериоз.

К особому виду загрязнений организма нужно отнести белок микробного происхождения, выращенный на различном сыре. В качестве микроба-продуцента используются условно-патогенные грибы кандида альбиканс, а среда культивирования - нормальные парафины нефти. Организм человека может подвергаться загрязнению нетрадиционными для него жирными кислотами, аминокислотами, остаточными количествами среды культивирования, а также микробами-продуцентами, что может привести к различным заболеваниям, в том числе и к кандидозам [24].

В последнее время широко обсуждается вопрос, связанный с загрязнением внутренней среды человека чужеродным генетическим материалом. Он попадает в организм при употреблении продуктов, полученных с применением технологий генной инженерии.

Казалось бы генная инженерия открывает новые пути для процветания человечества. Однако продукты генной инженерии абсолютно новые, не существующие в природе, поэтому они таят возможную скрытую опасность для природы и человека. Возможности клонирования генов безграничны, созданные генетические структуры могут обладать непредвиденными свойствами и быть опасными для здоровья человека и сложившегося экологического равновесия.

Могут быть созданы штаммы бактерий и вирусов, которые невозможно диагностировать, которые не поддаются действию современных лекарственных препаратов, легко приживаются в окружающей среде, организме животных и человека, вызывая неизвестные болезни.

Сегодня научились “вырезать” гены из одних организмов и “вставлять” их в другие. Одно дело обменивать важнейшие для нас гены между сортами одного вида или даже между родственными видами растений. Получаемые таким способом сорта растений заведомо безопасны. Сейчас же пересаживают растениям гены почвенных микроорганизмов. Такие гены легче выделить и именно они обеспечивают растениям необыкновенную устойчивость к вредителям. Произрастая на открытых пространствах, генетически изменённые культуры могут свободно переопыляться. Контролировать этот процесс нереально, но можно предугадать, к чему он приведёт. Генетически модифицированные растения, переопыляясь с соседними растениями и передавая им невероятную устойчивость к вредителям и болезням, могут представлять угрозу для экологического разнообразия Земли, вытесняя обычные культурные и дикорастущие растения. Опасения вызывает и употребление продуктов, полученных из “трансгенов”. Информация о строении белка растения, животного или человека закодирована последовательностью нуклеотидов в ДНК. Каждый ген определяет сборку особого белка: у растений - одного, у микроорганизмов, живущих в почве, - совсем другого. Поэтому при использовании генов почвенных микроорганизмов образуются белки, отличные от растительных и животных. На сегодняшний день наука не обеспечивает надёжной экспертизы, позволяющей проанализировать отдалённые последствия влияния белков, образующихся в растениях под воздействием почвенных микроорганизмов.

Отношение к продуктам генной инженерии далеко неоднозначно. Европа отказывается есть “генетические” картошку и сою. Америка, Австралия и Япония широко их используют. Проведя двухлетние токсикологические и генетические исследования, Минздрав России в 2002 году разрешил некоторые генетически модифицированные продукты к применению в пищевой промышленности: сою, картофель, кукурузу, томаты, сахарную свёклу, кабачки, дыню и др. Однако вопрос о применении генетически модифицированных продуктов ещё долгое время будет оставаться спорным до тех пор, пока не будут накоплены убедительные и достоверные данные (а на это уйдут десятилетия) либо об их полной безопасности, либо о вреде для организма человека и существования биосферы. Поэтому целесообразнее относится к генетически модифицированным продуктам настороженно.

Влияние химических факторов на здоровье человека

Наибольшее число загрязнителей среды обитания имеют химическую природу. По данным ВОЗ, человек контактирует с 60 тысячами химических веществ, количество которых ежегодно пополняется 200-1 000 новыми. Химические загрязнители могут вызывать острые отравления и хронические болезни (токсикологическое действие), а также оказывать канцерогенное и мутагенное действие на организм. Значение этих терминов будет раскрыто в последующих разделах пособия.

