Общая и медицинская экология

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОБЩАЯ И МЕДИЦИНСКАЯ ЭКОЛОГИЯ



Тема 1. Общая и медицинская экология

Термин «экология» был предложен в 1869 г. немецким биологом Эрнстом Геккелем и образован от греческих слов oikos-- дом и logos-- наука. В буквальном смысле слова экология -- это наука о живых организмах в местах их обитания.

В современном понимании экология -- наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания с учетом изменений, вносимых в среду деятельностью человека.

Как самостоятельная научная дисциплина экология возникла около 1900 г., но ее название вошло в обиход только в последней четверти XX в.

Классификация экологии осуществляется по конкретным объектам и средам исследования. Выделяют экологию микроорганизмов, растений, человека и животных.

В последние годы появилось понятие «экологическая медицина», которую называют медициной XXI в.

Согласно учению В.И. Вернадского, биосфера представляет собой оболочку Земли, включающую в себя как область распространения живого вещества, так и само это вещество.

Биосфера возникла на Земле около 4 млрд. лет назад. При этом отдельные организмы не только сами приспосабливались к физической среде, но и своей деятельностью приспосабливали среду к собственным биологическим потребностям.

За миллиарды лет существования биосфера прошла сложный путь развития, который именуется биогенезом. Когда появился человек, он своей деятельностью стал вносить изменения в окружающую среду. Этот «разумный» этап развития биосферы именуют ноогенезом и, следовательно, биосфера трансформировалась в ноосферу.

Органическая жизнь сосредоточена в литосфере (верхняя часть твердой поверхности земной коры), в гидросфере, а также в тропосфере (нижние слои газообразной оболочки Земли).

Нижняя граница биосферы опускается на 2--3 км ниже поверхности суши, на 1--2 км ниже дна океана, а верхней границей служит озоновый слой на высоте 20--25 км, выше которого жизнь исключена из-за мощного ультрафиолетового излучения.

Около 99% всего вещества сосредоточено в литосфере, остальное -- в гидросфере и атмосфере.

Биосфера -- это тысячи связей, ее составляющих (элементов, явлений, условий). Основная функциональная единица в экологии -- экосистема, или биогеоценоз.

Экосистема -- сообщество различных видов организмов и среды их обитания, находящихся во взаимосвязи друг с другом.

Выделяют:

ѕ микроэкосистемы -- капля воды, горшок с цветами, ствол гниющего дерева;

ѕ мезоэкосистемы -- лес, пруд, космический пилотируемый корабль;

ѕ макроэкосистемы -- океан, континент. Биосфера -- это тоже экосистема.

Любая экосистема включает в себя две главные составляющие: экотоп, т.е. совокупность абиотических факторов (климатические, почвенно-грунтовые), и биоценоз -- совокупность живых организмов: животных (зооценоз), растений (фитоценоз), микроорганизмов (микробоценоз).

Экосистемы характеризуются:

• потоком энергии;

• круговоротом веществ;

• развитыми информационными связями (потоки физических и химических сигналов).

Живые организмы, входящие в состав биоценоза, не одинаковы и различаются по способу получения энергии. В этой связи различают продуценты, консументы и редуценты.

Продуцемнты (от лат. producens -- «создающий») -- организмы, способные производить органические вещества из неорганических, то есть все автотрофы. Это в основном зелёные растения, синтезирующие органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза, однако некоторые виды бактерий-хемотрофов способны на чисто химический синтез органики без солнечного света.

Продуценты являются первым звеном пищевой цепи.

Консумемнты (от лат. consume -- употреблять) -- гетеротрофы, организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые автотрофами (продуцентами). Консументы не способны разлагать органические вещества до неорганических.

К консументам относят животных, некоторые микроорганизмы, а также паразитические и насекомоядные растения. Классифицируют консументов первого, второго и других порядков.

Консументы первого порядка (первичные консументы) -- растительноядные гетеротрофы (травоядные животные, паразитические растения), питаются непосредственно продуцентами биомассы.

Консументы второго порядка -- хищные гетеротрофы (хищники), питаются консументами первого порядка.

Консументы третьего порядка -- это хищники, питающиеся только плотоядными организмами.

Отдельно взятый организм может являться в разных трофических цепях консументом разных порядков, например, сова, поедающая мышь, является одновременно консументом второго и третьего порядков, а мышь -- первого и второго, так как мышь питается и растениями, и растительноядными насекомыми. Волк является консументом одновременно 2-го, 3-го и 4-го порядка.

Любой консумент является гетеротрофом, так как не способен синтезировать органические вещества из неорганических.

Редуцемнты (от лат. reduco -- возвращаю, восстанавливаю); также деструкторы (лат. destruo -- разрушаю), сапротрофы (др.-греч.убрсьт -- «гниль» и фспцЮ -- «пища») -- организмы (бактерии и грибы), разрушающие отмершие останки живых существ, превращая их в неорганические и простейшие органические соединения. Редуценты (например, грибы, бактерии гниения) также являются гетеротрофами. От консументов их отличает способность полностью разлагать органические вещества (белки, углеводы, липиды и другие) до неорганических (углекислый газ, аммиак, мочевина, сероводород), завершая круговорот веществ в природе, создавая субстрат для деятельности продуцентов (автотрофов).

Экологическая роль редуцентов заключается в том, что они возвращают минеральные соли в почву и воду, делая их доступными для продуцентов-автотрофов, и таким образом замыкают биотический круговорот. Поэтому экосистемы не могут обходиться без редуцентов (в отличие от консументов, которые, вероятно, отсутствовали в экосистемах в течение первых 2 млрд. лет эволюции, когда экосистемы состояли из одних прокариот).

И, как было уже отмечено, в экосистеме эти группы организмов тесно взаимодействуют. Данное взаимодействие осуществляется за счет функционирования так называемых трофических или пищевых цепей. Особенность функционирования трофических цепей состоит в том, что именно они могут быть причиной некоторых заболеваний человека.