Общей чертой воздействия химических факторов на организм человека является снижение иммунитета, поэтому длительное контактирование с химическими загрязнителями сопровождается снижением устойчивости организма к инфекционным заболеваниям, ростом аллергических заболеваний, увеличивается число часто болеющих детей. Химические вещества способны образовывать комплексные соединения с белками, азотом, серосодержащими фрагментами аминокислот, а также с витаминами и гормонами, блокируя их действие.

Вся биота, микроорганизмы, растения, животные и люди в той или иной степени отравлены промышленными ядами. Установлено, например, что скелет современного американца содержит свинца в 1000 раз больше, чем кости аборигенов в середине первого тысячелетия. В молоке женщин многих стран обнаружены следы пестицида ДДТ. Пестициды - это соединения, используемые для защиты растений от вредителей и болезней. Волосы, ногти и молочные зубы детей в промышленных районах Земли содержат свинец, кадмий, а иногда и следы радионуклида 90Sr. В большинстве случаев это так называемое “досимптомное” отравление. Однако всё чаще возникают ситуации, когда обнаруживаются более или менее ясные симптомы специфических патологий, обусловленных хроническим действием малых концентраций техногенных поллютантов, что тесно связано с постепенным накоплением вредных веществ в организме.

По опасности для здоровья первое и второе места занимают пестициды и тяжёлые металлы. Тяжёлые металлы [2, 25-26] получили своё название благодаря высоким значениям атомной массы. В небольших количествах они необходимы для жизнедеятельности человека: медь, цинк, марганец, железо, кобальт, молибден и др. Существует около 20 металлов, которые не нужны для функционирования организма. Наиболее опасные из них: ртуть, свинец, кадмий, мышьяк. Увеличение их содержания выше нормы вызывает токсический эффект.Таблица 6

Воздействие тяжёлых металлов на организм человека

Тяжёлый металл	Смертельная доза, г	Основные реакции организма на повышенное содержание	Вызываемоезаболевание
Свинец	20-50	Поражает систему кроветворения, нервную систему, печень, почки. Вызывает слабость, малокровие, кишечные колики, нервные и неврологические расстройства, нарушение психомоторики	“Сатурнизм”
Ртуть	0,5 г	Накапливается в печени и почках, приводя к нарушению обмена веществ и выделительной функции, нарушению органов чувств и поведения	Болезнь Минамата
Мышьяк	0,06-0,2	Хроническое действие малых доз соединений мышьяка способствует возникновению рака лёгких и кожи. Признаки острого отравления: металлический вкус во рту, рвота, сильные боли в животе, развитие сердечно-сосудистой и почечной недостаточности, судороги.	-
Кадмий	0,03-0,04	Вытесняет кальций и замещает цинк в составе биомолекул, накапливается в почках и печени. Вызывает сочетание острого нефрита и размягчения и деформации костей. У детей - нейропатии, энцефалопатии и нарушения речи.	Болезнь “итай-итай”

Необходимо помнить, что любое токсическое вещество при определенных условиях или в больших концентрациях может стать канцерогенным (способным вызывать образование злокачественных опухолей).

Канцерогенез. Отдалённые последствия действия факторов окружающей среды

Рассмотрим подробнее факторы и загрязнители окружающей среды, которые способствуют возникновению рака или прямо вызывают его. Из табл. 7 видно, что 60-90 % раковых заболеваний у человека обусловлено факторами окружающей среды (воздух, вода, промышленные товары, питание, табак и т.д.).

Таблица 7 Примерная доля раковых заболеваний, обусловленных различными причинами [21]

Причина	Процентное соотношение, %	Возможные пределы, %
Курение	30	25-40
Пища (без химических добавок)	35	10-70
Неблагоприятные условия работы	5	2-8
Спиртные напитки	3	2-4
Излучения в окружающей среде (ультрафиолет, природные рентгеновские и космические лучи)	3*	1-4
Общее загрязнение воздуха и воды	2	1-5
Медицинское обслуживание (лекарства, рентген)	1	0,5-3
Пищевые добавки	1	2…-5**
Потребительские товары (стройматериалы, некоторые красители для волос)	1	1-2
Причины, не связанные с окружающей средой (инфекции, беременность, роды, половое развитие)	17	2

* Из раковых заболеваний кожи включены только меланомы.

** Некоторые пищевые добавки могут препятствовать развитию рака (обладать защитным действием.

Все канцерогенные факторы окружающей среды можно разделить на две группы:

1) воздействия, малозависящие от отдельного человека (химикаты и излучения на рабочем месте);

2) зависящие от человека (канцерогены табачного дыма, пищи, лекарства и т.п.).

Обычно проходит много времени между воздействием канцерогена и появлением признаков рака (латентный период). Латентный период может длиться от 2 до 40 лет. Поэтому канцерогенные вещества надо выявлять заранее. Испытания на канцерогенность проводятся на животных, чтобы статистически они считались достоверными, необходимо большое количество животных (до 30 000 на 1 эксперимент).

С канцерогенными веществами люди сталкиваются, работая во вредных условиях или проживая на загрязненных территориях, не имея возможности контролировать их воздействие на себя (например, асбест, радиация и т.д.). Существует большой перечень канцерогенных веществ, применяемых в разных отраслях промышленности. Мы рассмотрим только канцерогенные вещества, которые человек получает добровольно.

Пища и пищевые добавки

До 40 % смертей от рака связано с питанием. Пищевые добавки широко используются для окрашивания и предохранения от порчи пищевых продуктов. Добавляют более 2 000 самых разнообразных веществ. Химикаты, уничтожающие плесень и сохраняющие пищу мягкой, позволяют перевозить хлебопекарные изделия и конфеты через всю страну, сохраняя их вкус и свежесть. Антиоксиданты предотвращают прогоркание жиров, позволяют производить полуфабрикаты. Американцы, например, потребляют около 68 кг пищевых добавок в год на душу населения, большую часть из которых составляют соль, сахар и его заменители.

Безопасность добавок контролируется законом. Существует перечень химикатов, считающихся безопасными, которые, по мнению токсикологов, никогда не вызывали каких-либо вредных последствий применения. Фальсифицированные пищевые продукты могут содержать вредные вещества и дешёвые наполнители. Обсудим некоторые пищевые добавки [21]:

1. Сладкие синтетические вещества.

Первым заменителем сахара был сахарин, который способствовал снижению веса. В результате исследований, проводившихся в 1979 году, пришли к выводу, что сахарин - “умеренный канцероген”. В США был введён мораторий на его использование, а в Канаде его запретили использовать в пищевых продуктах ещё в 1977 году. Однако люди не хотят отказываться от применения сахарина, и он доступен потребителям до сих пор.

В 1981 году одобрили новое синтетическое сладкое вещество - аспартам, состоящее из двух аминокислот, присутствующих в организме человека. Допустимый уровень потребления аспартама 50 мг в день, однако многие потребители превышают этот лимит. Вопрос по поводу его безопасности остаётся открытым.

2. Синтетические красители в продуктах питания.

Пищевые красители имеют неприятную историю. Раньше красители вводились для маскировки испорченных и фальсифицированных продуктов и могли быть ядовитыми: иногда для окрашивания сыра применяли свинцовый сурик и сульфид ртути, а для конфет - свинцовый сурик и свинцовые белила. Сейчас красители делят на 2 группы: неутвержденные красители (натуральные продукты, обычно вытяжки из растений) и утверждённые красители, получившие сертификат качества (они синтезированы или экстрагированы из нерастительных материалов, подобных каменноугольной смоле, утверждены и проверены на чистоту).

Наибольшее количество красителей используется при производстве напитков. За последние годы из 200 красителей исключили 63 как небезопасные; 10 ещё ожидают окончательного решения, однако оно затягивается под давлением промышленности. Запрет на 6 красителей обсуждается уже 25 лет.