Сообщество организмов, использующих ту или иную форму энергии (лучистую, или энергию в форме эквивалентного ей вещества), называется трофическим уровнем.

Перенос энергии в виде эквивалентного ей вещества от одного вида организмов к другим называют пищевой или трофической цепью. Функционирование пищевых цепей имеет свои особенности.

• Закон прогрессивного уменьшения энергии в трофической цепи. При переносе энергии по трофической цепи часть ее теряется. Каждое звено уменьшает долю энергии (массы) примерно на порядок. Отсюда следует, что число консументов (в том числе и людей), которые могут прожить при данном выходе первичной продукции, сильно зависит от длины пищевой цепи.

• Принцип концентрирования в трофической цепи. Одно из следствий функционирования пищевых цепей -- эффект концентрирования. Токсичные соединения, которые попадают в окружающую среду, способны мигрировать по трофическим цепям, при этом их концентрация на каждом трофическом уровне увеличивается на порядок. Наиболее ярко последствия подобного явления демонстрируются следующим примером. Для того чтобы сократить численность комаров на Лонг-Айленде (США), болота много лет обрабатывали ДДТ. Концентрации этого пестицида были весьма малыми. Тем не менее остатки ДДТ, сорбированные на детрите, попадали в ткани детритофагов, затем мелких рыб и, наконец, рыбоядных птиц (бакланов). Коэффициент концентрации для птиц составил 500 000. Действие ДДТ привело к гибели данной популяции из-за того, что этот инсектицид относится к группе эффекторов эндокринной системы, снижает в крови концентрацию стероидных гормонов (минералокортикоидов) и нарушает образование яичной скорлупы. При высиживании птенцов скорлупа яиц не выдерживала массы птиц, и бакланы не могли выводить потомство.

Следовательно, принцип биологического накопления надо учитывать при любых решениях, связанных с загрязнением среды, и при рассмотрении причин заболеваний, которые можно отнести к экологически зависимым.

В зависимости от доступного источника энергии выделяют четыре типа экосистем:

• природные, субсидируемые только солнечной энергией. К ним относятся океаны. Они занимают огромные площади и являются гомеостатом для Земли;

• природные, субсидируемые другими естественными источниками энергии (приливы, течения);

• природные, субсидируемые дополнительно человеком (агроэкосистемы);

• индустриально-городские, субсидируемые сжиганием ископаемого топлива. Оказывают наиболее сильное воздействие на человека.

1.1 Медицинская экология

Медицинская экология -- это комплексная научная дисциплина, рассматривающая все аспекты воздействия окружающей среды на здоровье населения с центром внимания на средовых заболеваниях.

Включает в себя основные разделы медицины, посвященные внутренним болезням, токсикологии, эпидемиологии, биохимии, иммунологии, физики, химии, предполагает знание некоторых технологий и др.

Как известно, структура заболеваемости за последние 200 лет существенно изменилась. До начала XIX в. доминирующими заболеваниями были острые инфекционные заболевания, травмы и несчастные случаи. В XX в. стала возрастать доля хронических заболеваний, которые в настоящий момент преобладают. К ним следует отнести онкологические заболевания, заболевания соединительной ткани, иммунной системы, нейродегенеративные, аутоиммунные заболевания, эффект хронического утомления и др. Причин этому, как считают, несколько.

• Накопление в окружающей среде химических, чужеродных соединений. Подсчитано, что в настоящий момент в окружающей среде находится более 60 тыс. различных химических соединений, и каждый год добавляется 2 тыс. новых. При этом в организме любого индивидуума находится около 1 тыс. различных токсических компонентов, которые не остаются индифферентными, а способны оказывать то или иное воздействие на человека.

• Истощение систем, отвечающих за обезвреживание токсических соединений. Как известно, человеческий организм в процессе эволюции выработал лишь специальные механизмы, необходимые для обезвреживания (детоксикации) вредных факторов внешней и внутренней среды. Последние могут образовываться внутри организма (продукты распада аминокислот в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ), гемопротеидов и др.), а также поступать извне, являясь продуктами жизнедеятельности бактерий, грибов и др. К механизмам обезвреживания относятся системы оксидаз со смешанными функциями, образования УДФ-производных, активной формы серной кислоты (ФАФС), глютатиона, метилирования и другие механизмы.

Поток чужеродных для организма соединений нарастает лавинообразно, что приводит к декомпенсации систем обезвреживания. Иногда это генетически закрепляется.

Индуктором заболевания у человека могут быть различные причины. С одной стороны, это генетические дефекты наследственного аппарата, проявляющиеся в виде пигментной ксеродермы, синдрома Дауна и др. С другой стороны, средовые воздействия в сочетании с генетическими изменениями формируют огромное количество нозологических форм заболеваний.

На основании этого можно сделать вывод, что рост числа хронических заболеваний определяется во многом факторами окружающей среды (абиотическими и биологическими). Согласно данным ВОЗ 75% всех ежегодных смертей в мире обусловлено действием окружающей среды и неправильным образом жизни. Из них 4 млн. -- случаи детской смерти. Еще более драматическая ситуация складывается в области онкологической заболеваемости. По данным ВОЗ 90% всех злокачественных новообразований вызывается факторами окружающей среды и только 10% - другими факторами. Анализ причин, приводящих к возникновению онкологической патологии, показывает, что главные из них -- экологически небезопасные продукты питания и курение.

Отсюда становится очевидным, что диагностика, лечение и профилактика ряда хронических заболеваний будут иметь свои особенности.

Развитие экологически зависимого заболевания индуцируется:

• пролонгированным воздействием какого-либо фактора (физического, химического, биологического);

• действием его на очень малом, подпороговом (субпороговом) уровне.

Хроническое воздействие внешних факторов способно инициировать патологический процесс путем включения следующих механизмов:

• декомпенсация процессов обезвреживания;

• повреждение иммунной системы;

• повреждение других систем организма (ЖКТ, эндокринной системы); непосредственное повреждение органа-мишени.

Имеется несколько факторов, играющих важную роль в развитии экологического заболевания.

• Наследственность. Это может касаться дефектов иммунной системы, способности к детоксикации токсических соединений. Установлено, что примерно 50% людей имеют те или иные дефекты в механизмах ацетипирования различных соединений -- одного из способов обезвреживания чужеродных соединений.

Более того, один человек из шести (17% населения) наследует от родителей дефектный ген по ферменту глютатион-8-трансфераза-Зета-1 (GSTT1), который ответственен за обезвреживание канцерогенных веществ. Согласно этому, все индивидуумы разделяются на три группы: не способные к конъюгации токсинов с глютатионом, слабоконъюгирующие и высококонъюгирующие. Следовательно, во второй и, особенно, в первой группе риск возникновения онкологического заболевания будет значительно выше.

• Пищевой статус. Это может касаться обедненного или обогащенного по некоторым веществам рациона питания, несовершенного пищеварения, нарушений всасывания и др. Сюда следует отнести ожирение, которое в определенной степени способно модифицировать процессы детоксикации в организме.

• Особенности токсического воздействия. Оно может происходить дома (действие продуктов сжигания природного газа), на улице (действие свинца из выхлопных газов автотранспорта) и на работе (например, воздействие микроорганизмов, находящихся в системах охлаждения, кондиционирования, и химических соединений).

• Действие аллергенов. Одна из главных причин развития экологических заболеваний (к примеру, за счет продуктов жизнедеятельности клещей домашней пыли).

* Свободнорадикальный стресс. Обусловлен действием физических факторов, а также нахождением в организме людей органических соединений, тяжелых металлов (РЬ, Сг, Cd, Al, Feи др.). При этом инициируются реакции образования свободных радикалов, что ведет к повреждению биополимеров, процессам перекисного окисления липидов. С этим связано повреждение ДНК, возникновение мутаций, генетических эффектов и др.

Экологическое заболевание развивается не сразу, на это уходят годы и десятилетия. Развитие болезни связано с истощением адаптационных систем организма, и, следовательно, лечение может быть продолжительным.

В настоящее время в западных странах существует категория врачей, занимающихся экологической медициной. К ним предъявляются следующие требования: это должны быть научно ориентированные терапевты, подготовленные по вопросам внутренних болезней, педиатрии, аллергологии, психиатрии и других областей, хорошо знающие клиническую биохимию, прикладную токсикологию, иммунологию и молекулярную медицину.

Продолжительность жизни человека напрямую зависит от качества окружающей среды. Согласно современной теории старения организмов одной из причин этого явления может быть недостаточная проточность системы, т.е. «загрязнение» организма. 

Тема 2. Экологические факторы. патогенетические механизмы действия физических факторов на организм человека

Любой организм в среде обитания подвергается одновременному воздействию самых разнообразных условий окружающей среды, которые рассматриваются в качестве экологических факторов.

Экологический фактор--любое условие среды, которое может оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы. Экологические факторы делятся на несколько групп.

1. Абиотические факторы (факторы неживой природы):

• физические.

— лучистая энергия, освещенность;

— температура;

— влажность воздуха;

— атмосферное давление;

— магнитное поле Земли;

— ионизирующие излучения;

— рельеф местности;

• химические.

2. Биологические факторы (факторы живой природы):

• фитогенные;

• микробогенные;

• зоогенные;

• антропогенные (социально-культурные).

Лучистая энергия. освещенность

Вся энергия, получаемая поверхностью Земли, исходит от Солнца. Одна из сторон воздействия лучистой энергии на организм -- освещенность. Установлено, что видимая область спектра солнечного света очень важна для нормального протекания физиологических процессов.

С освещенностью связывают заболевание, называемое зимней депрессией, эмоциональным сезонным заболеванием или аффективным сезонным расстройством (англ. SAD-- Seasonal Affective Disorder). По статистическим данным, примерно 5--10% людей, три четверти из которых женщины, страдают этим заболеванием. Чем меньше естественная освещенность местности, тем чаще встречается данный симптомокомплекс.

Основные признаки этого заболевания:

• депрессия (чувство вины, безнадежности, отчаяния, апатия, потеря чувства собственного достоинства и др.);

• снижение работоспособности;

• снижение активности иммунной системы;

• увеличение восприимчивости к инфекционным и вирусным заболеваниям;

• увеличенная потребность в углеводах (сладости или мучные изделия);

• увеличение веса;

• трудности с пробуждением;

• стремление к уменьшению социальных контактов.

Эта признаки исчезают в весенние и летние месяцы, когда значительно увеличивается продолжительность светового дня. Реализация действия видимой области спектра на организм человека происходит путем модуляции активности циркадианных циклов, или биологических часов.

Данный цикл выражается в изменении физиологических и поведенческих реакций. У молодых людей продолжительность циркадианного цикла составляет 25-26 ч; в зрелом возрасте -- приблизительно 24 ч; в пожилом - менее 24 ч.

Максимальные уровни мелатонина обнаруживаются в крови людей в период между 23 и 5 ч. Днем этот гормон почти не определяется. Мелатонин тормозит выработку тропных гормонов гипофиза и имеет отношение к таким функциям организма, как частота дыхания, давление крови, температура, сон, половые функции, обмен воды, жиров, и к другим, метаболическим процессам.

Естественный ход биологических часов происходит следующим образом. Через сетчатку глаза утренний свет воздействует на клетки гипоталамуса. Этот момент -- точка отсчета, которая и настраивает биологические часы. Подсчитано, что приблизительно 7% людей нуждаются в подобном ежедневном синхронирующем импульсе, который устанавливает циркадианные циклы.

В условиях недостаточной освещенности в зимнее время года (рано темнеет и поздно светает) начало рабочего дня люди проводят при искусственном освещении. При этом отсутствует главный фактор -- необходимая освещенность. Поэтому в клетках супрахиазматических ядер белковый комплекс будет существовать более продолжительный промежуток времени, обусловливая симптоматику, описанную выше.