В конечном итоге, решили пищевые добавки не запрещать, а ввести на продуктах питания предупреждающие этикетки с индексами, по которым можно определить, какое воздействие оказывает то или иное вещество на ваш организм. А выбор человек делает сам: употреблять его или не употреблять.

3. Нитриты.

Нитраты (NO3-) и нитриты (NO2-) являются консервантами для продуктов питания, оказывая троякое действие (NaNO3+ NaNO2):

* предотвращают рост бактерий, вызывающих пищевые отравления, например, ботулизм;

* придают мясу розовую окраску;

* придают ему особый “консервный” вкус.

Первоначально в мясо добавляли только КNO3. Позже было установлено, что бактерии превращают часть нитрата в нитрит. Фактически именно нитрит предотвращает рост бактерий и придает мясу розовую окраску.

Нитриты совсем не безвредные соединения. Мы уже говорили, что они связывают гемоглобин крови и он не может переносить кислород. При малых дозах возникает головокружение и одышка. По этой причине законом установлены пределы для количества нитритов, добавляемых к рыбе и мясу при консервировании. Однако случаи отравления сосисками и колбасой, содержащими больше нитритов, чем допускается по закону, имели место. 40 % всех нитритов мы получаем с колбасой, нитраты - в основном с овощами. Больше всего нитратов в шпинате, свекле, баклажанах, редисе, салате и другой зелени.

Помимо связывания гемоглобина нитриты могут взаимодействовать с некоторыми аминами, присутствующими в пище, образовывая нитрозамины. 75 % испытанных нитрозаминов оказались канцерогенами. Они вызывали рак у всех видов исследованных животных.

4. Добавление витаминов и минеральных веществ.

Ряд пищевых продуктов содержит добавки витаминов и минеральных веществ, чтобы заменить ценные вещества, теряемые при переработке или в целях улучшения питания, например каши для завтраков, соки. Опасен избыток витаминов, так как витамины А и Д могут накапливаться до токсичных уровней. Поэтому разумнее всего избегать пищевых продуктов, обогащённых витаминами, или употреблять их в малом количестве, а витамины получать из традиционных источников.

5. Примеси, не вводимые преднамеренно.

К ним относятся естественные токсины, остатки пестицидов после обработки продовольственных культур, остатки медикаментов для животных, вещества, внесённые случайно в результате какого-либо происшествия.

Многие растения, в том числе съедобные для людей грибы, могут синтезировать токсичные вещества, видимо, для защиты от насекомых и животных. Многие из этих веществ обладают канцерогенными свойствами. Так, сильные канцерогены синтезируются плесневыми грибами, токсичные продукты образуются при хранении. Они обнаружены в рисе, арахисе, кукурузе, пшенице и других пищевых продуктах в Азии, Африке и Америке. Столь же опасным является обжаривание мяса на углях, при котором образуется два типа канцерогенных веществ.

Важной проблемой является контроль содержания пестицидов в пищевых продуктах. Пестициды очень устойчивые соединения, разрушаются крайне медленно. Особенности химической структуры обусловливают их устойчивость к воздействию физико-химических факторов окружающей среды и биодеструкции. Эти вещества не могут быть “переварены” или выведены из организма, поэтому они склонны к накоплению по ходу пищевой цепи. Ни один из этих химикатов не обладает абсолютной избирательностью и представляет угрозу для всего живого.

Много веществ добавляется в корм животным, чтобы они не болели и быстрее росли. Использование таких добавок выгодно фермерам, обещает более высокую прибыль. Гормональные препараты, используемые как стимуляторы роста скота, попадая в мясо, могут вызывать рак у людей. Животным систематически дают антибиотики, что может приводить к выведению устойчивых штаммов бактерий. Такие бактерии могут вызывать болезни у человека, как например, сальмонеллёз, устойчивый к действию антибиотиков [21].