Зимняя депрессия хорошо лечится только светом. Положительный эффект в лечении этой патологии дает светотерапия в утренние часы с интенсивностью в 10000 лк. Это приблизительно в 20 раз превышает интенсивность обычного внутреннего освещения. Выпускаются специальные источники света, имеющего близкий к солнечному спектральный состав. Время световой терапии выбирается индивидуально.

Для большинства пациентов продолжительность данной процедуры составляет 15 мин. Большая часть больных отмечает положительный эффект уже через несколько дней после начала процедур, с полным исчезновением симптомов в течение последующих двух недель. Побочными эффектами светотерапии могут быть головные боли.

Помимо этого, следует иметь в виду, что мелатонин в организме -- антираковый фактор в силу того обстоятельства, что он способен снижать уровни эстрогенов в крови женщин. Он обладает физиологическими функциями, является антиоксидантом и иммуностимулятором (рис.).



2.1 Ультрафиолетовое излучение

Ультрафиолетовая радиация -- часть электромагнитного спектра, которая находится между самой мягкой частью ионизирующего излучения, с одной стороны, и видимым спектром -- с другой.

Основная часть солнечного УФИ -- до 290 нм -- активно поглощается озоновым слоем стратосферы. Интенсивность воздействия ультрафиолетового излучения зависит от метеоусловий и географического местоположения.

Главная мишень действия ультрафиолетового излучения -- кожа человека.

В базальном слое находятся меланоциты -- пигментные клетки, имеющие гранулы меланосомы с меланином. Эти клетки содержат фермент, участвующий в превращении тирозина в меланин. Меланоциты распределены по телу неравномерно. В коже лба находится этих клеток в два раза больше, чем в верхних конечностях. Бледные люди содержат пигментных клеток не меньше, чем смуглые индивидуумы. Окраска их кожи объясняется тем, что клетки продуцируют разное количество меланина.

УФИ -- важнейший фактор синтеза витамина D₃в организме человека. На клеточном уровне существует 3 «мишени» для УФИ: ДНК, белки, липиды.

Повреждение ДНК играет основную роль в развитии дальнейшей патологии у человека (возможны хромосомные аберрации, мутагенный эффект, канцерогенез). Данные процессы происходят не только в клетках кожи, но и в форменных элементах крови -- лимфоцитах.

Помимо этого, активируется процесс перекисного окисления липидов, что приводит к повреждению биологических мембран. Меланин ингибирует цепные реакции окисления липидов и другие свободно-радикальные реакции.

Естественная защита от УФИ включает несколько механизмов.

* Образование загара, связанного с появлением меланина. Меланин в силу своего строения способен поглощать фотоны и этим самым ослаблять интенсивность действующего излучения. В процессе эволюции выработано несколько механизмов пигментации, способных защищать организм от вредного воздействия УФИ.

Способ прямой пигментации является не основным, резервным механизмом. Пигментация возникает без скрытого периода и достигает максимума уже через час. Этот механизм запускается от УФА, т.е. от мягкого УФИ. Следует учитывать, что от мягкого УФИ не просто загореть. Одинаковый загар от УФВ формируется за 15 с, а от УФА -- за 75 мин. Это приводит к тому, что для получения загара в соляриях приходится увеличивать дозу УФА, что может приводить к большему повреждающему эффекту на клетки кожи.

От воздействия УФВ запускается другой, гораздо более мощный механизм -- эритемный (непрямая пигментация). В результате воздействия УФВ происходит образование эритемы. В механизме этого способа пигментации лежит расширение сосудов, приводящее к увеличивающемуся притоку крови, что повышает сосудистую проницаемость и экссудацию нейтрофильных лейкоцитов. Экссудация это процесс просачивания экссудата (мутная, богатая белком и клетками жидкость, которая образуется в месте воспаления) из мелких кровеносных сосудов в ткани или полости тела при воспалении. Экссудация является нормальной составляющей защитных механизмов человеческого организма. Эритема появляется через 1--8 ч, и продолжается до одного дня и больше. Высокие дозы УФ-радиации ведут к сокращению скрытого периода и большой продолжительности эритемы. В результате развития эритемы запускается механизм синтеза меланина. Связанный с белками меланин переносится в верхние слои кожи, оказывается в верхнем роговом слое, где и выполняет функцию фильтра. Образование из трансциоформы урокановой (уроканиновой) кислоты. Это соединение (рис. 2.8) выделяется с потом человека и способно захватывать кванты УФИ. В темно тепроисходит обратная реакция с выделением теплоты. Вовремя купания кислота вместе с потом смывается, что и обусловливает более легкое образование загара после принятия водных процедур.

Каждый человек характеризуется индивидуальной чувствительностью кожи к действию УФИ. Всего известно шесть типов чувствительности кожи к действию УФИ, однако в (средних широтах выделяют четыре основных типа).

I тип. Особо чувствительная кожа. Индивидуумы отличаются голубым или зеленым цветом глаз, наличием веснушек, часто рыжим цветом волос. Плохо или почти не загорают.

II тип. Чувствительная кожа. Люди с данной чувствительностью кожи характеризуются голубым, зеленым или серым цветом глаз, светло-русыми или каштановыми волосами.

III тип. Нормальная кожа. У индивидуумов темно-русые или каштановые волосы. Глаза серые или светло-карие. Легко загорают.

IV тип. Нечувствительная кожа. Люди с этим типом отличаются смуглой кожей, темными глазами и темным цветом волос.

Защитным действием в отношении повреждающего влияния квантов УФИ путем их поглощения и рассеивания обладают некоторые химические соединения среди которых есть и меланин.

Эффекты действия УФИ могут быть разделены на две основные группы, а именно детерминированные и стохастические.

Для детерминированных эффектов, тяжесть которых в облученном индивидууме изменяется соответственно дозе. Первичные эффекты у человека будут по существу ограничены кожей и глазами. Ранние детерминированные эффекты в отношении действия УФИ -- фототоксические, фотоаллергические реакции кожи, а также фотокератит и конъюнктивит, которые появляются спустя 2-14 ч после облучения. К поздним эффектам относится катаракта.

К стохастическим относятся злокачественные новообразования кожи:

• базально-клеточная карцинома характеризуется инфильтрирующим ростом на лице, почти не дает метастазов;

• сквамозно-клеточная карцинома характеризуется инфильтрирующим ростом на лице и губах. Прогноз при этом виде заболевания хуже;

• меланома--наиболее злокачественная опухоль. Прогноз зависит от размера опухоли. Если опухоль менее 1 мм в диаметре, то 90% больных живут более 5 лет. В целом смертность от меланомы ежегодно увеличивается в мире на 4% (каждый час от меланомы умирает один человек). У мужчин меланома встречается наиболее часто на голове, шее, спине из-за большей дозы УФ-облучения этих частей тела.

У женщин меланома может появляться также на нижних конечностях. Более редкая локализация -- на ладонях и подошвах. Шанс развития меланомы увеличивается с возрастом. Среди африканцев средний риск развития меланомы приблизительно в 15 раз ниже, чем у белого населения. Меланома редка у детей в возрасте до 12 лет.

Причиной ее развития чаще всего являются родимые пятна, подвергнутые УФ-облучению.

Защитный экран в атмосфере в отношении проникновения УФИ -- озоновый слой Земли. При уменьшении на 1% средней толщины слоя озона распространенность карциномы базальных клеток увеличится примерно до 3%, а сквамозно-клеточной карциномы примерно до 5%. К воздействию УФИ следует отнести и иммунодепрессивный эффект. УФИ

2.2 Геомагнитные факторы

Воздействие магнитного поля на человека тесно связано с солнечной активностью. Заряженные частицы проникающие в атмосферу Земли, вызывают сильную ионизацию атомов и молекул, в результате этого атмосферный газ обладает способностью проводить электрический ток.

Поток электромагнитной энергии достигает поверхности Земли за 8 мин.

Непосредственным и главным проводником на человека изменений солнечной активности, сопряженных с геомагнитной активностью, являются инфранизкие электромагнитные колебания.

Волны Шумана. Из-за своих свойств волны Шумана являются незатухающими, т.е. распространяются на огромные расстояния без уменьшения интенсивности, но их частота зависит от времени суток (в ночное время из-за уменьшения толщины слоя ионосферы частота электромагнитных колебаний снижается до нескольких герц). Среди волн Шумана доминирует одна, которая близка к частоте 8 Гц. Именно этим и объясняется их непосредственное воздействие на организм человека, а именно на нервную систему организма, так как частота 8 Гц совпадает с частотой б-ритма головного мозга человека. Следовательно, б-ритм - ритм биоэлектрической активности коры головного мозга человека. Он находится в состоянии резонанса с доминирующей частотой волн Шумана. Ночью частота основной производной волны Шумана снижается примерно до 5 Гц. Этой же частоте соответствуют и частоты на электроэнцефалограмме (ЭЭГ) спящего человека.

Повышение амплитуды волн Шумана воздействует на нервную систему человека:

ь изменяется его реакция на действия внешних раздражителей,

ь появляется чувство тревоги,

ь безотчетного страха и т.д.

Через нервную систему этот тип воздействия может распространяться на эндокринные железы и, следовательно, негативно влиять на весь организм в целом.

Наиболее часто среди людей встречаются следующие уровни магниточувствительности:

ь средний -- 70%;

ь низкий -- 14%;

ь высокий -- и 16%.

Таким образом, даже среди группы практически здорового населения у 16% наблюдается высокая динамика кратковременной перестройки вегетативно-гуморальной и сердечно-сосудистой систем при изменении геомагнитного поля.

Как выяснилось в последнее время, магнитное поле человеческого организма -- сумма двух составляющих: собственного магнитного поля, возбужденного биотоками отдельных органов (сердце, мозг и др.), и наведенного магнитного поля крови. Колебания магнитного поля Земли - внешний, синхронизующий эндогенные ритмы сигнал. Индуцированные внешним магнитным полем биотоки в свою очередь порождают вторичное магнитное поле, характеризующее конкретного субъекта. Воздействие магнитного поля происходит прямым образом на кровеносную систему и помеховым индуктивным -- на нервную систему (высокая электрическая проводимость крови; электрическая активность мышечных и нервных клеток).

Во время магнитных бурь может нарушаться кровообращение, изменяться состояние стенок кровеносных сосудов и свертывающая способность крови. Известно, что первый подъем сердечных аритмий у человека (в 24% случаев) наблюдается за два дня до начала магнитной бури. Следующий подъем (25%) начинается в день бури и достигает своего максимума через сутки. Третий подъем (28%) приходится на пятый день, когда начинает действовать метеофактор. На седьмые сутки отмечается снижение уровня аритмий ниже контрольного (5%), что связано с максимальной мобилизацией механизмов адаптации в результате неоднократного воздействия стрессорных факторов (радиоизлучение, геомагнитное возмущение, изменение погоды).

Данные показывают, что здоровые системы активно функционирующего организма воспринимают резкие вариации геомагнитного поля как положительный процесс. Больные же органы демонстрируют резкое патологическое изменение параметров, проявляющееся первоначально обратимым десинхронозом, а затем нарастанием субъективных болезненных изменений. При сильных отклонениях во многих органах и системах наблюдается неспособность организма вернуться к синхронному функционированию, что в критических предельных случаях заканчивается необратимыми изменениями типа инфаркта, инсульта, вплоть до летального исхода.

Магнитные бури в сочетании с пониженным атмосферным давлением дают преобладание числа инфарктов, сочетание же резких изменений геомагнитного поля с повышенным атмосферным давлением приводит к увеличению числа инсультов.

Помимо этого, в организме человека происходит образование свободных радикалов (окислительный стресс), приводящих к стимуляции перекисного окисления. Главные эффекты действия свободных радикалов: перекисное окисление липидов, образование дисульфидных мостиков в белках, активация липаз, фосфолипаз и повреждение ДНК.