Иногда в корм для животных случайно, по небрежности, попадают химикаты. Общеизвестен случай, когда летом 1973 году с партией кормовой добавки для скота было случайно смешано 10-20 мешков замедлителя горения. И то и другое вещество выпускалось Мичиганской химической компанией. Была перепутана тара, и в комбикорм попало высокотоксичное вещество. Яд через пищевую цепь попал в организм 9 млн человек, вызвав острое отравление. Часть мяса была переработана даже на детское питание. Погибло или было забито 30 тыс. голов крупного рогатого скота, 6 тыс. свиней, 1,5 тыс. овец и 1,5 млн кур [25].

Если сделать вывод о том, как нужно питаться, чтобы сохранить здоровье, то он окажется совершенно не нов: уменьшить количество жиров, чаще употреблять овощи и фрукты, свести к минимуму потребление консервированных продуктов, солений и копченостей. При этом нужно учесть следующие советы. Растительные продукты сейчас так загрязнены, что специалисты рекомендуют мыть овощи и фрукты не просто водой, а с мылом, или срезать кожуру. Потреблять те части растения, в которых меньше накапливается вредных веществ. Например, у моркови и свеклы нужно срезать на несколько сантиметров нижний конец, у огурца - кожуру, у капусты - верхние листья и кочерыжку. Грибы сильнее аккумулируют вредные вещества, чем растения, поэтому собирать их можно только в лесах, расположенных вдали от промышленных центров и дорог. Если вы любите мясную пищу, то старайтесь не употреблять мясо старых животных, особенно жир и костные бульоны, потому что в них концентрируется особенно много вредных веществ.

Оберегая своё здоровье, следует избегать и другой крайности - радиофобии и хемофобии, т.е. боязни всего, что имеет отношение к радиации, отравлению нитратами, пестицидами и другими вредными веществами. Эта боязнь угнетает психику и нервную систему, в связи с чем могут возникнуть любые другие болезни. Единственный надёжный способ преодоления этой боязни - получение точной информации о качестве продуктов.

4. ИЗМЕНЕНИЕ ГЕНОФОНДА И СОЦИАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ ЗДОРОВЬЯ

Влияние качества окружающей среды на генофонд человечества. Проблема мутагенеза. Генетический груз. Социальные болезни как следствие социальных явлений. Теория стресса Ганса Селье. Роль воспитательных, образовательных, политических и технологических мероприятий в улучшении качества окружающей среды и укреплении здоровья человечества.

Изменение среды обитания, происходящее в результате деятельности человека, оказывает по большей части вредоносное воздействие, приводящее к росту заболеваемости и сокращению продолжительности жизни. Однако более глубокая проблема заключается в незаметном постепенном изменении генофонда, которое приобретает глобальные масштабы.

Генофонд - совокупность генов, имеющихся у особей данной популяции, группы популяций или вида, в пределах которых они характеризуются определённой частотой встречаемости [24].

Ген - элементарная и структурная единица наследственности. Первые догадки о том, что передачу признаков родителей потомкам обеспечивает совокупность отдельных наследственных задатков, высказывали ещё Демокрит и Гиппократ. С 1909 года эти наследственные задатки по предложению датского учёного Иогансена стали именовать генами. Чтобы понять, что такое ген, немного вспомним биологию.

В клетке несколько тысяч разных белков. Каждый вид клеток имеет специфические белки, присущие только данному виду клеток. В ходе нормальной жизнедеятельности белки постепенно денатурируют, их структура и функции нарушаются. Такие молекулы белков удаляются из клетки. Синтезируются новые, поэтому жизнедеятельность клетки сохраняется.

Белок - цепь последовательно расположенных аминокислот. Всего аминокислот 20. Наследственную информацию для синтеза белка несут хромосомы, расположенные в ядре клетки. Клетки человека содержат 46 хромосом (23 пары). Пара - две одинаковые хромосомы, пары между собой различаются. Последняя пара - половые хромосомы (у женщин - XX, у мужчин - XY).