Появление свободных радикалов ведет к окислению ненасыщенных жирных кислот и холестерина, а это влечет за собой:

ь нарушение обменных процессов,

ь снижается интенсивность обезвреживания ксенобиотиков в микросомах печени;

ь в крови появляются необезвреженные ксенобиотики и свободные радикалы, что ведет к повышению тонуса сосудов;

ь снижается тонус желчевыводящих путей, что приводит к развитию холестаза, ухудшению работы кишечника;

ь увеличивается агрегация тромбоцитов, повышается вязкость крови.

Геомагнитные бури влияют на течение некоторых заболеваний:

• увеличивается частота сердечно-сосудистых заболеваний (гипертоническая болезнь, стенокардия, инфаркт миокарда). Число этих заболеваний увеличивается в день геомагнитной бури, а максимума достигает на следующий день. Инфаркт миокарда, возникший в день геомагнитной бури, отличается более тяжелым течением. Смертность повышается на 10--20%;

• растет заболеваемость органов дыхания (например, за счет обострения хронических неспецифических заболеваний легких);

• происходит изменение психоэмоционального состояния (синдром психоэмоционального напряжения);

• увеличивается частота преждевременных родов, что вызывается не интенсивностью магнитной бури, а самим фактом изменения магнитного поля.

Существуют основные принципы профилактики неблагоприятного воздействия геомагнитных факторов.

1. Организационные мероприятия: составление прогнозов магнитных бурь. Прогноз солнечной активности в пределах одной недели осуществляет Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН России.

2. Постановка больных на диспансерный учет.

3. Ограничение физической и психической нагрузки во время магнитной бури.

4. Снижение калорийности питания.

5. Заблаговременный прием лекарственных препаратов: антиоксидантов (витамины А, Е, С); седативных и легких антикоагулянтов (аспирин).

2.3 Атмосферное давление (метеочувствительность)

Метеочувствительность -- это реакция организма на воздействие метеорологических (погодных) факторов. Метеочувствительность чаще отмечается у людей, мало бывающих на свежем воздухе, занятых сидячим, умственным трудом, не занимающихся физкультурой. Именно у них сужены зоны так называемого микроклиматического комфорта.

Для здорового человека метеорологические колебания, как правило, не опасны. Тем не менее у людей, которые не чувствуют погоду, реакции на нее все же проявляются, хотя порой и не осознаются. Их необходимо учитывать, например, водителям транспорта. При резком изменении метеоусловий им становится труднее концентрировать внимание. Отсюда может возрастать число несчастных случаев.

В результате болезней (гриппа, ангины, воспаления легких, заболеваний суставов и др.) или переутомления сопротивляемость и резервы организма снижаются. Именно поэтому метеочувствительность отмечается у 35--70% людей, имеющих различные заболевания. Так, погоду чувствует каждый второй больной с патологией сердечно-сосудистой системы.

Значительные атмосферные изменения могут вызвать перенапряжение и срыв механизмов адаптации. Патологическая (болезненная) погодная реакция представляет своего рода вегетативную «бурю» в организме. Способствуют ее развитию нарушения регуляции вегетативной нервной системы. Число вегетативных расстройств в последнее время возрастает, что связано с действием неблагоприятных факторов современной цивилизации: стресса, гиподинамии, переедания, недоедания и др.

На организм влияет как погода в целом, так и отдельные ее компоненты. Колебания барометрического давления снижают насыщение крови кислородом (эффект барометрических «ям, провалов»). На северо-западе и севере страны чаще всего отмечается метеочувствительность у больных сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Ветер вызывает перевозбуждение нервной системы, раздражая рецепторы кожи.

Влажность воздуха играет роль в поддержании концентрации кислорода в атмосфере, влияет на тепловой обмен и потоотделение. Особенно чувствительны к высокой влажности больные гипертонической болезнью и атеросклерозом. В большинстве случаев обострение заболеваний сердечно-сосудистой системы возникает при высокой относительной влажности (80--90%). У многих людей дождливые дни накладывают отпечаток даже на внешний вид, нередко лицо становится бледным.

При резком изменении температуры возникают вспышки острых респираторных инфекционных заболеваний.

Неблагоприятно действует на организм и избыток положительных аэроионов, образующихся в жаркую и влажную погоду, что может вызвать обострение заболеваний сердца.

Различают три степени метеочувствительности.

Легкая степень проявляется только субъективным недомоганием.

Средняя степень проявляется изменением артериального давления, электрокардиограммы и т.п.

При тяжелой степени метеочувствительности наблюдаются резко выраженные нарушения, которые проявляются пятью типами метеопатических реакций.

При сердечном типе возникают боли в области сердца, одышка.

Мозговой тип характеризуется головными болями, головокружениями, шумом и звоном в голове.

Смешанный тип -- сочетанием сердечных и нервных нарушений.

При астеноневротическом типе отмечаются повышенная возбудимость, раздражительность, бессонница, изменяется артериальное давление.

При неопределенном типе реакции, характеризующийся общей слабостью, жалобами на боль и ломоту в суставах, мышцах и т.п.

Лица, страдающие тяжелой метеочувствительностью, должны находиться под специальным диспансерным наблюдением.

Характер и величина повреждений, обусловленных воздействием атмосферного давления, зависят от величины (амплитуды) отклонений атмосферного давления и главным образом от скорости его изменения.



Тема 3. Патогенетические механизмы действия химических факторов на организм человека

биологический ксенобиотик экологический медицинский

3.1 Общие представления

Ксенобиотиками называются любые чужеродные для организма соединения, которые способны вызывать в нем определенные изменения, в том числе заболевания и гибель.

Действие химических факторов на организм человека обусловливается двумя основными причинами:

• избытком или недостатком содержания естественных химических элементов в окружающей среде. Оба явления нежелательны, могут вести к развитию патологии. При этом недостаток эссенциальных, т.е. необходимых для организма, соединений ведет к дефицитным состояниям, а избыток -- к токсическому эффекту. Например, недостаток йода в ряде районов Северного Кавказа, сопряжен с возникновением дефицитного состояния--эндемического зоба;

• присутствием в окружающей среде не свойственных ей химических элементов -- КБ (КБ) -- вследствие антропогенного воздействия.

Основная отличительная характеристика КБ в экологическом смысле состоит в том, что их воздействие на человека осуществляется на протяжении весьма продолжительных промежутков времени (годы, десятки лет), при этом действующие концентрации могут быть настолько малы, что обнаружить их можно лишь самыми чувствительными современными методами. Этим экологическая медицина в корне отличается от гигиенических дисциплин, характерная черта которых -- нормирование, т.е. установление пороговых значений - предельно допустимых концентраций (ПДК), которые в сотни и даже миллионы раз могут превышать реально действующие на человека концентрации химических факторов. Например, глубокие изменения в организме ребенка могут быть вызваны минимальными (порядка нескольких частей на триллион) концентрациями гормоноподобных соединений во время внутриутробного развития.

Основные характеристики большинства КБ -- липофильность (гидрофобность), способность проникать через мембраны посредством простой диффузии, транспортироваться в крови с помощью липопротеинов, накапливаться в жировой ткани.

3.2 Токсикокинетика КБ

Общее представление. Подавляющее большинство веществ может проникать в организм через один или несколько тканевых барьеров: кожные покровы, дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт (ЖКТ). Важное значение имеет взаимосвязь различных способов поступления. Так, токсические соединения, поступившие в организм через ЖКТ, могут выводиться из него через легкие и тем самым оказывать на них повреждающее действие.

Пути поступления КБ в организм.

Чрезкожное поступление. Площадь кожных покровов взрослого человека составляет в среднем 1,6 м², пятилетнего ребенка -- 0,8 м². Проникновение веществ через кожу осуществляется тремя путями:

· через эпидермис,

· через сальные и потовые железы,

· через волосяные фолликулы.

Основная особенность поступления КБ через кожу -- их токсичность даже в низких дозах. Например, поступление алюминия через кожу за счет использования дезодорантов, поставляемых в аэрозольных баллончиках.

Резорбция через слизистые оболочки. Слизистые оболочки лишены рогового слоя и жировой пленки на поверхности. Их функция состоит в осуществлении обмена веществами между организмом и внешней средой. Эти отличия от кожи объясняют, почему многие вещества достаточно легко проникают через слизистые оболочки. Резорбция веществ через слизистые определяется главным образом следующими факторами:

• агрегатное состояние вещества (газ, аэрозоль, взвесь, раствор);

• доза и концентрация ксенобиотика;

• вид слизистой оболочки, ее толщина;

• продолжительность контакта;

• интенсивность кровоснабжения анатомической структуры.

Пероральное поступление. Некоторые КБ -- структурные аналоги жизненно важных химических соединений -- могут поступать в организм при помощи активного транспорта, а некоторые при помощи пассивной диффузии веществ через эпителий ЖКТ.

Ингаляционное поступление. Легкие -- орган, предназначенный для осуществления обмена веществами между организмом и окружающей средой. Помимо вдыхаемого О₂ и другие вещества, находящиеся в форме газа или пара, могут легко проникать через легкие в кровоток. Благоприятным условием всасывания веществ является также большая площадь поверхности легких, составляющая у взрослого человека в среднем 70 м², у четырехлетнего ребенка -- 22 м².

Аэрозоль -- это смесь фаз. При ингаляции аэрозолей глубина их проникновения в дыхательные пути зависит от размера частиц. Глубокому проникновению частиц в дыхательные пути препятствует их седиментация на слизистые оболочки. Крупные частицы накапливаются на слизистой верхних отделов дыхательных путей, частицы среднего диаметра -- в более глубоких отделах, и, наконец, мельчайшие частицы могут достичь поверхности альвеол.

После резорбции в кровь вещество распределяется по всем органам и тканям. Некоторые КБ избирательно накапливаются в том или ином органе, ткани, даже клетках определенного типа. Например, мышьяк депонируется в ногтях и волосах свинец, стронций - преимущественно в костях и т.д. Хотя свинец, накопившийся в костях, практически не обладает биологической активностью.

Другой механизм депонирования - накопление липофильных веществ в жировой ткани. Таким образом, в организме в течение многих лет могут сохраняться различные КБ.

Выведение КБ из организма.

Выделение через легкие. Через легкие выделяются летучие (при температуре тела) вещества и летучие метаболиты нелетучих веществ. Выведение осуществляется в соответствии с теми же закономерностями, что и резорбция. Основным механизмом процесса является диффузия ксенобиотика, циркулирующего в крови, через альвеолярно-капиллярный барьер.

Почечная экскреция. Почки -- важнейший орган выделения в организме. Через почки выводятся продукты обмена веществ, многие КБ и продукты их метаболизма. Масса почек -- чуть менее 0,3% массы тела, однако через этот орган протекает более 25% минутного объема крови. Благодаря хорошему кровоснабжению находящиеся в крови вещества, подлежащие выведению, быстро переходят в почки, а затем выделяются с мочой.

Выделение печенью. В отношении КБ, попавших в кровоток, печень выступает и как орган экскреции, и как основной орган их метаболизма. Печень выделяет химические вещества в желчь, причем не только экзогенные, но и эндогенные, такие как желчные кислоты, желчные пигменты, электролиты.

Выделяющиеся вещества должны проходить через барьер, образуемый эндотелием печеночных синусов, базальной мембраной и гепатоцитами.

Процесс экскреции КБ осуществляется в два этапа:

• захват гепатоцитами;

• выделение в желчь.

Другие пути выведения. Некоторое практическое значение имеет выведение веществ с молоком кормящих матерей и секретом потовых, сальных, слюнных желез. Как правило, в основе появления ксенобиотика в секрете желез лежит механизм простой диффузии. Эти способы экскреции могут лежать в основе появления отдельных признаков интоксикации (угреобразная сыпь при отравлении полигалогенированными полициклическими углеводородами; свинцовая кайма на деснах). Возможно отравление новорожденных, питающихся молоком матери, такими веществами, как галогенсодержащие инсектициды, металлы и т.д.