Хромосома слагается из хроматиновой нити (структурная основа нити - специализированные ядерные белки), на которую как бы нанизывается молекула ДНК. ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота. Каждая хромосома - одна молекула ДНК. ДНК - полимер огромного молекулярного веса, но очень компактный, поэтому занимает малый объём. Если разложить в длину молекулы ДНК только одной клетки человека, то они составили бы цепи длиной в несколько метров. ДНК представляет собой две спирально закрученные одна вокруг другой нити. Состоит ДНК из нуклеотидов. Нуклеотид - химическое соединение остатков трёх веществ: азотистого основания, углевода (моносахарида - дезоксирибозы) и фосфорной кислоты. Всего нуклеотидов 4 вида. Каждые три последовательно расположенных в цепи ДНК нуклеотида кодируют одну аминокислоту, составляющую белок. Нуклеотидов - 4, аминокислот всего 20. Из четырёх элементов по три можно составить 64 сочетания. Этого вполне достаточно для кодирования двадцати аминокислот. В первичной структуре белка насчитывается 124 аминокислоты. Есть третичные и четвертичные структуры [19, 24].

Отрезок ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одного определённого белка, называется геном. В молекуле ДНК несколько сотен генов.Таким образом, в гене закодирована информация о точном строении ферментных белков. Каждый ген уникален: он отличается от другого только ему свойственной последовательностью расположения нуклеотидов.

Генотип потомков возникает путём комбинации генов, принадлежащих обоим родителям. Комбинации могут быть самые различные (3 отцовских и 20 материнских хромосом). Генотип - генетическая конституция индивидуального организма (совокупность генов данного организма).

Ген не является чем-то раз и навсегда неизменным, в нём могут произойти изменения. Проблема сохранения генофонда имеет вполне естественные основания. Исторически генофонд сложился в результате длительной эволюции и обеспечил приспособление человеческой популяции к широкому спектру природных условий. Генетическое разнообразие людей носит адаптивный характер (например, тёмный цвет кожи в низких широтах, связанный с устойчивостью к УФ-излучению).Генофонд человеческого вида сегодня изменяется, возможны новые варианты генов. Об утрате генофонда можно говорить лишь при условии поголовного уничтожения людей.

На рис. 2 показаны факторы, приводящие к изменению генофонда. Загрязнение окружающей среды сказывается на всех трёх причинах изменения генофонда (мутациях, естественном отборе, размере популяций, так как загрязнения приводят к эпидемиям и катастрофам).

Дрейф генов - изменение в частотах генов у организмов малых популяций в результате случайных скрещиваний. Дрейф генов связан с резкими колебаниями численности популяций, истребляемых войнами и эпидемиями. Утрачивается генетическое разнообразие [19, 27]. Дрейф генов имеет место в небольших популяциях, образовавшихся под влиянием географических, религиозных или социальных факторов. Частота одного гена в них случайно может оказаться очень высокой. Особенно часто такие случаи встречались в прошлом, когда численность населения Земли была мала, и люди жили небольшими группами [28].

Рис. 2. Факторы, приводящие к изменению генофонда по [27]

Естественный отбор - сохранение наиболее благоприятных индивидуальных различий, обеспечивающих выживание организмов, и их приспособление к среде. Ген может долго удерживаться в популяции, несмотря на негативный отбор, но угроза обеднения генофонда становится реальной. Любое воздействие на среду, даже в небольшой степени, изменяет направление отбора, создавая давление на популяцию. Отбор действует и в человеческой популяции. Любое заболевание снижает шансы на успешную карьеру, создание семьи и полноценный генетический вклад в следующее поколение. Отбор работает в пользу устойчивых людей, невзирая на их личностные качества. Чем больше загрязнение окружающей среды, тем меньше разнообразие людей, из популяций вымываются редкие ценные гены (одарённые).

Глобальное загрязнение окружающей среды техногенными продуктами, которые обладают мутагенной активностью, несёт в себе опасность воздействия на генетический аппарат живых существ. В ближайшее десятилетие возможна потеря до 20 % генофонда живой природы за счёт мутаций.