Элиминация КБ в молоко зависит от их свойств. Хорошо растворимые в воде КБ таким путем практически не выделяются. Жирорастворимые соединения с большим периодом полувыведения обнаруживаются в молоке порой в значительных количествах. Так, в эксперименте установлено, что элиминация хлорсодержащих инсектицидов в коровье молоко может составлять до 25% от введенного количества.

3.3 Основные механизмы действия КБ

Способы токсического воздействия. Различают несколько основных способов реализации ксенобиотиками своего токсического воздействия на организм человека.

• Изменение метаболизма клеток или тканей, связанное с нарушениями в организме и появлением определенной симптоматики.

Воздействие на клеточную ДНК, изменение генетической информации и ее реализация в виде злокачественной трансформации клетки. Установлено, что онкологическое заболевание развивается не сразу, а после того, как клетка накопит несколько (от 4 до 10) повреждений ДНК. Повреждения в структуре хромосом, вызванные действием КБ, могут передаваться от поколения к поколению. Например, малые дозы нитрозаминов, вводимые беременным мышам, индуцировали типичные опухоли не только у матерей, но и в последующих поколениях, хотя потомство мышей не имело никакого контакта с нитрозаминами.

• Подражание действию естественных химических соединений (например, гормонов), функционирующих в организме. При таком механизме действия КБ нарушают нормальный рост и развитие органов, тканей, включая нервную и иммунную системы.

• Изменение активности иммунной системы у человека. Это воздействие включает иммунную модуляцию, выражающуюся в изменении активности иммунных компонентов (например, числа Т- или В-лимфоцитов в крови), развитии гиперчувствительности и стимуляции аутоиммунных процессов в организме. Подобным действием отличаются ртуть, пестициды, озон и диоксид азота.

В основе всех этих механизмов лежат определенные процессы на различных иерархических уровнях, которые необходимо рассмотреть подробно.

Молекулярный уровень. Основа первичного воздействия ксенобиотика на клетки организма чаще всего -- молекулы - мишени. Наиболее уязвимыми объектами являются большие по размеру молекулы, например, нуклеиновые кислоты (особенно ДНК), белки, ферменты, а также липиды. Взаимодействие между ними может осуществляться несколькими способами.

Механизмы репарации на молекулярном уровне.

К наиболее простым механизмам восстановления следует отнести запуск обратных реакций, т.е. реакций, противоположных тем, которые привели к молекулярным дефектам. Например, в ответ на окисление какой-либо группировки в нуклеиновых кислотах или белках будет происходить ее восстановление.

К более сложным следует отнести набор специфических реакций. Сюда относятся механизмы репарации повреждений в белках. Так, например, для восстановления сульфгидрильных связей, железа в составе гемовых группировок требуется наличие специфических ферментов и восстановленных эквивалентов (например, глютатиона).

К разряду специфических репарирующих реакций можно отнести гидролитическое расщепление поврежденных протеинов.

Восстановление исходной структуры липидов требует также набора специфических ферментов (глютатионредуктаза, глютатионпероксидаза) и компонентов антиоксидантной системы (витамины С, Е, А, микроэлементы).

Клеточный уровень. Повреждения на клеточном уровне могут быть выражены также в виде нескольких способов.

Нарушение процесса экспрессии генов (экспрессия генов -- это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена преобразуется в РНК или белок). Чаще всего это выражается в нарушении транскрипции. Некоторые КБ способны изменять активность факторов транскрипции. Это, в частности, может быть причиной внутриутробных нарушений развития плода и сопровождается появлением уродств.

• Искажение внутриклеточной информации. Этот механизм обычно реализуется путем модуляции активности киназ (фосфорилаз), осуществляющих присоединение остатка фосфорной кислоты к белкам. Другим примером нарушений на клеточном уровне может являться эффект мимикрирования действия гормонов с помощью ксеноэстрогенов, а также ингибирование активности ферментов, расщепляющих естественные гормоны.

Механизмы репарации на клеточном уровне.

В большинстве тканей поврежденные клетки уничтожаются и затем заменяются новыми.

Напротив, в дифференцированных клетках, например нервной ткани, это невозможно. Тем не менее, в них происходит «косметический ремонт». В нервной ткани макрофаги удаляют клеточный детрит, шванновские клетки пролиферируют (местное размножение клетки), продуцируя нейротрофные факторы. Фактор роста нервов стимулирует рост аксонов.

При грубых изменениях, вызванных действием повреждающих химических факторов внешней среды, в целом, возможны три исхода: апоптоз, некроз и канцерогенез.

Апоптоз -- запрограммированная гибель клетки. Процесс состоит в устранении поврежденных клеток, без инициации реакций воспаления которые могут усиливать повреждение. Помимо этого, во время апоптоза элиминируются клетки с массивными повреждениями ДНК, которые способны претерпевать злокачественную трансформацию.

Некроз представляет собой беспорядочную гибель клеток вследствие нарушения барьерных функций мембран. Этот механизм обычно сопряжен с воспалительными иммунными реакциями, которые усиливают повреждение ткани.

Канцерогенез -- сложный многостадийный механизм -- процесс злокачественной трансформации клетки.

В нем можно выделить три главные стадии: инициацию, пролонгацию и терминацию. Основными вовлеченными механизмами являются генотоксические эффекты, реализуемые через изменение структуры, механизмы синтеза или репарации ДНК. Всю многочисленную группу канцерогенов можно разделить на две части. Компоненты первой из них влияют на стадию инициации, второй -- стимулируют стадию пролонгации.

К канцерогенам, влияющим на стадию инициации, относятся:

• проканцерогены -- органические соединения, которые в результате своего метаболизма, в том числе и при обезвреживании, способны превращаться в канцерогены (бенз[а]пирен, ароматические углеводороды, афлатоксины);

• первичные канцерогены, которые обладают непосредственным генотоксическим эффектом (электрофилы);