Классификация мутаций

Мутации (от латинского mutatio - перемена) - это изменение генов и хромосом, проявляющееся в изменении свойств и признаков организмов. Описал их в 1901 году голландский учёный Де Фриз. Он же заложил основы и теории мутаций. Процесс образования мутаций во времени и пространстве называется мутагенез [22]. Вещества, вызывающие мутации в клетках - мутагены.

В зависимости от происхождения различают спонтанные и индуцированные мутации.

Спонтанные мутации (самопроизвольное изменение в совокупности генов организма данного вида) - те мутации, которые возникают у организмов в нормальных природных условиях без видимых причин; они возникают как ошибки при воспроизведении генетического материала, поскольку редупликация не происходит с абсолютной точностью. Длительное время считалось, что спонтанные мутации являются беспричинными. Сейчас же пришли к выводу, что они являются результатом естественных процессов, протекающих в клетках. Они возникают в условиях природного радиоактивного фона Земли в виде космического излучения, радиоактивных элементов на поверхности Земли, радионуклидов в клетках организмов. Спонтанная мутация может возникнуть в любой период индивидуального развития и поразить любую хромосому или ген. Частота встречаемости спонтанных мутаций, например, 1:100000.

Индуцированные мутации возникают в результате действия мутагенов, нарушающих процессы, происходящие в клетке.

Если сравнить частоту спонтанных и индуцированных мутаций клеток организмов при обработке мутагеном и без него, то очевидно, что если частота мутаций повышается в 100 раз в результате воздействия мутагена, то одна мутация будет спонтанная, остальные индуцированные.

Мутации могут возникать на всех стадиях развития организма и поражать гены и хромосомы как в половых клетках, так и в соматических. Поэтому по типу клеток различают генеративные и соматические мутации [24]. Генеративные мутации происходят в половых клетках и в этом случае передаются следующим поколениям. Соматические мутации происходят в любых других соматических клетках организма; они провоцируют рак, нарушают иммунную систему, уменьшают продолжительность жизни. Соматические мутации не передаются по наследству. Большая часть канцерогенных веществ вызывает мутации в соматических клетках.

В зависимости от локализации в клетке различают генные и хромосомные мутации. Генные, или точечные, мутации заключаются в изменении индивидуальных генов (выпадение, вставка или замена одной пары нуклеотидов. Хромосомные мутации бывают нескольких видов и затрагивают:

1) изменение структуры хромосом (крупные перестройки в отдельных фрагментах ДНК):

* делеции (выпадение числа нуклеотидов);

* дупликации (повторение фрагментов ДНК, в результате чего происходит её удлинение);

* инверсии (поворот участка хромосом на 1800);

* транслокации (перенос участка хромосомы в новое положение в той или уже другой хромосоме).

Мутации, поражающие структуру хромосом, называют хромосомными перестройками, или аберрациями.

2) изменение количества хромосом:

* полиплоидия (увеличение кратного набора хромосом);

* гаплоидия (уменьшение всего набора хромосом);

* анеуплоидия (нарушение нормального количества хромосом из-за добавления или удаления одной или более хромосом).

Мутации, затрагивающие изменение числа хромосом в клетках организма, называются геномными. Геном - совокупность генов организма данного вида.

Мутационные процессы происходят не только у человека, но и у животных и растений. Поэтому мы рассматриваем общие закономерности. Хромосомные аберрации встречаются у растений, животных и человека. Ведут к нарушению здоровья. Полиплоидия встречается чаще у растений, у животных и человека - редка (число хромосом может увеличиваться в 3, 4, 5 раз). Гаплоидия встречается также в основном у растений (около 800 видов растений имеют гаплоиды), у животных - очень редка, у человека неизвестна. Анеуплоидия часто встречается у растений, у животных и у человека. Делеции - наиболее частые и опасные формы повреждения хромосом для человека. Некоторые дупликации вредны и даже летальны. Повтор сегмента хромосомы может быть малым, касаясь одиночного гена, или большим, затрагивая большое количество генов. Могут быть и безвредные дупликации. Транслокации происходят в результате разрыва хромосом. Могут иметь размеры от небольших до значительных.

Мутации могут оказаться незамеченными, если они затронули второстепенные участки наследственных структур, но могут приводить к серьёзным расстройствам, вплоть до гибели организма.

Возникшие повреждения в ДНК не обязательно реализуются в мутации. Они могут бесследно исчезнуть, благодаря существующей в клетке эффективной системе восстановления генетических повреждений (репарации). Проявление мутантного гена может быть подавлено действием другого гена. В этом случае мутантный ген может передаваться из поколения в поколение и проявиться только в случае, когда в зародышевой клетке встретятся два идентичных мутантных гена. Некоторые мутации проявляются только в определённых условиях существования. Например, при определённой температуре культивирования мутантных микроорганизмов.

Классификация мутагенных факторов

Существует несколько групп факторов, вызывающих мутации [17]:

1. Физические мутагены

* Ионизирующее излучение (ИИ) - рентгеновские лучи, -лучи, нейтроны (быстрые, промежуточные, медленные), протоны, -лучи, прочие корпускулярные излучения высоких энергий, являющиеся менее изученными. Мутагенный эффект ионизирующих излучений был показан в 1925 году. Ионизирующее излучение - очень сильный мутаген. Характерная особенность - для него отсутствует пороговость в дозе, она обладает кумулятивным эффектом, то есть накапливается. Поэтому особенно должна быть обеспечена защита от облучения в течение нескольких недель до и после зачатия.

Большую опасность представляет рентгенодиагностика и рентгенотерапия брюшной полости и области таза. Зачатие должно быть исключено в течение примерно трёх месяцев после облучения. Это следует принять к сведению, так как обычно врачи об этом пациентам не говорят (по незнанию, по забывчивости или считают, что все об этом знают).

* Ультрафиолетовые лучи. Характеризуются меньшей энергией, чем ИИ. Проникают они через поверхностные слои клеток и не вызывают ионизации тканей. Они не опасны для половых клеток, но опасны для кожи, так как ею поглощаются.

* Слабые мутагенные факторы: изменение температуры, рН среды, лазерный видимый свет и др.

2. Химические мутагены

Проблема химических мутагенов привлекла внимание в 60-е годы XX века. Появились и стали накапливаться данные о способности некоторых нетоксичных или малотоксичных химических соединений вызывать мутации. Существуют так называемые “супермутагены” - вещества, обладающие огромной мутагенностью и не влияющие в заметной мере на жизнеспособность клеток и организмов. Супермутагены характеризуются в десятки раз большей мутагенной активностью, чем радиация. Для химических соединений существует порог, свыше которого они становятся мутагенными.

* Естественные неорганические вещества: оксиды азота, СО, СО2, нитриты, нитраты, нитросоединения (НNО2), перекиси, свинец, ртуть, радиоактивные вещества и др.

* Естественные вещества органического происхождения и продукты их переработки: алкалоиды (колхицин, колцемид и др.), гормоны, формальдегид, углеводороды, продукты переработки нефти, сжигания угля и древесины, пищевые отходы и др.

* Химические продукты, не встречающиеся в природе: пестициды, пищевые добавки, лекарственные препараты, алкилирующие соединения (метилметансульфонат, нитрозогуанидин и др.), нитрозосоединения (иприт и др.), акридиновые красители, винилхлорид, триметилфосфат (антидетонационный компонент, используемый в различных марках бензина), растворители красок, смол, полимеров и другие синтетические соединения.

Зная о супермутагенных свойствах некоторых лекарственных препаратов следует соблюдать предосторожность: после лечения алкилирующими соединениями необходимо избегать зачатия в течение трёх месяцев. Известны сведения о мутагенности оральных (применяемых внутрь) химических контрацептивов.

3. Биологические мутагены.

* Вирусы бактерий вызывают хромосомные аберрации в культивируемых клетках. Такой способностью обладает вирус гриппа.

* Транспозируемые генетические элементы - сложные перемещающиеся элементы, состоящие из участка ДНК.